中學教學樓設計計算書

某中學教學樓設計計算書一、設計資料1、工程概況：本工程為某中學教學樓，基礎采用柱下鋼筋砼條基。①設計層數(shù)：三層全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)②建筑面積：950M2③設計標高：室內(nèi)外高差0.45m④主要做法：樓面：現(xiàn)澆板頂面為25mm厚水泥砂漿找平層，1：2水泥砂漿加107膠水著色粉面層5mm厚，板底為20mm厚水泥砂漿抹灰。屋面：現(xiàn)澆板上依次為20mm厚水泥砂漿找平層，膨脹珍珠巖保溫層120mm厚（2.5%找坡，最薄處80mm厚），三氈四油防水層最上面撒綠豆砂保護為不上人屋面，板底為墻體：外圍護墻為多孔磚配M5混合砂漿砌筑，內(nèi)外分別為20mm厚混合砂漿和水泥砂漿抹面，內(nèi)隔墻除240mm門窗：門為木門，窗為塑鋼窗，一層進出口采用鋁合金門窗。2、地質(zhì)概況：①地下水位埋深在室外地表下0.50m②基礎持力層為褐黃色粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值（修正后）fa＝100KN/m2③土重度按20KN/m3作為計算依據(jù)3、基本風壓地面粗糙度類別屬B類，W0＝0.55KN/m24、結(jié)構(gòu)設計參數(shù)抗震設防烈度為7度，三級抗震，場地土類別Ⅳ類，設計基本地震加速度0.10g.5、材料選用：鋼材：HPB235、fy=210、Es=2.1*105N/mm2HRB335、fy=300N/mm2、Es=2.0*105N/mm2砼：C20fc=9.6N/mm2ft=1.1N/mm2Ec=2.55*104C30fc=14.3N/mm2ft=1.43N/mm2Ec=3.0*104N/mmXB、LT配筋、KJ構(gòu)件箍筋選用HPB235，其它選用HRB335，基礎墊層C10，KL、XB選用C20，其余為C30。6、常用材料比重鋼筋砼：25KN/m3水泥砂漿：20KN/m3多孔磚墻（雙面粉刷）：4KN/m2鋼塑門窗：2.5KN/m2普通機制粘土磚：19KN/m2木門：0.2KN/m27、樓面活載標準值：辦公室：2KN/m2會議室：3KN/m2樓梯：2.5KN/m2衛(wèi)生間：2.5KN/m2不上人屋面（考慮雪荷載）：0.5KN/m2二、結(jié)構(gòu)選型及梁柱線剛度計算方法柱網(wǎng)尺寸確定①柱距：3.9m②跨度：二跨結(jié)構(gòu)，其中A-B軸為6.6m,B-C軸為5.7③層高：一層4.50m,二、三層皆為3.60m2、構(gòu)件尺寸確定①樓面、屋面XB厚度B-C軸（短跨）L1/L2=5.7/3.9=1.46<2A-B軸（長跨）L1/L2=6.6/3.9=1.69<2所以皆按四邊支承雙向板設計根據(jù)有關(guān)要求，板厚h=本樓層板厚度統(tǒng)一選用：h=110mm②、KL尺寸確定a、橫向跨度方向主粱截面尺寸確定LAB=6600，LBC=5700A-B軸：h=取h=650mmb=取b=250mm=2.4<4滿足抗震有關(guān)設計要求B-C軸：h=取h=550mmb=取b=250mm=2<4亦滿足抗震有關(guān)設計要求b、縱向連續(xù)梁截面尺寸確定：本工程為六跨連續(xù)梁（L=3900）考慮部分砌體用磚等工程需要，截面選取h×b=350×250mm③、KZ尺寸確定：根據(jù)三級抗震有關(guān)KZ尺寸要求，本工程取用hc×b=400×300mm<3A=300×400=1.2×105mm軸壓比驗算樓層暫按1.2t/m2計算，三級抗震須滿足：N=1.2×1.2×103×3×9.8×6.15×3.9=1014.8KN/m2所以，A＇=所選截面尺寸滿足有關(guān)抗震設計要求。3、梁柱線剛度計算梁的線剛度計算梁的線剛度時考慮XB的影響，中框架取I=2I0，邊框架取I=1.5I0,計算結(jié)果如下表：梁的線剛度計算表部位截面（mm）跨度（L）(m)EC(C20)IO=邊跨梁中跨梁N/mm2(103mI=1.5IOK=EI/L(KN·m4)I=2IOK=EI/L(KN·m4)A～B6.65.78.553303411.444045B～C5.73.475.2232636.9431047說明：本工程以軸線分區(qū)一、二、三層KL截面尺寸相同②、柱線剛度與側(cè)向剛度計算以軸線編號，選中框架（KJ6）層次層高(m)柱號（按中邊編號柱根數(shù)Ec/C30(N/mm2)（KN·m）IC=(10-3m4（1/m2）D=∑D樓層二層或三層3.5①軸及⑦軸邊跨柱A邊23*104(C30)137141.60.97962.0920.511686513730柱B邊23.8350.657882617652柱C邊21.7430.466626012520167362②軸及⑥軸中跨柱A中52.7890.582781939095柱B中55.1130.719柱A邊965948295柱C中52.3240.537721436070A=一層5.45①軸及⑦軸邊跨柱A邊23*10488071.60.4043.2570.7152544508857455柱B邊25.9720.81228895778柱C邊22.7140.68224274854②軸及⑥軸中跨柱A中54.3430.764271813590柱B中57.9620.849302115015柱C中53.6190.733260813040說明：所有框架柱尺寸均為b×hc=300×400②一層計算高度的確定：設基礎梁頂部距室外地坪0.50m,已知室內(nèi)外高差為0.45m,底層層高4.50m，故底層計算高度可取為：H=4.5+0.5+0.45=5.45mKJ6中框架柱、框架梁線剛度如下圖示：三、荷載計算（豎向）根據(jù)分組，本次設計選用中框架KJ6進行有關(guān)計算，總體結(jié)構(gòu)布置平面及KJ6受荷范圍示意如下圖所示：恒荷載計算（KJ4）：①不上人屋面及KL線荷載標準值：三氈四油防水層0.45KN/㎡膨脹珍珠巖保溫0.11(2.5+0.5)=0.33KN/㎡20mm厚水泥砂漿找平層0.02×20=0.4KN/㎡110mm厚鋼筋砼XB0.11×25=2.75KN/㎡20mm板底水泥砂漿抹灰0.02×20=0.4KN/㎡屋面恒荷載：4.33KN/㎡B軸KL自重0.25×0.6×25=3.75KN/㎡KL梁側(cè)抹灰：2（0.6-0.11）×0.02×20=0.4KN/㎡C軸KL自重：0.25×0.5×25=3.13KN/㎡KL梁側(cè)摸灰：2（0.5-0.11）×0.02×20=0.32KN/㎡所以，作用在頂層KL上的線荷載：g3AB=4.15KN/mg3BC=3.45KN/m②、三層樓面及框架梁線荷載標準值計算：30mm厚1：2水泥砂漿找平：0.03×20=0.6KN/㎡110mm厚鋼筋砼XB：0.11×25=0.6KN/㎡20mm厚板底水泥砂漿抹灰：0.02×20=0.4KN/㎡三層樓面恒荷載：3.75KN/㎡因同KL所以作用在三層樓面KL上的線荷載同屋面層g2AB=4.15KN/mg2BC=3.45KN/m③、二層樓面及框架梁線荷載標準值計算二層樓面恒荷載同三層：3.75KN/㎡KL線荷載：g1AB=4.15KN/mB-C軸KL上有一堵空心磚填充墻G2BC=(3.5-0.5)×4=12KN/mB-C軸KL及梁側(cè)抹灰：3.45KN/mG1BC=12+3.45=15.45KN/m④、屋面框架結(jié)點集中荷載：C-A軸連系梁自重：0.25×0.35×4×25=8.75KN粉刷：0.02×(0.35-0.11)×2×4×20=0.8KN1.65m女兒墻自重：1.65×4×0.24×19=30.1KN女兒墻粉刷：1.65×0.02×2×4×20=5.28KN連系梁傳來屋面自重；C軸及A軸內(nèi)集中荷載：G3C=G’3A=62.25KNA軸外TL自重（含粉刷）:0.25×0.6×1.5×25+2×(0.25+0.6)×0.02×20=6.31KNTL端部LL自重及粉刷：0.25×0.4×4×25+2×(0.25+0.4)×0.02×20=10.52KNLL上墻體自重及粉刷：1.6×4×4=25.6KNA軸外部附加集中荷載：G3A=42.43KN故A軸三層頂集中荷載：G3A=62.25+42.23=104.68KN由外附加荷載作用對A軸產(chǎn)生的彎矩：LL及其上墻體：(10.52+25.6)×1.5=5418KN·mTL：6.31×1.5/2=4.73KN·m附加彎矩：MA3=54.18+4.73=58.91KN·mB軸節(jié)點集中荷載：連系梁自重及粉刷：9.55KN連系梁傳來屋面自重：B節(jié)點集中荷載：G3B=44.19KN⑤、三層樓面框架節(jié)點集中荷載標準值：A-C軸節(jié)點集中荷載：連系梁自重及粉刷：9.55KN鋼塑窗自重：2.1×1.8×0.45=1.7KN窗下墻體自重及粉刷：2.1×1.2×4=10.08KN窗側(cè)墻體自重及粉刷：1.9×(3.5-0.5)×4=22.8KN框架柱自重：0.3×0.4×3.5×25=10.5KN框架柱粉刷：1×0.02×3.5×17=1.19KN連系梁傳來樓面自重：三層樓面邊節(jié)點：G2A=G2C=70.82KNB軸節(jié)點集中荷載：連系梁自重及粉刷：9.55KNKZ自重及粉刷：11.69KN連系梁傳來樓面自重：二層樓面中節(jié)點集中荷載：G2B=51.24KN⑥、二層樓面框架節(jié)點集中荷載標準值：邊節(jié)點：G1A=G1C=70.82KN中節(jié)點：連系梁自重及粉刷：9.55KN連系梁上木門：0.9×2.4×0.2=0.43KN連系梁上墻體自重及粉刷：2×3×4=25.6KN框架柱自重及粉刷：11.69KN連系梁傳來二層樓面自重：中節(jié)點集中荷載：G1B=75.67KN2、樓面活荷載計算;屋面：PAB=PBC=0.5×4=2KN/m(均布線芯載梯形)兩邊集中荷載：G3A=G3C=中節(jié)點集中荷載：G2B=2G2A=24KN三層樓面：PAB=PBC=3×4=12KN/m(梯形承載)兩端部集中荷載：G2A=G2C=中節(jié)點集中荷載：G2B=2G2A=24KN二層樓面：PAB=PBC=2×4=8KN/m(梯形承載)兩端部集中荷載：G1A=G1C=中節(jié)點集中荷載：G1B=2G1A=16KN3.恒載作用下的結(jié)構(gòu)計算簡圖：底層層高?。?.45m(自基礎擴大部分頂至二層樓面)二三層層高?。?.50m（自n層樓面(n+1)層樓面）四、內(nèi)力計算：水平地震荷載作用下的內(nèi)力計算：重力荷載代表值的計算：按《抗震規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定樓面均布活載的組合系數(shù)取0.5，屋面活載不予考慮，即G=GK+0.5Qk多自由度體系各質(zhì)點的重力荷載代表值Gi取本層樓面重力荷載代表值和各鄰層墻、柱上部重力荷載代表值的一半之和。即GKi＝i層樓面重力荷載代表值＋〔（i+1）層墻柱重量＋（i-）層墻柱重量〕/Z，如下圖所示：各層計算過程如下：A屋面以上部分（含屋面XB、KL）：女兒墻：2×24.24×1.4×4+0.9×24.24×4+2×11.24×1.4×4=484.64KNA軸外挑：(0.25×0.6×1.5×7+24.24×0.25×0.4)×25+(2×0.6+0.25)×0.02×20+(0.25+0.4×0.2)×0.2×20=100.98KNXB：11.24×24.24×4.33=1179.74KN橫向KL：(6.12×4.15+5.12×3.45)×7-7×11.24×0.25×0.11×25=247.34KN縱向LL：3×24.24﹛﹝0.25×(0.35-0.11)﹞×25+(0.25+0.24×2)×0.02×20﹜=130.31KN屋面以上部分合計：2143.01KNB三層墻柱窗重量：外圍護墻：(24.24-0.3×7)×(3.5-0.6)×4×2-2.1×1.7×(6+5)+(11.24-0.4×3)×(3.5-0.6)×4×2-1.5×1.7=704.76KN內(nèi)隔墻：﹝3×（5.12-0.4-0.2）+（6.12-0.4-0.2-1.8）×2﹞×（3.5-0.6）×4=243.6KNKZ及粉刷：0.3×0.4×（3.5-0.6）×21×25=182.70KN門窗：2.1×1.7×11×0.45+0.9×2.7×7×0.2=21.07KN三層墻、柱、門窗重量合計：1152.13KNC三層樓面部分：XB：11.24×24.24×3.75=1021.72KNKL：247.34+130.31=377.65KN三層樓面合計：1399.37KND二層墻、柱、門窗重量：外圍護墻同三層：704.76KN內(nèi)隔墻：﹝3×（5.12-0.4-0.2）+6.12-0.4-0.2-1.8﹞×（3.5-0.6）×4=200.45KNKZ：182.7KN門窗：2.1×1.7×11×0.45+0.9×2.7×11×2=23.02KN二層墻、柱、門窗合計：1110.93KNE二層樓面部分同三層：1399.37KNF一層墻、柱、門窗：外圍護墻：﹝(24.24-0.3×7)×3.9×2-3×10×3+(11.24-0.4×3)×3.9×2-3.7×3.9×2﹞×4=528.58KN門窗：3×3×6×0.45+3.7×3.9×2×0.35=34.4KN內(nèi)隔墻：(5.12-0.4-0.2)×3.9×4×2=141.02KNKZ：(4.5-0.6)×0.3×0.4×25×21=245.7KN一層墻、柱、門窗合計：949.7KNG三層樓面活載：4×4×11×2+5×8×(2.5-2)+8×11×3=636KNH二層樓面活載：11×24×2+5×8×(2.5-2)=548KN所以：G3=G2=G1=②、水平地震作用下的層間位移驗算：A、自振周期計算：假想框架頂點側(cè)移UT將計算結(jié)果列成下表：層次Gi(KN)∑Gi(KN)∑D(KN/m)w(m)三層2719.082719.081673620.01620.1925二層2848.905567.981673620.03330.1763一層2703.698271.67574550.1430.143結(jié)構(gòu)基本自振周期考慮非結(jié)構(gòu)影響的折減系數(shù)a0=0.6T1=B、多遇水平地震作用計算：本框架層規(guī)則框架，抗震設防烈度7度，Ⅳ類場地：則有：Tg=0.65,為三級抗震，ａmax=0.08因：0.1＜T1＜1.4Tg則：a1=yzxmax=0.088n=0各質(zhì)量矩：G3H3=2719.08×(3.5×2+5.45)=33852.55KN·mG2H2=2848.9×(3.5+5.45)=25497.66KN·mG1H1=2703.69×5.45=14735.11KN·m∑GiHi=74085.32KN·m總水平地震作用效應標準值：FEQ=2i∑Gi=0.08×0.85×8271.67=562.47KN各地震作用力（質(zhì)點受力）：F3=33852.55/74085.32×562.47=257.02KNF2=25497.66/74085.32×562.47=193.58KNF1=14735.11/74085.32×562.47=111.87KNC、框架各層地震力及彈性位移（列成如下表格）：層次Hi（m）GiHi（KN·m）Fi（KN）Vi（KN）Di（KN/m）允許值33.533852.55257.02257.021673621.53×10-323.525497.66193.58450.601673622.69×10-3H=12.45m15.4514735.11111.87562.47574559.79×10-3水平地震作用下框架內(nèi)力分析（采用D值法）以中框架（KJ6）為計算標準作計算簡圖，將各層柱抗側(cè)剛度及層間抗側(cè)剛度標注于圖上：采用D值法做KJ6在水平地震（左震）作用下框架內(nèi)力分析如下頁：如下頁計算圖，柱上下端M求得后，利用節(jié)點平衡彎矩分配法，求在水平地震作用下梁端彎矩，利用平衡可求梁端剪力及柱軸力，整理如下表（軸力以拉為＋，壓為-）:層次BC跨BC跨柱軸力跨度(M)M左(KN·m)M右(KN·m)V(KN)跨度(M)M左(KN·m)M右(KN·m)V(KN)C軸B軸A軸3521.2712.986.85615.5723.126.45-6.85+0.4+6.452551.3231.416.54637.6956.1615.64-23.39+1.7+22.091596.5353.7530.06664．50102．527.83-53.45+5.23+49.92Yi確定依據(jù)以結(jié)構(gòu)抗震課本有關(guān)內(nèi)容：水平地震（左震）作用下KJ6M圖、梁V圖及柱N圖如下所示：A、M圖（kN.m）B、V圖（KN）C、柱N圖（KN）2、風載（左風）作用下的內(nèi)力計算：①風載值計算：本工程結(jié)構(gòu)總高度H＝13.35m＜30m,取風振系數(shù)βz=1.0，對于矩形平面風載體型系數(shù)US＝1.3（迎風面US＝0.8，背風面US＝0.5），基本風壓W0＝0.55（已知），UZ可查規(guī)范，將風荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中荷載（單榀橫向框架負荷范圍），由風壓標準值計算公式：W＝βzUSUZW0,計算過程整理成如下表，其中Z為框架節(jié)點至室外地面的高度，A為單榀框（KJ6）各層節(jié)點的受風面積：層次usZ(m)uZWo(KN/m2)A(m2)PW(KN)31.01.311.951.0650.5512.69.5921.01.38.450.9570.5514.09.5811.01.34.950.7480.5516.99.04②、確定風載（左風）計算簡圖如下所示：③、用D值法對中框架（KJ6）作風載（左風）作用下內(nèi)力分析：將KJ6各層框架柱抗側(cè)剛度值標注于上圖括弧內(nèi)為梁柱線剛度，B-C軸和A-B軸KL線剛度分別為31875和38250（KN·m4）其相對占總線剛度比值：KBC=KAB=0.5455左風載作用下內(nèi)力計算：同樣求得柱端彎矩后利用彎矩分配法可求得梁端彎矩，進而利用平衡可求梁端剪力和KZ軸力列成下表：梁端M、V及柱N計算表（“＋”為拉，“-”為壓）項目層次BC跨（KL）AB跨（KL）柱軸力（KZ）跨度（m）M左(KN·m)M右(KN·m)V（KN）跨度（m）M左(KN·m)M右(KN·m)V（KN）C軸B軸A軸355.393.281.7363.945.851.63-1.730.11.632514.218.654.57610.3915.434.3-6.30.375.931531.4117.359.75620.8233.18916.051.1214.93梁端彎矩的計算：梁端彎矩由節(jié)點平衡求得，例如底層邊跨C軸梁：LCB在C端的彎矩由節(jié)點平衡求得，在B端得MBC根據(jù)節(jié)點B平衡可按各梁的剛度進行分配，即：MCB=9.8+21.61=31.41KN·mMBC=KN·m其余梁端彎矩的計算方法與此相同，計算結(jié)果如上表所示：④、風載（左風）作用下中框架（KJ6）M圖、KL剪力圖即KZ軸力圖如下所示：3、恒載作用下的內(nèi)力計算（采用分層計算法）根據(jù)有關(guān)修正，①除底層以外其它各層柱的線剛度均乘以0.9的折減系數(shù)，②除底層外其它各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取。柱的修正后的線剛度底層ic=8807KN·m,其它層：ic=0.9×13714=12343KN·m①取中框架（kJ6）頂層結(jié)構(gòu)受力簡圖，梁上分布荷載由矩形和梯形兩部分組成，并將梁、柱線剛度標注于圖上：將梯形荷載折算成等效均布荷載：aBC==0.4aAB==0.333gBC=3.45+0.744×17.32=16.34KN/mgAB=4.15+0.815×17.32=18.27KN/m將頂層計算簡圖荷載折算后待如上折算后計算簡圖各桿端固端彎矩：MCB=MBC=×16.34×52=34.04KN·mMAB=MBA=×18.27×62=54.81KN·m分配系數(shù)確定：將各桿端彎矩分配系數(shù)標注于下圖并進行彎矩分配：②取中框架（KJ6）中間層作內(nèi)力計算：將梯形荷載折算后畫出中間層計算簡圖并標示柱梁剛度值，gAB=4.15+0.815×15=16.38KN/mgBC=3.45+0.744×15=14.61KN/m計算固端彎矩:MBC=×14.61×52=30.44KN·mMAB=×16.38×62=49.14KN·m③取中框架（KJ6）底層作內(nèi)力計算，將梯形荷載折算后畫出其計算簡圖并將各柱梁線剛度標示于計算簡圖上：折算荷載：gAB=4.15+0.815×15=16.384KN/mgBC=15.45+0.744×15=26.61KN/m固端彎距：MAB=×16.38×62=49.14KN·mMBC=×26.61×52=55.44KN·m彎距分配如下圖示：④畫出頂、中、底層分層彎矩圖：a、b、c依次為底、中、頂層M圖（KN.m）⑤梁在實際分布荷載作用下按簡支梁計算，跨中彎矩值見下圖：⑥將各層彎矩圖進行疊加并將不平衡節(jié)點M值再分配待如下M圖：⑦求KL的受剪力及KZ承受的軸力如下圖示：V=Ni=將各柱所受節(jié)點集中荷載標注于上圖，則在恒載豎向作用下中框架（KJ6）框架柱軸力圖如下圖示：注：內(nèi)力組合時，計算KZ下端軸力需在KZ軸力值基礎上，二、三層增加11.69KN每柱，一層增加17.88KN每柱⑧考慮彎矩調(diào)幅并將梁端彎矩換算至梁端柱邊以備內(nèi)力組合時使用，如下面M、V值所示:限于調(diào)幅后不滿足校核條件，M跨中≥0.5×（P+Q）L2及+M跨中（P+Q）L2的要求，本次僅將M、V值換算至柱邊：M邊=M-V＇V＇=V-qM邊=M-V＇×（0.4-0.12）（邊跨柱邊彎距）=M-V＇×（0.4-0.2）（中跨中間柱M值）V＇=V-q（0.4-0.2）（邊跨）=V-q（中柱）各層柱邊剪力及梁端彎矩計算列成下表并畫出M、V圖：項目層次梁端M值（KN·m）梁端M值（KN·m）MCBMBCMBAMABVCBVBCVBAVAB三層3.0631.3928.4631.1930.5943.265050.85二層8.5639.643.629.0826.0939.9551.5238.89一層9.7755.2157.549.0649.9770.3154.0536.374、分層法作樓面豎向活載作用下的內(nèi)力計算（采用不利荷載布置）屋面部分均布活荷載：將梯形荷載化為等效均布荷載：同樣采用彎矩分配法分配固端彎矩：彎矩圖及相應的KL剪力圖，KZ軸力圖如下圖示：②活載作用在三層樓面B-C跨：將梯形荷載轉(zhuǎn)化為等效均布荷載：同樣采用彎矩分配法分配固端彎矩如下圖示：在三層樓面B-C軸（跨）布置活載計算M、V、N圖如下：活載作用在中間層樓面A-B跨等效均布荷載:qAB=(1-2×0.3332+0.3333)×12=9.78KN/m固端彎矩：同樣：M值算至梁端柱邊，M值標注于括弧內(nèi)V值算出梁端柱邊，V值標注于圖中弧內(nèi)彎矩分配過程如下：畫出M、V、N圖及簡支梁形式下負載M值，求得跨中M值：活載作用在底層樓面左跨：其彎矩分配過程及相應的M、V、N圖見下頁⑤活載單獨作用在底層右跨等效均布荷載：qAB=(1-2×0.3332+0.3333)×8=6.52KN/m固端彎矩值：彎矩分配如下圖示：五、內(nèi)力組合附表一：框架梁內(nèi)力登記表附表二：框架梁內(nèi)力組合表附表三：框架柱內(nèi)力登記表附表四：框架柱內(nèi)力組合表六、框架配筋計算