四层教学楼设计毕业设计计算书.doc

四层教学楼设计 河北农业大学毕业设计题 目： 四层教学楼设计 目 录1. 工程概况22. 设计资料33. 结构布置及计算简图34. 重力荷载计算54.1 屋面及楼面的永久荷载标准值54.2 屋面及楼面可变荷载标准值54.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算64.4 重力荷载代表值65. 框架侧移刚度计算75.1 横向框架侧移刚度计算75.2 纵向框架侧移刚度计算106. 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算136.1 横向自振周期计算136.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算136.3水平地震作用下的位移验算146.4 水平地震作用下框架内力计算147. 竖向荷载作用下框架结构的内力计算167.1 横向框架内力计算167.1.1 计算单元177.1.2 荷载计算177.1.3 内力计算19参考文献40四层教学楼设计摘要：四层教学楼，建筑平面为矩形，建设用地面积为489.0米15.0米，主体为地上4层钢筋混凝土框架结构.本工程室内标高0.00，施工时可根据实际情况再做调整。建筑耐火等级为C，设计使用年限50年；地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境;地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为类，分一组，建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构的阻尼比=0.05，框架结构的抗震等级为三级。屋面防水等级为三级，防水层耐用年限为10年；地基承载力设计值fak=120kpa，冻土层的厚度600mm。关键词：框架，结构，内力组合。Four-story teaching building designAbstract: A four-storey building, architectural plane as the rectangle, construction land area of 48.0 m x 15.0 m, subject to the 4 layer reinforced concrete frame structure. The project interior elevation 0.00, when the construction can be adjusted according to actual condition to do. Architectural fireproof rank for C, use fixed number of year for 50 years; Part is the kind of environment on the ground, underground part is 2 b class environment; Seismic fortification intensity is 7 degrees, design basic earthquake acceleration of 0.1 g, construction site categories for class, points, a group of buildings for seismic fortification category c class, the damping ratio of structures zeta = 0.05, the frame structure of the seismic grade for level 3. Roofing waterproof level for level 3, waterproof durability for 10 years; The foundation bearing capacity design value fak (= 120 kpa, permafrost thickness is 600 mmKeyword: Frame, structure, force combination.1. 工程概况四层教学楼，建筑平面为矩形，建设用地面积为48.0米15.0米，主体为地上4层钢筋混凝土框架结构.本工程室内标高0.00，施工时可根据实际情况再做调整。建筑耐火等级为C，设计使用年限50年；地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境;地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为类，分一组，建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构的阻尼比=0.05，框架结构的抗震等级为三级。屋面防水等级为三级，防水层耐用年限为10年；地基承载力设计值fak=120kpa，冻土层的厚度600mm。2. 设计资料（一）根据国家规范（1）建筑结构荷载规范GB50009（2）混凝土结构设计规范GB50010（3）建筑抗震设计规范GB50011（二） 屋面板计算基本条件（1） 建筑结构的安全等级：二级（2） 设计使用年限50年，0=1.0（3） 一类环境（三） 框架结构梁柱计算的基本条件（1）设计使用年限50年；（2）地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境；（3）地震设防烈度：7度；（4） 设计基本地震加速度：0.1g；（5） 建筑场地类别：类；（6） 建筑抗震设防类别：丙类；（7） 建筑结构的阻尼比=0.05；（8） 框架结构的抗震等级：三级。（四） 基础计算条件（1）地基承载力设计值fak=120kpa；（2）冻土层的厚度600。3. 结构布置及计算简图根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其建筑平立面和剖面示意图分别另见图，结构平面布置图见图1。主体结构共4层，层高均为3.6m。本设计中柱距为9m。根据结构布置，本建筑平面均为双向板。本建筑由于楼面活荷载较大，楼面板和屋面板厚度取100mm。材料选用：墙体：内外墙均采用MU5加气混凝土砌块，M5混合砂浆，重度=6.5kN/m3。门：木门，18002700窗：30002100具体情况见结构布置图1。 图1 结构平面布置图 表1 梁截面尺寸（）及各层混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁（bh）纵梁( bh）次梁（bh）AB跨、CD跨BC跨24C352505002505003006002505001C35250500250500300600250500 柱截面尺寸可根据式AcN/（Nfc）估算。该框架结构的抗震等级为三级，其轴压比限值N=0.9；各层的重力荷载代表值近似取12KN/。由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为6.03.0和6.04.5。所以得第一层柱截面面积为： 边柱Ac1.36.03.0121034/（0.916.7）=747312 中柱Ac1.256.04.5121033/（0.916.7）=823362如取正方形为柱截面，则边柱和中柱截面高度分别为274和287。 根据上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸取值如下：14层 450450 基础选用柱下独立基础，基础埋深取0.6m。 框架结构计算简图如图2所示。取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，24层柱高即为层高，取4.2 m；底层柱高度从基础顶板至一层板底，即h1=4.2+0.6+0.45-0.1=5.15 m图2 框架结构计算简图（横向框架）4. 重力荷载计算4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人）： 30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66KN/三毡四油防水层 0.4 KN/20厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/合计 4.96 KN/14层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 0.55 KN/ 100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/ V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/ 合计 3.30 KN/4.2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 2.0 KN/楼面活荷载标准值 2.0KN/屋面雪荷载标准值 sk=rs0=1.00.2=0.2 KN/ 4.3 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙、窗、门等可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表2。 表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/m/（KN/）g/（KN/）li/mnGi/KNGi/KN1边横梁0.250.5251.053.285.620367.361572.59中横梁0.250.5251.053.282.61085.28次梁0.250.5251.053.285.9514273.23纵梁0.30.6251.054.7255.632846.72柱0.450.45251.105.575.15401147.4224边横梁0.250.5251.053.285.620367.361572.59中横梁0.250.5251.053.282.61085.28次梁0.250.5251.053.285.9514273.23纵梁0.30.6251.054.7255.632846.721柱0.450.45251.10 5.574.240935.76墙体为250厚粘土空心砖，外墙面贴瓷砖（0.5 KN/），内墙面为20厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为：0.5+70.25+170.02=2.59 KN/ 内墙为200粘土空心砖，两侧均为20厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为：70.2+170.022=2.08 KN/ 木、门单位面积重力荷载为0.2 KN/；铝合金窗单位面积重力荷载为0.4 KN/。4.4 重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值具体计算过程从略，计算结果见图3。以一层为例：一层：外墙总面积：48.0（4.2+0.45）2+15.0（4.2+0.45）2-240.45（4.2+0.45）-2.72.428-2.42.72-1.82.46 =315.36内墙总面积：214.22-2.72.46-1.82.48-0.454.28+484.2-34.22-1.82.79-2.72.45-0.454.27+6.04.214-0.454.210=508.77窗总面积：2.72.441=265.68门总面积：1.82.423=99.36楼板面积48.015.0-（6.0-0.4）0.328-（3.0-0.4）0.38-（3.0-0.4）0.2510-（6.0-0.4）0.320-0.450.4540=620.12一层外、内墙、门、窗重力荷载代表值：315.362.59+508.772.08+265.680.4+99.360.2=2001.17KN二层：外墙总面积：48.04.22+154.22-0.454.224-2.72.432-2.72.46=237.6内墙总面积：508.77+7.24.2-2.42.7-1.82.4=528.21窗总面积：2.42.748=311.04门总面积：1.82.418=77.76二层外、内墙、门、窗重力荷载代表值：237.62.59+528.212.08+311.040.4+77.760.2=1854.03KN楼板重620.123.3=2046.40KN所以一层标高处重力荷载代表值为：=2046.40+1572.59+2001.17/2+1854.03/2+1147.42/2+935.76/2=6588.18KN2046.46+1572.59+735.76/2+735.76/2+1854.03/2+1854.03/2=6208.84KN6208.84KN620.124.96+1572.59+735.76/2+1854.03/2=5943.28KN 图 3 各质点的重力荷载代表值5. 框架侧移刚度计算5.1 横向框架侧移刚度计算 表3 横梁线刚度ib计算表类别层次Ec/(N/mm2)bh/mmmmI0/mm4L/mmEc I0/l/Nmm1.5EcI0/l/Nmm2Ec I0/l/Nmm边横梁13.151042505002.60410960001.3710102.05510102.741010243.151042505002.6041091.3710102.05510102.741010走道梁13.151042505002.60410930002.7310104.1010105.461010243.151042505002.6041092.7310104.1010105.461010 表4 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)bh/mmmmIc/mm4Ec Ic/hc/Nmm151503.151044504503.4171092.0910102442003.151044504503.4171092.5631010 柱的侧移刚度按式D=计算，式中系数由查表可算得。根据梁柱线刚度比的不同，结构平面布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等。现分别举例说明各计算过程，其余柱的计算过程从略。一般层： = D= 首层： = D= 24层柱的侧移刚度DD=D=中柱3.1990.61510723边柱1.0690.3484777 首层柱的侧移刚度DD=D=中柱3.9230.6626260边柱1.3110.8688208 24层D=(10723+4777) 20=310000首层 D=(6260+8208) 20=289360又上可见，D1/D2=289360/310000= 0.930.7，故该框架为规则框架。6. 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算6.1 横向自振周期计算表13 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/KNVGi/KNDi/（N/mm）ui/mui/m46588.186588.183100000.1890.37336208.8412797.023100000.0370.18426208.8419005.863100000.0610.14715943.2824949.142893600.0860.086按式计算基本周期，其中量纲为m，取=0.7，则T1=1.70.70.510=0.607s6.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 因结构高度不超过40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值为：查表得： Tg=0.45S Tg T15 Tg max=0.08 = ()0.9max=0.061T1=0.607因为T1满足条件 6.4 水平地震作用下框架内力计算 以结构平面布置图中轴2横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。 框架柱端剪力及弯矩分别按式和 ，计算，其中取自表5，取自表8，层间剪力取自表14。各柱反弯点高度按照第一层三分之一，二到四层二分之一计算。 表16 各层柱端弯矩及剪力计算层次/m/KN/（N/）边柱y44.253131000047778.1830.517.1817.1834.2901310000477713.8840.529.1629.1624.21156310000477717.8140.537.4137.4115.151294289360820836.7061/3126.0263.01层次/m/KN/（N/）中柱y44.25313100001072318.380.538.6038.6034.29013100001072331.190.565.5065.50 表17 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力ll边柱N中柱N417.1812.906.05.0125.7025.70317.135.0112.12346.9634.786.013.5869.3269.32346.2118.5944.75266.5749.966.019.4299.5699.56366.3738.0191.701100.4144.136.024.0987.9487.94358.6362.10126.24注：（1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 （2）表中M单位为KNm，V单位为KN，N单位为KN，l单位为m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图如下图所示：左地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图7. 竖向荷载作用下框架结构的内力计算7.1 横向框架内力计算7.1.1 计算单元取3轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.0m.如图7.1所示。由于房间内布有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架作用于各节点上。 图7.1 横向框架计算单元7.1.2 荷载计算a. 恒载计算在图7.2中，、代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第四层=3.28KN/m =3.28KN/m 为房间和走道板传给横梁的梯形荷载，由图所示几何关系可得=4.963.0=14.88KN/m、分别为边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载边柱中柱对于13层=3.28KN/m =3.28KN/m=4.963.0=14.88 KN/m 图7.2 各层梁上作用的恒载 b. 活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图7.3。对于13层=2.53.0=7.5 KN/m=（3.01.5+3.01.5）2=18KN =(3.01.52+3.01.52) 2=36KN同理，在屋面雪载作用下 q2=0.75 =1.8KN/m =3.6KN/m 图7.3 各层梁上作用的活载将以上计算结果汇总，见表7.4和7.5。 表7.4 横向框架恒载汇总表层次43.283.2814.8894139133.283.289.990.1121.5表7.5 横向框架活载汇总表层次137.5（0.75）18（1.8）36（3.6） 注：表中括号内数值对应于屋面雪荷载作用情况。7.1.3 内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图7.6，所得弯矩图如图7.7。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得。计算柱底轴力还需考虑柱的自重。恒载 顶层活载 13层雪载 4层 恒载作用下：恒载作用下剪力图 恒载作用下弯矩图恒载作用下弯矩图恒载作用下剪力图恒载作用下剪力图恒载作用下的剪力图恒载作用下的轴力图恒载作用下轴力图内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 -155534.381 -3191.18021 5430217.15 -155534.381 -3191.18021 -11004360.9 2 -119856.741 -8699.08169 18999666.1 -119856.741 -8699.08169 -17536476.9 3 -83982.1066 -6082.34855 13885784.0 -83982.1066 -6082.34855 -11660079.9 4 -47749.3234 -13493.2765 22036478.9 -47749.3234 -13493.2765 -34635282.7 5 -13493.2765 47623.3234 -34635282.7 -13493.2765 -51556.6765 -46435341.8 6 -70606.5441 9070.52085 -22824544.9 -70606.5441 9070.52085 15271642.6 7 -121488.544 4536.09154 -8924568.11 -121488.544 4536.09154 10127016.3 8 -172721.045 6056.28376 -12268004.6 -172721.045 6056.28376 13168387.2 9 -223912.088 2277.12010 -7770136.43 -223912.088 2277.12010 3957032.09 10 -70606.7836 -9070.30735 22824030.6 -70606.7836 -9070.30735 -15271260.2 11 -121489.008 -4536.65572 8923021.97 -121489.008 -4536.65572 -10130932.0 12 -172734.257 -6044.97367 12229858.8 -172734.257 -6044.97367 -13159030.5 13 -224183.963 -2181.70841 7538510.23 -224183.963 -2181.70841 -3697288.11 14 -47749.3487 13493.0630 -34635317.2 -47749.3487 13493.0630 22035547.7 15 -83982.5412 6082.91273 -11662489.9 -83982.5412 6082.91273 13885743.5 16 -119860.354 8687.77160 -17545250.0 -119860.354 8687.77160 18943390.6 17 -155574.017 3270.45665 -11180589.5 -155574.017 3270.45665 5662262.26 18 -4422.75573 18869.8676 -23610796.9 -4422.75573 -18870.1323 -23611194.1 19 -13493.0630 51556.6512 -46435224.7 -13493.0630 -47623.3487 -34635317.2 20 7410.92803 36099.3831 -33696558.8 7410.92803 -36500.6168 -34900260.0 21 2876.49872 14204.6830 -10704049.2 2876.49872 -14205.3169 -10705000.1 22 7410.15035 36500.2074 -34899282.3 7410.15035 -36099.7925 -33698037.6 23 -2616.73313 35741.2349 -31422260.9 -2616.73313 -36858.7650 -34774851.2 24 -1096.54092 14197.0364 -12379830.2 -1096.54092 -14212.9635 -12403720.7 25 -2604.85886 36855.5863 -34764511.7 -2604.85886 -35744.4136 -31430993.6 26 5507.90148 35544.2403 -30004027.1 5507.90148 -37055.7596 -34538584.8 27 1554.04969 14156.7318 -13600061.2 1554.04969 -14253.2681 -13744865.8 28 5417.31495 37019.7377 -34442406.6 5417.31495 -35580.2622 -30123980.1-活载作用下：活载作用下弯矩图恒载作用下轴力图活载作用下剪力图活载作用下轴力图内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)-