中学教学楼设计计算书.doc

某中学教学楼设计计算书

一、设计资料
1、工程概况：
本工程为某中学教学楼，基础采用柱下钢筋砼条基。
①设计层数：三层全现浇框架结构
②建筑面积：950M2
③设计标高：室内外高差0.45m
④主要做法：
楼面：现浇板顶面为25mm厚水泥砂浆找平层，1：2水泥砂浆加107胶水着色粉面层5mm厚，板底为20mm厚水泥砂浆抹灰。
屋面：现浇板上依次为20mm厚水泥砂浆找平层，膨胀珍珠岩保温层120mm厚（2.5%找坡，最薄处80mm厚），三毡四油防水层最上面撒绿豆砂保护为不上人屋面，板底为20mm厚水泥砂浆抹灰。
墙体：外围护墙为多孔砖配M5混合砂浆砌筑，内外分别为20mm厚混合砂浆和水泥砂浆抹面，内隔墙除240mm墙外，其它为轻质隔板墙，抹灰做法同外墙内抹灰。
门窗：门为木门，窗为塑钢窗，一层进出口采用铝合金门窗。
2、地质概况：
①地下水位埋深在室外地表下0.50m
②基础持力层为褐黄色粉质粘土，地基承载力特征值（修正后）fa＝100KN/m2
③土重度按20KN/m3 作为计算依据
3、基本风压
地面粗糙度类别属B类，W0＝0.55KN/m2
4、结构设计参数
抗震设防烈度为7度，三级抗震，场地土类别Ⅳ类，设计基本地震加速度0.10g.
5、材料选用：
钢材：HPB235、fy=210、Es=2.1*105N/mm2
HRB335、fy=300N/mm2、Es=2.0*105N/mm2
砼： C20 fc=9.6 N/mm2 ft=1.1 N/mm2 Ec=2.55*104 N/mm2
C30 fc=14.3 N/mm2 ft=1.43 N/mm2 Ec=3.0*104 N/mm2
XB、LT配筋、KJ构件箍筋选用HPB235，其它选用HRB335，基础垫层C10，KL、XB选用C20，其余为C30。
6、常用材料比重
钢筋砼：25KN/m3 水泥砂浆：20KN/m3

多孔砖墙（双面粉刷）：4KN/m2 钢塑门窗：2.5 KN/m2
普通机制粘土砖：19 KN/m2 木门：0.2 KN/m2
7、楼面活载标准值：
办公室：2 KN/m2 会议室：3 KN/m2
楼梯：2.5 KN/m2 卫生间 ：2.5KN/m2
不上人屋面（考虑雪荷载）：0.5 KN/m2
二、结构选型及梁柱线刚度计算方法
1、 柱网尺寸确定
①柱距：3.9m（纵向）
②跨度：二跨结构，其中A-B轴为6.6m,B-C轴为5.7m
③层高：一层4.50m,二、三层皆为3.60m
2、构件尺寸确定
①楼面、屋面XB厚度
B-C轴（短跨） L1/L2=5.7/3.9=1.46<2
A-B轴（长跨） L1/L2=6.6/3.9=1.69<2
所以皆按四边支承双向板设计
根据有关要求，板厚 h=
本楼层板厚度统一选用：h=110mm
②、KL尺寸确定
a、横向跨度方向主粱截面尺寸确定 LAB=6600，LBC=5700
A-B轴： h= 取h=650mm
b= 取b=250mm
=2.4<4 满足抗震有关设计要求
B-C轴： h= 取h=550mm
b= 取b=250mm
=2<4 亦满足抗震有关设计要求
b、纵向连续梁截面尺寸确定：本工程为六跨连续梁（L=3900）

考虑部分砌体用砖等工程需要，截面选取h×b=350×250mm
③、KZ尺寸确定：

根据三级抗震有关KZ尺寸要求，本工程取用 hc×b=400×300mm
<3 A=300×400=1.2×105mm2
轴压比验算 楼层暂按1.2t/m2计算，
三级抗震须满足：
N=1.2×1.2×103×3×9.8×6.15×3.9=1014.8KN/m2
所以， A＇=
所选截面尺寸满足有关抗震设计要求。
3、梁柱线刚度计算
①、 梁的线刚度
计算梁的线刚度时考虑XB的影响，中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0,计算结果如下表：
梁的线刚度计算表
部
位
截面
（mm）
跨度（L）
(m)
EC(C20)
IO=
边跨梁
中跨梁
N/mm2
(103m4)
I=1.5IO
K=EI/L
(KN·m4)
I=2IO
K=EI/L
(KN·m4)
A～B

6.6

5.7
8.55
33034
11.4
44045
B～C

5.7

3.47
5.2
23263
6.94
31047
说明：本工程以轴线分区一、二、三层KL截面尺寸相同

②、柱线刚度与側向刚度计算以轴线编号，选中框架（KJ6）
层次
层高(m)
柱号（按
中边编号
柱根数
Ec/C30
(N/mm2)
（KN·m）
IC=
(10-3m4)
（1/m2）

D=

∑D
楼层

二层或三层

3.5
①轴及
⑦轴边跨
柱A边
2

3*104
(C30)

13714

1.6

0.9796
2.092
0.511
6865
13730

柱B边
2
3.835
0.657
8826
17652

柱C边
2
1.743
0.466
6260
12520
167362
②轴及
⑥轴中跨
柱A中
5
2.789
0.582
7819
39095

柱B中
5
5.113
0.719柱A边
9659
48295

柱C中
5
2.324
0.537
7214
36070

A=

一层

5.45
①轴及
⑦轴边跨
柱A边
2

3*104

8807

1.6

0.404
3.257
0.715
2544
5088

57455
柱B边
2
5.972
0.812
2889
5778
柱C边
2
2.714
0.682
2427
4854
②轴及
⑥轴中跨
柱A中
5
4.343
0.764
2718
13590
柱B中
5
7.962
0.849
3021
15015
柱C中
5
3.619
0.733
2608
13040

说明：所有框架柱尺寸均为b×hc=300×400
② 一层计算高度的确定：设基础梁顶部距室外地坪0.50m,已知室内外高差为0.45m,底层层高4.50m，故底层计算高度可取为：
H=4.5+0.5+0.45=5.45m
③ KJ6中框架柱、框架梁线刚度如下图示：

三、荷载计算（竖向）

根据分组，本次设计选用中框架KJ6进行有关计算，总体结构布置平面及KJ6受荷范围示意如下
图所示：

1、 恒荷载计算（KJ4）：
①不上人屋面及KL线荷载标准值：
三毡四油防水层 0.45KN/㎡
膨胀珍珠岩保温 0.11(2.5+0.5)=0.33 KN/㎡
20mm厚水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 KN/㎡
110mm厚钢筋砼XB 0.11×25=2.75 KN/㎡
20mm板底水泥砂浆抹灰 0.02×20=0.4 KN/㎡
屋面恒荷载： 4.33 KN/㎡

A- B轴KL自重
0.25×0.6×25=3.75 KN/㎡
KL梁侧抹灰：2（0.6-0.11）×0.02×20=0.4 KN/㎡
B- C轴KL自重：
0.25×0.5×25=3.13 KN/㎡
KL梁侧摸灰：2（0.5-0.11）×0.02×20=0.32 KN/㎡
所以，作用在顶层KL上的线荷载：
g3AB=4.15 KN/m
g3BC=3.45 KN/m

②、三层楼面及框架梁线荷载标准值计算：
30mm厚1：2水泥砂浆找平： 0.03×20=0.6 KN/㎡
110mm厚钢筋砼XB： 0.11×25=0.6 KN/㎡
20mm厚板底水泥砂浆抹灰： 0.02×20=0.4 KN/㎡
三层楼面恒荷载： 3.75 KN/㎡
因同KL所以作用在三层楼面KL上的线荷载同屋面层
g2AB=4.15 KN/m
g2BC=3.45 KN/m
③、二层楼面及框架梁线荷载标准值计算
二层楼面恒荷载同三层： 3.75 KN/㎡
KL线荷载： g1AB=4.15 KN/m
B-C轴KL上有一堵空心砖填充墙
G2BC=(3.5-0.5)×4=12KN/m
B-C轴KL及梁侧抹灰： 3.45KN/m
G1BC=12+3.45=15.45KN/m

④、屋面框架结点集中荷载：
C-A轴连系梁自重： 0.25×0.35×4×25=8.75KN
粉刷： 0.02×(0.35-0.11)×2×4×20=0.8KN
1.65m女儿墙自重： 1.65×4×0.24×19=30.1KN
女儿墙粉刷： 1.65×0.02×2×4×20=5.28KN
连系梁传来屋面自重；
C轴及A轴内集中荷载： G3C=G’3A=62.25KN
A轴外TL自重（含粉刷）: 0.25×0.6×1.5×25+2×(0.25+0.6)×0.02×20=6.31KN
TL端部LL自重及粉刷： 0.25×0.4×4×25+2×(0.25+0.4)×0.02×20=10.52KN
LL上墙体自重及粉刷： 1.6×4×4=25.6KN
A轴外部附加集中荷载： G3A=42.43KN
故A轴三层顶集中荷载： G3A=62.25+42.23=104.68KN
由外附加荷载作用对A轴产生的弯矩：
LL及其上墙体： (10.52+25.6)×1.5=5418KN·m
TL： 6.31×1.5/2=4.73KN·m
附加弯矩： MA3=54.18+4.73=58.91KN·m
B轴节点集中荷载：
连系梁自重及粉刷： 9.55KN

连系梁传来屋面自重：

B节点集中荷载： G3B=44.19KN
⑤、三层楼面框架节点集中荷载标准值：
A-C轴节点集中荷载：
连系梁自重及粉刷： 9.55KN
钢塑窗自重： 2.1×1.8×0.45=1.7KN
窗下墙体自重及粉刷： 2.1×1.2×4=10.08KN
窗侧墙体自重及粉刷： 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
连系梁传来楼面自重：
三层楼面边节点： G2A=G2C=70.82KN
B轴节点集中荷载：
连系梁自重及粉刷： 9.55KN
KZ自重及粉刷： 11.69KN
连系梁传来楼面自重：
二层楼面中节点集中荷载： G2B=51.24KN
⑥、二层楼面框架节点集中荷载标准值：
边节点： G1A=G1C=70.82KN
中节点： 连系梁自重及粉刷： 9.55KN
连系梁上木门： 0.9×2.4×0.2=0.43KN
连系梁上墙体自重及粉刷： 2×3×4=25.6KN
框架柱自重及粉刷： 11.69KN
连系梁传来二层楼面自重：
中节点集中荷载： G1B=75.67KN
2、楼面活荷载计算;
①、 屋面： PAB=PBC=0.5×4=2KN/m (均布线芯载梯形)

两边集中荷载： G3A=G3C=
中节点集中荷载： G2B=2G2A=24KN
②、 三层楼面：
PAB=PBC=3×4=12KN/m(梯形承载)
两端部集中荷载： G2A=G2C=
中节点集中荷载： G2B=2G2A=24KN
③、 二层楼面： PAB=PBC=2×4=8KN/m(梯形承载)
两端部集中荷载： G1A=G1C=
中节点集中荷载： G1B=2G1A=16KN
3.恒载作用下的结构计算简图：
底层层高取：5.45m(自基础扩大部分顶至二层楼面)
二三层层高取：3.50m（自n层楼面(n+1)层楼面）

四、内力计算：
1、 水平地震荷载作用下的内力计算：
① 重力荷载代表值的计算：
按《抗震规范》的有关规定楼面均布活载的组合系数取0.5，屋面活载不予考虑，即G=GK+0.5Qk多自由度体系各质点的重力荷载代表值Gi 取本层楼面重力荷载代表值和各邻层墙、柱上部重力荷载代表值的一半之和。即GKi＝i层楼面重力荷载代表值＋〔（i+1）层墙柱重量＋（i-）层墙柱重量〕/Z，如下图所示：

各层计算过程如下：

A屋面以上部分（含屋面XB、KL）：
女儿墙： 2×24.24×1.4×4+0.9×24.24×4+2×11.24×1.4×4=484.64KN