现浇框架教学楼结构设计计算书.doc

1.建筑设计部分1.1工程概况本项目为XX中学的一教学楼。建设地点位于xxx。本项目总建筑面积约为3489.66平方米，建筑最大高度17.4米，长度为50.1米，宽度为16.5米，为全现浇框架结构。建筑耐火等级二级。根据国家地震烈度区划图，xx市地震基本烈度为7度，本工程按7度抗震设防设计，框架的抗震等级为三级，结构的设计年限为50年，安全等级为二级。采用全现浇钢筋混凝土框架结构体系。屋面防水等级为二级，防水层耐用年限15年。本工程建筑定位坐标采用城市坐标体系。室内地面标高0.000相当于黄海标高494.55，各层楼地面标高均为建筑饰面标高，屋面为结构标高，屋面标高以详图为准。本工程卫生间楼地面标高低于其余同层房间50mm。1.2设计依据 房屋建筑制图统一标准（GB/T 500012001）；建筑制图标准（GB/T 501042001）。1.3标高及建筑细部作法地面基层： 水泥浆结合层一道，厚混凝土垫层，素土夯实基土。地面（）：水磨石地面表面草酸处理后打蜡上光，厚：水泥石粒打磨石面层，厚：.水泥砂浆找平层。地面（）：花岗石地面厚花岗石面层水泥浆擦缝，厚：.干硬性水泥砂浆粘合层，上洒厚干水泥并洒清水适量注楼面。地面（）：地砖地面地砖面层水泥浆擦缝，厚：.干硬性水泥砂浆粘合层，上洒厚干水泥并洒清水适量，改性沥清一布四涂防水层。楼面楼面（）：水磨石楼面表面草酸处理后打蜡上光，厚：水泥石粒打磨石面层，厚：.水泥砂浆找平层，水泥浆结合层一道，结构层。楼面（）：地砖楼面砖面层水泥浆擦缝，厚：.干硬性水泥砂浆粘合层，上洒厚干水泥并洒清水适量，改性沥清一布四涂防水层，：.水泥砂浆找坡层，最薄处厚，水泥浆结合层一道，结构层。楼面（）：花岗石楼面厚花岗石面层水泥浆擦缝，厚：.干硬性水泥砂浆粘合层，上洒厚干水泥并洒清水适量。内墙内墙（）：涂料内墙面喷白色内墙涂料两道，厚混合砂浆分层赶平，填充墙内墙（）：瓷砖内墙面厚瓷砖面层，厚：.水泥砂浆结合层，厚：水泥砂浆打底扫毛，填充墙。顶棚顶（）：涂料顶棚喷白色涂料两道，厚混合砂浆分层赶平，结构层踢脚踢（）：水磨石踢脚板表面草酸处理后打蜡上光，厚：水泥石粒打磨石面层，浆结合层一道，厚：水泥砂浆垫层，厚：水泥砂浆打底踢（）：花岗石踢脚板厚花岗石面层水泥浆擦缝，厚：.水泥砂浆灌注。外墙外墙（）：面砖墙面面砖贴面（品种颜色做样板定），纯水泥浆擦缝，厚水泥砂浆打底。屋面屋面：厚钢筋混凝土预制板或铺地面砖，厚：.水泥砂浆结合层，厚：水泥砂浆保护层，高分子卷材一道，同材料胶粘剂二道（材料按工程设计），改性沥清卷材一道，胶粘剂二道（材料按工程设计），刷底胶剂一道（材料同上），厚沥清砂浆找平层，沥清膨胀珍珠岩（材料及厚度按工程设计），隔气层（按工程设计），厚：水泥砂浆找平层，结构层。1.4建筑场地条件 该建筑位于抗震烈度为7度的地区，建筑场地类别为类，设计基本地震加速度为0.1g，基本风压为W0=0.3kn/。1.5 建筑材料框架板均为C25，框架梁、柱采用C30。钢筋中凡受力钢筋均为级钢筋，箍筋为级。1.6 图纸内容建施图11张.(附后)2.结构设计部分结构设计选取轴线处的框架进行计算，横向框架梁高为500mm，宽为250 mm，纵向框架梁高为600 mm，宽为250mm；梁上填充墙为240mm厚；柱子尺寸统一为400mm400mm，梁偏心布置，梁外皮与柱外皮平。结构平面图如下图所示：图2-1结构平面布置图2.1 梁、柱设计采用PKPM-SAT8梁的归并原则：1 几何原则（包括：跨数，跨度，截面相同）；2 钢筋等级相同；3 对应截面配筋偏差在截面归并系数B0之内。梁的归并系数取0.300柱的归并原则：1 几何原则（包括：柱单元高度，截面）相同；2 对应截面配筋偏差在截面归并系数C0之内。柱的归并系数取0.2002.1.1 梁截面尺寸框架梁的截面高度根据梁的跨度、约束条件及荷载大小进行选择，所以梁高h=(1/8-1/12)L，其中L为梁的跨度；框架梁的截面宽度可取b=(1/2-1/3)h。主梁的尺寸为250mm600mm(6900mm跨度布置)，250mm500mm。2.1.2 柱截面尺寸柱截面高度可取h=(1/15-1/20)H，H为层高；柱截面宽度可取b=(1-2/3)h。柱的尺寸为400mm400mm。2.1.3 梁截面惯性矩框架结构内力和位移计算中需要计算梁的抗弯刚度，在初步确定梁的截面尺寸后，按材料力学方法计算梁截面惯性矩。现浇楼面梁截面惯性矩梁取2.0Io ,边框架梁取1.5 Io， Io表示为梁矩形部分的截面惯性矩。2.2 基础设计采用PKPM-JCCAD 地质条件场地内力基础由上而下依次由杂填土、粉质粘土、细砂、粘土组成。各土层的分布深度见下表：表2.01 土层分布表序号名称分布深度（m）承载力标准值1杂填土0.6Fk=60Kpa2粉质粘土1.0Fk=140Kpa3细砂0.7Fk=100Kpa4粘土4.0Fk=210Kpa地基持力层选在粘土层，基础埋深2.3m，基础设计高为1.2m，为阶形基础。3. 8轴横向框架设计3.1 结构布置及计算简图主体结构4层，层高均为3.6m，局部突出屋面的塔楼为楼梯间，层高为3.0m。填充墙采用240mm厚的粘土空心砖砌筑，门窗动口尺寸见门窗表。楼盖及屋面均采用现浇梁截面尺寸见表3.01。混凝土设计强度C30(fc=14.3N/mm2，ft=1.43 N/mm2)。表3.01 梁截面尺寸(mm)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)AB跨,CD跨BC跨14C30250600250500250500柱截面尺寸根据以下式 (轴压比限值) N=FgE n Ac=N/(Nfc) 柱的截面尺寸均取400mm400mm。 基础选用柱下独立基础，基础埋深2.3m，基础梁高取400mm。框架结构计算简图如图2.01所示。柱的形心线作为框架柱的轴线；梁的轴线取至板底，24层柱高即为层高3.6m，底层柱高从基础顶面取至一层板底，即h1=3.6+2.31.2=4.7m。图3.01 横向框架结构计算简图3.2 重力荷载计算1 屋面及楼梯的永久荷载标准值屋面（上人）： 上人屋面做法见西南J212-1-2206 2.49KN/ 120 厚钢筋混凝土板 0.1225=3 KN/ 板底抹15mm石灰砂浆 0.01517=0.255KN/ 合计 5.745KN/13层楼面： 水磨石楼面做法见西南J312-3130a/7 0.86KN/ 120 厚钢筋混凝土板 0.1225=3 KN/板底抹15mm石灰砂浆 0.01517=0.255KN/合计4.115 KN/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 2.0 KN/走廊活荷载标准值 2.0 KN/3. 梁、柱、墙、窗、门荷载计算表3.02 梁柱重力荷载标准值层次构件h/mh/m/(kn/m3)G/(kn/m)Li/mnGi/knGi/kn1边横梁0.250.60251.053.93756.524614.252395.52中横连0.250.50251.053.2812.31290.569纵梁0.250.50251.053.2814.144591.98柱0.40.4251.054.24.7481098.724边横梁0.250.60251.053.93756.524614.252022.56中横连0.250.50251.053.2812.31290.569纵梁0.250.50251.053.2814.144591.98柱0.40.4251.054.23.648725.76屋顶横连0.250.50251.053.2816.5485.306239.914纵梁0.250.50251.053.2814.1453.808柱0.40.4251.054.23.08100.8注：1）表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载，为构件的数量。2）梁长度取净长；柱长度取层高。墙体为240mm厚粘土空心砖，外墙面贴面砖(0.5 KN/)，内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为0.5+150.24+170.02=4.44 KN/内墙为240mm厚粘土空心砖，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位墙面重力荷载为 150.24+170.02=4.28 KN/木门单位面积重力荷载为0.2 KN/，塑钢窗单位面积重力荷载为0.4KN/。 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Gi：G5=239.914+47.142+39.432+74.382+5.7454.56.9 =740.20KN G4=7446.96KNG3=8779.89KNG2=8565.62KNG1=9850.04KN3.3 框架侧移刚度计算3.3.1横向框架侧移刚度计算表3.03 横梁线刚度ib 计算表类别bh/mmL/mIom42Iom4IbKn*m边横梁0.250.606.94.510-39.010-31.96104走道梁0.250.502.72.610-35.210-32.89104注：混凝土：C30 ,Ec=3.0107 Kn/m2表3.04 柱的侧移刚度计算层次混凝土强度bhm*mhmIcm4Kc=Eic/(Kc*2)KN*mKKb/2Kc=K/(2+K)D= 12Kc/H2K=Kb/Kc=(0.5+K)/(2+K)边柱中柱边柱中柱边柱中柱4C300.40.43.62.1310-31.781041.102.720.350.58576995593C300.40.43.62.1310-31.781041.102.720.350.58576995592C300.40.43.62.1310-31.781041.102.720.350.58576995591C300.40.44.72.1310-31.171041.684.150.590.76278935923.4 横向水平荷载作用下框架的内力和侧移计算3.4.1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 横向自振周期计算 o=0.6 T1=1.7o表3.05 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/KNniGi/KNDiN/mmii-1=Gi/Dim48187.168187.163678720.02230.368838779.8916967.053678730.04610.346528565.6225532.673678720.06940.300419850.0435382.711531440.23100.2310 T1=1.70.6=0.62 S 水平地震作用及楼层地震剪力计算地震基本烈度为7度，本工程按7度抗震设防设计，特征分区为一区， Tg=0.35，max=0.08，采用底部剪力法，由于T1=0.621.4Tg=0.49，故应顶部附加地震作用，取n=0.080.62+0.07=0.120FEK=(Tg/T1)0.9max0.85Gi =(0.35/0.62) 0.90.080.8535382.71 =1438.17KN顶点附加地震作用为 F=n FEK=0.1201438.17=172.58KNFi=GiHi/(GiHi) FEK(1n)表3.06 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次himHimGiKNGiHiKN*mGiHi/(GiHi)FiKNViKN53.018.5740.20142490.03848.09144.2743.615.57446.961210130.321406.25454.3433.611.98779.891110660.294372.08826.4223.68.38565.62775190.205259.451085.8714.74.79850.04536830.142179.711265.58 水平地震作用下的位移验算表3.07 横向水平地震作用下的位移验算层次ViKNDiN/mmUiUi-1=Vi/Di mhi层间相对弹性转角eUi/hi4454.343678720.00123.61/3000cc=1/4503826.423678720.00223.61/163621085.873678720.00303.61/120011265.581531440.00834.71/566 水平地震作用下框架内力计算表3.08 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/KNDiN/mm边柱中柱DimVimyM上M下DimVimyM上M下43.637.863065657697.12h/212.8212.82955911.81h/221.2621.2633.668.8730656576912.96h/223.3323.33955921.47h/238.6538.6523.690.4930656576917.03h/230.6530.65955928.22h/250.8050.8014.7105.4712762278923.052h/341.8783.75359229.692h/353.94107.87表3.09 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力MlMrLVbMlMrLVb边柱N中柱N412.828.506.93.0912.7612.762.79.453.096.36336.1523.966.98.7135.9535.952.726.6311.8024.28253.9835.786.913.0153.6753.672.739.7624.8151.03172.5241.906.916.5862.8462.842.746.5541.3981.00图3.02 左地震框架弯矩图(KN*m)图3.03 左地震作用下梁端剪力及柱轴力图(KN)3.4.2横向风荷载作用下框架结构内力计算基本风压Wo=0.3KN/，由荷载规范第7.3节查得s=0.8(迎风面)和s=0.5(背风面)。B类地区，轴线横向框架，其负载宽度为4.5m，由式得沿房屋高度的分布风荷载标准值 q(z)=4.50.3zsz表3.10 沿房屋高度分布风荷载标准值层次Hiz迎风背风z迎风背风ssq1KN/mq2KN/m415.51.150.80.51.01.240.78311.91.100.80.51.01.190.7428.31.000.80.51.01.080.6814.71.000.80.51.01.080.68表3.11 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/KNDiN/mm边柱中柱DimVimyM上M下DimVimyM上M下43.64.553065657690.86h/21.551.5595591.42h/22.562.5633.68.893065657691.67h/23.013.0195592.77h/24.994.9923.68.303065657691.56h/22.812.8195592.59h/24.664.6614.78.761276227891.912h/33.476.9435922.472h/34.498.97表3.12 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力MlMrLVbMlMrLVb边柱N中柱N41.551.026.90.371.541.542.71.140.370.7734.563.026.91.104.534.532.73.361.473.0325.823.866.91.435.795.792.74.292.905.8916.283.666.91.445.495.492.74.074.348.52图3.04 等效节点集中荷载（KN）图3.05 左风载框架弯矩图(KN*m)图3.06 左风载作用下梁端剪力及柱轴力图(KN)3.5 竖向荷载作用下框架结构的内力计算3.5.1横向框架内力计算(1) 计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4.5m，如图3.07所示。图3.07 横向框架计算单元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。由于纵向框架的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。(2) 荷载计算。1) 恒载计算在图3.08中，q1、q1 代表横梁和墙的自重，为均布荷载形式。q1=3.94KN/m q1=3.28KN/mq2和q2 分别为房间和走廊板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图3.05所示几何关系可得 q2=4.1154.5=18.52KN/m q2=4.1152.7=11.11KN/mp1，p2分别为由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、横墙、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：四层： p1=(1/22.252)25.75+3.284.5+3.9964.5=61.85KNp2=(1/22.252)2+(0.9+2.25)/21.352)5.75+3.284.5=72.20KN集中力矩M1=p1e1=61.85(0.40.25)/2=4.64KN*mM2=p2e2=72.20(0.40.25)/2=5.42KN*m一三层：p1=(1/22.252)24.12+3.284.5+4.8764.5=57.56KNp2=(1/22.252)2+(0.9+2.25)/21.352)4.12+3.284.5+44.61/2+34/2=92.45KN M1=p1e1=57.560.075=4.32KN*mM2=p2e2=92.450.075=6.93KN*m 2) 活荷载计算四层： p1=1/22.25222=10.13KNp2=1/22.25222+2(0.9+2.25)/21.352.0=18.63KNM1=p1e1=10.130.075=0.76KN*mM2=p2e2=18.630.075=1.40KN*m一三层：p1=10.13KNp2=1/22.25222+2(0.9+2.25)/21.352.5=20.76KNM1=0.76KN*mM2=1.56KN*m图3.08 各层梁上作用的恒载图3.09 各层梁上作用的活载(3) 内力计算图3.10 框架结构内力计算简图表3.13 框架梁柱线刚度分配系数层次节点劲度系数劲度之和分配系数左梁右梁上柱下柱左梁右梁上柱下柱4E41.9641.7814.960.5240.476J41.9622.8941.7820.740.3780.2790.3433D41.9641.7841.7822.080.3560.3220.322I41.9622.8941.7841.7827.860.2810.2070.2560.2562C41.9641.7841.7822.080.3560.3220.322H41.9622.8941.7841.7827.860.2810.2070.2560.2561B41.9641.7841.1719.640.3990.3630.238G41.9622.8941.7841.1725.420.3080.2280.2800.184 1） 载固端弯矩计算MEJ=MJE=q1l2/12q2l2(122+3)=3.946.92/1225.856.9212(2.25/6.9)2+(2.25/6.9)3=99.94KN*mMDI=MID= MCH=MHC= MBG=MGB=16.786.92/1218.526.912(2.25/6.9)2+(2.25/6.9)3 =126.97KN*mMJJ=q1l2/125q1l2/96=3.282.72/12515.512.72/96=7.88KN*mMII= MHH= MGG=3.282.72/12511.112.72/96=6.21KN*m2）活荷载固端弯矩计算MEJ=MJE=q2l2(122+3)/12=96.9212(2.25/6.9)2+(2.25/6.9)3=29.35KNmMJJ=5q1l2/96=55.42.72/96=2.05KN*mMII= MHH= MGG=56.752.72/96=2.56KN*m图3.11 横向框架恒载作用下弯矩的二次分配法（M单位：KN*m） 图3.12 横向框架活载作用下弯矩的二次分配法（M单位：KN*m）图3.13 竖向恒载作用下框架弯矩图（单位：KN*m）图3.14 竖向活载作用下框架弯矩图（单位：KN*m）表3.14 恒载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力 总剪力 柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A 柱B 柱Va=VbVb=VcVa=-VbVb=VcVaVbVb=VcN顶N底N顶N底473.6914.902.91070.7876.6014.90132.63147.75163.70178.823100.9511.931.48099.47102.4311.93304.78319.9385.63400.752100.9511.931.55099.40102.5011.93476.86491.98607.63622.751100.9511.932.47098.48103.4211.93648.02670.91830.55853.44表3.15 活载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力 总剪力 柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A 柱B 柱Va=VbVb=VcVa=-VbVb=VcVaVbVb=VcN顶=N底N顶=N底420.933.650.92020.0120.853.65 30.14 44.13320.934.560.37020.5621.304.56 60.83 90.75220.934.560.42020.5121.354.56 91.47 137.42120.934.560.64020.2921.574.56 121.89 184.31注：V以向上为正。3.5.2横向框架内力组合框架内力组合本方案考虑了四种内力组合，即1.2SGk+1.4SQk，1.2 SGk +0.91.4(SQk + Swk)，1.35 SGk+1.0 SQk及1.2 SGk+1.3SEk。此外，对于本工程，1.2 SGk+1.4Swk这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用，故不考虑。各层梁的内力组合结果见表3.16，表中SGk、SQk两列中的梁端弯矩M为经过调幅后的弯矩（调幅系数取0.8）。表3.16框架梁内力组合表层次截面位置内力SGKSQKSWKSEK1.2SGK+1.26(SQK+SWK)RE1.2(SGK +0.5 SQK)+1.3 SEK1.35SGK+ SQK1.2 SGK+1.4 SQKV=VREvb(Ml+Mb)/Ln+VGB一层AM77.0517.706.2872.52106.85122.677.04157.88121.72117.24130.20V98.4520.291.4416.58141.93145.5687.04121.52153.24146.58B左M90.6621.223.6641.90140.14130.92140.8053.64143.61138.50V103.4221.571.4416.58153.10149.47126.8692.37161.19154.28B右M27.547.105.4962.8435.0848.9135.5195.244.2842.9974.07V11.934.564.0746.5514.9325.1934.7762.0520.6720.70跨间MAB281.62168.92MBC88.5388.53二层AM86.8619.965.8253.98122.05136.7136.83149.11137.22132.18124.47V99.4020.511.4313.01143.32146.9291.74118.80154.70147.99B左M95.4022.263.8235.78147.39137.66139.4865.06151.05145.64V102.5021.351.4313.01151.70148.10122.1895.12159.73152.89B右M23.385.945.7853.6728.2642.8230.5281.1137.5036.3765.05V11.934.564.2939.7614.6625.4727.7154.9920.6720.70跨间MAB268.62179.34MBC75.8575.85三层AM86.9820.424.5636.15124.36135.8655.71130.90137.84132.96119.57V99.4720.561.108.71143.88146.6696.30114.42154.84148.15B左M95.1622.463.0223.96146.30138.69127.0577.22150.93145.64V102.4321.301.108.71151.14148.37117.5999.47159.58152.70B右M22.565.84.5335.9528.6740.0912.9561.8336.2635.1944.85V11.934.563.3626.6315.8324.3014.0541.3420.6720.70跨间MAB255.90195.31MBC56.8856.88四层AM54.5215.301.5512.8282.7586.6646.3573.0288.9086.8486.16V70.7820.010.373.09109.68110.6174.3480.77115.56112.95B左M70.5820.351.028.50111.62109.0586.3668.68115.63113.19V76.6021.850.373.09119.92118.9887.2480.81125.26122.51B右M27.968.381.5412.7642.1746.0517.5944.1346.1345.2827.06V14.903.651.149.4523.9223.926.2325.8823.7722.99跨间MAB199.77178.45MBC37.4237.42注：M下部受拉为正，V以向上为正，MAB、 MBC分别为AB、BC跨间最大正弯矩