南昌市中学综合楼计算书.doc

毕业设计（论文）计算书

（结构部分设计）

题 目：

专 业：

班 级：

学 号：

学生姓名：

指导教师：

目 录

1．工程概况…………………………………………………………
2．现浇板计算………………………………………………………
3．楼梯计算…………………………………………………………
4．框架结构计算……………………………………………………
5．框架结构柱下基础设计…………………………………………

一、工程概况
1、工程名称:南昌市某中学综合楼
2、建筑地点:南昌市
3、建筑规模:
1)建筑总面积: 7287.36m2
2)建筑层数：全楼四层，楼梯上人屋面
3)结构形式：钢筋砼框架结构
4)层高：3.9m，多媒体与音乐教室为4.5m
4、建筑特点
①教室 24间 65.12 m2/班
②活动室 3间 65.12 m2/间
③实验室 6间 85.68 m2/间（含辅助用房）
④阅览室 6间 36m2/间
⑤大会议室 1间 65.58 m2
⑥教师办公室 12间 22.35 m2/间
⑦行政办公室 3间 22.35 m2/间
⑧语音、微机室 各3间 65.12 m2/间
⑨楼梯 每层共设四个楼梯
⑩每层设男女卫生间， 每层共设四个卫生间
其他：门卫室、配电室、过道、走廊等
5、建筑技术条件
（一）气象条件：
1)常年主导风向： 西北风
2)夏季主导风向： 东南风
3)平均风速： 夏季3.1m/s,冬季4m/s
4)基本风压：Wo=0.40KN/m2
5)基本雪压：So=0.35KN/m2 最大积雪深度:11cm
6)最高气温：40.6℃ 最低气温:-9.3℃
7)最冷月平均温度：4.5℃(1—2月)
8)最热月平均温度：29.7℃(7—9月)
9) 最大降雨量： 50.4mm/小时
月最大降雨量：184.3mm(4—6月)
（二）工程地质条件
1)天然地面以下0.3~0.5m厚为杂填土,地基标准承载力为80KPA.
杂填土以下的3.1~4.5m厚为粘土,地基承载力为230KPA.
2)地下水位:天然地面以下10m处
3)地震设防烈度:6度以下
（三）施工条件
1）施工单位：南昌市建筑公司
2）施工人员：各工种工人数均不受限制，但要求不分工种劳动力不均衡系数K<1.6
3）材料供应：各种材料均可保证供应
4）预制构件和模板、钢筋骨架、门窗等半成品：可由公司构件厂供应（运距10公里）
5）机械设备：除大吊装机械外，施工单位均能解决。

6）施工用水、电：由建设单位保证供应，路边即有水源、电源。
7）施工道路：Ⅱ级公路
6、结构设计依据：《房屋建筑学》教材，建筑设计资料集1、2、3册，江西省建筑标准图集，《中小学建设设计规范》，其他有关设计规范及总图，混凝土结构设计规范GB50007-2002，建筑结构荷载规范GB50009-2001，建筑地基基础设计规范GB50007-2002，混凝土结构学（上、下册），多层与高层建筑结构设计，现用建筑施工教材，建筑施工手册—（上、中册），中国建筑工业出版社，建筑工程预算定额（省标），劳动定额手册
由于在进行结构方案设计时要考虑结构型式、结构体系、结构布置是否满足安全经济、方便施工等方面的原因，特作如下设计说明：
7.结构选型
1）结构型式包括：混合结构 框架结构 部分混合部分框架
混合结构施工简单，造价低，用钢量少，但整体性差，难满足高层大跨度的要求。框架结构整体性好，能满足大空间要求，耐久性好，缺点是造价高，结构要求整体性好，大空间比较的多，因此选用框架结构，框架结构包括：装配式框架，装配整式框架，现浇式框架，装配式框架可节省模板，周期短，节点用钢量大。装配整体式框架，节点简单，工期长，用钢量和焊接少，整体性好，工序多。现浇式框架，整体性和抗震性好，模板多工期长，本工程采用先浇式框架，可保证框架和整体性
2）结构体系有框架 ，筒体 ，剪力墙联合结构
框架结构的特点是整体性好，满足大空间，耐久性好，筒体的特点是承受竖向荷载和侧向力痛体结构占地面积小，可在地面留下较大的空间，以满足绿化，交通，保护既有建筑物等规划要求，造型新颖美观，具有很好的艺术效果，并且建筑采光好，视野开阔，而剪力墙联合结构既能形成较大的自由灵活的使用空间，剪力墙则可提供很大的抗侧刚度，减少结构在风荷载或侧向地震作用下的侧向位移，有利于提高结构的抗震能力，广泛用于办公室，旅馆综合考虑以上结构体系的特点，根据本地地形，抗震等级，以及经济方面，本工程选用框架体系
3）承重方式有：横向框架承重，纵向框架承重，纵横向框架混合承重
横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度，而纵向框架则往往反接，构造要求布置较小的联系梁，有利于房屋室内的采光和通风
纵向承重墙框架的横向梁高度较小，有利于设备管线的穿行，当在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高，并且可利用纵向框架的刚度来调整房间的不均匀沉降，缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受预制版长度的限制。
纵横向框架混合承重则具有较好的整体工作性能，对抗震有利，由于建筑的横向框架跨数少，教室对室内的采光要求比较高，南昌抗震等级要求不高，建筑选用横向框架承重

8.初定梁柱截面尺寸:
主梁：
取 h=700mm， b=300mm
柱： (底层柱高) h=(1～1.5)b
取 b=400mm , h=400mm

连系梁:
4500mm 取 b=250mm ， h=600mm
3900mm 取 b=250mm ， h=600mm
4800mm 取 b=250mm ， h=600mm
9.其它结构选型
①屋面结构
采用现浇屋盖，屋面找坡为建筑找坡
②楼面结构
采用现浇楼面。楼梯亦为现浇.
③楼梯结构
可采用梁式楼梯,但采用板式楼梯比较轻巧
梯段板厚:h=为梯段水平跨度
取 h=120mm
休息平台梁：h= 取h=400mm , b=200mm
平台板厚：h=100mm
④基础梁
选用现浇式钢筋混凝土基础梁，尺寸估算：b=250mm h=400mm.
⑤基础
从地质条件可以看出，基础的持力层不太深(在天然地面以下3m)地基承
载力为230KN/m2(>200KN/m2)故采用钢砼柱下单独基础。
⑥在轴之间设置伸缩缝
由于建筑物过长,故需设置伸缩缝，缝宽为60mm
10、结构布置
1)本建筑楼面标高变化不大，只作结构平面布置
其一般原则:上一层结构平面放到下一层建筑平面图布置
二层楼面，基础平面布置见详图
2)基础平面布置图
基础平面布置图上主要构件有：钢砼基础,基础梁
3)楼面结构布置图
主要构件有:框架、楼面梁
4)屋面结构布置图
主要构件有:框架、屋面梁、屋面板、天沟.
采用有组织的内天沟外排水形式
双坡屋面排水,坡度为2％

1．1实验室现浇板的计算

一、对 按双向板计算
1）荷载标准值
a）活荷载标准值： qk＝2.5KN/m2
b)恒荷载标准值：
钢筋砼100厚: 0.10×25＝2.5KN/m2
25厚水磨石地面： 0.025×25=0.625KN/m2
水泥沙浆20厚: 0.02×20＝0.4KN/m2
15厚石灰砂浆： 0.015×17=0.255 N/m2

合计 gk＝3.78KN/m2
2 )荷载设计值
a)活荷载 q＝2.5×1.4＝3.5KN/m2
b)恒荷载 g＝3.78×1.2＝4.536KN/m2

q/2=1.75 KN/m2
g＋q＝4.536＋3.5＝8.036KN/m2
g＋q/2=6.286 KN/m2
计算跨度 =4000mm（取即可，本值偏大，所以更安全）
3）弯矩计算
跨中最大正弯矩为内支座固定时，g+q/2作用下的跨中弯矩与当内支座铰支时，q/2作用下的跨中弯矩之和（并考虑泊松比=0.2的影响），支座最大负弯矩为当支座固定时g+q作用下弯矩值
按弹性理论计算弯矩（对于A区格板）

m1=(0.0371+0.2×0.0072)×6.286×4.082+(0.0387+0.2×0.0056)×1.75×4.082=5.19kN.m/m
m2=(0.0371×0.2＋0.0072)×6.286×4.082+(0.0387×0.2＋0.0056)×1.75×4.082=1.92KN.m/m
m1’= m1〃=-0.0797×8.04×4.082=-10.67KN.m/m
m2’=m2〃=-0.0571×8.04×4.082=-7.64kN.m/m
对于B区格板：

m1=(0.0374+0.2×0.0068)×6.286×42+(0.0405+0.2×0.0036)×1.75×42=5.05kN.m/m
m2=(0.0374×0.2＋0.0068)×6.286×42+(0.0405×0.2＋0.0036)×1.75×42=1.77KN.m/m
m1’= m1〃=-0.08×8.04×42=-10.29KN.m/m
m2’=m2〃=-0.0571×8.04×42=-7.35kN.m/m

3)截面设计
截面的有效高度：对于板的中间采用8号钢筋作为主受力钢筋，而对于板的支座处采用10号钢筋作为主受力钢筋。
对于板跨中： 短跨方向
长跨方向
对于支座处：
γs取0.95 As＝M/γshofy
对于A 区格板：
短跨方向：
长跨方向：
方向选用8@150 =335 方向选用8@200 =252
对于B 区格板：
短跨方向：
长跨方向：
方向选用8@150 =335 方向选用8@200 =252
支座A-B处配筋

方向选用10@110 =714
支座A处配筋
方向：
方向选用10@110 =714
方向：
方向选用10@150 =524

支座B处配筋
方向：
方向选用10@150 =524
板配筋图如下：

梁设计计算（采用C20）
取 bh=300700mm

1、 荷载 计算
恒载设计值：
板传荷载： 43.78=15.12KN/m
梁自重： 0.3（0.7-0.1）×25=4.5KN/m
梁粉刷： （0.7—0.1）20.0217=0.408KN/m

合 计： gk＝20.03KN/m2
活载设计值： 2.5×4=10 KN/m
总设计值： g+q=20.03×1.2+10×1.3= 37.04KN/m

2、 计算跨度
lo=ln=6900mm
3、 内力计算：
1）弯矩设计值 M=（g+q）lo2
查表可知：边跨、跨度中取1/14，边支座取-1/24
则 M1=1/1437.046.92=125.96KN·m
M边=1/24×37.04×6.92=73.48KN·m
2）剪力设计值 V=（g+q）l0
则
V边=0.5×37.04×(6.9-0.3)=122.23KN
4、承载力计算
承载力计算按T形截面计算：=2300mm
按第一类截面计算
对于边支座：
=0.059 =0.97
=
选配216 As=402mm2
对跨中：=
=0.103 =0.95
=
选配416(弯2) As=804mm2
2)斜截面承载力
验算截面尺寸 hW=ho—hf’ =665—100=565mm

截面尺寸按下式验算
0.25fcbho=0.259.6300650=468KN>V=122.23KN
故截面尺寸满足要求。
计算所需箍筋

0.7ftbho=0. 71.1300650=150.15KN＞V=122.23KN
故只需按构造配筋
配置Φ8@250 双肢筋
配筋图如下所示：

现浇楼梯计算
踏步尺寸150mm280mm，采用C20混凝土，板采用HPB235钢筋，梁纵筋采用HRB335钢筋，楼梯上均布活荷载标准值=2.5
1、 楼梯板计算
板倾斜度 tanα=150/280=0.536 cosα=0.876 取1m宽板带计算单元
1）荷载计算
梯段板荷载
恒载：水磨石面层 (0.28+0.15) 0.65/0.28=0.99KN/m
三角形踏步
斜 板 10.12251/0.876=3.425KN/m
板底抹灰 10.02171/0.876=0.382KN/m
合计 gk=6.722KN/m
活载 qk=2.5KN/m
恒荷载分项系数 ，活荷载分项系数
基本组合的总荷载设计值
P=6.7221.2+1.42.5=11.566KN/m
2）截面设计
板的水平跨度=3.36m，弯矩设计值M=1/1011.5663.362=13.06KN.m
X=
满足要求

选配10@110 As=714mm2
分布钢筋每级踏步1根8
2、平台板计算
取平台板厚h=100mm，取1m宽板带计算
1） 荷载计算
恒载： 水磨石面层 0.65KN/m
100厚砼板 0.125=2.5KN/m
20厚板底抹灰 0.0217=0.34KN/m

合计 gk=3.49KN/m

活载 qk=2.5KN/m
总荷载设计值： P=1.42.5+1.23.49=7.688KN/m
2） 截面设计
平台板的计算跨度lo=1.8-0.2/2=1.7m
弯矩设计值 M==1/87.6881.72=2.78KN.m
=
=0.046 =0.977
=
选配8@200 As=251mm2
分布钢筋6@250
3） 板支座处配筋
M=
则
=0.992
=
选配钢筋8@200 As=251mm2
3、平台梁PTL计算 截面尺寸：bh=200400mm
1） 荷载计算
恒栽： 梁自重 0.2（0.4—0.1）25=1.5KN/m
梁侧粉刷 0.02（0.4—0.1）217=0.204KN/m
平台板 7.6881.8/2=6.92KN/m
梯段板 11.5663.36/2=19.43KN/m

总荷载设计值 p=28.05KN/m
2） 截面设计
内力计算：
计算跨度

两者取小值
弯矩设计值 M=
剪力设计值 V=
采用C20砼 fC=9.6N/mm2
HPB335钢筋 fy=300N/mm2 =0.55
截面按倒L形计算 =，有效高度 ho=400-35=365mm
判别L形截面类型

属于第一类L形截面

满足要求
=0.988

选配钢筋

3） 斜截面受剪承载力计算
=0.7×1.1×200×365=56.21KN>V=47.12KN
故只需按构造配筋
选配双肢箍筋
PTL配筋图如下：

梯段板和平台板的配筋如下

三．框架结构计算
1 确定计算简图
1.1计算单元
1.2计算简图
假定框架与基础固定，且嵌固于基础顶面.框架梁与柱节点刚结.由于各层柱的截面尺寸不变，则梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二楼板底，基顶标高根据地质条件暂定-1.2m，二楼楼面板底标高为+3.90m，故底层柱高为（3.9+1.2）=5.1m，其余各层柱高为层高，均为3.9m。。
框架计算简图

1、 杆件尺寸估算
砼 梁：C20则Ec=2.55104N/mm2
柱：C30则Ec=3.00104N/mm2
框架梁（边跨） h= b=
则 h=6900=（575~862.5）mm 取 h=700mm b=300mm
连梁考虑纵梁兼做窗过梁，所以取h=600或400mm b=300mm
框架柱 b=底层柱高 h=（1～1.5）b
则 b=5100=255~340mm 取b=400mm
h=（1～1.5）b 取h=400mm
框架梁（中跨） 取b=300mm h=400mm

2、 惯性矩线刚度计算
其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，对于中框架梁取=2，对于边框架梁取=1.5（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）：
横向框架
边跨梁 I边梁=
中跨梁 I中梁=
底层柱 I底层柱=
其余各层柱 I余层柱=
令 =1 则其余杆的相对线刚度为：
=
=
=
框架梁柱线刚度如图所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据

2、各种荷载设计值计算。
2.1 屋面框架相关荷载计算
20mm厚1：2水泥砂浆找平： 0.02×20=0.40kN/m2
100-250mm厚（3%找坡）膨胀珍珠岩 ： 7×（0.1+0.25）/2=1.225 kN/m2
100mm厚现浇混泥土屋面板： 0.1 ×25=2.5kN/m2
20mm厚石灰抹灰： 0.34kN/m2
小计： 4.465kN/m2

边跨框架梁自重： 0.3×0.7×25=5.25kN/m
梁侧粉刷： 2×（0.7-0.1）×17×0.02=0.408kN/m
小计： 5.658KN/m

屋面板传给次梁荷载： 4.4652=8.93KN/m
中跨（BC跨）框架梁自重： 0.3×0.4×25=3kN/m
梁侧粉刷： 2×（0.4-0.1）×17×0.02=0.204 kN/m

小计： 3.204 KN/m
屋面板传给边跨（AB、CD）框架梁荷载： （5/8）×4.465×2=5.581kN/m
屋面边跨（AB、CD）梁荷载标准值： 5.658+5.581=11.239kN/m
屋面边跨（AB、CD）梁荷载设计值： 1.2×11.239=13.487kN/m
屋面板传给中跨（BC）框架梁荷载： （5/8）×4.465×2=5.581 kN/m
中跨（BC）跨框架线荷载标准值： 3.204+5.581=8.785KN/m
设计值： 1.28.785=10.542KN/m
边柱连系梁自重： 0.3×0.6×4.5×25=20.25kN
梁侧粉刷： 2×（0.6-0.1）×17×0.02×4.5=1.53kN
1.1m高女儿墙自重： 0.12×19×4.5×1.1=11.286kN
1.1m高女儿墙粉刷： 1.1×0.025×2×17×4.5=4.21kN
连系梁传来屋面自重： 2×0.6×4.5×4.465=24.11kN
顶层边节点集中荷载标准值： 61.386kN
顶层边节点集中荷载设计值： 1.2×61.386=73.66kN

中柱连系梁自重： 0.3×0.4×4.5×25=13.5kN
梁侧粉刷： 2×（0.40-0.1）×17×0.02×4.5=0.918kN
连系梁传来屋面自重： 4.465×0.4×2×4.5+1.0×0.4×4.465×2×4.5=32.148kN
顶层中节点集中荷载标准值： 46.566kN
顶层中节点集中荷载设计值： 1.2×46.566=55.879kN

2.2标准层框架相关荷载计算
45mm厚预制彩色水磨石面层： 0.95 kN/m2
80mm厚现浇钢筋混凝土楼板： 0.125=2 .5kN/m2
20厚板底抹灰： 0.02×17=0.34 kN/m2
楼面恒荷载： 3.79 kN/m2
设计值： 1.23.79=4.548kN/m2
边跨框架梁及梁侧粉刷： 5.658kN/m
填充墙自重： 0.24(3.9-0.5) 19=15.5 kN/m
墙面粉刷： 0.02217(3.9-0.5)=2.31 kN/m
中跨框架梁及梁侧粉刷： 3.204 kN/m
楼面板传给中跨（BC）框架梁荷载： （5/8）×3.79×2=4.738 kN/m
边跨（AB、CD）框架梁线荷载标准值： 23.468 kN/m
设计值： 1.223.468=28.162 kN/m
中跨（BC）跨框架线荷载标准值： 3.204+4.738=7.942KN/m
设计值： 1.27.942=9.53KN/m
边柱连系梁自重： 20.25kN
边柱连系梁粉刷： 1.53kN
铝合金窗自重： 2.4×2.1×0.45=2.268kN
窗下墙体自重： 0.24×0.9×4.5×19=18.468kN
窗下墙体粉刷： 2×0.02×0.9×4.5×17=2.754kN
窗边墙体自重： 1.60.2419=7.296KN
窗边墙体粉刷： 1.620.0217=1.088KN
框架柱自重： 0.4×0.4×3.90×25=15.6kN

连系梁传来楼面自重： 1/23.794.52=17.055KN
框架柱粉刷： 1.2×0.02×3.90×17=1.591kN
标准层边柱集中荷载标准值： 87.9kN
标准层边柱集中荷载设计值： 1.2×87.9=105.48kN

中柱连系梁自重： 13.5kN
中柱连系梁粉刷： 0.918kN
内纵墙自重： 4.5×（3.90-0.4）×0.2419=71.82kN
内纵墙粉刷： 4.5×（3.90-0.4）×0.02×17×2=9.52kN
扣除门窗洞加上门窗重： - [1.81.50.45+0.242.11+（2.11+1.81.5）
0.24 （19+0.02217）]=24.39kN
连系梁传来楼面自重： 3.9×O.4×2×4.5 + 3.79×O.4×4.5×2=27.684 kN
框架柱自重及粉刷： 15.6+1.591=17.191kN
标准层中结点集中荷载标准值： 116.243kN
标准层中结点集中荷载设计值： 1.2×116.243=139.492kN

2.3底层框架相关荷载计算
基础梁：bh=250mm450mm
基础梁自重： 0.25×0.45×4.5×25=12.656kN
铝合金窗自重： 2.268kN
窗下墙体自重： 0.24×1.65×4.5×19=33.858kN
窗下墙体粉刷： 20.021.354.517=4.131kN
窗边墙自重： 7.296KN
窗边墙粉刷： 1.088KN
框架柱自重： 0.4×0.4×5.1×25=20.4kN
框架柱粉刷： 1.2×0.02×5.1×17=2.08kN
底层边柱集中荷载标准值： 83.777kN
底层边柱集中荷载设计值： 1.2×83.777=100.532kN

基础梁自重： 12.656kN
内纵墙自重： 0.24×（5.1-0.45）×4.519=95.418kN
扣除门窗洞加上门窗重： -24.39KN
框架柱自重： 20.4kN
框架柱粉刷： 2.08kN
底层中柱集中荷载标准值： 106.164kN
底层中柱集中荷载设计值： 1.2×106.164=127.397kN
2.4活荷载计算
2.4.1.屋面框架活荷载计算
中跨主梁由屋面传递的均布活荷载设计值： (5/8) ×1.4×0.4×3×22=4.2kN/m
边跨主梁由屋面传递的均布活荷载设计值： (5/8) ×1.4×0.7×222=4.9kN/m
屋面传递给边跨连系梁活荷载设计值： 4.5×220.61.4=15.12kN
屋面传递给中跨连系梁活荷载设计值： 0.4×1.O×2×2×4.5×1.4+1.4×2×4.5×2.5×O.4=22.68 kN

2.4.2.标准层活载设计值
中跨主梁均布活载设计值： (5/8) ×1.4×0.4×322.5=5.25kN/m
边跨主梁由屋面传递的均布活荷载设计值： (5/8) ×1.4×0.7×222.5=6.13kN/m
楼面传递给边跨连系梁活荷载设计值： 1.420.62.54.5=18.9kN
屋面传递给中跨连系梁活荷载设计值：1.4×2×4.52.50.4+0.4×1.0×2.524.5×1.4=25.2kN

恒载作用、活载作用下结构计算简图如下所示：

（5）作用于屋面梁和楼面节点处集中风载计算
风压标准值计算公式为：，其中为风振系数，由于本建筑高度H=16.05m<30.00m，可以取；对于矩形平面，风荷载体系数；风压高度系数可查规范；由设计资料可知。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表，表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积。

风荷载计算表

层数

Z(m)

4
1.0
1.3
16.05
1.18
0.4
13.725
8.42
11.79
3
1.0
1.3
12.15
1.067
0.4
17.55
9.74
13.64
2
1.0
1.3
8.25
0.74
0.4
17.55
6.75
9.45
1
1.0
1.3
4.35
0.74
0.4
18.563
7.14
10

风荷载作用下的内力计算：
框架在风荷载作用下（以左向右吹）的内力用D值法进行计算，其步骤为：
⒈求各柱反弯点处的剪力值
⒉求各柱反弯点高度
⒊求各柱杆端弯矩及梁端弯矩
层数
层剪力（KN）
边柱D值
中柱D值
D
每根边柱剪力（KN）
每根中柱剪力（KN）

4

11.79