多层百货大楼结构计算书-学位论文.doc

目录1 设计资料32 梁、柱截面尺寸估算42.1 梁截面尺寸估算42.2 柱截面尺寸估算43 框架计算简图及梁柱线刚度53.1 确定框架计算简图（KJ-4）53.2 梁柱线刚度计算54 荷载计算64.1 恒荷载标准值计算 图2 计算简图64.1.1 屋面64.1.2 各层楼面64.1.3 梁自重64.1.4 柱自重74.1.5 内、外纵横墙自重74.2 活荷载标准值计算84.2.1 屋面和楼面活荷载标准值84.2.2 雪荷载标准值84.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图84.3.1 AF轴间框架梁94.3.2 A、F轴柱纵向集中荷载的计算94.3.4 B、C、D、E轴柱纵向集中荷载的计算10屋面板三角形荷载等效为均布荷载104.4 风荷载标准值计算114.5 水平地震作用计算12由于设防烈度为六度，不考虑抗震设计，再施工过程中，只考虑抗震构造。124.6 刚重比和剪重比验算125 内力计算135.1 恒荷载标准值作用下框架的内力135.2 活荷载标准值作用下框架的内力135.3 风荷载标准值作用下框架的内力136 内力组合216.1 各种荷载作用下梁控制截面的内力216.1.1 恒荷载作用下梁控制截面的内力216.1.2 活荷载作用下梁控制截面的内力226.1.3 风荷载作用下梁控制截面的内力226.2 各种荷载作用下柱控制截面的内力236.2.1 恒荷载作用下柱控制截面的内力236.2.2 活荷载作用下柱控制截面的内力236.2.3 风荷载作用下柱控制截面的内力237 框架梁截面设计297.1 框架梁正截面承载力计算297.2 框架梁斜截面承载力计算317.3 框架梁裂缝宽度验算338 框架柱截面设计348.1 框架柱正截面承载力计算348.1.1 轴压比验算348.1.2 正截面承载力计算348.2 框架柱斜截面承载力计算388.3 裂缝宽度验算389 次梁截面设计399.1 荷载计算399.2 内力计算399.3 次梁截面承载力计算409.3.1 次梁正截面承载力计算409.3.2 次梁斜截面承载力计算4010 板截面设计4110.1 B1计算4110.1.1 荷载计算4210.1.2 内力计算4210.1.3 截面承载力计算4310.2 B2计算4310.2.1 荷载计算4310.2.2 内力计算4310.2.3 截面承载力计算4411 楼梯设计4411.1 设计资料4411.2 踏步板设计（TB1）4511.2.1 确定踏步板的基本尺寸4511.2.2 荷载计算4511.2.3 内力计算4611.2.4 配筋计算4611.3 平台板设计（TB2）4611.3.1 确定平台板的基本尺寸4611.3.2 荷载计算4611.3.3 内力计算4711.3.4 截面承载力计算4711.4 平台梁设计（TL1）4711.4.1 确定平台梁尺寸4711.4.2 荷载计算4711.4.3 内力计算4811.4.4 正截面承载力计算4811.4.5 斜截面承载力计算4911.5 其它梁、板设计4912 基础设计4912.1 作用于基础顶面上的荷载计算4912.1.1 A轴基础5012.1.2 B轴基础5012.2 A柱基础的计算5112.2.1 初步确定基础尺寸5112.2.2 地基承载力验算（采用标准组合）5212.2.3 冲切验算（采用基本组合）5212.2.4 基础底面配筋计算（采用基本组合）5312.3 B柱基础的计算5412.3.1 初步确定基础尺寸5412.3.2 地基承载力验算（采用标准组合）5512.3.3 内力分析（采用基本组合）5512.3.4 基础梁配筋计算5612.3.5 底板配筋计算57致谢58参考文献59结构计算书1 设计资料（1）工程名称：多层百货大楼。（2） 结构形式：现浇钢筋混凝土框架结构，柱网尺寸为6.9m6.9m。（3） 工程概况：建筑层数4层，一层高4.5m，其它层3.3m，室内外高差900mm，建筑高度17.85m，建筑面积9522m2。基础埋深3m，粉质粘土层作为持力层，不必再埋深以节省造价，场地类别按二类。（4） 基本风压：0.45 kN/ m2，地面粗糙度为C类。（5） 基本雪压：0.40 kN/ m2，百货楼楼面活荷载取3.0kN/ m2，屋面活荷载标准值为1.5kN/ m2，其他情况详见说明书。（6） 抗震设防烈度：六度设防。（7） 材料选用：钢筋：梁、柱中的纵向钢筋采用HRB335，板中钢筋和箍筋采用HPB235；基础中除分布钢筋和箍筋采用HPB235外，其余钢筋采用HRB335。混凝土：采用C30混凝土；墙体：采用加气混凝土砌块，重度=5.5 kN/m3 ；窗：铝合金窗，=0.35 kN/m3 ；（8） 墙体厚度：内外墙厚200mm。基础埋深3.0m，天然地面高2.7m，室内地坪高0.00m。室内外高差为0.45m，,所以室外标高为-0.45m，基础顶面标高为-3.45m结构平面布置图如图1所示。图1 结构平面布置图2 梁、柱截面尺寸估算2.1 梁截面尺寸估算框架主梁截面高度，截面宽度，本结构中取：纵向框架梁： b=300mm h=600mm横向AB、BC、CD、DE、EF 跨框架梁： b=300mm h=600mm次梁： b=250mm h=500mm2.2 柱截面尺寸估算框架柱的截面尺寸，为第层层高。本结构中层高为4.5m，故=（250375）mm。框架柱截面尺寸还应根据公式估算。式中：，负荷面积（1214） kN/ m2层数，为轴压比，可根据规范查出。仅估算底层柱。本结构中，边柱和中柱负荷面积分别为（6.9*4.5）m2 ，（6.93.3）m2，层数为4层；该框架结构抗震设防烈度为六度，建筑高度14.4m30m，因此为三级抗震，其轴压比限值=0.9。C30混凝土 ，=16.7 N/mm2经计算，取柱截面为正方形，则边柱、中柱截面相同为400*400，考虑到施工、计算简便以及安全因素，各柱截面尺寸从底层到顶层均取为500 mm 500 mm。3 框架计算简图及梁柱线刚度3.1 确定框架计算简图（KJ-4）框架的计算单元如图1所示，选取轴线上的一榀框架进行计算，其余框架可参照此框架进行配筋。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故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层楼面，基础顶面至室外地面的高度为3m，室内外高差为0.45m，因此基底层高标高为-3.45m，二层楼面标高为4.5 m，故底层框架柱高为7.95m，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为3.3 m。由此可绘出框架的计算简图，如图2所示。3.2 梁柱线刚度计算对于现浇楼板，中框架梁取，。各跨框架梁和各层框架柱的线刚度计算分别见表1和表 2 。由于该榀框架结构对称，因此只需计算半边结构。表1 梁线刚度的计算构件EC(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)L(mm)2ECI0/L(Nmm)边框架梁3.0104300*6005.41096.94.71010中框架梁3.0104300*6005.41096.94.71010表2 柱线刚度的计算层EC(N/mm2)bh(mmmm)I0(mm4)h(mm)ECI0/h(Nmm)13.01045005005.208310979503.9251010243.01045505005.208310933009.4551010令，则其余各杆件的相对线刚度为：框架结构的相对线刚度如图2所示。4 荷载计算4.1 恒荷载标准值计算 图2 计算简图4.1.1 屋面高聚物改性沥青卷材防水屋面 2.20 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 =3 kN/m2抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 5.35 kN/m24.1.2 各层楼面水磨石楼面 1.50 kN/m2结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225 =3 kN/m2抹灰层粉刷石膏砂浆 0.15 kN/m2合计 3.85 kN/m24.1.3 梁自重（1）bh=300 mm 600 mm梁自重 250.3（0.6-0.12）=3 .6kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15（0.6-0.12）2+0.3=0.18 kN/m合计 3.78 kN/m（2）bh=250 mm 500 mm梁自重 250.25（0.5-0.12）=2.38 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.15（0.5-0.12）2*7=0.8kN/m合计 3.18 kN/m（3）基础梁500 mm500 mm梁自重 250.50.5=6.25 kN/m4.1.4 柱自重bh=500 mm500 mm柱自重 250.50.5=6.25 kN/m抹灰层：粉刷石膏砂浆 0.150.54*7=2.1kN/m合计 8.35kN/m4.1.5 内、外纵横墙自重（1）标准层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为m的窗。纵墙 3.22 0.25.5=3.54kN/m铝合金窗 0.980.35=0.34 kN/m水刷石外墙面 3.220.5=1.61 kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 3.220.15*7=3.4kN/m合计 8.89 kN/m （2）底层纵墙在计算单元内相当于高度为m的墙，铝合金窗在计算单元内相当于高度为0.98m的窗。纵墙 3.270.25.5=3.60kN/m铝合金窗 0.980.35=0.34 kN/m水刷石外墙面 4.410.5=2.21kN/m粉刷石膏砂浆内墙面 3.270.15=0.50 kN/m合计 6.65kN/m 4.2 活荷载标准值计算4.2.1 屋面和楼面活荷载标准值上人屋面 1.5 kN/ m2楼面活荷载 3.0kN/ m24.2.2 雪荷载标准值=1.00.40 kN/ m2屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，两者中取大值。4.3 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图AF轴间梁上板的，按单向板进行计算，长边支承梁上荷载呈梯形分布，短边支承梁上荷载呈三角形分布；。本结构楼面荷载的传递示意图见图3。 图3 板传荷载示意图板传至梁上的三角形荷载等效为均布荷载梯形荷载等效为均布荷载 ， 4.3.1 AF轴间框架梁屋面板传给梁（即屋面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载：5.351.730.632=11.66 kN/m活荷载：1.51.730.632=3.27kN/m楼面板传给梁（即楼面板两个梯形荷载等效为均布荷载）：恒荷载： 3.851.730.632=8.39kN/m活荷载： 3.01.730.632=6.54kN/mAF轴间框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传恒荷载=3.78+11.66=15.44 kN/m 活荷载=板传活荷载=3.27kN/m楼面梁 恒荷载=内横墙自重+梁自重+板传恒荷载=8.89+3.78+8.39=21.06 kN/m 活荷载=板传活荷载=6.54kN/m4.3.2 A、F轴柱纵向集中荷载的计算屋面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：5.351.73=3.24 kN/m活荷载：1.51.73=1.62kN/m楼面板三角形荷载等效为均布荷载：恒荷载：3.851.73=3.24kN/m活荷载：3.01.73=3.24kN/m顶层柱恒荷载=外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =3.18（6.9-0.5）+ =71.55kN顶层柱活荷载=板传活荷载=1.62（6.9-0.5）+ =21.65kN标准层柱恒荷载=外纵墙自重+外纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =8.89（6.9-0.5）+3.18（6.9-0.5）+3.24（6.9-0.5）+ =145.86kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=3.24（6.9-0.5）+ =43.30kN基础顶面恒荷载=底面外纵墙自重+基础梁自重 =8.89（6.9-0.5）+2.5（6.9-0.5） =72.90kN4.3.4 B、C、D、E轴柱纵向集中荷载的计算屋面板三角形荷载等效为均布荷载屋面板均布荷载：恒荷载：5.351.73*5/8=3.24 kN/m活荷载：1.51.73*5/8=1.62kN/m楼面板三角形荷载等效为均布荷载：楼面板均布荷载：恒荷载：3.851.73*5/8=3.24 kN/m活荷载：3.01.73*5/8=3.24 kN/m顶层柱恒荷载=内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =8.89（6.9-0.5）+3.24（6.9-0.5）+3.78（6.9-0.5）=192.70kN顶层柱活荷载=板传活荷载=1.62（6.9-0.5）+ = 27.65kN标准层柱恒荷载=内纵墙自重+内纵框架梁自重+板传恒荷载+次梁传恒荷载 =8.89（6.9-0.5）+3.78（6.9-0.5）+3.24（6.9-0.5）+3.18（6.9-0.5） =192.13kN 标准层柱活荷载=板传活荷载=3.24（6.9-0.5）+6.54（6.9-0.5） =62.59kN基础顶面恒荷载=底面内纵墙自重+基础梁自重 =8.89（6.9-0.5）+2.5（6.9-0.5） =72.90 kN图4 恒荷载和活荷载作用下框架的受荷图注：1.图中集中力的单位为kN，均布力的单位为kN/m；2.图中数值均为标准值；3.括号外数值表示恒荷载，括号内数值表示活荷载。框架在恒荷载和活荷载作用下受荷图如图4所示，竖向荷载与柱轴心有偏心，偏心距均为150mm。4.4 风荷载标准值计算为简化计算，将计算单元范围内外墙面的风荷载化为等量的作用于楼面的集中风荷载，计算公式为：式中：基本风压，为0.45 kN/m2风压高度变化系数，地面粗糙度为C类风荷载体形系数, =0.8-(-0.5)=1.3（迎风面、背风面叠加）风振系数，因房屋高度小于30m，所以=1.0下层柱高上层柱高，（对于顶层为女儿墙高2倍，本设计中没有女儿墙不考虑）B计算单元迎风面宽度，B=7.2m计算过程见表3。表3 各层楼面处集中风荷载标准值离地高度(m)(m)(m)(kN)14.81.541.01.33.63.611.0611.51.541.01.33.63.611.068.21.541.01.33.63.611.064.91.541.01.34.053.611.73风荷载作用下结构的受荷图如图5所示。风荷载作用下结构受荷图 图54.5 水平地震作用计算由于设防烈度为六度，不考虑抗震设计，再施工过程中，只考虑抗震构造。4.6 刚重比和剪重比验算为了保证结构的稳定和安全，需分别按式和进行结构刚重比和剪重比验算。各层的刚重比和剪重比见表12。表12 各层刚重比和剪重比层(m)(kN/m)(kN)(kN)(kN)43.332953614829121274.5211765.48/15441.1276.830.08333.332953614829121640.1517777.14/23765.1049.920.06923.332953614829121893.7523788.80/32089.0836.970.05914.928265015263102039.4229973.83/40621.1029.20.050注：一栏中，分子为第j层的重力荷载代表值，分母为第j层的重力荷载设计值，刚重比计算用重力荷载设计值，剪重比计算用重力荷载代表值。由表12可见，各层的刚重比均大于20，不必考虑重力二阶效应，各层的剪重比均大于0.016，满足剪重比要求。5 内力计算5.1 恒荷载标准值作用下框架的内力采用力学求解器计算，求得的内力图如图7到图9所示。5.2 活荷载标准值作用下框架的内力采用力学求解器计算，求得的内力图如图10到图12所示。5.3 风荷载标准值作用下框架的内力采用力学求解器计算，求得的内力图如图13到图15所示。59 图六 恒荷载计算简图图7 恒荷载作用下的M图（单位：kNm） 图8 荷载作用下的V图（单位：kN） 图9 恒荷载作用下的N图（单位：kN） 活载计算简图 图10 活荷载作用下的M图（单位：kNm） 图11 活荷载作用下的V图（单位：kN） 图12 活荷载作用下的N图（单位：kN）计算简图6 内力组合由于梁控制截面的内力值应取自支座边缘处，为此，在进行组合前，应先计算各控制截面的（支座边缘处）内力值。柱上端控制截面在上层的梁底，柱下端控制截面在下层的梁端，按轴线计算简图算得的柱段内力值宜换算到控制截面处的值。梁控制截面的内力值为：，柱控制截面的内力值为：式中：控制截面的弯矩标准值控制截面的剪力标准值M梁柱中线交点处的弯矩标准值V与M相应的梁柱中线交点处的剪力标准值q梁单位长度的均布荷载标准值b梁支座宽度（即柱截面高度），柱支座宽度（即梁截面高度）6.1 各种荷载作用下梁控制截面的内力6.1.1 恒荷载作用下梁控制截面的内力，计算结果见表18。表18 恒荷载作用下梁控制截面的内力层梁控制截面的弯矩梁控制截面的剪力4-45.24-38.38-1.40-1.4054.78-52.262.05-2.053-43.75-36.17-3.92-3.9254.90-52.142.05-2.052-43.10-37.91-3.34-3.3454.46-52.582.05-2.051-39.70-38.45-4.91-4.9153.75-53.292.05-2.05 6.1.2 活荷载作用下梁控制截面的内力计算结果见表19。表19 活荷载作用下梁控制截面的内力层梁控制截面的弯矩梁控制截面的剪力4-13.83-9.86-1.77-1.7717.50-16.06003-14.00-10.33-1.46-1.4617.45-16.11002-13.63-10.80-1.45-1.4517.30-16.26001-12.23-10.97-2.14-2.1413.01-18.35006.1.3 风荷载作用下梁控制截面的内力计算结果见表20。表20 风荷载作用下梁控制截面的内力层梁控制截面的弯矩梁控制截面的剪力48.91 -8.34 5.53 -5.53 -3.14 -3.14 -5.02 -5.02 315.21 -13.99 11.52 -11.52 -3.18 -3.18 -9.75 -9.75 221.43 -19.75 16.40 -16.40 -7.49 -7.49 -14.91 -14.91 127.96 -24.67 20.62 -20.62 -9.57 -9.57 -18.75 -18.75 6.2 各种荷载作用下柱控制截面的内力6.2.1 恒荷载作用下柱控制截面的内力计算结果见表23。表23 恒荷载作用下柱控制截面的内力（单位：）层框架柱A框架柱B4-16.4118.726.50-10.203-19.2618.2812.23-11.382-18.5721.6212.60-14.891-13.976.659.32-4.226.2.2 活荷载作用下柱控制截面的内力计算结果见表24。表24 活荷载作用下柱控制截面的内力（单位：）层框架柱A框架柱B4-8.848.235.78-5.893-7.887.735.52-5.512-7.979.006.29-7.301-5.952.834.54-2.066.2.3 风荷载作用下柱控制截面的内力计算结果见表25。表25 风荷载作用下柱控制截面的内力（单位：）层框架柱A框架柱B47.66 -3.52 10.99 -7.92 311.51 -6.72 16.63 -13.41 213.40 -8.62 22.47 -20.38 116.94 -31.76 24.84 -35.32 表28 框架梁AB的基本组合表（非地震）层截面内力种类荷载类别内力组合S恒荷载活荷载左风右风1.2恒+1.4活+1.40.6左风1.2恒+1.4活+1.40.6右风1.2恒+1.4左风+1.41.5活1.2恒+1.4右风+1.41.5活1.35恒+1.41.5活+1.40.6左风1.35恒+1.41.5活+1.40.6右风MmaxMminVmax4左M-45.24-13.838.91-8.91-66.17-81.13-55.37-80.32-67.14-82.11-82.11V54.7817.50-3.143.1487.6092.8778.4987.2888.4793.7493.74中M31.2113.250.29-0.2956.2555.7650.8450.0355.3654.8756.25右M-38.38-9.86-8.348.34-66.87-52.85-67.39-44.04-68.48-54.47-68.48V-52.26-16.06-3.143.14-87.83-82.56-82.85-74.05-88.93-83.65-88.933左M-43.75-14.0015.21-15.21-59.32-84.88-44.93-87.51-60.01-85.56-87.51V54.9017.45-3.183.1885.8594.7775.5590.4286.7695.6895.68中M33.0112.850.61-0.6158.1153.0953.0651.3557.6756.6458.11右M-36.17-10.33-13.9913.99-69.62-46.11-73.11-33.94-71.50-47.20-73.11V-52.14-16.11-3.183.18-89.58-80.63-85.79-70.92-90.64-81.72-90.642左M-43.10-13.6321.43-21.43-52.80-88.80-35.08-95.08-53.54-89.54-95.08V54.4617.30-7.497.4983.2895.8671.8292.7984.1896.7796.77中M32.4712.790.84-0.8457.5856.1652.6750.3253.0755.6657.58右M-37.91-10.80-19.7519.75-77.20-44.02-83.73-28.43-78.35-45.17-83.73V-52.58-16.26-7.497.49-92.15-79.57-89.52-68.54-93.21-80.63-93.211左M-39.70-12.2327.96-27.96-41.28-88.25-20.48-98.77-42.09-89.07-98.77V53.7513.01-9.579.5780.2895.7867.7794.1681.1997.2797.27中M33.9013.521.65-1.6560.9958.2256.2451.6260.4057.6360.99右M-38.45-10.97-24.6724.67-82.22-41.58-91.43-22.35-83.38-41.734-91.43V-53.29-18.35-9.579.57-95.16-79.08-93.57-66.77-96.20-80.12-96.20表29 框架梁BC的基本组合表（非地震）层截面内力种类荷载类别内力组合S恒荷载活荷载左风右风1.2恒+1.4活+1.40.6左风1.2恒+1.4活+1.40.6右风1.2恒+1.4左风+1.41.5活1.2恒+1.4右风+1.41.5活1.35恒+1.41.5活+1.40.6左风1.35恒+1.41.5活+1.40.6右风MmaxMminVmax4左M-1.40 -1.77 5.53 -5.53 0.49 -8.80 4.33 -11.16 1.02 -8.27 -11.16 V2.05 0.00 -5.02 5.02 -1.76 6.68 -4.16 9.49 -1.45 6.98 9.49中M-0.32 -1.77 0.00 0.00 -2.86 -2.86 -2.12 -2.12 -2.17 -2.17 -2.12 右M-1.40 -1.77 -5.53 5.53 -8.80 0.49 -11.16 4.33 -8.27 1.02 -11.16 V-2.05 0.00 -5.02 5.02 -6.68 1.76 -9.49 4.16 -6.98 1.45 -9.49 3左M-3.92 -1.46 11.52 -11.52 2.26 -15.75 8.87 -21.14 2.28 -15.73 -21.14 V2.05 0.00 -9.75 9.75 -5.73 10.65 -11.19 16.11 -5.42 10.96 16.11中M-2.48 -1.46 0.00 0.00 -5.02 -5.02 -4.41 -4.41 -4.78 -4.78 -4.41 右M-3.92 -1.46 -11.52 11.52 -15.75 2.26 -21.14 8.87 -15.73 2.28 -21.14 V-2.05 0.00 -9.75 9.75 -10.65 5.73 -16.11 11.19 -10.96 5.42 -16.11 2左M-3.34 -1.45 16.40 -16.40 7.74 -19.81 17.53 -28.39 7.85 -19.71 -28.39 V2.05