湘阴县二中教学楼结构手算计算书--本科毕业论文.doc

湖南城市学院土木工程专业（建筑工程方向）毕业设计手算计算书
湘阴县二中教学楼结构手算计算书

第一章 设计基本情况
一、建筑设计说明
1.1 工程名称
湘阴县二中教学楼。
1.2 工程概况
建筑总高度为22.5m，六层，层高均为3.6m。室内外高差为0.45mm，底层室内设计标高±0.000。建筑结构形式为框架结构，建筑总面积为4500。
1.3 建筑等级
建筑物耐久等级为二级，耐火等级为二级，防水等级为II级，使用年限为50年。
1.4 构件材料选择
拟选构件材料如下：
（1）混凝土：混凝土均采用C30。
（2）钢筋：纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB300。
（3）墙体：
1、所有墙体均采用240厚M10蒸压粉煤灰砖，砂浆强度等级为M5.0。
2、卫生间隔墙采用120厚M10水泥砂浆砌页岩砖，砂浆强度等级为M5.0。
1.5 建筑装修
1、一般做法均详见室内外装修表。
2、内墙面抹灰：凡墙面阳角及门洞转角处均为水泥砂浆护角。
二、结构设计说明
2.1 抗震设防
抗震设防烈度为7度，设计抗震分组为第一组；设计地震基本加速度为0.10g。
2.2气象条件：
基本风压=0.4KN/㎡
2.3 地质资料
1）II类场地，自然地表1m内为填土，填土下层为3m厚砂质粘土，再下为砾石层砂质粘土地基承载力特征值，砾石层为。
2）地下水位：地表以下2.0m，无侵蚀性。
3）相邻原有建筑基础为条形基础，其底面标高在室外地面下1.2m处，马路上排水暗沟3.0m。
第二章 ④号轴线框架计算
一、 计算任务
1.1、计算简图的确定，选定一榀框架对其进行计算。
1.2、计算作用于④轴线的恒载、活载、风荷载、地震作用以及由这些荷载引起的各层梁、柱的内力。恒载、活载作用下梁端弯矩计算采用弯矩二次分配法；风载作用下的内力计算要求采用D值法，水平地震作用下的内力采用底部剪力法。
1.3、通过《建筑结构荷载规范》的规定，进行内力组合。
1.4、对各梁柱截面进行配筋计算。
二、 计算简图的确定
该房屋主体结构共6层，层高均为3.6m。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，基顶标高根据地质条件、室内外高差，定为0.45m，二层楼面标高为3.60m,故底层柱高为4.6m。其余各层柱高从楼面算 至上一层楼面（即层高），均为3.6m。由此可绘
出框架的计算简图，如图2.1所示。

图2.1 框架结构平面布置图
屋盖和楼盖均采用现浇钢筋混凝土框架结构，板厚度取120mm。梁截面高度按跨度的估算而且梁的截面尺寸应满足承载力、刚度以及延性的要求。梁截面宽度可取梁高，同时不宜小于柱宽，且不应小于200mm。
框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式计算：

式中：N为柱组合的轴压力设计值；F为按简支状态计算的柱的负载面积；为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，近似取12-14KN/进行计算；为考虑地震作用组合后柱的轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取125；n为验算截面以上的楼层层数。
2.1、梁的截面计算
（1）横向框架梁：
边跨：边跨梁跨度为6600mm，取h=600mm，b=250mm；
中跨（走廊）：跨度为2700mm，h=取。
（2）纵向框架梁：
柱距为3300mm，则取h=500mm，b=250mm。
2.2、柱截面计算
边柱：

中柱：

由于柱的横向刚度较纵向小以及考虑到柱距的设置横向与纵向的间距差距较大设柱的截面为矩形，根据《建筑抗震设计规范》规定本框架为三级框架柱截面边长不能小于400mm则边柱和中柱的截面取均为500mmx500mm。

图2.2 ④轴框架结构计算简图
2.3、梁、柱的计算高（跨）度
梁的跨度：取轴线间距，即左边跨梁为6.6，中间跨梁为2.7m，；右边跨梁为6.6m
底层柱高：近似取底层层高加1m，即为4.6m；
其它层柱高：取层高，即为3.6m。

2.4、梁、柱刚度计算
框架梁取

构件
构件
位置
截面

跨（高）度
截面
惯性矩
截面计算刚度
杆件线刚度

线刚度相对值
梁
左边跨
0.250.6
6.60

0.94
右边跨

0.250.6
6.60

0.94
中跨
0.250.50
2.70

1.33
柱
两边跨
其它层
0.500.50
3. 60

——

1
底层
4.60

——

0.79
两中跨
其它层
0.500.50
3.60

——

1
底层
4.60

——

0.79
框架梁柱的相对线刚度如图2.3所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。

图2.3 框架梁柱相对线刚度
三、 荷载计算
3.1、自重计算
1、屋面及楼面永久荷载标准值
①不上人屋面恒载
40厚C20细石混凝土
SBS(3+3)改性沥青防水卷材.
20厚1:2.5水泥砂浆找平
20厚憎水珍珠岩板找坡层
50厚挤塑聚苯板
120厚钢筋混凝土板
10厚混合砂浆
合计：
②楼面恒载
1-6层楼面： 12厚1:2水泥石子磨光
18厚1:3水泥砂浆找平层
120厚钢筋混凝土
10厚混合砂浆
合计：
2、梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算
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，其计算过程详见表3.1。

表3.1 梁、柱重力荷载标准值
构件

边横梁
0.25
0.60
25
105
3.938
中横梁
0.25
0.50
25
1.05
2.625
纵梁
0.25
0.50
25
1.05
3.281
2～5层柱
0.5
0.5
25
1.10
6.875
1层柱
0.5
0.5
25
1.10
6.875
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；n表示构件数量；g表示单位长度构件的重力荷载；梁的长度取净长；柱长度取层高。
仅对第④轴线的横向框架进行计算，计算单元宽度为3.3m。因板的自重已计入楼面（屋面）的恒荷载之中，故计算梁的自重时梁的截面高度应取梁的原高度减去板厚。
外墙体为240mm厚蒸压粉煤灰砖（），外墙面贴瓷砖（，包括水泥砂浆打底，共厚），内墙面为水泥砂浆墙面（包括15厚1:3水泥砂浆，5厚1:2水泥砂浆，共厚）。则外墙单位墙面的重力荷载为：

内墙体为厚蒸压粉煤灰砖（），两侧内墙面为石灰砂浆墙面（包括15厚1:3水泥砂浆，5厚1:2水泥砂浆，共厚），则内墙单位墙面的重力荷载为：

卫生间隔墙为120mm厚
塑钢门单位面积重力荷载为塑钢窗单位面积荷载为
3.2、 恒荷载计算
取④号轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为3.3m，计算简图如图3.1所示：

图3.1 板传荷载示意图

图3.2 双向板导荷示意图
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。由于顶层纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在该层框架节点上还有集中力矩的作用。
各梁上作用的恒载如图3.3所示。

图3.3 各梁上作用的恒载计算图
1、对于第6层框架梁：
、分别代表横梁自重，为均布荷载形式。

、分别代表屋面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由图3.1中的几何关系可得：

、分别由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括主梁自重、楼板自重、女儿墙、外天沟自重等重力荷载，计算如下：

集中力矩：

2、对于第1-5层框架梁：
包括粱自重和其上横墙自重，为均布荷载，其它荷载的计算方法同第6层。对于厕所卫生间隔墙荷载为简化计算在此结果上进行近似扩大。

17.434x1.05=18.31KN/m

、分别代表楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。

、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载：包括主梁自重、楼板自重、外墙等重力荷载。

集中力矩：

表3.2 横向框架恒载汇总表
层次

6
3.938
3.281
16.715
13.676
49.425
43.84
1.632
5.48
1.632
1-5
18.31
3.281
13.79
11.286
46.85
54.55
0
6.819
0
恒载图如下所示：

图3.4 恒载示意图图（P：kN，q：kN/m，M：kN.m）
3.3活荷载计算
1、屋面及楼面可变荷载标准值如下：
湘阴县屋面雪载标准值
不上人屋面均布活荷载标准值
一般楼面均布活荷载标准值
走廊、楼梯均布活荷载
2、活载计算
、分别代表各板传给横梁的梯形活荷载和三角形活荷载，如图3.5所示。
活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下：

图3.5 各梁上作用的活载计算图
由图3.1中的几何关系可得：
（1）对于屋面梁：

集中力矩：

同理在屋面雪荷载的作用下：

集中力矩：

（2）对于第1-5层框架梁：

集中力矩：

将以上计算结果汇总，得到表3.3。
表3.3 横向框架活载汇总表
层次

　6
1.65（1.815）
　1.35（1.485）
1.361（1.497）
　2.678（2.945）
　0.633
　0.335（0.368）
0.633
　1-5
6.6
　5.4
　5.445
　10.71
0
　1.339
0
注：表中括号内数值对应于屋面雪荷载作用情况。
活载图如下所示：

图3.6 活载图（P：kN，q：kN/m，M：kN.m）

3.4 风荷载计算
垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算：

基本风压
由于该教学楼位于城市，地面粗糙度为B类地区。本建筑从平面来看为矩型建筑。忽略梁的轴力，合并得。
由于建筑高度为22.05m小于30m，取。
根据各楼层标高处的高度可得风压高度变化系数，代入上式即可求得各楼层标高处的，详见表3.4。
表3.4 沿房屋高度分布风荷载标准值
层次

6
22.05
1.285
1.3
1.0
0.4
0.668
5
18.45
1.217
1.3
1.0
0.4
0.633
4
14.85
1.136
1.3
1.0
0.4
0.591
3
1125
1.035
1.3
1.0
0.4
0.538
2
7.65
1.0
1.3
1.0
0.4
0.52
1
4.05
1.0
1.3
1.0
0.4
0.52
为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值为：

仍取第④轴线横向框架计算，其负载宽度为3.3m。
根据各楼层标高处的高度可得风压高度变化系数，代入上式即可求得各楼层标高处的，详见表3.5。
表3.5 集中风荷载标准值
层次

6
0.668
3.6
1.8女儿墙高为900mm)
3.3
5.952
5
0.41
3.6
3.6
3.3
7.520
4
0.385
3.6
3.6
3.3
7.021
3
0.385
3.6
3.6
3.3
6.391
2
0.385
3.6
3.6
3.3
6.178
1
0.385
4.05
3.6
3.3
6.564
第四章 恒荷载作用下内力分析
4.1、分布荷载转换成等效荷载
计算如图4.1所示

图4.1 三角形及梯形荷载换算为等效均不荷载
其中：
屋面梁上线荷载：
① 6层边跨：

② 6层中跨：

楼面梁上线荷载：
① 1-5层边跨：

③ 1-5层中跨：

框架中各层恒荷载作用分布图如图4.2所示：

图4.2 恒荷载作用分布图

通过结构力学求解器求得在恒荷载作用下结构的弯矩、剪力、轴力图如下：

图4.3 恒荷载作用下弯矩图

图4.4 恒荷载作用下剪力图

图4.5 恒荷载作用下轴力图
恒荷载内力计算

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 -842.885454 -9.88542427 15.1576505 -842.885454 -9.88542427 -303153011
2 -976.759545 6.62748216 -10.1621393 -976.759545 6.62748216 20.3242786
3 -976.759545 -6.62748216 10.1621393 -976.759545 -6.62748216 -20.3242786
4 -842.885454 9.88542427 -15.1576505 -842.885454 9.88542427 30.3153011
5 23.0284698 99.0639063 -94.3285677 23.0284698 -102.830093 -106.756985
6 6.52852300 13.9455000 -35.4231394 6.52852300 -13.9455000 -35.4231394
7 23.0284698 102.830093 -106.756985 23.0284698 -99.0639063 -94.3285677
8 -696.971547 -329138941 64.0132666 -696.971547 -32.9138941 -54.4767522
9 -805.433952 23.1274290 -44.1895677 -805.433952 23.1274290 39.0691767
10 -805.433952 -23.1274290 44.1895677 -805.433952 -23.1274290 -39.0691767
11 -696.971547 32.9138941 -64.0132666 -696.971547 32.9138941 54.4767522
12 -6.22586555 100.093118 -101.482465 -6.22586555 -101.800881 -107.118082
13 -2.73982385 13.9455000 -26.3429794 -2.73982385 -13.9455000 -26.3429794
14 -6.22586555 101.800881 -107.118082 -6.22586555 -100.093118 -101.482465
15 -550.028429 -26.6880285 47.0057135 -550.028429 -26.6880285 -49.0711893
16 -635.137570 19.6413873 -34.8859267 -635.137570 19.6413873 35.8230676
17 -635.137570 -19.6413873 34.8859267 -635.137570 -19.6413873 -35.8230676
18 -550.028429 26.6880285 -47.0057135 -550.028429 26.6880285 49.0711893
19 1.41877772 99.8301513 -99.8449119 1.41877772 -102.063848 -107.216113
20 0.79783165 13.9455000 -28.0048427 0.79783165 -13.9455000 -28.0048427
21 1.41877772 102.063848 -107.216113 1.41877772 -99.8301513 -99.8449119
22 -403.348278 -28.1068063 50.7737226 -403.348278 -28.1068063 -50.4107801
23 -464.578221 20.2623333 -36.5682029 -464.578221 20.2623333 36.3761972
24 -464.578221 -20.2623333 36.5682029 -464.578221 -20.2623333 -36.3761972
25 -403.348278 28.1068063 -50.7737226 -403.348278 28.1068063 50.4107801
26 -0.58576143 99.8699895 -100.118646 -0.58576143 -102.024010 -107.226915
27 -0.57756855 13.9455000 -276643527 -0.57756855 -13.9455000 -27.6643527
28 -0.58576143 102.024010 -107.226915 -0.58576143 -99.8699895 -100.118646
29 -256.628288 -27.5210448 49.7078663 -256.628288 -27.5210448 -49.3678951
30 -294.058711 20.2541405 -36.3663658 -294.058711 20.2541405 36.5485400
31 -294.058711 -20.2541405 36.3663658 -294.058711 -20.2541405 -36.5485400
32 -256.628288 27.5210448 -49.7078663 -256.628288 27.5210448 49.3678951
33 1.52073902 99.9916795 -100.560677 1.52073902 -101.902320 -106.865791
34 2.38631932 13.9455000 -27.9874082 2.38631932 -13.9455000 -27.9874082
35 1.52073902 101.902320 -106.865791 1.52073902 -99.9916795 -100.560677
36 -109.786608 -29.0417839 51.1927819 -109.786608 -29.0417839 -53.3576400
37 -123.660891 19.3885602 -35.5098436 -123.660891 19.3885602 34.2889731
38 -123.660891 -19.3885602 35.5098436 -123.660891 -19.3885602 -34.2889731
39 -109.786608 29.0417839 -51.1927819 -109.786608 29.0417839 53.3576400
40 -29.0417839 60.3616089 -54.9896400 -29.0417839 -63.8503910 -66.5026209
41 -9.65322369 15.9705000 -26.7336478 -9.65322369 -15.9705000 -26.7336478
42 -29.0417839 63.8503910 -66.5026209 -29.0417839 -60.3616089 -54.9896400
------------------------------------
恒荷载作用下的N图（单位：kN）

第五章 活荷载作用下内力分析
5.1、计算原则
活载内力计算方法同恒载类似，首先将三角形和梯形分布的活载依照固端弯矩等效的原则折算成均布荷载；计算各杆件固端弯矩，分配系数，利用二次力矩分配法求解弯矩；利用杆件平衡求解各杆件轴力、剪力。
5.2、分布荷载转换成等效荷载
屋面梁上线荷载：
6层边跨：

6层中跨：

楼面梁上线荷载：
1-5层边跨：

1-5层中跨：

框架中各层活荷载作用分布图如图5.1所示

图5.1 活荷载作用分布图
通过结构力学求解器求得在活荷载作用下结构的弯矩、剪力、轴力图如下：

图5.2 活荷载作用下弯矩图

图5.3 活荷载作用下剪力图

图5.4 活荷载作用下轴力图

活荷载内力计算
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 -130.008892 -1.89493838 2.90557219 -130.008892 -1.89493838 -5.81114438
2 -184.538607 1.22150391 -1.87297266 -184.538607 1.22150391 3.74594531
3 -184.538607 -1.22150391 1.87297266 -184.538607 -1.22150391 -3.74594531
4 -130.008892 1.89493838 -2.90557219 -130.008892 1.89493838 5.81114438
5 4.41149327 19.0147542 -18.0784516 4.41149327 -19.7932457 -20.6474737
6 1.37667772 4.56300000 -7.42552380 1.37667772 -4.56300000 -7.42552380
7 4.41149327 19.7932457 -20.6474737 4.41149327 -19.0147542 -18.0784516
8 -105.549138 -6.30643165 12.2673073 -105.549138 -6.30643165 -10.4358466
9 -149.472361 4.25631945 -8.13700465 -149.472361 4.25631945 7.18574537
10 -149.472361 -4.25631945 8.13700465 -149.472361 -4.25631945 -7.18574537
11 -105.549138 6.30643165 -12.2673073 -105.549138 6.30643165 10.4358466
12 -1.16908205 19.2198920 -19.4687948 -1.16908205 -19.5881079 -20.6839070
13 -0.53140901 4.56300000 -5.73862400 -0.53140901 -4.56300000 -5.73862400
14 -1.16908205 19.5881079 -20.6839070 -1.16908205 -19.2198920 -19.4687948
15 -80.8842461 -5.13734960 9.03294817 -80.8842461 -5.13734960 -9.46151038
16 -114.611253 3.61864640 -6.42053771 -114.611253 3.61864640 6.60658934
17 -114.611253 -3.61864640 6.42053771 -114.611253 -3.61864640 -6.60658934
18 -80.8842461 5.13734960 -9.03294817 -80.8842461 5.13734960 9.46151038
19 0.16808058 19.1633730 -19.1247174 0.16808058 -19.6446269 -20.7128551
20 0.09131318 4.56300000 -6.06855555 0.09131318 -4.56300000 -6.06855555
21 0.16808058 19.6446269 -20.7128551 0.16808058 -19.1633730 -19.1247174
22 -56.2758730 -5.30543018 9.66320708 -56.2758730 -5.30543018 -9.43634156
23 -79.6936269 3.69541381 -6.69871023 -79.6936269 3.69541381 6.60477949
24 -79.6936269 -3.69541381 6.69871023 -79.6936269 -3.69541381 -6.60477949
25 -56.2758730 5.30543018 -9.66320708 -56.2758730 5.30543018 9.43634156
26 0.36376147 19.1943545 -19.3091968 0.36376147 -19.6136454 -20.6928566
27 0.16183423 4.56300000 -5.90198503 0.16183423 -4.56300000 -5.90198503
28 0.36376147 19.6136454 -20.6928566 0.36376147 -19.1943545 -19.3091968
29 -31.6365184 -5.66919165 9.87285533 -31.6365184 -5.66919165 -10.5362346
30 -44.8069815 3.89734105 -6.84709217 -44.8069815 3.89734105 7.18333560
31 -44.8069815