城北实验中学教学楼毕业设计结构计算书(手算).doc

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1、毕业设计（论文）计算书 （结构部分设计）题 目： 南昌市城北实验中学教学楼 专 业： 土木工程 班 级： 2006级（4）班 学 号： 姓 名： 褚 帆 指导教师： 伍 卫 秀 老师 一、工程概况： 1、工程名称:南昌市城北实验中学教学楼 2、建筑地点:南昌市某沿街地段 3、建筑规模:1) 建筑总面积: 4985.28m2 2) 建筑层数: 四层，局部采用五层， 3) 结构类型: 钢筋混凝土框架结构 4) 层 高: 3.9m 4、建筑功能：（1） 普通教室 18间 67.5m2/间（2） 语音教室 2间 129.6 m2/间 （3） 微机教室 2间 129.6 m2/间 （4） 阅 览 室 2

2、间 99.9m2/间（5） 活 动 室 1间 99.9m2/间（6） 会 议 室 1间 99.9m2/间（7） 办 公 室 12间 行政办公室 6间 40.5m2/间教师办公室 6间 40.5m2/间 （8） 收 发 室 1间 27 m2/间（9） 贮 藏 室 3间 27 m2/间（10） 走廊 走廊为2.4m宽（11） 楼梯 共四个楼梯（12） 厕所 每层设男女厕所各两个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: 西南风 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:

3、 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(12月) 8) 最热月平均温度: 29.7(79月) 9) 最 大 降 雨 量: 50.4mm/h 月最大降雨量：184.3mm(46月)（二）工程地质条件 1) 天然地面以下1m厚为填土,地基标准承载力为120KN/m2.填土以下的2m厚为粘土,地基承载力为250KN/m2.粘土以下为中密粗砂层, 地基承载力为300KN/m2。 2) 地下水位:天然地面以下4m处 3) 地震设防烈度: 6度（三）施工条件 1）施工单位：南昌市某建筑公司 2）施工人

4、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K200kN/m2)故采用钢筋混凝土柱下独立基础.5.在1112轴之间设置温度伸缩缝；由于建筑物总长为53.6m,故需设置伸缩缝,缝宽为300mm10、结构布置 1)因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 2)基础平面布置图 基础平面布置图上主要构件有:钢筋混凝土基础、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11、屋面、楼面均采用现浇板 三张平面布置图见附图1、基础平面布置图2、楼面结构布置图3、屋面结构布置图二、楼

5、梯的计算现浇楼梯计算此处所计算的现浇楼梯为板式楼梯，楼梯的结构布置如图所示。 该楼梯：采用C25混凝土，板中采用HPB235钢筋，梁纵筋采用HRB335钢筋梯间宽3360mm， 梯段宽1650mm ， 井宽60mm ， 踏步总数为26，一跑13步 ，二跑13步 踏步高度150mm ，踏步宽度280mm， 休息平台2300mm1梯段板的计算确定板厚.梯段板的厚度 134.4mm112mm 取h=120mm荷载计算(取1m的宽板作为计算单元)楼梯斜板的倾斜角 斜板重 踏步重 水磨石面层 （0.28+0.15）0.65/0.3=0.998 kN/m板底抹灰 /0.881=0.386 kN/m合计 =

6、6.669 kN/m恒荷载设计值 g=1.2=1.2 6.669=8.003 kN/m活荷载标准值 活荷载设计值 q=1.4 =1.4 2.5=3.5 总荷载 p=g+q=8.003+3.5=11.503 截面设计踏步板的计算跨度:ln =3360mm跨中最大设计弯矩为:M=kN.m截面有效高度：板的有效高度ho=120-20=110mm=mm2选用 10110 As =714mm2分布筋每级踏步采用1根8.2平台板计算（设平台板厚h=80mm, 取1m宽板带计算）荷载计算恒载： 水磨石面层 0.65kN/m80mm厚混凝土板 0.0825=2 kN/m 板底抹灰 0.0217=0.34 kN

7、/m 合计： gk=2.99 kN/m恒荷载设计值 g=1.2=1.2 2.99=3.588 kN/m活荷载标准值 =2.5活荷载设计值 q=1.4 =1.4 2.5=3.5 总荷载 p=g+q=3.588+3.5=7.088 截面设计 平台板的计算跨度：lo=2300-200/2+240-400=2040mm 弯矩设计值：M= 板的有效高度：ho=8020=60mm=mm2选用 6110 As实 = 257mm2（3）平台梁设计设梁截面尺寸：h=350mm b=200mm荷载计算 恒载：由平台板传来的荷载 2.992.3/2=3.439kN/m 梁侧粉刷 0.02(0.35-0.08) 21

8、7=0.1836 kN/m 梯段板传来的荷载 6.6693.36/2=11.204 kN/m平台梁自重 0.2(0.35-0.08) 25=1.35kN/m 合计：16.18 kN/m 恒载p：1.2 16.18=19.416 kN/m活载q：kN/m 活载q设计值： kN/m荷载总值p： p=g+q=19.416+9.905=29.321 kN/m 截面设计 平台梁两端与竖立在框架上的短柱整结，平台梁的计算跨度lo=1.05（3.6-0.24）=3.528mm 梁跨中最大弯矩： = =45.62kN.m 梁端最大剪力： =49.26kN截面按倒L型计算翼缘计算宽度：b+5hf=300+580

9、=600mm梁有效高度 鉴别T形截面类型： 根据 = =157.08 kN.mM=54.13kN.m故属于第一类T形截面根据 =mm2选用 316 As实 = 603mm2斜截面抗剪能力计算验算截面尺寸 hW=ho-80=235mm 40.25fcbho =0.2511.=187.43kNV 截面满足要求又0.7ftbho=0.71.=56.01kNV 故只需按构造配箍筋 选用 6 200 （五）绘制施工图： 三、框架荷载、内力计算一、 确定计算简图1、 计算单元 KJ-92、 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

10、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，则底层柱高为3.9-0.1+0.45+1.5-0.9=4.85m，其余各层柱高为层高，均为3.9m。3、 主要杆件尺寸估算混凝土梁：C30 则Ec=3.00104N/mm2 柱： C30 则Ec=3.00104N/mm2横向框架梁（边跨）h=b= h=取 h=750mm b=取 b=350mm（中跨） 取b=350mm h=400mm 纵向连梁： h= 取h=400mm b=350mm 框架柱： b=（底层柱高）=h=（11.5）b 取：b=350mm h=500mm4、 惯性矩线刚度计算 其中在求梁截面惯性矩时考虑

11、到现浇楼板的作用，边跨取=1.5，中跨取=2（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）：边跨梁 IDE= IFH= 中跨梁 IEF= 底层柱 I底层柱= 其余各层柱 I余层柱= 令i余层柱=1则其余杆的相对线刚度为： iDE= iFH= iEF= =框架梁柱相对线刚度如图所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据，计算可知满足强柱弱梁的设计要求。二、各种荷载设计值计算：1恒载的计算（1）屋面框架恒荷载计算： 恒载： 10mm厚面砖保护层 （上人屋面） 0.0117=0.17kN/m2 三毡四油防水层 0.45kN/m220mm厚1：2水泥砂浆找平层： 0.0220=0.40kN/m2 20220m

12、m厚珍珠岩找坡（最薄处20厚）： 14（0.02+0.22）/2=1.68kN/m2100mm厚现浇混凝土板： 0.1 25=2.5kN/m2 V型轻钢龙骨及铝合金龙骨吊顶： 0.12kN/m2合计： 5.32 kN/m2 边跨梁自重 0.750.3525=6.56kN/m梁侧粉刷 2（0.75-0.1）0.0217=0.44kN/m梁底粉刷 0.350.0217=0.12 kN/m合计： 7.12kN/m 中跨梁自重 0.40.3525=3.5 kN/m梁侧粉刷 2（0.4-0.1）0.0217=0.2 kN/m 梁底粉刷 0.350.0217=0.12 kN/m合计： 3.82kN/m因此

13、，作用在顶层屋面上的线荷载为（2）楼面框架恒荷载计算：边跨恒载： 30mm厚水磨石面层 0.65kN/m2 100mm厚现浇混凝土板： 0.1 25=2.5kN/m2 V型轻钢龙骨及铝合金龙骨吊顶： 0.12kN/m2合计： 3.27 kN/m2 边跨梁及粉刷 7.12 kN/m边跨填充墙自重 0.24（3.9-0.75）19=14.36kN/m墙面粉刷 （3.9-0.75）0.02217=2.14 kN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 3.82 kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为（3）屋面框架节点集中荷载计算： 边柱连系梁自重： 0.350.44.525=15.75 kN粉刷： 0.02（

14、0.4-0.1）24.517+0.350.024.517=1.45 kN1.2m高女儿墙自重： 1.24.50.2419=24.62 kN粉刷： 1.20.0224.517=3.67 kN连梁传来的屋面自重： 顶层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 0.350.44.525=15.75 kN粉刷 1.45 kN连梁传来的屋面自重 0.5（4.5+4.5-2.4）1.25.32=21.07 kN0.52.254.55.32=26.93 kN顶层中节点集中荷载 （4）楼面框架节点集中荷载计算：边柱连梁自重加粉刷： 17.2kN钢窗自重： D点 3.6 2.40.45= 3.89kN H点3.02.40

15、.45=3.24 kN窗下墙体自重： 0.241（4.5-0.35）19=18.92kN粉刷：20.021（4.5-0.35）17=2.82 kN窗边墙体自重： D点 （4.5-0.35-3.6）0.2419= 2.51kN H点（4.5-0.35-3）0.2419= 5.24kN框架柱自重 0.350.53.925=17.06 kN粉刷 （0.35+0.5）2-0.2430.023.917=1.3 kN连梁传来楼面自重 0.54.50.54.53.27=16.55 kN 为了简便计算 取中间层边节点集中荷载中柱连系梁自重： 17.2 kN 内纵墙自重： （4.5-0.35）（3.9-0.4）

16、0.2419=66.23 kN粉刷： （4.5-0.35）（3.9-0.4）0.02217=9.88 kN扣除门洞重加上门重： 2.70.9（5.24-0.2）2=12.25 kNE点要扣除窗，为了方便计算，取最大值算 框架柱自重： 17.06kN粉刷 1.3 kN连梁传来楼面荷载： 0.5（4.5+4.5-2.4）1.23.27=12.95kN0.54.52.253.27=16.55 kN中间集中荷载 2活荷载的计算活载：屋面 2.0 kN/m2 楼面2.0 kN/m2 走廊2.5 kN/m2p4DE=p4FH=2.04.5=9.0 kN/mp4EF=22.4=4.8 kN/mp4D=p4H

17、=0.54.50.54.52=10.13 kNp4E=p4F=0.5(4.5+4.5-2.4) 1.22+0.254.54.52=18.05 kNpDE=pFH=2.04.5=9.0 kN/mpEF=2.52.4=6.0 kN/mpD=pH=0.54.50.54.52=10.13 kNpE=pF=0.5(4.5+4.5-2.4) 1.22.5+0.254.54.52=20.03 kN三、作用于屋面梁和楼面节点处集中风载计算 根据风压标准值计算公式为：，其中为高度z处风振系数，由于本建筑高度30.00m，可以取；对于矩形平面，风荷载体系数1=+0.8；2=-0.5风压高度变化系数z经查规范如下表

18、；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，其计算过程如下表：根据： ww =Qwos（H4+0.5H3） =1.4（0.8+0.5）1 wos（H4+0.5H3） =1.82 wos（H4+0.5H3） W3=1.82 wos（0.5H3+0.5H2） =0.91 wos（H3+H2） W2=0.91 wos（H2+H1）S：为开间. H4为女儿墙高，取1.2m风荷载计算表层数ZwoAPW设计值41.01.316.050.780.411.484.666.5231.01.312.150.740.417.556.759.4521.01.38.250.740.417.556.7

19、59.4511.01.34.350.740.418.567.1410.00 四、内力计算1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：计算各柱抗侧刚度D及总剪力在各柱间的剪力分配；确定各柱反弯点高度系数y；求各柱杆端弯矩及梁端弯矩 计算各柱抗侧刚度D及总剪力在各柱间的剪力分配层数层剪力（kN）边柱D值（DE、FH不相同）中柱D值D每根边柱剪力（kN）每根中柱剪力（kN）46.522.089315.972.089225.422.089135.421.277：确定各柱反弯点高度系数yn：为总层数 j：为所在层 k：为梁柱线刚度比yo：标准反弯点高度比（由

20、n、j、k查表可得）1：上下梁刚度变化时的刚度比2=上层层高/所计算层层高3=下层层高/本层层高由1、2、3可查得y1 、y2、y3层数边柱中柱4n=4 j=4 k=2.92 /k=3.51 yo=0.451=1 y1=0y=0.45+0=0.45n=4 j=4 k=4.58 /k=5.17 yo=0.451=1 y1=0y=0.45+0=0.453n=4 j=3 k=2.92 /k=3.51 yo=0.501=1 y1=03=1 y3=0y= yo +y1+ y3=0.50n=4 j=3 k=4.58 /k=5.17 yo=0.501=1 y1=03=1 y3=0y= yo +y1+ y3=

21、0.502n=4 j=2 k=2.92 /k=3.51 yo=0.501=1 y1=03=1 y3=0y= yo +y1+ y3=0.50 n=4 j=2 k=4.58 /k=5.17 yo=0.501=1 y1=03=1 y3=0y= yo +y1+ y3=0.501n=4 j=1 k=3.65 /k=4.39 yo=0.552=3.9/4.85=0.81 y2=0y= yo + y2 =0.55n=4 j=1 k=5.725 /k=6.46 yo=0.552=3.9/4.85=0.81 y2=0y= yo + y2 =0.55：求各柱杆端弯矩及梁端弯矩根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计

22、算i层第j个柱端弯矩 上端弯矩： Mtij=Vijh（1-y） 下端弯矩： Mbij=Vijhy由柱端弯矩，并根据节点平衡计算梁端弯矩对于边跨梁端弯矩：Mbi=Mtij+Mbi+1，j对于中跨，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此： Mlbi=（Mtij+Mbi+1，j） Mrbi=（Mtij+Mbi+1，j）再根据力平衡原理，由梁端弯矩和作用在该梁上的竖向荷载，求出梁跨中弯矩和剪力经计算，其内力图如下：2恒荷载作用下的内力计算1、 将梯形分布荷载及三角形分布荷载转化为等效均布荷载2、 计算各点的固端弯矩顶层：其它层： 3、 用弯矩分配法计算各节点的弯矩4.不平衡弯矩的分配，各节点之间不再传递

23、5.画出恒载作用下的弯矩、剪力、轴力图 2、活载作用下的内力计算a. 由于分跨考虑与满布活荷载考虑相差不大，所以为了简便计算，活荷载的计算方法与恒荷载相似b. 将梯形分布荷载及三角形分布荷载转化为等效均布荷载 c. 计算各点的固端弯矩顶层：其它层： d. 用弯矩分配法计算各节点的弯矩e.不平衡弯矩的分配，各节点之间不再传递f.画出活载作用下的弯矩、剪力、轴力图五、内力组合根据最不利而又可能的原则进行内力组合，并进行承载力计算： 载标准值1.2恒载标准1.2+活载标准值1.4 恒载标准1.2+风载标准值1.4恒载标准值1.2+活载标准值1.4+0.6风载标准值1.4 或近似：恒载标准值1.2+0

24、.9（活载标准值+风载标准值）1.4假定：当时，（M，N，V）标准值设计值/1.25注： 本设计组合时选取EH跨内力进行考虑。符号规定： 梁：弯矩下侧受拉为“+”反之为“-” 剪力以绕杆端顺时针为“+” 柱：弯矩M：以柱左侧受拉为“+”轴力N：以柱受压为“+”受拉为“-”用于承载力计算的框架荷载效应组合表（顶层梁）梁编号截面内力恒载活载左风右风Mmax及相应的VMmax及相应的VVmax及相应的M组合项目组合值组合项目组合值组合项目组合值4L-DE左M-67.25-18.3833.134-3.1341.2*+1.4*0.9*+0.9*-106.68 1.2*+1.4*0.9*+0.9*-106

25、.68 V116.14632.356-0.6080.608180.69 180.69 中M177.98350.0360.396-0.3961.2*+1.4*0.9*+0.9*276.98 V-0.6080.608-0.55 右M-131.635-35.91-2.3422.3421.2*+1.4*0.9*+0.9*-201.10 1.2*+1.4*0.9*+0.9*-201.10 V-130.454-36.251-0.6080.608-201.67 -201.67 4L-EF左M-68.673-19.3611.332-1.3321.2*+1.4*-109.51 1.2*+1.4*-109.51 V33.5669.055-1.0661.06652.96 52.96 中M-36.89-10.6560.055-0.0551.2*+1.4*-59.19 1.2*+1.4*-59.19 V-1.0661.0660.00 0.00 右M-2