中学图书馆内力计算和内力的组合设计书

1 中学图书馆 内力计算和内力的组合设计书 1 建筑设计总说明 设计依据 毕业设计任务书 民用建筑设计通则 建筑设计防火规范 屋面工程技术规范 工程概况 本工程名称为黄埔前进中学图书馆，建设地点位于上海市黄埔区。结构选用钢筋混凝土框架结构，建筑总高度为 筑总面积为 建筑共有 4层，使用年限为 50 年，耐火等级为二级，屋面防水等级为二级。 设计标高、尺寸单位 （ 1） 本工程 室内标高 绝对标高数值，初步定为 黄海标高 2） 本工程的标高 均以 单位（除标高以 m 为单位） （ 3） 各层所注标高为建筑标高 工程说明 墙体构造 （ 1） 未注明墙体厚度均为 240 2 （ 2） 砌筑墙体材料为蒸压加气混凝土砌块 （ 3） 在标高 设置一道防水层 ，做法为 20 厚 1:2水泥砂浆 ，掺以水泥计重 5%的 防潮剂 。 防潮层 以下的墙体均以 1:3 的 水泥砂浆粉刷 （双面）。 （ 4） 卫生间墙体 采用轻质隔板 屋面构造 自下而上， 20 厚 混合砂浆抹灰 ， 100 厚 现浇钢筋混凝土 板， 120 厚1:平，隔热层， 20 厚 1:泥 砂浆找平 ， 40 厚聚氨酯 泡沫 保温 防水 层， 25 厚细石 混凝土防水 层。 楼地面做法 自上而下： 8 厚地砖， 素水泥砂浆抹缝 。 3 厚 水泥胶结层 ， 20 厚 1:3 水泥砂浆找平 ， 100 厚 结构层 ， 20 厚 1:3水泥砂浆抹灰 。 楼梯做法 采用现浇楼梯，栏杆扶手做法详见 2001 浙 油漆 （ 1） 外露铁件均去锈漆二度，银粉漆二度 （ 2） 木门油漆均采用栗色醇酮调和漆一低二度 其他 （ 1） 结构柱和构造住均以结构施工图为主。 （ 2） 卫生间浸水部位的钢筋混凝土楼板、面沿墙体翻起 150。 （ 3） 室内门洞和走道阳角处均用 1:泥砂浆包角。 （ 4） 本工程严 格按照国家施工规范进行验收，有关其他工艺所用孔洞需预留，禁止现凿。 （ 5） 建筑所用材料应符合民用建筑工程室内环境污染控制规范 （ 6） 图纸及说明未涉及的地方，按照国家现行规范执行。 3 2 结构设计说明 工程地质条件 地基承载力特征值 00 气象资料 基本风压值： 最冷月平的温度：最低温度为 ； 最高月平的温度：最高温度为 35 ； 主导风向：东北风。 抗震设防烈度 设防烈度为 7 度，场地特征周期为 筑场地类别为二类，设计地震分组为第二组，场地特征周期为 架抗震等级为三级。 材料等级 1、除基础垫层混凝土选用 ，基础及以上各层混凝土强度等级均选为 2、钢筋级别：框架梁、柱内钢筋等主要构件纵向受力钢筋 为 钢筋；板纵向受力钢筋 为 钢筋；构造钢筋、箍筋等， 为 钢筋。 4 3 结构选型及计算单元确定 结构平面布置图 根据建筑 物的 功能要求及框架结构体系， 通过分析建筑的开间进深 尺寸和上部结构的荷载传递确定柱网平面布置图 。如图 图 准层柱网平面布置图 5 估算截面尺寸 框架梁截面尺寸选取 框架柱截面尺寸选取 图 的负荷面积图 截面尺寸估算公式： 纵向框架梁： h=(1/81/12)L= (1/81/12) 7800=650975 L 纵向外柱距，取 h=700mm b=(1/21/3)h=50，取 b=300 向框架梁： h=(1/81/12)L= (1/81/12) 6900(取跨度较大 )=575 纵向外柱距，取 h=600mm b=(1/21/3)h=200300，取 b=250向中跨梁：取 h=400b=250 梁： h=(1/121/18)L= (1/121/18) 6900=75 L 纵向外柱距，取 h=400mm b=(1/21/3)h=00，取 b=2006 楼板截面尺寸选取 401401 楼板厚 h=120框架 计算简图 由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼层，基顶的标高根据地址条件室内外高差定为 内外高差为 故底层的柱子高度 =层柱高楼面算至上一层楼面 (即层高 )故均为 图 示 ： 式中： C 根据抗震设防烈度为 7 度 时取 边柱取 等跨内柱取 各层的重力荷载代表值取 14kN/ 柱的负荷面积，如图 示， 对于边柱为 = 对于中柱为 +)= 边柱 C f =03柱 C f =03取柱截面为矩形，初选柱的截面尺寸为： 边柱为 bh=500000303柱为 bh=5000003037 图 向框架截面尺寸示意图 4 荷载计算 恒荷载计算 屋面均布恒载 防水层（刚性）： 40 厚 石混凝土防水 5=水层（柔性）： 水卷材一道 温层： 80 厚聚苯保温板 平层： 15 厚水泥砂浆 0=坡层： 40 厚水泥石灰焦渣砂浆 2 找平 4=构层： 120 厚现浇钢筋混凝土板 5=灰层： 15 厚混合砂浆 7=计： 面恒荷载标准值为： （ （ 2+8 图 载折减示意图 以中框架为例进行计算 ： 梯形荷载等效换算为均布荷载： q= 3221 p 三角形荷载等效换算为均布荷载： q=5p/8。 第 4 层梁的均布线荷载 D 跨： 屋面均布恒载传给梁 1+(=m 横梁自重 25=m 双侧内抹灰 (2+17=m 合计 ： m ： 屋面均布恒载传给梁 5/8m 横梁自重 25=m 双侧内抹灰 (2+17=m 合计 ： m 楼面均布恒载 装饰层： 10 厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝 0=合层： 20 厚 1:4 干硬性水泥砂 0=构层： 120 厚现浇钢筋混凝土板 5=灰层： 20 厚混合砂浆 7=计： 面恒荷载标准值为： （ （ 2+ 13 层梁的均布线荷载 D 跨： 楼面 均布恒载传给梁 1+(=m 9 横梁自重 25=m 双侧内抹灰 (2+17=m 合计 ： m ： 楼面 均布恒载传给梁 5/8m 横梁自重 25=m 双侧内抹灰 (2+17=m 合计 ： m 卫生间均布恒载 装饰层： 10 厚地砖铺平拍实，水泥浆擦缝 0=合层： 20 厚 1:4 干硬性水泥砂 0=平层： 15 厚水泥砂浆 0=构层： 100 厚现浇钢筋混凝土板 5=水层 位折算荷载（ 20 厚炉渣填高） 灰层： 20 厚混合砂浆 7=计： 集中荷载 1、 外墙： 240 厚 加气混凝土砌块 ，外涂 灰色 涂料，内抹灰 20 厚 240 厚 加气混凝土砌块 抹灰 20 厚 7=涂高弹涂料 计： 、 内墙： 240 厚 普通砖 ，两面抹灰 20 厚 240 厚蒸压加气混凝土砌块 8=外抹灰 20 厚 27=计： 3、 女儿墙： 240 厚普通 砖 ， 内做防水卷材， 240 厚普通砖 8=防水卷材 外涂高弹涂料 10 合计： 、 第 4 层 集中荷载 A/D 柱 ： 女儿墙自重： 纵梁自重： 板传荷载： 5/8以 =： 纵梁自重： 板传荷载 1： 1+( 板传荷载 2： 5/8以 =、 第 13 层集中荷载 A/D 柱 ： 外 墙自重： += 纵梁自重： 板传荷载： 5/8以 A/D=： 内 墙自重： += 纵梁自重： 板传荷载 1： 1+( 板传荷载 2： 5/8以 B/C=11 荷载示意图 图 荷载作用示意图 活荷载计算 屋面均布活荷载（上人） 上人屋面活荷载 算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载 。 （ （ 2+ 4 层 梁的均布线荷载 D 跨： 屋面均布 活 载传给梁 1+(=m ： 屋面均布 活 载传给梁 5/8m 楼面均布活荷载 2、 房间活荷载 、 走廊活荷载 、 雨棚活荷载 12 5、 卫生间活荷载 、 楼梯活荷载 面活荷载标准值为： （ （ + + 13 层 梁的均布线荷载 D 跨： 楼面 均布 活 载传给梁 1+(=m ： 楼面 均布 活 载传给梁 5/8m 集中荷载 1、 第 4 层 集中荷载 A/D 柱 ： 板传荷载： 5/8以 =： 板传荷载 1： 1+( 板传荷载 2： 5/8以 =、 第 13 层 集中荷载 A/D 柱 ： 板传荷载： 5/8以 A/D=： 板传荷载 1： 1+( 板传荷载 2： 5/8以 B/C=13 荷载示意图 图 荷载作用示意图 重力荷载代表值计算 梁柱自重 表 柱 荷载 计算 表 层次 构件 /b m /h m 3kN/m kN/m)/(g /il m n kN/ 24 边横梁 中横梁 次 梁 纵 梁 柱 1 边横梁 中横梁 次 梁 14 纵 梁 柱 主楼楼层质点 力荷载的计算 四 层上半层 女 儿 墙： 面 自重： 架 梁及次梁 ： 子： = 墙： 2+6)/2= 墙 ： 2+1+ )/2= 重 量： 6/2= 重 量： 0+)/2=载： 恒 = =载：考虑取雪载 活 =6=恒 + =23： 1/2 本层 +1/2 上一层 楼面 自重： 架 梁及次梁 ： 子： 墙： 2+6= 墙 ： 2+1+ 注： ： 为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增加系数。 g 表示单位长度构件重力荷载。 n 为构件数量。 ：梁长度取净跨，柱长度取净高。 ：对现浇板肋梁楼盖，因为板自重已计入楼面（屋面）的恒荷载中，故计算梁自重时高度应取梁原厚减去板厚。 15 )= 重 量： 6= 重 量： 0+)=载： 恒 = 恒 =载： 活 =23=恒 + =1： 1/2 本层 楼面 自重： 架 梁及次梁 ： 子： （ ： 2+4 )/2+ 墙 ： 1+1+8 )/2+ 重 量： (4+)/2+ 重 量： 8+)+载： 恒 = =载： 活 =1=恒 + =16 图 质点的重力荷载代表值 17 5 横向 水平地震荷载作用下框架的内力和侧移计算 梁、柱线刚度计算 梁的混凝土强度等级： 04N/柱的混凝土强度等级： 04N/梁的线刚度 由于现浇楼板可以作为梁的有效翼缘 ， 增大梁的有效翼缘刚度 ， 减少框架侧移 ，为考虑这一有利作用 ， 在计算梁的截面惯性矩时 ， 对中跨架梁取 边跨架梁取 的线刚度计算表 梁号 截面 跨度 惯性矩 边跨架梁 中跨架梁 KL bh (L (m) I0=2 ( ( (柱的线刚度 计算见表 的线刚度计算表 柱号 截面 柱高 惯性矩 线刚度 KZ bchc(H(m) Ic=bch 2 (h (横向 侧移刚度 D 值 1、 底层：cb /， 212h iD 2、 标准层：cb /， 2，212h iD 故横向框架的侧移刚度见表 向框架各层侧向 D 值 构件名称 K c 合计 18 4 层 边框梁 A/D 轴柱 12136 48544 564729 B/C 轴柱 19688 78753 中框梁 A/D 轴柱 15432 169753 B/C 轴柱 24335 267680 23层 边框梁 A/D 轴柱 12136 48544 564729 B/C 轴柱 19688 78753 中框梁 A/D 轴柱 15432 169753 B/C 轴柱 24335 267680 1 层 边框梁 A/D 轴柱 15344 61376 542858 B/C 轴柱 18473 73892 中框梁 A/D 轴柱 16728 184009 B/C 轴柱 20326 223581 结构自振周期的计算 用假想顶点位移 T 计算结构基本自振周期，计算过程见表 想顶点位移 T 计算结果 层次 Gi(Gi(D(kN/m) () () 564729 3 596499 2 596499 1 542858 结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数 T =结构的基本自振周期为：=水平地震力的计算 按底部剪力法计算 ， 即1ER 。 设防烈度为 7 度 ， 场地，第一组，查得： G 60 ( TT F 1= 以 不 考虑顶部附加水平地震力作用， 19 各质点水平地震作用按式1计算，具体计算过程见表 质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图 表 质点横向水平地震作用及 楼层地震剪力计算 层次 m/kN/)kN/m/(G ni kN/kN/4 3 2 1 水平地震力作用下的变形验算 水平地震作用下框架结构析层间位移 和顶点位移 别按式1/ ni i D ， 1计算，计算过程见表 中还计算各 层的层间弹性位移角 /e i 表 向水平地震作用下的位移验算 层次 N/)( mm/ mm/mm/ 4 564729 3300 1/2227 3 596499 3300 1/1452 2 596499 3300 1/1147 1 542858 5200 1/1187 由表 见，最大层间弹性位移角发生在第 1 层其值为 1/1187 1/550，满足式 hu 的要求，其中 550/1/ 表 得。 水平地震作用下框架内力计算 以图 1 中 轴线横向框架内力计算为例，说明计算方法，其余框架内力计算从略。 反弯点高度计算 反弯点高度计算： y=y0+y1+y2+ 弯点高度比 y 计算 层号 A 轴线边柱 B 轴线中柱 C 轴线中柱 D 轴线边柱 20 4 k= y=k= y=k= y= y= k= y=k= y=k= y= y= k= y=k= y=k= y=k= y= k= y=k= y=k= y=k= y= 梁 柱端弯矩计算 柱端弯矩及剪力计算如下： 层柱反弯点位置、剪力、柱梁端弯矩计算表 层号 柱号 D mh y/ )1()(上)(下4 边柱 15432 564729 中柱 24335 3 边柱 15432 564729 21 中柱 24335 2 边柱 15432 564729 中柱 24335 1 边柱 16728 542858 中柱 20326 梁柱剪力轴力 计算 表 层地震作用剪力、轴力计算表 层号 柱号 )( 梁左 )( 梁右 柱剪力 梁剪力 跨中弯矩 柱轴力 4 边柱 中柱 (kNm) 23 图 震荷载作用下剪力图（ 24 图 震载作用下柱轴力图（ 25 6 水 平风荷载作用下 框架的内力和侧移计算 梁柱线刚度计算 梁柱线刚度第五章 。 框架抗侧移刚度计算 具体详见下面的各柱 D 值及剪力分配系数 表： 表 柱 D 值及剪力分配系数 表 层号及层高 柱位置 ）（ )(21 底层柱梁梁 i ）（2)/(122 m）（2中边 24 层 （ 边柱 5432 79533 柱 4335 79533 层 (边柱 6728 74107 柱 0326 74107 风荷载标准值的计算 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值见表 w=Z S Z 0 本地区基本风压为： Z 风压高度变化系数，地面粗糙度为 C 类 S 风荷载体型系数。根据建筑物的体型查的 S=Z 以为房屋总高度小于 30 米所以 Z=1.0 下层柱高 上层柱高，对顶层为女儿墙的 2 倍 B 迎风面的宽度 B=26 表 中风荷载标准值 离地高度(Z/m) Z Z S (kN/ (m) jh(m) k (图 荷载作用下荷载分布图 (风荷载作用下的水平位移验算 根据上面计算得到的水平风荷载，由式计算层间剪 力。再按下面两式分别计算各层的相对侧移和绝对侧移。 D u i=（ u） k 各层的层间弹性位移角e=/计算过程见下表： 表 荷载作用下框架位移计算 层号 ) ui/ 79533 1/34448 3 7