计算说明书：大庆市某学校图书馆建筑、结构设计

大庆市某学校图书馆建筑、结构设计学生姓名： 学 号： 指导教师： 所在学院： 专 业： 目 录1工程概况22结构布置与计算简22.1计算简图22.2 梁、板的截面尺寸22.3柱截面尺寸23重力荷载计算33.1屋面及楼面恒荷标准值的计算33.2屋面及楼面活荷载标准值43.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算43.4重力荷载代表值54框架侧移刚度计算54.1横向框架侧移刚度计算55横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算75.1横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算75.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算75.2横向风荷载作用下框架结构内利和侧移计算116竖向荷载作用下框架结构的内力计算156.1横向框架内力计算156.2 横向框架内力组合247截面设计367.1框架梁367.2框架柱387.3框架梁、柱节点核芯区截面抗震验算428 板的计算及配筋438.1 荷载设计值438.2计算跨度448.3 配筋计算459. 楼梯计算479.1 梯段板的计算479.2平台板计算489.3平台梁的计算4910.地基计算5010.1 确定桩型桩长和截面尺寸5010.2 单桩承载力计算5010.3承台计算50致 谢55参考文献561工程概况 大庆某学校拟建一幢图书馆，总建筑面积200005%平方米。藏书30万册，供10000名学生使用.拟建房屋抗震设防烈度为7度,场地类别为类,场地特征周期分区为二区,基本风压为，地面粗糙度为B类，基本雪压为，年降雨量，日最大降雨量时最大降雨量为。该房屋为乙类建筑2结构布置与计算简 2.1计算简图根据该房屋的使用功能和建筑设计的要求，进行了建筑平面，立面及剖面的设计。主体结构高度为36.8米，层高均为4.2米，局部突出为3.2米。2.2 梁、板的截面尺寸楼盖及屋盖采用全现浇结构体系，混凝土强度等级C30（fc=14.3N/mm2），结构体系选择框架结构，楼板厚100mm，梁截面高度按梁跨度的1/121/8估算，梁的截面高度一般取1/31/2梁高,由此估算梁的截面尺寸见表1。表中还给出了各层梁、柱和板的混凝土强度等级，其设计强度 表1 梁截面尺寸及各层砼强度等级层次砼强度等级横梁纵梁次梁18C303507003507002505002.3柱截面尺寸柱的截面尺寸可根据轴压比限值确定。由房屋高度查表可知该框架结构的抗震等级为三级，其轴压限值=0.8,单位建筑面积上各层的重力荷载代表值可近似取,由平面布置图可知边柱及中柱的负载面积为和由式（式中）得，第一层柱截面面积为：边柱：中柱：本设计柱截面尺寸取值如下：1层 28层 基础选用桩基础，基础埋深取2500框架结构计算简图如图2.2所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，28层柱的高度即为层高，取4.2，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即(a)纵向框架 (b)横向框架图1 框架结构计算简图3重力荷载计算3.1屋面及楼面恒荷标准值的计算屋面（上人）： 30厚细石砼的保护层 三毡四油防水层 20厚水泥砂浆找平层 150厚水泥蛭石保温层 120厚钢筋砼板 合计 17层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗砂打底） 120厚钢筋砼板 合计 3.2屋面及楼面活荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值 楼面活荷载标准值 屋面雪荷载标准值 式中：为屋面积雪分布系数，取3.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算 梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等，计算出单位长度的重力荷载，对墙、门、窗等可计算出单位面积上的重力荷载。计算结果见表2。表2 梁、柱重力荷载标准值层次构件bmHm rm gkn/m/ n/KN1横向主梁0.350.7251.056.4315.3581976.8898534.135中横梁0.350.7251.056.4315.9602276.574次梁0.250.7251.053.2815.3581008.579纵梁0.350.7251.056.4315.3963272.093柱0.750.75251.1015.4696.0513012166.36912166.3692-8横向主梁0.350.7251.056.4315.4501736.377391.47中横梁0.350.7251.056.4316.04818521.28次梁0.250.5251.053.2815.450885.87纵梁0.350.7251.056.4315.4842917.102柱0.750.7251.1013.4754.21146451.836451.83注:1)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;g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。 2）梁长度取净长；柱长度取层高。墙体为厚砌块填充墙，外墙面贴瓷砖（），内墙面为 厚摸灰，则外墙单位墙面重力荷载为：内墙为200陶粒砌块，两侧均为厚摸灰 ,则内墙单位墙面重为 3.4重力荷载代表值 结构分析时，集中于各楼层标高处的重力荷载代表值为计算单元范围内各层楼面的重力荷载代表值以及上下各半层的墙柱等的重力荷载，各可变荷载的组合值系数，计算结果如图2 图2 各质点的重力荷载代表值4框架侧移刚度计算4.1横向框架侧移刚度计算 横梁线刚度的计算如表3，柱线刚度的计算过程见表4表3 横梁线刚度计算表类别层次边横梁1-8走横梁1-8表4 柱线刚度计算表层次128柱的侧移刚度按式计算，其中系数由柱侧移刚度修正系数表中公式计算。根据梁、柱线刚度比不同，该结构可分为中框中柱和边柱，边框架中柱和边柱。以及楼梯间柱等。现以2层C-4的侧移刚度计算为例，说明计算工程，其余柱的计算过程从略。计算结果分别见表57.表5 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱根数10.750.451.316.0519326662-80.690.2511.434.22500154层次中柱根数11.4560.561.316.0524051642-80.690.2181.434.22120760表6 边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层 次边柱中柱10.5650.415178231.0870.5142207525891182-80.520.206200391.00.3333239413025746将上述情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间侧移刚度见表7 表7 横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次1234567854038985648220564822056482205648220564822056482205648220由表7可知/=0.9560.7，故该框架横向为规则框架。5横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1横向自震周期计算 结构顶点的假想侧移由下列公式计算：计算过程见表12 ，表8 结构顶点的假想侧移计算层次82678.062678.0656482204.7207.4733520.65460300.714564822010.7202.7633520.65493821.368564822016.6192533520.654127342.022564822022.5175.4433520.654160862.676564822028.5152.9333520.654194383.33564822034.4124.4233520.654227903.984564822040.390.0140985.008268888.992540389849.749.7按式计算基本周期，其中的量纲为，取则：5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算由于结构高度不超过40，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值按下式计算，即： 因1.4=1.40.35=0.49sT1=0.54s，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数按下式计算，即： =0.08T1+0.07=0.080.54+0.07=0.1132 各质点的水平地震作用按下式计算，将上述和代入可得： =11007.96具体计算过程见表13，各楼层地震作用剪力按式计算，计算结果列入表15表9 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次38.451549.5559580.190.01110.1110.1835.4526780.06949353.130.173276.523386.62731.2533520.6541047520.440.1932124.545511.14627.0533520.654906733.690.1671838.337349.47522.8533520.654765946.940.1411552.127504.59418.6533520.654625160.190.1151265.928770.51314.4533520.654484373.450.09990.729761.23210.2533520.654343586.700.06660.4810421.7116.0540985.008247959.290.05550.3910972.1各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图3(a)水平地震作用分布 (b)层间剪力分布图3 横向水平地震作用及楼层地震剪力5.1.3水平地震作用下的位移验算 水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按和计算。计算结果见表14。表中还计算了各层弹性位移角表10 横向水平地震作用下的位移验算层次83386.6256482200.6011.34420075511.1456482200.9710.74420067349.4756482201.309.77420057504.5956482201.328.47420048770.5156482201.5572356482201.735.64200210421.7156482201.843.874200110972.154038982.032.036050由表14可知，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为，满足的要求，其中，由弹性层间位移角限值表1.21查得。5.1.4水平地震作用下框架内力计算以结构平面布置图中（14）轴线横向框架为计算单元，说明计算方法，其余框架内力计算从略。框架柱端剪力及弯矩分别按下式计算： 其中取自表5，取自表7，层间剪力取自表15。各柱反弯点高度按式确定。其中由表可查得。在本设计中底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值和，其余各柱均无修正值，具体计算过程及结果见表15。 表11 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱中柱yy84.23386.6256482202500114.990.690.29718.5744.392120712.721.330.3719.7733.6674.25511.1456482202500124.390.690.39540.4661.972120720.691.330.4236.5050.4064.27349.4756482202500132.530.690.44540.7975.832120727.591.330.4552.1563.7354.27504.5956482202500133.220.690.45062.7976.742120728.181.330.4755.6362.7344.28770.5156482202500138.820.690.45073.3989.672120732.931.330.4765.0073.3034.29761.2356482202500143.210.690.45081.6799.822120736.651.330.576.9776.9724.210421.756482202500146.130.690.45087.19106.562120739.131.330.4777.2487.2416.0510972.154038981932648.570.750.665195.498.442405141.201.4560.62154.5494.72注：表中M量纲为，V量纲为kN。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下列公式计算，其中梁线刚度取至表3，具体计算过程见表16。 和表12 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算 层次 边 梁中 梁柱轴力边柱边柱844.3916.86.69.2716.816.86.65.09-9.27-4.18780.5435.096.617.5235.0935.096.610.63-26.79-11.076146.2950.126.625.2150.1250.126.615.19-52.0-21.095137.5360.056.629.9460.0560.056.618.20-81.94-32.834152.4664.476.632.8764.4764.476.619.54-114.81-46.163173.1970.996.636.9970.9970.996.621.51-151.8-61.642188.2382.1056.640.9682.10582.1056.624.88-192.76-77.721185.6385.996.641.1585.9985.996.626.06-233.91-92.81注: 1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2) 表中单位为，单位为，单位为水平地震作用下，框架的弯矩图，梁端剪力图，轴力图如图4所示图4 地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图5.2横向风荷载作用下框架结构内利和侧移计算5.2.1风荷载标准值： 风荷载标准值按式计算。基本风压。由荷载规范第7.3节查得（迎风面）和（背风面），B类场地，查表的、，由表查的。由公式得： 仍取结构布置图中的轴线横向框架，其负载宽度为。由风荷载标准值公式得，沿房屋高度的分布风荷载标准值：根据各楼层标高处的高度由规范风压高度变化系数表查取，代入上式可得各楼层标高处的。见表17；沿高度的分布见图6（a）。表13 沿房屋高度分布风荷载标准值层次835.4511.4961.3455.3124.648731.250.8821.4381.3174.9994.551627.050.7631.3701.2884.6584.076522.850.6451.2981.2574,2813.769418.650.5261.2201.2233.9393.447314.450.4081.1251.1873.5253.085210.250.2891.0071.1483.0522.67016.050.4711.0001.0882.6612.513框架结构分析时，应按静力等效原理将图6的分析风荷载转化为节点集中荷载如图5所示，例如第8层的集中荷载的计算过程如下： (a)风荷载沿房屋高度的分布（单位:） (b)等效节点、集中风荷载（单位:kN） 图5 框架上的风荷载5.2.2风荷载作用下的水平位移验算 根据图6（a）所示的水平荷载，由式计算层间剪力，然后依据表5，求出轴线框架的层间侧移刚度，再按式和计算各层的相对侧移和绝对侧移。计算结果见表18表14 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次1234567826.5224.0327.7631.0233.8136.6840.1120.92240.85214.33190.3162.54131.5297.7161.0320.9286754924169241692416924169241692416924162.782.322.061.761.421.060.660.232.785.107.168.9210.3411.412.0612.291/312061/398341/448621/525091/650821/871851/1400241/401809由表18可见，风荷载作用下框架的最大层间位移角远小于1/39834，满足规范要求。5.2.3风荷载作用下框架结构内力计算： 风荷载作用下的结构内力计算过程与水平地震作用下的相同，具体计算过程见表15和表16。 表15 风荷载作用下各层柱端弯矩及剪力计算表层次边柱中柱yy84.220.9292416250015.660.690.2957.0116.76212074.801.330.377.4612.7074.261.03924162500116.510.690.39527.3941.952120714.001.330.4224.7034.1064.297.71924162500126.430.690.44549.4061.612120722.881.330.4543.2452.8554.2131.52924162500135.580.690.45067.2582.192120730.181.330.4759.5867.1844.2162.54924162500143.970.690.45083.10101.572120737.301.330.4773.6383.02续表1534.2190.3924162500151.480.690.45097.30118.922120743.671.330.591.7191.7124.2214.33924162500157.980.690.450109.58133.932120749.181.330.4797.08109.4816.05240.85867541932653.650.750.665215.85108.742405166.771.460.62250.4153.50 注: 1）柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2) 表中单位为，单位为，单位为表16 风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次 边 梁中 梁柱轴力边柱中柱816.966.646.63.936.056.056.61.83-3.93-2.10748.9621.766.611.7919.8019.806.66.00-15.72-7.89689.0040.606.621.6036.9536.956.611.20-37.32-18.295123.5957.816.630.2352.6152.616.615.94-67.55-32.584168.8274.656.640.5867.1867.186.620.36-108.13-52.803202.0286.576.648.1078.7778.776.623.87-156.23-77.032237.23157.506.665.7995.8595.856.629.05-222.02-113.771205.26121.706.654.49110.75110.756.633.56-284.02-134.70注：1 柱轴力中的负号表示拉力。当为左震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 2 表中M单位为KN.m,V的单位为kN，N的单位为kN，l的单位为m。 结构平面图中轴线横向框架在水平风荷载作用下，框架的弯矩、梁端剪力及柱轴力如图6所示 图6 横向框架在水平风荷载作用下的弯矩、梁端剪力图及柱轴力图6竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1横向框架内力计算6.1.1计算单元取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为60m，如图7所示。由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和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。由于纵向框架的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。 图7 横向框架计算单元 6.1.2荷载计算 6.1.2.1恒荷计算： 在图8中、代表横梁自重为均布荷载形式， 对于第8层: 和、分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载，由图9所示几何关系可得 、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，包括梁自重、楼板重合女儿墙等的重力荷载，计算如下：图8 各层梁上作用的恒载 集中力矩 对于27层，q1包括梁自重和其上横墙自重为均布荷载。其计算方法同第8层结果,为 集中力矩 对于1层 6.1.2.2活荷载计算：活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图9所示图9 各层梁上作用的活载对于8层 在屋面雪荷载作用下 对于27层 对于1层 将以上计算结果汇总表17，表18。 表17 横向框架恒载汇总表层次86.4316.43114.1331.086183.09611316.0702719.3116.4319.1520.1399.3214417.380119.3116.4319.1520.1390.49164.7418.10表18 横向框架活载汇总表层次86.0（0.9）13.2（1.98）22.5（3.375）31.5（4.725）3.94（0.591）0（0）276.013.222.531.53.94016.013.222.531.53.9406.1.3内力计算： 梁端、柱端弯矩采用二次分配法计算。由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。其中恒荷载和活载的弯矩计算过程如图10所示，所得的弯矩如图11所示。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重，如表19和表20。 a)恒载作用下 （b）活载作用下图10 横向框架弯矩的二次分配法 （a）恒载作用下 （b）活载（屋面雪荷载）作用下图11 竖向荷载作用下框架弯矩图24表19 恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起弯矩引起总剪力柱轴力CD跨DE跨CD跨DE跨CD跨DE跨C柱D柱E柱=-=872.27159.0-14.33-10.2586.657.94148.75169.25241.032976.3348.35404.95148.75205.35746.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.25436.0492.6668.07724.67302.02358.62646.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.25630.92687.57987.791044.39455.29511.89546.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.25825.94882.541307.511364.11608.56665.16446.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.251020.911077.511627.231683.83761.83818.43346.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.251215.881272.481946.952003.55915.197.17246.80102.96-7.75-6.2954.5539.0596.67109.251410.851467.452266.672323.271068.371124.97146.80102.96-9.29-6.2056.0939.0596.67112.251596.991690.582656.352749.941221.641316.32注：表中括号内数值为屋面雪荷载作用（0.30KN/m）,其它楼面作用活荷载（3.0KN/m）对应的内力表20 活荷载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）层次荷载引起弯矩引起总剪力柱轴力CD跨DE跨CD跨DE跨CD跨DE跨C柱D柱E柱=-=810.89（1.63）+23.96（+3.59）-0.98（-0.27）-1.62（-0.25）9.88（1.36）11.81（3.64）22.34（3.34）25.76（3.24）32.38（4.735）65.71（9.965）25.76（3.84）710.89+23.96-1.60（-0.23）-1.71（-0.25）9.38（10.66）12.49（11.12）22.25(23.71)25.67（23.92）64.24（43.13）131.95（76.30）51.43（27.76）610.89+23.96-1.60-1.719.3812.4922.2525.6796.12（75.01）198.19（142.54）77.10(53.43）510.89+23.96-1.60-1.719.3812.4922.2525.67128（106.89）264.43（208.78）102.77(79.10）410.89+23.96-1.60-1.719.3812.4922.2525.67159.88(138.77）330.67（275.02）128.37（104.77）310.89+23.96-1.60-1.719.3812.4922.2525.67191.76（170.65）396.91（341.26）154.04（130.44）210.89+23.96-1.61-1.719.3712.5022.2525.67223.63（202.52）460.03（407.51）179.71（156.11）110.89+23.96-1.65-1.699.2012.5422.3125.65255.33(234.22)529.72(442.36)205.36(181.76) 6.2 横向框架内力组合6.2.1 结构抗震等级结构抗震等级可根据结构类型，地震烈度，房屋高度等因素，查阅有关资料可知本工程的框架为二级抗震等级。6.2.2 框架内力组合考虑了四种内力组合，既这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小，对结构设计不起控制作用，故不予考虑。各层梁的内力组合结构果见表21，表中，两列中的梁端弯矩为经过调幅后的弯矩（调幅系数取0.8）。下面以第一层AB跨梁考虑地震作用的组合为例，说明内力的组合方法。对支座负弯矩按相应的组合情况进行计算，求跨间的最大正弯矩时，可根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件确定，由图12可得图12 均布和梯形荷载作用下的计算图形若说明。其中x为最大正弯矩截面至A支座的距离，则x可由下式求解： 将求得的x值代入下式即可得跨间最大正弯矩值：若说明，则 若，则本结构中，梁上荷载设计值： 左震时： 右震时： 剪力计算：CD净跨 左震时： 右震时： 则 6.2.3框架柱内力组合 取每层柱顶和柱底两个截面，进行组合，组合结果及柱端弯矩设计值的调整见表21表25。注意：在考虑地震作用效应的组合中，取屋面为雪荷载时的内力进行组合。59表21 框架梁内力组合层次截面位置内力一层CM-8.42-4.95250.26185.6328.99-331.67173.08-188.90-16.32-17.03163.67V39.059.20116.2341.5-88.00204.90196.1685.3261.9259.745M-53.38-13.1162.0085.99-158.69-2.45-132.2134.89-85.17-82.41V56.0912.54116.2341.5229.56-63.34102.7010.3288.2684.86M-50.22-12.9662.0085.991.53-154.7137.76-129.92-80.76-78.4184.67V112.2523.3182.9356.2458.32267.3051.35175.64173.85165.93M-27.82-6.98116.2385.99-188.63104.27-110.6457.04-44.54-43.17V96.6725.65116.2385.99294.771.87191.621.58156.15151.91跨间256.74612.14874.68577.85四层CM-18.665-5.65162.82152.46175.65-234.653.13-165.76-30.83-30.29141.88V39.059.3862.0032.87-19.44136.80187.8675.7862.1059.99M-65.56-16.8271.2964.47-189.69-10.04-122.772.75-105.33-102.22V54.5512.4940.5832.87132.3330.0790.9318.3086.1382.95续表21 框架梁内力组合M-61.9-16.171.2964.47-184.39-4.74-119.456.27-99.67-96.82V109.2522.2540.5846.20210.27108.00161.4959.38169.74162.25M83.98.6371.2964.47-38.27141.38-34.1191.60121.90112.7686.47V96.6725.6771.2964.47238.1758.52167.8425.36156.17151.94跨间112.9238.89253.75316.11八层CM11.72-4.81(-0.73)16.7644.390.99-41.2432.40-54.16-20.63-20.2864.39V57.949.883.939.27 77.0386.9348.4869.0088.1083.36M-81.06-13.46(11.87)6.6416.8-105.87-112.60-90.24-57.48-122.89-116.12V86.611.873.939.27113.92123.8377.0697.55128.78120.