计算书-北京东方研修学院行政楼工程.doc

北华航天工业学院毕业论文 摘 要本设计主要进行了结构方案中横向框架2、3、7、8轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下的大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合。 选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板，梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。关键词： 框架 结构设计 抗震设计 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 2、3、7、8. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end.Key words： frames, structural design, anti-seismic design 目 录内容摘要Abstract第一章 初估截面尺寸.6第二章 框架计算简图. .72.1 计算简图说明.72.2 框架梁柱的线刚度计算.72.2.1 柱子计算.72.2.2 梁计算.7第三章 荷载计算. .63.1 恒载标准值计算.8 3.1.1上人屋面框架梁线荷载标准值.83.1.2上人屋面框架梁线荷载标准值.93.1.3屋面框架节点集中荷载标准值.93.1.4楼面框架节点集中荷载标准值.93.2 活荷载标准值计算.103.2.1 计算简图.103.2.2 风荷载计算.113.2.3 地震作用计算.123.2.4 屋面雪荷载.16第四章 内力计算.164.1 恒载作用下的内力计算.164.1.1 固端弯矩计算.164.1.2 跨中弯矩计算.194.1.3 弯矩调幅. .204.1.4 剪力计算.214.1.5 柱子轴力计算.244.2 楼面活载作用下的内力计算.284.2.1 满布荷载分层计算.284.2.2 跨中弯矩计算.314.2.3 剪力计算.324.2.4 轴力计算.344.2.5 活载作用下的内力简图.364.3 地震力作用下的内力计算.374.4 风荷载作用下的内力计算.434.5 雪荷载作用下的内力计算.48第五章 内力组合.50第六章 截面设计数.50第七章 框架节点核心区抗震验算.51第八章 框架柱下基础设计.52第九章 板式楼梯设计.549.1 梯板示意图.549.2 基本资料.559.3 计算过程.559.4 配筋结果.569.5 楼梯梁设计.57致谢.58参考资料.59第一章 初估截面尺寸1.1本建筑的抗震等级为三级。楼盖、屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取为120mm，各层梁板混凝土强度等级为,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，其余钢筋采用HPB235级钢筋。1.2 根据建筑平面布置确定的结构平面布图可知，边柱及中柱的承载范围分别为和。估算结构构件尺寸时，楼面荷载近似取计算。（以中柱为例）1.3 梁截面尺寸估算依据：框架结构的主梁截面高度及宽度由下式确定：其中横梁跨度：由此估算的梁截面尺寸如下：边跨（AB、CD跨）梁: 中跨（BC）梁：次梁：混凝土等级横梁（bh）纵梁（bh）次梁（bh）AB跨CD跨BC跨C303006003004003006003005001.4 柱截面尺寸估算依据：柱的轴压比应小于轴压比限值的要求：注：1.2为荷载分项系数，为楼面荷载近似值，4为层数，N按底层中柱的负荷面积考虑。取柱截面为正方形,则柱截面边长为361mm，结合实际情况并考虑其他因素，本设计柱截面尺寸为，纵向受拉钢筋抗震锚固长度,梁内钢筋伸至边柱内长度，故柱子截面满足次抗震构造要求。结构平面布置如图1所示。各梁柱尺寸确定如下：第二章 框架计算简图2.1 计算简图说明：本设计基础选用柱下独立基础，基础顶面标高为-1.000m(即室外地坪以下0.55m)。框架的计算单元取10轴上的一榀框架计算。假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱截面尺寸不变，故梁跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。首层柱高以基础顶算至二层楼面，即为4.6m，二-四层层高为3.6m。2.2 框架梁柱的线刚度计算2.2.1 柱子计算首层柱子： 24层柱：2.2.2 粱计算轴梁为中框架梁，,各层梁截面均相同AB、CD跨梁BC跨梁结构计算简图如图2所示第三章 荷载计算3.1 恒载标准值计算3.1.1 上人屋面框架梁线荷载标准值隔热层： 保温层：40厚配筋C25细石混凝土 防水层：SBS(3+3)改性沥青防水卷材 找平层：1：3水泥砂浆20mm 找坡层：1:8水泥陶粒100mm 结构层：100mm现浇钢筋混凝土板 板底抹灰：10mm 合计：边跨（AB、CD跨）梁自重 0.30.65254.875 KN/m梁侧粉刷 2（0.65-0.1）0.02170.374KN/m中跨（BC跨）梁自重 0.30.55254.125 KN/m梁侧粉刷 2（0.55-0.1）0.02170.306KN/m作用在顶层框架梁上的线荷载为：g5AB1=g5CD1=5.25 KN/m g5BC1=4.43KN/mg5AB2=g5CD2=6.8126.3=42.92 KN/m g5BC2=6.8122.7=18.39KN/m 3.1.2 楼面框架梁线荷载标准值水磨石地面：30mm 现浇钢筋混凝土板：100mm V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/m 合计：边跨填充墙自重及梁侧粉刷： 5.25KN/m边跨填充墙自重： 0.255.5（3.6-0.5）=4.26 KN/m墙面粉刷： 0.02217（3.6-0.5）=2.11 KN/m作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1=gCD1=5.25+6.3711.62KN/m gBC1=4.43 KN/mgAB2=gCD2=4.06.3=25.2 KN/m gBC2=4.02.7=10.8 KN/m 3.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值：边柱连系梁自重： 0.30.656.32530.71KN粉刷： 20.02（0.65-0.10）6.3172.36KN0.9m高女儿墙自重： 0.96.30.255.57.79 KN粉刷： 20.020.96.3173.86 KN连系梁传来屋面自重 0.56.30.56.36.81=67.59KN层边节点集中荷载 G5A=G5D=112.31KN中柱连系梁自重： 0.300.556.32523.63KN粉刷： 20.02（0.55-0.10）6.3171.93 KN连系梁传来屋面自重：0.5（6.3+6.3-2.7）1.356.81245.51 KN 0.56.33.156.81=67.57KN顶层中间节点集中荷载 G5B=G5C=138.64KN3.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 30.71KN粉刷： 2.36KN钢窗自重： 3.01.80.452.43KN窗下墙体自重： 0.250.95.56.37.80KN粉刷： 20.020.96.3173.86KN窗边墙体自重： 0.25（3.61.55）5.50.61.69 KN粉刷： 0.62（3.61.55）0.02170.84KN框架柱自重： 0.600.603.92535.1 KN粉刷： 1.60.023.9172.12KN连系梁传来楼面自重： 0.53.60.53.64.039.69KN中间层边节点集中荷载 GA=GD=126.60KN中柱连系梁自重： 23.63 KN粉刷： 1.93 KN内纵墙自重： 0.25（3.60.55）5.53.615.10KN粉刷： 3.6（3.60.55）20.02177.47KN扣除门洞重加上门重：2.11.0（70.2+1720.020.2）-3.95KN框架柱自重： 32.4KN粉刷： 1.96KN连系梁传来楼面自重：0.5（6.3+6.3-2.7）1.354.026.73 KN中间层中节点集中荷载 GB=GC=148.91KN恒载作用下的结构计算简图如图3所示，其中：G5A= G5D=112.31KNG5B= G5C=138.64 KNGA= GD=126.60 KNGB= GC=148.91 KNg5AB1= g5CD1=5.25 KN/m g5BC1=4.43 KN/mg5AB2= g5CD2=42.92 KN/mg5BC2=18.39KN/mgAB1 = gCD1 =11.62KN/mgBC1=4.43KN/mgAB2 = gCD2 =25.2KN/mgBC2=10.8 KN/m3.2 活荷载标准值计算3.2.1 屋面及楼面活载，查得上人屋面为。办公楼楼面为，走廊楼面为。综合考虑二次装修及其他情况，楼面活载标准值均取，图3、图43.2.2 风荷载计算风压标准值计算公式为：=zszo因结构高度H18.600m30m,可取z1.0；对于矩形平面s1.3；z可查荷载规范得到，当查得得z 1.0时，取z1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示。表中A为一榀框架各层节点的受风面积。计算结果如表1所示。 风荷载计算 表1层次zsZ（m）zo (KN/m2)A(m2)Pw(KN)四层1.01.315.40.740.4522.689.82三层1.01.311.80.740.4522.689.82二层1.01.38.20.740.4522.689.82一层1.01.34.60.740.4534.1010.433.2.3 地震作用计算3.2.3.1 计算框架梁柱的线刚度：框架梁线刚度：边跨：ib1=12.44104KNM 中跨：ib2=37.33104KNM框架柱线刚度：首层：ic1=6.20104KNM 其他层：ic2=8.1104KNM3.2.3.2 本设计仅考虑水平地震作用即可，并采用基底剪力法计算水平地震作用力。为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值：G4 = G3= G2= gAB114.4+ gBC12.4+ 0.5gAB2(3.6+7.2)2+0.52.4gBC2+GA+GB+ GC+ GD+4G柱0.5+(3.6+7.2)(pAB+ pCD)0.5+ pBC2.40.5+PA+ PB+ PC+ PD 0.5=13.3014.4+7.482.4+10.812.71+0.52.48.47+(183.97+217.75) 2+234.6+10.80.514.8+1.26.0+(32.4+46.8) 2 0.5=1352.30KNG1= G2+4(2.35-1.8) G柱/3.6=1352.30+40.6534.6/3.6=1373.44 KN质量重力荷载代表值见图63.2.3.3 用“D值法”计算柱的侧向刚度框架各构件线刚度如图7：其中： i4= i3= i2=8.11010 N*mm i1=6.21010 N*mm i41=i31=i21=i11=12.441010 N*mm i42=i32=i22=i12=37.331010 N*mm底层柱的D值：边柱 由K= i11/ i1=2.006 =（0.5+K）/（2+K）=0.626,故D1边=12 ic/ hj2=21083 KN/m中柱 由K=（i11+ i12）/ i1=8.027 得（0.5+K）/（2+K）=0.850,故D1中=12 ic/ hj2=28628 KN/m从而得各层的侧向刚度如下：K1=2（D1边+D1中）=2（2108328628）99422KN/m K2= K3= K4=2（D边+ D中）=2（3255056550）178200KN/m3.2.3.4 用顶点位移法求结构基本周期T1：将各层的重力荷载代表值当作水平力，产生的楼层剪力为：V4= G4+G5=1352.30+1121.36=2473.66KNV3= V4+G3=3825.96KNV2= V3+G2=5178.26KNV1= V2+G1=6551.70KN求顶点位移，则： U1= V1/ K1=0.0659m U2= U1+ V2/ K2=0.0659+0.0291=0.0950m U3= U2+ V3/ K3=0.0950+0.0215=0.1165m U4= V4/ K4+ U3=0.1165+0.0139=0.1304m 故T1=1.8 =0.6655s由于要考虑填充墙对基本周期的折减，故取折减系数为0.6，则T1=0.60.66550.3993s由于T11.4 Tg=1.40.4=0.56s，故不考虑顶层附加作用。查抗震设计规范得：max0.16由于T10.3993sTg0.4s，故1max0.16FEK=1Geq=0.851GE=0.850.16(1121.36+1352.303+1373.44) =891.03 KNF1=FEK=891.03=75.53KN同理：F2=131.33 KN F3=188.30KN F4=245.26 KN 故地震的水平作用力如图8.所示：3.2.3.5 地震作用下的水平位移的弹性验算：U=+=8.96210-3+4.57610-3+3.83910-3+2.78310-3=20.1610-3m层间位移验算：底层：满足要求； 二层：满足要求；顶点位移验算：=满足要求。由于风荷载远小于水平地震作用，故不必验算风荷载作用下框架的弹性水平位移，肯定能够满足。3.2.4 屋面雪荷载（分布同屋面活荷载）P雪ABP雪CD0.33.61.08 KN/mP雪BC0.32.4=0.72 KN/mP雪A=P雪D=(1.81.8+3.63.6) 0.3=4.86KNP雪B= P雪C= 1.21.2+4.81.2+1.81.8+3.63.6 0.3=7.02 KN第四章 内力计算4.1 恒载作用下的内力计算采用分层法。4.1.1 固端弯矩计算二至四层荷载作用如图12.：利用结构对称性取二分之一结构计算。同理，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。g边gAB1+gAB2=13.30+12.71=24.62 KN/mg中gBC1+gBC2=7.48+8.47=12.77 KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=g边l边224.627.22106.36 KNMMBC=g中l中212.771.226.13KNMMCB=g中l中212.771.223.06 KNM弯矩分配法计算过程如图13.所示：底层除柱子的线刚度不同外，其它同二至四层，故其弯矩分配过程如图14.所示：各层弯矩图为：顶层（图15.）：标准层（图16.）：底层（图17.）：将各层分层法求得的弯矩图叠加，柱子按传递，并将叠加后的各个不平衡的节点重新分配，从而得到竖向荷载作用下的整个结构的弯矩图。四层（图19.）：三层（图20.）：二层（图21.）：一层（图22.）：一层传至柱底的弯矩为（图23.）：4.1.2 跨中弯矩计算：将固端弯矩简化为简支端计算，同时将荷载叠加，如图24.所示：对于： M中=7.482.425.39 KNM（中跨）=13.307.2286.18 KNM（边跨）对于：M中12.7123+12.71293.21KNM(边跨)对于：M中1.28.471.24.07KNM (中跨)跨中弯矩组合：顶层：标准层：故梁的跨中弯矩即等于梁端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。4.1.3 弯矩调幅：将梁各固端弯矩值乘以0.85的折减系数如图25.所示,括号内为调幅后的弯矩，跨中弯矩为调幅后的端弯矩的平均值减去跨中弯矩组合值。4.1.4 剪力计算：按简支跨计算： 对四层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.265.82+89.200 V178.95KN 同理：V285.44 KN对四层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN 对三层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.711.87.264.40+89.650 V178.69KN 同理：V285.70KN对三层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06 KN 对二层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.264.69+89.570 V178.74KN 同理：V285.65 KN对二层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06 KN对首层边跨：V17.213.307.23.612.713.63.612.751.87.258.06+91.830 V177.51KN 同理：V286.89KN对首层中间跨：V2.4-7.482.41.2-8.472.41.20 V1V214.06KN4.1.5 柱子轴力计算：四层边柱N4D=GDN5DG柱V1=566.96KN四层中柱N4C=GCN5CG柱V1V2=668.82KN三层边柱N3D=GDN4DG柱V1=864.27KN三层中柱N3C=GCN4CG柱V1V2=1020.93KN二层边柱N2D=GDN3DG柱V1=1161.58KN二层中柱N2C=GCN3CG柱V1V2=1372.99KN底层边柱N1D=GDN2DG柱V1=1468.23KN底层中柱N1C=GCN2CG柱V1V2=1736.86KN4.1.6 恒载作用下的内力简图：剪力图（图26.）、轴力图（图27.）4.2 楼面活载作用下的内力计算：4.2.1 活载分布按满布荷载法，活载作用下的内力计算也采用分层法。由于顶层活载大小和标准层不一样，所以分开算。对二四层，其荷载分布情况如图30.所示：P4边P4AB=7.2=6.41 KN/mP4中P4BC=6.0=3.75KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MBA=P5边l边26.417.2227.69KNMMBC=P5中l中23.751.221.80KNMMCB=P5中l中23.751.220.90KNM故其弯矩分配过程如图31.所示：对于底层，荷载分布与二四层相同，只是分配时分配系数不同，其弯矩分配过程如图32所示：二四层（图34）：底层（图35）：将各层分层法求得的弯矩叠加，柱子按传递，底层按传递，并将各节点重新分配求得活载作用下的弯矩图。对四层（图37）：对三层（图38）：对二层（图39）：对底层（图40）：底层传至柱底的弯矩（如图41）：4.2.2 跨中弯矩计算：4.2.2.1 初步确定计算值与端弯矩一样，活荷载仍然按满跨布置，将固端简化为简支，求出简时的跨中弯矩。顶层及其他层边跨：M中=6.413.61.8 =41.54KNMM中=3.01.20.6 =2.16KNM一四层中跨：M中=3.751.20.6 =2.70KNM跨中弯矩为：顶层：其他层:4.2.2.2 调整后的弯矩弯矩调幅并考虑活荷载的不利布置，将跨中弯矩乘以系数1.1，图如图42所示：4.2.3 剪力计算：同恒载作用下，按简支跨计算：一四层中跨：V1V23.751.20.5=2.25 KNV17.2-6.417.23.6-11.99+24.75=0V1=21.30 KN同理：V2=24.85KN四层边跨：V17.2-6.417.23.6-17.20+23.41=0V1=22.21 KN同理：V2=23.94KN三层边跨：V17.2-6.417.23.6-16.76+23.54=0V1=22.13KN同理：V2=24.02KN二层边跨：V17.2-6.417.23.6-16.83+23.51=0V1=22.15 KN同理：V2=24.00KN底层边跨：V17.2-6.417.23.6-15.20+23.94=0V1=21.86 KN同理：V2=24.29KN4.2.4 轴力计算：三层：三层边柱：N3D=PD+ N4D +V1=162.84KN三层中柱：N3C=PC+V1+ N4C +V2=226.72 KN二层：二层边柱：N2D=PD+ N3D +V1=217.39KN二层中柱：N2C=PC+V1+ N3C +V2=303.37 KN底层：底层边柱：N1D=PD+ N2D +V1=271.65KN底层中柱：N1C=PC+V1+ N2C +V2=380.31 KN4.2.5 活载作用下的内力简图为：剪力（图43）、轴力（图44）4.3 地震力作用下的内力计算：地震力作用下的内力计算采用D值法，把各层层间剪力Vj分配给该层的各个柱子。V4=F4 =245.2KNV3=F3 +V4=684.17KNV2=F2 +V3=815.50KNV1=F1 +V2=891.03KN各层柱子的D值为：D4中D3中D2中56550KN/M D4边D3边D2边32550KN/MD1中28628KN/M D1边21083KN/M所以：V4边90.58KNV4中157.36KNV3边124.97KNV3中217.11KNV2边148.96KNV2中258.79KNV1边188.95KNV1中256.57KN各层柱子的反弯点高度为：yh=(y0+y1+y2+y3)h四层边柱：k1.536，查表得：y0=0.45，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.45h四层中柱：k6.144，查表得：y0=0.50，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.50h三层边柱：k1.536，查表得：y0=0.4768，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.4768h三层中柱：k6.144，查表得：y0=0.50，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.50h二层边柱：k1.536，查表得：y0=0.50，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.50h二层中柱：k6.144，查表得：y0=0.50，y1=y2=y3=0yh=(y0+y1+y2+y3)h0.50h首层边柱：k2.006，查表得：y0=0.6494，y1=y2 =y3=0 ,yh=(y0+y1+y2+y3)h0.6494h首层中柱：k8.027，查表得：y0=0.55，y1=y2=y3=0 yh=(y0+y1+y2+y3)h0.55h求出反弯点高度和各层柱子剪力后，即可求出各柱端弯矩。对四层：边柱：Mc4bu=90.580.553.6=179.35KNMMc4bl=90.580.453.6=146.74KNM中柱：Mc4zu=157.360.503.6=283.25KNMMc4zl =157.360.503.6=283.25KNM由节点平衡求得梁端弯矩：边节点：Ml4b=62.10+179.35241.45KNM中间节点：Mbl=（Mc5zl +Mc4zu）= (143.15+183.25)=81.58KNMMbr=244.82 KNM对三层：边柱：Mc3bu=124.970.52323.6=235.38KNMMc3bl=124.970.47683.6=214.51KNM中柱：Mc3zu=217.110.53.6=390.80KNMMc3zl =217.110.53.6=390.80KNM由节点平衡求得梁端弯矩：边节点：Ml3b=146.74+235.38382.12KNM中间节点：Mbl=（Mc4zl +Mc3zu）= (283.25+390.80)=168.48KNMMbr=505.57 KNM对二层：边柱：Mc2bu=148.960.503.6=268.12KNMMc2bl=148.