毕业设计计算书518

- 58 - 河南大学行政办公楼设计计算书 第一章 工程概况 该工程为河南大学综合行政办公楼，工程占地面积约1113.48，总建筑面积4500左右，层数为四层，层高为3.9m,基础顶面距室外地面为500mm,承重结构体系拟采用现浇钢筋混凝土框架结构。一、主要建筑做法及设计资料1.设计标高：室内设计标高0.000相当于绝对标高4.400m，室内外高差450mm。2.墙身做法：墙身为加气混凝土填充墙，M5水泥砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆打底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内墙涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，马赛克贴面。3.楼面做法：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底），100mm厚钢筋混凝土板，V型轻钢龙骨吊顶。4.屋面做法：30mm厚细石混凝土保护层，三毡四油防水层，20mm厚水泥砂浆找平层，150mm厚水泥蛭石保温层，100mm厚钢筋混凝土板，V型轻钢龙骨吊顶。5.门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其它均为木门，钢窗。6.地质资料：属类建筑场地，余略。7.基本风压：。8.活荷载：屋面活荷载，办公楼楼面活荷载，走廊楼面活荷载。9.多层框架平面图、剖面图见建筑施工图。二、钢筋混凝土框架设计各梁柱截面尺寸确定如下：边跨（AB、CD）梁：取中跨（BC）梁：取边柱（A轴、D轴）连系梁：取中柱（B轴、C轴）连系梁：取柱截面均为：现浇楼板厚为：。根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高5.15m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图1-1。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。边跨（AB、CD）梁： 中跨（BC）梁：上部各层柱： 底层柱： 图1-1 结构计算简图（图中数字为线刚度，单位：）第二章 恒荷载计算一、荷载计算 屋面框架梁线荷载标准值30mm厚细石混凝土保护层： 三毡四油防水层：20mm厚水泥砂浆找平层：150mm厚水泥蛭石保温层：100mm厚钢筋混凝土板：V型轻钢龙骨吊顶：屋面恒荷载: 边跨（AB、CD）框架梁自重: 梁侧粉刷: 中跨（BC）框架梁自重: 梁侧粉刷: 因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为： 楼面框架梁线荷载标准值瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）：100mm厚现浇钢筋混凝土板：V型轻钢龙骨吊顶： 楼面恒荷载：边跨框架梁及梁侧粉刷：中跨框架梁及梁侧粉刷：因此，作用在中间层框架上的线荷载为：屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 梁侧粉刷： 1m高女儿墙自重：墙侧粉刷：连系梁传来屋面自重： 顶层边节点集中荷载： 中柱连系梁自重： 梁侧粉刷： 连系梁传来屋面自重： 顶层中节点集中荷载： 楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重：梁侧粉刷：钢窗自重： 窗上、下墙体自重： 墙体粉刷： 窗边墙体自重： 墙体粉刷： 框架柱自重： 框架柱粉刷： 连系梁传来屋面自重： 中间层边节点集中荷载： 中柱连系梁自重：梁侧粉刷：内纵墙自重： 内纵墙粉刷： 内纵墙上门窗自重： 框架柱自重：框架柱粉刷：连系梁传来屋面自重： 中间层中节点集中荷载： 恒荷载作用下的结构计算简图如图2-1所示： 图2-1 恒荷载作用下的结构计算简图二、恒荷载作用下的内力计算横载作用下的内力计算采用分层法，除底层以外其它层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数，柱的弯矩传递系数为1/3，底层为1/2。图4中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载。（）顶层： 余层： 附加弯矩计算： 则等效的均布荷载布置如图2-2所示：图2-2 恒荷载等效的均布荷载布置图1、 顶层恒荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配系数计算如下: c.弯矩分配过程：图2-3 顶层弯矩分配法计算过程2、标准层恒荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配系数计算如下: c.弯矩分配过程：图2-4 标准层弯矩分配法计算过程3、 底层恒荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配系数计算如下: c.弯矩分配过程：图2-5 底层弯矩分配法计算过程4、 跨中弯矩计算 在求得结构的梁端支座弯矩后，求跨中弯矩则须根据求得的支座弯矩和各垮的实际荷载分布按平衡条件计算，框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩如图2-6所示 。图2-6 实际荷载作用下的跨中弯矩计算简图经计算得跨中弯矩，例如顶层边跨跨中弯矩：其他层跨中弯矩计算见表：表2-1位置梁号顶层A4B44.8417.8660000.392.51B4C44.0013.3927000.511.78C4D44.8417.8660000.392.51余层AB4.8411.8860000.368.82BC4.008.9127000.59.06CD4.8411.8860000.368.82图2-7 分层法弯矩计算结果(顶层、标准层、底层)5.叠加、修正将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得到整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。显然，叠加后框架内个节点弯矩并不一定能达到平衡，为提高精度，将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正（见图2-8），修正后竖向荷载作用下整个框架结构弯矩图如图2-9所示。图2-8 节点弯矩再分配（1-4层）图2-9 框架在恒荷载作用下的弯矩图6.恒荷载作用下的框架剪力计算a. 梁：据简图和推导公式进行计算。 例如： ，其它梁端剪力按对称计算见表2-2。表2-2梁号A4B428.9550.546.00.34.8417.8648.43-55.62A3B333.2040.826.00.34.8411.8838.20-40.74A2B231.5940.536.00.34.8411.8837.98-40.96A1B129.2440.076.00.34.8411.8837.66-41.27B4C428.7828.782.70.54.0013.3914.44-14.44B3C314.1014.102.70.54.008.9111.41-11.41B2C215.0215.022.70.54.008.9111.41-11.41B1C116.4116.412.70.54.008.9111.41-11.41b. 柱：据简图和推导公式进行计算。 例如：顶层边柱（A3A4）,其它柱子剪力按对称计算见表2-3。表2-3柱号柱号A3A424.4515.263.9-10.18-10.18B3B4-16.97-10.753.97.117.11A2A311.5012.493.9-6.15-6.15B2B3-8.18-8.813.94.364.36A1A212.6614.023.9-6.84-6.84B1B2-8.91-9.763.94.794.79A0A18.784.845.15-2.64-2.64B0B1-6.11-3.345.151.831.83横荷载作用下的剪力图见图2-10。图2-10 横荷载作用下的剪力图7.恒荷载作用下的框架轴力计算据简图和推导公式进行计算。例如：顶层边柱其他柱子轴力见表2-5。表2-5柱号A3A40.000.0048.4342.8591.28A2A391.280.0038.2061.29190.77A1A2190.770.0037.9861.29290.04A0A1290.040.0037.6661.29388.99B3B40.0055.6214.4445.62115.68B2B3115.6840.7411.4174.15241.98B1B2241.9840.9611.4174.15368.50B0B1368.5041.2711.4174.15495.33恒荷载作用下的框架轴力图：图2-11 恒荷载作用下的框架轴力图第三章 活荷载计算一、荷载标准值的确定楼面活荷载作用下的结构计算简图如图3-1所示。图中各荷载值计算如下： 图3-1 活荷载作用下的结构计算简图二、活荷载作用下的内力计算活荷载作用下的内力计算采用分层法（不考虑偏心弯矩的影响），除底层以外其它层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数，柱的弯矩传递系数为1/3，底层为1/2。在求固端弯矩时根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载。（）顶层： 余层： 则等效的均布荷载布置如图3-2所示：图3-2 活荷载等效的均布荷载布置图1、 顶层活荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配过程：图3-3 顶层弯矩分配法计算过程2、标准层活荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配过程：图3-4 标准层弯矩分配法计算过程3、底层活荷载弯矩分配a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： b.弯矩分配过程：图3-5 底层弯矩分配法计算过程4、跨中弯矩计算 在求得结构的梁端支座弯矩后，求跨中弯矩则须根据求得的支座弯矩和各垮的实际荷载分布按平衡条件计算，框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩如图3-6所示 。图3-6 实际荷载作用下的跨中弯矩计算简图经计算得跨中弯矩，例如顶层边跨跨中弯矩：，其他层跨中弯矩计算见表： 表3-1梁号A4B41.8060000.37.13A3B37.2060000.328.51A2B27.2060000.328.51A1B17.2060000.328.51B4C41.3527000.50.82B3C36.7527000.54.10B2C26.7527000.54.10B1C16.7527000.54.10图3-7 分层法弯矩计算结果(顶层、标准层、底层)5.叠加、修正将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得到整个框架结构在恒载作用下的弯矩图。显然，叠加后框架内个节点弯矩并不一定能达到平衡，为提高精度，将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正（见图3-8），修正后竖向荷载作用下整个框架结构弯矩图如图3-9所示。图3-8 节点弯矩再分配（1-4层）图3-9 框架在活荷载作用下的弯矩图6.活荷载作用下的框架剪力计算a.梁：据简图和推导公式进行计算。 例如： ，其它梁端剪力按对称计算见表3-2。表3-2梁号A4B42.823.716.00.31.803.63-3.93A3B31.951.956.00.31.350.91-0.91A2B210.7418.546.00.37.2013.82-16.42A1B113.2413.246.00.36.754.56-4.56B4C411.2518.502.70.57.2013.91-16.33B3C313.0613.062.70.56.75 4.56-4.56B2C210.1618.472.70.57.2013.74-16.51B1C113.5413.542.70.56.754.56-4.56b. 柱：据简图和推导公式进行计算: 例如：顶层边柱（A3A4）,其它柱子剪力按对称计算见表3-3。表3-3柱号柱号A3A42.824.863.9-1.97-1.97B3B4-1.76-3.163.91.261.26A2A35.885.593.9-2.17-2.17B2B3-3.20-2.703.91.511.51A1A25.666.243.9-3.05-3.05B1B2-2.74-3.043.91.481.48A0A13.922.155.15-1.18-1.18B0B1-1.89-1.055.150.570.57活荷载作用下的剪力图见图3-10。图3-10 活荷载作用下的剪力图7.活荷载作用下的框架轴力计算据简图和推导公式进行计算。例如：顶层边柱其他柱子轴力见表3-5。表3-5柱号A3A40.000.003.701.625.32A2A35.320.0014.086.4825.88A1A225.880.0014.166.4846.52A0A146.250.0013.996.4866.99B3B40.0055.620.913.147.91B2B37.9140.744.5614.0742.70B1B242.7040.964.5614.0777.41B0B177.4141.274.5614.07112.29活荷载作用下的框架轴力图：图3-11 活荷载作用下的框架轴力图第四章 风荷载计算一、风荷载标准值计算高度（m）4.568.5512.4516.350.740.740.740.77风压标准值计算公式为：。a. 风荷载体型系数；b. 基本风压；c. 风压高度系数：按c类地区查GB50009-2001表7.2.1，内插法求得值如上表；d. 风振系数：因为结构高度H=16.35m30m,可取=1.0；将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示，表中Z为框架节点至室外地面的高度，计算结果见图4-1。表4-1层次41.01.316.350.770.250.2502.83531.01.312.450.740.250.2413.44721.01.38.550.740.250.2413.44711.01.34.650.740.250.2413.709转化为集中荷载，（受荷面积与计算单元同）图4-1 风荷载作用下结构计算简图二、风荷载作用下的内力计算（1）风荷载作用下的各柱剪力计算采用D值法列表如下：表4-2-1 (3-4层 h=3.9m）系数4层（）3层（）A4A3B4B3C4C3D4D3A3A2B3B2C3C2D3D22.054.704.702.052.054.704.702.0521.140.5060.7010.7010.5060.5060.7010.7010.5064.436.146.144.434.436.146.144.430.600.820.820.601.321.831.831.32表4-2-2 (1-2层 h=5.15m 3.9m）系数2层（）1层（）A2A1B2B1C2C1D2D1A1A0B1B0C1C0D1D02.054.70 4.702.052.716.206.202.7121.1417.820.5060.7010.7010.5060.6820.8170.8170.6824.436.146.144.434.535.425.424.531.322.832.832.043.424.094.093.42（2）求反弯点高度表4-3层数第四层（m=4,n=4,h=3.9m）柱号A4A32.050.40251.00001.001.570B4B34.700.45001.00001.001.755C4C34.700.45001.00001.001.755D4D32.050.40251.00001.001.570层数第三层（m=4,n=3,h=3.9m）柱号A3A22.050.45251.001.001.001.765B3B24.700.50001.001.001.001.950C3C24.700.50001.001.001.001.950D3D22.050.45251.001.001.001.765层数第二层（m=4,n=2,h=3.9m）柱号A2A12.050.50001.001.001.3201.950B2B14.700.50001.001.001.3201.950C2C14.700.50001.001.001.3201.950D2D12.050.50001.001.001.3201.950层数第一层（m=4,n=1,h=5.15m）柱号A1A02.710.55001.000.760002.833B1B06.200.55001.000.760002.833C1C06.200.55001.000.760002.833D1D02.710.55001.000.760002.833(3) 风荷载作用下的弯矩计算柱端弯矩：柱上端弯矩 柱下端弯矩 梁端弯矩：先求出每个节点柱端弯矩之和，然后按梁的线刚度进行分配，其计算过程及结果见表4-4。表4-4 柱、梁端弯矩柱号节点A4A30.603.91.5701.400.94A41.400.0001.0000.001.40B4B30.823.91.7551.761.44B41.760.4370.5630.770.99A3A21.323.91.7602.822.32A33.760.0001.0000.003.76B3B21.833.91.9503.573.57B35.010.4370.5632.192.82A2A12.043.91.9503.983.98A26.300.0001.0000.006.30B2B12.833.91.9505.525.52B29.090.4370.5633.975.12A1A03.425.152.8337.929.69A111.900.0001.0000.0011.90B1B04.095.152.8339.4811.59B115.000.4370.5636.568.44（4）风荷载作用下的剪力计算 梁内剪力：以梁为隔离体，据计算简图4-2及推导公式计算；柱内剪力：见表4-2所示，其计算过程及结果见表4-5。 表4-5梁号A4B41.400.776.00.36B4C40.990.992.70.73A3B33.762.196.00.99B3C32.822.822.72.09A2B26.303.976.01.71B2C25.125.122.73.79A1B111.906.566.03.08B1C18.448.442.76.25 图4-2 梁内剪力计算简图及公式 （5）风荷载作用下柱内轴力计算据计算简图4-3及推导公式计算，其计算过程及结果见表4-6。表4-6柱号A4A30.000.000.360.36B4B30.000.360.730.37A3A20.360.000.991.35B3B20.370.992.091.47A2A11.350.001.713.06B2B11.471.713.793.55A1A03.060.003.086.14B1B03.553.086.256.72图4-3 柱内轴力计算简图及公式（）风荷载作用下框架的内力如下图所示：注：左风作用下框架的内力与右风作用下框架的内力数值相等，符号相反。图4-4 左风作用下框架的内力图（-kNm,V-kN,N-kN）三、风荷载作用下的位移验算取刚度折减系数，用（层间位移）和（总位移）验算，取，则框架住的侧移刚度值计算：表4-7 位置2-4层底层边柱2.050.506104912.710.6826147边柱2.050.506104912.710.6826147中柱4.700.701145346.200.8177363中柱4.700.701145346.200.8177363层间及总侧移计算见表4-8.表4-8 位置限值4层39002.84500500.0671/582091/5003层39006.29500500.1481/263511/5002层39009.74500500.2291/170311/5001层515013.45270200.5861/87881/500顶点1.0301/163591/650第五章 水平地震荷载计算一、各楼层重力荷载代表值集中质点系各质点重力荷载代表值的几种方法，随结构类型和计算模型而异，对多层结构，顶层质点的集中方法：屋盖和顶层上半个层高范围，一般层质点的集中方法：楼盖和上下各半个层高范围。二、结构自振周期计算据经验公式：三、结构总的水平地震作用标准值由多遇地震作用和设防烈度7度，查抗规表5.1.4-1知 ；由二类场地和设计地震分组第二组，查抗规表5.1.4-2知；结构的阻尼比取0.05，相应的分别为0.9，0.02，1.0。由，查地震影响系数曲线图得：四、各层水平地震作用标准值及位移验算因为，所以不考虑顶部附加地震作用，则第i层水平地震作用为： ，各层计算值见表12。表12层号（kN）(m)(kN)(kN)(kN/m)(m)4427.1516.857194209584242500500.00083506.9312.9565653880500500.0022506.939.05458826106500500.0021506.935.15261115121229680.0051、横向框架各层水平地震作用和地震剪力如下图所示： （a）水平地震作用 (b)地震剪力2、层间位移底层： (满足)二层： （满足）五、水平地震作用下横向框架的内力计算1、柱子剪力和柱端弯矩计算见表5-1（，）表5-1柱号A4A33.94210491500500.20968.801.57013.8220.50A3A23.98010491500500.209616.771.76529.6035.80A2A13.910610491500500.209622.221.95043.3343.33A1A05.151216147270200.227527.532.83377.9963.79B4B33.94214534500500.290412.201.75521.4126.17B3B23.98014534500500.290423.231.95045.3045.30B2B13.910614534500500.290430.781.95060.0260.02B1B05.151217363270200.272532.972.83393.4076.392、 梁端弯矩的计算先求出每个节点的柱端弯矩之和，然后按梁的线刚度进行分配。计算过程及结果见表5-2。表5-2节点A420.500.0001.0000.0020.50B426.170.4370.56311.4414.73A349.620.0001.0000.0049.62B366.710.4370.56329.1537.56A272.930.0001.0000.0072.93B2105.320.4370.56346.0259.30A1107.120.0001.0000.00107.12B1136.410.4370.56359.6176.803、 梁内剪力的计算以梁为隔离体，计算简图及推导公式同风荷载。其计算过程及结果见表5-3。表5-3梁号A4B420.5011.446.05.32B4C414.7314.732.710.91A3B349.6229.156.013.13B3C337.5637.562.727.82A2B272.9346.026.019.83B2C259.3059.302.743.93A1B1107.1229.616.027.29B1C176.8076.802.756.894、柱内轴力计算据计算简图4-3及推导公式计算，计算简图及推导公式同风荷载，其计算过程及结果见表5-4。表5-4柱号A4A30.000.005.325.32B4B30.005.3210.915.59A3A25.320.0013.1318.45B3B25.5913.1327.8220.28A2A118.450.0019.8338.28B2B120.2819.8343.9344.38A1A038.280.0027.2965.57B1B044.3827.2956.8973.985、水平地震荷载作用下框架的内力如下图所示：注：左震作用下框架的内力与右震作用下框架的内力数值相等，符号相反。图5-1 左震作用下框架的内力图（-kNm,V-kN,N-kN）第六章 内力组合及梁柱配筋一、框架横梁的内力组合及配筋1、横梁的内力组合横梁的内力未按荷载的最不利位置进行组合，而是按活荷载的满跨布置进行计算。通过内力组合，比较得出结构所受的最不利作用，本设计以顶层和底层为例，具体过程见表6-1，表中，的取值对弯矩取0.75，剪力取0.85。2、 横梁梁端弯矩控制值的确定梁端弯矩控制值即该梁梁端的弯矩设计值，由于内力组合表中的弯矩值是受力简图中轴线处的数值，在设计过程中需要将其调整到梁端的控制截面处，具体计算见表6-2。3、 横梁跨中弯矩值、梁端剪力的调整a. 由于在梁的内力组合中，竖向荷载产生的弯矩未进行组合前的调幅，为保证塑性铰不出现在跨中；同时，在设计中活荷载计算未按荷载的最不利位置进行组合，而是按活荷载的满跨布置计算的，故需放大梁的跨中弯矩，即将跨中弯矩乘以1.1的放大系数。b. 梁的抗震设计要求实现“强剪弱弯”的设计目的。为了简化计算，在对梁端剪力控制值的调整中，直接从梁端剪力内力组合中选取最不利剪力组合乘以三级抗震要求的方法系数1.1。c. 梁端剪力及跨中弯矩调整值计算见表6-3:表6-3位置A边跨中中跨中顶层67.921.174.141.1-77.841.127.251.1-23.741.174.7181.55-85.6229.98-26.11底层75.571.162.261.1-80.671.176.831.1-20.711.183.1368.49-88.7484.51-22.78表6-2 屋面横梁弯矩控制值计算位置截面荷载顶层恒荷载-28.95+48.43450-18.05活荷载-2.82+3.63-2.00地震荷载 20.50 5.3219.30+1.67-35.96恒荷载-50.54-55.62450-38.03活荷载-3.71-3.93-2.83-53.32恒荷载-28.78+14.44450-25.53活荷载-1.95+0.91-1.75地震荷载14.7310.9112.28-11.79-35.74底层恒荷载-29.24+37.66450-20.77活荷载-10.16+13.74-7.07地震荷载107.1227.29100.98+76.58-120.33恒荷载-40.07-41.27450-30.78活荷载-18.47-16.51-14.76地震荷载59.6127.2953.47-86.48+17.79恒荷载-16.41+11.41450-13.82活荷载-13.54+4.56-12.51地震荷载76.8056.8964.00+44.33-80.474、框架横梁的配筋混凝土：，HPB235：，HRB335：梁截面：AB、CD跨为，BC跨为采用单筋矩形截面，取，则框架横梁正截面承载力计算 边跨梁的跨中最小配筋率：边跨梁的跨中最小配筋面积：边跨梁支座处的最小配筋率：边跨梁支座处的最小配筋面积：中跨梁的跨中最小配筋率：中跨梁的跨中最小配筋面积：中跨（BC）梁支座处的最小配筋率：中跨梁支座处的最小配筋面积：具体过程及配筋见表：表6-4A边跨中中跨中上部下部上部下部上部下部顶-35.9681.55-53.32-35.74-26.11底-120.3376.5868.49-86.4817.79-80.4744.33-22.78顶0.02630.05950.03890.03890.0281底0.08790.05590.05000.06310.01300.08680.04780.0246顶0.02670.06140.03970.03930.0285底0.09210.05760.05130.06520.01310.09090.04900.0249顶215.7496.1320.8261.3189.5底744.1465.4414.5526.8105.8604.4325.8165.6顶实配钢筋底顶实配钢筋面积（）底框架横梁斜截面承载力计算a. 截面限制条件AB、CD跨： BC跨：b. 混凝土的抗剪承载力AB、CD跨： BC跨：c. 框架斜截面承载力计算见表6-5.表6-5位置A备注顶层74.7185.6229.98底层83.1388.7484.51顶层梁的截面限制条件满足底层顶层底层BC跨需计算配置箍筋底层NNNNNN202020202020502.1502.150.823