计算书(1).doc

IIVxx中学教学楼1. 工程概况1.1. 建筑规模及功能要求xxxxxxxxxxxxxxx。1.2. 气象资料 地区基本风压0.35kN/m2。基本雪压0.5kN/m2。1.3. 本地地震基本烈度及加速度本地区抗震设防烈度按7度考虑，场地类别为类，设计地震基分组为第一组。2. 结构布置根据该房屋的使用功能及建筑设计要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，结构平面布置图如图1所示主体结构共5层，层高均为首层3.6m其他层3.3m。 图1 结构平面布置图墙体：外墙采用200mm厚加气混凝土砌块，内墙为200mm厚。楼盖及屋盖均采用全现浇钢筋混凝土结构,楼板厚取100mm（）梁截面高度按梁跨度的11218估算,由此估算的梁截面尺寸见表1。混凝土强度等级采用C30(N/mm2,N/mm2)。表1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级层 次混凝土强度等级横 梁(bh)纵梁（bh）次梁（bh）AB跨，CD跨BC跨1C30300600300600300600250250 柱的截面尺寸可根据柱的轴压比限值按公式，N=FgEn 估算。因为抗震设防烈度为7度，总高度小于24m，由查表得该框架结构的抗震等级为三级。其轴压比限值=0.85，各层的重力荷载代表值近似取12kN/,从本建筑取边柱及中柱的负载面积最大的部分，如图所示边柱负载面积为7.2m3.3m,中柱负载面积为7.2m4.5m。由轴压比得第一层柱截面面积: 边柱 Ac 中柱 Ac如取柱截面为正方形,则边柱和中柱截面边长分别为379mm和435m。根据上述计算结果并综合考虑其他因素,本设计框架柱截面尺寸取值均为：500mm500mm。基础采用柱下独立基础，基础埋深2.5m，承台高度取1.0m。框架结构计算简图如图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，2-5层柱高即为层高，取3.6m；底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=3.6+0.45+2.5-1=5.55m。 （a）横向框架 （b） 纵向框架图2 框架结构计算简图3. 重力荷载计算3.1. 屋面及楼面的永久荷载标准值10厚地砖铺实拍平，缝宽5-8，1：1水泥浆填缝 0.0123=0.23KN/25厚1：4干硬性水泥砂浆 0.02520=0.5KN/满铺0.5厚聚乙烯薄膜一层1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材1.5厚聚氨酯防水涂料刷基层处理剂一遍 0.05 KN/20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 KN/平均厚度为50，1:8水泥珍珠岩保温层 0.0514=0.7 KN/干铺50厚挤塑聚苯乙烯塑料板 0.050.5=0.025 KN/20厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 KN/结构层:150厚钢筋混凝土板 0.1525=3.75KN/抹灰层：10厚板底抹灰 0.0120=0.2 KN/ 合计 6.255KN/(2) 标准层楼地面 10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝 0.0123=0.23KN/ 40厚1：4干硬性水泥砂浆 0.0420=0.8KN/ 素水泥浆结合层一遍 结构层: 150厚钢筋混凝土板 0.1525=3.75KN/ 抹灰层：10厚板底抹灰 0.0120=0.2 KN/3.2. 合计 4.98屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值: 2kN/ 楼面活荷载标准值: 2.00kN/ 屋面雪荷载标准值: S=S=1.00.5=0.5kN/ 梁柱密度kN/， 200mm厚加气混凝土砌块容重7.5kN/。3.3. 梁 ,墙, 柱, 窗, 门重力荷载代表值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上的重力荷载，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B(m)h(m) (KN/m)g(KN/m)L(m)nG(KN)G(KN)1边横梁0.300.60251.054.7256.134979 3439中横梁0.300.60251.054.7251.9973纵梁0.300.60251.054.7256.7321013柱0.500.50251.054.7255.5536137425边横梁0.300.60251.054.7256.134979 2956中横梁0.300.60251.054.7251.9973纵梁0.300.60251.054.7256.7321013柱0.500.50251.054.7253.636891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表示单元长度构件重力荷载,n为构件数.(2)梁长度取净长，柱长取层高。墙体: 外墙采用200mm厚加气混凝土砌块, 15厚1:3水泥砂浆刷素水泥浆一遍4厚1:1水泥砂浆镶贴8厚面砖，1：1水泥砂浆勾缝0.5+150.4+0.0217=6.84 KN/m内200厚加气混凝土墙体15厚1:1:6水泥石灰砂浆5厚1:0.5:3水泥石灰砂浆 150.2+20.0217=3.68 KN/m钢铁门单位面积重力荷载为0.4KN/m,铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 KN/m2.5重力荷载代表值:结构分析时,集中于各质点的重力荷载代表值G为计算单元范围内变形缝左侧各层楼面的重力荷载代表值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:雪荷载为0.4,屋面和楼面活荷载取2.0,各质点的重力荷载代表值G见表3. 表3: 各质点的重力荷载代表值质点12345G8720.528471.968471.968471.968301.85集中于各楼层标高处的重力荷载代表值的计算结果如下图所示： 图3 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表4 横梁线刚度ib计算表类别层次Ec(N/mm2)bh (mmmm）Io /mm4l /mmEcIo/l /Nmm1.5EcIo/l /Nmm2EcIo/l /Nmm边横梁153.01043006005.410966002.4510103.67510104.91010中横梁153.01043006005.410924006.75101010.125101013.51010表5 柱线刚度ic计算表层次hi/mmEc/(N/mm2)bh/mmmmIc/mm4EcIc/hc/Nmm2536003.01045005005.20810104.341010155503.01045005005.2081092.821010 柱的侧移刚度按式 D=12ic/h2, 由下表中所示公式计算。 根据梁柱线刚度比K的不同，将结构平面布置图中的柱分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱，以2层柱中柱为例。4.91010 13.51010 4.3410104.91010 13.51010 则表6 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱（16根）中柱（16根） 251.130.361145074.240.6792728666868811.740.599156416.520.82421515594496表7 边框架柱侧移刚度D值（N/mm）层次边柱（4根）中柱（4根） 250.850.298119753.180.6142467414659611.300.545142314.890.78220419138600将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间刚度，见表8 。表8 横向框架层间侧移刚度D值（N/mm）层次12345Di725576815284815284815284815284由表8可见，D1/D2=725576/815284=0.890.7，故该框架为规则框架。 5. 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 5.1. 横向自振周期计算结构顶点的假象侧移 表9 结构顶点的假象侧移计算层次Gi/KNVGi/KNDi/(N/mm)ui/mmui/mm58301.858301.8581528410.17160.748471.9616773.8181528420.55150.5338471.9625245.7781528430.93129.9828471.9633717.7381528441.3299.0518720.5242438.2572557657.7357.73 按式计算结构的基本周期，其中的量纲为m，取=0.7则。5.2. 水平地震作用及楼层地震剪力计算 因结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，且以剪切变形为主，故采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公式 计算。结构等效总重力荷载代表值： Geq=0.85Gi=0.85（8301.85+8471.963+8720.52）=35605.735kN计算水平地震影响系数1 查表得：， 因为TT=0.477sT1=0.477s，所以不考虑顶部附加水平地震作用。 各质点的水平地震作用按式：=F(1-) =2136.34计算，计算结果见下表14，各楼层地震剪力按式V= 计算。表10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi/mGi/KNGiHi/kNmGiHi/GjHjFi/kNVi/kN519.958293.45165454.330.309660.1660.1416.358463.56138379.210.259553.31213.4312.758463.56107910.390.202431.51644.929.158463.5677441.570.145309.81954.715.558204.9745537.580.085181.62136.3 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿高度的分布见图4： (a)水平地震作用分布 (b)层间剪力分布图4 横向水平地震作用及楼层地震剪力5.3. 水平地震作用下的位移验算 多遇地震作用下，框架结构的层间位移验算应按公式 表11 横向水平地震作用下的位移验算层次Vi/KNDi(N/mm)ui/mmui/mmhi/mme=ui / hi 5660.18152840.819.6636000.0002341213.48152841.498.8536000.0004131644.98152842.027.3636000.0005621954.78152842.405.3436000.0006712136.37255762.942.9455500.00053 由表可知最大弹性位移角发生在第2层，其值1/15001/550,满足uieh。5.4. 水平地震作用下框架内力计算 以图1中3轴线横向框架内力计算为例，框架柱端剪力及弯矩分别由式： Vij=Vi 计算，各柱反弯点高度比y=y0+y1+y2+y3, y0由框架总层数m、该柱所层数n和梁柱线刚度比查表得, y1 y2 y3为反弯点高比修正值。11表12 各层柱端弯矩及剪力计算层次hi/mVi/KNDij (N/mm)边 柱中 柱Di1Vi1yDi2Vi2y53.6660.18152841450711.71.130.3615.1626.962728622.14.240.4535.8043.7643.61213.48152841450721.61.130.4534.9942.772728640.64.240.5073.0873.0833.61644.98152841450729.31.130.5052.7452.742728655.14.240.5099.1899.1823.61954.78152841450734.81.130.5062.6462.642728665.44.240.50117.72117.7215.552136.37255761564146.11.740.61156.0799.782151563.36.520.55193.22158.09注表中M量纲为kNm V量纲为kN梁端弯矩 表13 梁端剪力、弯矩及柱轴力计算层次边 梁走 道 梁柱轴力MblMbrlVbMblMbrlVb边柱N中柱N526.9611.656.65.8532.1132.112.426.755.8520.9457.9328.996.613.1779.8879.882.466.5619.0274.29387.7345.876.620.24126.39126.392.4105.3339.26159.382115.3857.766.626.23159.13159.132.4132.6165.49265.761162.4273.456.635.74202.36202.362.4168.63101.23398.65 注:1)柱轴力为拉力，当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力 2）表中M的单位为kNm、V的单位为kN，N的单位为kN,l的单位为m 水平地震作用下框架的弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图如图5所示。 a）框架弯矩图 （b）梁端剪力及柱轴力图图5 左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图 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3轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2m，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荷载的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线部重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。图8 横向框架计算单元6.1.2. 荷载计算(1)恒载计算 顶层： 图9 各层梁上作用的恒载（1） 对于第5层 ，代表横梁自重，为均布荷载形式。 kN/m kN/m、分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。 几何关系得： kN/m kN/m、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下： kN kN kN/m kN/m kN.m kN.m(2)对于第14层，代表横梁自重和其横墙自重，为均布荷载形式。其它荷载计算方法同第5层。 kN/m kN/m、分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。 几何关系得： kN/m kN/m、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重等的重力荷载，计算如下： kN kN kN/m kN/m kN.m kN.m 将计算结果汇总见表22。表18 横向框架恒荷载汇总表层次q1q11q2q21P1P254.54.514.589.72121.05111.33147.84.511.887.92125.33128.82(2)活荷载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布图如图10。 图10 层梁上作用的活荷载雪荷载0.4kN/m20.5kN/m2 ，取屋面活荷载计算。（1）对于第5层 为屋面活荷载，为房走道活荷载。 kN/m kN/m kN kN kN.m kN.m（1）对于第14层 为楼面活荷载，为房走道活荷载。 kN/m kN/m kN kN kN.m kN.m表19 横向框架活荷载汇总表层次q2q21P1P251.440.965.944.28147.24.823.7617.126.1.3. 内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配计算，梁端剪力根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得，柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到，计算柱轴力还需考虑柱的自重。(1) 计算梁、柱转动刚度计算分配系数分配系数按下式计算：其中为节点k第i根杆件的相对转动刚度；为节点k各杆相对转动刚度之和，计算结果见表20。表20 弯矩分配系数计算表层数i中间节点线刚度中节点 弯矩分配系数左梁上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁522.744.94.3413.50.2150.1910.594427.084.94.344.3413.50.1810.1600.1600.499327.084.94.344.3413.50.1810.1600.1600.499227.084.94.344.3413.50.1810.1600.1600.499125.564.994.342.8213.50.1920.1700.1100.528层数i边节点线刚度边节点弯矩分配系数上柱下柱右梁上柱下柱右梁59.244.344.90.4700.530413.584.344.344.90.3200.3200.361313.584.344.344.90.3200.3200.361213.584.344.344.90.3200.3200.361112.064.342.824.90.3200.2340.406表21 恒荷载作用下框架梁端弯矩计算表层数边 跨中 跨5-59.4659.46-20.3120.314-63.4563.45-23.8523.853-63.4563.45-23.8523.852-63.4563.45-23.8523.851-63.4563.45-23.8523.85表22 活荷载作用下梁端弯矩计算表层数边 跨中 跨5-6.536.53-2.302.304-26.1426.14-9.229.223-26.1426.14-9.229.222-26.1426.14-9.229.221-26.1426.14-9.229.22上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4700.5300.2150.1910.594-59.4659.46-20.3127.9531.51-8.42-7.48-23.2610.15-4.2115.76-3.17-2.79-3.15-2.71-2.40-7.4835.31-35.3164.09-13.05-51.050.3200.3200.3610.1810.1600.1600.499-63.4563.45 -23.8520.3020.3022.91-7.17-6.34-6.34-19.7613.9810.15-3.5911.46-3.74-3.17-6.57-6.57-7.41-0.82-0.73-0.73-2.2727.7123.88-51.5466.92-10.81-10.24-45.880.3200.3200.3620.1810.1600.1600.499-63.4563.45-23.8520.3020.3022.91-7.17-6.34-6.34-19.7610.1510.15-3.5911.46-3.17-3.17-5.35-5.35-6.03-0.93-0.82-0.82-2.5525.125.1-50.1666.81-10.33-10.33-46.160.3200.3200.3620.1810.1600.1600.499-63.4563.45-23.8520.3020.3022.91-7.17-6.34-6.34-19.7610.1511.42-3.5911.46-3.17-3.37-5.75-5.75-6.49-0.89-0.79-0.79-2.4624.725.97-50.6266.85-10.3-10.5-46.070.3600.2340.4060.1920.1700.1100.528-63.4563.45-23.8522.8414.8525.76-7.60-6.73-4.36-20.9110.15-3.812.88-3.17-2.29-1.49-2.58-1.86-1.65-1.07-5.1330.713.36-44.0766.87-11.55-5.43-49.896.68-2.72 (a) 恒荷作用下上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.4700.5300.2150.1910.594-5.325.32-1.442.502.82-0.83-0.74-2.303.41-0.421.41-1.25-1.41-1.58-0.03-0.03-0.104.5-4.55.87-2.02-3.840.3200.3200.3610.1810.1600.1600.499-21.3021.30 -5.766.826.827.69-2.81-2.49-2.49-7.751.253.41-1.413.85-0.37-1.25-1.04-1.04-1.17-0.40-0.36-0.36-1.117.039.19-16.1921.94-3.22-4.1-14.620.3200.3200.3610.1810.1600.1600.499-21.3021.30-5.766.826.827.69-2.81-2.49-2.49-7.753.413.41-1.413.85-1.25-1.25-1.73-1.73-1.95-0.24-0.22-0.22-0.678.58.5-16.9722.10-3.96-3.96-14.180.3200.3200.3610.1810.1600.1600.499-21.3021.30-5.766.826.827.69-2.81-2.49-2.49-7.753.413.84-1.413.85-1.25-1.32-1.87-1.87-2.11-0.23-0.20-0.20-0.648.368.79-17.1322.11-3.94-4.01-14.150.3600.2340.4060.1920.1700.1100.528-21.3021.30-5.767.674.988.65-2.98-2.64-1.71-8.213.41-1.494.33-1.25-0.69-0.45-0.78-0.59-0.52-0.34-1.6310.394.53-14.9222.06-4.41-2.05-15.62.27-1.03(b) 活荷作用下图11 横向框架弯矩的二次分配法 （a)恒荷作用下 （b）活荷作用下 图12 竖向荷载作用下框架弯矩图(2)恒荷载作用下梁端剪力轴力及柱 荷载引起的剪力:AB跨第5层， kN第14层， kNBC跨第5层， kN第14层， kN弯矩引起的剪力: 第5层：kN 第4层：kN 第3层：kN 第2层：kN 第1层：kN表23 恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力（kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVAVBVB=VCN顶N底N顶N底554.05412.69-4.36049.6958.4112.69170.74193.24182.43204.93457.68411.34-2.33055.3560.0111.34324.23346.73334356.5357.68411.34-2.52055.1660.0211.34471.87494.37485.51508.01257.68411.34-2.46055.2260.1411.34549.59572.09636.77659.27157.68411.34-3.45054.2361.1311.34766.6789.1731.74754.24(3)活荷载作用下梁端剪力及柱轴力荷载引起的剪力AB跨第5层， kN第14层， kNBC跨第5层， kN第14层， kN弯矩引起的剪力: 第5层：kN 第4层：kN 第3层：kN 第2层：kN 第1层：kN表24 活荷载作用下梁端剪力及轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VCVAVBVB=VCN顶=N底N顶=N底54.841.17-0.2104.635.051.1710.5710.5419.364.69-0.87018.4920.234.6948.1946.32319.364.69-0.78018.5820.144.6972.0463.35219.364.69-0.75018.6120.114.6995.8380.44119.364.69-1.08018.2820.444.69119.2697.896.2. 横向框架内力组合6.2.1. 结构抗震等级 结构的抗震等级可根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素查表确定，本工程的框架为三级抗震等级。6.2.2. 框架梁内力组合本工程考虑了四种内力组合，即、及。此外，对于本工程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果见表29，表中、两列中的梁端弯矩M为经过调幅后的弯矩（调幅系数0.8），以减少负弯矩钢筋拥挤。结果见表29。 下面以第一层AB跨梁考虑地震作用的组合为例，说明各内力的组合方法。对支座负弯矩按相应的组合情况进行计算，求跨间最大正弯矩时，可根据梁端弯矩值及梁上荷载设计值，由平衡条件确定。由图13、图14。 图13 均布和梯形荷载下的计算图形(1)梁端剪力调整计算第一层 AB跨： kN/m kN/m kN m BC跨：kN/m kN/m kN m kN kN 图14 均布和三角形荷载下的计算图形 第五层 AB跨： kN/m kN/m kN m BC跨： kN/m kN/m kN m kN kN（2）跨间最大正弯矩第一层：左震： kN 由，得： m kN kN右震： kN 由，得： m kN kN6.2.3. 框架柱内力组合 取每层柱顶和柱底两个控制截面，对框架柱的内力进行组合。A柱组合结果见表26及表27及表28，B柱组合结果见表29，表30及表31。51表25 框架梁内力组合表层次截面位置内力SGkSQkSWkSEk1.35SGk+SQk1.2SGk+1.4SQkV=REVb(Mb+Mb) /ln + VGb一层AM-35.26-11.947.48162.42-47.93-66.78121.25-195.47-59.54-59.03105.14V54.2318.281.6435.7486.0490.1822.1991.8891.4990.67B左M-53.50-17.653.3673.45-90.67-82.21-127.7115.52-89.88-88.91V61.1320.441.6435.74101.1897.0499.0629.37102.97101.97B右M-39.91-12.489.28202.36-51.92-75.31155.77-238.84-66.36-65.36247.11V11.344.697.73168.69.7829.26-152.10176.7319.9920.17跨间M137.5889.12M220.15220.15二层AM-40.50-13.704.88115.38-59.71-72.0169.88-155.11-68.38-67.7893.83V55.2218.611.1126.2388.3191.1132.5083.65 93.1692.32B左M-53.48-17.692.4457.76-89.54-83.39-112.410.22-89.89-88.99V60.1420.111.1126.2398.9196.1188.7537.60101.30100.32B右M-36.86-11.326.72159.13-50.03 -66.96116.88-193.42-61.08-60.08197.05V1