土木工程专业毕业设计完整计算书

1、该工程为某大学实验楼，钢筋混凝土框架结构；建筑层数为 8 层，总建筑面积 11305.82m2 ， 宽度为 39.95m, 长度为 60.56m ； 底层层高 4.2m， 其它层层高3.6m ，室内外高差0.6m 。该工程的梁、柱、板、楼梯、基础均采用现浇，因考虑抗震的要求，需要设置变形缝，宽度为130mm。1.1.1 设计资料(1) 气象条件该地区年平均气温为 20 oc .冻土深度25cm,基本风压 m2基本雪压kn/m2 ,以西北风为主导方向，年降 水量1000mm。(2) 地质条件该工程场区地势平坦，土层分布比较规律。地基承载力特征值fa 240kpa 。(3) 地震烈度7 度。(4)

2、 抗震设防(7) 度近震。1.1.2 材料梁、柱、基础均采用 c30;纵筋采用 hrb335箍筋采用 hpb235；单向板和双 向板均采用c30,受力筋和分布筋均为 hpb235；楼梯采用c20,除平台梁中纵筋采 用hrb33矽卜，其余土匀采用 hpb235工程特点本工程为8层，主体高度为 29m左右，为高层建筑。其特点在于：建造高层建筑可以获得更多的建筑面积， 缩小城市的平面规模， 缩短城市道路和各种管线的长度， 从而节省城市建设于管理的投资； 其竖向交通一般由电梯来完成， 这样就回增加建筑物的造价； 从建筑防火的角度来看， 高层建筑的防火要求要高于中低层建筑；以结构受力特性来看，侧向荷载(

3、风荷载和地震作用)在高层建筑分析和设计中将起着重要的作用， 因此无论从结构分析， 还是结构设计来说， 其过程都比较复 杂。在框架结构体系中，高层建筑的结构平面布置应力求简单，结构的主要抗侧 力构件应对称均匀布置， 尽量使结构的刚心与质心重合， 避免地震时引起结构扭转及局部突变， 并尽可能降低建筑物的重心， 以利于结构的整体稳定性； 合理地设置变形缝，其缝的宽度视建筑物的高度和抗震设防而定。该工程的设计，根据工程地震勘探和所属地区的条件，要求有灵活的空间布置和较大的跨度，故采用钢筋混凝土框架结构体系。本章小结本章主要论述了本次设计的工程简况和工程特点，特别对于高层建筑的优点和框架结构中高层建筑的

4、布置原则作了详细阐述。2 结构设计框架设计2.1.1 工程简况该实验楼为八层钢筋混凝土框架结构体系，建筑面积11305.82m2 ，建筑平面为“u型，受建筑场地限制，宽度三40mr)长度三60m建筑方案确定，中间部分房间开间3.3m,进深7.5m,走廊宽度2.4m；两侧部分房间开间、进深视具体情况而定。底层层高 4.2 m ,其它层层高为 3.6 m ,室内外高差0.45 m。框架平面柱网布置图2-1所示，(仅取中间部分作为设计对象)l3l3l3l3l3ll3l3l3l3l3l3l4l3l3l3l3l43300 3300 3300 13300 3300 3300 13300llll3 l3l3

5、l3l3l3l3l34l3l3l3l3l311ll3 j1ill3 ihi1ll3 ill3 ll3 e11l hiil l 1l hl i1_|l3ll3 , l3 一ll3 1l3ll3 iil3ll3，l3 ll3330033003300 .33003300l339600图2-1框架平面柱网布置2.1.2 设计资料(1)气象条件基本雪压二m2基本风压=n/m2(2)抗震设防7度近震。(3)材料混凝土采用c30,纵筋n级，箍筋i级(4)屋面及楼面做法屋面做法(上人)：30厚细石混凝土保护层二毡三油防水层20厚水泥沙浆找平层150厚柱石保温层100厚钢筋混凝土板15厚板底纸筋石灰楼面做法：1

6、2mmi大理石地面30mmi细石混凝土100mm?钢筋混凝土现浇板15厚板底纸筋石灰2.1.3 设计内容：(1)初估截面尺寸a、框架柱子28层截面尺寸均为b=h=(1/81/12)h=(1/81/12) x 3.6m=0.3m1 层：b=h=(1/81/12)h=(1/81/12) x4.2m=0.35m取 bx h=500mm 500mmb、横向框架梁(l1):h=(1/101/18)l=(1/101/18) x7.5m=0.42m 取 h=600mmb=(1/21/3)h=(1/2(1/21/3)1/3) x =0.3m 取 b=250mmc、中间框架梁(l2):由于跨度小，故取 bxh

7、= 250mm 400mmd、纵向框架梁(l3):h=(1/101/18)l=(1/101/18) x3.3m=0.18m 取 h=500mmb=(1/21/3)h=(1/21/3) x=0.17m 取 b=250mme、次梁(l4):h=(1/101/18)l=(1/101/18) x6.6m=0.37m 取 h=500mmb=(1/21/3)h=(1/21/3) x=0.17m 取 b=250mm(2)楼板厚度：(采用单向板)hl/40=l/40 x=0.82m 取 h=100mm(3)梁的计算跨度梁的跨度：取轴线间距，即边跨梁为7.2m,中间梁为2.4m,llllll3lllllll 1

8、2,，向hl1liiilillil3ll3l4ll4 l 1l1l1flli1l1tlkik4330033003300330033003300330033003300330033003300396005678二代10111213141516l3图2-2框架梁编号(4)柱高度底层柱子高 h=4.2m+0.45m+0.50m=5.15m,其中4.2m为底层高，0.45m为室内外高差，0.50m为基础顶面至室外地坪的高度。其他层柱高等于层高即为3.6m。由此得框架计算简图，见图2-3。2.1.4 荷载计算(1)屋面均布荷载：30厚细石混凝土保护层0.03mx 24= kn/ m2二毡三油防水层kn/

9、m220厚水泥沙浆找平层0.02mx 20= kn/ m2150厚柱石保温层0.15mx 5= kn/ m2100厚钢筋混凝土板0.1mx25= kn/ m215厚板底纸筋石灰0.015mx 16= kn/ m2共计：kn/m2屋面恒载标准值：(12x+) x (x 2+) x=3560kn图2-3横向框架计算简图及柱编号(2)楼面均布恒载(按楼面做法逐项计算)0.012mx 28= kn/ m20.03mx 24= kn/ m20.1mx25= kn/ m2x 16= kn/ m2m212mmii大理石地面30mmii细石混凝土100mmb钢筋混凝土现浇板15厚板底纸筋石灰合计：楼面恒载标准

10、值：(12x+) x (x 2+) x =2727 kn/ m2(3)屋面均布活载计算重力荷载代表值时，要考虑雪荷载和施工荷载。x (12x+) x (x 2+)=287 kn(4)楼面均布活载：对于实验楼取均布活荷载为m2,故楼面均布活载标准值为：(12x+) x (x 2+) x =1435 kn(5)梁柱自重(包括梁侧，梁底，柱抹灰重量)梁侧、梁底抹灰，柱四周抹灰，近似按加大梁宽及柱宽计算来考虑。表2-1梁柱自重表梁（柱）编号截回（/）长度（m）根数每根重量（kn）l1x25x8=200l2x13x8=104l3x44x8=352l4x4x12+2=50z1x(4 x7x 12)+2x7

11、=350z2x2x8=16注：每根重量为：xx 7x25= kn （考虑抹灰）对于柱，则：xxx 25= kn（6）墙体自重：墙体均为240mmb墙。墙两面抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。表2-2墙体自重每片面积片数mm (kn)底层纵墙x12x4-2=463049底层横墙x17275其他层纵墙x462124其他层横墙x171818注：单位面积上墙体的重量为：x 19= kn/itf故：墙体自重为:xxx 46=3049 kn,其他计算类同。（7）荷载分层总汇a、顶层重力荷载代表值包括顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载+50麻载+梁自重（纵横梁）+半层柱自重+半层墙体自重。b、其他层重力荷载代

12、表值包括：其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载+50麻载+纵横梁自重+上下各半层的柱及纵横墙体自重(包括横墙)。将前述荷载相加，得集中于多层楼面的重力荷载代表值如下：第八层：7569kn第七至二层：9943kn第一层：12013kn8建筑物重力荷载代表值gi为8i 1gi =7569+9943x 6+12013=79240kn i 1 质点重力荷载值见图 2-4.图2-4质点重力荷载值2.1.5 水平地震力作用下框架侧移计算(1)横梁线刚度：采用混凝土 c25, ec =x107kn/itf在框架结构中，有现浇楼面或预制板楼面。而现浇板的楼面，板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧

13、移。为考虑这一有利作用， 在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取i =i0 ( i0为梁的截面惯性矩)，对中框架取i = i 0。横梁线刚度计算结果见表2-3。表2-3横梁线刚度计算梁号l截回bx h2 m跨度l m惯性矩i bhi0 72边框架梁中框架梁k且ib 20i0k旦l1xx10-3x 10-3x104x 10-3x104l2xx10-3x 10-3x104xo-3x04l3xx10-3x 10-3x104x 10-3x104l4xx10-3x 10-3x104x 10-3x104(2)横向框架柱的侧移刚度d值柱线刚度列于表2-4 ,横向框架柱侧移刚度d值计算见表2-5。表2-

14、4柱线刚度柱号截回柱高度惯性矩线刚度z(itf)(m)bh3 / 4io 12(m4kc 旦(kn m) h乙xx 10-3x 104z2xx 10-3x 104表2-5横向框架柱侧移刚度d值计算层次工程kkb （一般层）2kck /（底层）k-(一般层)2+k0.5 k2+k (底层)12dkc(kn/m)h2根 数底层边框架边 柱2.710.893.0385204边框架中 柱2.71 2.43 ,1.693.03119364中框架边 柱3.601.183.0370218中框架中 柱3.60 3.25 c ”2.263.0390218d376498四 五 六 七 八 层边框架边 柱2.7 2

15、.7 0.62276954边框架中 柱(2.43 2.7)1212.564374中框架边 柱会 0.82 2185528中框架中 柱(3 1.57 2313928d700296（3）横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期:式中ti 1.7 0 1基本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减少的影响，取;t 框架的顶点位移。 在未求出框架的周期前， 无法求出框架的地震力及位移;表2-6横向框架顶点位移层

16、次gi (kn)gi (kn)di (kn/m)层间相对位移 i%i87569756970029679943175127002966994327455700296599433739870029649943473417002963994357284700296299436722770029611201379240376498ti 1.7 0 v t = x j0.5736 = (s)(4)横向地震作用计算在ii类场地，7度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构的特征周期tg=,水平地震影响系数最大值max =由于ti=tg = x= (s),应考虑顶点附加地震作用。n =工 +=x +=顶点附

17、加水平地震作用：fn= nfek =x 2616=191kn各层横向地震剪力计算见表3-7,表中：ghfi7 i fek。n)gjhjj 1表2-7各层横向地震作用及楼层地震剪力层 次hi (m)hi(m)gi(kn)gh kn mgh,；/ j1qhjfi(kn)vi(kn)875692308546020579943.265475699432301805994319430849943.15829239943122796299438700111201361866注：表中第8层fi中加入了 fno横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图2-5。图2-5横向框架各层水平地震作用和地震剪力(5)横向框

18、架抗震变形验算详见表2-8 。表2-8横向变形验算层次层间男力vi(kn)层间冈i度di(kn)层间位移% (m)层（wjh（nr）层间相对弹性转角e87002961/418777002961/232967002961/168557002961/132747002961/117937002961/106527002961/10031764981/758注：层间弹性相对转角均满足要求6。 e jc i jj.lg j：l 匕*?10 34hi 4l48 * 的e9.&8535 5 951f595413 ie 3ybi19.131111111985 i。%38.98，r. 65.ee1产田，8/9

19、d(y1, 41， ：上x130.211，i&e.bg卜 11：口34ffp7再7/：/ v图2-7地震力作用下框架梁端剪力及柱轴力2.1.6 竖向荷载作用下横向框架的内力分析仍以中框架为例进行计算。(1)荷载计算第8层梁的均布线荷载ce跨：屋面均布恒载传给梁x =m横梁自重(包括抹灰)xx25=m恒载：m这样求得的框架内力， 梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置法求得的弯矩偏低， 但当活荷载在总荷载比例较大时， 可在截面配筋时，将跨中弯矩乘的放大系数予以调整。a、固端弯矩计算ef 跨： 屋面均布恒载传给梁横梁自重（包括抹灰）恒载：第 8 层活荷载：第71层梁均布线荷载ce 跨： 楼面均布恒载传给梁

20、横梁自重内横墙自重（含粉刷）恒载：ef 跨： 楼面均布恒载传给梁横梁自重（包括抹灰）恒载：第71层活荷载：第71层集中荷载：纵梁自重（包括抹灰）：纵墙自重（包括抹灰）：柱自重（包括抹灰） ：总计：（2） 用弯矩分配法计算框架弯矩竖向荷载作用下框架的内力分析，与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置。x =mx x 25=mmx =mx =mmx19x () =mmx =mmm2x =mx x 25x =x19xx ()=x x x 25=除活荷载较大的工业厂房外， 对一般的工业将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。计算结果见表2-11 。b、分配系数计算见图 2-9 ；（a）恒载示意（b）活载示意图

21、2-8框架竖向荷载示意c、传递系数远端固定，传递系数为1/2 ;d、弯矩分配恒荷载作用下，框架的弯矩分配计算见表2-12,框架的弯矩图见图 2-10;活荷载作用下，框架的弯矩分配计算见表2-13 ,框架的弯矩图见图 2-11 ;图2-9分配系数示意竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力重分布，取弯矩调幅系数为，调幅后，恒荷载及活荷载弯矩见图 2-10,图2-11中括号内数值。表2-11固端弯矩计算ce跨ef跨层 数固端弯矩ma mb/kn m ab层 数固端弯矩ma mb/knm ab8层（恒）12一 20.72 7.52 97.13128层（恒）1219.27 2.42 9.251271层（

22、恒）1232.85 7.5153.911271层（恒）1215.44 2.427.41128层（活）126.6 7.5230.94128层（活）126.6 2.42 3.171271层（活）kn m71层（活kn m上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁表2-12恒载弯矩分配图八层七层六层五层四层三层表2-13活载弯矩分配图上柱下柱右梁八层左梁上柱下柱右梁图2-10恒荷载作用下梁端弯矩图k.葩 jju电/l、，到 u-网(t9 6)山：、口; 4出二阳 y。? 66i值用) a灼叫/i.t 1 i.： t、(21/0) /-m：c； ，(ts忖fl;， /心工到y(18 76)百目； 的则yfia /s

23、i_/喇111duj :那理/3 9m /(ti2):m (19l5； (is. 66)(ib. 77)(18.76;(18.76)(1el7)图2-11活荷载作用下梁端弯矩图图2-12恒荷载作用下柱端弯矩图(3)梁端剪力及柱轴力的计算梁端剪力：v vq vm1式中vq 梁上均布荷载引起的剪力，v ql ;2vm 梁端弯矩引起的剪力,柱轴力：n v p式中：v 梁端剪力；p 节点集中力及柱自重。以ce跨，八七层梁在恒载作用下，梁端剪力及柱轴力计算为例。由图2-8查得梁上均布荷载为:图2-13活荷载作用下柱端弯矩图第七层：q=m集中荷载柱自重第八层：q=m由图2-10查得 七层梁端弯矩：m 左二

24、 m( m八层梁端弯矩：m右二 m( m)m 左二 m ( m 括号内为调幅的数值。八层梁端剪力:调幅前：vmchcvme、，1 .=vqe = ql =1/258.77 81.213.00kn7.5vc =ve =+=调幅后：vmc vme47.01 65.022.41 kn7.5vc=ve同理可得七层梁端剪力:调幅前:132.85ve32.857.2 2120.76 131.43 = kn120.76 134.437.2 + 7.5调幅后:7.51 32.85 7.2 + 96.6 105.14knve32.857.2296.6 105.14 = kn7.5八层c柱柱顶及柱底轴力:7.5n

25、 顶=vp =+0=n底=+=七层c柱柱顶及柱底轴力:$页=+=n 底=+=其他层梁端剪力及柱轴力计算见表2-14 ,表2-15。表2-14恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力表2-15活荷载作用下梁端剪力及柱轴力2.1.7内力组合(1)框架梁内力组合在恒载和活载作用下，跨间m max可以近似取跨中的 m代替：仙 1 ,2 m左m右m max -ql 582式中：q 恒载和活载的组合值。l 梁的计算跨度。m左、m右一一梁左、右端弯矩，见图 3-11、3-12括号内数值。1 o1 o跆中m右小于ql应取m = ql1616在竖向荷载与地震力组合时，跨间最大弯矩mge采用数解法计算，见表2-16。表2-1

26、6跨间最大弯矩mge7程（恒+活）地震qm gc kn mmge kn mm ec kn mm ef (kn m)kn /mce跨87654321ef跨87654321续表2-17程lrcxim ge(m)(kn)(m)(knm)ce跨876543跨87654/321注：mgc、mge 重力荷载作用下的梁端的弯矩；m ec、m ef 水平地震作用下梁端的弯矩rc、re 竖向荷载与地震荷载共同作用下梁端反力re =1/2-1/l(m ge - m gc + m ec + m ef )xi = rc/q2m ge =1/2q x m gc + m ec当xivl或xi0时，表示最大弯矩发生在支座处

27、。应取 xi=l或xi=0,2用 m=rc x-1/2q x 一 mgc mec 计算 mge梁内力组合见表2-18表2-18梁内力组合表层 次位 置内力荷载类别竖向荷裁与地震力组合恒载地震荷 载+(+)士8c右mve左mmve右mv跨 中m cem ef7c右mve左mmve右mv跨 中m ce续表2-18m ef67mve左mmve右mv跨 中m cem ef5mve左mmve右mv跨 中m cem ef4c右右mve左mmve右mv跨 中m cem ef3c右mve左mmve右mv跨 中m cem ef2c右mve左mmve右mv跨 中m cem ef1%mve左mmve右mv跨 中m

28、cem ef注：表中弯矩的单位为 kn m,剪力单位为kn。,其值与支座正表中跨中组合弯矩未填处均为跨间最大弯矩发生在支座处弯矩组合值相同(2)柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面组合结果见表2-20、表2-21。表中:系数是考虑计算截面以上各层活载不总是同时满布而对楼面均布活载的一个折减系数，称为活载按楼层的折减系数，取值见表2-19。表2-19活荷载按楼层的折减系数墙，柱,基础计算截面以上的层数123456892020计算截面以上各楼层 活荷载的折减系数注：第8层、第7层的活荷载采用折减系数第6层、第5层的活荷载采用折减系数第4层、第3层的活荷载采用折减系数第2层、第1层的活荷载采

29、用折减系数表2-20 c柱内力组合表层 次位 置内 力荷载类别竖向荷载与地震力组合恒载 地震荷 载+(+)土8柱 顶mmnm柱 底mnm7柱 顶mmnm柱 底mnm6柱 顶mmnm柱 底mnm5柱 顶mmnm柱 底mnm4柱 顶mmnm柱m底nm3柱 顶mmn1109m柱 底mnm2柱 顶mm-49352nm柱 底mnm1柱 顶mmnm柱 底m士nm表2-21 e柱内力组合表层 次位 置内 力荷载类别竖向荷载与地震力组合恒载 地震荷 载+(+)土8柱 顶mmnm柱 底mnm7柱 顶mmnm柱 底mnm6柱 顶mmnm柱 底mnm5柱 顶mmnm柱 底mn 1m4柱 顶mmnm柱 底mn 1m3

30、柱 顶mmnm柱 底mnm2柱 顶mmn m柱 底mn m1柱 顶mmnm柱 底mnm2.1.8截面设计(1)承载力抗力调整系数 re考虑地震作用时，结构构件的截面采用下面的表达式：s += mvgb =+ x x x 1/2 x = mef跨：m b + m br=+= mvgb =+ x xx 1/2 x = kn - mv 味 v 法=x+=kn/e=x+= kn考虑承载力抗震调整系数:re =re v味=*=， reve右=*= kn调整后的剪力值大于组合表中静力组合的剪力值，故按调整后的剪力值进行斜截面计算。表2-23梁的正截面强度计算截回iinmmwwvm(kn m)bxh0(mm

31、2)250x 5652503x 65250x365250x 365250x 365250x365250x 365250x 365v x b/2 (kn m)m0=mvxb/2 (kn m)丫 rd m0s =(丫 rdvv v箍筋直径（mm肢数（n）2（f）82（f）82（f）8asv1箍筋间距s （mm100100100a v1 0.7ftbho 1.25 fyv svhos re v re v re vst 管() b sftsmin 0.30 广() yv(3)柱截面设计a、以第一、二层e柱为例混凝土 等级为 c30, fc=mm2 ft=mm2纵筋为 hrb335, fy=300 n/

32、mm2,箍筋为 hpb235 fy=210 n/mm21、轴压比验算表2-25轴压比限值类别轴压比限值一二三框架柱框架梁由e柱内力组合表 2-21查得:(i - i表示二层底部，n - n表示首层顶部，出-出表 示首层底部)n i - 1 =c=x 103/(500 x500x=vafccn n - n =c= - = x/(500 x500x = afcn m- m=c=- = x 103/(500 x500x = mb式中 m c 节点上、下柱端顺时针或逆时针截面组合的弯矩设计值之和；m b 节点上、下梁端逆时针或顺时针截面组合的弯矩设计值之和。第一层梁与e 柱节点的梁端弯矩值由内力组合表2-18 查得m b:左震 += - m右震 += m取 m b= m第一层梁