教学楼结构设计计算书

教学楼结构设计计算书

XX市XX区某教学楼

结

构

设

计

计

算

书

专业：土木工程

姓名：XXX

学号：XXXXX

指导教师：XX

XXXXX大学

目录

引言1

结构设计计算书四

1设计资料四

1、1工程名称.......................................................四

1、2工程概况.......................................................四

1、3设计资料.......................................................四

2结构布置及计算简图五

第一页共72页

2、1结构布置.......................................................五

2、3梁柱截面尺寸得确定............................................六

2、4板厚得确定....................................................七

3恒载计算八

3、1屋面荷载标准值................................................八

3、2楼面荷载标准值................................................八

3、3框架梁柱柱我标准值............................................八

3、4填充墙荷载标准值：............................................九

3、5门窗荷载标准值...............................................九

4活荷载计算九

5楼层荷载汇总九

5、1顶层荷载.......................................................九

5、2二~四层荷载.................................................十一

5、3一层荷载...................................................」—

6地震作用十二

6、1横向框架架移刚度计算.......................................1二

6、2横向框架架振周期计算........................................十四

6、3横向框架水平地震作用......................................十四

6、4变形验算....................................................十五

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6、5横向框架轴柱端弯矩计算......................................十六

6、6地震作用下得内力分析......................................:t

7竖向荷载作用下横向框架内力计算二十一

7、1计算单元..................................................二十一

7、2荷载计算.................................................二r—

7、3各层结点弯矩计算..........................................二十三

7、4梁柱线刚度比（弯矩分配系数）.............................二十四

7、5横向框架架弯矩用二次分配法进行弯矩分配..................二十四

8横向框架内力组合三十六

8、1弯矩调幅..................................................三十六

8、2内力组合...................................................三十八

9截面设计四十六

9、1框架梁....................................................四十六

9、2框架柱....................................................五十一

9、3现浇板....................................................五十八

9、4次梁......................................................六十一

10地基基础设计六十三

10、1地基变形验算..............................................六十三

10、2柱下基础设计..............................................六十三

结论七十

致谢七十

参考文献七十二

第三页共72页

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2结构布置及计算简图

2、1结构布置

图2-1结构布置图

2、2计算单元选取

由于本设计为一简单矩形三跨框架结构，计算单元取中跨横向框架轴线一幅框架，如图2-2所

示，其计算简图如图2-3。底层柱高取4500mm。（注：底层地面做刚性面层并加基础梁与基础

隔开，即底层柱高取4500mm、）

图2—2计算单元

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图2-3计算简图

2、3梁柱截面尺寸得确定

2、3、1梁截面尺寸

1、主梁：

AB跨：梁高h=(l/12~l/8)L=50(T750mm；取600mm

梁宽b=(l/3~1/2)h=200"300mm；取250mm

BC跨:梁高(1/12~1/8)L=200~300nmi

根据实际情况及刚度要求，综合考虑多种因素取500mm

梁宽取250mm

故主梁截面尺寸：600mmx250mm,500mmx25Omm0

2、次梁：

①〜②跨：梁高(1/121/8)L=375~562nmi：取500mm

梁宽b=(1/31/2)h=167~250mln；取2501nm

故次梁截面尺寸：500mmx250mm<>

2、3、2柱截面尺寸得确定

1、按底层确定柱截面尺寸，底层柱高H=4500mm。

2、b=(l/20"1/15)h=225"300mmo

3、初步选定柱得截面尺寸

(1)、该建筑采用全现浇结构，混凝土强度等级取C30,

边柱负荷面积：6x4、5/2=13、5in

中柱负荷面积：F=6x(4、5+2、25)/2=20、25m2

(2)、确定柱截面尺寸：

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柱轴压比限制：

估算N=10〜20KNA/教学楼一般取N=i2KN/m'

又因为本设计抗震等级为三级，框架结构所以n=0、9

（3）、一层边柱：

（4）、一层中柱：

故取500mm,初步选定柱截面尺寸为：500mmx500mmo

2、4板厚得确定

规范规定单向板中民用建筑楼板得最小厚度厚取60皿1],故本设计取板厚

120mm。

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3恒载计算

3、1屋面荷载标准值

40厚C20细石混凝土保护层：

10厚1:4石灰砂浆隔离层：

30厚C20细石混凝土找平层：

50厚挤塑保温板：

15厚水泥砂浆找平：

120厚现浇钢筋混凝土板：

板底抹灰平顶：

合计：

3、2楼面荷载标准值

10厚地砖：

5厚1：1水泥砂浆粘结层：

30厚水泥砂浆结合层：

120厚现浇钢筋混凝土屋面板：

板底抹灰平顶：

合计：4、06KN/m2

3、3框架梁柱荷载标准值

3、3、1梁自重

（包括20mm厚抹灰）

（1）

主梁（600X250）：0、60X0、25X25=3、75KN/m总：4、

08KN/1H

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梁侧粉刷：（0、60-0、12）X0、02X17X2=0、326KN/m

次梁（500X250）：0、50X0.25X25=3、125KN/m忘：3、38

KN/m

梁侧粉刷:（0、50-0、12）X0、02X17X2=0、258KN/m

合计：11、54KN/m

（2）柱自重：（包括20mm厚抹灰）

柱：（500X500）：0、50X0、50X25=6、25KN/m总：6、93

KN/m

柱侧粉刷：4X0、02X0、5X17=0、68KN/m

合计：6、93KN/m

3、4填充墙荷载标准值：

外墙单位墙体自重（包括20nlm厚抹灰）：

合计：

内墙单位墙体自重（包括20nlm厚抹灰）：

合计：

按照任务书所给定得隔墙按恒载摊到楼面取2、0KN/m\

3、5门窗荷载标准值

铝合金玻璃窗（以钢框玻璃窗计算）取，木门取，铝合

金门取，木框玻璃窗取。

4活荷载计算

上人屋面活荷载为，雪荷载标准值为，按规范屋面活载取

荷。卫生间活荷载为，楼面活荷载为。

5楼层荷载汇总

计算各层总重力荷载代表值，恒载取50%,各层重力荷载集中于楼屋盖标高

处。

5、1顶层荷载

女儿墙自重：（240厚墙砖女儿墙）

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0、24X19+0.02X17X2=5、24KN/m2

5、24X1、2X（94、1+14、9）X2=1370、78KN

屋面自重：5、IX（94、1X14、9）=7150、66KN

柱自重（包括粉刷）：

6、93X3、9X104X0、5=1405、40KN

梁荷载（包括粉刷）：

主梁（包括粉刷）：

4、08X（6-0、5）X52+3、38X（2、4-0、5）X18+4、08X94、

1X2=2050、34KN

次梁（包括粉刷）：

3、38X（6-0.25）X38=738、53KN

梁总荷载为：2050、34+738、53=2788>87KN

顶层上半部分墙荷载：

外墙净长度:（94、1+14、9）X2-54X0、5=191m

顶层上半部分外墙荷载：

5、24X{191X（3、6—0、6）-2、4X2、1X36T、5X2、1X6T、2X2.

1X4}=1899^92KN

顶层上半部分内墙荷载：

内墙净面积：（3、6-0、6）X（6-0、5）X26+{94、1X2X（3.6-0、6）-（3,6-0、6）

X0、5X44-0、9X2、4X40}=84K2m2

顶层上半部分内墙荷载：3、53X841、2=2969>44KN

门窗洞口总面积：

C2421乂36个）2、4x2、1x36=181>44m2

C1521:（6个）1、5x2、1x6=18、9m2

Cl22t（4个）1、2x2、1x4=10、08m2

M0924:（40个）0、9x2、4x40=86>4m2

C：（181>44+18、9+10、08）x。、2=42、08KN

M：86、4x0、2=17、28KN

故墙体总荷载：

0、5x（1899、92+2969、44）=2434、68KN

门窗荷载：

0、5x（42、08+17、28）=29、68KN

若隔墙摊到楼面按2KN/nT计算

94、1x14、9x2=2804、18KN。

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与计算得墙体实际荷载基本相符。

£恒载=1370、78+7150、66+1405、40+2728、87+2804>18=15519、89KN

按规范规定活载取雪荷载：

0、40x（94、1x14、9）=560、84KN

顶层重力荷载代表值：G5=（15519、89+0、5x560、84）=15800、31KN。

5、2二~四层荷载

楼面荷载：4、06x（94、1x14、9-6x3x2-6x3、6）=5485、52KN

柱自重（包括粉刷）：6、93x3、6x88=2195、42KN

梁荷载：计算同顶层

梁总荷载（包括粉刷）：2788、87KN

门窗荷载含在墙体荷载内。

墙体荷载按照2KN/nf摊到楼面：

94、1x14、9x2=2804、18KN

楼梯荷载：4、3x3x0、15x25x2+1.74X3X0,1X25X2+4、3x3.6、0、

15x25+1、97X3、6X25X0、1=198、60KN

£恒载=5485、52+2195、42+2788、87+2804、18+198、60=13472、59KN

楼梯活荷载：

卫生间、楼面活载：

五层重力荷载代表值：

G2~4=13472、59+0、5x{2、5X3X6X2+2、5X3、6X6+2、OX（94、

1X14、9-57、6）”14889、08KN

5、3一层荷载

楼面荷载：5485、52KN

柱自重（包括粉刷）：6、93x（3、6+6、5）/2x104=3639、64KN

梁总荷载：2788、87KN（计算同顶层）

墙体总荷载：2804、18KN

楼梯荷载：198、60KN

雨篷荷载：25x（1、8x2、85x0、12+1、8x2、75x0、12）x2+8、4x1、7x4、5=124.74KN

£恒载=（5485、52+3639、64+2788、87+2804、18+198、60+124、74）=15041、55KN

楼梯活荷载：

卫生间、楼面活载：

-一层重力荷载代表值：

Gl=1504U55+0、5x{2、5X3X6X2+2、5X3、6X6+2、OX（94、1X14、9-57.6）}

=16458、04KN

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各层荷载代表值得图示如图5-1：

图57重力荷载代表值

以三层AD轴边柱为例

6地震作用

6、1横向框架侧移刚度计算

表6-1二〜五层梁得线刚度

弹性模量

截面尺寸惯性矩

Ec跨度L线刚度边框架梁中框架梁

bXhIc=bh3/12

(N/mm2(mm)iO=Eclc/LKb=1v5i0Kb二2、OiO

(mm2)(mm4)

)

250X6006000

250X5002400

250X5006000

表6-2底层梁得线刚度

截面尺寸弹性模量惯性矩

跨度L线刚度边框架梁中框架梁

bXhEcIc=bh3/12

(mm)iO=Eclc/LKb=K5i0Kb=2、OiO

(mm2)(N/mm2)(mm4)

250X6006000

250X5002400

250X5006000

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表6-3柱子得线刚度

层截面尺寸bXh弹性模E惯性矩lc=bh3/12层高

线刚度io=Eclc/H

次(mm2)(N/mm2)(mm4)H(mm)

2-5500X5003、OX5、21X36004、34X

1500X5003、15X5、21X45003、65X

表6-4柱得侧移刚度D值计算

磴

截面层高

强弹性模量截面惯性

层H线刚度

度矩a

次(m

等:N/mm?)

)

级

4D轴线边框架边柱

10、g4.55、21X1U'0、9/00、4万W/U7

5*0、5

2-50,C303、65、21X1030、7790、28011251

5*0、5

B、C轴线边框架中柱

10、C354,534030,55912091

5*0、5

2-50、C303,61、1240、36014467

5*0、5

4D轴线中框架边柱

10、C354、55、21x10''7.2930、54411766

5*0、5

2-50、C303、630370、34113703

5*0、5

B、C轴线中框架中柱

10、C354、51、8680、61213237

5*0、5

2-50、C303、67.4980、42817199

5*0、5

注：

表6—5各层D值汇总

楼层序号12-5

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汇总D值各柱D值X根数

4D轴线边框架边柱10707X411251X4

&C轴线边框架中柱12091X214467X2

4D轴线中框架边柱11766X2013703X20

B、C轴线中框架中柱13237X2017199X20

6、2横向框架自振周期计算

按顶点位移法计算，考虑填充墙对框架刚度得影响，取基本周期调整系数

,计算公式为，式中为顶点位移（单位为m）按D值法

计算，见表6-6。

表6-6横向框架顶点位移计算

层次G(KN)ZG(KN)D,产ZG/D,(m)△i(m)

515800、315800、30、02280、3562

414889、0830689、380、04440、3334

314889、0845578、460、06590、2890

214889、0860467、540、08740、2231

116458、0476925、580、13570、1357

相邻层间刚度得比值：/=0、819>0、7故层间刚度符合要求

6、3横向框架水平地震作用

地震作用按8度，设计基本地震加速度为0、20g得II场地，设计地段分组为

第一组，则，因，总水平地震作用标

准值即底部剪力按下式计算：

（15R00.R+14瓯9、08=76925、5RKN

=3631>60KN

由于，所以需要考虑顶部附加水平地震作用

顶部附加水平地震作用系数：

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顶部附加水平地震作用：

则质点i得水平地震作用为：

抗震验算时，结构各楼层得最小水平地震剪力标准值应符合

因为查表得剪力系数

表6-7各层地震作用及楼层地

震剪力

GiHi/Z

层次hi(m)Hi(m)Gi(KN)GiHiVi(KN)

GiHi

3、15800、34211351、

5618、9300、3336881351、88

3、14889、3421

4615、3080、2544870、302222、18

3、14889、3421

36IK7080、1946665、732887、91

3、14889、3421

268、1080、1347460、813348、72

16458、3421

14、54、504740610、0827282、923631、64

表6-8楼层得最小水平地震剪力标准值验算

楼层序号G.(KN)

515800v3015800、300、016252、801351x88

414889v0830689x380、016491x032222、18

314889、0845578、460、016729、262887、91

214889、0860467x540、016967、483348、72

116458、0476925、580、0161230、81363K64

6、4变形验算

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表6-9变形验算

层间剪力V.层间刚度ULUT二V/Di层间相对弹

层次层高hi(m)备注

(KN)D.(KN)(m)性转角

51351x880、001953、61/1846

42222、180、003213、61/1121层间相对弹性转

32887、910、004173、61/863角均满足e«<

23348、720、004843、61/743[0J=1/550得

13631x640、006404、51/703要求

Ox020618、9

从表可见最大层间弹性位移发生在第一层，其值为1/703<仍50满足要求

图6—1层间剪力及位移示

意图

6、5横向框架轴柱端弯矩计算

注：y值可根据《工程结构抗震设比》直附表4、1差值求得；

第十六页共72页

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表6-10横向框架轴柱端弯矩计算

层间刚度A、D轴（边柱）

层次hVi

ZDDKy1-yMtMb

3、1、

51351、88137030^350、6562、6433、73

6037

3、1、

42222、18137030、45Ox5587、1371、29

6037

3、1、113、

32887、91137030、450、5592、65

603723

3、1、119^

23348、72137030、500、50119、36

603736

4、1、122、

13631、64117660、640、36217、01

529307

层间刚度B、C5E（中柱;

层次hVi

ZDDKY1-yMtMb

3、1、

51351v88171990、370、6316、2144、76

6498

3、1、109、

42222、18171990、450、5589、48

649836

3、1、136、

32887、91171990、47Ox53121、45

649895

3、1、149、

23348、72171990、500、50149、82

649882

4、1、167、

13631、64132370、560、44213、63

586885

6、6地震作用下得内力分析

取轴横向框架分析，轴柱端弯矩计算结果详见表6-11,地震作用下框架梁柱

端弯矩、梁端剪力及柱轴力分别见下图。

求得柱端弯矩后可用节点平衡得方法求得梁端弯矩，公式如下：

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表6Tl

梁端弯矩、剪力及柱轴力计算见

层

A-BB-C柱轴力

次

IVbMb1MJIVbAB

2、

562、64-31>18615、6445、03-45、0337、53T5、64-21、89

4

120、2、

4-63、05630、6591、07-91v0775、89-46、29-67、13

864

184、133、-133、2、111、

372、63646、19-92、48732、44

528080450

212、710、160、760、2、133、

2653、83746、31-212、19

01973030458

241、729、187、787、2、156、

1661、90-208、21-306、72

43967171443

以五层AB梁为例：

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图6—2地震作用下横向框架梁柱弯矩图

图6-3地震作用下横向框架剪力图

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图6—4地震作用下横向框架轴力图

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7竖向荷载作用下横向框架内力计算

7、1计算单元

取轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4、5m,如图7-1所示，由于房间布置有次梁，

故直接传给该框架得楼面荷载如图中得水平阴影线所示，计算单元范围内得楼面荷载先传递给次梁

与纵向框架梁，再以集中力得形式传给框架，作用于各节点上，由于纵向框架得中线与柱得中心线

不重合，因此在框架节点上还有集中力矩。

；填i..

§$

图7—1计算单元及力得传递

7、2荷载计算

7、2、1各层恒载计算

第五层：图7-2所示：

图7一2五层梁上作用得

恒载

女儿墙5、24X4、5X1、25=29、48KN

次梁自重ABCD间：

3、38X6=20、28KN

边框梁自重：4、08X4、5=18、36KN

AB、CD跨均布荷载:

BC跨均布荷载:3、38KN/M

A、D轴集中力：

第二十一页共72页

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B、C轴集中力：

A、D节点偏心矩:

B、C节点偏心矩:

第一、四层：

如图7-3所示，

图7—3一〜四层

梁上作用得恒载

A、D轴9-10跨墙体:

B、C轴9T0跨墙体：

A、D轴窗重量：2、4x2、1x0>4=2、02KN

B、C轴门重量：0、9x2、4x0、2=0、43KN

AB、CD跨均布荷载:4、08+5、1x2、25+5、24x（3、6-0、6）=31、28KN/M

BC跨均布荷载:3、38KN/m

A、D轴集中力:[（20、28+5、1x2、25x6）x1/2+18、36+36、47+2、02]xl/2x2=101x12KN

B、C轴集中力:[（20、28+5、lx2>25x6）x1/2+18、36+51、56+0、43]xl/2x2=114>92KN

A、D节点偏心矩：

B、C节点偏心矩：

7、2、2各层活载计算

一〜五层活载计算：

图7—4一〜五

层梁上作用得活载

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AB、CD跨均布荷载：

BC跨均布荷载：

A、D轴集中力：20X2、25X6X1/2X1/2X2=13.50KN

B、C轴集中力：（2»0X2»25X6X1/2+2,0X4»5X2,4/2）

X1/2X2=24.30KN

A、D节点偏心矩：

B、C节点偏心矩：

7、3各层结点弯矩计算

7、3、1五层恒载作用下结点弯矩（布置见图7-2）

7、3、2一〜四层恒载作用下结点弯矩（布置见图7-

3）

7、3、3一〜五层活载作用下结点弯矩（布置见图7-

4）

第二十三页共72页

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7、

4梁柱线刚度比（弯矩分配系数）

一层：梁

柱

二〜五层:

柱

图7—5梁柱线刚度比

7、5横向框架得弯矩用二次分配法进行弯矩分配

7、5、1恒载作用下得弯矩二次分配：见（图7-6）

7、5、2活载作用下得弯矩二次分配：见（图7-7）

7、5、3恒载作用下得内力图

图7-8恒载作用下梁柱弯矩图

第二十四页共72页

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图7-9恒载作用下梁柱轴力图

图7-1()恒载作用下梁柱剪力图

7、5、4活载作用下得内力图

图7Tl活载作用下梁柱弯矩图

图7T2活载作用下梁柱轴力图

图7T3活载作用下梁柱剪力图

7、5、5荷载作用下得内力

表7-1恒载作用下得内力

表7-2活载作用下得内力

注：

以5层为例计算跨中弯距及剪力

上柱下柱梁左梁右上栏下柱梁左

0、4920、5080、2240、2160、560

12、72、

01-46、6846、68957、62

17v0617、61-7、19-6、94-17、98

13、31-3、608、81-6、881、93

-4、78-4、94-Ox87-Ox83-2、16

37、60-37、6047、43-27、6079、83

0、3300、3300、3400、1840、1780、1780、460

13、

15-93、8493、8474、947、62

74、

26、6326、6327、4322-13、7673、76-35、55

8、5313、31-7、1113、72-3、47-6、881、29

-4、86-4、86-5、01-0、8683-0、83-2、14

30、2948、23-78、5292、4878、05-36、40-38v03

0、3300、3300、3400、1840、1780、1780、460

13、

15-93x8493、84-14、947、62

-14、

26、6326、6327、432273、76-13、76-35、55

13、3113、31-7、1113、72-6、88-6、881、29

一6、44一6、44-6、64-0v23-0、22-0、22-0、57

第二