郑州市某中学教学楼设计 毕业设计计算书

1、郑州市某中学教学楼设计 毕业设计计算书 目 录中文摘要及关键词2第一部分设计概况3一 建筑资料 3二 设计资料 3第二部分结构设计计算书3一 结构方案及布置 3二初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级3 三 计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数 7四 计算横向框架自振周期 14五 上述地震作用下结构内力分析 16六 竖向荷载作用下横向框架的内力分析 23七 荷载效应组合 40八 按组合内力进行梁柱配筋计算 46九 延性构造措施52 十 楼梯设计 53 十一 基础设计57 参考文献 摘 要本设计为郑州市某中学教学楼四层钢筋混凝土框架结构建筑面积为28416m2室外地坪至屋面板顶板的总高度为156m本

2、设计包括建筑设计结构设计两部分结构设计选取了一榀主要框架进行计算内容包括荷载计算内力计算内力组合承载力计算现浇楼梯设计基础的选型和布置并取一个独立基础进行设计关键词钢筋混凝土 框架 结构设计 现浇楼梯 基础设计毕业设计说明书第一部分设计资料一建筑资料该工程为一教学楼拟建于城市新建的居住小区内总建筑面积3000 m2左右建筑形状为一矩形体总长51m总宽155m共4层总高为167m层高均为39m四层多为办公室层高应该低一点但考虑到四层有一个多功能教室面积相对较大所以层高也定为39m室内外高差为045m二设计资料1气象资料 基本雪压 S0 02 kNm2 基本风压 W0 035 kNm22地质水文资

3、料 本工程场地平坦开阔杂填土厚为06m以下为轻亚粘土地基承载力设计fk 180KPa3本场地地震基本烈度为7度区按此设防第二部分结构设计计算书一结构方案及布置 该建筑为教学楼建筑平面布置灵活有较大空间可考虑采用框架结构或框剪结构由于楼层为四层主体高度为167m7度抗震考虑到在7度抗震设防区框架结构体系适用的最大高度为35m框架结构在10层以下的建筑中具有较好的抗震性能在一般烈度区建造的多层框架房屋是可以保证安全的框架结构本身抗震性能好能承受较大的变形所以选择框架结构 该工程采用全现浇结构体系楼盖采用现 浇混凝土板梁板混凝土强度等级为C35柱采用C混凝土墙体采用加气混凝土砌体二初步选定梁柱截面尺

4、寸及材料强度等级1初估梁柱截面尺寸框架梁截面尺寸框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小梁的跨度框架的间距是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定 一般情况下框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算梁高h 18112 l其中l为梁的跨度梁宽b 1213 h在抗震结构中梁截面宽度不宜小于200mm梁截面的高宽比不宜大于4梁净跨与截面高度之比不宜小于4 框架梁截面尺寸根据梁高H 18112L B 1213 H 得KJ1 H 18112L 181126300 5257875 取H 700 B 1213 H 1213 700 233350 取B 300KJA H 18112

5、L 181126000 500750 取H 700 B 1213 H 1213 700 233350 取B 300KJA- H 18112L 1811210800 9001350 取H 900 B 1213 H 1213 900 300450 取B 400四层KJ-2H 18112L 1811214800 12331850 取H 1400 B 1213 H 1213 1400 460700 取B 500 次梁截面尺寸CL1 H 18112L 181126000 500750 取H 500 B 1213 H 1213 500 167250 取B 250CL2 H 18112L 181127800

6、 650975 取H 650 B 1213 H 1213 650 217325 取B 250CL3 H 18112L 181126000 500750 取H 500 B 1213 H 1213 500 167250 取B 250 框架柱截面尺寸 在计算中还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比 剪跨比 轴压比 限值的要求如不满足应随时调整截面尺寸保证柱的延性抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制如以表示柱轴压比的限值则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定式中A柱横截面面积m2取方形时边长为an验算截面以上楼层层数F验算柱的负荷面积可根据柱网尺寸确定m2fc混凝土轴心抗压强度设计值框架柱最

7、大轴压比限值一级框架取07二级框架取08三级框架取09地震及中边柱的相关调整系数7度中间柱取1边柱取118度中间柱取11边柱取12G结构单位面积的重量 竖向荷载 根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为1218kNm2KJ3底层柱KJ3 A轴线 0158a 397KJ3 B轴线 0261a 511KJ3 C轴线 0223a 472KJ6底层柱KJ6 A轴线 0221a 470KJ6 B轴线 0287a 535KJ6 C轴线 0139a 372KJ2四层柱KJ2 A轴线 0074a 272 板截面尺寸截面尺寸表b mm h mm 框架梁350700框架梁四层kj-25001400 KJA- 40090

8、0次 梁250500柱600600卫生间板h 110mm楼板为现浇双向板根据经验板厚h 140150 140150 5500 1101375取h 110根据计算结果考虑抗震设防烈度以及教学楼空间要求大使用荷载较大的特点 各截面尺寸如下 柱高度底层柱 层高室内外高差基础顶面至室外地面的高度3904505 485其它层同层高 材料强度等级1混凝土纵向钢筋采用HRB400级和HRB335级热轧钢筋箍筋宜采用HPB235级热轧钢筋 计算简图选取计算单元平面计算简图如图2-1标注框架编号横向为123纵向为ABC框架梁编号材料截面和跨度相同的编同一号确定梁的计算跨度图2-1 平面计算简图选取轴横向框架为计

9、算单元画出计算简图如图2-2标出计算跨度柱的计算高度图2-2 框架-6计算简图三计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数一计算各层重力荷载代表值计算地震作用时建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和可变荷载的组合系数见抗规com1屋面竖向恒载按屋面的做法逐项计算均布荷载屋面面积屋面采用的做法根据荷载规范30厚细石混凝土保护层 22003 066 KN3厚SBS防水卷材2道防水层 04 KN20厚水泥砂浆找平层 20002 04 KN150珍珠岩保温层 5015 075 KN110钢筋混凝土板 25011 275 KN轻钢龙骨吊顶 025 KN屋面恒载标准值 526KNG

10、 526148475 366263 KN2屋面竖向活载 不上人屋面活载标准值取05 kNm2 荷载屋面面积05148475 3515 KN3楼面竖向恒载按楼面的做法逐项计算均布荷载楼面面积一至三层楼面教室 地砖地面 065 KN110钢筋混凝土板 25011 275 KN轻钢龙骨吊顶 025 KN 楼面恒载标准值 365KN3651863216 36792 KN卫 生 间 瓷砖地面包括水泥粗砂打底 055 KN110钢筋混凝土板 25011 275 KN轻钢龙骨吊顶 025 KN楼面恒载标准值 355 KN3555560216 16188 KN其 余 地砖地面 065 KN110预制钢筋混凝土

11、板 25011 275 KNV型轻钢龙骨吊顶 025 KN 楼面恒载标准值 365 KN 36546814169631863556 1692 KN G 36792161881692 22218KN4楼面竖向活载楼面均布活荷载楼面面积活载标准值教室实验室会议室等 20 kNm2 卫 生 间 20 kNm2 走道楼梯 25 kNm213层功能面积分布情况 卫生间 556216456 走道楼梯 366333632346815111教室实验室 468141456151114631713层竖向活载 456201511125463172013953kN5梁柱自重包括梁侧梁底柱的抹灰梁侧梁底抹灰柱周抹灰近似

12、按加大梁宽及柱宽考虑一般加40mm混凝土容重25KNm36墙体自重包括女儿墙和各种纵横隔墙墙体两面抹灰近似按加厚墙体40mm考虑粘土砖空斗砌体的容重15KNm3 7荷载分层总汇屋面重力荷载代表值Gi 屋面恒载50屋面活荷载纵横梁自重楼面下半层的柱及纵横墙自重女儿墙重G4 366263053515253011262754365632271 95051 KN各楼层重力荷载代表值Gi 楼面恒荷载50楼面活荷载纵横梁自重楼面上下各半层的柱及纵横墙自重G 222180513953226361 13132628402212627543656 10074KNG 222180513953226361 1313

13、26284022131326264867 95448KNG 222180513953226361 131326264867163306317812 94539KN总重力荷载代表值 95051100749544894539 3857786KN二刚度参数计算 1梁的线刚度计算E 315KNb 035 mh 07 m L 78 m L 63 m I 1010-3m底层边框架梁线刚度AB 轴i 606KNmBC轴 i 750KNm底层中框架梁线刚度 AB 轴i 808KNmBC轴 i 1000KNm同理可求得其余各层梁线刚度如表32柱的线刚度计算各层柱分别列表计算E 325KNb 06 mh 06 m

14、 H 485 m H2 H3 H4 39mI 10810-3 m底层柱线刚度 i 7241KNm23层柱线刚度i 9KNm3横向框架柱的侧移刚度值根据D值法第i层第j 根柱的侧移刚度为 式中体现了节点转角的影响对于框架一般层的边柱与中柱和首层的边柱与中柱的值详见课本混凝土结构下册 武汉理工大学出版社 柱的侧移刚度按上式计算式中系数由书P203表3-3查得根据梁柱的线刚度比的不同可分为中框架中柱边柱和边框架中柱边柱以及楼梯间柱现以KJ-6第二层柱Z6的侧移刚度计算为例说明计算过程其余柱的计算过程从略计算结果见表5图3-1 KJ6 柱Z6 及与其相连梁的相对线刚度由图可知根据公式由式其余各柱的刚度

15、总刚度计算见下页表5 四计算横向框架自振周期建筑物总高度为167m且质量和刚度分布均匀可采用底部剪力法计算结构的地震作用结构基本周期采用能量法公式房屋外采用240mm厚陶粒空心砌块内墙为240mm厚粘土空心砌块和180厚粘土空心砌块其周期折减系数取为07具体计算如表6装订时换表5页能量法计算基本周期式中ui把集中在各楼层处的重力荷载代表值Gi视为作用在楼面处的水平力时按弹性刚度计算得到的结构顶点侧向位移m 式中上述水平力作用下第i层的层间剪力 第i层柱的侧移刚度之 五地震作用下结构内力分析一 求柱端剪力第i层第k 根柱子的剪力为二 柱的上下端弯矩式中y为柱子的反弯点高度比 柱标准反弯点高度比标

16、准反弯点高度比是各层等高各跨跨度相等各层梁和柱线刚度都不改变的多层多跨规则框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度比查表得 上下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值当某柱的上下梁线刚度不同柱上下节点转角不同时反弯点位置有变化应将加以修正修正值为 上下层高度变化时反弯点高度比修正值以4层中柱为例计算由前面计算得查表得 045 0 0顶层不考虑的修正 045得 其余同理计算得表7换表七 地震作用下框架柱剪力及柱端弯矩计算三 框架梁端的弯矩 根据节点平衡求梁端弯矩对于中柱左右梁端弯矩可由上下柱端弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配对边柱节点以KJ-6第3层计算为例柱A 7061748 2454柱B 柱C 85

17、82018 2876其余各梁端的弯矩计算雷同见表7四 框架梁端的剪力计算根据框架梁隔离体的平衡条件梁端弯矩的代数和除以梁的跨度即可得梁端剪力 5-21同样取第三层为例计算AB轴梁AB BC轴梁BC 其余见表8五 框架柱的轴力计算对于中柱每个节点左右梁端剪力之差即为柱的该层层间轴向力对于边柱节点一侧的梁端剪力即为柱的该层层间轴向力从上到下逐层累加层间轴向力即得柱在相应层的轴力计算结果见表8换表八 地震作用下框架梁端弯矩 此表须裁剪复印成A4大小图5-1 框架梁柱的弯矩图图5-2 框架柱的剪力图轴力图六竖向荷载作用下横向框架的内力分析1横向框架梁上的线荷载恒载和活荷载分别算楼屋面均布荷载传给梁的线

18、荷载双向板板的等效均布荷载见表12梯形分布短向三角形分配荷载长向梯形分配荷载梁上的永久荷载梁自重楼屋面板均布永久面荷载传给梁的线荷载梁上墙体自重横向框架梁上线荷载1 KJL-6恒载计算1层KJL-6恒载A1A跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 117kNm 墙自重包括粉刷 000 kNm 恒载标准值 gk1853kNm1AB跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 604kNm 墙自重包括粉刷 000 kNm 恒载标准值 gk1287kNmBC跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 551kNm 墙自重包括粉刷 115 kNm 恒载标准值

19、 gk2384kNm2层KJL-6恒载A1A跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 117kNm 墙自重包括粉刷 115 kNm 恒载标准值 gk3003kNm1AB跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 604kNm 墙自重包括粉刷 000 kNm 恒载标准值 gk1287kNmBC跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 551kNm 墙自重包括粉刷 000 kNm 恒载标准值 gk1853kNm3层KJL-6恒载A1A跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 117kNm 墙自重包括粉刷 115 kNm 恒载标准值 gk

20、3003kNm1AB跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 604kNm 墙自重包括粉刷 000 kNm 恒载标准值 gk1287kNmBC跨梁自重包括粉刷 683 kNm 楼 面 传 来 恒 载 551kNm 墙自重包括粉刷 115 kNm 恒载标准值 gk2384kNm4层KJL-6恒载A1A跨梁自重包括粉刷 683 kNm 屋 面 传 来 恒 载 1451kNm 恒载标准值 gk2134kNm1AB跨梁自重包括粉刷 683 kNm 屋 面 传 来 恒 载 749kNm 恒载标准值 gk1432kNmBC跨梁自重包括粉刷 683 kNm 屋 面 传 来 恒 载 904kN

21、m 恒载标准值 gk1587kNm横向次梁上线荷载1次梁 CL2-4 A1A跨恒载计算1 恒载标准值 gk1713kNm3层A1A跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1242kNm 梁上横墙自重 115kNm 恒载标准值 gk2863kNm4层A1A跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 154kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk2011kNm2次梁 CL2-41AB跨恒载计算1 471 kNm 楼面传来恒载 624kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1095kNm4层1AB跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 992k

22、Nm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1463kNm5次梁 CL2-5A1A跨恒载计算1 恒载标准值 gk1569kNm3层A1A跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1098kNm 梁上横墙自重 115kNm 恒载标准值 gk2719kNm4层A1A跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1362kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1833kNm6次梁 CL2-51AB跨恒载计算1 471 kNm 楼面传来恒载 604kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1075kNm3层1AB跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来

23、恒载 1098kNm 梁上横墙自重 115kNm 恒载标准值 gk2719kNm4层1AB跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1362kNm 梁上横墙自重 000kNm7 次梁 CL2-5 BC跨恒载计算1 471 kNm 楼面传来恒载 552kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1023kNm3层B1B跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1098kNm 梁上横墙自重 115kNm 恒载标准值 gk2719kNm4层B1B跨恒载梁自重包括粉刷 471 kNm 楼面传来恒载 1362kNm 梁上横墙自重 000kNm 恒载标准值 gk1833kNm纵

24、向框架梁上线荷载1 KJA-456跨恒载计算13层KJA-4恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 473kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk2626kNm4层KJA-4恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 586kNm 女儿墙自重 259 kNm 恒载标准值 gk1528 kNm 2 KJA-567跨恒载计算13层KJA-5恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 394kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk2547kNm4层KJA-5恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 488kNm 女儿墙自重 259 kNm 恒

25、载标准值 gk143 kNm3 KJB-556跨恒载计算13层KJB-5恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 777kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk293kNm4层KJB-5恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 964kNm 女儿墙自重 000 kNm 恒载标准值 gk1647 kNm4 KJB-667跨恒载计算13层KJB-6恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 720kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk2873kNm4层KJB-6恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 893kNm 女儿墙自重 000 k

26、Nm 恒载标准值 gk1576 kNm 5 KJC-556跨恒载计算13层KJC-5恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 473kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk2626kNm4层KJC-5恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 586kNm 女儿墙自重 259 kNm 恒载标准值 gk1528 kNm 6 KJC-667跨恒载计算13层KJC-6恒载梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 394kNm 梁上纵墙自重 147kNm 恒载标准值 gk2547kNm4层KJC-6恒载 梁自重包括粉刷 683 kNm 楼面传来恒载 488kNm 女儿墙

27、自重 259 kNm 恒载标准值 gk143 kNm 纵向次梁上线荷载1次梁 CL1-4 56跨恒载计算1 恒载标准值 gk2854kNm4层CL1-4恒载梁自重包括粉刷 363 kNm 屋面传来恒载 1266kNm 恒载标准值 gk1629kNm2次梁 CL1-5 67跨恒载计算1 恒载标准值 gk275kNm4层CL1-5恒载梁自重包括粉刷 363 kNm 屋面传来恒载 1138kNm 恒载标准值 gk1501kNm梁上的可变荷载楼屋面板均布可变面荷载传给梁的线荷载楼面板均布可变面荷载传给梁的线荷载横向框架梁上线荷载1 KJL-6活载计算1 活载标准值 qk1838kNm1AB跨 楼面传来

28、活载 950kNm 活载标准值 qk950kNmBC跨 楼面传来活载 868kNm 活载标准值 qk868kNm4层KJL-活载A1A跨 楼面传来活载 366kNm 活载标准值 qk366kNm1AB跨 楼面传来活载 191kNm 活载标准值 qk191kNmBC跨 楼面传来活载 228kNm 活载标准值 qk228kNm横向次梁上线荷载1次梁 CL2-4 A1A跨活载计算13层A1A跨楼面传来活载 592kNm 活载标准值 qk592kNm4层A1A跨活载计算楼面传来活载 09kNm 活载标准值 qk09kNm2次梁 CL2-41AB跨活载计算1 活载标准值 qk288kNm4层1AB跨活载

29、 屋面传来活载 058kNm 活载标准值 qk058kNm3次梁 CL2-4 BC跨活载计算13层BC跨楼面传来活载 262kNm 活载标准值 qk262kNm4层BC跨楼面传来活载 052kNm 活载标准值 qk052kNm由次梁传给次梁框架梁的集中荷载 恒载 屋顶集中力计算 A1轴F 次梁CL1-4均布荷载作用转为集中力次梁CL1-5均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 1536162930150114632320115515121923183355 18384 KN 柱 A F 框架梁KJA-4均布荷载作用转为集中力框架梁KJA-5均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集

30、中力 153615283014315552011 301833 1884 KN 柱 B F 框架梁KJB-5均布荷载作用转为集中力框架梁KJB-6均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 361906183530 211407231463211155231219 9216 KN装订插入 表9 楼屋面均布荷载传给梁的线荷载柱 C F 框架梁KJC-5均布荷载作用转为集中力框架梁KJC-6均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 36152830143 421805421707 10627 KN13楼楼面集中力计算 A-1轴F 次梁CL1-4均布荷载作用转为集中力次梁CL1-5均布

31、荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 1536314830304410952317135515107523156955 26467 KN 柱 A F 框架梁KJA-4均布荷载作用转为集中力框架梁KJA-5均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 153629230284115551713 301569 252528 KN 柱 B F 框架梁KJB-5均布荷载作用转为集中力框架梁KJB-6均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 363224316730 211023231095211023231075 19148 KN 柱 C F 框架梁KJC-5均布荷载作用转为集中力

32、框架梁KJC-6均布荷载作用转为集中力左右两侧纵向次梁传来集中力 36292302841 421547421467 18878 KN同理可算出活荷载作用下的集中荷载KJ-6上的荷载如下表10 轴线上KJL-6的均布荷载集中荷载分布 恒载层号KJL-6上均布荷载KJL-6上集中荷载纵梁传来作用柱顶标准值kNm标准值kN集中荷载标准值kNA1A跨1AB跨BC跨1A轴线上柱A柱B柱C4层21931432158718384 18849216106273层30031287238426467 2825319148 188782层30031287238424485 2578319148 188781层185

33、31287185324485 2578319148 18878表11 轴线上KJL-6的均布荷载集中荷载分布 活载层号KJL-6上均布荷载KJL-6上集中荷载纵梁传来作用柱顶标准值kNm标准值kN集中荷载标准值kNA1A跨1AB跨BC跨1A轴线上柱A柱B柱C6层1110580691411 12787166883层5572882637062 63393574 34432层5572882637062 63393574 34431层5572882637062 63393574 34432框架内力计算框架内力计算用结构力学方法求解借助结构力学求解器具体计算过程见图图6-1 框架荷载恒载分布图图6-2 恒载作用下弯矩图图6-3 恒载作用下剪力图图6-4 恒载作用下轴力图图6-5 框架荷载活载