小高层设计计算书.doc

第一章 工程概况与建筑设计1.1 工程概况1.1.1工程简介 莱芜小高层住宅楼地处莱芜市，建筑面积6944，建筑高度：33.00m，结构形式为钢筋混凝土框架结构。建筑物所在地区为莱芜，莱芜地区抗震设防烈度为7度，建筑场地类型属类；基本雪压：0.35，基本风压：0.40，地面粗糙度为B类。1.1.2自然条件 1. 基本风压：0.40，基本雪压：0.352. 抗震设防烈度：7度3. 场地土的类别：二类4. 地面粗糙程度：B类5 风向：夏季主导风向为东南向，冬季主导风为西北风；6. 降雨量：全年降水量710.4mm，每小时最大降水量146mm。7. 工程地质概况： 第一层：素填土 平均厚度为0.5 第二层：粉质粘土 平均厚度为2.5 第三层：强风化粘土质粉砂岩 平均厚度为1.4 第四层：粉砂岩强分化带 1.2 建筑设计 根据建筑设计条件的要求，本住宅的平面组合形式采用单元式，单元式的组合比较紧凑，交通面积少，采光通风好。住宅设计规范GB50096-1999（2003年版）规定12层以上单元式住宅应设防烟楼梯间和消防电梯，因此考虑经济因素，本住宅设计为10层。一梯二户。具体布置方案按住宅设计规范GB50096-1999（2003年版）和民用建筑设计通则（JGJ 37-87）等建筑规范中的要求进行。建筑标准层平面布置及剖面图见图1.1、1.2。123图1.1 建筑平面布置图 图1.2 建筑剖面图1.3 设计依据 1）民用建筑设计通则GB50352-20052）住宅设计规范GB 50096-1999（2003年版）3）建筑设计防火规范GB50016-2006（2006年版）4）高层民用建筑设计防火规范GB 50045-95（2001年版）5）建筑采光设计标准GB-T 50033-20016）居住建筑节能设计标准J 10321-20067）屋面工程技术规范GB 50345-20048）外墙外保温技术规程JG J144-20041.4 建筑做法 本住宅建筑做法依据1.3节中规范要求，采用山东做法图集L06J002中的做法，坡屋面：红色英红瓦坡屋面楼面：地面砖楼面卫生间楼面：地面砖防水楼面外墙：胶粉聚苯颗粒保温涂料外墙内墙：混合砂浆抹面内墙楼梯间内墙：内墙涂料保温墙面卫生间内墙：面砖防水内墙卫生间顶棚：水泥砂浆涂料顶棚踢脚：塑胶地板踢脚其它具体做法见建筑总说明。第2章 结构布置与计算简图2.1 设计资料2.1.1 设计资料根据建筑物的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，建筑平面、结构平面和剖面图都已给出。共10层，层高均为3.0米，一层4.48m。2.1.2 设计依据建筑结构荷载规范 （GB 50009-2001）2006年版建筑抗震设计规范 （GB 50011-2010）混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002）建筑结构制图标准 （GB/T 50105-2001）建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2002）混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（03G101-1）高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002。2.1.3 结构方案本住宅为10，高度不超过40米，高宽比不超过3，根据建筑结构设计规范（GB 50010-2002）中的规定，考虑结构受力的合理性、施工的便利性和造价的经济性等因素，竖向结构体系选用框架结构，故内力计算时，各计算简图取至基础顶。2.2 结构布置2.2.1 结构选材各层梁板均采用C35的混凝土，其设计强度为：fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2。柱采用C35混凝土，其设计强度为：fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2。2.2.2 截面尺寸初估框架梁、柱截面尺寸应当根据构件承载力、刚度、延性等方面的要求确定，设计时通常参照以往经验初步选定截面尺寸，在进行承载力计算和变形验算检查所选尺寸是否满足要求。截面高度一般根据跨度初步确定，截面宽度根据截面高度初步确定，结构布置见图2.1。图2.1 结构布置图 1. 柱 抗震设防烈度为7度，根据建筑抗震设计规范GB 50011-2010），框架结构高度超过30m，抗震等级属于二级。框架柱截面尺寸，可根据柱的负荷面积，按（1015）估算竖向荷载产生的轴力设计值（荷载分项系数可取1.25），然后按下式估算柱截面面积，再确定柱边长。 （2.1） （2.2） （2.3）式中-柱的受荷面积；-为柱支撑的楼层数；-增大系数，框架结构外柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；-柱的轴压比，抗震等级为二级时取0.8。由结构平面布置图可知边柱及中柱的负荷面积分别为4.05×2.4m2和4.05×3.6m2由此估算第一层柱截面面积为 边柱Acmm2 中柱 Acmm2如取柱截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为377mm和452mm。根据上述计算结果并考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 1层：600mm×600mm 2层：550mm×550mm 3-6层：500mm×500mm 7-10层：400mm×400mm 2. 框架梁框架梁截面高度按公式2.4确定，且不小于400 mm，也不宜大于1/4的净跨。梁宽b按公式2.5确定，且不宜小于1/4 h和200 mm.另外，梁宽b需满足公式2.6和2.7，为与梁相连的柱的截面宽度，e为梁、柱中心线间的距离。 （2.4） （2.5） （2.6） （2.7）梁截面最后尺寸列于表2.1。表2.1 梁截面尺寸布置（单位mm）层次横梁纵梁次梁1-2300×450300×400200×4003-6300×450300×400200×4007-10300×450300×400200×4003. 板板的厚度按公式2.4确定。 （2.4）板厚可取120mm。4. 基础 基础选用肋梁式筏板基础，基础埋深取2.2m，肋梁高度取1.2m。2.3 计算简图取顶层形心作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，1-10层柱高即为层高，取3.0m，底层柱高从基础顶面取至一层板底，即h1=3.0+0.6+2.2-1.2-0.12=4.48m，计算简图见图2.2。3000 图2.2 轴框架计算简图第3章 重力荷载及重力荷载代表值的计算3.1 重力荷载的计算3.1.1 屋面永久荷载标准值1. 水泥砂浆平屋面红色英红瓦 1 30厚1：3水泥砂浆卧瓦层 0.6 20厚隔离保护层 0.4 30厚挤塑板保温层 0.10 20厚1：3水泥砂浆找坡 0.40钢筋混凝土屋面板 3素水泥浆一道 0.10 合计 5.63.1.2 1. 楼面永久荷载标准值瓷砖地面 0.55120厚混凝土板 3 20厚1:3水泥砂浆面层 0.25合计 3.82.卫生间楼面（地面砖防水楼面）5厚面砖，擦缝材料擦缝 3-4厚瓷砖胶粘剂，挤柔压实 0.11.5厚聚合物水泥防水涂料 0.16厚1:0.5:2.5水泥石灰砂浆压实抹平 0.129厚1:1:6水泥石灰砂浆打底扫毛或划出纹道 0.183厚专用界面砂浆打底刮糙或甩毛 0.1200厚混凝土加气砌块墙 1.2刷界面处理剂一道 0.17厚1:1:6水泥石灰砂浆打底扫毛或划出纹道 20×0.07=0.147厚1:0.3:3水泥石灰砂浆压实抹平 20×0.07=0.147厚1:0.3:2.5水泥石灰砂浆打底刮糙或扫毛 20×0.07=0.14合计 2.423.1.3 填充墙永久荷载标准值1. 胶粉聚苯颗粒保温涂料外墙外墙弹性涂料 0.10刷弹性底涂，刮柔性腻子 0.104厚抗裂砂浆复合耐碱玻纤网格布 0.1060厚胶粉聚苯颗粒保温层分层抹平 20.06=0.12刷专用界面砂浆 0.10200厚加气混凝土砌块墙 60.20=1.20刷界面处理即一道 0.107厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 200.07=0.147厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 200.07=0.147厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 200.07=0.14内墙涂料 0.10合计 2.342. 混合砂浆抹面内墙7厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 2×200.07=0.147厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 2×200.07=0.147厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 2×200.07=0.14刷界面处理即一道 0.10200厚加气混凝土砌块墙 60.2=1.20刷界面处理剂一道 2×0.10=0.2合计 1.923. 楼梯间内墙（内墙涂料保温墙面）5厚聚合物抗裂砂浆 2×200.005=0.1020厚胶粉聚苯颗粒保温层 20.02=0.04聚合物水泥砂浆修补墙面 0.10200厚加气混凝土砌块墙 60.2=1.20刷界面处理即一道 0.107厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 200.07=0.147厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 200.07=0.147厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 200.07=0.14内墙涂料 0.10合计 1.964. 卫生间内墙（面砖防水内墙）5厚面砖，擦缝材料擦缝 19.80.005=0.1034 厚瓷砖胶粘剂，揉挤压实 0.101.5厚聚合物水泥防水涂料 0.106厚1：0.5：2.5水泥石灰砂浆压实抹平 200.006=0.129厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 200.009=0.183厚专用界面砂浆打底刮糙或甩毛 0.10200厚加气混凝土砌块墙 60.2=1.20刷界面处理即一道 0.107厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底扫毛或划出纹道 200.07=0.147厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆找平扫毛 200.07=0.147厚1：0.3：2.5水泥石灰膏砂浆压实抹光 200.07=0.14内墙涂料 0.10合计 2.623.1.4屋面及楼面可变荷载标准值的计算活荷载的计算：查建筑结构荷载规范(GB 50019-2001)得上人屋面均布活荷载标准值：2.0；不上人屋面均布活荷载标准值：0.5；住宅楼面均布活荷载标准值：2.0；储藏室楼面均布活荷载标准值：5.0。3.1.5 雪荷载标准值的计算： (3.1)莱芜地区，基本雪压=0.35,对于高低屋面形式，屋面积雪分布系数=2.0。由此可见，雪荷载标准值小于均布活荷载标准值，取均布活荷载进行内力分析。 3.2 重力荷载代表值的计算 重力荷载代表值取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合之和,各层的重力荷载代表值取各楼层标高上下各楼层的一半。底层取至基础顶部。分别按公式3.2.计算。 （3.2）式中-重力荷载代表值；-永久荷载标准值，即结构及构配件的自重；-可变荷载标准值。3.2.1 梁柱重力荷载标准值具体计算见表3.1表3.1 各层梁柱重力荷载标准值（单位kN）层次构件b/mh/m(kN/m)g(kN/m)Li/mn/kNGi/kNGi/kN1边横梁0.30.45251.053.549.513504.453631.571中横梁0.30.45251.053.549.513次梁0.20.4251.052.113.8455.20纵梁0.30.4251.053.1536.24456.12柱0.50.6251.19.94.48522615.83-6边横梁0.30.45251.053.549.913455.602527.70中横梁0.30.45251.053.549.913次梁0.20.4251.052.113.8455.20纵梁0.30.4251.053.1537.54472.50柱0.60.5251.19.93521544.47-10边横梁0.30.45251.053.5410.313474.102557.45中横梁0.30.45251.053.5410.313次梁0.20.4251.052.113.8455.20纵梁0.30.4251.053.1538.84483.84柱0.40.4251.19.93521544.4注：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。3.2.3门窗重力荷载标准值的计算钢框玻璃窗的面荷载：，木门的面荷载：，钢铁门的面荷载：，统计门窗总表，得门窗重力荷载标准值的计算见表3.2。表3.2.门窗重力荷载标准值编号b×h（mm2）重度（kN/m2）厚度（m）一层2-10层M41.8×2.00.450.220M11.1×2.10.20.244M21.0×2.10.20.22222M31.0×2.10.40.244FM-10.8×1.50.40.244M51.8×2.10.40.244C11.2×1.20.40.224C20.9×0.90.40.244C31.8×1.50.40.21414C42.1×1.50.40.266门窗洞口总面积（m2）153.78149.46门窗洞口总质量（kN）9.89.73.2.4墙体重力荷载标准值的计算见表3.3。表3.2.3 墙体重力荷载标准值（单位：kN）层次名称h(m)总长L(m)墙面积（m2）洞面积（m2）面荷载（kN/m2）自重合计1外墙3.6112.40404.64153.782.34946.862127.84内墙3.0203.33609.991.921171.182-10外墙3.0113.60340.80149.462.34797.471978.35内墙3.0203.33609.991.921171.18顶层外墙1.5113.6170.402.34398.74989.19内墙1.5203.33305.001.92585.603.2.5板重力荷载标准值的计算见表3.4。表3.4板的重力荷载标准值（单位：kN）层次板厚h/mm总面积/mm2面荷载/kN/m2合计110120499.33.801897.34120499.33.80100499.33.80顶层1007005.63920.001007005.61007005.63.2.6 楼梯自重标准值的计算楼梯设计中计算出楼梯（包括建筑做法在内）的自重线荷载标准值：=11.12 kN/m一至十层：=11.123.0=33.37 kN综合以上可求得各层梁、柱等构件的自重标准值见表3.5表3.5各层梁、柱、门窗、墙、板以及楼梯的自重标准值（单位：kN)层次 梁板柱门窗墙楼电梯总计一层3096.182053.4433.375149.102层2542.581978.3533.374554.30362527.71978.3533.374539.42792557.451978.3533.374569.17顶层5271.39989.1933.376293.953.2.7可变荷载标准值的计算见表3.6。表3.6各层可变荷载标准值（单位：kN）层号楼面面积/m2均布活荷载kN/m2楼电梯面积/m2均布活荷载/kN/m2荷载值19489.302.021.152.01020.9010489.300.521.152.0286.95综合以上所求，可得各层的重力荷载代表值见表3.7。表3.7 各层重力荷载代表值（单位：kN）层号永久荷载标准值可变荷载标准值组合值系数重力荷载代表值15149.101020.900.55659.5524554.301020.900.55064.75364539.421020.900.55049.87794569.171020.900.55079.62106293.95286.950.56437.43计算的结果见图3.1。G10=6437.73kN4480图3.1 各质点的重力荷载代表值G1=5659.55kNG2=5064.75kNG3=5049.87kNG4=5049.87kNG5=5049.87kNG6=5049.87kNG7=5049.87kNG8=5079.62kNG9=5079. 62kN300030003000300030003000300030003000· 第4章 横向框架侧移刚度的计算4.1 框架梁柱的侧移刚度4.1.1 取一榀框架（轴线）按公式下列各式计算各柱的侧移刚度，计算公式如下： . (一般层) （一般层） （底层） 梁采用C35混凝土，需注意的是框架梁，对于中框架，其截面惯性矩，对于边框架。柱采用C35混凝土，。轴线梁的线刚度计算见表4.1。表4.1 轴梁的线刚度(单位：)类别层次Ec（N/mm2）b×h（mm2）I0（mm4）L（mm）EI0/l1.5EcI0/l2EcI0/l边横梁1-103.15×104300×4502.28×10948001.50×10102.25×10103.00×1010中横梁1-103.15×104300×4502.28×10924003.00×10104.50×10106.00×1010轴线柱的线刚度计算见表4.2。表4.2 轴柱的线刚度(单位：)层次hc（m）Ec（N/mm2)b×h（mm2）Ic（mm4）EcIc/l14.483.15×104600×6001.08×10107.59×1010233.15×104550×5507.63×1098.01×10103-633.15×104500×5005.20×1095.46×10107-1033.15×104400×4002.13×1092.24×1010 抗侧刚度D的计算求得边框架柱的侧移刚度D值见表4.3表4.3 轴柱抗侧刚度(单位：)层次B-1,B-13,G-1,G-13,G-3, G-11C-1,C-13,E-1,E-13G-4,G-10E-3,E-4,E-10,E-11DicDicDicDicDi10.290.35157820.890.48218160.200.32143901.050.512330632286020.280.12131150.840.30316600.190.0991431.090.35377273928103-60.410.17124371.240.3827800.270.1287361.510.43313043462267-101.000.3399853.000.60180000.670.2574913.3680.6519355239294以同样的计算方法可得中框架柱的抗侧刚度见表4.4。表4.4 中框架柱线刚度（单位：)层次边柱（18根）中柱（18根）DicDicDi10.400.37169281.190.532398173636920.370.16168451.120.36384179947163-60.550.22156901.650.45328959947167-101.340.40119794.020.6719940574554由此求得横向框架的侧移刚度并列于表4.5。表4.5各楼层的侧移刚度（单位：)层次1层2层3-6层7-10层Di106922913875261220702813848 由表可知，故该框架为规则框架。第5章 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算5.1 地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.1.1 自振周期计算 查阅地质报告，根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）规定，本建筑抗震设防烈度七度，设计基本地震加速度值0.1g，属设计地震第一组，场地等效剪切波速200m/s,场地土类型属中软土，第四系覆盖层厚度大于3 m小于50 m，由此确定建筑场地类型属类，特征周期0.35s。 结构的基本周期，按下式计算： 各楼层的重力荷载已计算出，将各楼层的重力荷载当作水平力，所产生的楼层剪力及楼层水平位移计算列于下表5.1。表5.1 各楼层的侧移（单位：m）层次106437.436437.438138487.90264.5095079.6211517.0581384814.20256.6085079.6216596.6781384820.40242.4075079.6221676.2981384826.60222.0065049.8726726.16122070221.90195.4055049.8731176.03122070226.00173.5045049.8736825.90122070230.20147.5035049.8741875.77122070234.30117.3025064.7546940.52138752633.8083.0015659.5552600.07106922949.2049.20由表5.1，可得结构的基本周期：s5.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算 本设计中结构高度33 m,不超过40 m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切为主，故可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式5.1来计算， （5.1） 查阅地质报告，根据建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）规定，本建筑抗震设防烈度七度，设计基本地震加速度值0.1 g，属设计地震第一组，场地土类型属中软土，第四系覆盖层厚度大于3 m小于50m，建筑场地类型属类，特征周期0.35 s。，故地震影响系数按式5.2求得。 （5.2） （5.3） （5.4）式中取为0.9，=1.0,查表有=0.08，则：因，所以应考虑顶层附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数按进行计算：各质点的水平地震作用按式5.5计算,过程见表5.2. （5.5）表5.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力层次10 31.486437.43202650.300.21685.75685.759 28.485079.62144667.580.15290.61976.368 25.485079.62129428.720.14271.2361247.607 22.485079.62114189.860.12232.4881480.086 19.485049.87100088.420.10193.741673.825 16.485049.8783221.860.10193.741867.564 13.485049.8768072.250.07135.6182003.183 10.485049.8752922.040.06116.2442119.422 7.485064.7537884.330.0477.4962196.921 4.485659.5525354.780.0358.1222255.04各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图5.1V10V2V3V4V5V6V7V8V9V1F1F2F3F4F5F6F