教学楼结构计算书论文07267.doc

现代教学楼结构计算书一、设计总说明本工程为杭州电子工学院教学楼，占地面积约3600m2，总建筑面积约21600m2，主体采用现浇框架结构，地上5层，地下一层架空层用于停车。场地为类场地，度设防。1、建筑说明教学楼出于教学等方面的考虑，净空要求较高，故取一至五层层高4.2m，地下架空层层高3.0m。考虑到横向长度大于55m，在6轴和7轴间设置100mm的伸缩缝。2、结构说明本工程为5层现浇框架结构。楼面板与屋面板采用现浇钢筋混凝土板，计算模型分别为单向板和双向板两种，具体见计算书。次梁按简支梁设计，并按弹性方法计算。框架的内力采用PKPM计算。基础采用桩基础。3、设计依据规范建筑结构荷载规范（GB500092001）混凝土结构设计规范（GB500102002）建筑抗震设计规范（GB500112001）建筑结构设计统一标准（GB500012001）建筑地基基础设计规范（GB500072002）二、工程概况本工程为下沙大学城一现代教学大楼，主体采用五层框架体系。楼面活荷载标准值（KN/m2）：教室：2.0厕所、走廊、门厅、楼梯：2.5其它：2.0屋面活荷载标准值（KN/m2）：上人屋面：2.0三、框架设计1、设计资料（18轴） 1）、设计标高：一层室内设计标高±0.000，室内外高差1.800m，架空层地面标高-3.000。 2）、墙身做法：墙身为普通空心砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为20mm厚混合砂浆底，白色内墙涂料2层。外粉刷为1：3水泥砂浆底，陶瓷锦砖贴面。 3）、楼面做法：140mm厚现浇混凝土楼板，上下各20mm1：2水泥砂浆找平，地面10mm厚楼面面砖，板下白色内墙涂料2层。 4）、屋面做法：140mm现浇混凝土板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡，具体详见施工图），1：2水泥砂浆找平层厚20mm，高分子防水卷材2层，5mm水泥砂浆保护层。 5）、门窗做法：门厅处为铝合金门，其他均为木门，窗均采用铝合金推拉窗。 6）、地质资料：本工程地处杭州市下沙大学城，属类建筑场地，余略。 7）、基本风压：w0=0.45kN/m2（地面粗糙度属B类）。 8）、 活荷载：屋面活荷载2.0 kN/m2，楼面活荷载2.0 kN/m2，走廊楼面活荷载为2.5 kN/m2。2、结构布置及结构计算简图的确定（1）、梁柱截面尺寸确定梁：h=l/12=6900/12=600mm，取b=300mm。柱：取500mmX500mm。板：采用140mm厚现浇混凝土板。（2）、构件的线刚度计算考虑到现浇楼面的作用，框架梁增大系数取2.0，则梁：边跨 i=2Ex1/12x0.3x0.63/6.9=1.57x10-3E（m3） 中跨 i=2Ex1/12x0.3x0.63/3.0=3.60x10-3E（m3）上部各柱： i=Ex1/12x0.5x0.53/4.2=1.24x10-3E（m3）底层各柱： i=Ex1/12x0.5x0.53/3.0=1.74x10-3E（m3）3、荷载计算（1）、恒荷载计算1）、屋面框架梁线荷载标准值：5mm厚1：2水泥砂浆保护层 0.005x20=0.10 kN/m23mm高分子防水卷材 0.003x20=0.06 kN/m220mm厚1：2水泥砂浆找平层 0.02x20=0.40 kN/m2100140mm（2%找坡）珍珠岩保温层 (0.1+0.14)x7/2=0.84kN/m2 140mm厚的现浇钢筋混凝土板 0.14x25=3.5 kN/m220mm 1:2水泥砂浆找平 0.02x20=0.4 kN/m22mm 厚白色涂料 0.002x17=0.03 kN/m2_屋面恒荷载 5.33 kN/m2梁自重 0.3x0.6x25=4.5 kN/m梁侧粉刷 2x(0.6-0.1)x0.3x17=0.51 kN/m因此作用在顶层框架梁上的线荷载为 g5=4.5+0.51=5.01 kN/m中跨 g5'=5.33x3.0=15.99 kN/m边跨 g5'=5.33x7.2=38.38 kN/m2)、楼面框架梁线荷载标准值：10mm厚面砖 0.01x19.8=0.20 kN/m220mm1:2水泥砂浆垫层 0.02x20=0.4 kN/m2140mm现浇混凝土板 0.14x25=3.5 kN/m220mm1:2水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2 粉刷 0.002x17=0.04 kN/m2 _楼面恒载 4.54 kN/m2梁及梁侧粉刷 5.01 kN/m边跨填充墙自重 0.24x(4.2-0.6)x19=16.42 kN/m墙面粉刷 (4.2-0.6)x0.02x2x17=2.45 kN/m_墙及墙面粉刷的自重 18.87 kN/m因此作用在中间层框架梁上的线荷载： g边=5.01+18.87=23.88 kN/m g中=5.01 kN/m g边'=4.54x7.2=32.69 kN/mg中'=4.54x3.0=13.62 kN/m3)、屋面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 0.3x0.6x7.2x25=32.4 kN 粉刷 0.02x(0.6-0.1)x2x7.2x17=2.45kN 1.2m高女儿墙自重 1.2x7.2x0.24x19=39.4 kN 粉刷 1.2x0.02x2x7.2x17=5.88 kN连系梁传来屋面自重 (7.2+0.3)x0.5x6.9x5.33=68.96 kN_ 顶层边节点集中荷载 G=149.09 kN中柱连系梁自重 0.3x0.6x7.2x25=32.4 kN粉刷 0.02x(0.6-0.1)x2x7.2x17=2.45 kN连系梁传来屋面自重 (0.3+7.2)/2x(6.9/2)+(7.2+4.2)/2x(3.0/2) =116.73 kN_顶层中节点集中荷载 G=149.58 kN4)、楼面框架节点集中荷载标准值：边框连系梁自重 32.4 kN 粉刷 2.45 kN铝合金窗 2x2.4x1.8x0.4=3.46 kN窗下墙体自重 0.24x0.9x6.7x19=27.5 kN 粉刷 2x0.02x0.9x6.7x17=4.1 kN窗边墙体自重 3.1x2.4x0.24x19=33.93 kN 粉刷 3.1x2.4x2x0.02x17=5.06 kN连系梁传来楼面自重 0.5x(0.3+7.2)x6.9/2x4.54=58.74 kN_中间层边柱节点集中荷载 G=160.87 kN中柱连系梁自重 32.4 kN 粉刷 2.45 kN内纵墙自重 6.7x3.6x0.24x19=109.99 kN 粉刷 6.7x3.6x2x0.02x17=16.40 kN扣除门洞重加上门重 -2.1x1.0x(5.24-0.2)x2=-21.16 kN框架柱自重 26.25 kN 粉刷 1.83 kN连系梁传来楼面自重 (0.3+7.2)/2x(6.9/2)+(7.2+4.2)/2x(3.0/2)x4.54=99.43 kN_中间层中节点集中荷载 G=267.59 kN5)、恒载作用下计算简图：（2）、活荷载计算：活荷载作用下的结构计算简图： 各荷载值计算如下：屋面 P5LP= P5QS=2.0x7.2=14.4 kN/m P5PQ=2.0x3.0=6.0 kN/mP5L=P5S=(7.2+0.3)/2x6.9/2x2.0=25.88 kNP5P=P5Q=(7.2+0.3)/2x6.9/2+(7.2+4.2)/2x3.0/2x2.0=43.80 kN楼面 PLP=PQS=2.0x7.2=14.4 kN/m PPQ=2.5x3.0=7.5 kN/m PL=PS=25.88 kN PP=PQ=(7.2+0.3)/2x6.9/2x2.0+(7.2+4.2)/2x3.0/2x2.5=47.25 kN（3）、风荷载计算：风压标准计算公式为 = ßZ*S*Z*0因结构高度H=22.8m<30m，可取ßZ=1.0；对于矩形平面S =1.3；Z可由荷载规范查得。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图所示。 风荷载计算层次ßZSZ(m)Z0kN/m2A(m2)PW51.01.322.81.300.4523.7618.0741.01.318.61.220.4530.2421.5831.01.314.41.120.4530.2419.8121.01.310.21.000.4530.2417.6911.01.36.01.000.4530.2417.6901.01.31.81.000.4521.6012.644、内力计算：（1）、恒荷载作用下的内力计算 恒荷载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。计算简图如图所示：图中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。由荷载等效原理把三角形荷载化作等效均布荷载：标准层： g边 =23.88+5/8*32.69=44.31kN/m g中 =5.01+5/8*13.62=13.52kN/m 上图所示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： MLP=1/12* g边* l边2=1/12*44.31*6.92=175.80kN·m MPQ=1/3* g中* l中2=1/3*13.52*1.52=10.14kN·m MQP=1/6* g中* l中2=1/6*13.52*1.52=5.07kN·m 顶层： g边 =5.01+5/8*38.38=29.00kN/m g中 =5.01+5/8*15.99=15.00kN/m 各杆的固端弯矩为： MLP=1/12* g边* l边2=1/12*29.0*6.92=115.06kN·m MPQ=1/3* g中* l中2=1/3*15.00*1.52=11.25kN·m MQP=1/6* g中* l中2=1/6*15.00*1.52=5.63kN·m 弯矩分配法计算过程如下图所示，计算所得的弯矩图见下图， 将各层分层法求得的弯矩图叠加，并将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如下图所示。并进而求得框架各梁柱的剪力和轴力（见图）。（2）、活荷载作用下的内力计算 活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼面活荷载布置可能有下图所示的几种组合形式。同样采用弯矩分配法计算，考虑弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩值。其最后弯矩图(标准层)如下图所示。（3）、风荷载作用下的内力计算风荷载作用下的结构计算简图如图所示。内力计算采用D值法，计算过程如图所示。框架结构弯矩图，轴力图，剪力图如图所示。5、内力组合：根据以上内力计算结果，进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中。由于对称性，每层有五个控制截面，第三层内力组合截 面荷载类型恒 载活 载MVMVMVMVMV1-138.64149.48-25.4423.890.3-0.17-24.4523.32-0.400.232113.3828.40-0.2927.430.393-162.00-156.25-32.03-25.79-0.87-0.17-34.96-26.361.180.234-59.7920.28待添加的隐藏文字内容1-13.510-2.405.63-21.5613.893.25-2.645-44.58-13.513.22-3.53-3.53截 面荷载类型风 载内 力 组 合恒载x1.2+活载x1.4恒载x1.2+0.90x(活载x1.4+风载x1.4)MVMmaxMminVmaxMmaxMminVmax1±38.60±8.59-210.98212.82-247.06220.302±8.97175.82183.143±20.64±8.59-243.34-224.40-264.46-231.544±43.87±29.25-101.9343.78-163.3578.6950-72.41-70.52 三层柱内力计算结果截 面柱荷载类型三层梁上有活荷载的情况二层梁上有活荷载的情况A柱M812.72-0.1512.230.204.24-0.054.080.07M74.24-0.054.080.0712.72-0.1512.230.20V23.89-0.1723.400.280000B柱M8-9.260.76-6.70-1.03-3.090.25-2.23-0.34M7-3.090.25-2.23-0.34-9.260.76-6.70-1.03N25.795.9040.302.970000 三层柱内力组合截 面柱号荷载类型恒 载活 载风 载上层传来上层传来A柱M869.4516.9616.474.09±25.63M769.4516.9616.8012.67±21.83N149.48244.8323.8923.40-0.1795.78±15.67V±11.30B柱M8-51.06-12.35-9.79-2.33±38.70M7-51.08-12.35-11.49-9.01±38.70N176.53303.8025.7940.305.90123.19±35.95V±18.43截 面柱号荷载类型内力组合恒载x1.2+活载x1.4恒载x1.2+0.9x(活载x1.4+风载x1.4)Nmax,MNmin,M |M|max,N,VNmax,MNmin,M|M|max,N,VA柱M8107.0889.07107.1372.42120.79137.00M7107.08101.08107.1377.20126.81131.88N640.71472.93506.62643.70453.21483.53V14.24B柱M8-78.56-64.53-78.56125.60-15.45-125.60M7-78.59-73.91-78.59125.62-23.89-125.62N784.97584.66612.50809.41538.53653.69V-23.226、截面设计： 根据内力组合结果，选择各截面的最不利内力进行截面配筋计算（详见以下的梁、柱、板的设计）。在考虑构造要求以后，确定有关控制截面的配筋，并做出结构施工图。四、楼梯计算（1）、梯段板设计取板厚h=120mm 板倾斜角 tan=0.75 cos=0.811。取1m宽板带计算。、 荷载计算梯 段 板 的 荷 载荷 载 种 类荷 载 标 准 值（kN/m） 恒荷载水磨石面层(0.175+0.28)x0.65/0.28=1.06三角形踏步0.5x0.175x0.28x25/0.28=2.19混凝土斜板0.12x25/0.811=3.70板底抹灰0.02x17/0.811=0.42小计7.37活荷载3.5恒荷载的分项系数G=1.2,活荷载的分项系数Q=1.4总荷载计算值p=1.2x7.37+1.4x3.5=13.74 kN/m、 截面设计板的水平计算跨度ln=11x0.28=3.1弯矩设计值M=1/10pln2=1/10x13.74x3.12=13.20 kN.m板的有效高度h0=120-20=100mms=M/1fcbh02=13.20x106/1.0x11.9x1000x1002=0.11 查表得s=0.942As=M/sfyh0=13.20x106/0.942x210x100=668mm2 选配10110 As=714mm2（2）、平台板设计 取板厚 h=100mm，取1m宽板带计算。、 荷载计算平 台 板 的 荷 载荷 载 种 类荷 载 标 准 值（kN/m）恒荷载水磨石面层0.65100mm厚混凝土板0.1x25=2.5板底抹灰0.02x17=0.34小计3.49活荷载3.5恒荷载的分项系数G=1.2,活荷载的分项系数Q=1.4总荷载计算值p=1.2x3.49+1.4x3.5=9.09 kN/m、 截面设计平台板的计算跨度l0=2.1-0.2/2+0.12/2=2.06 mM=1/10pl02=1/10x9.09x2.062=3.86 kN.m板的有效高度h0=100-20=80 mms=M/1fcbh02=3.86x106/1.0x11.9x1000x802=0.051 查表得s=0.974As=M/sfyh0=3.86x106/0.974x210x80=236 mm2 选配6/8140 As=281 mm2（2）、平台梁设计设平台梁截面尺寸为200mmx350mm、 荷载计算平 台 梁 荷 载荷 载 种 类荷 载 标 准 值（kN/m） 恒荷载梁自重0.2x(0.35-0.17)x25=1.4梁侧粉刷0.02x(0.35-0.07)x2x17=0.19平台板传来3.49x2.1x1/2=3.66梯段板传来7.37x3.1x1/2=11.42小计16.67活荷载3.5x(3.1/2+2.1/2)=9.1恒荷载的分项系数G=1.2 ，活荷载的分项系数Q=1.4总荷载计算值p=1.2x16.67+1.4x9.1=32.74 kN/m、 截面设计计算跨度l0=1.05 m ln=1.05x(3.36-0.24)=3.28 mM=1/8pl02=44.03 kN.mV=1/2pln2=51.1 kNbf=200+5x100=700 mm 梁的有效高度h0=350-35=315 mm1fc bfhf(h0-1/2 hf)=1.0x11.9x700x100x(315-100/2)=220.75 kN.m>M=44.03 kN.m经判别属第一类T型截面s=44.03x106/1.0x11.9x700x3152=0.053 查表得s=0.973As=M/sfyh0=44.03x106/0.973x300x315=479mm2 选配218 As=509mm2选配6200箍筋Vcs=0.7ftbh0+1.25fyvAsv/sh0=0.7x1.27x200x315+1.25x210x2x28.3/200x315=78923N>51100N 满足要求五、梁柱配筋设计选取第三层L，P轴线间的梁，梁的截面图如下图所示：1.梁的配筋计算T型截面的确定： 应取min，b+,b+12,故=6900/3=2300mmb+=300+7200=7500mm=140/600=0.23>0.1,故取=2300mm根据以上内力组合情况有， =175.82kN·m =-210.98 kN·m =-243.34 kN·m截面尺寸b×h=300mm×600mm, =2300mm, =140mm选用混凝土等级为C30，钢筋采用HRB335，=14.3N/mm2 =300N/mm2 =1.0 =0.8去保护层厚度a=35mm,则=h-a=600-35=565mm(-/2)=1.0×14.3×2300×140×（565-140/2） =2302×>175.82×故属于第一类T型截面，以代替b，可得 选配420，=1256对于支座处负弯矩， > , 故取M=-243.34kN·m翼缘受拉不考虑，可按矩形截面计算，则 选配425，=1964斜截面承载力计算：由内力组合情况知，3截面处剪力最大，=231.54kN 截面符合要求。 故需要进行配箍计算则=若选用8150，则实有=，可以 配箍率 最小配箍率 2.柱的配筋计算以三层柱的配筋计算为例，先按大偏心考虑，由内力组合有，M=137.00kN·m N=483.53kN 柱的截面尺寸为500mm×500mm，则e0=M/N=137.00/483.53×103=283mmea=max(20,h/30)=max(20,500/30)=20mmei= e0ea=283+20=303mm1=0.5fcA/N=3.7>1, 取1=1l0/h=4200/500=8.4<15, 取2=1=1+(l0/h)212=1+×8.42×1×1=1.08ei=1.08×303=327mm>0.3h0=139.5mme=ei+h/2-a s =327+500/2-35=542mm采用对称配筋，x=67.6mmbh0=0.55×465=256mm为大偏心受压，有x<2 a s， 取x=2 a s，=70mmA s=A s，= 取A s=A s，=500mm2, 按构造配筋，选配316 As=603mm2六、板的设计1、按弹性理论设计(1)、荷载设计值永久荷载标准值：g=1.2x(3.05+1.04)=5.45 kN/m2可变荷载标准值：均布荷载：qk1=2.00 kN/m2 q=1.4x2.00=2.80 kN/m2 g+q/2=5.45+2.8/2=6.85 kN/m2 q/2=1.4 kN/m2 g+q=5.45+2.8=8.25 kN/m2(2)、计算跨度内跨 l0=lc边跨 l0=lc-120+140/2(3)、弯矩计算跨中最大弯矩为当内支座固定时在g+p/2作用下的跨中弯矩值，与内支座铰支时在q/2作用下跨中弯矩值之和。混凝土波桑比取0.2；支座最大负弯矩为当内支座固定时g+q作用下的支座弯矩。根据不同的支承情况，整个楼盖可以分为A、B、C、D四种区格板。A区格板：l01/l02=3450/3600=0.96m1=(0.01943+0.2x0.01727)x(g+q/2)l012+(0.04030+0.2x0.03647)xq/2l012=1.87+0.79=2.66 kN.mm2=(0.01727+0.2x0.01943)x(g+q/2)l012+(0.03647+0.2x0.04030)xq/2l012=1.72+0.74=2.46 kN.mm1=m1”=-0.05438x(g+q)l012=-5.34 kN.mm2= m2”=-0.05255x(g+q)l012=-5.16 kN.m(4)、截面设计截面的有效高度：h01=h-20=120 mm h02=h-30=110 mm r=0.95As1=m1/sfyh01=2.66x106/0.95x120x210=112 mm2As2=m2/sfyh01=2.46x106/0.95x110x210=112 mm2As1=As1”= m1”/sfyh01=5.34x106/0.95x120x210=223 mm2As2=As2”=m2/sfyh01=5.16x106/0.95x110x210=235 mm2基础设计由于荷载较大、基础埋深大，所以采用直径为500mm先张法预应力管桩，桩长为13m，基桩竖向承载力设计值：R=1400×3.14×0.2520.5×3.14×(50×2.428×1.9+50×3.245×3.9+40×1.6)=1174 kN承台混凝土强度等级为C30，配置HRB335钢筋。1、 确定桩数及布桩。初选桩数n>F/R=4060/1174=3.45取4根，桩距s=3d=3×0.4=1.2m,按矩形布置2、 初选承台尺寸。取承台边长为：d=1.2+0.4×2=2.0m承台埋深2.6m,承台高0.8m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层取35mm，则承台有效高度为：h0=0.8-0.05-0.035=0.715m=715mm3、 计算桩顶荷载设计值。N=（F+G）/n=(4060+1.2×20×2.0×2.0×1.3)/4=1041kN<R=1174kNN=(Fk + Gk) / n ± Mxk * Yi / Yi2 ± Myk * Xi / Xi2 =1041±(133.5×0.6)/（4×0.62）=1041±55.63 kNNmax=1096.63 kN <1.2R=1.2×1174=1408.8 kN 符合要求。4、 承台受冲切承载力验算。1）柱边冲切，冲跨比与冲跨系数为： 0x=a0x/h0=0.15/0.715=0.2(<1.0)0y= a0y/h0=0.15/0.715=0.2(<1.0) 0x = 0.72/(0x+0.20)=0.72/(0.2+0.2)=1.80y= 0.72/(0y+0.20)=0.72/(0.2+0.2)=1.820x (bc+ a0y )+ 0y (hc+ a0x)fth0=2×1.8×(0.5+0.15)+1.8×(0.5+0.15)×1430×0.715=4785.04kN>0Fl=1.0×4060=4060kN 符合要求。2）角桩向上冲切，c1=c2=0.6m，a1x= a0x，1x=0x，a1y=a0y，1y=0y1x = 0.72/(1x+0.20)=0.72/(0.2+0.2)=1.21y= 0.72/(1y+0.20)=0.72/(0.2+0.2)=1.21x（c2+ a1y /2）+1y（c1+ a1x /2） fth0=1.2×（0.6+0.15/2）+1.2×（0.6+0.15/2） ×1430×0.715=1656.2kN>0Nmax=1.0×1408.8=1408.8kN 符合要求。 5、 承台受剪切承载力计算。剪跨比与以上冲跨比相同，故对11斜截面；x=0x=0.2<0.3取x =0.3故剪切系数 =0.12/（+0.3）=0.12/（0.3+0.3）=0.2 fcbh0=0.2×14300×2.0×0.715=4089.8kN>20Nmax=2×1.0×1408.8=2817.6kN 符合要求。22斜截面同11斜截面相同，不用验算。6、承台受弯承载力计算。 Mx=My=Niyi=2×1041×0.35=728.7kN·mAs= Mx /0.9fyh0=728.7×106/0.9×300×715=3775mm2选用13-20155,As=4084.6mm2，沿x轴y轴方向均匀布置。