某中学教学楼（框架四层）毕业设计：设计计算书（全套） .doc

某中学教学楼（框架四层）毕业设计设计计算书4.1 设计原始资料（1）.冬季主导风向东北平均风速2.6 m/s，夏季主导风向东南平均风速2.6 m/s，最大风速23.7 m/s。(2).常年地下水位低于-1.3m，水质对混凝土没有侵蚀作用。(3).最大积雪厚度0.32m，基本雪压SO=0.4KN/M2,基本风压WO=0.4 KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。(4).抗震设防烈度6度，设计地震分组第三组.(5).地质条件序号岩石名称厚度Fak(MPa)1耕土1.1-2黏土2.82503黏土9.41104.2 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构4层，层高均为3.9m。填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取130mm，梁载面高度按梁跨度的1/121/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表1，表中还给出柱板的砱强度等级。C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）表1 梁截面尺寸层次砼强度横梁（bh）纵梁(bh)AB跨BC跨CD跨1-4C30300600250500300600250500柱载面尺寸可根据式N=FgEn AcN/UNfc估算表2查得该框架结构在30m以下，抚震得级为三级，其轴压比值UN=0.9表2 抗震等级分类结构类型烈 度6789框架结构高度/m30303030303025框架四三三二二一一剧场、体育等三二一一表3 轴压比限值结构类型 抗 震 等 级一二三框架结构0.70.80.9柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。 c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取500500mm。基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平0.5，室内外高差为0.45,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-4层柱高度即为层高3.9m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.9+0.45+0.5=4.85m。框架计算简图见图1。图1 框架计算简图4.3 荷载计算4.3.1 恒载标准值计算屋面：刚性防水屋面(有保温层) ：苏J01-2005 12/7 40厚C20细石砼内配直径4间距150双向钢筋 0.8 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平 0.02x20=0.4kN/m2 70厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩保温层 0.07x10=0.7 kN/m2 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02x20=0.4 kN/m2100 厚结构层 0.1x25=2.5 kN/m212厚板底抹灰 0.012x20=2.5 kN/m2合 计 4.82kN/m2楼面：水磨石地面(10mm面层,20mm水泥砂浆打底，素水泥打底)0.65kN/m2130厚钢筋砼板 25×0.13=3.25 kN/m212厚水泥沙浆0.012×20=2.5 kN/m2 合 计 4.14 kN/m2梁自重：边跨梁 bXh=300×600mm梁自重 25×0.3×(0.6-0.13)=3.75kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012×(0.6-0.13)×2+0.012×0.3×200.312kN/m 合计 4.062kN/m2中间跨梁 bXh=250×500mm梁自重 25×0.25×(0.5-0.13)=3.00kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆0.012×(0.5-0.13)×2+0.012×0.25×200.26kN/m 合计 3.26kN/m2柱自重：bXh=500×500mm柱自重 25×0.50×0.50=6.25kN/m抹灰层：12厚水泥砂浆 0.012×0.50×4×200.48kN/m 合计 6.73kN/m外纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18×(3.9-0.5-1.8)×0.24=6.48kN/m铝合金门窗 0.35×1.8 =0.63kN/m水泥粉刷外墙面 0.36×(3.60-1.80)=0.756kN/m水泥粉刷内墙面 0.36×(3.60-1.80)=0.756kN/m合计 8.622kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18×(4.85-1.80-0.50-0.40)×0.24=9.288kN/m铝合金门窗 0.35×1.8=0.63kN/m釉面砖外墙面 0.5×(4.35-1.80-0.50)=1.025kN/m水泥粉刷内墙面 0.756kN/m合计 11.70kN/m内纵墙自重：标准层：纵墙（240灰砂砖） 18×(3.90-0.50)×0.24=14.688kN/m水泥粉刷墙面0.36×(3.90-0.5)×2.00=2.448kN/m合计 17.136kN/m2底层：纵墙（240灰砂砖） 18×(4.85-0.50-0.40)×0.24=17.06kN/m水泥粉刷墙面 0.36×3.90×2=2.808kN/m合计 19.87kN/m4.3.2 活荷载标准值计算第一：面和楼屋面活荷载标准值根据荷载规范查得：上人屋面 2.0楼面：教室 2.0走道 2.5第二：雪荷载 0.4屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。4.3.3 竖向荷载下框架受荷总图本次设计的教学楼纵向柱距为4.50m,横梁跨度为6.90m，单区格板为4.50m×6.90m。L1/L2=1.5<2所以按双向板传递荷载，板上荷载分配如图所示。图2 板面荷载分配图图3 计算单元的选取第一：A-B轴间框架屋面板荷载：板传至梁上的三角形和梯形荷载等效为均布荷载 恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 A-B轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 第二：B-C轴间框架梁均布荷载：屋面板传荷载：恒载 活载 楼面板荷载：恒载 活载 梁自重 B-C轴间框架梁均布荷载： 屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 活载=板传荷载 楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载+墙自重 活载=板传荷载 第三：C-D轴间框架梁均布板荷载同A-B轴第四：A柱纵向集中荷载计算顶层柱： 女儿墙自重(做法:墙高 900mm,100mm砼压顶) 顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=墙自重 +梁自重+板传荷载 第五：B柱纵向集中荷载计算顶层柱：顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 标准层柱：标准层柱恒载=内纵墙自重+梁自重+板传荷载 基础顶面恒载=底层内总墙+基础梁自重 结构在进行梁柱的布置时柱轴线与梁的轴线不重合，因此柱的竖向荷载对柱存在偏心。框架的竖向荷载及偏心距如图4所示。图4 框架竖向荷载图4.3.4 重力荷载代表值计算结构的重力荷载代表值应取结构和构件自重标准值加上各可变荷载组合值，即其中可变荷载为雪荷载 屋面活载 楼面活载：教室 走道 （1） 屋面处的重力荷载代表值的计算女儿墙的计算 屋面板结构层及构造层自重的标准层 顶层的墙重 （2） 其余层楼面处重力荷载代表值计算（3） 底层楼面处重力荷载代表值计算（4） 屋顶雪荷载标准值 （5） 楼面活荷载标准值 （6） 总重力荷载标准值 4.4 地震作用计算4.4.1 横向框架侧移刚度计算横梁线刚度ib计算过程见下表4，柱线刚度ic计算见表5。表4 横梁线刚度ib计算表层次类 别Ec/(N/mm2)b×h/mm2Io/mm4L/mmEcIo/L(N.mm)1.5EcIo/L2EcIo/L1-4AB跨3.0×104300×6005.4×1096300257×1010 3.85×1010514×1010BC跨3.0×104250×50026×1092100371×1010557×1010743×1010表5 柱线刚度ic计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)b×h/mm2Ic/mm4EcIc/hc/(N.mm)148503.0×104500×500322×10102-439003.0×104500×500400×1010取BC跨梁的相对线刚度为1.0，则其他为：AB 跨 BC跨 1层柱 2-4层柱相对刚度I 0.69 1.0 0.43 0.54框架梁柱的相对线刚度如图4，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。图5 计算简图柱的侧移刚度按式D=c计算，式由系数c为柱侧移刚度修正系数，由相关的表可查，根据梁柱线刚度比的不同。例如，中框架柱分中柱和边柱，边柱梁分中柱和边柱等，现以第2层B-3柱的侧移刚度计算为例，其余见表6表6 框架柱侧移刚度A ,D轴中框架边柱层次线刚度(一般层)(一般层)根数( 底层)(底层)1322×10101580.581954462-4400×10101 .270.388122456A-1,5、D-1,5轴边框架边柱层次cDi根数1322×10101 .190.53870642-4400×10100950.32100994B C轴中框架中柱层次cDi根数1322×10104360.7641255062-4400×10103140.611192786B C轴边框架中柱层次cDi根数1322×10103270.7151174542-4400×10102620.567178934把上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层间侧移刚度Di见下表：横向框架层间侧移刚度（N/mm）层次 1 2 3 4 5Di 214368 305882 305882 305882 3058824.4.2横向自振周期计算 横向地震自振周期利用顶点假想侧移计算，计算过程见表7表7 结构顶点的假想侧移计算层次Gi/kNVi/kNDi(N/mm)i(mm)i/mm441394139305882135177834884902330588229. 51643248841390730588245513481523319140214368893893按式T1=1.7计算基本周期T1，其中T的量纲为m取=0.7则 T1=1.7×0.7×=0.502S4.4.3 横向水平地震力计算本工程中结构不超过40m质量和刚度沿度分布比较均匀，变形以剪切型为主，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FEK=1Gep计算即Gep=0.85G1=0.85×19140=16269kN由于该工程所在地抗震设防烈度为6度，场地类别为类，设计地震分组为第三组，则。 ， 则 （ 式中 r-衰减指数，在的区间取0.9, -阻尼调整系数,除有专门规定外,建筑结构的阻尼比应取0.05,相应的） 因1.4Tg=1.4×0.45=0.63>T1=0.502S，则取为0FI=（1-n）各层横向地震作用及楼层地震剪力计算见表8表8 各层横向地震作用及楼层地震剪力层次hiHiGiGiHiFiVi43.916.554139685000.345202.07202.0733.912.65488461782.60.311182.15384.2223.98.754884427350.215125.93510.1514.854.855233253800.12874.97585.12各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图5，6图6 水平地震作用分布 图7 层间剪力分布4.4.4 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移i分别按式和()k计算计算过程见表9，表中还计算了各层的层间弹性位移角=i/hi表9 横向水平地震作用下的位移验算层次ViDiiihie=4202.073058820.666.3239001/59093384.223058821.265.6639001/30952510.153058821.674.4039001/23351585.122143682.732.7348501/1777由表9可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为1/59091/550满足式eeh的要求，其中/h=1/550由表查得。4.4.5 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下的内力采用改进的反弯点法。框架柱端剪刀及等矩分别按式Vij= 计算，其中Dij取自表Dij取自表5，层间剪刀取自表7，各柱反弯点高度比y按式y=yn+y1+y2+y3确度，各修正值见表10，各层柱剪力计算见表9。表10 柱剪力计算层次 A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第四层同A轴同B轴第三层同A轴同B轴层次 A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第二层同A轴同B轴第一层 同A轴同B轴表11 各柱的反弯点高度层次A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第五层同A轴同B轴第四层同A轴同B轴第三层同A轴同B轴第二层同A轴同B轴层次A轴柱B轴柱C轴柱D轴柱第一层同A轴同B轴梁端弯矩剪力及柱轴力发别按下式计算：Vb=(Mb1+ Mb2)/l，Ni=表12 横向水平地震作用下A轴框架柱层号48090364200711483153804532992699220410464426736931261058752287431 表13 横向水平地震作用下B轴框架柱层号4132604528442327325360504945494523067050598159811342605574779139结果如图8，图9，图10图8 地震作用下的框架弯矩图图9 地震作用下的框架剪力图 图10 地震作用下的框架轴力图4.5 竖向荷载作用框架内力计算竖向荷载作用下的内力一般可采用近似法，有分层法，弯矩二次分配法和迭代法。当框架为少层少跨时，采用弯矩二次分配法较为理想。这里竖向荷载作用下的内力计算采用分层法。 竖向荷载作用下,框架的内力分析除活荷载较大的工业与民用建筑.可以不考虑活荷载的不利布置,这样求得的框架内力,梁跨中弯距较考虑活载不利布置法求得的弯局偏低,但当活载占总荷载的比例较小时,其影响很小.若活荷载占总荷载的比例较大时,可在截面配筋时,将跨中弯距乘以1.11.2的较大系数。框架横梁均布恒荷载、活荷载可从前面荷载计算中查得。具体数值见图10。其中框架柱的相对线刚度除底层柱之外其于各层乘以0.9。图11 横向框架荷载作用图由于柱纵向集中荷载的作用，对柱产生偏心。在恒荷载和活荷载的作用下的偏心矩如图12，13所示。图12 竖向恒载引起的偏心弯矩图13 竖向活载引起的偏心弯矩4.5.1 梁柱端的弯矩计算 梁端柱端弯矩采用弯矩分配法计算。计算步骤为：（1） 将原框架分为5个敞口单元，除底层柱外的其于各层柱的相对线刚度乘以0.9。（2） 用弯矩分配法计算每一个敞口单元的杆端弯矩，底层柱的传递系数为0.5，其余各层柱的传递系数为1/3。将分层法所得到的弯矩图叠加，并将节点不平衡弯矩进行再分配。 梁端固定弯矩计算：恒载：屋面： 楼面： 活载：屋面： 屋面： 分层法计算见图14、15、16。图14 顶层弯矩分配及弯矩图图15 三-二层弯矩分配及弯矩图图16 底层弯矩分配及弯矩图竖向均布恒载作用下的框架弯矩图如图17。图17 竖向均布恒载作用下的框架弯矩图竖向均布活荷载作用下的框架内力计算方法同上，结果见图18、19、20、21。图18顶层弯矩分配及弯矩图图19三-二层弯矩分配及弯矩图 图20底层弯矩分配及弯矩图 图21活荷载作用下的弯矩图对节点不平衡弯矩进行再次分配，以恒荷载作用下五层左上节点为例：图22 弯矩二次分配图 其余各节点弯矩分配见图中数据。活荷载作用下中间节点弯矩相差不大，不在分配。 本设计中梁端弯矩的调幅系数取0.8。调幅结果表14。表14 梁端弯矩的调幅 AB跨BC跨CD跨调幅前调幅后调幅前调幅后恒载梁左梁右梁左梁右梁左梁右梁左梁右四层401172423209579428912891231338224同AB跨三层7502105386002843027582758220637936二层756210605605084842710271021683752一层674110343539382742976297623813905活载四层138123361105186910841084867867三层19702415157619328258256666二层19092415152119328258256666一层17212408137719268488486786784.5.2 梁端剪力和轴力计算 梁端剪力 柱轴力 具体计算结果见表15,16,17,18,19,20。 表15 恒载作用下AB梁端剪力计算 层号4230463725866365957921331496639921547937410468231496639921566935510487131496639921611931010432表16 恒载作用下BC梁端剪力计算层号41338211405014051405323092124240242424242230921242402424242412309212424024242424表17 活载作用下AB梁端剪力计算层号478863248221522672697378863248210923732591278863248211923732591178863248213223732614表18 活载作用下BC梁端剪力计算层号442214410441441352521551055155125252155105515511525215510551551表19 恒载作用下的剪力和轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱4659579211405182392086320588232123937410468242442295449244331746006293551048724246633262861790768170519311053224249032493588114820117449 表20 活载作用下的剪力和轴力层次总剪力柱轴力AB跨BC跨A柱B柱427672697441528766183237325915511038013330223732591551154732004212350261455120566267774.6 风荷载计算 本设计地区基本风压为，所设计的建筑地处农村，风压高度变化系数按B类地区考虑风压体型系数迎风面为0.8，背风面为0.5。由于房屋的高度不大，风振系数都取为1.0。B为6.3m。风荷载作用下各层的风荷载标准值及柱剪力如图23所示图23风荷载作用位置各层作用风荷载值安下式计算：计算结果见表21。表21 各层的风荷载标准值离地高度（m）16051.161.01.30.43.918108312151.061.01.30.43.93.91354 续表21离地高度8251.01.01.30.43.93.912774.351.01.01.30.44.353.913514.7内力组合荷载组合时考虑四种荷载组合形式：（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+活荷载、（3）恒荷载。具体组合见表：表22 横梁内力组合表层次位置内力荷载类型内力组合恒活地震1.2+1.41.35+1.01.2（+0.5）±1.34AM-32.09-11.05-51.47-51.92-17.0569.23V65.9522.67110.88111.786.4699.02M-57.94-18.69-106.76-107.88-76.32-103.18V-79.12-26.97-132.81-133.90-104.95-117.51M-23.13-8.67-39.90-39.90-14.85-51.07V14.054.4123.0323.38-2.90241.92跨中66.8523.26112.78113.5187.85100.51-15.75-6.35-27.79-27.61-22.7122.713AM-60.02-15.76-91.49-94.12-36.34-122.12V93.7423.73145.71150.28114.47138.99M-84.30-19.32-132.25-136.81-81.28-149.92V-104.68-25.91-161.89-167.23-105.38-129.9M-22.06-6.60-35.71-36.3815.89-76.75 续表22层次位置内力荷载类型内力组合恒活地震1.2+1.41.35+1.01.2（+0.5）±1.3V24.245.5136.8038.23-32.5686.55跨中84.1221.02130.37134.58109.27117.83-9.33-2.89-15.24-15.49-11.00-1