土木工程专业毕业设计--5层框架结构中学教学楼计算书.doc
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毕业设计计算书
第一章建筑设计概述
1.1设计依据：
1.依据建筑工程专业2007届毕业设计任务书。
2.《建筑结构荷载规范》
3.《混凝土结构设计规范》
4.《建筑抗震设计规范》
5.《建筑地基基础设计规范》及有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。
6.遵照国家规定的现行各种设计规范、有关授课教材、建筑设计资料集、建筑结构构造上资料集等相关资料。
1.2设计规模：
1.本次设计的题目为“沈阳博艺中学教学楼”
2.建筑面积：
6434m²，结构共五层，首层层高4.9m,其他层层高3.9m.
3.室内外高差0.450m，室外地面标高为-0.450m。
1.3各部分工程构造
1.屋面：
APP改性沥青防水卷材
1：
3水泥沙浆找平层25mm厚
1：
10水泥珍珠岩砂浆保温层120㎜厚
1：
8白灰炉渣找坡度最薄处30mm
120mm厚钢筋混凝土板
20mm厚板下混合砂浆抹灰
2.楼面:
1：
2.5水泥白石子12mm
素水泥浆结合层一道
1：
3水泥砂浆找平18mm
素水泥浆结合层一道
120mm厚钢筋混凝土板
20mm厚板下抹灰
3厕所:
20mm厚水泥砂浆地面
50mm厚防水砂浆
180mm厚空心砖
20mm厚水泥砂浆抹灰
4.墙体：
外墙370mm厚水泥空心砖墙，内墙为240mm厚水泥空心砖墙，楼梯间墙为370㎜厚水泥空心砖墙，厕所均为180㎜厚隔墙。
5.门窗：
门厅处为铝合金门，其他均为木门。
双推拉塑钢窗，单层玻璃全封闭窗。
6.基础：
阶型独立扩展基础，阶型联合扩展基础。
第二章结构方案设计
2.1设计资料
1.本工程抗震设防烈度为7度，设计地分组为第一组
2.自然条件：
雪荷载0.5KN/M²，基本风压：
0.55KN/M².
3.地质条件：
地质勘探以±0.000为基准面，地质分布具体情况见表1，Ⅱ类场地，7度设防建筑地点冰冻深度-1.2m。
序号
岩石
分类
土层深度
（m）
厚度范围
（m）
地基承载力fk（kpa）
桩端承载力qk（kpa）
桩周摩擦力qk（kpa）
1
杂填土
0.0—0.8
0.3
2
粉土
0.8—1.8
0.5
12
10
3
中砂
1.8—2.8
0.8
200
25
4
砾砂
2.8—6.5
3.7
300
2400
30
5
圆砾
6.5─12.5
6.0
500
3500
60
建设地区地层土分布情况一览表表1
注：
①拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地表-6m，表中给定土层深度由自然地坪算起。
②建筑地点冰冻深度-1.2m。
③建筑场地类别：
Ⅱ类场地土。
④地震设防基本烈度：
7度。
2.2结构：
1.本工程为钢筋混凝土现浇框架结构。
2.楼板采用现浇钢筋混凝土板。
楼梯为现浇板式楼梯
3.材料情况：
非重承水泥空心砖；砂浆等级为M5；混凝土：
C25（基础、梁、板）、C30（柱）。
纵向受力钢筋：
HRB335级（梁）；HRB335级（柱）；箍筋：
HPB235级钢筋，基础：
HPB235级钢筋
4.施工：
梁、板、柱均现浇。
第三章荷载计算
3.1初估梁柱截面：
2.1.1由轴压比限值条件N/fcA≤0.9（（三级框架）（框架柱的负荷面积内每平米按15kN/m2初估）
N=1.2×（4.35×6.6×15×5）=2583.9kN
A≥N/0.9fc=2583.9×1000/0.9/14.3=200769.23mm2
∵A=bh∴b=h=347.08mm初估：
柱截面：
b×h=600mm×600mm.
2.1.2梁截面主梁:
h=（1/8─1/12）L=（600mm-900mm）取边跨取h=700mm,
取中跨取h=500mm.
b=（1/2─1/3）h且b不小于0.5倍柱宽且不小于250mm
取b=300mm
连系梁:
h’=（1/8─1/12）L,取h’=500mm,
b’=（1/2─1/3）h,取b’=250mm.
2.1.3楼板：
取h=120mm
3.2荷载计算
2.2.1层数划分及计算简图如图：
2.2.2荷载汇集
1、恒载
1）屋面荷载：
（为不上人屋面）
防水层：
ＡＰＰ改性沥表防水卷材0.05kn/m²
找平层：
25mm1：
3水泥沙浆25×0.02=0.5kn/m²
保温层：
120mm厚水泥珍珠岩0.12×4=0.48kn/m²
找坡层：
白灰炉渣最薄处30mm厚0.03×17=0.51kn/m²
结构层：
120mm厚钢筋砼现浇板0.12×25=3.00kn/m²
20mm厚板底抹灰0.02×17=0.34kn/m²
Gk=Σgk=5.0kn/m²
2）楼面：
30mm厚水磨石地面0.65kn/m²
120mm厚钢筋砼现浇板0.12×25=3kn/m²
20mm厚板底抹灰0.02×17=0.34kn/m²
Gk=Σgk=3.99kn/m²
3）梁重：
（考虑梁上抹灰，取梁自重26kN/m3）
主梁：
中跨26×0.7×0.3=5.46kN/m
边跨26×0.5×0.3=3.9kN/m
连系梁：
26×0.25×0.5=3.25kN/m
4）墙重：
（砌体与抹灰之和）
抹灰：
外墙面外抹灰：
20厚水泥砂浆0.4kN/m2
外墙面及内墙面抹灰：
20厚石灰砂浆0.34kN/m2
总墙重：
外墙：
底层：
15×0.37+0.4+0.34=6.29kN/m2
内墙：
底层：
15×0.24+0.34×2=4.28kN/m2
5）柱：
（考虑到柱子抹灰，取柱子自重26kN/m3）
各层：
26×0.6×0.6=9.36kN/m
6）门、窗：
门：
0.2kN/m2窗：
0.3kN/m2
2、活荷载：
雪活载：
0.5kN/m2
厕所：
2.0kN/m2
办公室：
2.0kN/m2
走廊、楼梯：
2.5kN/m2
不上人屋面：
0.5kN/m2
3、各层楼层重量（各层重力荷载代表值计算如下）
五层上半层
女儿墙：
0.24×0.9×[4.5×11×2+3×（7.2×2+3）]×10=251.24kN
屋面：
11×（7.2×2+3）×5×4.5=4306.5kN
主梁：
（7.2×2×11×5.46+3×11×3.9）=1045.04kN
连系梁：
11×4×3.25×4.5=1081.08kN
柱子：
11×4×0.5×3.9×9.36=803.09kN
外墙：
[4.5×11×2+（7.2×2+3）]×（0.5×3.9-0.7）×6.29=1052kN
内墙：
〔4.5×11×2+7.2×11〕×（0.5×3.9-0.7）×4.28=953.37kN
外墙窗：
36×1.5×2.3×0.5×0.3=18.63kN
内墙窗：
16×1.5×0.6×0.3=4.32kN
∑=9515.454kN
3=3+0.5活=9515.454+0.5×0.5×861.3=9730.78kN
五层下半层
柱子：
44×0.5×3.9×9.36=803.09kN
外墙133.8×0.5×3.9×6.29=1641.2kN
内墙178.2×0.5×3.9×4.28=1487.26kN
外墙窗：
2.3×1.5×0.5×36×0.3=18.63kN
内墙门：
2.1×0.9×20×0.2=7.56KN
∑=3961.98kN
四层上半层
楼面861.31×4.49=3436.63kN
主梁：
（7.2×2×11×5.46+3×11×3.9）=1045.04kN
连系梁：
11×4×3.25×4.5=1081.08kN
柱子：
11×4×0.5×3.9×9.36=803.09kN
外墙：
[4.5×11×2+（7.2×2+3）]×（0.5×3.9-0.7）×6.29=1052kN
内墙：
〔4.5×11×2+7.2×11〕×（0.5×3.9-0.7）×4.28=953.37kN
外墙窗：
36×1.5×2.3×0.5×0.3=18.63kN
内墙窗：
16×1.5×0.6×0.3=4.32kN
∑=8394.16kN
2=2+0.5活=8394.16+3961.98+0.5×2861.31=13217.45kN
四层下半层等于五层下半层为：
∑=3945.13kN
二、三层上半层
楼面861.31×4.49=3436.63kN
主梁：
kN（7.2×2×11×5.46+3×11×3.9）=1045.04kN
连系梁：
11×4×3.25×4.5=1081.08kN
柱子：
11×4×0.5×3.9×9.36=803.09kN
外墙：
[4.5×11×2+（7.2×2+3）]×（0.5×3.9-0.7）×6.29=1052kN
内墙：
（4.5×11×2+7.2×9）×（0.5×3.9-0.7）×4.28=876.33kN
外墙窗：
18.63kN
内墙窗：
4.32kN
∑=8317.12kN
二、三层下半层
柱子：
44×0.5×3.9×9.36=803.09kN
外墙133.8×0.5×3.9×6.29=1641.2kN
内墙（4.5×11×2+7.2×9）×0.5×3.9×4.28=1367.07kN
外墙窗：
2.3×1.5×0.5×36×0.3=18.63kN
内墙门：
2.1×0.9×16×0.2=6.048KN
∑=3840.28kN
3=3+0.5活=8317.12+3945.13+0.5×2×861.31=13123.56kN
2=2+0.5活=8317.12+3840.28+0.5×2×861.31=13018.71kN
一层上半层
楼面：
861.31×4.49=3436.63kN
主梁：
kN（7.2×2×11×5.46+3×11×3.9）=1045.04kN
连系梁：
11×4×3.25×4.5=1081.08kN
柱子：
44×0.5×4.9×9.36=1009.01kN
外墙：
133.8×（0.5×4.9-0.7）×6.29=1472.8kN
内墙178.2×（0.5×4.9-0.7）×4.28=1334.72kN
外墙窗洞：
（24×6+1.8×2.4）×（0.5×4.9-0.7）×6.29=713.286kN
外墙窗：
14×1.5×0.6×0.3=3.78kN
雨蓬：
3×1.8×0.1×25+6×2.4×0.1×25=49.5kN
∑=9417.39kN
=+0.5活=3840.28+9417.39+0.5×2×861.31=14118.98kN
∑G=63209.48kN
∑A=861.31×5=4306.85m2
∑G/∑A=63209.48/4306.55=14.68kN/m2
第三章水平荷载作用下的框架内力分析
3.1梁的线刚度：
在计算梁的线刚度时，考虑楼板对梁刚度有利影响,认为翼缘参加工作,为简化计算，先按矩形截面计算惯性矩，然后乘以一个增大系数。
现浇钢筋砼梁：
边框架梁=1.5I0
中框架梁=2I0
柱采用Ｃ30混凝土梁采用Ｃ25混凝土，ＥC＝2.8×107kN/m²
I0=1/12×bh3（m4）
KB单位：
KNm
框架梁线刚度计算
部位
截面（m²）
高度
（m）
截面惯性矩
I0（m4）
边框架
中框架
I=1.5I0（m4）
KB=EI/l（kn.m）
I=1.5I0m4）
KB=EI/l（kn.m）
边框架
0.3×0.7
7.2
8.57×10-3
12.86×10-3
50011
1.71×10-2
66500
中框架
0.3×0.5
2.7
3.13×10-3
4.69×10-3
48637
0.63×10-2
65333
边框架
0.3×0.7
7.2
8.57×10-3
12.86×10-3
50011
1.71×10-2
66500
3.2框架柱侧移刚度计算
1.柱线刚度：
柱采用C30混凝土，，首层高度4.9m,2-5层3.9m；
柱截面：
各层600mm×600mm则
I0=1/12×bh3=10.8×10-3m4;
KC=EI/h
2.柱的侧移刚度D：
一般层：
=D=
首层：
=D=
部位
截面
（m²）
层高
（m）
惯性矩
（m4）
Ic=EI/h
（104）
边框架边柱C1
边框架中柱C2
K
α1
Dc1
K
α2
Dc2
5层
0.6²
3.9
10.8×10-3
8.3077
0.6
0.23
15075
1.19
0.37
24251
4层
0.6²
3.9
10.8×10-3
8.3077
0.6
0.23
15075
1.19
0.37
24251
3层
0.6²
3.9
10.8×10-3
8.3077
0.6
0.23
15075
1.19
0.37
24251
2层
0.6²
3.9
10.8×10-3
8.3077
0.6
0.23
15075
1.19
0.37
24251
1层
0.6²
4.9
10.8×10-3
6.6122
0.76
0.46
15201
1.49
0.53
17515
部位
中框架边柱C1
中框架中柱C2
各层各柱刚度
层间刚度
K
α3
Dc3
K
α4
Dc4
ΣDc1
ΣDc2
ΣDc3
ΣDc4
5层
0.8
0.28
18352
1.58
0.44
28839
15075
×4
24251
×4
18352×18
28839
×18
1006742
4层
0.8
0.28
18352
1.58
0.44
28839
15075
×4
24251
×4
18352×18
28839
×18
1006742
3层
0.8
0.28
18352
1.58
0.44
28839
15075
×4
24251
×4
18352×18
28839
×18
1006742
2层
0.8
0.28
18352
158
0.44
28839
15075
×4
24251
×4
18352×18
28839
×18
1006742
1层
1
0.46
15201
1.99
0.58
19167
15201
×4
17515
×4
15201×18
28839
×18
749488
层间侧移刚度的验算
∑D1/∑D2=749488/1006742=0.74﹥0.7满足要求
3.3.3水平地震作用分析（底部剪力法）
本框架结构符合底部剪力法的适用范围，故采用底部剪力法计算水平地震作用。
1.框架自振周期计算:
用能量法计算。
用能量法计算的数据过程及其结果见表
表5用能量法计算的数据
层次
（KN）
（KN）
（KN/m）
（m）
5
9730.78
9730.78
1006742
0.01
0.201
1959.67
394.656
4
13217.45
22948.23
1006742
0.02
0.192
2534.09
485.845
3
13123.56
36071.79
1006742
0.036
0.169
2216.95
374.506
2
13018.71
49090.5
1006742
0.049
0.133
1732.77
230.63
1
14118.98
63209.48
749488
0.084
0.084
1190.75
100.424
2.考虑七度设防：
аmax=0.08
考虑I组类别Ⅱ类场地土Tg=0.35S
因为T1=0.52>1.4Tg=0.49S所以考虑顶部附加水平地震作用
底部剪力为：
а1=（Tg/T1）0.9×аmax=（0.35/0.50）0.9×0.08=0.056
FEk=а1×Geq=0.056×0.85×63209.48=3008.77kN
由公式Fi=（GiHi/ΣGjHj）×FEk×（1-δn）
横向框架顶点位移计算
层数
Hi
Gi
GiHi
GiHi/ΣGjHj
Fi
Vi
5
20.5
9730.78
199480.99
0.26
694.35
694.35
4
16.6
13217.45
219409.67
0.29
763.72
1458.08
3
12.7
13123.56
16669.212
0.22
580.14
2038.22
2
8.8
13018.71
114564.65
0.15
398.78
2436.99
1
4.9
14118.98
69183
0.09
240.81
2677.81
剪力分布图
3.3.4.验算框架层间弹性位移角
1.
层数
层间剪力
ＶI（kN）
层间度
Ｄi
层间侧移
ui=Vi/Di
层hi
（m）
Ui/hi
[θe]
5
694.35
1006742
0.69×10-3
20.5
0.34×10-4
4
1458.08
1006742
1.45×10-3
16.6
0.87×10-4
<1/550
3
2038.22
1006742
2.02×10-3
12.7
1.6×10-4
=0.0018
2
2436.99
1006742
2.42×10-3
8.8
2.75×10-4
1
2677.81
749488
3.57×10-3
4.9
7.29×10-4
对于钢筋砼框架结构[Δθe]=1/550,Δθe<[Δθe]
所以满足规范规定的层间弹性位移的要求。
2.楼层地震剪力的验算
《抗震规范》要求：
因基本周期小于3.5s，查《抗震规范》表得
验算过程及其结果见表7。
表7楼层地震剪力验算
层次
（KN）
（KN）
（KN）
结论
5
9730.78
9730.78
0.016
155.7
694.35
满足
4
13217.45
22948.23
0.016
367.2
1458.08
满足
3
13123.56
36071.8
0.016
577.15
2038.08
满足
2
13018.71
49090.5
0.016
785.45
2436.99
满足
1
14118.98
63209.48
0.016
1011.4
2677.81
满足
3.3.5水平地震作用下框架柱剪力和弯矩计算（D值法：
取横向中框架计算）
1.柱剪力Vik=D/ΣD×Vi，
柱弯矩M下=Vik×Yi，M上=Vik×（1-Yi）×hi
2.反弯点高度h’=（y0+y1+y2+y3）×h
y=y0+y1+y2+y3
h’——反弯点到柱下端质点的距离，即反弯点高度
y0——标准反弯点高度比
y1——为上、下层梁线刚度比变化修正值
y2——为上层层高变化修正值
y3——为下层层高修正值
根据框架总层数m,该柱所在层数n和梁柱线刚度比值K确定，
并由内插法根据K值确定。
边柱（中框）
层
h（m）
y0
y1
y2
y3
Y
5
3.9
0.8
0.3
0
0
0
0.3
4
3.9
0.8
0.4
0
0
0
0.4
3
3.9
0.8
0.45
0
0
0
0.45
2
3.9
0.8
0.05
0
0
0
0.05
1
4.9
1.0
0.65
0
0
0
0.65
中柱（中框）
层
h（m）
y0
Y1
y2
Y3
y
5
3.9
1.58
0.38
0
0
0
0.38
4
3.9
1.58
0.43
0
0
0
0.43
3
3.9
1.58
0.48
0
0
0
0.48
2
3.9
1.58
0.5
0
0
0
0.5
1
4.9
1.99
0.55
0
0
0
0.55
3.边柱弯矩计算
层
H
ΣD
D
D/ΣD
Vi
Vik
K
Y
M下
M上
5
3.9
1006742
18352
0.018
694.35
12.66
0.80
0.30
14.8
34.55
4
3.9
1006742
18352
0.018
1458.08
26.58
0.80
0.40
41.46
62.20
3
3.9
1006742
18352
0.018
2038.22
37.15
0.80
0.45
65.21
79.70
2
3.9
1006742
18352
0.018
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