结构手算计算书.pdf

设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 I 目目 录录 第 1 章 引言.............................................................. 4第 1 章 引言.............................................................. 4 第 2 章 建筑设计说明 ...................................................... 5 第 2 章 建筑设计说明 ...................................................... 5 2.1 建筑平面图 .......................................................... 5 2.2 建筑立面图 .......................................................... 5 2.3 建筑剖面图 .......................................................... 5 第 3 章 结构设计说明 ...................................................... 6 第 3 章 结构设计说明 ...................................................... 6 3.1 工程概况............................................................. 6 3.2 设计依据............................................................. 6 3.3 结构设计方案及布置................................................... 6 3.4 构件初估............................................................. 6 3.4.1 柱截面尺寸的确定................................................... 6 3.4.2 梁尺寸确定......................................................... 6 3.4.3 楼板厚度确定....................................................... 6 3.4.4 次梁布置........................................................... 7 3.5 基本假定与计算简图................................................... 7 3.5.1 基本假定........................................................... 7 3.5.2 计算简图........................................................... 7 3.6 荷载计算............................................................. 7 3.7 侧移计算及控制 ........................................................ 7 3.8 内力计算及组合........................................................ 8 3.8.1 竖向荷载下的内力计算............................................... 8 3.8.2 水平荷载下的计算................................................... 8 3.8.3 内力组合........................................................... 8 3.9 施工材料............................................................ 8 第 4 章 结构设计.......................................................... 9 第 4 章 结构设计.......................................................... 9 4.1 楼盖设计............................................................. 9 4.1.1 楼面荷载......................................................... 9 4.1.2 板型划分........................................................... 9 4.1.3 荷载分析........................................................... 9 4.1.4 板弯矩计算按弹性理论设计......................................... 9 4.1.5 板的配筋计算...................................................... 11 4.2 次梁计算............................................................ 13 4.2.1 荷载计算.......................................................... 13 4.2.2 计算简图.......................................................... 14 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 II 4.2.3 正截面承载力计算.................................................. 14 4.3 屋盖设计........................................................... 15 4.3.1 板型划分.......................................................... 15 4.3.2 荷载分析........................................................ 15 4.3.3 板弯矩计算按弹性理论设计......................................... 15 4.3.4. 屋面板的配筋计算................................................. 17 4.4 楼梯设计........................................................... 20 4.4.1 梯段板设计........................................................ 20 4.4.2 平台板设计....................................................... 21 4.4.3 平台梁设计....................................................... 22 4.4.4 其他层楼梯段....................................................... 22 第 5 章 荷载统计......................................................... 23 第 5 章 荷载统计......................................................... 23 5.1 结构布置及计算简图 ................................................. 23 5.2 荷载计算............................................................ 25 5.2.1 恒载标准值计算.................................................... 25 5.2.2 可变荷载标准值..................................................... 26 5.2.3 竖向荷载计算....................................................... 26 5.3 重力荷载代表值计算................................................... 30 5.3.1 梁、柱.......................................................... 30 5.3.2. 墙.............................................................. 31 5.3.3 窗.............................................................. 32 5.3.4 门............................................................... 32 5.4 各层重力荷载代表值的计算 ............................................. 32 2.6.2 活荷载............................................................. 33 第 6 章 横向框架内力计算 ................................................. 34 第 6 章 横向框架内力计算 ................................................. 34 6.1 框架侧移刚度的计算................................................... 34 6.1.1 横梁线刚度......................................................... 34 6.1.2 柱的线刚度 ......................................................... 34 6.1.3 柱的侧移刚度....................................................... 34 6.2 横向自振周期的计算................................................... 35 6.3 水平地震作用及楼层地震剪力的计算..................................... 36 6.4 多遇水平地震作用下的位移验算......................................... 38 6.5 水平地震作用下框架内力计算........................................... 38 6.6 风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 ................................. 42 6.6.1 风荷载标准值....................................................... 42 6.6.3 风荷载作用下框架结构内力计算 ....................................... 43 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 III 6.7.1 内力计算........................................................... 46 第 7 章 框架荷载效应组合 ................................................. 57 第 7 章 框架荷载效应组合 ................................................. 57 7.1 结构抗震等级......................................................... 57 7.2 框架梁柱内力组合..................................................... 57 7.3 框架柱端弯矩和剪力调整 ............................................. 64 第 8 章 截面设计......................................................... 66 第 8 章 截面设计......................................................... 66 8.1 框架梁............................................................... 66 8.1.1 五层框架梁......................................................... 66 8.1.2 其他层框架梁....................................................... 68 8.2 框架柱............................................................... 74 8.2.1 柱正截面承载力计算................................................. 74 第 9 章 基础设计 ........................................................ 78 第 9 章 基础设计 ........................................................ 78 9.1.柱下基础选型....................................................... 78 9.2 边柱基础计算....................................................... 78 9.2.1、荷载计算.......................................................... 78 9.2.2.确定基底尺寸....................................................... 78 9.2.3 计算基底最大压力Pk,max ............................................. 79 9.2.4 地基承载力验算..................................................... 79 9.2.5 抗冲切验算......................................................... 80 9.2.6 底板配筋计算....................................................... 82 结论..................................................................... 82 致谢..................................................................... 84 参考文献................................................................. 85 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 4 第 1 章 引言 第 1 章 引言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段， 是毕业前的综合学习阶段,是深 化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 本组毕业设计题目为苏州市某五层行政办公楼建筑及结构设计 。在毕设前期， 我温习了结构力学 、 钢筋混凝土 、 建筑结构抗震设计等知识，并借阅了抗震 规范 、 混凝土规范 、 荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、 专业知识和基本技能进行建筑、 结构设计。 在毕设后期， 主要进行设计手稿的电脑输入， 并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写 以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、 提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了 Excel。 在绘图时熟练掌握了 AutoCAD， 以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。 框架结构设计的计算很重要同时工作量也比较大，本方案结构计算选用一榀框架为 计算单元，采用手算的简化计算方法，其中计算框架在竖向荷载下的内力时使用的弯距 二次分配法。 由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 5 第 2 章 建筑设计说明 第 2 章 建筑设计说明 2.1 建筑平面图2.1 建筑平面图 除屋顶平面图外是用一个假想的水平剖切面，在房屋的窗台上方剖开整栋房屋， 移去剖切面上面的章，将留下章向水平投影面投影所得到的水平剖视图。建筑平面图包 含被剖切到的断面、可见的建筑配件的设置情况。它是墙体砌筑、门窗安装和室内装修 的重要依据。底层地面需反映出室外台阶、散水或明沟等，其他各层除应表示本层情 况外，还需反映出下一层平面图未反映的可见建筑物构件。 2.2 建筑立面图2.2 建筑立面图 它是房间各个方向的外墙面以及按投影方向可见的构配件的正投影图。有定位轴线 的建筑物，宜根据两端定位轴线号编注立面图名称。建筑物立面是用来反映房屋的体型 和外貌、门窗形式和位置、墙面装饰材料等的图样。 2.3 建筑剖面图2.3 建筑剖面图 它是假想用一个垂直于横向或纵向轴线的竖直平面剖切房屋所得正投影图，反映门 窗洞口及窗台高度以及简要的结构形式和构造方式等情况。剖切面的剖切位置，应选在 能反应房间全貌构造特征以及有代表性的部位， 一般应显示楼梯， 并在底层平面中表示。 具体设计图详细见建筑图 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 6 第 3 章 结构设计说明 3.1 工程概况 苏州市某公司办公楼，设计要求建筑面积约 4000-5000m2左右，5 层，结构为钢筋 混凝土框架结构。 3.2 设计依据 a 国家及江苏省现行的有关结构设计规范、规程及规定。 b 本工程各项批文及甲方单位要求。 c 本工程的活载取值严格按建筑结构荷载规范GB50009-2001执行。 3.3 结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结 构体系。墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大等优 点，广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业等民用建筑。 因此这次设计的高校研究生宿舍楼采用钢筋混凝土框架结构。 按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方 案。 本次设计的办公楼楼采用横向承重方案， 竖向荷载主要由横向框架承担， 现浇楼板， 一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要考虑承受横向地震作用。在房屋的 纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行 于房屋纵向的水平风荷载和地震荷载。 3.4 构件初估 3.4.1 柱截面尺寸的确定 柱截面高度可以取1/151/ 20hH，H 为层高；柱截面宽度可以取为 11/3bh。选定柱截面尺寸为 500mm500mm 3.4.2 梁尺寸确定 框架梁为梁跨的 1/8-1/12，次梁为梁跨的 1/10-1/14，梁宽为梁高的 1/2-1/3。横向框 架梁跨度为 6.6m，次梁跨度为 6.6m，走道梁跨度为 2.4m。故框架梁、走道梁、次梁的 截面分别为 300mm600mm，250mm500mm，250mm500mm 3.4.3 楼板厚度确定 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 7 走廊单向板 hl0/352400/3568.57mm，双向板 hl0/453600/4580mm，为计算方 便，板厚统一取为 100mm。 3.4.4 次梁布置 在两道横向框架梁中间布置一道次梁，因此，双向板跨为 3.6m。 3.5 基本假定与计算简图 3.5.1 基本假定 第一平面结构假定该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方 向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。 第二由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。 3.5.2 计算简图 在横向水平力作用下，连续梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结点计算体 系，计算简图如后面所述。 3.6 荷载计算 作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰 重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、雪荷载、安装荷载等。 高层建筑水平力是起控制作用的荷载，包括地震作用和风力。地震作用计算方法按 建筑结构抗震设计规范进行，对高度不超过 40m 以剪切为主且质量和刚度沿高度分 布比较均匀的结构，可采用底部剪力法。 竖向荷载主要是结构自重恒载和使用荷载活载。结构自重可由构件截面尺寸直 接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载活荷载 3.7 侧移计算及控制 按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。 框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架 中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需计算由杆件 弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高 之比分别为 1650，1700。 框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比 不宜超过 1/550 的限值。 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 8 3.8 内力计算及组合 3.8.1 竖向荷载下的内力计算 竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。 框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口 单元的内力进行叠加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。 3.8.2 水平荷载下的计算 利用 D 值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力， 然后将作用在每一层上的 水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利 用节点平衡求出梁端弯矩。 3.8.3 内力组合 第一荷载组合。荷载组合简化如下 （1） 恒荷载活荷载 （2） 恒荷载活荷载地震荷载左 （3） 恒荷载活荷载地震荷载右 （4） 恒荷载地震荷载 第二控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混 凝土强度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。 框架梁控制截面及不利内力为支座截面，-Mma，Vma，跨中截面，Mma。 框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合Mma及相应的 N、V，Nma及相应 M、V，Nmin及相应 M、V。 3.9 施工材料 第一本工程中所采用的钢筋箍筋为Ⅰ级钢，fy210N/mm 2,主筋为Ⅱ级钢， fy300N/mm 2。 第二柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。 第三钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。 第四本工程梁板、柱均采用C30。 第五墙体外墙采用240厚水泥空心砖。内墙采用200厚蒸压灰砂砖。 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 9 第第 4 章章 结构设计结构设计 4.1 楼盖设计 4.1.1 楼面荷载 30mm 现制水磨石 0.65kN/m2 100mm 钢筋混凝土 0.10252.5kN/m2 20mm 石灰砂浆 0.02170.34kN/m2 恒载小计 3.49 kN/m2 4.1.2 板型划分 图 4.1 楼面板结构平面图 4.1.3 荷载分析 1 gk 3.49kN/m2 2 活荷载标准值 办公室2.0 kN/m2 走廊2.5 kN/m2 其 他2.0 kN/m2 3 板的恒载设计值 g1.2gk4.19 kN/m2 板活载设计值 q1.4qk 4.1.4 板弯矩计算按弹性理论设计 根据不同支撑情况，整个楼盖可分为 1，2，4 双向板与 3，5 单向板。 1 区格板 l01/l020.545 g4.19kN/m2 q1.4qk1.42.02.8kN/m2 pgq6.99 kN/m2 q/21.4 kN/m2 g ，gg/25.59 kN/m2 单位板跨中弯矩 m10.0530.20.01535.593.620.08920.20.02101.43.62 4.0161.6955.756 kNm m20.01530.20.0535.593.620.02100.20.08921.43.62 1.8760.7052.581 kNm m1 ，0，m 1 ， ，-0.11406.993.62-9.884kNm 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 10 m2 ，0，m 2 ，-0.07856.993.62-7.111 kNm 2 区格板 l01/l020.545 g4.19kN/m2 q1.4qk1.42.02.8kN/m2 q/21.4 kN/m2 pgq6.99 kN/m2 m10.03990.20.0093 5.593.620.08920.20.02101.43.62 3.0251.6954.72 kNm m20.00930.20.0399 5.593.620.02100.20.08921.43.62 1.2520.7051.957 kNm m1 ， m 1 ， ，-0.08266.993.62-7.483kNm m2 ，0，m 2 ， ，-0.05706.993.62-5.097 kNm 4 区格板l01/l022.4/3.60.667, g4.19kN/m2 q1.4qk1.42.53.5kN/m2 q/21.75 kN/m2 pgq7.69 kN/m2 m10.00980.20.0341 5.593.620.02780.20.0721.753.62 1.2040.9572.161kNm m20.03410.20.0098 5.593.620.0720.20.02781.753.62 2.6121.7594.371 kNm m1 ， m 1 ， ，-0.08267.693.62-8.232kNm m2 ，m 2 ， ，-0.05707.693.62-5.681 kNm 3 区格板gk3.49KN/m2 qK2.5 kN/m2 p1.2gk1.4qk7.69 kN/m2 取 1m 板宽为计算单元，按弹性理论计算，计算跨度取为 0 2.4ml 。如果 3 区格两 端完全简支的情况，则跨中弯矩为 2 0 1 8 MPl,考虑到 3 区格板两端的嵌固作用，故跨中 弯矩取为 2 0 1 10 MPl；如果 3 区格两端完全嵌固的情况，则支座弯矩为 2 0 1 12 MPl −， 考虑到 3 区格板两端不是完全嵌固作用，故支座弯矩取为 2 0 1 14 MPl −。 3 区格的板的弯矩计算表见下表 4-1 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 11 表 4-1 3 区格板弯矩计算 截面 跨中 支座 截面 跨中 支座 弯矩系数α 1/10 -1/14 2 0 MPlα 4.429 -3.164 5 区格板gk3.49kN/m2 qk2.0 kN/m2 p1.2gk1.4qk6.99kN/m 取 1m 宽板带作为计算单元，计算长度 L02.7m，同理可得到 5 区格的弯矩计算表 如下 表 4-2 3 区格板弯矩计算 截面 跨中 支座 截面 跨中 支座 弯矩系数α 1/10 -1/14 2 0 MPlα 4.877 -3.64 4.1.5 板的配筋计算 双向板配筋 板保护层厚度取 20mm，选用 φ8 钢筋作为受力钢筋。则短跨方向跨中截面有效高 度 0 x h 100-20-476mm 长跨方向跨中截面的有效高度 0y h 100-20-3X468mm 支座处 0 h 76mm。截面弯矩设计值不考虑折减。计算配筋量时，取内力臂系数 0.95 s γ 则 0 0.95 s y M A h f 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 12 配筋计算结果下见表 4-3 表 4-3 楼面板的配筋计算 截面 h0mm MkNm 2 s A mm 配筋 实有 s A 01 l方 向 76 5.756 380 φ8150 335 1 区 格 02 l方 向 68 2.581 190 φ8200 251 01 l方 向 76 4.720 311 φ8150 335 2 区 格 02 l方 向 68 1.957 144 φ8200 251 01 l方 向 68 2.161 159 φ8200 251 跨 中 4 区 格 02 l方 向 76 4.371 288 φ8150 335 1-2 76 -9.884 652 φ 12150 754 1-3 76 -7.111 469 φ 12200 505 1-4 76 -7.111 469 φ 12200 505 2-2 76 -5.097 336 φ 10200 393 2-3 76 -5.279 336 φ 10200 393 支 座 3-4 76 -8.232 543 φ 12150 754 注1. b1000mm ， fc14.3 N/mm 2 ，f y210N/mm 2 2.支座处，弯矩为零时按构造配筋。 老牛设计 870555454 设计计算说明书设计计算说明书 湖南大学湖南大学 老牛设计老牛设计 13 单向板配筋 板保护层厚度取为 20mm，选用 φ8 钢筋作为受力钢筋，则板的截面有效高度为 0 / 2100208/ 276mmhhcd− −−− 混凝土采用 C30，则 2 14.3/ c fN mm；板受力钢筋采用HPB235， 2 210/ y fN mm。 3和5区格板配筋计算表见表4-4 表4-4 单向板3和5配筋表 3 区格 截面 跨中 支座 截面 跨中 支座 MkNm/m 4.429 -3.124 0 s sy M h f γ γ 281.5 196.9 2 10 c c M f bh α α 0.0522 0.0368 选配钢筋 Φ8150 Φ8200 0.511 2 ss γ