土木工程计算书

4结构计算简图4结构计算简图4.1柱网布置图柱网与层高：本教学楼采用纵向柱距为7.2m的内廊式柱网，横向柱距边跨为6.6m，中间跨为3.0m，首层层高取4.10m，其它层层高取3.3m，如下图所示：图4.1柱网布置图4.2框架结构承重方案的选择竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，再传至基础，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为纵横向框架承重方案。4结构计算简图4.3框架结构的计算简图图4.2框架结构的计算简图西安工业大学毕业设计（论文）图4.3横向框架组成的空间结构取②号轴线横向框架进行计算，框架结构计算简图，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板顶，2～5层高度即为层高，取3.3m；底层柱高度从基础顶面取至一层板顶，取4.10米。5梁、柱截面尺寸的初步确定及线刚度5梁、柱截面尺寸的初步确定及线刚度5.1梁、柱截面尺寸的初步确定5.1.1框架柱的尺寸框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下列公式计算：（1）柱组合的轴压力设计值N=βFgEn注：β：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。F：按简支状态计算柱的负载面积。gE：折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14kN/m2。n：为验算截面以上的楼层层数。（2）Ac≥N/uNfc注：由设计要求得，抗震设防烈度为8度，房屋高度不超过30m，丙类建筑，该框架的抗震等级为二级。根据《建筑抗震设计规范》11.4.16条，查抗震等级为二级的框架结构轴压比限值[μn]=0.75。各层重力荷载代表值近似取14kN/m2,fc为混凝土轴心抗压强度设计值，对于C35，查得16.7N/mm2。(3）计算过程：（一层为例）边柱N=βFgEn，Ac≥N/uNfc=1.3×7.2×3.3×14×103×5/0.75/16.7=172627(mm2)中柱N=βFgEn，Ac≥N/uNfc=1.3×7.2×4.8×14×103×5/0.75/16.7=251094（mm2）则：采用方柱，边柱截面415mm×415mm，中柱截面为501mm×501mm故底层统一取用600mm×600mm；标准层均取600mm×600mm。5.1.2框架梁的尺寸（Ln/h≧4,b≧1/2bc,b≧250mm)梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8(框架梁）或1/12至1/15（次梁）。西安工业大学毕业设计（论文）5表5.1柱截面尺寸mm层次混凝土等级b×h2~5C35600×6001C35600×600表5.2梁截面尺寸mm混凝土等级横梁（b×h）纵梁（b×h）次梁AB跨、CD跨BC跨300×700300×500C35300×700300×4005.2框架侧移刚度的计算5.2.1梁柱线刚度在框架结构中，现浇楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取05.1II，对中框架梁取00.2II。根据公式/iEILi可得出梁、柱线刚度。表5.3横梁线刚度ib计算表类别Ec（N/mm2）B×h（mm×mm）I0（mm4）l（mm）EcI0/l（N·mm）1.5EcI0/l（N·mm）2EcI0/l（N·mm）AB跨、CD跨3.15×104300×7008.58×10966004.09×10106.14×10108.19×1010BC跨3.15×104300×4001.60×10930001.68×10102.52×10103.36×1010表5.4各层柱的修正系数表位置边柱中柱简图K简图K层次hc（mm）Ec（N/mm2）b×h（mm×mm）Ic（mm4）EcIc/hc（N·mm）141003.15×104600×6001.08×10108.30×10102--533003.15×104600×6001.08×101010.03×1010西安工业大学毕业设计（论文）6一般层cbiiK2cbiiK2KK2底层cbiiKcbiiKKK25.0西安工业大学毕业设计（论文）75.2.2各层横向框架侧移刚度计算柱的线刚度按式D=αc×12×ic/h2来计算，αc为柱的侧移刚度系数，根据梁柱线刚度比的不同，结构布置图中的柱可分为中框架中柱和边柱，边框架中柱和边柱等，楼梯计算取边框架。利用公式：标准层:k=∑ib/2ic底层:k=∑ib/icac=k/(2+kk)ac=（0.5+k）/(2+k)D=α×12×ic/h2D=α×12×ic/h2中框架柱侧移刚度层次层高(m)柱根数KαcDi(N/mm)∑Di(N/mm)14.10边柱120.990.5029482.26750201.70中柱121.390.5633034.552~53.30边柱120.560.2224848.13787500.32中柱121.120.3640776.89边框架柱侧移刚度层次层高(m)柱根数KαcDi(N/mm)∑Di(N/mm)14.10边柱80.740.4526804.37454757.38中柱81.040.5130040.302~53.30边柱80.420.1719714.15426494.68中柱80.840.3033597.69由此可知，横向框架的层间侧移刚度为：层次12345∑Di（N/mm）1204959.081213995.001213995.001213995.001213995.00由于：∑D1/∑D2=1204959.08/1213995.00=0.990.7，故该框架为规则框架，符合抗震概念设计要求。西安工业大学毕业设计（论文）86水平地震作用下框架结构的内力和位移验算6.1荷载计算6.1.1恒荷载标准值的计算部位构造荷载①屋面40厚的C20细石混凝土保护层23×0.04=0.92N/m25厚1：3石灰砂浆隔离层17×0.05=0.85kN/m2防水层SBS改性沥青防水卷材0.30kN/m220厚的1：2.5水泥砂浆找平层0.02×20=0.4kN/m2150厚水泥保温层5×0.15=0.75N/m2结构层100厚现浇混凝土板0.10×25=2.5kN/m2抹灰层10厚混合砂浆0.01×17=0.17kN/m25.720kN/m2②走廊瓷砖面层0.55kN/m2100厚钢筋混凝土板0.10×25=2.50kN/m2抹灰层10厚混合砂浆0.01×17=0.17kN/m23.22kN/m2③标准层楼面瓷砖面层0.55kN/m2100厚钢筋混凝土板0.12×25=2.5kN/m2抹灰层10厚混合砂浆0.01×17=0.17kN/m23.22kN/m2④门和窗钢铁门0.4kN/m2塑钢窗0.4kN/m2木门0.2kN/m26.1.2活荷载标准值的计算根据《荷载规范》查得，屋面和楼面活荷载标准值见下表。表6.1屋面和楼面活荷载标准值项次类别标准值kN／m2组合值系数Ψc频遇值系数Ψf准永久值系数Ψq1不上人的屋面0.50.70.50西安工业大学毕业设计（论文）96.1.3重力荷载代表值的计算（1）梁、柱：表6.2梁重力荷载代表值层次构建b(m)h(m)γβ(m)g(m)li(m)nGi（kN）∑Gi（kN）1边横梁0.300.70261.055.736.0020687.964289.03走道梁0.300.40261.053.282.401078.62次梁0.300.50261.054.106.4018471.74纵梁0.300.70261.055.736.60361362.16柱0.600.60261.1010.304.10401688.542~5边横梁0.300.70261.055.736.0016550.373503.54走道梁0.300.40261.053.282.40862.90次梁0.300.50261.054.106.4018471.74纵梁0.300.70261.055.736.60281059.46柱0.600.60261.1010.303.30401359.071)表中β为考虑柱粉刷层重力荷载而对重力荷载的增大系数2)梁的长度取净长；柱的长度取层高。（2）内外填充墙重的计算：墙体为200mm厚粘土空心砖，外墙面贴瓷砖0.5kN/m²内墙面为20厚抹灰，内墙体为200mm厚粘土空心砖，两侧均为20厚抹灰。外墙面单位墙面重力荷载3.84kN/m²内墙面单位墙面重力荷载3.68kN/m²女儿墙自重(含贴面和粉刷)3.84kN/m²（3）楼板恒载、活载计算，屋面恒载、活载计算：层次荷载面积(m²)活荷载合计2办公室2.00.70.60.53厕所2.00.70.50.44走廊2.50.70.60.55楼梯2.50.70.60.56雪荷载0.20.70.60.27会议室3.50.70.60.5西安工业大学毕业设计（论文）105层卫生间47.52118.802352.24楼梯23.7659.40办公室712.801425.60走廊194.40486.00雪荷载1049.76262.442-4层卫生间47.52118.802089.80楼梯23.7659.40走廊194.40486.00办公室712.801425.601层卫生间47.52118.801994.76楼梯23.7659.40走廊194.40486.00办公室665.281330.56（5）女儿墙自重：总长162m，高度500mm，3.84kN/m2,总重：162×3.84×0.5=311.04kN。（6）门和窗的计算：上内墙面积358.38门洞面积56.16楼梯井面积23.76下内墙面积318.60大门门洞面积7.20柱面积14.40上外墙面积308.88窗洞面积129.60侧门洞面积10.08下外墙面积252.72梁2600.49墙外墙1620.17内墙2258.12柱1523.81板3051.01门12.67窗51.84楼梯荷载99.46雨棚65.21合计11282.78西安工业大学毕业设计（论文）11由以上计算可知，一层重力荷载代表值为（楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面下层的柱及内外墙体自重+上层柱及墙体自重一半+上层门窗自重的一半+下层门窗的自重）G1=G恒+0.5×G活=12427.31KN二-四层重力荷载代表值为（楼面恒载+50%楼面均布活载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及内外墙体自重+上下层门窗自重的一半）Gi=G恒+0.5×G活=10833.74KN五层重力荷载代表值为(顶层重力荷载代表值包括：女儿墙+屋面恒载+50%活载+纵横梁自重+半层柱自重+半层墙体自重+半层门窗的自重)G5=G恒+0.5×G活=10177.61KN图6.1各质点重力荷载代表值（kN）6.2框架结构的内力和侧移验算6.2.1横向自震周期的计算横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。西安工业大学毕业设计（论文）12基本自振周期T1（s）可按下式计算：T1=1.7ψT（uT）1/2注：uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。ψT结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，框架结构取0.6-0.7,本结构取0.7。uT按以下公式计算：VGi=∑Gk（△u）i=VGi/∑DijuT=∑（△u）k注：∑Dij为第i层的层间侧移刚度。（△u）i为第i层的层间侧移。（△u）k为第k层的层间侧移。s为同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移计算过程见下表表6.7结构顶点的假想侧移计算层次Gi（KN）VGi（KN）∑Di（kN/m）△ui（m）ui（m）510177.6110177.611213995.008.38132.81410833.7421011.351213995.0017.31124.43310833.7431845.081213995.0026.23107.12210833.7442678.821213995.0035.1680.89112427.3155106.131204959.0845.7345