四层框架结构教学楼设计计算书.docx
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四层框架结构教学楼设计计算书
毕业设计
结
构
计
算
书
指导老师：
刘文华
1、结构选型与布置
（1）结构选型
本建筑只有4层，且为教学楼，为便于办公及其他要求，采用大开间。
为使结构的整体刚度较好，楼面、屋面、楼梯等主要受力构件均采用现浇框架结构。
基础为柱下独立基础。
（2）结构布置
框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，框架梁、柱中心线宜重合。
根据建筑设计，本结构平面图布置如图所示。
图1-1结构平面布置图
本建筑柱距为4.1米，根据结构布置，本建筑板均为双向板，板厚120mm。
本建筑的材料选用如下：
混凝土：
C30
钢筋：
纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB235
墙体：
外纵墙、分户墙采用灰砂砖，其尺寸为，重度
门窗：
钢塑
2、框架计算简图和梁柱线刚度计算
图1-1所示的框架结构体系纵向和横向均为框架结构，是一个空间结构体系，理应按空间结构进行计算。
但是，采用手算和借助简单的计算工具计算空间框架太过复杂，《高层建筑混凝土结构技术规定》（JGJ3-2002）允许在纵、横两个方向将其按平面框架计算。
夲计算书只做横向平面框架计算，纵向平面框架的计算方法与横向相同，从略。
本计算中，横向柱距4.1米，荷载基本相同，可选用一品框架进行计算与配筋，其余框架可参照次榀框架进行配筋。
现以4号轴线的KL-4为计算单元。
（1）梁、柱截面尺寸估算
1）框架横梁截面尺寸框架横梁截面高度,截面宽度。
本结构中，取，,
2）框架柱截面尺寸
底层柱轴力估算：
假定结构每平方米总荷载设计值12kN，则底层中柱的轴力设计值约为：
。
采用C30混凝土浇捣，查的。
假定
柱子截面尺寸，则柱的轴压比为：
故符合要求。
框架梁、柱编号及截面尺寸如图1-1。
为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变。
（2）确定框架计算简图
框架的计算单元如图1-1所示。
框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱子刚接。
由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱子截面形心轴线之间的距离。
底层柱高从基础顶面算至二楼楼面，室内外高差为-0.35米，基础顶面至室外地坪为-1.5米，故基础顶标高至的距离为-1.60米，故底层柱高5.1米，其他层高3.6米。
框架计算简图如图1-2
图1-2框架计算简图
（3）框架梁柱的线刚度计算
由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇筑，对于中框架梁取
二层以上柱线刚度=1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：
令
则框架梁柱的相对线刚度如图1-3所示，作为计算各节点杆端弯矩的分配系数的依据。
图1-3框架梁柱相对线刚度
3、荷载计算
为了便于以后内力组合，荷载计算按标准值计算且横活荷载分开计算。
（1）恒荷载标准值计算
1）屋面
保护层：
30厚C20细石混凝土
隔离层：
干铺塑料膜一层
防水层：
聚氨酯涂膜
找平层：
20厚1：
3水泥砂浆
保温层：
40厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板
找平层：
20厚1:
2水泥砂浆
结构层：
120厚现浇钢筋混凝土板
抹灰层：
10厚混合砂浆
合计：
2）各层楼面
地砖面层
30厚1:
3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥
水泥砂浆结合层一道
结构层：
120后现浇钢筋混凝土板
抹灰层：
10厚混合砂浆
合计：
3）走廊楼面
地砖面层
30厚1:
3干硬性水泥砂浆，面上撒2厚素水泥
水泥砂浆结合层一道
结构层：
120后现浇钢筋混凝土板
抹灰层：
10厚混合砂浆
合计:
4）梁自重
b×h=240×400
自重：
抹灰层：
10厚混合砂浆
合计：
5）柱自重
b×h=300×400
自重：
抹灰层：
10厚混合砂浆
合计：
6）外纵横墙自重
标准层：
纵墙：
铝合金窗：
水刷石外墙面：
水泥粉刷内墙面：
合计：
底层：
纵墙（基础梁240×400）:
铝合金窗：
水刷石外墙面：
水泥粉刷内墙面：
合计：
7）内纵墙自重
标准层：
纵墙：
水泥粉刷内墙面：
合计：
底层
纵墙：
水泥粉刷内墙面：
合计：
（2）活荷载标注计算。
（1）屋面和楼面活荷载标准值。
上人屋面：
楼面：
走廊：
（2）雪荷载标准值
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑、两者中取大值。
（3）竖向荷载下框架受荷总图。
（1）A-B轴间框架梁
屋面板传给梁的荷载
恒载：
活载：
楼面板传给梁荷载
恒载：
活载：
梁自重标准值：
则A-B轴间框架梁均布荷载为：
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
（2）B-C轴间框架梁
屋面板传给梁的荷载：
恒载：
活载：
楼面板传给梁荷载：
恒载：
活载：
梁自重标准值：
则B-C轴间框架梁均布荷载为:
屋面梁恒载=梁自重+板传自重
活载=板传荷载
楼面梁恒载=梁自重+板传荷载
活载=板传荷载
（3）C-D轴间框架梁
屋面板传给梁荷载
恒载：
活载：
楼面板传给梁荷载
恒载：
活载：
梁自重：
C-D轴间框架梁均布荷载为:
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
（4）A轴柱纵向集中荷载计算：
顶层柱：
女儿墙自重（做法=墙高900,100高混凝土压顶）
天沟自重（玻璃瓦+现浇天沟）
玻璃瓦自重：
现浇天沟自重：
合计
顶层柱恒载=女儿墙及天沟+梁自重+板传荷载
顶层柱活载=板传荷载
标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载
标准层柱活载=板传荷载
基础顶面荷载=底层外纵墙自重+基础梁自重
（6）B轴柱纵向集中荷载的计算
顶层柱恒载=梁自重+板传荷载
顶层柱活载=板传活载
标准层柱恒载=梁自重+板传荷载
标准层柱活载=板传荷载
基础顶面恒载=基础梁自重
（7）C轴柱纵向集中荷载的计算
顶层柱恒载=梁自重+板传荷载
顶层活载=板传活载
顶层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重
顶层活载=板传活载
基础顶面恒载=底层墙自重+基础梁自重
（8）D轴柱纵向集中荷载的计算同A轴柱
竖向荷载受荷载总图
1.图中各值单位为KN/m
2.图中数值均为标准值
3.括号内为活载标准值
（4）风荷载标准值计算
作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：
为了简化计算起见通常将计算单元范围内处墙面的分布风荷载，化
等量的作用于楼面集中风荷载，计算公式如下：
式中：
基本风压
风压高度变化系数
风荷载体型系数本建筑
风振系数
下层柱高
上层柱高.对顶层为女儿墙为女儿墙高度的2倍
计算单元迎风面宽度
计算过程见下表：
各层楼面处集中风荷载标准值
离地高度Z（m）
14.4
1.09
1.00
1.30
0.35
3.60
2.00
5.69
10.8
1.00
1.00
1.30
0.35
3.60
3.60
6.72
7.7
1.00
1.00
1.30
0.35
3.60
3.60
6.72
3.6
1.00
1.00
1.30
0.35
3.60
3.60
6.72
4、风荷载作用下的位移验算
位移验算时，各荷载均采用标准值。
（1）侧移刚度D
见下表
横向框架2-4层D值的计算
构件名称
A轴柱
0.33
0.14
28666
B轴柱
0.20
0.09
6514
C轴柱
0.40
0.17
18035
D轴柱
0.40
0.17
18035
D之和
71250
横向框架底层D值的计算
构件名称
A轴柱
0.45
0.18
9823
B轴柱
0.27
0.12
3929
C轴柱
0.27
0.12
3929
D轴柱
0.27
0.12
3929
D之和
21610
（2）风荷载作用下框架侧移计算
风荷载作用下框架楼层层间位移与层高之比计算
层次
四
5.69
5.69
71250
0.0001
1/36000
三
6.72
12.41
71250
0.0002
1/10800
二
6.72
19.13
71250
0.0003
1/7200
一
6.72
25.85
71250
0.0006
1/2200
u/m
0.0012
侧移动验算：
有上表可知，对于框架结构，楼层层间最大位移与层高之比的限值为1/550.本框架的层间最大位移与层高之比在底层，其值为1/2200，满足1/2200<1/550.要求，框架抗侧移刚度足够。
5、内力计算:
竖向恒载作用下，采用弯矩二次分配发计算其内力，水平荷载作用下，采用D值法计算内力。
在内力分析前，应计算节点各杆件的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各杆件的杆端固端弯矩。
（1）竖向荷载标准值作用下的内力计算
1）由前面刚度比根据下式求的节点各杆端弯矩分配系：
均布荷载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩：
将固端弯矩及节点不平衡弯矩填入如下所示弯矩二次分配图，进行弯矩二次分配。
2）剪力计算根据结构力学取脱离体的方法计算：
式中：
-------简支梁支座左端和右端的剪力标准值，当梁上无荷载作用时，
为零，剪力以使所取隔离体产生顺时针转动为正。
------梁端弯矩标准值，以绕杆端顺时针为正，反之为负。
3）轴力计算
已知某节点上柱传来的轴力和左右梁传来的剪力时，其下柱的轴力为：
式中：
以压力为正，拉力为负。
竖向荷载标准值作用下的弯矩二次分配图、弯矩图、剪力图、轴力图如下图所示：
竖向恒载作用下弯矩二次分配图
（2）水平风荷载的标准值作用下内力计算
A轴框架柱反弯点位置
层号
h/m
yh/m
4
3.6
0.33
-0.30
0
0
0
-0.30
-1.08
3
3.6
0.33
0.00
0.2
0
0
0.20
0.72
2
3.6
0.33
0.20
0.3
0
0
0.50
2.88
1
5.1
0.45
0.40
0.4
0
0
0.80
4.08
B轴框架柱反弯点位置
层号
h/m
yh/m
4
3.6
0.20
0.10
0.05
0.00
0.00
0.15
0.54
3
3.6
0.20
0.25
0.05
0.00
0.00
0.30
1.08
2
3.6
0.20
0.35
0.05
0.00
0.00
0.40
1.44
1
5.1
0.27
0.40
0.05
0.00
0.00
0.45
2.30
C轴框架柱反弯点位置
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