土木工程结构工程计算书

1、 前 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。本组毕业设计为多层教学楼，我的题目为长春市盛鑫中学教学楼。在毕业设计前期，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。在毕业设计中期，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。在毕业设计后期，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。毕业设计的四个月里，在老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深

2、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，结构设计时了解了pkpm，tsz等软件的使用。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工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。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。 二零一二年 六月内容摘要本设计的题目为长春市盛鑫中学教学楼设计。建筑主体为5层，总建筑面积为6043.1m2，建筑总高度为19.2m，抗震设防烈度为7度，抗震等级为三级。结构采用钢筋混凝土框架

3、形式及独立的钢筋混凝土柱下基础。本设计主要进行了结构方案中横向框架a、b、c、d轴框架的抗震设计。在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。接着计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，找出最不利的一组或几组内力组合,选取最安全的结果计算配筋并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了梯段板，平台梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。abstractthe design for the topic of changchun city chen

4、gxin secondary school buildings design . the architecture has five stories and. its whole floorage is 6043.1m2, its top is 19.2m high. the earthquake intensity is 7. style of the building is totally frame structure of reinforced concrete. the foundation of the building is the single footing stand. t

5、he purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis a、b、c、d. when the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak-displacement method, then making the amoun

6、t of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. the seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. then the internal force (bending moment, shearing force and axial force ) in the structure under the horizo

7、ntal loads can be easily calculated. after the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coter

8、minous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. the design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the

9、end.第一部分 建筑设计 第一章 设计总说明1.1工程名称：长春市盛鑫中学教学楼1.2工程概况：本工程建筑面积: 6043.1m2;使用年限为50年；建筑耐火等级二级，建筑抗震设防烈度为七度。1.3标高位置：本工程室外地面设计标高为-0.450，室内外高差0.450；1.4结构形式及墙体材料： 结构形式：本工程为框架结构 墙体材料： 1、砌体材料采用190厚炉渣空心砌块； 2、砂浆为m5.0水泥砂浆； 3、外墙采用190厚砌块加60厚保温层，（按310厚计算）；1.5门窗工程: 外窗为白色单框双玻璃塑钢窗。1.6防水工程： 1.本工程防水等级为三级。 2.柔性防水选用高分子复合卷才sbs一层

10、，女儿墙、雨 水口出屋面管道级其它阴阳角等重点防水部位附加卷才 一道，具体构造详见dbjt201-91。1.7装饰工程： 1、外墙装饰见立面图。 2、所有室内木门刷清漆三遍，刷油前先做刮腻子，砂纸打平，刷底油等基层处理。 3、全部外露铁件均刷防锈漆一遍，达到二级耐火等级要求，所有木构件均刷防腐漆。1.8其它： 1、凡本图未表明地方均遵照国家有关规范，规程施工； 2、对本图所提供的门窗类别、材料、室内外装修材料及做法，由其它原因变更时应由建设单位会同设计单位商定后进行调整； 3、本工程采用标准图无论采用局部或全部，施工中均应结合本工程协调处理； 4、本工程中排水、暖通、电气、通讯等各专业在施工过

11、程中应协调且与土建专业预留孔洞沟槽，避免在墙体或者楼板上凿洞及出现明线或管线相互干扰现象，准确预埋管件； 5、外墙面施工前应先做出样板，待建设单位和设计单位同意后方可施工。第二章 设计内容本部分设计包括建筑图纸7张 表1 建筑成果图纸名称 比 例图 幅图 号建筑总说明见图a16-1首层平面图1：100a16-2标准层平面图1：100a16-3正立面图1：100a16-4 剖面图及节点详图1：100a16-5楼梯详图1：100a16-6第二部分 结构设计第一章 工程概况1.1工程概况建筑介绍：长春市育才高层培训中心建筑面积约6043.1m2盖均采用现浇钢 筋混凝土框架结构，楼板厚度取120mm，

12、填充墙采用陶粒混凝土砌块。主体为十层的钢筋混凝土框架结构，建筑平面为平面矩形。局部突出屋面的楼梯间，层高为3.5。柱网与层高：本工程采用柱距为8.4m,1层层高3.9m，25层层高3.6m，示意图如下： 图1-1 柱网布置图承重方案的选择：纵横向混合承重，纵横向都设主梁，两个方向刚度近似相等。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，最后传至地基。1.2设计条件：气象条件：基本风压：0.65kn/m2，基本雪压：0.35kn/m2。抗震设防：设计要求抗震设防烈度为7度。工程地质条件：见勘探地质报告屋面及楼面作法： 屋面：4厚sbs防水层，20厚1：3

13、水泥找平层，80厚阻燃聚乙烯泡沫塑料保温板， 2厚sbs改性沥青隔气层，120厚钢筋混凝土屋面板，刮大白；楼面：10厚1：1水泥砂浆，贴地面砖素水泥檫缝，20厚1：3水泥砂浆找平层，120厚钢筋混凝土板，刮大白；材料：柱混凝土等级为c30，hrb400；梁混凝土等级为c30， hrb400；板混凝土等级为c30,hrb300,基础混凝土等级c30，hrb335，地梁钢筋hrb400，箍筋采用hpb300. 第二章 构件尺寸确定及荷载汇集、梁、柱截面及柱高的确定 本房屋主体结构为5层,一层3.9m,二到五层高均为3.6m。填充墙采用190mm厚炉渣空心砌块。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板

14、厚为150mm。梁截面高度按跨度的1/121/8估算，宽度按高度的1/21/3估算。梁、柱采用混凝土的设计强度为c30（fc=14.3 n/mm2,ft=1.43 n/mm2）。梁的截面尺寸如表1表1 梁的截面尺寸（mm）混凝土强度等级横梁（bh）纵梁 （bh）次梁（bh）ab跨、cd跨bc跨c30350600350600350600300400柱的截面有公式估算。由该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值=0.75，一五层采用c30混凝土。各层重力荷载代表值近似取15kn/m2。由图1知可知边柱及中柱的负载面积分别为8.43.45m2和8.45.1m2。故第一层柱的截面面积为边柱ac=210

15、763.6364mm2中柱ac=299580.4196mm2柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为557mm557mm和650mm650mm。故柱采用正方形截面，一层柱截面为600mm600mm二五层柱截面为550mm550mm。基础采用独立基础，基础埋深为1.70m。取柱的形心线作为柱的轴线;两轴线取至板底，25层柱的高度即为层高。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h=3. 9+0.45+1.7-1-0.1=4.95m。2.3荷载计算：一、屋面、楼面活荷载标准值根据荷载规范gb5009-2001 第，屋面活荷载标准值取值如下： 教室、实验室、办公室 2.0kn/ m2 厕所 2.0kn/

16、 m2 走廊、门厅、楼梯 2.5kn/ m2 不上人屋面 0.5kn/ m2 屋面雪荷载标准值 sk=urs0=1.00.5=0.5 kn/m2二、屋面、楼面恒荷载标准值1、屋面永久荷载标准值（不上人）20厚混合砂浆抹面刮大白 0.44kn/ m2150厚现浇钢混屋面板 3.75kn/m2 20厚1:3水泥沙浆找平层 0.4 kn/ m2120厚水泥膨胀珍珠岩保温层 0.42kn/ m2app卷材防水层 0.4 kn/ m2 混合沙浆抹面20厚 0.0217=0.34 kn/m2合计 5.75kn/m22、1-9层楼面永久荷载标准值地面砖面层（水泥打底） 0.55kn/m2 20厚1:3水泥砂

17、浆找平 0.0220=0.4kn/m2 150厚钢筋混凝土板 250.15=3.75kn/m2 混合沙浆抹面20厚 0.0217=0.34 kn/m2合计 5.04kn/m2 3、厕所自重均布荷载瓷砖地面 0.55 kn/m220厚水泥砂浆防水保护层 200.02=0.40 kn/m2地面防水层 0.05 kn/m2100厚钢筋混凝土板 25 0.1=2.5 kn/m2混合沙浆抹面20厚 0.0217=0.34 kn/m2 合计 3.94 kn/m24.楼梯自重均布荷载地面砖面层（水泥打底） 0.0120=0.2 kn/m2楼梯板重（按250厚钢筋混凝土板等效） 0.2525=6.25 kn/

18、m2混合沙浆抹面20厚 0.0217=0.34 kn/m2 合计 6.90 kn/m2三、梁、柱自重梁.柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷计算出单位长度上的重力荷载，抹灰近似按加大梁宽及柱宽考虑。具体见下表： 梁、柱自重 表 2层次构件计算宽度计算长度容重（kn/m3）g(kn/m) li(m) ngi(kn)gi(kn)1层纵梁0.350.6251.055.518.428985.291744.01纵次梁0.30.4251.053.158.41(2)35.53横梁0.350.6251.055.516.916(8)483.84横次梁0.350.6251.055.516.914(1)239.35 柱

19、0.60.6251.109.94.75321692.92-5层纵梁0.350.6251.055.518.428998.091774.14纵次梁0.30.4251.053.158.41(2)35.53横梁0.350.6251.055.516.916(8)495.94横次梁0.350.6251.055.516.914(1)244.58 柱0.550.55251.109.93.6361283.04四、墙体自重 墙体采用190厚陶粒空心砌块。外墙贴面瓷砖，60厚sbs保温层，内墙均为20厚抹灰。1.外墙自重： 瓷砖 0.5 kn/m2 60厚eps保温板 0.060.5=0.03 kn/m2 20厚1

20、:2.5水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kn/m2 190厚空心砌块 7.860.19=1.49 kn/m2 混合沙浆抹面20厚 0.0217=0.34 kn/m2 合计 2.76 kn/m2 2.内墙自重： 190厚空心砌块 7.860.19=1.49 kn/m2 两侧混合沙浆抹面20厚 20.0217=0.68 kn/m2 合计 2.173 kn/m2 3. 女儿墙自重标准值 女儿墙采用100厚现浇钢筋混凝土，其高度为500mm和1500mm，外贴瓷砖(0.5kn/ m2 ),故女儿墙自重：250.17.50.612+250.14.20.66250.260.64=417.6kn2.4

21、重力荷载代表值：顶层重力荷载代表值：屋面及女儿墙自重+纵横梁自重+半层柱和墙体重量+50 屋面雪荷载。 其他各层重力荷载代表值：屋面活荷载+楼板自重+纵横梁自重+楼面上、下半层的柱和墙体自重+50%楼面均布活荷载。 以第四层g3为例说明计算过程： g3=0.5693.45 + 0.51364.43 + 0.586.34 + 0.5664.8 + 3997.834 + 0.51843.03 + 0.565.616 + 489.76 + 0.51587.15 + 1439.69 + 0.51140 + 0.5950=10635.02kn第三章 水平荷载作用下侧移验算3.1计算d值：一、梁、柱的线刚

22、度计算 计算梁的线刚度时，考虑到现浇楼板的作用，一边有楼板的梁截面惯性矩取=1.50，两边有楼板的梁的惯性矩取=20 ，i0为按矩形截面计算的梁截面惯性矩。线刚度计算公式 = ，各梁、柱的线刚度计算结果如下表所示。 柱的线刚度ic计算表 表 3层 次 ec(n/mm2)bh(mmmm) hc（mm）ic=bh3/12ic=ecic/hc253.25104550*55036001.0810109.75101013.25104600*60051002.00101012.761010二、计算各柱抗侧移刚度值 值是使柱上、下端产生单位相对位移所需施加的水平力，计算公式为 ，各柱的抗侧移刚度见下表4 d

23、1/d2=9.53/13.43= 0.7110.7故该框架为规则框架3.2侧移验算：一、结构自振周期计算 按顶点位移法计算，考虑轻质填充墙对刚度的影响，取基本周期调整系数0=0.60，计算公式为，式中为顶点位移（单位为m），按d值法计算，见表5： d值计算 表 4 层 次柱种类各种柱根数 k c d(n/mm) d(n/mm)四五层kz160.300.355.511022.69105kz240.970.497.7110kz3100.400.385.9810kz4101.300.558.6510kz521.200.538.3410二、三层kz160.360.363.251013.43105kz2

24、41.180.534.7910kz3100.480.403.6110kz4101.570.605.4210kz521.450.575.1510一层kz160.440.392.30109.53105kz241.430.563.3010kz3100.580.422.4710kz4101.910.623.6510kz521.760.603.5310 表 5层次510524.3662652.2322.691027.61303.81410524.3673176.5922.691032.25276.20310635.0283811.6113.431062.42243.95210042.1493853.75

25、13.431069.90181.53112488.01106341.769.5310111.63111.63=0.66s二、水平地震作用及地震剪力计算： 该工程结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，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计算如下：geq=0.85gi =0.85106341.76=90390.5 kn 由水平地震影响系数曲线来计算: 1=（tg/t1）0.9max =（0.35/0.66）0.90.08=0.03 fek=1geq=0.0390390.5=2711.72 kn 因为1.4tg=1.40.35=0.49st1 =

26、0.66s，则应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加水平地震作用系数n查表得： n=0.08t1+0.01=0.080.66+0.01=0.0628 各质点横向水平地震作用按下式计算： fi=gihifek（1-n）/（gkhk）=2541.42gihi/（gkhk） 地震作用下各楼层水平地震层间剪力vi： vi=fk（i=1，2，n） 计算过程如下表：表 6 层 次hi(m)gihi(kn.m)gihi/gjhj fi(kn) vi(kn)518.3192595.790.093236.352165.3415.3161022.710.078198.232363.53312.3130810.750

27、.063160.112523.6428.787366.620.042106.742630.3815.163688.850.03178.782709.16三、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（u）i和顶点位移u i分别按下列公式计算：（u）i = vi/d ij； u i=（u）k。 各层的层间弹性位移角e=（u）i/hi，根据抗震规范，考虑砖填充墙抗侧力作用的框架，层间弹性位移角限值e1/550。计算过程如下表： 地震作用下侧移验算 表 7层 次 vi(kn)di(n/mm)ui(mm)ui(mm)hi(mm)c=ui/hi52165.322.691050.958.

28、6730001/315842365.5322.691051.047.7230001/288532523.6413.431051.886.6836001/191522630.3813.431051.964.8036001/183712709.169.531052.842.8451001/1796由此可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，1/179630m，地处抗震设防烈度为7度的长春地区，因此该框架为二级抗震等级。6.2 框架梁内力组合 梁内力控制截面一般取两端支座截面及跨中截面。支座截面内力有支座正、负弯矩及剪力，跨中截面一般为跨中正截面。 据本工程实际情况，考虑五种内力组合： 1.2sgk+

29、1.4sqk ；1.35sgk +1.0sqk ；1.2sge +1.3sek ；1.2（sgk+0.5sqk）+1.3sek；1.2（sgk+0.5sqk）+1.0sek。考虑到钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布的性质，在竖向荷载下可以适当降低梁端弯矩，进行调幅（调幅系数取0.8），以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。一、跨中弯矩计算及组合 为简化起见，取跨中弯矩为跨间最大弯矩值，则计算方法如下：以5层边梁为例：(1)竖向荷载作用下对a点取矩，ma=0vb =2.827.57.5/2+19.76+18.713.3/2+(91.27-84.26)/7.5 =61.97 kn对c点取矩，mc=0mc=61

30、.977.5/2-2.827.52/8-18.713.32/8-19.762.35+84.26/2-91.272 =47.16 knm(2)竖向活载作用下对a点取矩，ma=0vb = 1.917.5+1.823.37.5/2+8.46-8.21/7.5=4.95kn对c点取矩，mc=0mc = 4.957.5/2-1.823.32/8-1.912.35-8.462+8.21/2=3.02knm(3)地震作用下mc=（7.5/2-2.56）17.91/2.56=8.33knm其他各层计算均按此法,计算从略。 跨中弯矩组合（kn.m） 表 13654321m恒65.9038.1164.2564.6

31、376.7078.73m活15.8612.2615.4415.3521.3421.75m震29.5726.3126.1625.3635.3828.501.2重力+1.3震94.4122.80120.37119.73150.84144.586.3 框架柱内力组合 柱内力控制截面一般取柱上、下端截面，每个截面上有m、n、v。 由于柱是偏心受力构件且一般采用对称配筋，故应从上诉组合中求出下列最不利内力： 及相应的n m=271.88knm n=4805.4kn 及相应的m m=160.43knm n=1583.54kn 及相应的m m=251.77knm n=4805.4kn6.4 框架内力调整一、

32、强柱弱梁调整一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式的要求： 式中，节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析来分配; 节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和； 柱端弯矩增大系数；二级框架为1.2。为了避免框架柱脚过早屈服，二级框架结构的底层柱下端机面的弯矩设计值，应乘以增大系数1.25。底层是指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。以节点2为例进行调整:节点左、右梁端弯矩 mb = 194.07kn.m节点上、下柱端弯矩 mc =cmb =1.2194

33、.07 = 232.88 kn.m 在节点处将其按弹性弯矩分配给上、下柱端，即: m2上 =90.83232.88/（90.83+124.17）= 98.38 kn.m m2下 =232.88-98.38=134.50 kn.m其他层柱端弯矩的调整用相同的方法，计算结果如下： 横向框架a柱柱端组合弯矩调整 表 14层次54321截面柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底mc =cmb157.50185.78170.43215.06172.07232.15217.31227.47264.26118.35n2454.032494.12882.22922.303310.373358.483787.

34、353835.474264.344357.15说明：上两表中m单位为kn.m，n单位为kn.横向框架b柱柱端组合弯矩调整 表 15层次54321截面柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底柱顶柱底mc =cmb305.97356.55349.68382.85385.59460.83469.32520.02487.68339.85n3180.563216.203822.293857.934506.524549.285279.175321.956006.756089.252、 强剪弱弯调整(1)梁的强剪弱弯调整抗震设计中，二级框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5，其梁端剪力设计值应按下式调整：v =vb（m

35、lb + m rb）/ln + v gb，其中：vb=1.2 以第六层ab跨为例，说明计算过程受力如图所示：由跨中弯矩计算易知，vgb = 62.32+0.54.95=64.80kn；ln = 7.5-0.5 = 7.0 m综上知，取左震作用下ab梁端的弯矩进行调整。 v =vb（m lb +m rb）/ln +v gb =1.2（120.69-30.05）/7.0+64.80 =80.33 kn 同理可求出其他各层各跨的剪力调整值。（2）柱的强剪弱弯调整例：a柱第六层： m上+m下= 152.40+111.94= 264.34 knm 调整： vc = 1.2（m上+m下）/h = 1.2（151.1+98.38）/2.88 = 103.95 kn同理可求出其他各层各跨的剪力调整值。 第七章 截面设计7.1框架梁 以第一层的ab跨梁为例，说明计算方法和过程，其他各梁的配筋计算见表中。一、梁的正截面受弯承载力计算 从梁的内力组合表中选出ab跨