某某大学教学主楼初步设计结构设计计算书.doc

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1、结构设计计算书一：设计概况1.设计依据（1）山西省发展计划委员会关于太原科技大学教学主楼初步设计的批复。建设单位的设计委托书。（2）太原科技大学教学主楼初步设计。（3）邀请中标方案及建设单位提供的1/500总平面图。（4）设计院下达的设计任务通知单。（5）国家现行有关建筑结构设计规范。2.工程概况（1）本工程为二类建筑，耐火等级二级，抗震设防烈度为八度，地下室耐火等级为一级。（2）本工程南侧为裙楼部分，一层设两个150人阶梯教室，二层一个60人形体室，北侧为主楼部分，地下设地下室停车库，屋顶设水箱间，电梯机房。（3）结构形式为框架结构，0.000以下墙体为360厚粘土实心砖墙，0.000以上外

2、墙为300厚，内墙为200厚加气混凝土砌块。（4）本工程0.000为相对标高，相对于绝对标高值为448.8。3.工程地质条件 （1）工程地质勘察概况，见下表：土层编号土层岩性土层状态平均层厚（m）极限标准值承载力（kpa）桩侧摩阻力标准值（kpa）（1）杂填土松散2.3700（1）-1素填土稍湿 可塑状2.2708（2）粉质粘土稍湿 可塑 硬塑212012（3）粉土湿 软塑状6.512510（4）粉土 粉质粘土湿 可塑状2.814515（2）本工程场地土为中软场地土，建筑场地类别为类。（3）场地地下水属于潜水类型，稳定水位埋深6.7-7.1米，其水质对米，0.000为相对标高，相对于绝对标高值

3、为448.8。（4）本场地为非自重湿陷性场地，湿陷等级为级。（5）本工程场地为某河高阶地，地形地势平坦。室外地面高程446.85（6）基本风压为0.4kN/m2，基本雪压为0.3kN/m2。二.结构计算书1.结构布置方案及结构选型1.1.结构承重方案选择 根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。1.2.主要构件选型及尺寸初步估算1.2.1. 主要构件选型（）梁板柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构（）墙体采用：混凝土空心砌块（重度12KN/平方米）（）墙体厚度：外墙:300mm，内墙:200mm（）基础采用：柱下独立基础1.3.主要构件选型及尺

4、寸初步估算1.3.1. 主要构件选型横梁300*600，纵梁300*600，次梁CL1 :200600,CL2 200550,（混凝土C30 =14.3MP，=1.43MP）柱截面尺寸估算：该框架结构抗震等级为三级，轴压比限值为0.9（混凝土C30，=14.3，=1.43）边柱中柱边柱，中柱皆取550*550。为方便计算，1-6层柱截面尺寸不变。基础埋深1.5米，采用柱下独立基础。梁轴线取至板底，16层柱高即为层高，底层柱高为基础顶面算起。 2.抗震设计：2.1.重力荷载计算：1：屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人） 1:3水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2 1：8水泥炉渣 100m

5、m 14*0.1=1.4 kN/m2 现浇钢筋混凝土板 120mm 3.0kN/m2合计4.7kN/m2 1-6层楼面： 瓷砖地面（包括水泥粗沙打底） 0.55 kN/m2 现浇钢筋混凝土板 120mm 3.0kN/m2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/m2合计3.8kN/m22：屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kN/m2 楼面活荷载标准值 2.0 kN/m2 屋面雪荷载标准值 1.0*0.3=0.3kN/m23：梁，柱，墙，门重力荷载计算：门：木门， 0.2 kN/m2窗：钢塑窗，0.35 kN/m22.5.每层重力荷载标准值：2.6.重力荷载代表值：2.7.框架

6、侧移刚度计算：8.框架抗侧移总刚度计算表： 2.9.横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算：1：横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算将G9折算到主体结构顶层，即：=180.20*（1+3/2*3/26.4）=210.92KN此时，G8=10155.82+210.92=10366.74KN2.10.结构顶点的假想位移计算：从而，基本自震周期：=1.7*0.7*=0.97S2.11.水平地震作用及楼层剪力计算：=0.85=0.85*（12801.366+12530.99+12154.54*3+12258.56+12805.5+10155.82+180.2）=82616.65KN =0.3

7、5 S =*0.08=0.0258 1*=0.0258*82616.65=2131.51KN1.4*=0.35*1.4=0.476=0.97，应该考虑顶部附加水平作用。n0.08T1+0.01=0.08*0.97+0.01=0.0876 FnnFEK= 0.0876*2131.51=186.72KN=1944.79*/计算结果如下表： /2.12.水平地震作用下的位移验算：表中还计算了各层的层间弹性位移角：从表中可以看出，层间弹性位移角最小值为1/923.381/550，满足要求。2.13.水平地震作用下框架内力计算：以第5轴线为代表进行计算。计算过程及结果见下表。 （注：1，柱轴力中的负号表

8、示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2，单位为KN*M，V单位为KN，长度单位为M。）3. 横向风荷载作用下框架的内力和侧移计算：基本风压0.35kN/m2（B类场地)，迎风面=0.8，背风面=-0.5，H/B=26.4/55.2=0.478=0.97S，0=0.97*0.97*0.35= 0.329 Z=1+Hi/H3/Z =1+1.30*0.48/Z* Hi/H仍取第5轴线横向框架为代表进行计算。其负载宽度为7.2米，沿房屋高度的分布风荷载标准值为q(Z)=7.2*0.35ZSZ =2.52ZSZ 35最大层间位移角为1/1747.13，远大于1/550，满足规

9、范要求。3.1.风荷载下框架内力计算：以第5轴线为代表进行计算。计算过程及结果见下表。 （注：1，柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。2，单位为KN*M，V单位为KN，长度单位为M。）4. 竖向荷载作用下框架结构的内力计算：取第5轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为7.2米，由于房间内布置有次梁，计算单元内一部分荷载通过次梁和纵梁以集中力的方式传给横向框架，如图所示4.1.荷载计算：图中q1,代表横梁自重，为均布荷载；q2, ，分别为房间，走道传给横梁的梯形和三角形荷载；P1，P2为由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，包括梁自重，楼板重和女儿墙等的重力

10、荷载。计算如下表：4.2内力计算：梁端，柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算，（计算时先各节点不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端有影响，传递系数为0.5，再将因传递弯矩引起的不平衡弯矩进行第二次分配，整个弯矩分配和传递过程即告结束）。由于对称，可取用半边框架进行计算。梁端剪力有竖向荷载引起的剪力和梁端弯矩引起的剪力叠加。柱轴力由梁端剪力和节点集中力叠加得到。.三个假设：平面结构假定：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；楼板在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移；不考虑水平荷载作用下的扭转作用。（表中M以顺时针为正。）从而得出竖向荷载作用下框架

11、内力汇总表：（V以向上为正）5. 内力组合5.1. 横向框架梁内力组合：本工程框架抗震等级为三级。本工程考虑4种内力组合，对于1.2+1.4这种组合与考虑地震作用的组合相比比较小，不起控制作用，故不予考虑。为便于施工和利于结构延性，对竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅，取调幅系数为0.8。 组合结果见下表。5.2.横向框架柱内力组合：取每层柱顶和柱底为控制截面，组合结果及柱端弯矩调整见下表。在考虑地震效应组合时，取屋面为雪荷载时的内力进行组合。 横向框架A柱柱端组合弯矩值的调整（对于及相应的N）以上表中M以顺时针为正，N以受压为正，V以顺时针为正。表中组合结果为设计值，但抗震设计的内力组合未乘以

12、承载力抗震调整系数。横向框架B柱柱端组合弯矩值的调整：6.配筋计算6.1.根据以上内力组合值进行梁，柱配筋：梁，柱纵向钢筋采用HRB400级热扎钢筋， =360N/平方米，箍筋采用HPB235钢筋， =210MPa，梁跨中配筋按T型梁计算， /=120/(600-35)=0.2120.1,此种情况不起控制作用，=min(L/3,b+Sn),计算梁端负弯矩配筋时吧梁底纵筋伸入支座，作为受压钢筋，再来计算梁顶配筋。由于该框架为三级抗震，梁端箍筋需要加密，加密区长度为max（1.5h,500）加密区箍筋间距为min(h/4,8d,150),箍筋最小直径为8毫米。6.2.判断梁T型截面类型：L/3=6

13、000/3=2000, b+=300+3300=3600,取=2000mm.=120mm, h0=600-35=565mm =14.3MPa*(h0-hf/2)=1.0*14.3*2000*120*(565-35)=1733.16KN/m各层梁均为第一类T型梁。计算表格如下：6.3.节点设计：本框架为三级抗震等级，不必进行节点核心区抗震受剪承载力计算，只需符合抗震构造措施是要求。框架节点核心区的箍筋最大间距及最小直径不应低于框架柱端箍筋加密区的构造要求。对于本框架，=0.08，=0.97%0.4%.合理。纵向受力钢筋在节点的锚固和搭接：（1）框架中间层节点： 中间层的中间节点处：柱纵向钢筋应该

14、连续穿过节点，不应在中间各层节点内截断。框架梁的上部纵向钢筋应贯穿中间节点。 中间层的端节点处：在框架中间层的端节点处，当框架梁的上部纵向钢筋用直线锚固方式锚入端节点时，锚固长度不应小于=1.05，尚应伸过柱中心线不小于5d。 （2）框架顶层节点： 顶层中间节点处：柱纵向钢筋应伸至柱顶。采用直线锚固方式，自梁底边算起的锚固长度不小于。 顶层端节点采用柱内搭接方式，此时顶层端节点处的梁上部纵向钢筋和柱外侧纵向钢筋的搭接连接可沿柱外设置，其搭接长度不应小于1.7。其中柱外侧纵向钢筋应该伸至柱顶并向内弯折，弯折段的水平投影长度不要小于12d。=1.05=1.0540d=1.054020=840mm6

15、.4.梁的配筋：表中弯矩值为梁端组合最不利弯矩化成支座边缘的弯矩值。 根据抗震要求，需要对梁端箍筋进行加密，加密区按1.5h和500mm两者中的大值取用。由于梁高为600mm，这里加密区长度取1000mm.加密区箍筋最大间距：本项目为三级抗震，要求加密区箍筋最大间距为纵向钢筋直径的8倍，梁高的1/4和150mm三者中的最小值。这里加密区箍筋间距取100mm。6.5.柱的配筋：从柱的内力组合表中可以看出，最不利内力组合从及相应的N，和及相应的M两组组合中产生，应分别进行计算。 由=1b=1.0*0.518*16.7*600*560/1000=2906.6KN，若N,则为大偏心受压，反之为小偏心受压。 先对及相应的N的组合进行对称配筋：计算表格如下： 下表为及相应的M的组合的配筋计算。采用对称配筋。由以上表格，每侧纵筋取420HRB400级热扎钢筋配置。注：大偏心时：，若，则=As=,此公式与小偏心时计算配筋公式相同。反之As=。 若为小偏心，计算如下：=，代入=，再代入上述配筋公式计算。大小偏心配筋率都要求大于0.2%柱箍筋配置表： 为保证结构延性，要求对柱中部分区段箍筋进行加密，加密区范围：要求取MAX（h,Hn/6,500），对于底层柱，柱跟不小于柱净高的1/3。故底层柱取2000mm,以上各层取600mm.