建筑设计计算说明书.docx
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建筑设计计算说明书
、设计资料
(1)设计标高:
室内设计标高土0.000,室内外高差450mm.
(2)墙身做法:
采用加气混凝土块,用M5混合砂浆砌筑,内粉刷为混合砂浆底,纸筋灰面,厚20mm,“803”内涂料两度。
外墙采用贴面砖,1:
3水泥砂浆底厚20mm。
(3)楼面作法:
楼板顶面为水磨石地面,楼板底面为15mm厚白灰砂浆天花抹面,外加V型轻钢龙骨吊顶。
(4)屋面作法:
现浇楼板上依次铺20mm厚水泥砂浆找平层、300mm厚水泥珍珠制品隔热找平层、20mm厚水泥砂浆找平层和SDC120复合卷材,下面依次为15mm厚白灰砂浆天花抹面和V型轻钢骨龙吊顶。
(5)基本风压:
①o=0.3KN/m2(地面粗糙度属C类)。
(6)基本雪压:
S0=0.3KN/m2。
(7)抗震设防烈度:
八度(0.2g)第二组,框架抗震等级为二级。
(8)地质条件:
由上至下:
人工添土:
厚度为1m
粉质粘土:
厚度为7m,地基承载力特征值为500KPa中风化基岩:
岩石饱和单轴抗压强度标准值为3.6MPa建筑场地类别为U类;无地下水及不良地质现象。
活荷载:
上人屋面活荷载2.0KN/m2,办公室楼面活荷载2.0KN/m2,走廊楼面活荷载2.5KN/m2,档案室楼面活荷载2.5KN/m2。
中文摘要I
英文摘要n
一、设计资料1
二、结构布置及结构计算简图的确定1
三、荷载计算3
四、内力计算.……10
五、内力组合56
六、截面设计56
七、框架节点核心区抗震验算56
八、基础设计58
九、板式楼梯设计.……60
参考文献
63
二、结构布置及结构计算简图的确定
结构平面布置如图1所示。
各梁柱截面尺寸确定如下:
主梁:
取h=1/91=1/9x7200=800mm,取h=800mm,取b=350mm,
次梁:
取h=1/161=1/16x7200=450mm,取h=500mm取b=250mm,柱子:
取柱截面均为bxh=600x600mm,现浇板厚为100mm。
取③轴线为计算单元,结构计算简图如图2所示,根据地质资料,确定基础顶面离室外地面为500mm,由此求得底层层高为4.7m。
各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2中,其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用,取1=21。
(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。
梁柱均采用C30混凝土。
由于后面梁的组合弯矩过大,相对受压区高度超过了界限受压区高度,所以改用C40混凝
土,因为梁柱刚度成比例增加,不会引起后面分配系数的改变。
地震作用下的弹性侧移将更小,一定符合要求。
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37.33
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注:
图中数字为各杆件的线刚度,单位为1.0e10N*mm
图2.框架计算简图
框架刚度计算:
1.边跨框架梁线刚度:
ib=2EcXI。
/I
=2X3.0X104X错误!
未找到引用源。
350X8003/(12X7200)
=12.44X1010N•mm
2.中间跨框架梁线刚度:
ib=2EcXI。
/l
=2X3.0X104X350X8003/(12X2400)
=37.33X1010N•mm
3.二〜五层框架柱线刚度:
ic=EcXI。
/l
=3.0X104X600X6003/(12X3600)
=9.00X1010N•mm
4.首层框架柱线刚度:
ic=EcXI。
/l
=3.0X104X600X6003/(12X4700)
=6.89X1010N•mm
二、何载计算
1.恒载计算
(1)屋面框架梁线荷载标准值:
SDC120复合卷材
0.15
KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层
0.4
KN/m2
300mm厚水泥砂浆珍珠制品隔热找平层
1.2
KN/m2
20mm厚水泥砂浆找平层
0.4
KN/m2
100mm厚现浇混凝土楼板
2.5
KN/m2
15mm厚白灰砂浆天花抹面
0.26
KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶
0.12
KN/m2
在计算内力时,柱的线刚度取框架实际柱线刚度的0.9倍
即:
首层框架柱线刚度:
ic=0.9x6.89X1010
=6.20X1010N•mm
二〜五层框架柱线刚度:
ic=0.9x9.00X1010
=8.10X1010N•mm
屋面恒载
框架梁自重0.35X0.80X25=7.00KN/m
梁侧粉刷2X(0.80-0.1)X0.02X17=0.48KN/m
作用在顶层框架梁上的线荷载为:
5.03KN/m2
g5AB1=g5CD1=7.00+0.48=7.48KN/m
g5AB2=g5CD2=5.03X3.6=18.12KN/m
g5BC1=7.48KN/m
g5BC2=5.03X2.4=12.07KN/m
(2)楼面框架梁线荷载标准值:
水磨石地面0.65KN/m2
100mm厚现浇混凝土楼板2.5KN/m2
15mm厚白灰砂浆天花抹面0.26KN/m2
V型轻钢龙骨吊顶0.12KN/m2
楼面恒载3.53KN/m2
墙面粉刷:
(3.6-0.80)X0.02X2X17=1.90KN/m
边跨填充墙自重:
0.20X(3.6-0.80)X7=3.92KN/m
作用在中间层框架梁上的线荷载为:
gAB1=gCD1=7.48+3.92+1.90=13.30KN/m
gBC1=7.48KN/m
gAB2=gCD2=3.53X3.6=12.71KN/m
gBC2=3.53X2.4=8.47KN/m
边柱连系梁自重:
0.35X0.80X7.2X25=50.40KN
(3)屋面框架节点集中荷载标准值:
粉刷:
2X0.02X(0.80-0.10)X7.2X17=3.43KN
次梁自重:
0.25X0.50X7.2X25X0.5=11.25KN
粉刷:
2X0.02X(0.50-0.10)X7.2X17X0.5=0.98KN
1.5m高女儿墙自重:
1.5X7.2X0.20X7=12.10KN
粉刷:
2X0.02X1.2X7.2X17=5.88KN
连系梁传来屋面自重:
A、D点相同:
(3.6X3.6+1.8X1.8)X5.03=81.49KN
顶层边节点集中何载:
G5a=G5d=165.53KN
中柱连系梁自重:
0.35X0.80X7.2X25=50.40KN
粉刷:
2X0.02X(0.80-0.10)X7.2X17=3.43KN
次梁自重:
0.25X0.50X7.2X25X0.5=11.25KN
粉刷:
2X0.02X(0.50-0.10)X7.2X17X0.5=0.98KN
连系梁传来屋面自重:
B、C点相同:
[0.5X1.2X1.2+2.4X1.2+0.5X1.8X1.8+1.8X3.6]X2X
5.03=117.70KN
顶层中间节点集中荷载:
G5b=G5C=183.76KN
(4)楼面框架节点集中荷载标准值:
边柱连系梁自重:
0.35X0.80X7.2X25=50.40KN
粉刷:
2X0.02X(0.80-0.10)X7.2X17=3.43KN
次梁自重:
0.25X0.50X7.2X25X0.5=11.25KN
粉刷:
2X0.02X(0.50-0.10)X7.2X17X0.5=0.98KN
钢窗自重:
2.1X2X1.8X0.45=3.40KN
窗下墙体自重:
0.2X1.00X6.6X7=9.24KN
粉刷:
2X0.02X1.00X6.6X17=4.49KN
窗边墙体自重:
1.8X(6.6-2.1X2)X0.2X7=6.05KN
粉刷:
2X0.02X1.8X(6.6-2.1X2)X17=2.94KN
框架柱自重:
0.60X0.60X3.6X25=32.4KN
粉刷:
1.8X0.02X3.6X17=2.20KN
连系梁传来楼面自重:
A、D点相同:
(3.6X3.6+1.8X1.8)X3.53=57.19KN
中间层边节点集中何载:
Ga=Gd=183.97KN
中柱连系梁自重:
50.40KN
粉刷:
3.43KN
次梁自重:
11.25KN
粉刷:
0.98KN
内纵墙自重:
6.6X(3.6-0.80)X0.2X7=25.87KN
粉刷:
6.6X(3.6-0.80)X2X0.02X17=12.57KN
扣除门洞重加上门重:
-
2.1X1.0X(7X0.2+17X2X0.02-0.2)=-3.95KN
框架柱自重:
32.4KN
粉刷:
2.20KN
连系梁传来楼面自重:
B、C点相同:
[0.5X1.2X1.2+2.4X1.2+0.5X1.8X1.8+1.8X3.6]
X2X3.53=82.60KN
中间层中节点集中荷载:
Gb=Gc=217.75KN
(5)
其中:
恒载作用下的结构计算简图如图3所示,
G5a=G5d=165.53KN
G5b=G5C=183.76KN
Ga=Gd=183.97KN
Gb=Gc=217.75KN
g5AB1=g5BC1=g5CD1=7.48KN/mg5AB2=g5CD2=18.12KN/mg5BC2=12.07KN/m
gAB1=gCD1=13.30KN/mgBC1=7.48KN/m
gAB2=gcD2=12.71KN/mgBC2=8.47KN/m
2.屋、楼面活荷载计算
4所示。
图中各荷载值计算如下
屋、楼面活荷载作用下的结构计算简图如图
P5ab=P5cd=3.6X2.0=7.20KN/m
P5bc=2.4X2.0=4.80KN/m
P5a=P5d=(1.8X1.8+3.6X3.6)X2.0=32.40KN
P5b=P5c=[1.2X1.2+4.8X1.2+1.8X1.8+3.6X3.6]X2.0=46.8KN
Pab=Pcd=2.0X3.6=7.2KN/m
走廊:
Pbc=2.5X2.4=6.00KN/m
Pa=Pd=(1.8X1.8+3.6X3.6)X2.0=32.40KN
Pb=Pc=〔1.2X1.2+4.8X1.2〕X2.5+〔1.8X1.8+3.6X3.6:
X2.0=50.40KN
盹楼臺可匚空弋亠JEW萇
3.风荷载计算
风压标准值计算公式为:
3=Bz.口S•口z・3o
因结构咼度H=18.600m<30m可取Bz=1.0;对于矩形平面卩s=1.3;卩z可查荷载规范得到,当查得得卩z<1.0时,取卩z=1.0。
将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,计算过程如表1所示。
表中A为一榀框架各层节点的受
风面积。
计算结果如图5所示。
风荷载计算表1
层次
Bz
[1s
Z(m)
1z
3o
2
(KN/m2)
A(m2)
Pw(KN)
五层
1.0
1.3
19.1
0.78
0.3
24
7.30
四层
1.0
1.3
15.5
[0.74
0.3
P28.8
8.31
三层
1.0
1.3
11.9
0.74
0.3
28.8
8.31
二层
1.0
1.3
8.3
0.74
0.3
P28.8
8.31
一层
1.0
1.3
4.7
0.74
0.3
33.2
9.58
6.57
王士載三歎佬皂下总殆严旦三壬
4.地震作用计算
(1)计算框架梁柱的线刚度:
框架梁线刚度:
边跨:
ib1=12.44X104KN•M
中跨:
ib2=37.33X104KN•M
框架柱线刚度:
首层:
id=6.20X104KN•M
其他层:
ic2=8.1X104KN•M
(2)本设计仅考虑水平地震作用即可,并采用基底剪力法计算水平地震作用
力。
为求基底剪力,先要计算结构各层的总重力荷载代表值:
顶层:
G5=g5AB1X16.8+(3.6+7.2)X(g5AB2+g5CD2)X0.5+g5BC2X2.4X0.5+
G5a+G5b+G5c+G5d+4XG柱/2+0.3X7.2X16.8X0.5
=7.48X16.8+10.8X18.12X2X0.5+12.07X2.4X0.5+(165.33+183.76)X2+4
X0.5X(32.4+2.20)+0.3X7.2X16.8X0.5=1121.36KN
G4=G3=G2=gABiX14.4+gBCiX2.4+0.5XgAB2X(3.6+7.2)X2+0.5X2.4XgBC2+GA+GB+Gc+Gd+4XG柱X0.5+[(3.6+7.2)X(pab+pcD)X0.5+pBcX2.4X0.5+Pa+Pb+FC+Pd]X0.5
=13.30X14.4+7.48X2.4+10.8X12.71+0.5X2.4X8.47+(183.97+217.75)X2+2X34.6+[10.8X0.5X14.8+1.2X6.0+(32.4+46.8)X2]X0.5
=1352.30KN
G1=G2+4X(2.35-1.8)XG柱/3.6=1352.30+4X0.65X34.6/3.6
=1373.44KN
质量重力荷载代表值见图6。
G・
G和
G•
G*
G•
图6.重力荷载代表值
(3)用“D值法”计算柱的侧向刚度,框架各构件线刚度如图7:
其中:
i5=i4=i3=i2=8.1X1010N*mmi仁6.2X1010N*mm
10
i51=i41=i31=i21=in=12.44X10N*mm
10i52=i42=i32=i22=i12=37.33X10N*mm
除底层外,其余柱的D值:
边柱由K=(i51+i41)/(2i5)=1.536
a=K/(2+K)=0.434贝UD5边=12aic/hj2
=0.414X12X8.1X104/3.62
=32550KN/m
中柱由K=(i51+i52+i41+i42)/(2i5)=6.144
a=K/(2+K)=0.754贝UD5中=aX12ic/hj2=56550KN/m底层柱的D值:
边柱由K=in/i1=2.006a=(0.5+K)/(2+K)=0.626
故D1边=aX12ic/hj2=21083KN/m
中柱由K=(i11+i12)/i1=8.027得a=(0.5+K)/(2+K=0.850故D1中=aX12ic/hj2=28628KN/m
从而得各层的侧向刚度如下:
K1=2(D1边+D1中)=2X(21083+28628)=99422KN/m
K2=K3=K4=K5=2(D边+D中)=2X(32550+56550)=178200KN/m
i51i52i51
5
i41
i5
i42
i5
i41
i5
4
i31
i4
i32
i4
i31
i4
3
i21
i3
i22
i3
i21
i3
2
i11
i2
i12
i2
i11
i2
1
i1
i1
i1
图7.框架各构件线刚度
(4)用顶点位移法求结构基本周期Ti:
将各层的重力荷载代表值当作水平力,产生的楼层剪力为:
V5=G5=1121.36KN
V4=G4+G5=1352.30+1121.36=2473.66KN
V3=V4+G3=3825.96KN
V2=V3+G2=5178.26KN
V1=V2+G1=6551.70KN
求顶点位移,贝U:
U1=V1/K1=0.0659m
U2=U1+V2/K2=0.0659+0.0291=0.0950m
U3=U2+V3/K3=0.0950+0.0215=0.1165m
U4=V4/K4+U3=0.1165+0.0139=0.1304m
U5=V5/K5+U4=0.1304+0.0063=0.1367m=UT
故T1=1.8=0.6655s
由于要考虑填充墙对基本周期的折减,故取折减系数为0.6,
则T1=0.6X0.6655=0.3993s
由于T1V1.4Tg=1.4X0.4=0.56s,故不考虑顶层附加作用。
查抗震设计规范得:
ama>=0.16
由于T1=0.3993svTg=0.4s,故
a1=amax=0.16
FEK=a1Gq=0.85a1Ge=0.85X0.16X(1121.36+1352.30X3+1373.44)=891.03KN
GjHj
j1
X891.03=75.53KN
__6455.17
Fek=
76150.26
同理:
F2=131.33KNF3=188.30KNF4=245.26KNF5=250.61KN
故地震的水平作用力如图8.所示:
F4|
F3k
F2—
Fi
图8.地震力的水平作用
(5)地震作用下的水平位移的弹性验算:
FeKFeKF1FeKF1F2FeKFiF2F3F5
U=++++-
KiK2K3K4K5
=8.962x10-3+4.576x10-3+3.839x10-3+2.783x10-3+i.406x10-3=2i.53X10-3m
层间位移验算:
底层:
8.96210'二丄v丄满足要求;
4.7524450
二层:
4.57610'=丄<丄满足要求;
3.6787450
3
顶点位移验算:
-=21.5310=丄V丄满足要求。
H19.1887550
由于风荷载远小于水平地震作用,故不必验算风荷载作用下框架的弹性水平位移,肯定能够满足。
5.屋面雪荷载(分布同屋面活荷载)
P雪AB=P雪CD=KN/m
P雪BC=0.3X2.4=0.72KN/m
P雪a=P雪d=(1.8X1.8+3.6X3.6)X0.3=4.86KN
P雪b=P雪c=[1.2X1.2+4.8X1.2+1.8X1.8+3.6X3.6]X0.3=7.02KN
四、内力计算
(1)恒载作用下的内力计算采用分层法。
顶层:
由图3中取出顶层进行分析,结构计算简图如图9所示。
图9中的柱子线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。
图0分层法计算简图(顶层)
图中,梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成,可根据固端弯矩相等的原则先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。
等效均布荷载的计算公式如图10.所示:
也厂_P—、佢扩
Y1
*
$
1
圏10,等效均布荷载的计算过程
MabPMabQ
Q(1223)
1,Q57p
464
丄,Q-P
28
g5边=
g5ABl+5Zg5AB2=7.48+57
6464
X18.12=23.62KN/m
55
g5中=g5BCi+g5BC2=7.48+—X12.07=15.02KN/m
88
图示结构内力可用弯矩分配法计算,并可利用结构对称性取二分之一结构计算,各杆的固端弯矩为:
1212
M5ab=M5ba=g5边•|边2=X23.62X7.22=102.04KN•M
1212
M5be=-g5中•I中2=-X15.09X1.22=7.24KN•M
33
M5eb=—g5中•l中2=—X15.09X1.22=3.62KN•M
66
弯矩分配法计算过程如图11.所示:
C.
606
215
140
645
A
AB
BA
B5
BC
CB
-102.04
102.04
-7.24
-3.62
40.20
61.84
1/2
30.92
1/2
V
-1
k8109
-13.52
-27.03
-17.60
-81.09
5.33
8.19
1/2
*
十4.10
-0.44
1/2
-0.88
-0.57
-2.64
-1
264
0.17
0.27
1/2
l014
-0.03
-0.02
-0.09
-1
008
45.70-45.70109.26-18.19-91.0680.19
图11.顶层弯矩分配法计算过程
至四层荷载作用如图12.:
图12-分层法计算简图(标准层)
利用结构对称性取二分之一结构计算。
同理,先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载。
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g边=gAB1+qAB2=13.30+
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