设计计算例题.doc

说明：此计算例题只是一个例子，本次设计抗震部分是不需要计算的，只需按构造要求设置即可（1）建设地点：南方某市（2）场地面积：50m×55m（3）总建筑面积：约4500（允许偏差10%）（4）抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组（5）基本风压：0.4 KN/m2，基本雪压：0.45 KN/m2（6）地面粗糙度：B类，类场地（7）地震资料：地震承载力标准值为220 KN/m2，未见地下水，不考虑冻土深度（8）建筑安全等级：级（9）设计标高：室内设计标高，室内外高差600mm（10）楼面做法：20mm厚水泥砂浆找平，5mm厚1：2水泥砂浆加107胶水着色粉面层，现浇混凝土楼板，底面为15mm厚纸筋灰抹底，涂2道（11）屋面做法：现浇楼板上铺珍珠膨胀岩保护层100mm厚，现浇钢筋混凝土楼板，20mm厚1：2水泥砂浆找平，15mm厚纸筋灰抹底，三毡四油防水层（12）门窗做法：全部采用木门，窗户为铝合金制作2 结构布置及结构计算简图的确定2.1 结构的平面布置本次方案采用横向布置，横向承重，即：框架主梁沿横向布置，横向框架为主，要承重框架，主梁和柱可形成横向框架，横向抗倒刚度大，各榀横向框架间由纵向的次梁相连，即建筑物的整体性较好。结构的平面布置图如下：2.1.1构件截面尺寸的初定梁的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求。截面高度一般取梁跨度l的1/121/8，当梁的负载面积较大或荷载较大时，宜取上限值。为防止梁产生剪切脆性破坏，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的截面宽度可取1/31/2梁高，同时不小于1/2柱宽，且不应小于250mm。（1）框架梁1-3柱网：L=6m：, 取, 取L=1.8m：, 取 梁宽保持一致， 取L=3.9m：, 取 取4-16柱网：L=6m：b×h=250×500mmL=1.8m：b×h=250×300mm边柱连系梁取250×500mm，中柱连系梁取250×300mm在抗震设计中，纵向框架梁截面高度不宜小于，故其截面高度选择合理。惯性矩的计算b×h=250×500mm， I=b×h=250×300mm， I=（2）框架柱取底层H=3300+600+600=4500mm(H=第一层层高+室内外高差+基础顶至室外地坪高度)初选柱截面尺寸：b×h=400×400=160000 验算框架柱轴压比,由可推出A查抗震设计规范知：=0.9，取=1.0梁柱混凝土取用C30，=14.3N/,=1.43N/a.对1-3柱网，中柱受荷面积最大值为3900×3900 A=7090782720取全部框架柱截面尺寸为b×h=400×400=160000 I=b.对4-16柱网，中柱受荷面积最大值为3900×3600故选用柱尺寸b×h=400×400也是安全的。678ABCE（3）板厚填充墙采用240mm厚的粘土空心砖砌筑。门为木门，窗为铝合金。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，按结构要求：板跨l=3600,板厚hl/40=90mm.取h=100mm。屋面、楼面均取100mm。结构计算简图如下图所示，取出有代表性的一榀中间横向框架作为计算单元，如右图所示2.1.2 构件截面弯曲刚度的计算假定梁的截面惯性矩I沿轴线不变，本设计采用现浇楼盖，中框架取I=2 边框架取I=1.5（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）边跨梁i=中跨梁i=上部柱i=底层柱i=以边跨梁i= 为基准值1，算得梁柱的相对线刚度标于图中2.2 结构计算简图的确定 结构计算简图3 荷载计算3.1 恒荷载计算选取结构平面图中第7轴线处框架作出具体计算。（1）屋面框架梁线荷载标准值（不上人）100mm厚珍珠膨胀岩保温层 0.1×7=0.7KN/m2 100mm厚钢筋凝土楼板 0.1×25=2.520mm厚1:2.5水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4KN/15mm厚纸筋灰抹底 0.015×16=0.24三毡四油防水层 0.4_ 屋面恒荷载： 4.24边跨框架梁自重 0.25×0.5×25=3.125 KN/m 梁侧粉刷 2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.272 KN/m 小计3.397 KN/m中跨框架梁自重 0.25×0.3×25=1.875 KN/m 梁侧粉刷 2×（0.3-0.1）×0.02×17=0.136 KN/m 小计2.011 KN/m因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：=4.24×3.6+3.397=18.661 KN/m=4.24×1.8+2.011=9.643 KN/m（2）楼面框架梁线荷载标准值20mm厚水泥砂浆找平层 0.025×20=0.50KN/m2 5mm厚1：2水泥砂浆加107胶水着色粉面层 100mm厚钢筋混凝土楼板 0.1×25=2.515mm厚纸筋灰抹底 0.015×16=0.24_楼面恒荷载： 3.24边跨框架梁及梁侧粉刷 3.397边跨填充墙自重 0.25×（3-0.5）×5.5=3.438墙面粉刷2×0.02×（3-0.5）×17=1.7KN/m中跨框架梁及梁侧粉刷 2.011 KN/m因此作用在中间层框架梁上的线荷载为：=3.24×3.6+3.397+3.438+1.7=20.199 KN/m=3.24×1.8+2.011=7.843KN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.25×0.5×3.6×25=11.25KN梁侧粉刷 2×（0.5-0.1）×0.02×3.6×17=0.98KN 小计11.03KN900mm女儿墙自重 0.9×0.24×3.6×5.5=4.28KN 墙侧粉刷 2×0.9×0.02×3.6×17=2.2KN 小计6.48KN顶层边节点集中荷载 =31.25 KN梁柱轴线偏心e=75mm, =31.25×0.075=2.34 KN*M中柱连系梁自重 0.25×0.3×3.6×25=6.75KN梁侧粉刷 2×（0.3-0.1）×0.02×3.6×17=0.49KN连系梁传来屋面自重0.5×（3.6+3.6-1.8）×0.5×1.8×4.24=10.30KN 0.5×3.6×1.8×4.24=13.74KN 顶层中节点集中荷载 =31.28 KN梁柱轴线偏心e=75mm, =31.28×0.075=2.34 KN*M（4）楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重及粉刷 11.03KN铝合金窗户自重 3.6×1.5×0.4=2.16KN窗下墙体自重 1×（3.6-0.4）×0.24×5.5=4.22KN粉刷 2×0.02×1×（3.6-0.4）=0.13KN框架柱自重 0.4×0.4×3×25=12KN粉刷 0.4×4×3×0.02×17=1.63KN 小计13.63 KN连系梁传来楼面自重 0.5×3.6×1.8×3.24=10.5KN中间层边节点集中荷载 =41.67 KN梁柱轴线偏心e=75mm, =41.67×0.075=3.13 KN*M中柱连系梁自重 6.75KN梁侧粉刷 0.49KN内纵墙自重 （3.6-0.4）×（3-0.5）×0.24×5.5=10.56KN粉刷3.2×2.5×2×0.02×17=5.44KN扣除门洞重加上门重 -2.1×0.9×（0.24×5.5-0.2）=-2.12框架柱自重及粉刷 13.63连系梁传来楼面自重 0.5×（3.6+3.6-1.8）×0.9×3.24=7.87KN 0.5×3.6×1.8×3.24=10.50KN 中间层中节点集中荷载 =53.12 KN梁柱轴线偏心e=75mm, =53.12×0.075=3.98KN*M（5）横荷载作用下的结构计算简图3.2 活荷载计算（1）屋面（不上人）活荷载标准值：0.5 KN/m2 ，雪压0.45 KN/m2与屋面活荷载不同时组合，取最大值=0.5×3.6=1.8 KN/m=0.5×1.8=0.9 KN/m=0.5×3.6×0.5×3.6×0.5=1.62 KN=0.5×（3.6+3.6-1.8）×0.9×0.5+1.62=2.84 KN=1.62×0.075=0.12 KN*M =2.84×0.075=0.213 KN*M（2）楼面活荷载标准值：办公室2.0 KN/m2 ， 走廊2.5 KN/m2=2×3.6=7.2KN/m=2.5×1.8=4.5 KN/m=0.5×3.6×0.5×3.6×2=6.48 KN=0.5×（3.6+3.6-1.8）×0.9×2.5+0.5×3.6×0.5×3.6×2=12.56KN=6.48×0.075=0.49KN*M =12.56×0.075=0.94 KN*M3.3 风荷载计算基本风压=0.4 KN/m2风震系数，因房屋高度小于30m,所以=1.0风载体形系数=0.8-（-0.5）=1.3风压高度系数。按B类地区，查规范得表离地面高度51015201.001.001.141.25将风荷载转换成作用于框架每层节点的集中荷载，计算过程如下图所示表中Z为框架节点至室外地面的高度A为一榀框架个节点的受风面积表2-2 风荷载的等效节点集中力计算表层次z(m)(KN/)A()51.01.315.91.160.3515.849.541.01.312.91.080.3519.811.0931.01.39.91.00.3519.810.321.01.36.91.00.3519.810.311.01.33.91.00.3523.7212.4等效节点集中风荷载作用图如下：风荷载作用下的侧移验算取刚度折减系数=0.85，用（层间侧移）和（总侧移）验算，层间及总侧移见下表。D=12, (C30砼)表2-3 侧移值及侧移限值位置限值5层9.544.40.2521/119051/5004层20.5944.40.5461/54943层30.8944.40.8191/36632层41.1944.41.0931/27451层53.5920.71.4201/3169顶点位移1/39951/650（各层的相对位移均小于1/500，顶点的相对位移小于1/650，侧移均满足要求。）3.4 各楼层重力荷载代表值采用蒸压粉煤灰加砌砼砌块，自重取5.5女儿墙高900mm门：M1,900×2100窗：C1,3200×1500计算地震作用时，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和可变荷载组合值之和可变荷载种类组合值系数雪荷载0.5屋面活荷载不计入按实际情况计算的屋面活荷载1.0按等效均布荷载计算的楼面活荷载藏书库，档案库0.8其他民用建筑0.5顶层：屋面板自重 3.6×12×13.8×4.24=2527.7KN横向框架梁自重 （3.397×6×2+2.011×1.8）×13=576.99 KN纵向框架梁自重 （0.25×0.5+0.25×0.3）×2×43.2×25=432 KN 粉刷 0.02×2×（0.4+0.2）×2×43.2×17=35.3 KN框架柱自重 13.63×0.5×4×13=354.38 KN女儿墙自重 0.9×0.24×（43.2+13.8）×2×5.5+0.9×0.04×（43.2+13.8）×2×17=205.2 KN窗自重 3.2×1.5×24×0.4×0.5=38.04 KN门自重 0.9×2.1×23×0.2×0.5=4.35 KN砌体重415轴 0.5×0.24×（3-0.5）×12×5.5+0.02×2×（3.5-0.5）×12×17=30 KN16轴 30+0.5×1.2×1.5×0.4=30.36 KNB,C轴 0.5×0.24×2.7×43.2×5.5=76.98 KN=2527.7+576.99+432+35.3+354.38+205.2+38.04+4.35+30×12+30.36+76.98×2=4718.28 KN标准层：楼板自重 3.6×12×13.8×3.24=1931.56KN横向框架梁自重 576.99 KN纵向框架梁自重及粉刷 467.3KN框架柱自重 13.63×4×13=708.76KN窗自重 38.04×2=76.08 KN门自重 4.35×2=8.7 KN砌体重415轴 30×2=60 KN16轴 30.36×2=60.72 KNA,E轴 0.24×1.0×43.2×5.5+0.04×1.0×43.2×17=86.4KNB,C轴0.24×2.7×43.2×5.5+0.04×2.7×43.2×17-0.24×0.9×2.1×5.5×12=203.34KN=1931.56+576.99+467.3+708.76+76.08+8.7+6×12+60.72+86.4×2+203.34×2+0.5×1231.2=4745.19KN底层：楼板自重 1931.56KN横向框架梁自重 576.99 KN纵向框架梁自重及粉刷 467.3KN框架柱自重 0.4×0.4×（3+4.5）/2×25×4×13+0.4×4×（3+4.5）/2×0.0217413=886.08KN砌体重415轴 30+0.5×0.24×（3.3-0.5）×12×5.5=52.18KN16轴 30.36+0.2×0.24×（3.3-0.5）×12×5.5+1.4×1.8×0.4=53.54KNA,E轴 86.4KNB,C轴 =203.34KN活荷载 1231.2 KN=1931.56+576.99+467.3+886.08+52.18×12+53.54+86.4×2+203.34×2+0.5×1231.2=5736.71KN=4718.28+4745.19×3+5736.71=24690.56 KN3.5 水平地震作用下的框架侧移验算（1） 横梁线刚度AB跨：BC跨：（2） 柱的线刚度上部柱：底层柱：（3） 框架柱的侧移刚度D值表2-4 D值的计算表层次层高()柱根数253.0边柱260.920.318800577200中柱261.80.471340014.5边柱261.370.554630269360中柱262.680.685730（4） 框架自振周期的计算 T=1.7，框架结构的=0.60.7，取=0.65，此公式为按顶点位移法求结构体系基本周期的近似方法。（5） 水平地震作用标准值和位移的计算多遇地震作用下，设防烈度为7度，查规范GB50011-2001，水平地震影响系数最大值=0.08，类场地，设计地震分组为第二组，特征周期值=0.35S,设计基本地震加速度为0.1g。本建筑中结构高度不超过40m,质量和高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。除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05，地震影响系数曲线的阻尼调整系数=1.0。表-各楼层重力荷载水平作用于结构时引起的侧移值层次楼层重力荷载楼层剪力楼层侧移刚度层间侧移楼层侧移54718.284718.285772000.0080.17444745.199463.475772000.0160.16634745.1914208.665772000.0250.1524745.1918953.855772000.0330.02515736.7124690.562693600.0920.092T=1.7S结构总水平地震作用标准值：T5, =0.062=0.062×0.85×24690.56=1301.19KNT=0.461S1.4=0.49S，故不考虑顶部附加地震作用-楼层侧移刚度-层间侧移表2-6 水平地震标准值计算表位置Vi(KN)5层4718.2816.5400.77400.775772000.00071/42864层4745.1913.5329.20729.975772000.0011/30003层4745.1910.5256.33986.35772000.0021/15002层4745.197.5183.471169.775772000.0021/15001层5736.714.5132.721302.492693600.0051/90024690.5（6）水平地震作用下横向框架的内力计算框架柱剪力标准值柱楼层层高Vi(KN)(KN)边柱53.0400.7788005772000.0156.0143.0729.9788005772000.01510.9533.0986.388005772000.01514.7923.01169.7788005772000.01517.5514.51302.4946302693600.01722.14中柱53.0400.77134005772000.0239.2243.0729.97134005772000.02316.7933.0986.3134005772000.02322.6823.01169.77134005772000.02316.9014.51302.4957302693600.02127.35用结构力学求解器计算一榀框架上的水平地震作用求一榀框架的重力荷载代表值a,顶层：屋面板自重 3.6×13.8×4.24=210.64KN横向框架梁自重 3.397×6×2+2.011×1.8=44.38KN纵向框架梁自重 0.25×（0.5+0.3）×3.6×25×2+0.04×（0.5+0.3）×3.6×17×2=39.92KN框架柱自重 13.63×0.5×4=27.26KN女儿墙自重 0.9×0.24×3.6×2×5.5+0.9×0.04×3.6×2×17=12.96KN窗自重 3.2×1.5×2×0.4×0.5=1.92KN门自重 0.9×2.1×2×0.2×0.5=0.38KN砌体重 7.2×2.7×0.24×2×5.5+0.04×2.7×7.2×2×17-2×0.9×2.1×0.2×5.5=72.77 KN=410.23KNB,标准层：楼板自重 3.6×13.8×3.24=158.98KN横向框架梁自重 44.38KN纵向框架梁自重 39.92KN框架柱自重 13.63×4=54.52KN窗自重 1.92×2=3.84KN门自重 0.38×2=0.76KN砌体重7轴 0.24×2.5×12×5.5+0.04×2.5×12×17=60KNA,E轴 0.24×1.0×3.6×5.5+0.04×1.0×3.6×17=7.2KNB,C轴(0.24×3.0×3.6-0.9×2.1×0.24)×5.5+0.04×3.0×3.6×17=19.11KN=414.96KN底层：楼板自重 158.98KN横向框架梁自重 44.38KN纵向框架梁自重及粉刷 39.92KN框架柱自重 13.63/3×（3+4.5）/2×4=68.15KN窗自重 3.84KN门自重 0.76KN砌体重7轴 0.24×2.8×12×5.5+0.04×2.8×12×17=67.2KNA,E轴 7.2KNB,C轴(0.24×3.3×3.6-0.9×2.1×0.24)×5.5+0.04×3.3×3.6×17=21.27KN=440.17 KNT=0.461, =0.35, T5=0.062, T=0.461<1.4=0.49, 不考虑顶部附加地震作用=0.062×0.85×（410.23+414.96×3+440.17）=47.18 KN 一榀框架上水平地震作用计算值层次516.5410.236768.800.31014.63413.5414.965601.960.25712.13310.5414.964357.080.2009.4427.5414.963112.200.1436.7514.5440.171980.770.0914.294 内力计算 内力计算用结构力学求解器完成，内力表附后。 5 内力组合考虑地震作用，内力组合有四种方式：一，1.2恒载+1.4活载 1.35恒载+0.7×1.4活载二，1.2恒载+1.4风载三，1.2恒载+0.9×（1.4活载+1.4风载）四，1.2×（恒载+0.5活载）+1.3地震荷载5.1 框架梁的内力组合5.2 框架梁的控制截面处弯矩设计值和剪力调整值5.3 框架柱的内力组合5.4 框架柱的控制截面处弯矩设计值和剪力调整值6 框架梁柱配筋计算框架梁正截面承载力计算以第一层AB跨梁为例，说明计算方法和过程AB跨中：500-40=460mm,b=250mm=0.083,取=0.002=0.002×250×500=250A支座截面：=0.122B支座截面：因计算弯矩与A支座接近，配筋取与A支座相同。其他层梁的配筋计算结果如表所示框架梁斜截面承载力计算以一层AB跨为例：V=109.81KN=0.25×1.0×14.3×250×460=411KN故截面尺寸满足要求0按构造要求配筋，取双肢箍8200 ，加密区8100，架立筋选用214是根据GB50011-2001表5.4.2查得的承载力抗震调整系数验算配筋率，满足要求。其他梁的斜截面承载力配筋计算表如下： 框架柱正截面承载力计算轴压比验算：底层柱，=554.53KN，则轴压比=0.241.05，满足要求。截面尺寸复核： =0.25×1.0×14.3×250×460=411.25KN ,取,外柱配筋计算：表中： 内柱配筋计算：框架柱抗剪承载力计算以底层外柱为例：，=0.3×14.3×400×400=686.4 <765.01 KN,取N=686.41>V,按构造配筋。箍筋选用：加密区8100，角柱采用四肢箍，其余各柱采用双肢箍，其余部分8200双肢箍。框架柱的裂缝验算对于=198mm,根据混凝土结构计算规范要求。可以不必进行验算。只有顶层需要进行验算其中，=2.1，c=30mm。16z=0.87-0.12(1-),=330.38+200-38=492.38mmz=0.87-0.12××360=290.11160.68+11.52+0.6×1.56+0.7×7.97=178.72KN=0.22mm<0.3mm 满足要求。9 基础计算及配筋9.1基础内力组合值计算外柱基础 1 标准组合：框架柱传来6.42+2.35+0.6×30.97+0.7×27.38=46.52KN*M496.05+118.48+0.6×16.24+0.7×17.83=636.76KN 4.28+1.56+0.6×11.8+0.7×10.32=20.14KN地基梁自重=0.25×0.5×25=3.125KN*M地基梁上墙体及粉刷=0.24×（3.3-0.5）×5.5+0.04×（3.3-0.5）×17=5.6KN/M=（3.125+5.6）×6÷2=26.18KN =（3.125+5.6）×3.6=31.41KN=31.41×0.075=2.36KN*M组合后：=48.88 KN*M，=694.35KN，=20.14KN2基本组合框架柱传来M=51.06 KN*M，N=788.15 KN，V=21.66KN=1.2×26.19=31.42 KN=1.2×31.41=37.69 KNM=1.2×2.36=2.83 KN*M组合后M=53.89 KN*M，N=857.26KN，V=21.66KN内柱基础1标准组合：框架柱传来4.64+1.665+0.6×35.75+0.7×31.858=50.05KN*M585.3+162.75+0.6×105.59+0.7×116.51=892.96KN 3.09+1.1+0.6×14.99+0.7×13.3=22.494KN=（3.125+5.6）×（6+1.8）÷2=34.03KN =（3.125+5.6）×3.6=31.41KN=31.41×0.075=2.36KN*M组合后：=52.41 KN*M，=958.4KN，=22.49KN2基本组合框架柱传来M=55.62 KN*M，N=1040.47 KN，V=24.71KN=1.2×34.03=40.84KN=1.2×31.41=37.69 KNM=1.2×2.36=2.83 KN*M组合后M=58.45 KN*M，N=1119KN，V=24.71KN外柱独立基础的配筋计算该工程框架层数不多，地基土较均匀，初步选定独立基础。取基础混凝土的强度等级为C30，=14.3,=1.43,钢筋HRB335，=300 1 初选基础尺寸1> 选择基础埋深d=1.2m2> 地基承载力特征值深度修正=220+0+1.6×20×（1.2-0.5）=242.43> 基础底面尺寸先按中心荷载作用下的计算基底面积4> 5>10 板的计算及配筋10.1荷载设计值1. 屋面荷载设计值q=1.3×0.5=0.65g=1.2×