结构设计计算书

结构设计计算书
第⼀部分建筑设计
第⼀章设计总说明
1.1⼯程名称：长春市第89中学2#教学楼
1.2⼯程概况：本⼯程建筑⾯积: 5879m2;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：本⼯程室外⾼差0.45m，室内地⾯设计标⾼±0.000。

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厚蒸压粉煤灰空⼼砌块；
2、砂浆为M5.0⽔泥砂浆；
3、外墙采⽤190厚砌块加80厚保温层，共270厚（按300厚计算）；
1.5屋⾯⼯程(内排⽔):
屋⾯防⽔等级为⼆级。

采⽤APP柔性防⽔层和细⽯刚性防⽔层两道设防。

屋⾯保温采⽤阻燃聚苯刚性防⽔层，阻燃型挤塑聚苯⼄烯保温板130厚。

做法见详图。

1.6防⽔⼯程：
卫⽣间楼⾯采⽤SBS防⽔卷材防⽔，⽴墙卷⾼200，凡设有地漏处地⾯均向地漏找坡1%，其楼⾯均低于其它房间20mm。

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道，⾯漆两道
，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
建筑总说明见图A1 6-1
底层平⾯图1：100 A1 6-2
标准层平⾯图1：100 A1 6-3
正⽴⾯图1：100 A1 6-4
楼梯详图1：50 A1 6-5
剖⾯图及节点详图
1：100
（1:20)
A1 6-6
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：长春市第89中学2#教学楼建筑⾯积约5879平⽅⽶，楼盖及屋盖均
采⽤现浇钢筋混凝⼟框架结构，楼板厚度取100mm，填充墙采⽤蒸压粉煤灰空⼼砌块。

主体为五层的钢筋混凝⼟框架结构，建筑平⾯为平⾯U形。

柱⽹与层⾼：本⼯程采⽤柱距为9m,跨度为6.6m和2.7m的735的U形柱⽹布置，每层层⾼均为3.9m，平⾯⽰意图如下：
图1-1 平⾯布置图
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：基本雪压：0.35KN/m2。

⼯程地质条件：见勘探地质报告
屋⾯及楼⾯作法：
屋⾯：40厚细⽯混凝⼟保护层，10厚低标砂浆隔离层，4厚SBS改性沥青防⽔层，20厚⽔泥砂浆找平，130厚阻燃型挤塑聚苯⼄烯保温板，100厚钢筋混凝⼟板，30厚轻集料混凝⼟找坡，20厚⽔泥砂浆找平层层；
楼⾯：10厚1：2.5⽔泥彩⾊⽯⼦，100厚现浇混凝⼟板；
材料：柱混凝⼟等级为C30，HRB400；梁混凝⼟等级为C30， HRB335；板混凝⼟等级为C30， HRB335；基础混凝⼟等级为C30， HRB335；箍筋选HPB300。

第⼆章构件尺⼨确定及荷载汇集
2.1结构布置
根据梁两侧现浇板的有⽆，把梁分为矩型梁和T型梁。

2.截⾯尺⼨：
⼀、初估梁尺⼨：
1、框架梁：
h=(1/18～1/10)L=(1/18～1/10)36600=(366.7～660)mm，取h=600，截⾯宽度取（1/2～1/3）h， b=(1/3～1/2)3600=200～300,所以截⾯初步定为： b3h=3003600
2、次梁：
h=(1/18～1/10)L=(1/18～1/10)36600=(366.7～660)mm，取h=550，截⾯宽度取（1/2～1/3）h， b=(1/3～1/2)3550=183～300,所以截⾯初步定为： b3h=3003550
该框架结构抗震等级为⼆级，其轴压⽐uN=0.75
各层的重⼒荷载代表值近似取12KN/㎡。

边柱和中柱负载⾯积分别为：（933.3）㎡,（934.7）㎡。

⼆、初估柱尺⼨：
框架柱的截⾯尺⼨根据柱的轴压⽐限值，按下列公式计算：
1边柱N=βwsn=1.33123933.335=2316.6KN
2中柱N=βwsn=1.253123934.735=3172.5KN
边柱 Ac≥N/(u N*f c)=2316600/14.330.75=202500mm2
中柱 Ac≥N/(u N*f c)=3172500/14.330.75=277316mm2。

如取柱截⾯为正⽅形边，中柱截⾯⾼度为450mm 526mm ⼀层为600mm3600mm 2-5层为550mm3550mm
2-5层柱⾼即为层⾼，取 3.9m，底层柱⾼度从基础顶⾯取⾄⼀层板底，即h1=3.9+0.45+1.7-1=5.05m。

三、初估板尺⼨：按规范要求板厚取100mm。

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4.1.1和第4.3.1条，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/ m2
楼梯 2.5KN/ m2
不上⼈屋⾯ 0.5KN/ 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）
40厚细⽯混凝⼟保护层 2 230.04=0.88KN/m2
10厚低标砂浆隔离层 1430.01=0.14 KN/m2
4厚SBS改性沥青防⽔层 0.4 KN/m2
20厚⽔泥砂浆找平 2030.02=0.4KN/m2
130厚阻燃型挤塑聚苯⼄烯保温板 0.530.13=0.065KN/m2
100厚钢筋混凝⼟板 2530.1=2.5KN/m2
30厚轻集料混凝⼟找坡 1430.03=0.42 KN/m2
20厚⽔泥砂浆找平层层 2030.02=0.4KN/m2
合计 5.21KN/m2
2、1-5层楼⾯永久荷载标准值
10厚1：2.5⽔泥彩⾊⽯⼦ 830.01=.08KN/m2
100厚现浇混凝⼟板 2530.1=2.5 KN/m2
合计 3.01KN/m2
3、厕所⾃重均布荷载
瓷砖地⾯ 0.55 KN/m2
20厚⽔泥砂浆防⽔保护层 2030.02=0.40 KN/m2
地⾯防⽔层 0.05 KN/m2
100厚钢筋混凝⼟板 25 30.1=2.5 KN/m2
混合沙浆抹⾯20厚 0.02317=0.34 KN/m2
合计 4KN/m2
4.楼梯⾃重均布荷载
地⾯砖⾯层（⽔泥打底） 0.01320=0.2 KN/m2
楼梯板重（按250厚钢筋混凝⼟板等效） 0.25325=6.25 KN/m2
混合沙浆抹⾯20厚 0.02317=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
b/m
计算
h/m
容重
（KN
/m3）
βg(KN
/m) li(m)
n Gi(KN) ∑
Gi(KN)
1层主梁
1 0.3 0.6 25 1.05 4.72
5
6 18 510.3 1753.8
5
主梁2 0.3 0.6 25 1.05 4.72
5
2.1 8 79.38
次梁0.3 0.55 25 1.05 4.33
1 8.4 30 1091.4
12
柱0.6 0.6 25 1.10 9.9 5.05 36 1799.8 2
2-5层主梁
1
0.3 0.6 25 1.05 4.72
5
6.05 18 514.55 1768.2
2 主梁
2
0.3 0.6 25 1.05 4.72
5
2.15 8 81.27
次梁0.3 0.55 25 1.05 4.33
1
8.45 30 1097.9
柱0.55 0.55 25 1.10 8.31
9
3.9 36 1167.9
9
四、墙体⾃重
墙体采⽤190厚蒸压粉煤灰砌块。

外墙刷涂料，80厚SBS保温层，内墙均为10厚抹灰。

1.外墙⾃重：
80厚EPS保温板 0.0630.5=0.03 KN/m2
10厚1:2.5⽔泥砂浆找平层 0.01320=0.2 KN/m2
190厚砌块 7.8630.19=1.477KN/m2
混合沙浆抹⾯20厚 0.02317=0.34 KN/m2
合计 2.6KN/m2
2.内墙⾃重：
190厚空⼼砌块 7.8630.19=1.477 KN/m2
两侧混合沙浆抹⾯10厚 230.01317=0.34KN/m2
合计 1.81 KN/m2
外墙长度：L外=51.1+2*（6.6+2.7+6.6）+27=109.9m
内墙长度：L内（⼀层）=18*6+2*51.1-0.6*16+16.8+3.7*2=224.8
L内（2-5层）=14*6.1+2*51.1-0.5*16+16.8+3.7*2=203.8
外墙⾃重：109.9*2.6*(3.9-0.1)=613.9KN
内墙⾃重：底层 224.8*1.81*（3.9-0.1）=1234.4KN
2-5层 203.8*1.81*（3.9-0.1）=1119.1KN
楼板⾃重:2.5*(51.1*15.9)=2031.2KN
3.⼥⼉墙⾃重标准值
⼥⼉墙采⽤砌筑⾼1500mm，外刷涂料故⼥⼉墙⾃重：
(51.1+2*13.2+27）*0.9*5.24=189.98kN
2.4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。

G5=2031.2+189.98+613.9/2+119.1/2+1768.22+1167.99/2+（5.21+0.351）*（51.1*13.2）=9190KN
G2-4=613.9+1119.1+1167.99+1768.22+2031.2+2*(51.1*15.9)=8325.2
G1=1753.85+1799.82/2+1768.22/2+613.9+1234.2/2+2031.2+2*(51.1*15.9)=898
4.7KN
第三章⽔平荷载作⽤下侧移验算
⼀、梁、柱的线刚度计算
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I=1.5I0，两边有楼板的梁的惯性矩取I=2I0，I0为按矩形截⾯计算的梁截⾯惯
性矩。

线刚度计算公式i= EI
L
，各梁、柱的线刚度计算结果如下表所⽰。

横梁的线刚度ib计算表表 3
类别层
次Ec(N/m
m2) b×h(mm
×mm)
L
（mm）
I（mm）EcI/L 1.5EcI
/L
2EcI/L
边横梁
1 3.03
104
3003
600
6600 5.4*10
9
2.455*
1010
3.683
31010
4.913
1010 2～5 3.03
104
3003
600
5.4*10
9
3.683
31010
4.913
1010
⾛道梁
1 3.03
104
3003
600
2700 5.4*10
9
6*10109310101231010
2～5 3.03
104
3003
600
5.4*10
9
6*10109310101231010
柱的线刚度ic计算表表 3
层次
Ec(N/mm2)
b×h(mm×mm) Hc（mm）Ic=bh3/12 ic=EcIc/Hc
1 3.0310******** 5050 1.0831010 6.41631010
2～5 3.03104550*550 3900 7.6263109 5.86631010⼆、计算各柱抗侧移刚度D值
D 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
212c
c i D h
α=
底层：⼀类（10根）
K=i2/ic=1.5ib/ic=3.683*1010/6.416*1010=0.57 ac=0.5+k/2+k=0.5+0.57/2+0.57=0.42 D=ac*12ic/h 2=0.42*12*6.416*1010/5050*5050=10566N/(mm)
⼆类（10根） K=i2/ic=1.5ib/ic=4.9*1010/6.416*1010=0.765
ac=0.5+k/2+k=0.5+0.765/2+0.765=0.46
三类（4根)
K=i1+i2/ic=3.683*1010+9*1010/6.416*1010=1.97
ac=0.5+k/2+k=0.5+1.97/2+1.97=0.62
D=ac*12ic/h 2=0.62*12*6.416*1010/5050*5050=18717N/(mm)
四类（10根）
K=i1+i2/ic=4.9*1010+12*1010/6.416*1010=2.64
ac=0.5+k/2+k=0.5+2.64/2+2.64=0.68
D=ac*12ic/h 2=0.68*12*6.416*1010/5050*5050=20529N/(mm)
五类（2根)
K=i1+i2/ic=12*1010+3.683*1010/6.416*1010=2.44
ac=0.5+k/2+k=0.5+2.44/2+2.44=0.66
D=ac*12ic/h 2=0.66*12*6.416*1010/5050*5050=19925N/(mm)
2-5层：⼀类（10根）
K=i2+i4/2ic=3.683*1010+3.683*1010/2*5.866*1010=0.635
ac=k/2+k=0.635/2+0.635=0.241
D=ac*12ic/h2=0.241*12*5.866*1010/3900*3900=11153N/(mm)
⼆类（10根）
K=i2+i4/2ic=4.91*1010+4.91*1010/2*5.866*1010=0.84
ac=k/2+k=0.84/2+0.84=0.296
D=ac*12ic/h2=0.296*12*5.866*1010/3900*3900=13699N/(mm)
三类（4根）
K=i1+i2+i3+i4/2ic=3.683*1010+3.683*1010+9*1010+9*1010
/2*5.866*1010=2.16
ac=k/2+k=2.16/2+2.16=0.52
D=ac*12ic/h2=0.52*12*5.866*1010/3900*3900=24065N/(mm)
四类（10根）
K=i1+i2+i3+i4/2ic=4.91*1010+4.91*1010+12*1010+12*1010 /2*5.866*1010=2.9
ac=k/2+k=2.9/2+2.9=0.59
D=ac*12ic/h2=0.59*12*5.866*1010/3900*3900=27305N/(mm)
五类（2根）
K=i1+i2+i3+i4/2ic=3.683*1010+3.683*1010+12*1010+12*1010 /2*5.866*1010=2.67
ac=k/2+k=2.67/2+2.67=0.57
D=ac*12ic/h2=0.57*12*5.866*1010/3900*3900=26380N/(mm)
综上数据：D1总=10566*10+13887*10+18717*4+20529*10+19925*2=564538N/mm D2总=D3总=D4总=D5总
1, D1总/D2总=564538/670590=0.84⼤于0.7
2-5层
2, Di总/Di总=1⼤于0.7
底层
3, D1总/0.25（D2总+D3总+D4总+D5总）=0.84⼤于0.8
2-5层
4, Di总/{1/5-i（Di总+......+D5总）}=1⼤于0.8
由以上1,2,3,4四步验证可得此框架为规则框架。

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α
0=0.60，计算公式为T T ?=017.1α，式中T ?为顶点位移（单位为m ），按D 值法计算∑
n 已知V ∑=Gk K=i 1
VG5=∑G5=9190KN K=5
2
VG4=∑G5=G4+G5=9190+8325.2=17515.2KN K=4
3
VG3=∑G3=G3+G4+G5=8325.2+8325.2+9190=25840.4KN K=3
4
VG2=∑G2=G2+G3+G4+G5=8325.2+8325.2+8325.2+9190=34165.6KN K=2
5
VG2=∑G1=G1+G2+G3+G4+G5=8984.7+8325.2+8325.2+8325.2+9190=43150.3KN K=1 s
已知：（Δu ）i=VGi/∑Dij 可得 J=1
s
（Δu ）5=VG5/∑D5j =9190KN*1000/670590N/mm=13.7mm J=1
s
（Δu ）4=VG4/∑D4j =17515.2KN*1000/670590N/mm=26mm J=1
s
（Δu ）3=VG3/∑D3j =25840.4KN*1000/670590N/mm=38.5mm J=1
s
（Δu ）2=VG2/∑D2j =34165.6KN*1000/670590N/mm=50.9mm J=1
s
n 5
顶点假想位移：Ut=∑（Δu ）k=∑（Δu ）1=（Δu ）1+（Δu ）2+（Δu ）3+（Δu ） K=i k=1
4+（Δu ）5=13.7+26+38.5+50.9+76=205.1mm=0.2m
⾃振周期：T1=T T ?=017.1α=2.07.0*7.1=0.5s
⼆、⽔平地震作⽤及地震剪⼒计算：
根据《建筑抗震设计规范》，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，近似于单质点体系，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：结构等效总重⼒荷载：
结构等效总重⼒荷载： Geq=0.85∑Gi =0.85*(G1+G2+G3+G4+G5)=0.853(8984.7+8325.2+8325.2+8325.2+9190)=36678KN
底部剪⼒Fek=aGeq可得
查表1.17特征周期Tg【设计地震分组（⼀组) 场地类别⼆类】
可知Tg=0.35
查表1.18地震影响系数最⼤值Amax【地震影响（多遇）烈度7度】
可知 Amax=0.08
因为Tg=0.35⼩于T1=0.5⼩于5Tg=5*0.35=1.75
其中：r=0.9+（0.05-f）/（0.05+5f） x=1+（0.05-f）/（0.06+1.7f)
⼜因⼀般建筑结构f=0.05
故 r=0.9 x=1
α:
由⽔平地震影响系数α曲线（并代⼊上⾯的r与x的值）来计算
1
α1=（Tg/T1）0.9 αmax =（0.35/0.5）0.930.08=0.058
FEk=α1Geq=0.0058336678=21273 KN
因为1.4Tg=1.430.35=0.49s＜T1 =0.5s，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δn查表得：
δn=0.08T1+0.07=0.0830.5+0.07=0.11且Tg≤0.35
所以δn=0.11
各质点横向⽔平地震作⽤按下式计算：
Fi=GiHiFEk（1-δn）/（∑G kHk）=2541.423GiHi/（∑G k Hk）
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：
Fi=（GiHi/∑G kHk）FEk（1-δn）
Δn=δn FEk=0.11*21273=2340KN FEk（1-δn）=18933KN
∑G kHk=8984.7*5.05+8325.2*（5.05+3.9）+8325.2*（5.05+3.9+3.9）+8325.2*
（5.05+3.9+3.9+3.9）+9190*（5.05+3.9*4）=556082KN.M
F1=（G1H1/∑G kHk）FEk（1-δn）=45372*18933/556082=1545KN
F2=（G2H2/∑G kHk）FEk（1-δn）=74510*18933/556082=1545KN
F3=（G3H3/∑G kHk）FEk（1-δn）=106978*18933/556082=1545KN
F4=（G4H4/∑G kHk）FEk（1-δn）=139447*18933/556082=1545KN
F5=（G5H5/∑G kHk）FEk（1-δn）=189774*18933/556082=1545KN
楼层地震剪⼒
n
Vi=∑Fi+ ΔFn=1545+2537+3642+4748+6461+2340=21273KN
i
V1=F1+F2+......+Fn+ΔFn=1545+2537+3642+4748+6461+2340=21273KN
l
V2=F2+......+Fn+ΔFn=19728KN
V3=F3+......+F5+ΔF5=17191KN
V4=F4+......+F5+ΔF5= 13549KN
V5=F5+F5=8801KN
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 = V
i
/∑D
ij
； u
i
=∑（△u）
k。

各层的层间弹性位移⾓θe=（△u）i/h i，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[θe] <1/550。

层间位移: Δui=Vi/∑Dij
当i=1时：Δu1=21273*1000/564538=38mm
当i=2时：Δu1=19728*1000/670590=29mm
当i=3时：Δu1=17191*1000/670590=38mm
当i=4时：Δu1=13549*1000/670590=38mm
当i=5时：Δu1=8801*1000/670590=38mm
i
楼层位移：ui=∑uk
K=1
U1=Δu1=38mm
U2=Δu1+Δu2=67mm
U3=Δu1+Δu2+Δu3=93mm
U4=Δu1+Δu2+Δu3+Δu4=113mm
U5=Δu1+Δu2+Δu3+Δu4+Δu5=126mm
弹性⾓位移：θc=Δui/Hi
i=1 θc=0.038/5.05=0.0075
i=2 θc=0.029/3.9=0.0074
i=3 θc=0.026/3.9=0.0066
i=4 θc=0.020/3.9=0.005
i=5 θc=0.013/3.9=0.003
查表1.21钢筋混凝⼟框架[θc]max=1/550=0.0018
可知 [θc]max≤[θc]（当c=1.2.3.4.5）时，计算看下⼀章。

由此可见，最⼤层间弹性位移⾓发⽣在第1层，满⾜规范要求。

第四章⽔平荷载作⽤下内⼒计算
4.1⽔平地震作⽤下内⼒计算：
计算取⼀榀框架为例：
取结构布置中的5轴线横向框架内⼒计算为例，说明计算⽅法，其余框架内⼒计算从略。

D 值法（改进反弯点法）
Vij=Dij/∑Vi 可得 Vij=Dij/∑VijV1
⼀、框架柱端剪⼒及弯矩
按下列公式计算：V ij =D ij V i /∑D ij
M b ij =V ij *yh M
u ij
=V ij （1-y ）h
y=y n +y 1+y 2+y 3
注： n y 为框架柱的标准反弯点⾼度⽐；（n y 是根据表：倒三⾓形分布⽔平荷载下各层柱标准反弯点⾼度⽐n y 查得）
y 1为上、下层梁线刚度变化时，反弯点⾼度⽐的修正值； y 2、y 3为上下层层⾼变化时，反弯点⾼度⽐的修正值；
y框架柱的反弯点⾼度⽐。

底层柱需要考虑修正值y2，⼆层柱需要考虑修正值y3，三层柱需要考虑修正值y2，⼆层柱需要考虑修正值y3，其它各柱均⽆修正。

⼆、梁端弯矩、剪⼒及柱轴⼒
梁端弯矩、剪⼒及柱轴⼒可根据节点平衡计算。

分别按以下公式计算： M l
b =i l
b
（M b
i+1，j
+ M u i，j
）/（i l b
+ i r
b
）
M r
b =i r
b
（M b
i+1，j + M u i，j
）/（i l b
+ i r
b
）
V
b =（M l b
+ M r
b
）/ l
N
i =∑（V l b
- V r
b
）
k。