#五层框架结构教学楼计算书

某中学教学楼结构设计计算书
Ⅰ、构件截面尺寸选择和荷载计算 （1）设计基本资料
按设计任务规定的组别，选择开间尺寸为7200mmx9000mm ，纵向有12跨，每跨4500mm,横向有3跨，边跨尺寸7200mm ，中间跨尺寸3000mm 。

按此参数和建筑设计中已经进行平面布置。

（2）主要设计参数
根据设计任务书的要求及有关规定，确定如下主要的设计参数：
①抗震设防烈度：8度；抗震设计分组：第一组；房屋高度低于30m ，可知框架的抗震等级为二级。

②基本风压：20/5.30m kN W =，C 类粗糙度 ③雪荷载标准值：2m /.50kN S K =
④设计使用年限：50年；本建筑为一般民用建筑，安全等级二级；在抗震设计时是丙类建筑
⑤基础顶面设计标高的确定：建筑标高±0.000，建筑绝对标高57.50m ，室外地坪标高-0.450m 。

根据地质勘察报告，基础持力层可以设计在粉质粘土上，选择独立基础时，基础顶面标高可设在-1.0m —-1.6m 之间
⑥活荷载标准值及相应系数：按房屋的使用要求，可查得教学楼露面活荷载标准值0.2=k q 2/m kN ，组合值系数7.0c =ϕ，准永久值系数5.0=q ϕ （2）材料的选择 ①混凝土
除基础垫层混凝土选择C15外，基础及以上各层混凝土强度均选C25。

②钢筋
框架梁、柱等主要构件纵向受力筋选择HRB335级钢筋，构造钢筋、板筋及箍筋选择HPB 级钢筋。

（3）结构构件截面尺寸的选择 ①结构平面布置方案
主体结构为5层，底层高度4.2m ，其余各层3.9m 。

外墙240mm ，内墙120mm ，隔墙100mm ，门窗布置见门窗洞口总表。

②构件截面尺寸的选择
a.根据平面布置，双向板短向跨度m l 5.4=，取板厚h=150mm,
35
1
3014500150>
==l h ,满足要求。

b.框架梁
边横梁，=l 7200mm,mm b h b mm h l h 3003
1
~21,700141~81=⇒==⇒=
取 跨中横梁，mm b mm h mm l 250,500,3000===取 纵梁，mm b mm h mm l 250,500,4500===取 次梁，mm b mm h l h mm l 250,600,18
1
~121,7200====取 c.柱截面尺寸
当选择基础标高为-1.200m 时，则一层柱的高度为4.2m+1.2m=5.4m ，按
mm H
b c 360015
==，又框架主梁b=300mm ，则初选柱截面宽度mm b c 500=，
故中柱截面初选尺寸mm mm h b c c 500500⨯=⨯ 简单验算：
假定楼层各层荷载设计值为162/m kN ，则底层中柱的轴力近似为
kN
N .43110.5012.54.2716=⨯⨯⨯⨯=7.90,8.10,
4.50.1,4.54.311000======ϕ查表得，b
l m H l m H kN N
满足要求
%,3%8.70.61959300
500
5009.1197.09.010.43110.90'
2
3'
<=⨯==⨯⨯-⨯⨯=-=c
c S
y c S h b A mm f A f N A ρϕ
边柱承受轴力较小，但承受弯矩相对较大，按轴心受压验算，取1.5N ，有
kN N 46656.50.5112.54.2716=⨯⨯⨯⨯⨯=
满足要求%,3%24.1.87897300
500
5009.1197.09.010.64665.90'
2
3'
<=⨯=
=⨯⨯-⨯⨯=-=c
c S
y c S h b A mm f A f N A ρϕ
故中柱取mm mm h b c c 500500⨯=⨯ 边柱取mm mm h b c c 500500⨯=⨯ Ⅱ、竖向荷载的计算 （1）屋面恒荷载标准值
30厚细石砼保护层 6.603.0022=⨯2
/m kN 三毡四油防水层 0.42
/m kN 20厚水泥砂浆找平层 .402.0022=⨯2
/m kN 100厚水泥蛭石保温层 .50.105=⨯2
/m kN
150厚钢筋砼板 5.735.1025=⨯ 2
/m kN
15厚板底抹灰 55.20015.011=⨯ 2
/m kN 合计 5.9652
/m kN 活荷载标准值
不上人屋面应考虑雪荷载 0.52
/m kN （2）屋面荷载
瓷砖地面 0.552
/m kN 150厚钢筋砼板 5.735.1025=⨯2/m kN
合计 4.5252
/m kN 活荷载标准值
按“教学楼”一栏，取2.02/m kN （3）梁、柱重力荷载
梁、柱重力荷载标准值
构件 b(m) h(m) )/(3m kN r
β
)/(m kN g
边横梁 0.3 0.7 25 1.05 5.51 中横梁 0.25 0.5 25 1.05 3.28 纵梁 0.25 0.5 25 1.05 3.12 次梁 0.25 0.6 25 1.05 3.00 底层柱 0.5 0.5 25 1.10 6.875 标准层柱
0.5
0.5
25
1.10
6.875
注：1）表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；g 表示单位长度构件的重力荷载。

2）梁长取净长；柱长度取层高
（4）墙体荷载
墙体重力荷载标准值 使用
楼层
墙体
层
高
荷载标准值（kN/m ） 门窗洞口形式
底层 1 外纵墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.25+0.6+0.4)x0.42=
11.68 0.7 8.17 2 外横墙 4.2
（8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.7-0.42)+(16x0.25+0.6+0.4)x0.42=
11.09 1.0 11.09 3 内纵墙 4.2
（8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42=
6.92 0.7 4.84 4 内横墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42=
6.56 1.0 6.56 5 内隔墙 4.2 （8x0.24+0.6+0.4)x(4.2-0.5-0.42)+(16x0.1+0.6+0.4)x0.42=
6.10
1.0
6.10 标准层
1 外纵墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.5-0.42)+(16x0.24+0.6+0.4)x0.42=
10.73 0.7 7.51 2 外横墙 3.9
（8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.7-0.42)+(16x0.24+0.6+0.4)x0.42=
10.15 1.0 10.15 3 内纵墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.5-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42=
6.39 0.7 4.48 4 内横墙 3.9 （8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.7-0.42)+(16x0.12+0.6+0.4)x0.42=
6.04 1.0 6.04 5 内隔墙 3.9
（8x0.24+0.6+0.4)x(3.9-0.6-0.42)+(16x0.1+0.6+0.4)x0.42=
5.62 1.0 5.62 屋顶 1 女儿墙 0.5 （8x0.12+0.6+0.4)x0.5=
1.08
1.0
1.08
Ⅲ、水平风荷载的计算 ①风荷载标准值计算 kN P .578).935.64(.50544.301=+⨯⨯⨯= kN P .671).93.93(.50544.302=+⨯⨯⨯=
kN P P .67123==
kN P .773).93.93(.50545.304=+⨯⨯⨯= kN P .141.93.50549.305
=⨯⨯⨯=
每榀框架各层所受风荷载标准值
kN P F 4.56121
1== kN P F 7.9512
22== kN P F 7.951233==
kN P
F .15612
44== kN P F 3.4312
5
5== ②、内力计算 a.梁、柱线刚度计算
横梁线刚度计算表 类别 )/(2
mm N E c
)
(mm mm h b ⨯⨯
)(4
0mm I
)(mm l
)
(0
m N l I E C • )
(20
m N l I E C • 边横梁 410.82⨯
700300⨯ 91075.58⨯ mm 7200 10103.33⨯ 10106.66⨯
中横梁
410.82⨯
250250⨯ 91004.62⨯
mm 3000 10103.43⨯
10106.84⨯
柱线刚度计算表 楼层
)(mm h c
)/(2mm N E c
)
(mm mm h b ⨯⨯
)(4c mm I
)
(m N l I E C
C • 1 5400 410.82⨯
500500⨯ 10102.50⨯ 10100.72⨯
2—5
3900
410.82⨯ 500500⨯ 10102.50⨯ 10103.73⨯
b.梁、柱相对相对线刚度（取中框架）
假设边横梁的相对线刚度为1，则中横梁的相对线刚度为0.73，,2—5层柱的相对线刚度为1.12，底层相对线刚度为0.81 c.风荷载作用计算简图
风荷载标注值作用下计算简图 d.各柱的反弯点高度
2—5层均在各柱的中点处：m y 95.1= 1层取底层柱高32，即m y 6.332
4.5=⨯=
e.柱剪力分配系数：
因柱截面一样，剪力平均分配，即25.0====D C B A y y y y f.从第五层开始计算，求各柱的剪力
kN
V V V V kN
F V
D C B A 15.16.425.06.455
=⨯======∑
kN
V V V V kN
F F V
D C B A .23.812544
=====+=∑
kN
V V V V kN
F F F V
D C B A .25.8205433
=====++=∑
kN
V V V V kN
F F F F V
D C B A .27.82854322
=====+++=∑
kN
V V V V kN
F F F F F V
D C B A 8.39.537543212
=====++++=∑
g 、根据柱剪力和梁分配系数，求柱弯矩图 计算略，弯矩图和剪力图如下：
风荷载作用下弯矩和剪力图
风荷载作用下梁的剪力和柱的轴力图
③、风荷载作用下框架侧移的验算
a、中框架柱侧移刚度D值计算
中框架柱侧移刚度D值）
（mm
N/
楼层
边柱（A,D）中柱(B,C)
∑i D k c
α
i
D k
c
α
i
D
5 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 54786
4 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 54786 3 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 54786 2 0.43 0.178 10884 0.74 0.27 16509 54786 1
0.595
0.50
11523
2.37
0.657
15141
53328
b 、风荷载标准值作用下框架侧移计算
考虑到正常使用情况下梁、柱的塑性变形，现浇框架在求侧移时整体引入刚度抗剪系数0.85，则相对层间侧移为
∑∑==
∆n i ji
wk j
D
F u 1
85.0
风荷载标准值作用下框架侧移计算 楼 层 ∑)(kN F
wk
）
（mm N D
n
i ji
/1
∑=
）
（mm u j ∆
j
j h u ∆
限值
5 3.43 5478
6 0.063 1/61905 1/400
4 9.57 54786 0.17
5 1/2228
6 3 15.54 54786 0.284 1/13732 2 25.51 54786 0.466 1/8369 1
32.05
53328
0.601
1/8985 顶点
∑=∆589.1j
u
1/13530
1/500
Ⅲ、水平地震作用下的框架内力计算 ①、基本计算参数的确定
抗震设防烈度：7度；抗震设计分组：第一组；房屋高度低于30m ，可知框架的抗震等级为三级。

②、场地和周期特征值
场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，查得特征周期值g T g 35.0=。

③、重力荷载代表值（取中框架计算）
恒荷载取100%，楼面活荷载取50%，屋面荷载不考虑。

屋面荷载平均值 965.5=q 2/m kN
屋顶女儿墙自重 G=1.3×(17.4+9)=34.22/m kN 楼面荷载平均值 q=4.525+2×50%=5.5252/m kN 标准层自重 G=7.51×9+10.15×14.4=213.75kN 底层墙自重 G=8.17×9+10.09×14.4=233.2kN 梁自重 G=5.51×6.72×2+3.28×2.5=82.03kN 底层柱自重 G=6.875×5.4×4=148.5kN 标准层柱自重 G=6.875×3.9×4=107.3kN 竖向荷载面积 A=17.4×4.5=78.32
m
将楼层及该层墙体自重集中于该楼层的标高处，可得各层重力荷载代表值i G kN G 5.9709.31073.0825.7213.37865.95.2345=+++⨯+= kN G G G 5.5658.31073.0825.7213.378525.5432=+++⨯===
kN G 5.1719.51483.082.2233.378525.51
=+++⨯=
④、结构自振周期 采用经验法计算
s B H T 04.50.4
172135.002.2035.002.20331=⨯+=⨯+= ⑤、地震影响系数α
576.008.0,504.0,35.0max 9
.01
max 1=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛====αααT
T s T s T g
g 查得，则由地震影响系数曲线由 ⑥、水平地震作用标准值计算
利用底部剪力法公式：
()()kN
F kN
G F kN G G T s T s T T F F F
H G H G F n eq EK i eq n g EK
n n EK i i i
i i 94.181136.07.1667.166********.0289415.719355.65895.70985.085.01136.007.008.0,35.0,495.0.4111g 1n =⨯=∆=⨯===+⨯+⨯===+===>=∆-=∑∑αδδδ故且因 水平地震作用计算列表如下： 楼 层 ）
（kN G i ()n EK F δ-1
)(m H i
i
i H G )(kN F i
5
709.95
147.8
21
14909 41.9+18.94=68.04
4 658.5
5 147.8 17.1 11261.2 37.1
3 658.55 147.8 13.2 8692.9 28.6 2 658.55 147.8 9.3 6124.5 20.2 1 719.15
147.8
5.4
3883.4
12.8
m kN H
G i
i
•=∑44871
∑=kN F i
74.166
⑦、重力荷载代表值产生的框架内力
重力荷载代表值E G 已算出，假定其分布方式和竖向荷载相同，即均匀分布在每层梁上，则
对屋面层处 .8kN/m 40.4175
.97095===l G g e 对2—4层楼面处 .8kN/m 37.4
175.56584===l G g e
对底层楼面处
.3kN/m
41
.4
17
5
.1
719
1=
=
=
l
G
g
e
利用分层法法进行重力荷载代表值内力计算 5层计算单元
弯矩分配
计算结果
2—4层计算单元
弯矩分配
计算结果1层计算单元
弯矩分配
计算结果
重力荷载作用下的代表值作用下的梁、柱弯矩图
重力荷载代表值作用下的梁、柱剪力、轴力图 ⑧、水平地震作用产生的框架内力
利用D 值法计算 a.各柱的剪力值 楼层
5 4 3 2 1 ∑)(kN V i
68.04
105.14
133.74
153.94
166.74
D C B A V V V V ===
17.01 28.29 33.44 38.49 41.69
b.各柱反弯点高度
h y 0γ=
各柱的反弯点高度由0γ决定，查表得 楼 层
5
4
3
2
1
A B A B A B A B A B k
1.79 3.09 1.79 3.09 1.79 3.09 1.79 3.09
2.47 4.27 0γ
0.38
0.45 0.43 0.46 0.48 0.5 0.5 0.5 0.58 0.55 )(m y 1.48
1.76
1.68
1.79
1.87
1.95
1.95
1.95
3.13
2.97
C.水平地震作用下的框架内力
根据上述计算结果，绘制如下框架内力图
水平地震作用下框架柱剪力和弯矩图
水平地震作用下框架梁、柱剪力图 Ⅳ、竖向荷载作用下的框架内力计算 框架内力计算采用中间框架计算 ①、恒荷载作用下内力计算 计算单元如下图 荷载计算
各层梁上作用的恒载
上图中，载形式代表横梁自重为均布荷'
11,q q
m kN q m kN q /58.43.128.3/81.63.151.5'11
=+==+=，
'
22,q q 分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载
m kN q m kN q /.917365.95/.5295.94965.5'
22
=⨯==⨯=，
21,P P 分别由边纵梁和中纵梁直接传给柱的恒荷载，包括梁自重、楼板重和女儿墙重力荷载，计算如下：
144.6kN
4.51.36.73.6.5446
5.955.222.72.2725.22212
1
=⨯+⨯+⨯+⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯++⨯⨯=P kN
P P .91838.23.5165.95.51.54.54.3112=⨯+⨯⨯+⨯-=
集中力矩
m e e 125.02
25.05.0,021=-==
m kN e P M M •===0.2302221，
对1-4层楼面
m kN q m kN q /8.23/6.6155.11051.5'11==+=，
m kN q m kN q /58.133525.4/.4225.9425.54'12=⨯==⨯=，
149.2kN
4.517.56.73.6.5442
5.545.222.72.2725.22212
1
=⨯+⨯+⨯+⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯++⨯⨯=P kN P P .71848.23.5125.54.51.5412=⨯+⨯⨯+=
m kN e P M M •===1.2302221，
横向框架荷载总表 楼层 1q
'
1q
2q
'
2q
1P 2P 1M
2
M
5 6.81 4.58 29.5 17.9 144.
6 183.9 0 23.0 1—4
15.66
3.28
22.4
13.58
149.2
184.7
23.1
恒载作用下梁、柱的弯矩图
恒载作用下柱的剪力、轴力图 恒载作用下梁端剪力及柱轴力计算 5层 AB 跨：
由荷载引起的剪力
kN
l q l q V V AB AB B A 5.972.725.212.75.29212.781.621)1(212121=⎪⎭⎫ ⎝
⎛-⨯⨯⨯+⨯⨯=-+==α左 由弯矩引起的剪力
kN
V kN V N
V V B A B A .1103.65.597,9.91.65.597.6k 5-.2
7.1
111-.870=+==-===-=左左总剪力： BC 跨：
由弯矩引起的剪力
N
V V N
l q l q V V C B BC AB C B .7k 20k 7.2039.174
1
385.4214121'2'1===⨯⨯+⨯⨯=+==总剪力左右1—4层计算方法如第五层 5层柱轴力
A 柱：
kN G N N kN
V P N A A .3263.9375.86.5236.5236.991.61441=⨯+=+==+=+=柱顶底顶 B 柱：
kN
G N N kN V V P N B B B .5334.9375.86.7307.7303.720.1103.91832=⨯+=+==++=++=柱顶底右左顶
1—4层计算方法如第五层 计算结果汇总如下
恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力
楼 层
荷载引起剪力 弯矩引起剪力
总剪力 柱轴力
AB 跨 BC 跨
AB 跨 BC 跨
AB 跨
BC 跨
A 柱
B 柱
B A V V =
B A V V -=
C B V V = C
B V V = A V B V
B
A V V =
顶N 底N 顶N 底N
5 97.5 20.7 -5.
6 0 91.9 103.1 20.
7 236.5 263.3 307.7 334.5 4 111.
8 15.1 -10.5 0 101.3 122.3 10.5 364.6 391.4 471.
9 498.7 3
111.8
15.1
-3.3
108.5 115.1 10.5 492.7 519.5 636.1 662.9
②、活荷载作用下的内力计算 计算单元和恒荷载计算单元一致 荷载计算
各层梁上作用的恒荷载 对 第5层： 屋面雪荷载
m kN q m kN q /5.135.0,/1.125.25.0'
22=⨯==⨯=
()()kN P kN P 6.95.065.1225.225.2.1
5.5025.225.2221=⨯⨯+⨯⨯==⨯⨯⨯=
m kN e P M M •===.2102221，
楼面荷载： 1—5层
m kN q m kN q /632,/.5425.22'22=⨯==⨯=
()()kN P kN
P .438265.1225.225.25.220225.225.2221=⨯⨯+⨯⨯==⨯⨯⨯=
m kN e P M M •===.8402221，
横向框架活荷载作用内力汇总表 楼层 2q
'
2q
1P 2P 1M
2
M
5 4.5（1.1） 6.0（1.5） 20.3（5.1） 38.4（9.6）
0 4.8（1.3）
1—4
4.5
6.0
20.3
38.4
4.8
梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算
2 111.8 15.1 -3.2 0 108.6 115.0 10.5 620.8 647.6 800.
3 827.1 1
111.8
15.1
-4.7
107.1 116.5 10.5 748.9 786.0 964.5 1001.6
活荷载作用下的梁、柱弯矩图
活荷载作用下梁、柱剪力轴力图。