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我的计算书
1.设计任务
1.1设计题目
黄陂市第二中学教学楼设计:
此建筑为四层砌体结构房屋,采用砖混结构,现浇钢筋混凝土单向肋梁楼板,平面尺寸在B×L=14m×24m范围内,楼层层高3.6米。
本教学楼含有传达室、大厅、男女厕所、楼梯、办公室、会议室。
1.2气象资料
(1)最热月平均温度30℃极端最高温度40℃
最冷月平均温度10℃极端最低温度5℃
(2)年平均降雨量:
450mm,雨量集中期在7月中旬至8月中旬
(3)全年主导风向:
东北风
1.3工程地质资料
一层:
杂填土:
厚度范围0~0.5m,土层颜色为杂色,土层状态松散,
γ=16kN/m3,fa=0kPa;
二层:
粘土:
厚度范围0.5~1.2m,土层颜色为褐黄色,土层状态可塑,
γ=18.4kN/m3,fa=100kPa;
三层:
粉质粘土:
厚度范围>1.2m,土层颜色为褐黄色,土层状态
可塑~硬塑,γ=20kN/m3,fa=350kPa;
基底以上各层土的加权平均重度:
γ0=20kN/m3,历年最高水位为-2.70m左右。
该工程位于非地震区.不考虑抗震设防。
1.4其他资料
风荷载标准值W0K(及雪荷载标准值)等荷载查荷载规范,地面粗糙度B;楼面活荷载标准值取2.0kN/m2,准永久值系数、组合值系数、频遇系数查结构荷载规范。
砌体材料采用MU20砖、M55混合砂浆砌筑(±0.000以下采用水泥砂浆砌筑),结构安全等级:
二级。
2.结构设计方案
本设计方案为四层砌体结构方案,荷载较小,墙体、基础等采用砌体结构,楼盖和屋盖采用现浇钢筋混凝土单向肋梁楼板结构。
2.1工程基础情况
根据地质勘察报告,结构所在地下0~0.5m为杂填土,地面以下0.5~1.2m左右为粘土,深度范围>1.2m为粉质粘土,考虑到结构的荷载以及之后的计算取-1.20m为基础底部标高较为合理。
取承载力特征值fak=300KN/m2
2.2楼盖及屋盖的选择
屋盖和楼盖采用现浇钢筋混凝土肋梁楼板,上人屋面.这些都有利于结构整体性的保证,楼梯、卫生间楼面采用现浇钢筋混凝土梁、板。
2.3墙体截面尺寸及材料选择
墙体承重方案是纵墙承重方案,墙体材料为Mu15多孔粘土砖、M5混合砂浆砌筑,男、女厕的分隔墙采用120mm,内墙尺寸为240mm,外墙尺寸为370mm(经计算后再视需要决定是否调整)。
2.4静力计算方案
根据房屋现浇楼面和屋面的方案以及设计的最大横墙间距来确定。
其最大间距S=6m
,S<32m,楼盖类型为一类,故房屋静力计算方案为刚性方案。
刚性方案房屋的横墙尚应满足如下要求:
(1)、横墙中开有洞口时,洞口的水平截面积不超过横墙截面积的50%
(2)、.横墙厚度不小于180mm
(3)、横墙长度13.2m不小于横墙高度的1/2
(横墙总高度为3.6×4=14.4m)。
3.高厚比验算
根据房屋的门窗洞口、及房屋的布置形式分析,仅需验算内、外纵墙、承重横墙是否满足高厚比的要求。
3.1纵墙
3.1.1外纵墙高厚比验算
S=6mh=370mm室内外高差△H=450mm
墙体的高度H=3.6+△H+0.5=4.55mH
查表得外纵墙得计算高度H0=0.4S+0.2H=0.4×6+0.2×4.55=3.31m 表3-1-1外纵墙高厚比验算
砂浆强度等等级
M5
墙体厚度h(ht)(mm)
370
墙体计算高度H0(mm)
3310
相邻窗间墙或壁柱之间的距离s(mm)
2550
在宽度s范围内的门窗洞口总宽度bs(mm)
3000
非承重墙允许高厚比修正系数μ1
1.0
有门窗洞口允许高厚比修正系数μ2=1-0.4bs/s
计算得μ2=0.53<0.7取μ2=0.7
墙体允许高厚比[β]
24
μ1μ2[β]
16.8
墙体计算高厚比β
8.95
结论
满足要求
3.1.2内纵墙高厚比验算
内纵墙由于也有开门窗,故也需验算内纵墙的高厚
表3-1-2内纵墙高厚比验算
砂浆强度等等级
M5
墙体厚度h(ht)(mm)
240
墙体计算高度H0(mm)
3310
相邻窗间墙或壁柱之间的距离s(mm)
2000
在宽度s范围内的门窗洞口总宽度bs(mm)
2900
非承重墙允许高厚比修正系数μ1
1.0
有门窗洞口允许高厚比修正系数μ2=1-0.4bs/s
计算得μ2=0.42<0.7
取μ2=0.7
墙体允许高厚比[β]
24
μ1μ2[β]
16.8
墙体计算高厚比β
13.8
结论
满足要求
3.2横墙
由于内横的尺寸比外横墙要小,且所受的荷载向对外横前来说要大,故只取内横墙及走廊端开窗处的外横墙进行高厚比的验算。
3.2.1内横墙高厚比的验算
由于内横墙不开窗且是承重墙,故非承重墙允许高厚比修正系数μ1=1,有门窗洞口允许高厚比修正系数μ2=1。
S=6mh=240mm室内外高差△H=450mm
墙体的高度H=3.6+△H+0.5=4.55mH
查表得内横墙得计算高度H0=0.4S+0.2H=0.4×6+0.2×4.55=3.31m
表3-2-1内横墙高厚比验算
砂浆强度等等级
M5
墙体厚度h(ht)(mm)
240
墙体计算高度H0(mm)
3310
相邻窗间墙或壁柱之间的距离s(mm)
2000
在宽度s范围内的门窗洞口总宽度bs(mm)
0
墙体允许高厚比[β]
24
μ1μ2[β]
24
墙体计算高厚比β
13.8
结论
满足要求
3.2.2走廊端开窗处的外横墙高厚比验算
由于走廊端开窗处的外横墙不开窗,h=370mm>240mm,故非承重墙允许高厚比修正系数μ1=1。
S=2.1mh=370mm室内外高差△H=450mm
墙体的高度H=3.6+△H+0.5=4.55mS 查表得内横墙得计算高度H0=0.6S+=0.6×2.1=1.26m 表3-2-2走廊端开窗处的外横墙高厚比验算 砂浆强度等等级 M5 墙体厚度h(ht)(mm) 370 墙体计算高度H0(mm) 1260 相邻窗间墙或壁柱之间的距离s(mm) 1800 在宽度s范围内的门窗洞口总宽度bs(mm) 1500 非承重墙允许高厚比修正系数μ1 1.0 有门窗洞口的墙允许高厚比修正系数μ2=1-0.4bs/s 0.63<0.7取μ2=0.7 墙体允许高厚比[β] 24 μ1μ2[β] 16.8 墙体计算高厚比β 3.4 结论 满足要求 4.荷载统计 4.1恒载 4.1.1板表4-1-1板恒载计算表(kN/m2) 性质功能 具体做法 荷载标准值 办公、会议室、传达室、教室 20厚水泥砂浆面层(20×0.02) 80厚钢筋混凝土楼板板(25×0.8) 15厚石灰砂浆粉刷天棚(17×0.015) 2.655 走道 20厚水泥砂浆面层(20×0.02) 80厚板(25×0.08) 15厚石灰砂浆粉刷天棚(17×0.015) 吊顶(0.2) 2.855 卫生间 小瓷砖地面(0.55) 20厚水泥面层(20×0.02) 80厚板(25×0.08) 15厚石灰砂浆粉刷天棚(17×0.015) 吊顶(0.2) 3.405 屋面 沥青卷材防水屋面(3.61) 80厚聚苯乙烯泡沫塑料保温板(0.5×0.08) 20厚水泥砂浆找平层(17×0.02) 100厚板(25×0.1) 15厚石灰砂浆粉刷天棚(17×0.015) 6.745 4.1.2梁 梁两侧面粉刷15厚石灰砂浆,梁底面粉刷15厚石灰砂浆(算为楼板自重),as=35mm =415mm 表4-1-2梁恒载计算表 梁截面尺寸 梁截面积 标准值 设计值 b(mm) h(mm) A(m2) g(kN/m2) g(kN/m2) 200 450 0.09 2.02 2.42 4.2活载表4-2活荷载取值表 类型 性质 取值 楼面 楼梯 3.5 教室、教室、办公室、卫生间等 2.0 屋面 上人 2.0 不上人 0.5 5.梁板的设计 材料: C20混凝土: fc=9.6N/mm2,ft=1.1N/mm2 HRB235级钢筋fy=210N/mm2、 =0.614 HRB335级钢筋fy=300N/mm2、 =0.55。 水泥砂浆: 20KN/m3钢筋混凝土: 25KN/m3石灰砂浆: 17KN/m3 5.1楼面梁、板的设计 5.1.1楼面板的计算(按塑性理论计算) 5.1.1.1楼面结构平面图 见图1 5.1.1.2楼面板的计算 (1)确定板厚和次梁截面 h≥l/40=2000/40=50mm,取h=80mm 次梁高度h=l/20~l/12=300~500mm,取h=450mm 次梁宽b=1/3h~1/2h=150~225.5,取b=200mm (2)板荷载计算 20厚水泥砂浆20×0.02=0.4KN/m2 80厚钢筋混凝土楼板0.08×25=2KN/m2 15厚石灰砂浆天棚0.015×17=0.255KN/m2 恒荷载设计值g=1.2×(0.4+2+0.255)=3.186KN/m2 活荷载设计值q=1.4×2=2.8KN/m2 荷载g+q=3.186+2.8=5.986KN/m2 q/g=3.18/2.8=1.38<3 (3)计算简图 取板宽b=1000mm作为计算单元,由板和次梁尺寸可得板的计算简图(见图2、3,实际7跨,可按5跨计算)。 其中中间跨的计算跨度l0=ln=1800mm, 边跨的计算跨度l0=ln+h/2=1780+80÷2=1820mm,DE跨得计算跨度l0=1900mm,边跨与中间跨的计算跨度相差(1.82-1.80)÷1.8×100%=1.1%<10% DE跨与临跨的计算跨度相差(1.90-1.80)÷1.8×100%=5.6%<10% 故可以按照等跨连续板计算内力。 图2: 图3: (4)弯矩及配筋计算 板的保护层厚度C=15mm,取板的 =20mm,板的截面有效高度h0=h-20=60mm,采用HRB235级钢筋fy=210N/m2、 =0.614,由于此楼板不存在四周与梁整浇的板,故不需要对中跨板跨中截面和中间支座截面的弯矩进行折减。 列表计算如下: 5-1-1-2楼面板的弯矩及配筋计算 截面 1 B 2 C D 4 弯矩系数α +1/11 -1/11 +1/16 -1/14 -1/14 +1/16 M=α(g+q)l02 (KN/m2) 5.986×1.822/11=1.8 -5.986×1.822/11=-1.8 5.986×1.82/16=1.76 -5.986×1.822/(-14)=-1.39 -5.986×1.92/(-14)=1.54 5.986×1.92/16=1.35 ξ= 0.054 -0.054 0.052 -0.041 -0.046 0.040 As=ξfcbh0/fy(mm2) 148.1 148.1 143 112.5 126 110 选用钢筋 Φ6@150 Φ6@150 Φ6@150 Φ6@150 Φ6@150 Φ6@150 实际钢筋面积(mm2) 188.4 188.4 188.4 188.4 188.4 188.4 5.1.2楼面次梁的设计(按塑性理论计算) 5.1.2.1计算简图的确定 (1)荷载(取梁左右各一半板宽) 板传来的荷载3.186×2=6.372KN/m 次梁自重1.2×25×0.2×(0.45-0.08)=2.22KN/m 次梁粉刷1.2×17×0.015×(0.45-0.08)×2=0.23KN/m 恒荷载g=8.822KN/m 活荷载q=1.4×2×2=5.6KN/m g+q=14.422KN/m q/g=5.6/8.822<3 (2)墙体截面尺寸选择 内墙截面尺寸选为h=240mm,外墙截面尺寸h=700mm。 (3)计算简图 根据平面布置及墙体截面尺寸,得出次梁的计算简图(见图4、5), 中间跨度的计算跨度l0=ln=6000-120-120=5760mm, 边跨的计算跨度l0=ln+a/2=5760+250/2=5885<1.025×ln=5904mm, 边跨与中间跨计算跨度相差(5.885-5.760)÷5.760×100%=2.17%<10%,故可按等跨连续梁计算 图4: 图5: 5.1.2.2内力及配筋计算 (1)正截面承载力计算 次梁跨中截面按T形截面计算,翼缘计算宽度按规定有: ≤l0/3=5760/3=1920mm ≤b+ =200+1800=2000mm 取h0=450-35=415mm,hf‘/h0=80/415=0.193>0.1,故取bf‘=1920mm,且 fcbf‘hf‘(h0-hf’/2)=9.6×1920×80×(415-80/2)=552.96KN.m,以此作为判断T形截面类别的依据。 次梁支座截面按b×h=200×415mm2的矩形截面计算,并取h0=565mm,支座截面应满足ξ≤0.35,以下计算过程列表进行,次梁受力纵筋HRB335级。 5-1-2-2-1次梁正截面受弯承载力计算 截面位置 1 B 2 C 弯矩系数αm +1/11 -1/11 +1/16 -1/14 M=αm(g+q)l02(KN.m) 14.422×5.8852/11=45.41 -14.422×5.8852/11=-45.41 14.422×5.762/16=29.91 -14.422×5.762/14=34.18 截面类型及截面 尺寸 一类T形 b×h=1920×450 矩形 b×h=200×450 一类T形 b×h=1920×450 矩形 b×h=200×450 ξ= 0.0144 0.148 0.0095 0.109 As=ξfcbh0/fy(mm2) 524.5 561 346 414 选用钢筋 1ϕ14+2ϕ16 2ϕ18+1ϕ14 3ϕ14 3ϕ14 实际钢筋截面面积(mm2) 556 663 462 462 (2)斜截面受剪承载力计算 1力设计值 5-1-2-2-1剪力设计值计算表 截面 A B左 B右 C 剪力系数αv 0.45 0.6 0.55 0.55 V=αv(g+q)ln(KN) 0.45×14.422×5.76=37.38 0.6×14.422×5.76=49.84 0.55×14.422×5.76=45.69 0.55×14.422×5.76=45.69 ②截面尺寸校核 hw/b=415/200=2.075<4 0.25fcbh0=0.25×9.6×200×415=199.2KN>V 故截面尺寸满足要求 ③箍筋设计 5-1-2-3-3箍筋设计表 截面 A B左 B右 C V(KN) 37.38 49.84 45.69 45.69 0.7ftbh0(N) 63910 63910 63910 63910 Ftbh0(N) 91300 91300 91300 91300 箍筋肢数、直径 2ϕ6 2ϕ6 2ϕ6 2ϕ6 Asv/s=0.24ftb/fyv V<0.7ftbh0 V<0.7ftbh0 V<0.7ftbh0 V<0.7ftbh0 直需按构造要求配置箍筋间距为s=250mm 注: smax=350mm 5.2屋面梁、板的设计 5.2.1屋面板的计算(按塑性理论计算) 5.2.1.1屋面结构平面图 见图6: 5.2.1.2屋面板的计算 (1)确定板厚和次梁截面 h≥l/40=2000/40=50mm,取h=100mm 次梁高度h=l/20~l/12=300~500mm,取h=450mm 次梁宽b=1/3h~1/2h=150~225.5,取b=200mm (2)板荷载计算 沥青卷材防水屋面3.61KN/m2 80厚聚苯乙烯泡沫塑料保温板0.5×0.08=0.04KN/m2 20厚水泥砂浆找平层20×0.02=0.4KN/m2 100厚板自重25×0.1=2.5KN/m2 15厚石灰砂浆粉刷天棚(17×0.015)0.015×17=0.255KN/m2 恒荷载设计值g=1.2×(3.61+2.5+0.255+0.04+0.4)=8.166KN/m2 活荷载设计值q=1.4×2=2.8KN/m2 荷载g+q=8.166+2.8=10.966KN/m2 q/g=2.8/8.166=0.34<3 (3)计算简图 取板宽b=1000mm作为计算单元,由板和次梁尺寸可得板的计算简图(见图: 7、8,实际7跨,可按5跨计算)。 其中中间跨的计算跨度l0=ln=1800mm, 边跨的计算跨度l0=ln+h/2=1780+100÷2=1830mm,DE跨得计算跨度l0=1900mm,边跨与中间跨的计算跨度相差(1.83-1.80)÷1.8×100%=1.7%<10% DE跨与临跨的计算跨度相差(1.90-1.80)÷1.8×100%=5.6%<10% 故可以按照等跨连续板计算内力。 图7: 图8: (4)弯矩及配筋计算 板的保护层厚度C=15mm,取板的 =20mm板的截面有效高度h0=h-20=80mm,采用HRB235级钢筋fy=210N/m2、 =0.614,由于此楼板不存在四周与梁整浇的板,故不需要对中跨板跨中截面和中间支座截面的弯矩进行折减。 列表计算如下: 5-2-1-2-1屋面板弯矩及配筋计算 截面 1 B 2 C D 4 弯矩系数α +1/11 -1/11 +1/16 -1/14 -1/14 +1/16 M=α(g+q)l02 (KN/m2) 10.966×1.832/11= 3.339 -10.966×1.832/11= -3.339 10.966×1.82/16= 2.221 -10.966×1.82/(-14)=-2.623 -10.966×1.92/(-14)=-2.828 10.966×1.92/16= 2.474 ξ= 0.056 -0.056 0.052 -0.044 -0.046 0,.040 As=ξfcbh0/fy(mm2) 205 205 143 161 126 110 选用钢筋 Φ8@200 Φ8@200 Φ8@200 Φ8@200 Φ8@200 Φ8@200 实际钢筋面积(mm2) 251 251 251 251 251 251 5.2.2屋面次梁的设计(按塑性理论计算) 5.2.2.1计算简图的确定 (1)荷载(取梁左右各一半板宽) 板传来的荷载8.166×2=16.332KN/m 次梁自重1.2×25×0.2×(0.45-0.1)=2.1KN/m 次梁粉刷1.2×17×0.015×(0.45-0.1)×2=0.2142KN/m 恒荷载g=18.646KN/m 活荷载q=1.4×2×2=5.6KN/m g+q=24.246KN/m q/g=5.6/18.646=0.3<3 (2)墙体截面尺寸选择 内墙截面尺寸选为h=240mm,外墙截面尺寸h=700mm。 根据平面布置及墙体截面尺寸,得出次梁的计算简图(见图9、10) 中间跨度的计算跨度l0=ln=6000-120-120=5760mm 边跨的计算跨度l0=ln+a/2=5760+250/2=5885<1.025×ln=5904mm, 边跨与中间跨计算跨度相差(5.885-5.760)÷5.760×100%=2.17%<10%,故可按等跨连续梁计算 图9: 图10: 5.2.2.2内力及配筋计算 (1)正截面承载力计算 次梁跨中截面按T形截面计算,翼缘计算宽度按规定有: ≤l0/3=5760/3=1920mm ≤b+ =200+1800=2000mm 取h0=450-35=415mm,hf‘/h0=80/415=0.193>0.1,故取bf‘=1920mm,且 fcbf‘hf‘(h0-hf’/2)=9.6×1920×80×(415-80/2)=552.96KN.m,以此作为判断T形截面类别的依据。 次梁支座截面按b×h=200×415mm2的矩形截面计算,并取h0=565mm,支座截面应满足ξ≤0.35,以下计算过程列表进行,次梁受力纵筋HRB335级。 5-2-2-2-1次梁正截面受弯承载力计算 截面位置 1 B 2 C 弯矩系数αm +1/11 -1/11 +1/16 -1/14 M=αm(g+q)l02(KN.m) 24.246×5.8852/11=76.34 -24.246×5.8852/11=-76.34 24.246×5.762/16=50.28 -24.246×5.762/14=57.46 截面类型及截面尺寸 一类T形 b×h=1920×450 矩形 b×h=200×450 一类T形 b×h=1920×450 矩形 b×h=200×450 ξ= 0.024 0.267 0.016 0.192 As=ξfcbh0/fy(mm2) 612 709 408 510 选用钢筋 1ϕ18+2ϕ16 2ϕ18+1ϕ16 3ϕ14 2ϕ16+1ϕ14 实际钢筋截面面积mm2 656.5 710 461 556 (2)斜截面受剪承载力计算 ①剪力设计值 5-2-2-2-2剪力设计值计算表 截面 A B左 B右 C 剪力系数αv 0.45 0.6 0.55 0.55 V=αv(g+q)ln(KN) 0.45×24.246×5.76=62.85 0.6×24.246×5.76=83.8 0.55×24.246×5.76=76.81 0.55×24.246×5.76=76.81 ②截面尺寸校核 hw/b=415/200=2.075<4 0.25fcbh0=0.25×9.6×200×415=199.2KN>V 故截面尺寸满足要求 ③箍筋设计 5-2-2-2-3箍筋设计表 截面 A B左 B右
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