土木工程毕业设计计算书

学号:

毕业设计(论文)

题目: 岳阳南正街商场(7000m2)

作者届别 2012届系别土木建筑工程学院专业土木工程指导教师肖四喜职称副教授完成时间2012年5月21日

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2 摘要：本建筑为岳阳南正街某商场，为4层框架结构,首层层高4.8米，其余层层高4.2米，建筑总高17.4米。总建筑面积7000平方米。本建筑从平面布局的合理性，到工作人员、购物者和货物的分流，到采光、通风及保温的设计，都充分体现了以人为本的设计理念。本建筑采用框架双向承重，结构计算考虑了风荷载及抗震要求，对竖向荷载作用下的内力进行调幅，分别考虑恒载和活载由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的组合。

本计算书包括了整个设计的计算过程及相关的说明。其中主要有结构布置、结构选型、一榀框架的完整计算：包括荷载计算、内力计算、内力组合、截面设计及配筋计算。此外，还有柱下基础、楼梯、现浇板等构件的设计。

关键词：商场框架结构抗震设计

Summary :This building is supeimaket of yueyang, and frame of 4 storeys structure, Layer upon layer height 4.2 meters, key bed building store height 4.8 meters, construction overall height 17.4meters.With the whole construction area of 7000 square meters.This building is from the rationality of the plane figure, to the distributary of staff member, buyer and books, get daylighting, ventilate and design that keep warm, fully reflect the design idea of People First. This building adopt the two-way bearing of frame. This building of structure has calculated and considered the wind loads and antidetonation is required, consider structure plasticity favorable influence that internal force distribute again, load to verticality internal force of function carry on amplitude modulation, consider permanent year and live by variable to load the association that the effect controls and loaded the association that the effect controlled for ever year separately. This thesis includes all the calculations of the design process and related elucidations. Among them, primarily there are the arrangement of structure, the selection of structure type, a complete calculation of one part of the frame (includes the calculation of load and force, combination of forces, design of section and calculation of reinforcement).Besides, there are design of column foundation, stairs, pored concrete slab and concrete awning etc.

Key word: supermaket Frame structure Antidetonation

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目录

1.1 设计资料 (5)

1.2 结构选型 (5)

1.3 框架计算简图及梁柱线刚度 (6)

1.3.1 确定框架计算简图 (6)

1.3.2 梁柱尺寸估算 (7)

1.4 荷载计算 (8)

1.4.1 恒载标准值计算 (8)

1.4.2 活荷载标准值计算 (10)

1.4.3 竖向荷载下框架受荷总图 (10)

1.4.4 风荷载计算 (14)

1.4.5 水平地震作用计算 (15)

1.5 内力计算 (20)

1.5.1 恒荷载标准值作用下框架的内力计算 (20)

1.5.2 活荷载标准值作用下框架的内力计算 (24)

1.5.3 框架在风荷载标准值作用下的内力计算 (28)

1.6 内力组合 (38)

1.6.1 结构抗震等级 (38)

1.6.2 框架梁内力组合 (38)

1.6.3 框架柱内力组合 (40)

截面设计与配筋计算 (63)

1.7.1 框架梁 (63)

1.7.2 梁斜截面受剪承载力计算 (64)

1.7.3 框架柱 (64)

1.7.4 柱斜截面受剪承载力计算 (66)

1.8 板的设计 (69)

1.8.1 屋面板 (69)

1.8.2 四层仓库楼面板 (71)

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1.8.3 二、三层营业厅楼面板 (73)

1.9 基础设计 (75)

1.9.1 地质资料： (75)

1.9.2 基础底面尺寸的确定 (76)

1.9.3 基底净反力设计值计算 (76)

1.9.4 配筋计算 (78)

1.9.5 基础的配筋图 (78)

1.10 楼梯设计 (80)

1.10.1 设计参数 (80)

1.10.2 踏步设计 (80)

1.10.3 斜梁设计 (82)

1.10.4 平台板设计 (83)

1.10.5 平台梁设计 (84)

参考文献 (86)

致谢 (87)

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结构设计计算书

1.1 设计资料

1.工程名称：岳阳南正街商场框架结构。

2.建设名称：岳阳市

3.工程概况：建筑总高为17.4m, 共4层，首层高

4.80m，其余层4.2m,室内外高差0.45m。

4.气象条件：主导风向为西南风，基本风压0.55KN/㎡，基本雪压0.3KN/㎡.

5.工程地质条件：建筑场地类别为二类场地，地震设防烈度为7度。

6.材料选用

混凝土：采用C30

钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB400，其余采用热轧钢筋HPB235

墙体：均采用普通砖，其尺寸为240㎜×115㎜×53㎜，重度 =18KN/㎡

门窗：根据具体情况选用。

1.2 结构选型

1、结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

2、屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，高聚物质改性沥青卷材防水屋面，屋面

板厚100mm。

3、楼面结构：均采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚100㎜

4、楼面结构：采用钢筋混凝土梁式楼梯。

5、天沟：采用现浇天沟。

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- 6 6、电梯间：货梯采用单门的电梯，选用F-2000-2S45。采用剪力墙结构。

1.3 框架计算简图及梁柱线刚度

1.3.1 确定框架计算简图

取⑤轴上的一榀框架计算，底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地 质条件，室内外高差，定为-1.2m ，二层楼面标高为4.8m 故底层柱高为6.00m,其余 各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高）故均为4.2m ，由此可绘出框架计算简图 如图1所示。

图1 ：计算简图

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1.3.2 梁柱尺寸估算

(1)框架梁的最大跨度L=7200mm,取h=(1/8～1/12)L,初选取h=700mm,b=(1/2～1/3)h,初选 取b=300mm ；次梁h=(1/12～1/16)L ，b=(1/2～1/3)h ，初选取h=500mm ，b=250mm ；基础梁初选取h=400mm ，b=250mm.

(2)框架柱的最大高度H=4800mm,取b=h=(1/8~1/18)H,初选取b=h=500mm.

1.3.3 框架梁柱线刚度计算（对于中框架梁取I=2I0）

梁i =m KN L EI ??=?????=437104.70.77.03.012

12100.3 底柱i =447106.265.012

12100.3?=????=L EI kN m 中间柱i =447107.32.45.012

12100.3?=????=L EI kN m 令梁i ＝1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：

底柱i =35.0104.7106.244

=??

中间柱i =50.0104.7107.344

=??

框架梁柱的相对线刚度如图1所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。

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1.4 荷载计算

1.4.1恒载标准值计算

⑴屋面(不上人）

防水层（刚性）： 40厚C20细石混凝土防水 1.0kN/m2

防水层（柔性）：三毡四油铺小石子 0.4kN/m2

找平层： 15厚水泥砂浆 0.015×20＝0.30 kN/m2

找坡层： 40厚水泥石灰焦渣0.3％找平 0.04×14＝0.56 kN/m2

保温层： 80厚矿渣水泥 0.08×14.5＝1.16 kN/m2

结构层： 80厚现浇混凝土板 0.08×25＝2.00 kN/m2

抹灰层： 10厚水泥砂浆 0.01×17＝0.17 kN/m2 合计： 5.59 kN/m2

⑵各层楼面

大理石面层：（标准做法） 1.16 kN/m2

结构层：80厚现浇混凝土板 0.08×25＝2.00 kN/m2

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01×17＝0.17 kN/m2 合计： 3.33 kN/m2

⑶梁自重

①750mm×300mm自重： 25×0.3×（0.7－0.1）＝4.5 kN/m

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01×（0.6×2+0.3）×17＝0.26 kN/m 合计： 4.76 kN/m

②500mm×250mm自重： 25×0.25×（0.5－0.1）＝2.5kN/m

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01×（0.4×2+0.25）×17＝0.18 kN/m 合计： 2.68 kN/m 400mm×250mm自重： 25×0.25×0.4＝2.5kN/m

⑷柱自重

b×h＝500mm×500mm自重： 25×0.5×0.5＝6.25 kN/m

抹灰层：10厚混合砂浆 0.01×0.5×4×17＝0.34 kN/m 合计： 6.59 kN/m

⑸外墙自重

①顶层：

砌体墙： 0.24×18×（4.2－1.5－0.8）＝8.21 kN/m 窗间墙： 0.24×18×1.5＝6.48 kN/m

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水刷石外墙面： 0.75 kN/m

水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m

铝合金窗 0.95 kN/m ○A轴：（0.75+0.54+8.21）×（7.2-0.5）+（0.75+0.54+6.48）×3.1+0.95×1.8×2=91.16kN

○F轴：（0.75+0.54+8.21）×（7.2-0.5）+（0.75+0.54+6.48）×（5.4-0.5）+0.95×1.8=103.43kN

②2～3层：

○A轴

玻璃幕墙 1.5×（4.2-0.7-0.1）＝5.1 kN/m

○F轴

砌体墙 0.24×18×（4.2-0.7-0.1）＝14.69 kN/m

水刷石外墙面： 0.75 kN/m

水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 15.98 kN/m

③底层：

○A轴

玻璃幕墙 1.5×（4.8-0.8）＝6.0 kN/m

○F轴

砌体墙 0.24×18×（4.8-0.8）＝17.28kN/m

水刷石外墙面： 0.75 kN/m

水泥粉刷内墙面： 0.54 kN/m 合计： 18.57 kN/m

⑹内纵墙自重

顶层

纵墙 0.24×18×（4.2-0.8）＝14.69 kN/m

水泥粉刷内墙面： 0.65 kN/m 合计： 15.34 kN/m

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1.4.2活荷载标准值计算

（1）、屋面及楼面活荷载标准值：

根据《荷载规范》查得：

不上人屋面： 0.5KN/m2

楼面：

营业厅： 3.5KN/m2

仓库： 5.0KN/m2

（2）、雪荷载：

k

S=1.0×0.30＝0.30KN/m2

屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。

1.4.3竖向荷载下框架受荷总图

（1）、板传至梁上的三角形或梯形荷载，为简化计算近似等效为均布荷载，荷载的传递示意图如图2 。

图2 板传荷载示意图

屋面板传荷载：

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- - 11 恒载：m KN m m KN /76.172)26.026.021(8.1/59.5322=?+?-?? 活载：m KN m m KN /58.12)26.026.021(8.1/5.0322=?+?-?? 顶层仓库楼面板传荷载：

恒载：m KN m m KN /55.102)26.026.021(8.1/33.3322=?+?-?? 活载： m KN m m KN /84.152)26.026.021(8.1/0.5322=?+?-?? 营业厅层楼面板传荷载：

恒载：m KN m m KN /55.102)26.026.021(8.1/33.3322=?+?-?? 活载： m KN m m KN /10.112)26.026.021(8.1/5.3322=?+?-?? 框架梁均布荷载：

屋面梁： 恒载=梁自重+板传荷载=4.76KN/m+17.76KN/m=22.52 KN/m 活载=板传活载=1.58 KN/m

顶层楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载=4.76KN/m+10.55KN/m=15.31 KN/m 活载=板传活载=15.84 KN/m

其他层楼面梁：恒载=梁自重=15.31 KN/m

活载=板传活载=11.10 KN/m

（2）、柱纵向集中荷载的计算

○1. ○A 、○F 轴

顶层柱：

图3 现浇天沟尺寸

女儿墙自重（做法：墙高600mm ，100mm 的混凝土压顶）：

m KN m KN m m m m m KN m KN m m /47.3/17)24.027.0(01.024.01.0/25/186.024.0333=?+??+??+?? 天沟自重：[]m KN m KN m m m m m /44.1/2508.0)08.03.0(08.05.03=??-+? 顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+主梁自重+次梁自重+板传荷载

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- - 12 KN

m m KN m m m m KN m m m KN m m m KN m m KN 55.2004/0.7/76.17)5.02.7(2858.1/59.5)3.00.7(/68.2)5.02.7(/76.42.7/91.42=?+-????+-

?+-?+?=

顶层柱活载=板传活载 KN

m m KN m m m m KN 3.104/0.7/58.1)5.02.7(28

58.1/5.02=?+-????= 第3层柱恒载=外纵墙自重+主梁自重+次梁自重+板传荷载 KN m m KN m m m KN m m m m KN m m m KN KN A 67.2094/0.7/55.10)5.02.7(/33.32858.1)3.00.7(/68.2)5.02.7(/76.416.912=?+-????+-?+-?+=轴柱恒载 KN m m KN m m m KN m m m m KN m m m KN KN F 94.2214/0.7/55.10)5.02.7(/33.32858.1)3.00.7(/68.2)5.02.7(/76.443.1032=?+-????+-?+-?+=轴柱恒载

第3柱活载=板传活载 KN

m m KN m m m m KN 1.1034/0.7/84.15)5.02.7(28

58.1/0.52=?+-????= 1、2层柱恒载=外纵墙自重+主梁自重+次梁自重+板传荷载 KN

m m KN m m m KN m m m m KN m m m KN m m m KN A 68.1524/0.7/55.10)5.02.7(/33.328

58.1)3.00.7(/68.2)

5.02.7(/7

6.4)5.02.7(/1.52=?+-????+-?+-?+-?=轴柱恒载 KN m m KN m m m KN m m m m m m KN m m m KN F 58.2254/0.7/55.10)5.02.7(/33.328

58.1)3.00.7(68.2)

5.02.7(/7

6.4)5.02.7(/98.152=?+-????+-?+-?+-?=轴柱恒载

基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重 KN

m m m KN m m m KN A 92.50)5.02.7(/5.2)5.02.7(/1.5=-?+-?轴：

KN m m m KN m m m KN F 82.123)5.02.7(/5.2)5.02.7(/98.15=-?+-?轴：

○

2、○B ～○E 轴 顶层柱恒载=主梁自重+次梁自重+板传荷载

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- - 13 KN

m m KN m m m m KN m m m KN m m m KN 55.2802/0.7/76.17)5.02.7(4858.1/59.5)

3.00.7(/68.2)5.02.7(/76.42=?+-????+-?+-?=

顶层柱活载=板传活载

KN m m KN m m m m KN 61.202/0.7/58.1)5.02.7(48

58.1/5.02=?+-????=

1、2层柱恒载=主梁自重+次梁自重+板传荷载 KN

m m KN m m m m KN m m m KN m m m KN 17.1872/0.7/55.10)5.02.7(4858.1/33.3)

3.00.7(/68.2)5.02.7(/76.42=?+-????+-?+-?=

1、2层柱活载=板传活载 KN m m KN m m m m KN 38.1442/0.7/1.11)5.02.7(4858.1/5.32=?+-????= 基础顶面恒载=基础梁自重KN m m m KN 75.16)5.02.7(/5.2=-?=

框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图4所示：

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图4 竖向受荷总图

1.4.4 风荷载计算

（1）、为简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁节点处的等效集中风荷载替代。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值： 2/)(0B h h w W j i S Z Z K +=μμβ

式中：w0 ＿基本风压w0=0.55KN/m2

Z μ＿风压高度变化系数，因建设地点位于市区，所以地面粗糙度为C 类。

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S μ＿风荷载体型系数，根据建筑物体型查得S μ=0.8-（-0.5）=1.3。

Z β＿风振系数，z

z

Z μξν?β+

=1 ，因总层高小于30m ，故均取0.1=Z β。 i h ＿下层柱高。 j h ＿上层柱高，对顶层柱为女儿墙高度的2倍。

B ＿迎风面的宽度，B=7.2m 。

计算过程见下表1：

表1 集中风荷载标准值

离地高度 Z/m z μ

z β

s μ

2

/m

KN ω

m

h i

m

h j

KN

W K

17.4 0.78 1.0 1.3 0.55 4.2 1.4 11.24 13.2 0.74 1.0 1.3 0.55 4.2 4.2 16.00 9.0 0.74 1.0 1.3 0.55 4.2 4.2 16.00 4.8

0.74

1.0

1.3

0.55

4.8

4.2

17.14

（2）、风荷载作用下的水平位移验算

根据风荷载作用下框架层间剪力和框架层间侧移刚度，由于底层框架刚度很大，且风荷载作用较小，故各层的相对侧移和绝对侧移计算过程从略，满足验算要求。

1.4.5 水平地震作用计算

由于结构高度不超过40m ，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水

平地震作用。

（1）重力荷载代表值计算

集中于各楼层标高处的重力荷载代表值i G ，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。可变荷载的组合系数根据查表取0.5 。根据竖向荷载总图求得i G ：

KN

G 71.2473)50.758.1461.2023.10(5.02/1668.2750.752.22455.280255.2004=??+?+??+??+??+?+?=

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- - 16 KN G 58.2880)50.784.1542.20621.103(5.06

68.2750.731.15217.187229094.22167.2093=??+?+??+?+??+?+?++=

KN

G 08.2384)50.71.11438.14422.72(5.06

68.2750.731.15417.18758.22568.1522=??+?+??+?+??+?++=KN G 08.2384)50.71.11438.14422.72(5.06

68.2750.731.15417.18758.22568.1521=??+?+??+?+??+?++=

图5 质点重力荷载代表值

（2）横向自振周期的计算： T1=0.33+0.000693/12B H =0.33+0.00069×3/12

354.17=0.394s

式中H —房屋主体结构的高度（m ），H=17.4m

B —房屋振动方向的长度（m ），在计算横向水平地震作用时，为房屋宽度35m ； 水平地震作用及楼层地震剪力的计算

(3) 结构总水平地震作用标准值

KN G G i eq ∑=++??==08.8604)71.247358.2880208.2384(85.085.0

该设计场地类别为II 类，查表可知特征周期g T =0.35s ，7度设防max α=0.08 ，则

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- - 17 α1=9.01???? ??T T g ·αmax=072.008.0394.035.09

.0=???? ?? Feq=α1·Geq=0.072×8604.08=619.49 KN

因为s T g 49.035.04.14.1=?=>1T =0.394s ，所以不需要考虑顶部附加水平地震作用。 各质点的水平地震作用 ∑==n j j

j i i EK i H G H G F F 1

， 1

n i k k V F ==∑ ，具体计算过程见下表2 。

表2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 H i /m G i /kN G i H i /kN ·m G i Hi/∑

G i Hi

F i /kN V i /kN

4 18.6 2473.71 46011.01 0.36

5 226.11 226.11 3 14.4 2880.58 41480.35 0.329 203.81 429.92 2 10.2 2384.08 24317.62 0.193 119.5

6 549.48 1 6.0 2384.08 14304.48 0.113 70.00 619.48

各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图见图6和图7。

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图6 水平地震作用分布图 图7 层间剪力分布图

（4）水平地震作用下的位移验算：

表3 横向2～4层D 值的计算

构件名称 i =c b

i i

2∑ c ?=i i +2 D=c ?i c

212

h （KN/m)

边柱2根 2/107.32/104.7244=????m KN m

KN 0.5 12585

中柱4根 4/107.32/104.7444=????m KN m

KN 0.67 16863

∑=?+?=m KN m KN m KN D /926222/125854/16863

表4 横向底层D 值的计算

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构件名称

i =

c

b

i i ∑

c ?=i

i

++25.0.

D=c ?i c

212

h

（KN/m) 边柱2根

85

.2/106.2/104.744=??m

KN m

KN 0.69

9344

中柱4根

69.5/106.2/104.724

4=???m

KN m

KN 0.81 10969

∑=?+?=m KN m KN m KN D /625642/93444/10969

水平地震作用下的框架结构的层间位移∑==

?S

j ij

i

i D

V u 1

，顶点位移∑=?=n

K K u u 1

)( ，各层的

层间弹性位移角θe=i u ?/i h 。

表5 横向水平地震作用下的位移验算 层次 V i /kN Di ∑

/(N/mm) i u ?/mm

i u /mm

i h /mm

θe=i u ?/i h 4 226.11 92622 2.44 23.63 4200 1/1721 3 429.92 92622 4.64 21.19 4200 1/905 2 549.48 92622 5.93 16.55 4200 1/708 1

619.48

62564

9.90

9.90

6000

1/606

由上表可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为1/606<1/550，满足要求。

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1.5 内力计算

为简化计算,考虑如下几种单荷情况：

（1）恒载作用；

（2）活荷载作用；

（3）风荷载作用（从左向右吹，或从右向左吹）

（4）水平地震作用（从左向右作用，或从右向左作用）。

1.5.1 恒荷载标准值作用下框架的内力计算

先计算节点各杆的弯矩分配系数以及在竖向荷载作用下各杆端的固端弯矩，由前述的刚度比可根据下式求得节点各杆端的弯矩分配系数，如图8 。 ∑==n i i

i Si

S 1

μ 根据公式212

1ql M ±

=计算梁的固端弯矩，如图8 。

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图8 恒载作用下的M图（单位：KN.m)

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