教学楼框架结构设计(带详细计算书.).doc

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1、/目目 录录 摘 要 .3绪 论 .51 建筑设计理念及设计依据 .61.1 设计理念 .61.2 工程概况 .61.3 设计依据.72 建筑设计 .82.1 平面设计 .82.2 立面设计 .92.3 建筑剖面设计 .102.4 其它部分详细做法和说明 .103 截面尺寸初步估计 .123.1 柱截面设计.123.2 梁的截面设计.124 框架侧移刚度的计算 .134.1 横梁线刚度I B的计算 .134.2 柱线刚度I C的计算 .144.3 各层横向侧移刚度计算.145 竖向荷载及其内力计算 .165.1 计算单元的选择确定.165.2 竖向荷载统计.165.3 竖向荷载内力计算.185

2、.2 重力荷载代表值计算及荷载汇总 .296 水平荷载计算 .326.1 风荷载计算.326.2 地震荷载计算 .357 框架的内力组合.407.1 梁柱的内力组合 .407.2 柱端弯矩设计值的调整 .458 截面设计 .468.1 框架梁截面设计.468.2 框架柱截面设计.48/8.3 楼板设计 .549 楼梯计算 .579.1 示意图 .579.2 荷载计算 .5710 基础设计 .5910.1 荷载设计值.5910.2 A、D 柱独立基础的计算.5910.3 B、C 柱基础配筋.62毕业设计总结 .65致谢 .69/摘摘 要要根据教学楼设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质

3、资料，设计该框架结构教学楼。 按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。主要内容包括：设计资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结构平面布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、次梁截面设计配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计，基础设计等。其中附有风荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。关键词：框架、重力荷载代表值；现浇钢筋混凝土结构；内力组合；弯矩调幅。/AbstractA

4、ccording： to building design specifications and other relevant standards and design requirements and provide geological data, the design of the framework of the classroom building. After the first building in accordance with the structure and layout of the overall after the first local node design s

5、teps design. Main contents include : design, architectural design of the total shows that the construction of the plane, Facade, profile design specifications, , and other parts of the design; structural layout and schematic calculation of identification, load, stress, the combination of internal fo

6、rces, Main beam reinforcement design and calculation, frame-section design and reinforcement, meeting beam reinforcement design, floor and roof design, stair design, infrastructure design. Enclosing wind load under the framework moment, shear and axial bid; vertical and horizontal seismic loads unde

7、r the framework of the moment, shear and axial bid; Constant load and live load under the framework moment, shear and axial trying to internal forces and the combination of beam-column table. Key Words：frame, Gravity load charecter value , cast-in-place reinforced concrete structure , internal force

8、 make up , curved square amplitude modulation./绪论绪论毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本组毕业设计题目为郑州大学土木工程学院教学楼。在毕设前期，我温习了结构力学 、 钢筋混凝土设计 、 建筑结构抗震设计等书籍，并借阅了抗震规范 、 混凝土规范、 荷载规范等规范。在毕设中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。在毕设后期，主要进行设计手稿的电脑输入，并得到老师的审批和指正，使我圆满的完成了任务，在此表示衷心的感谢。

9、毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外文的翻译，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时，进一步了解了 Excel。在绘图时熟练掌握了AutoCAD、天正、探索者等绘图软件，以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，辅以一些计算软件的校正。由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。/1 建筑设计理念及设计依据建筑设计理念及设计依据1.1 设计理念设计理念教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。纵观教

10、学建筑的发展历史，无不体现 着人类文化、文明的历史进程和时代特征。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。随着时代的发展，办公楼的内容和形式都在不断发生变化。因此，我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细研究，经过一番思考，我认为本设计应该具有以下特点：（1）弹性。从设计、结构到服务功能都应做到开放性，以适应时空的变化。 （2）紧凑性。教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理。 （3）易接近性。从楼外到楼内，从入口到各个部门，要规划得合理，要设计一个良好的导引系统。 （4）可扩展性。在未来扩展时可灵活延伸，将损失减小到低程度。 （5）舒适性。在环境、通风

11、、温湿度、光线等方面要柔和、协调，尽量借用外部的自然环境。 （6）环境的稳定性。 （7）安全性。建筑安全防护措施做到不仅满足规范要求而且更加人性化。 （8）济性。把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人员控制在最低限度。在整个设计过程中，我本着“安全，适用，经济，美观”的原则，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架，并为以后的结构设计打下了良好的基础。1.2 工程概况工程概况本设计教学楼位于郑州市，用地 755 方米，红线范围为 50m20m。该地段地势平坦，环境较好，在选址和环境营造方面，注意自然景色的优美，也重学习环境各交通条件的因素，更强调人与自然环境

12、的协调统一，比较适合教学楼功能的充分利用。根据设计资料的规划要求，本教学楼建筑要求的主要功能有：门卫室，教师休息室，大教室，小教室，多媒体教室等。设计标高：室内外高差：450mm。墙身做法：墙身采用 250 厚的加气混凝土块。内粉刷为混合沙浆浆底，纸筋抹灰面，厚20mm, 内墙涮两度涂料,外墙贴砖。楼面做法：楼面（大理石楼面） ，100 厚现浇钢筋砼楼板，20 厚板底抹灰。屋面做法（上人屋面）：见建筑设计部分。门窗做法：塑钢窗和木门。地质资料：工程地质和水文地质建筑场地的地质钻孔资料如下表：/表 1 地质资料岩土名称土层厚度（m）层底高程（m）承载力特征值aka（Kpa）杂填土0.5-0.58

13、0粘土1.3-1.8280场地土的特征周期（卓越周期）为 0.30s，勘测时间，勘测范围内未见地下水。地震烈度：7 度，设计基本地震加速度为 0.1g，类场地，设计地震分组为第一组，抗震等级三级。基本风压：0 =0.40KN/m2雪压：0.30 KN/m2，地面粗糙度类别为 B 类。上人屋面活荷为 2.0KN/m2，走廊、楼梯活荷载为 2.5KN/m2，卫生间楼面活荷载为 2.0KN/ KN/m2，教室楼面活荷为 2.0KN/ KN/m2。1.3 设计依据设计依据(1) 郑州大学土木工程教学楼毕业设计（论文）任务书(2) 郑州大学土木工程教学楼毕业论文开题报告(3) 相关建筑设计规范/2 建筑

14、设计建筑设计2.1 平面设计平面设计该建筑物总长度为 42.4m，总宽度为 17.8m，共五层，总建筑面积为 3773.6m2,主体结构采用现浇钢筋混凝土框结构。图图 2-1 建筑平面图建筑平面图2.1.1 使用部分的平面设计使用部分的平面设计使用房间面积的大小，主要由房间内部活动的特点，使用人数的多少以及设备的因素决定的，本建筑物为教学楼，主要使用房间为教室，各主要房间的具体设置在下表一一列出，如下表：表 2-1 房间设置表序号房间名称数量单个面积1大教室2964.82小教室543.23教师休息室543.24门房110.85储藏室110.87洗手间543.2/2.1.2 门的宽度、数量和开启

15、方式门的宽度、数量和开启方式房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的，如果室内人数多于 50 人，或房间面积大于 60 m2时，按照防火要求至少要设两个门，分别设在两端，以保证安全疏散，在进出人流频繁的地方，应使用弹簧门。教室设置两扇 900 宽的门，门扇开向室外。为了在发生危险时便于疏散，正面大门采用两扇宽为 1.8m 的双扇门，走廊两端的采用 0.75m 的双扇门，均向外开。2.1.3 窗的大小和位置窗的大小和位置房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。采光方面，窗的大小直接影响到室内照明是否充足。各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上

16、精确细密的程度来确定的。通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的大小。教室采光面积比为 1/61/8，走廊和楼梯间大于 1/10。教室采光面积比为，在范围之内1.8 1.80.333.3 3.0楼梯间: 1.8 1.20.223.3 3.0均满足要求。2.1.4 辅助房间的平面设计辅助房间的平面设计通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少，先确定所需设备的个数，建筑物中公共服务的卫生间应设置前室，这样使得卫生间比较隐藏，又有利于改善通向卫生间的走廊或过厅的卫生条件。为了节省交通面积，并使管道集中，采用套间布置。在本设计中，每层大约有 400 人上课，按规范规定:

17、男卫生间：大便器 5 具/80 人，设 5 具；小便器 1 具/40 人，设 10 具；女卫生间：大便器 1 具/40 人，设 10 具；洗手盆 ：1 具/200 人 ，设 2 具。2.1.5 交通部分的平面设计交通部分的平面设计走廊的应符合人流通畅和建筑防火要求，通常单股人流的通行宽度约为 500600mm。由于走廊两侧设房间，走廊宽度采用 3000mm，根据建筑物的耐火等级为二级，层数五层，走廊通行人数为 60 人，防火要求最小宽度为 1m,符合要求。楼梯是房屋个层间的垂直交通部分，各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度，梯段的宽度通常不小

18、于 1100mm1200mm。2.2 立面设计立面设计结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件或/门窗作用有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。在本设计中，正立面中所有的窗尺寸都是一样的，给人以特别整齐的感觉！房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点，美观问题紧密地结合功能要求，同时，建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境，也是影响建筑物立面设计的重要因素。2.3 建筑剖面设计建筑剖面设计为防止室外雨水流入室内，并防止墙身受潮，将使内地坪提高到室外地坪 450mm。首层、标准层与顶层层高均为

19、3.3m。2.4 其它部分详细做法和说明其它部分详细做法和说明根据设计规范 ，采用如下设计(1). 基础（墙基）防潮层：在0.045 以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮,20 厚的 1：2 水泥砂浆掺 5避水浆，位置一般在0.045 标高处,适用于砖墙墙身。(2)地面：人造大理石板地面20 厚 1：2 水泥砂浆找平层100 厚 C30 混凝土100 厚素土夯实(3)楼面：人造大理石板地面20 厚 1：2 水泥砂浆找平层100 厚钢筋混凝土楼板20 厚底板抹灰(3)踢脚台度做法：釉面瓷砖踢脚台度5 厚釉面砖（白瓷砖）水泥擦缝5 厚 1：1 水泥细砂结合层12 厚 1：3 水泥砂浆打底(4)内墙面做

20、法： 水泥砂浆粉面：刷（喷）内墙涂料10 厚 1：2 水泥砂浆抹面15 厚 1：3 水泥砂浆打底(5)外墙面：用 15 厚 1：3 水泥沙浆找平，20060 高级无釉质瓷砖饰面。(6)a、五层上人屋面做法：小瓷砖面层/高聚物改性沥青防水层1:8 水泥砂浆找坡层20 厚 1：2 水泥砂浆找平层150 厚水泥蛭石保温层20 厚底板抹灰(7) 水泥台阶：花岗岩面层20 厚 1：25 水泥砂浆抹面压实抹光素水泥浆一道 70 厚 C15 号混凝土（厚度不包括踏步三角部分）台阶面向外坡 1%200 厚碎石或碎砖石灌 M2.5 号混合砂浆素土夯实（坡度按工程设计）(8)散水做法： 20 厚 1：2 水泥砂浆

21、抹面、压实抹光60 厚 C15 混凝土素土夯实向外坡 4%备注：散水宽度应在施工图中注明每隔 6m 留伸缩缝一道，墙身与散水设 10 宽，沥青砂浆嵌缝。宽 600900mm坡度 35% (9)主体为现浇钢筋混凝土框架结构，楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。整个设计过程中，在满足设计任务书提出的功能要求前提下，同时遵循“安全，适用，经济，美观”的 原则，结构布置合理，房间利用率比较高，适用性很强，同时又不失美观。/3 截面截面尺寸初步估计尺寸初步估计3.1 柱截面设计柱截面设计该结构选用 C30 的混凝土，选用二级钢筋 HRB335。214.3/cfN mm2300/yfN mm结构抗震等级为

22、三级，由公式(3-1)AfcN式中 取 0.8取 14.3103 kN/m2fcN=15A （其中 15 为面荷载）从而得到N=153（7.23.0）=230KN21 21可得A=0.101m2 =101000mm2nN fc3230 5 0.8 14.3 10 b=h=317mm.A取 b=h=400mm.3.2 梁的截面设计梁的截面设计梁的截面宽度 b: 框架梁取 300mm,楼面连系梁取 200mm。梁的截面高度 h 取值如下：框架梁： h1=（）L (3-2)81 121AB、CD 跨: h1=L=600mm 取 h1=600mm 1217200 12BC 跨：在 AB 和 CD 之间

23、，考虑到整体性，故也取 h1=600mm 连系梁： H2L h2=L=250mm,k121 1213000 12取 h2=400mm。综上可知，各梁的截面如下：框架梁： b1h1=300mm6000mm（AB 跨、BC 跨、CD 跨） 连楼面系梁： b3h3=200mm400mm/4 框架侧移刚度的计算框架侧移刚度的计算根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正：边框架梁 =1.5 I0I中框架梁 =2I0I取结构图中 5 号轴线的一榀框架进行计算图 41 框架示意图4.1 横梁线刚度横梁线刚度 i b的计算的计算表 41 横梁线刚度 ib计算表类别Ec (N/mm2)b (mm)h (

24、mm)I0 (mm4)l (mm)EcI0/l (kNm)1.5EcI0/l (kN m)2EcI0/l (kNm)AB、CD跨3.0 1043006005.4 10972002.25 10104.5 1010BC 跨3.0 1043004001.6 10930001.6 10103.2 1010/4.2 柱线刚度柱线刚度 i c的计算的计算表 42 柱线刚度 ic计算表层次Ec (N/mm2)b （mm）h （mm）hc （mm）Ic （mm4）EcIo/l （kNm）13.0 10440040045002.1 1091.4 1010243.0 10440040033002.1 1091.9

25、 1010图图 4 42 2 线刚度示意图线刚度示意图4.3 各层横向侧移刚度计算各层横向侧移刚度计算 4.3.1 底层底层A、D 柱i=2.37 c=(0.5+i)/(2+i)=0.66 D11=c12ic/h2 =0.66121.91010/33002 =13818/B，C 柱i=(4.5+3.2)/1.9=6.18 c=(0.5+i)/(2+i)=0.82 D12=c12ic/h2=0.82121.91010/33002=17168 4.3.2 第二层第二层1，4 号柱i=4.52/（1.92）=2.37c=i/(2+i)=0.54 D21=c12ic/h2=0.54121.91010/

26、33002=113052，3 号柱i=4.52+3.22/（1.92）=4.05c=i/(2+i)=0.67 D22=c12ic/h2=0.67121.91010/33002=140284.3.3 三、四、五层三、四、五层三层，四层和五层的计算结果与二层相同D31=D34=11305 D32=D33=14028D41=D44=11305 D42=D43=14028D51=D54=11305 D52=D53=14028表 4-3 横向侧移刚度统计表层次12345Di（N/mm）6197215=9295805066615=759990759990759990759990/该框架为横向承重框架，不计

27、算纵向侧移刚度。D1/D2=929580/7599900.7，故该框架为规则框架。/5 竖向荷载及其内力计算竖向荷载及其内力计算5.1 计算单元的选择确定计算单元的选择确定图5 51 计算单元计算单元宽度为 7.2m， 4 轴线至 6 轴线间，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示。/5.2 竖向荷载竖向荷载统计统计5.2.1 屋面及楼面恒载屋面及楼面恒载屋面： 小瓷砖层： 0.55 kN/m2高聚物改性沥青防水层： 0.5 kN/m220 厚水泥砂浆找平： 0.0220=0.4 kN/m2 1:8 水泥砂浆找坡层: 1.44 kN/m2150 厚水泥蛭石保温层: 0.155=0.75

28、 kN/m2100 厚钢筋混凝土结构层: 0.125=2.5 kN/m220 厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m2kN/m248. 6楼面：12 厚人造大理石板面层 0.01228=0.336 kN/m2100 厚砼板： 0.1025=2.5 kN/m220 厚板底抹灰： 0.34 kN/m2kN/m567. 35.2.2 屋面及楼面活载屋面及楼面活载楼面活载： 教室： 2.0 kN/m2厕所： 2.0 kN/m2走廊、门厅、楼梯: 2.5 kN/m2屋面活载： 上人屋面: 2.0 kN/m2雪载： 本题目基本雪压：S0=0.3 kN/m2 ,屋面积雪分布系数r =1.0屋面水平投

29、影面积上的雪荷载标准值为：SK=r S0 =1.00.3=0.3 kN/m25.2.3 梁荷载标准值梁荷载标准值框架梁 b1h1=300600 mm2梁自重 0.3（0.60-0.1）25=3.75kN/m10 厚水泥石灰膏砂浆 0.01（0.6-0.1）214=0.14 kN/m kN/m 3.89纵向连系梁 b2h2=200400 mm2梁自重 0.2（0.4-0.1）25=1.50 kN/m10 厚水泥石灰膏砂浆 0.01（0.4-0.1）214=0.084 kN/m /kN/m 1.585 .2.4 墙荷载标准值墙荷载标准值外： 250mm 厚加气混凝土砌块 0.25 7 =1.75

30、kN/m220 厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m26 厚外墙贴面砖 0.00619.8 =0.1188 kN/m2kN/m22.21内： 250mm 厚加气混凝土砌块 0.25 7 =1.75 kN/m220 厚底板抹灰： 0.0217=0.34 kN/m20 厚水泥粉刷墙面 0.0217=0.34 kN/m2kN/m22.43女儿墙：6 厚水泥砂浆罩面 0.00620=0.12 kN/m212 水泥砂浆打底 0.01220=0.24 kN/m2240 粘土空心砖 0.2411=2.64 kN/m26 厚外墙贴砖 0.00619.8 =0.119 kN/m2kN/m2119. 3

31、门,窗及楼梯间荷载门窗荷载标准值：塑钢玻璃窗单位面积取 0.4 KN/m2 ，木门取 0.2 KN/m2塑钢玻璃门取 0.40KN/m2。楼梯荷载标准值：楼梯底板厚取为 100，平台梁截面尺寸为 200400楼梯板自重 0.5（0. 0740.150.074）0.3250.3=3.73KN/m2人造理石面层 （0.30.15）0.3360.3=0.504 KN/m2板底 20 厚纸筋抹灰 0.340.02120.3=0.36 KN/m2合 计 4.594 KN/m2平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上，计算长度取 l=3300300=3000 ，其自重=0.30.23.025=4.5KN，/5.3

32、 竖向荷载内力计算竖向荷载内力计算图 52 荷载示意图 5.3.1 恒载作用下柱的内力计算恒载作用下柱的内力计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：图 5-3 恒荷载作用下的荷载分布图对于第 5 层，q1表横梁自重，为均布荷载形式。q1 =3.89KN/m/q2分别上人屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=6.483.0=19.44KN/mP1 、P2分别由边纵梁、中纵梁、边纵梁直接传给柱的恒载，PE是由纵向次梁直接传给横向主梁的恒载，它们包括主梁自重、次梁自重、楼板重、及女儿墙等重力荷载，计算如下：P1 = (1.51.51/2)23.567+1.583.0+3.1193.0

33、1.4=25.87 P2 =(1.51.51/2)43.567 +1.583.0=20.79 KN集中力矩 M1=PBeB=25.87（0.4-0.2）/2=2.59 KNmM2=PDeD=20.79（0.4-0.2）/2=2.08 KNm对于 1-4 层，q1是包括梁自重和其上部墙重,为均布荷载，其它荷载的计算方法同第 5 层。q1 =3.89KN/mq2、q2和 q2，分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2，=3.5673.0=10.70 KN/m外纵墙线密度（3.02.9-1.81.8）2.21+1.81.80.4/3.0=4.45 KN/m内纵墙线密度（3.02.9）

34、2.43/3.0=7.05 KN/mP1= P4= (1.51.51/2)23.567+1.583.0+4.453.0=26.12 P2 = P3 =(1.51.51/2)43.567 +1.583.0+7.053.0=41.94 KN集中力矩 M1=PBeB=26.12（0.4-0.2）/2=2.61 KNmM2=PDeD=41.94（0.4-0.2）/2=4.19 KNm5.3.2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算恒荷载作用下梁的固端弯矩计算等效于均布荷载与梯形、三角形荷载的叠加。 梯形：q =（1-2+）q2 本设计中 AB,CD 跨 =1.5/7.2=0.21 q =0.92q2三角形：q

35、 =0.625 q2，对于第 5 层，AB,CD 跨梁： q=0.9219.44+3.89=21.77KN/m BC 跨：q=0.62519.44+3.89=16.04KN/m AB,CD 跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12=21.777.22/12/=94.05 （KN.m）BC 跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12=21.773.02/12=16.33 （KN.m）对于第 1-4 层，AB,CD 跨梁： q=0.9210.70+3.89=13.73KN/m BC 跨：q，=0.62510.70+3.89=10.58KN/mAB,CD 跨梁端弯矩：-MBD= MD

36、B=ql2BD/12=13.737.22/12=59.31 （KN.m）BC 跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12=10.583.02/12=7.94 （KN.m）5.3.3 恒载作用下框架的弯矩计算恒载作用下框架的弯矩计算分配系数的计算: iiSiS其中为转动刚度iS采用分成法计算时，假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入。因此，除底层外，其余 各层的线刚度应乘以 0.9 的修正系数，其传递系数由 0.5 改为 0.33。/图图 5-4 恒载作用下弯矩分配图恒载作用下弯矩分配图/图图 5-5 恒载弯矩图恒载弯矩图/5.4.4 活载作用下柱的内力计算活载作用下柱的内力计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示：图 5-6 活荷载作用下的荷载分布图对于第 5 层，q1=2.03.0=6.0 KN/m P1 = (1.51.51/2)22.0+1.583