某7层教学楼毕业设计(含计算书、建筑结构设计图)

摘要本次毕业设计的目的是对大学四年以来所学的知识进行一次系统的复习和总结，以检验四年来对专业知识的掌握程度，同时能进一步巩固和系统化所学的知识，为今后的学习工作打下良好的基础。本设计为某教学楼。该工程的建筑面积约为6000，共7层，层高为3.9m，结构形式为钢筋混凝土框架结构，抗震要求为7度设防。设计内容包括建筑设计和结构设计，结构设计时取第③轴横向框架进行计算。本论文包括以下内容：一结构方案的确定。二荷载计算，包括恒载、活载、风荷载和地震作用。三横向框架内力计算、内力组合及截面设计。四现浇板，楼梯和基础的计算。五电算结果及分析。六结束语和参考文献。该设计具有以下特点：一在考虑建筑，结构要求的同时考虑了施工要求及可行性。二针对不同的荷载特点采用不同的计算方法，对所学知识进行了系统全面的复习。三框架计算中运用了理论公式计算又运用了当前工程设计中常用的近似计算方法。四利用电算对结果进行了校核，使计算结果更加令人信服。关键词：建筑设计结构设计钢筋混凝土框架结构荷载内力截面设计

AbstractThisarticleistoexplainadesignofa7-storey-teachingbuildinginXXshool.Thebuildingisreinforcedconcreteframestructure.Itis3.9metersofeverystoryandthetotalareaisabout6000squaremeters.Thethesisiswrittenforthewholeprocessofthecompletedesignprogram,includingthefollowingparts:Determinationofthestructure.ThecalculationofLoad,includingdeadload,liveload,windloadandearthquakeload.Interiorforcecalculationand,consitituteofthelateralframeandthecrosssectionsdesignofthecomponents.Thestructuraldesignoffoundation,stairandslabs.Theresultofcomputercalculation.Theendwordsandthereferences.Thethesisisofsomeowncharacters:Withtheconsiderationofarchitectureandstructurerequirements,italsoconsiderstheconstructionrequirementsandfeasibility.Itappliesdifferentmethodsofstructuralcalculation,aimingtodifferentloads.Itappliestheoriesformulationandpracticalformulationinthecalculationofcertainframework.Itoffersthemethodsofcompututationtochecktheresult.Keywords：architecturaldesignstructuraldesignreinforcedconcreteframestructureloadinteriorforcecrosssections’design目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II1工程概况 11.1工程概述 11.2结构设计依据 11.3材料选用 12建筑设计 22.1建筑平面设计 22.2建筑立面设计 22.3屋顶设计 23结构方案的选择及结构布置 33.1结构方案 33.2结构布置 33.3柱网尺寸及层高 33.4梁、柱截面尺寸的初步确定 43.5楼板选择 53.6结构横向框架的计算简图 54竖向荷载作用下的内力计算 64.1计算单元： 64.2恒荷载计算 64.3活荷载计算 104.4恒荷载作用下的内力计算 114.5活荷载作用下的内力计算 225横向荷载作用下的内力计算 315.1横向框架侧移刚度的计算 315.2重力荷载代表值的计算 355.3横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 415.4横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 506内力调整 566.1竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅 566.2框架梁内力折算至柱边 576.3柱的内力调整 607内力组合及截面设计 637.1内力组合 637.2截面设计 728楼板设计 868.1楼板类型及设计方法的选择： 868.2设计参数 868.3弯矩计算 878.4截面设计 909楼梯设计 939.1设计资料 939.2梯段板设计 939.3平台板设计 949.4平台梁的设计 9610基础设计 9810.1设计资料 9810.2基础的计算 9811电算校核与分析 109参考文献 118致谢 1191工程概况1.1工程概述建筑地点：武汉市建筑类型：七层教学楼，现浇框架填充墙结构。工程简介：场地面积为50×40m2左右，拟建建筑面积约6000m2。楼盖及屋盖均采用钢筋混凝土框架结构，现浇楼板厚度取为100mm，填充墙采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。基础采用柱下独立基础或桩基础。门窗使用：大门采用玻璃门，其它的为木门，一般门洞尺寸为1200mm2400mm，窗全部为铝合金窗，高为2400mm地质条件：经过地质勘探部门的确定，拟建场地土类型为中软场地土，II类建筑场地，地震设防烈度为7度。1.2结构设计依据建筑抗震设计规范GB50011－2001建筑地基基础设计规范GB50007－2002混凝土结构设计规范GB50010－2002建筑结构荷载规范GB50009－2001建筑结构制图标准GB/T50105－2001建筑制图标准GB/T50104－2001中小学建筑设计规范GBJ99－86建筑构、配件标准图集1.3材料选用1、柱：采用C30混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；2、梁：采用C30混凝土，主筋采用HRB400钢筋，箍筋采用HPB235钢筋；3、板：采用C30混凝土，钢筋采用HRB335；4、基础：采用C20混凝土，主筋采用HRB335钢筋，构造钢筋采用HPB235钢筋。2建筑设计2.1建筑平面设计建筑平面设计主要应考虑建筑物所处的环境及其功能要求，同时又要兼顾结构平面布置的规则和合理；此外，考虑到抗震设计的一些要求，建筑物应力求规则。因此，本次设计在平面上采用“一”字形、内廊式的平面布置。具体布置见建筑平面图。对该平面设计作如下说明：1、本设计柱网上采用4.2×7.2和4.2×3.0m。2、采用了内廊式结构布置。中间走道宽3.0m，以满足人流要求。同时设有两部楼梯，兼做消防楼梯。2.2建筑立面设计结合平面设计中框架柱的布置，立面上主要采用竖向划分，外观上显得大方、挺拔、气派；同时，考虑到框架结构的优点，柱间尽量多用窗少用墙，使窗与柱及窗间墙之间形成了有节奏的虚实对比，显得明快、活泼，同时也得到了良好的采光效果。大门设于正中间，使整个建筑物显得美观大方。大门设有左右两扇门，使整个大门显得大气；雨蓬的运用，和大门的设置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流导向的作用。2.3屋顶设计屋顶采用现浇混凝土结构平屋顶，屋顶设计为上人屋顶，檐口采用1.2m高女儿墙。屋顶还有一个突出的上人出口。1.排水构造：屋面排水采用保温层找坡，坡度取2%，设计为外排水。2.防水构造：采用不上人屋面，柔性防水综合使用。3.保温构造：采用120厚的水泥珍珠岩保温。

计算书配套CAD图纸在爱建筑网全套毕业设计尽在爱建筑网3结构方案的选择及结构布置3.1结构方案该教学楼主体结构采用钢筋混凝土现浇框架结构形式。框架结构抗震性能好，整体性好，建筑平面布置灵活，可以用隔断墙分割空间，以适应不同的使用功能的要求。正是基于这些优点，目前框架结构在办公楼、教学楼、商场、住宅等房屋建筑中广泛采用。3.2结构布置楼板的均布活载和恒载间接或直接传至框架梁，再由框架梁传至框架柱，最后传至地基。根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本教学楼框架的承重方案为横向框架承重方案这可使横向框架梁的截面高度大，增加框架的横向侧移刚度。建筑的三分之一处均设有楼梯，附近有两部电梯，以解决垂直交通问题。另外，结构布置完全对称，对结构设计有利，尤其对抗震有利。结构布置图见图2.1：图2.1框架结构平面布置图3.3柱网尺寸及层高本教学楼采用纵向柱距为4.2m横向边跨为7.2m，中跨为3m的内廊式框架，层高为3.9m。3.4梁、柱截面尺寸的初步确定3.4.1梁的截面尺寸的初步确定梁截面的高度：一般取为梁跨度的1/12～1/8。横向框架梁：边跨：取h=l/8~l/12=600~900mm，取为600mm，宽b为300mm。中跨：取h＝600mm，b＝300mm。纵向框架梁:取h=l/8~l/12=350~525mm，取为500mm，宽b为300mm。3.4.2柱的截面尺寸的初步确定框架柱的面积根据柱的轴压比确定：柱组合的轴压力设计值N=nβFgE注：n——楼层层数。β——柱轴压力增大系数。F——算柱的负载面积，本方案中边柱及中柱的负载面积分别为4.2×3.6m2和4.2×5.1m2。gE——建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取14kN/m2。2、柱的截面尺寸Ac≥N/（Nfc）注：N——轴压比限值，按三级抗震等级，查《抗震规范》可知取为0.9。fc——轴心抗压强度设计值，对C30，查得14.3N/mm2。对于边柱：N=nβFgE=7×1.3×4.2×3.6×14＝1926.29kNAc≥N/（Nfc）=1926.29×103/（14.3×0.9）＝149672mm对于中柱：N=nβFgE=7×1.25×4.2×5.1×14×＝2623.95kNAc≥N/（Nfc）=2623.95×103/（0.9×14.3）=203881mm2取柱子尺寸为：底层：b×h=500mm×550mm以上层：b×h=450mm×500mm3.5楼板选择板的厚度取l/40=4200/40=105mm，故本设计中所有楼板均采用现浇板，板厚均为100mm。3.6结构横向框架的计算简图本框架结构采用柱下独立基础，选粘土夹碎石层为地基持力层，基础顶面到室内地面1.50m。横向框架的计算简图见下图所示，取顶层柱的形心线作为轴线，2～7层柱的高度取为3.9m，底层柱的高度从基础顶面至楼板，h1=3.9+1.5=5.4m。图2.2横向框架计算简图4竖向荷载作用下的内力计算4.1计算单元：取③轴线处的横向框架为计算单元，计算单元的宽度为4.2m。直接传给该框架的楼面荷载如图中竖向阴影部分所示。由于纵向框架梁的中心线与柱子的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。图3.1计算单元及荷载传递图4.2恒荷载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3.2各层梁上作用的恒荷载4.2.1屋面框架梁线荷载标准值选用98ZJ001屋面12（上人屋面）屋面恒荷载标准值3.02kN/m2100厚现浇钢筋混凝土0.1×25=2.5kN/m2V型轻钢龙骨吊顶0.25kN/m2（二层9mm纸面石膏板、有厚50mm的岩棉板保温层）合计5.77kN/m2边跨框架梁自重0.3×0.6×25=4.5kN/m2梁外侧粉刷（0.6-0.1）×0.02×17=0.17kN/m2中跨框架梁自重0.3×0.6×25=4.5kN/m2对于第7层:q1和QUOTE代表横梁自重，为均布荷载形式。q1=0.3×0.6×25+（0.6-0.1）×0.02×17=4.67kN/m2QUOTE=0.3×0.6×25+（0.6-0.1）×0.02×17=4.67kN/m2q2和QUOTE分别为屋面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。q2=5.77×4.2=24.23kN/mQUOTE=5.77×3=17.31kN/m4.2.2屋面框架节点集中荷载标准值P1、P2分别由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括主梁自重、次梁自重、楼板重等重力荷载，计算如下：边柱纵向框架梁自重0.3×0.5×4.2×25=15.75kN外侧粉刷0.02×0.5×4.2=0.04kN1.2m高女儿墙自重1.2×4.2×0.2×5.5=5.54kN装饰4.2×1.2×0.5+4.2×（1.2+0.2）×0.02×17=4.52kN梁传来的屋面自重0.5×4.2×0.5×4.2×5.77=25.45kNP1=15.75+0.04+5.54+4.52+25.45=51.30kN中柱纵向框架梁自重0.3×0.5×4.2×25=15.75kN框架梁传来的屋面自重0.5×（42+4.2-3）×1.5×5.77=23.37kN0.5×4.2×0.5×4.2×5.77=25.45kNP2=15.75+23.37+25.45=64.57kN集中力矩:M1=P1e1=51.30×(0.5-0.3)/2=5.13kN·mM2=P2e2=64.57×(0.5-0.3)/2=6.46kN·m4.2.3二到六层线荷载标准值包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载，其荷载的计算方法同第7层。选用98ZJ001楼100.70kN/m2100厚现浇钢筋混凝土0.10×25=2.5kN/m2V型轻钢龙骨吊顶0.25kN/m2合计3.45kN/m2边跨框架梁及梁侧粉刷4.67kN/m2边跨填充墙自重0.25×(3.9-0.6)×5.5=4.54kN/m2内墙装饰(3.9-0.6)×2×0.02×17=2.24kN/m2中跨框架梁及梁侧粉刷4.67kN/m2q1=4.67+4.54+2.24=11.45kN/m2QUOTE=4.67kN/m2q2和QUOTE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=3.45×4.2=14.49kN/mQUOTE=3.45×3=10.35kN/m4.2.4二到六层框架节点集中荷载标准值边柱纵向框架梁自重15.75kN外侧粉刷0.04kN钢框玻璃窗自重3.0×2.4×0.4=2.88kN窗下墙体自重0.2×1.0×(4.2-0.45)×5.5=4.13kN装饰0.02×1.0×3.75×17+0.5×1.0×4.2=3.38kN窗间墙体自重(1.2-0.45)×(3.9-0.5-1.0)×0.2×5.5=1.98kN装饰(1.2-0.45)×(3.9-0.5-1.0)×0.02×17+1.2×2.4×0.5=2.05kN框架柱的自重0.45×0.50×3.9×25=21.94kN粉刷[(0.45+0.50)×2-0.2×2-0.2-0.45]×0.02×3.9×17=1.13kN纵向框架梁传来的楼面自重0.5×4.2×0.5×4.2×3.45=15.21kNP1=15.75+0.04+2.88+4.13+3.38+1.98+2.05+21.94+1.13+15.21=74.00kN中柱纵向框架梁自重15.75kN内纵墙自重(3.6-0.45)×(3.6-0.5)×0.2×5.5=10.74kN粉刷(3.6-0.45)×(3.6-0.5)×2×0.02×17=6.64kN扣除门洞重加上门重-2×2.4×1.2×(1.78-0.2)=-9.10kN框架柱自重21.94kN粉刷[(0.45+0.50)×2-0.2×2-0.2]×0.02×3.9×17=1.72kN纵向框架梁传来的屋面自重0.5×(4.2+4.2-3)×1.5×3.45=13.97kN0.5×4.2×0.5×4.2×3.45=15.21kNP2=15.75+10.74+6.64-9.10+21.94+1.72+13.97+15.21=76.87kN集中力矩M1=P1e1=74.00×(0.5-0.3)/2=7.40kN·mM2=P2e2=76.87×(0.5-0.3)/2=7.69kN·m4.2.5一层框架以下的荷载边柱纵向框架梁自重15.75kN钢框玻璃窗自重3.0×2.4×0.4=2.88kN窗下墙体自重0.2×1.0×(4.2-0.5)×5.5=4.07kN装饰0.02×1.0×3.7×17+0.5×1.0×4.2=3.36kN窗间墙体自重(1.2-0.5)×(3.9-0.5-1.0)×0.2×5.5=1.85kN装饰(1.2-0.45)×(3.9-0.5-1.0)×0.02×17+1.2×2.4×0.5=2.05kN框架柱的自重0.5×0.55×5.4×25=37.13kN粉刷[(0.5+0.55)×2-0.2×2-0.2-0.5]×0.02×5.4×17=1.84kNP1=15.75+2.88+4.07+3.36+1.85+2.05+37.13+1.84=68.89kN中柱纵向框架梁自重15.75kN内纵墙自重(4.2-0.45)×(3.9-0.5)×0.2×5.5=14.03kN粉刷(4.2-0.45)×(3.9-0.5)×2×0.02×17=8.67kN扣除门洞重加上门重-2×2.4×1.2×(1.78-0.2)=-9.10kN框架柱自重37.13kN粉刷[(0.5+0.55)×2-0.2×2-0.2]×0.02×5.4×17=2.75kNP2=15.75+14.03+8.67-9.10+37.13+2.75=69.23kN4.3活荷载计算图3.3各层梁上作用的活荷载4.3.1第7层上的活载计算q2=2.0×4.2=8.4kN/m2QUOTE=2.0×3.0=6.0kN/m2P1=0.5×4.2×0.5×4.2×2.0=8.82kN/m2P2=[0.5×(4.2+4.2-3.0)×1.5+0.25×4.2×4.2]×2.0=16.92kN/m2集中力矩:M1=P1e1=8.82×(0.5-0.3)/2=0.88kN·mM2=P2e2=16.92×(0.5-0.3)/2=1.69kN·m同理，在屋面雪荷载的作用下：q2=0.47×4.2=1.97kN/m2QUOTE=0.47×3.0=1.41kN/m2P1=0.5×4.2×0.5×4.2×0.47=2.07kN/m2P2=[0.5×(4.2+4.2-3.0)×1.5+0.25×4.2×4.2]×0.47=3.98kN/m2集中力矩:M1=P1e1=2.07×(0.5-0.3)/2=0.21kN·mM2=P2e2=3.98×(0.5-0.3)/2=0.40kN·m4.3.2第1-6层上的活载计算q2=2.0×4.2=8.4kN/m2QUOTE=2.5×3.0=7.5kN/m2P1=0.5×4.2×0.5×4.2×2.0=8.82kN/m2P2=0.5×(4.2+4.2-3.0)×1.5×2.5+0.25×4.2×4.2×2.0=18.95kN/m2集中力矩:M1=P1e1=8.82×(0.5-0.3)/2=0.88kN·mM2=P2e2=19.95×(0.5-0.3)/2=1.90kN·m将计算结果汇总如下两表：表3.1横向框架恒载汇总表层次q1(kN/m)QUOTE(kN/m)q2(kN/m)QUOTE(kN/m)P1(kN)P2(kN)M1(kN·m)M2(kN·m)74.674.6724.2317.3151.3064.575.136.461~611.454.6714.4910.3574.0076.877.407.69表3.2横向框架活载汇总表层次q2(kN/m)QUOTE(kN/m)P1(kN)P2(kN)M1(kN·m)M2(kN·m)78.406.08.8216.920.881.691~218.950.881.90注：表中括号内数值对应于屋面雪荷载作用情况。4.4恒荷载作用下的内力计算（用力矩二次分配法计算恒载作用下框架的弯矩）4.4.1杆的等效荷载计算将梯形或三角形分布荷载按固端弯矩等效的原则折算成均布荷载：图3.4竖向荷载等效梯形荷载折算公式：其中：；为梯形分布荷载的最大值。三角形荷载折算公式：其中：为三角形分布荷载的最大值。a、顶层边跨：b、顶层中跨：c、中间层边跨：d、中间层边跨：表3.3横向框架恒载的等效均布荷载层次q1(kN/m)QUOTE(kN/m)q2(kN/m)QUOTE(kN/m)qb(kN/m)qz(kN/m)74.674.6724.2317.3127.4415.491~611.454.6714.4910.3525.07杆的固端弯矩的计算由以上所求均布荷载，可按下式求各杆固端弯矩：两端固支：其中与意义见下图：一端固支，一端滑动固支：，其中与意义见下图：图3.5固端弯矩示意图图3.6固端弯矩示意图由此，可计算各个杆件固端弯矩，标绘于计算简图上。4.4.3分配系数经过观察，发现第③轴横向框架为对称结构，且受对称荷载的作用，所以可以取一半结构计算；要注意到，对称轴处简化为滑动支座，由此带来跨中梁线刚度增大一倍，且分配系数有所不同。分配系数计算公式：其中：为转动刚度，两端固支杆，一端固支，一端滑动固支杆n为该节点所连接的杆件数。线刚度的计算见下表：表3.4梁线刚度的计算跨度（m）EcI0I=2I0ib=EI/L7.23×1075.40×10-31.08×10-24.50×1043.03×1075.40×10-31.08×10-210.8×104表3.5柱线刚度的计算层次柱截面（mm×mm）高度（m）EcIiz=EI/L2~7450×5003.93×1074.69×10-33.61×1041500×5505.43×1076.93×10-33.85×104由此计算出各个杆件分配系数，标绘于计算简图上。然后利用力矩二次分配法计算第③轴框架杆端弯矩。注：图中单线条表示分配结束，虚线框内表示固端弯矩，双线条表示最终杆端弯矩。节点外弯矩以顺时针为正，逆时针为负，标绘于计算简图上。4.4.4计算过程图3.7弯矩二次分配法的计算过程

4.4.5跨中弯矩的计算跨中弯矩的计算如下计算：对于第七层的AB跨和BC跨：MAB=43.04kN·m(二次分配法的滑动端弯矩)同理，可计算出其他的跨中弯矩计算，结果见下表：表3.6恒荷载作用下的跨中弯矩层号AB跨BC跨7-87.3243.046-63.9023.735-66.2424.904-66.2424.903-66.2424.902-66.3024.471-70.1527.40恒荷载作用下的弯矩图如下所示：图3.8恒荷载作用下的弯矩图

4.4.6梁端剪力图3.9梁端剪力示意图下面以恒载作用下，第7层梁端剪力为例，说明计算过程第7层框架梁边跨AB的梁端弯矩为-71.68kN·m和109.30kN·m。根据公式。计算梁端剪力：第7层框架梁边跨BC的梁端弯矩为-60.46kN·m和60.46kN·m。根据公式。计算梁端剪力。同理可以计算出其它的梁端剪力，结果如下：

表3.7恒载作用下轴线处梁端剪力梁类型层号梁长（m）外荷载q（kN/m）固端弯矩（kN·m）杆端剪力（kN）左右左右边梁77.227.44-71.68109.3093.56-104.0167.225.07-92.69104.4288.62-91.8857.225.07-88.96103.4588.24-92.2647.225.07-88.96103.4588.24-92.2637.225.07-88.96103.4588.24-92.2627.225.07-88.84103.4188.23-92.2817.225.07-83.64100.9787.85-92.66中跨73.015.49-60.4660.4623.24-23.2463.011.14-36.2636.2616.71-16.7153.011.14-37.4337.4316.71-16.7143.011.14-37.4337.4316.71-16.7133.011.14-37.4337.4316.71-16.7123.011.14-37.4737.4716.71-16.7113.011.14-39.9339.9316.71-16.714.4.7柱的杆端剪力已知柱的两端弯矩，且柱高范围内无其他横向力。可以根据以下公式计算柱的杆端剪力：表3.8恒载作用下轴线处柱端剪力柱类型层号柱高（m）固端弯矩杆端剪力上下上下A轴柱73.966.5547.49-29.24-29.2463.937.7940.78-20.15-20.1553.940.7840.78-20.91-20.9143.940.7840.78-20.91-20.9133.940.7840.88-20.94-20.9423.940.5744.91-21.92-21.9215.431.3315.66-8.70-8.70B轴柱73.9-42.38-32.0819.0919.0963.9-28.38-29.1614.7514.7553.9-29.16-29.1614.9514.9543.9-29.16-29.1614.9514.9533.9-29.16-29.1914.9614.9623.9-29.06-30.8415.3615.3615.4-22.51-11.266.256.25恒荷载作用下的剪力图如下所示：图3.10恒荷载作用下的剪力图

4.4.8轴力计算根据配筋计算需要，只需求出柱的轴力即可，而不需求出梁轴力。以第七层框架柱边柱（A柱）的柱端剪力：柱顶轴力：上部结构传来的轴力：P1=51.30kN轴力：N=51.30+93.56=144.86kN柱底轴力：上部结构传来的轴力：P=51.30+21.94+1.13=74.37kN轴力：N=74.37+93.56=167.93kN第七层框架柱中柱（B柱）的柱端剪力：柱顶轴力：上部结构传来的轴力：P2=64.57kN柱顶轴力：N=64.57+104.01+23.24=191.82kN柱底轴力：上部结构传来的轴力：P=64.57+21.94+1.13=87.64kN柱底轴力:N=87.64+23.24+104.01=214.89kN其他层梁端剪力和柱轴力见下表：表3.9恒载作用下柱中轴力柱类型层号柱顶集中力（kN）邻梁剪力（kN）柱中轴力（kN）左梁右梁柱顶柱底A柱751.30093.56144.86167.93674.00088.62307.48353.62574.00088.24469.72538.93474.00088.24631.96724.24374.00088.24794.20909.55274.00088.23956.431094.85174.00087.851118.271325.58B柱764.57104.0123.24191.81214.88676.8791.8816.71377.28423.42576.8792.2616.71563.12632.33476.8792.2616.71748.96841.24376.8792.2616.71934.811050.16276.8792.2816.711120.661259.08176.8792.6616.711306.901514.55恒荷载作用下的轴力图如下所示：图3.11恒荷载作用下的轴力图

4.5活荷载作用下的内力计算4.5.1计算杆固端弯矩：将梯形或三角形分布荷载按固端弯矩等效的原则折算成均布荷载：梯形荷载折算公式：其中：；为梯形分布荷载的最大值。三角形荷载折算公式：其中：为三角形分布荷载的最大值。a、顶层边跨：b、顶层中跨：c、中间层边跨：d、中间层中跨：等效均布活荷载汇总于下表：表3.10横向框架活载的等效均布荷载层号q2q‘2qbqz78.46.07.183.751~84.694.5.2计算固端弯矩由以上所求均布荷载，可按下式求各杆固端弯矩：两段固支：其中与意义见下图：一端固支，一端滑动固支：，其中与意义见下图：图3.12固端弯矩示意图图3.13固端弯矩示意图由此，可计算各个杆件固端弯矩，标绘于计算简图上。4.5.3分配系数经过观察，发现第③轴横向框架为对称结构，且受对称荷载的作用，所以可以取一半结构计算；要注意到，对称轴处简化为滑动支座，由此带来跨中梁线刚度增大一倍，且分配系数有所不同。分配系数计算公式：其中：为转动刚度，两端固支杆，一端固支，一端滑动固支杆n为该节点所连接的杆件数。由此计算出各个杆件分配系数，标绘于计算简图上。然后利用力矩二次分配法计算第③轴框架杆端弯矩。注：图中单线条表示分配结束，虚线框内表示固端弯矩，双线条表示最终杆端弯矩。节点外弯矩以顺时针为正，逆时针为负，标绘于计算简图上。4.5.4计算过程图3.14弯矩二次分配法计算过程

4.5.5跨中弯矩的计算方法同恒荷载作用下的跨中弯矩计算。表3.11活荷载作用下的跨中弯矩层号AB跨CD跨7-22.7811.466-18.496.175-19.006.444-19.006.443-19.006.442-19.026.451-20.147.13活荷载作用下的弯矩图如下图所示：图3.15活荷载作用下的弯矩图

4.5.6梁端剪力计算方法与荷载的相同。表3.12活载作用下轴线处梁端剪力梁类型层号梁长（m）外荷载q固端弯矩杆端剪力（kN）左右左右边梁77.27.18-18.8428.6624.48-27.2167.27.18-25.8830.1925.25-26.4557.27.18-25.0829.9725.17-26.5347.27.18-25.0829.9725.17-26.5337.27.18-25.0829.9725.17-26.5327.27.18-25.0529.9625.17-26.5317.27.18-23.4929.2825.04-26.65中跨73.03.75-15.6715.675.63-5.6363.04.69-11.4511.457.04-7.0453.04.69-11.7111.717.04-7.0443.04.69-11.7111.717.04-7.0433.04.69-11.7111.717.04-7.0423.04.69-11.7311.737.04-7.0413.04.69-12.4012.407.04-7.044.5.7柱的杆端剪力方法同恒荷载作用下的计算。表3.13活载作用下轴线处柱端剪力柱类型层号柱高（m）固端弯矩杆端剪力上下上下A轴柱73.917.9613.53-8.07-8.0763.911.4712.10-6.04-6.0453.912.1012.10-6.21-6.2143.912.1012.10-6.21-6.2133.912.1012.13-6.21-6.2123.912.0413.34-6.51-6.5115.49.284.64-2.58-2.58B轴柱73.9-11.30-8.845.165.1663.9-8.00-8.184.154.1553.9-8.18-8.184.194.1943.9-8.18-8.184.194.1933.9-8.18-8.194.204.2023.9-8.15-8.644.314.3115.4-6.34-3.171.761.76活荷载作用下的剪力图如下图所示：图3.16活荷载作用下的剪力图

4.5.8轴力计算计算方法同恒荷载，没有柱子的轴力，柱中轴力沿柱子不变。表3.14活载作用下柱中轴力柱类型层号柱顶集中力（kN）邻梁剪力（kN）柱中轴力（kN）左梁右梁A柱78.82024.4833.3068.22025.2566.7758.22025.17100.1648.22025.17133.5538.22025.17166.9428.22025.17200.3218.22025.04233.59B柱716.9227.215.6349.76618.9526.457.04102.19518.9526.537.04154.70418.9526.537.04207.21318.9526.537.04259.73218.9526.537.04312.24118.9526.657.04364.88活荷载作用下的轴力图如下所示：图3.17活荷载作用下柱的轴力图5横向荷载作用下的内力计算5.1横向框架侧移刚度的计算5.1.1横梁线刚度ib的计算表4.1横梁线刚度类别Ec（104N/mm2）b×h(mm×mm)I0(109mm4)l(mm)EcI0/l(1010N·mm）1.5EcI0/l(1010N·mm）2EcI0/l(1010N·mm）边跨3.0300×6005.4072002.253.3754.50中跨3.0300×6005.4030005.408.1010.805.1.2柱线刚度ic的计算表4.2柱的线刚度层次hc(mm)Ec（104N/mm2）b×h(mm×mm)Ic(109mm4)EcIc/hc(1010N·mm）154003.0500×5506.933.852~639003.0450×5004.693.615.1.3柱的侧移刚度的计算1、中框架柱侧移刚度计算边柱:底层αc=(0.5+K)/(2+K)=0.257D=αc×12×ic/h2=0.257×12×3.85×1010/54002=8350N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.384D=αc×12×ic/h2=0.384×12×3.61×1010/39002=10936N/mm中柱:底层αc=(0.5+K)/(2+K)=0.749D=αc×12×ic/h2=0.749×12×3.85×1010/54002=11865N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.679D=αc×12×ic/h2=0.679×12×3.61×1010/39002=19350N/mm图4.1中框架柱的侧移刚度计算简图2、边框架柱侧移刚度边柱：底层：αc=(0.5+K)/(2+K)=0.479D=αc×12×ic/h2=0.479×12×3.85×1010/54002=7582N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.319D=αc×12×ic/h2=0.319×12×3.61×1010/39002=9073N/mm中柱：底层：αc=(0.5+K)/(2+K)=0.699D=αc×12×ic/h2=0.699×12×3.85×1010/54002=11072N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.614D=αc×12×ic/h2=0.614×12×3.61×1010/39002=17482N/mm图4.2边框架柱的侧移刚度计算简图（3）楼梯电梯间柱子的侧移刚度C-4，C-8，C-9底层：αc=(0.5+K)/(2+K)=0.736D=αc×12×ic/h2=0.736×12×3.85×1010/54002=11661N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.663D=αc×12×ic/h2=0.663×12×3.61×1010/39002=18870N/mmC-5底层：αc=(0.5+K)/(2+K)=0.722D=αc×12×ic/h2=0.722×12×3.85×1010/54002=11434N/mm2～7层QUOTEαc=K/(2+K)=0.644D=αc×12×ic/h2=0.644×12×3.61×1010/39002=18336N/mmD-4，D-8，D-9与边框架边柱相同。D-5底层：αc=(0.5+K)/(2+K)=0.420D=αc×12×ic/h2=0.420×12×3.85×1010/54002=6648N/mm2～7层QUOTE0.623αc=K/(2+K)=0.238D=αc×12×ic/h2=0.238×12×3.61×1010/39002=6767N/mm图4.3楼电梯间处柱的侧移刚度计算简图根据以上计算，总结如下：表4.3中框架柱侧移刚度D值层号边柱（18根）中柱（18根）∑DKcDKcD11.1690.52783503.9740.749118653638702~71.2470.384109364.2380.67919350545148

表4.4边框架柱侧移刚度D值层号边柱（4根）中柱（4根）∑DKcDKcD10.8770.47975822.9810.69911072746162~70.9350.31990733.1790.61417482106220表4.5C柱处楼梯电梯间框架住侧移刚度D值层号C-4，C-8，C-9C-5∑DKcDKcD13.6820.7361166113.390.722114343612672~73.9270.663188703.6150.6441833674946表4.6D柱处电梯楼梯间框架住侧移刚度D值层号D-4，D-8，D-9D-5∑DKcDKcD10.8770.47975820.5840.426648293942~70.9350.31990730.6230.238676733986将上面不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即可得框架各层层间侧移刚度见下表表4.7横向框架横向侧移刚度层号1234567829147760300760300760300760300760300760300由上表可知：∑D1/∑D2=829147/760300=1.091>0.7，故该框架为规则框架。5.2重力荷载代表值的计算5.2.1资料准备屋面及楼面恒荷载标准值屋面永久荷载标准值5.77kN/m21～6层楼面3.45kN/m2屋面及楼面可变荷载标准值:上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m2楼面活荷载标准值2.0kN/m2走廊楼面活荷载2.5kN/m2屋面雪荷载标准值sk=ur×s0=1.0×0.47=0.47kN/m2梁，柱的密度25kN/m2蒸压粉煤灰加气混凝土砌5.5kN/m2

5.2.2代表值的计算1、梁及粉刷重力荷载标准值的计算表4.8梁重计算层号类别净跨（mm）截面（mm）密度（KN/m3）体积（m3）数量(根)单重（kN）总重（kN）1横梁6650300×600251.202629.93778.052450300×600250.441311.03143.33纵梁3700300×500250.564813.88666.002~7横梁6700300×600251.212630.15783.902500300×600250.451311.25146.25纵梁3750300×500250.564814.06675.00梁的粉刷:因为采用了V型轻钢龙骨吊顶，所以除了边梁，其它的梁都可以不用粉刷。而边梁外侧贴瓷砖。底层：横向：4×6.64×0.6×0.5=7.89kN2×2.45×0.6×0.5=1.47kN纵向：24×3.7×0.5×0.5=22.2kN合计：31.65kN2～7层：横向：4×6.7×0.6×0.5=8.04kN2×2.5×0.6×0.5=1.5kN纵向：24×3.75×0.5×0.5=22.5kN合计：32.04kN2、柱及粉刷重力荷载标准值的计算表4.10柱重计算层号计算高度截面密度体积数量单重总重13900500×550251.075226.811394.252~75400450×500251.225230.381579.50柱的粉刷：1层：外侧柱：[(0.5+0.55)×2-0.2×3-0.5]×0.02×5.4×17×26=47.74kN内侧柱：[(0.5+0.55)×2-0.2×3]×0.02×5.4×17×26=71.60kN合计：119.34kN2～7层：外侧柱：[(0.45+0.50)×2-0.2×3-0.45]×0.02×3.9×17×26=36.20kN内侧柱：[(0.45+0.50)×2-0.2×3]×0.02×3.9×17×16=51.71kN合计：87.91kN3、内、外墙体的计算外墙体为200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，外墙贴瓷砖（0.5kN/m2），内墙面为20mm厚抹灰，再刷一层白色乳胶漆（忽略自重）则：外墙自重：5.5×0.2=1.1kN/m2外墙外表面装修：0.5kN/m2外墙内表面装修：17×0.02=0.34kN/m2内墙为200mm厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块，墙体两面各20mm厚抹灰。再刷一层乳胶漆，则内墙面荷载为：5.5×0.2+17×0.02×2=1.78kN/m25.2.3各层的代表值1、底层的计算（1）门的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）M11211.1×2.122.310.41.85M11241.1×2.452.640.22.64M12241.2×2.4122.880.26.91M30333.0×3.349.90.415.84M37243.75×2.4290.47.20合计：34.44kN（2）窗的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）C15241.5×2.4153.60.421.60C27242.7×2.426.480.45.18C30243.0×2.4177.20.448.96合计：75.74kN（3）墙的重量计算通过计算，一层外墙的面积为236m2，外墙面装修的面积为294.72m2，内墙面积为：437.84m2，则一层内外墙的重量为：236×（1.1+0.34）+294.72×0.5+1.78×437.84=1266.56kN（4）楼板的面积计算楼板的面积为738.88m2，故其重为:3.45×738.88=2549.14kN2、2~7层的计算（1）门的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）M11211.1×2.122.310.41.85M11241.1×2.432.640.21.58M12241.2×2.4182.880.210.37M37243.75×2.4290.47.20合计：21.00kN（2）窗的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）C15241.5×2.4213.60.430.24C30153.0×1.50C30243.0×2.4217.20.460.48合计：94.32kN（3）墙的重量计算通过计算，外墙的面积为243.55m2，外墙面装修的面积为296.53m2，内墙面积为470.34m2；则内外墙的重量为243.55×（1.1+0.34）+296.53×0.5+1.78×437.84=1230.46kN（4）楼板的面积计算2~6层的楼板的面积为738.88m2，故其重为:3.45×738.88=2549.14kN7层的楼板的面积为766.88m2，故其重为:5.77×766.88=4424.90kN

3、8层的计算（1）门的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）M12241.2×2.422.880.42.30合计：2.30kN（2）窗的计算类别尺寸（m×m）个数面积（m2）面荷载（kN/m2）总重（kN）C30153.0×1.50合计：3.60kN（3）墙的重量计算突出屋面的楼电梯间高为3.0m，通过计算：外墙面积为84.96m2，内墙面积为22.11m2。需要贴瓷砖的墙面积为100.74m2，则内外墙体的重为84.96×（1.1+0.34）+100.74×0.5+22.11×1.78=212.07kN（4）女儿墙的重量计算女儿墙的做法与外墙一样，通过计算可得女儿墙的面积为165m2，则可得女儿墙的重量为：（1.1+0.5+0.34）×165=320.10kN（5）梁的重量的计算层号类别净跨（mm）截面（mm）密度（KN/m3）体积（m3）数量(根)单重（kN）总重（kN）8横梁6700300×600251.206330.1590.45纵梁3750300×500250.563414.0656.25（6）柱子及其粉刷的计算[0.45×0.5×25×3+(0.95×2-0.2×2)×3×17×0.02]×6=110.43kN（8）板的计算楼板的面积为56m2，故其重为:5.77×56=323.12kN

纵上所述，汇总如下表：表4.11各层各构件的重力荷载标准值统计层号梁及粉刷柱及粉刷门窗墙板11119.031513.59110.181266.562549.142~61637.191667.41115.321230.462549.1474424.908146.7110.435.9532.17323.12则有：1层：G1=1619.03+2549.14+0.5×(1513.59+110.18+1266.56+1667.41+115.32+1230.46)+0.5×(50.4×7.2×2×2+50.4×3×2.5+28×3×0.5)=8055.69kN2～6层:G2~6=1637.19+2549.14+0.5×(1667.41+115.32+1230.46)×2+0.5×(50.4×7.2×2×2+50.4×3×2.5+28×3×0.5)=8135.28kN7层:G7=1637.19+4424.90+0.5×(1667.41+115.32+1230.46+110.43+5.9+532.17)+0.5×(50.4×7.2×2×2+50.4×3×2+28×3×0.5)=8790.90kN8层:G8=146.7+323.12+0.5×(110.43+5.9+532.17-320.10)+0.5×(56×2)=690.02kN图4.4各质点的重力荷载代表值5.3横向水平地震荷载作用下框架结构的内力和侧移计算5.3.1横向自振周期的计算横向自振周期的计算采用结构顶点位移法。将突出房屋重力荷载代表值直接折算到主体结构的顶层，即：G8=690.02kNG7=8790.90+690.02=9480.92kN基本自振周期T1（s）可按下式计算：注：——假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.7。按以下公式计算：VGi=∑Gk（△u）i=VGi/∑DijuT=∑（△u）k注：∑Dij为第i层的层间侧移刚度。（△u）i为第i层的层间侧移。（△u）k为第k层的层间侧移。表4.12横向地震作用下结构顶点的假想位移计算层号Gi（KN）VGi（KN）∑Di（N/mm）△ui（mm）ui（mm）79480.909480.9076030012.47305.5368135.2817616.1876030023.17293.0658135.2825751.4676030033.87269.8948135.2833886.7476030044.57236.0238135.2842022.0276030055.27191.4528135.2850157.3076030065.97136.1818055.6958212.9982914770.2170.215.3.2水平地震作用以及楼层地震剪力计算本结构高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀，变形以剪切型为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，即：1、结构等效总重力荷载代表值GGeq=0.85∑Gi=0.85×（690.02+8790.90+8135.28×6+6085.39）=49481.04kN2、计算水平地震影响系数武汉市设计地震分组为第一组，本设计场地是二类场地，查表得二类场地近震特征周期值Tg=0.35s。，查表得设防烈度为7度的=0.083、结构总的水平地震作用标准值FEkFEK=1Geq=0.0453×49481.04=2242.78kN因，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数各质点横向水平地震作用按下式计算：Fi=GiHiFEk（1-δn）/（∑GkHk）＝1967.73GiHi/（∑GkHk）地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为Vi=∑Fk（i=1，2，…n）计算过程如下表：表4.13各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层号Hi（m）Gi（kN）GiHi（kN·m）GiHi/∑GjHiFi（kN）Vi（kN）831.80690.0221942.640.02242.57127.72728.808790.90253177.920.250491.22533.79624.908135.28202568.470.200393.02926.81521.008135.28170840.880.168331.471258.28417.108135.28139113.290.137269.911528.19313.208135.28107385.700.106208.351736.5429.308135.2875658.100.075146.791883.3315.408055.6943500.730.04384.401967.73∑1014187.721.000注：顶端存在鞭端效应，上表中将顶端剪力扩大了3倍，但是增大的剪力部分不往下传递。图4.5水平地震作用分布图4.6层间剪力分布5.3.3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△ui和顶点位移ui分别按下列公式计算：△ui=Vi/∑Dijui=∑（△u）k各层的层间弹性位移角θe=△ui/hi，根据《抗震规范》，钢筋混凝土框架结，层间弹性位移角限值[θe]<1/550。计算过程如下表：表4.14横向水平地震作用下的位移验算层次Vi（kN）∑Di（N/mm）（△u）i（mm）ui（mm）hi（mm）θe=△ui/hi7533.797603000.7012.7239001/55556926.817603001.2212.0239001/319951258.287603001.6510.8039001/235741528.197603002.019.1439001/194031736.547603002.287.1339001/170821883.337603002.484.8539001/157411967.738291472.372.3754001/2275由此可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，1/1574<1/550，满足规范要求。5.3.4水平地震作用下的框架内力计算以③轴线处的横向框架为例计算框架内力。1、各柱反弯点高度的比，其中底层柱需要考虑修正值，第二层住需要考虑修正值和其余各柱无修正，具体计算过程见下表表4.15各柱反弯点高度的修正柱号层号Ky0Iy12y23y3y中柱74.2380.45010-0100.45064.2380.5001010100.50054.2380.5001010100.50044.2380.5001010100.50034.2380.5001010100.50024.2380.50010101.38500.50013.9740.550-00.7220-00.550边柱71.2470.36210-0100.36261.2470.4121010100.41251.2470.4501010100.45041.2470.4621010100.46231.2470.4621010100.46221.2470.50010101.38500.50011.1690.638-00.7220-00.6382、框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：Vij=DijVi/∑DijMbij=Vij×yhMuij=Vij（1-y）hy=y0+y1+y2+y3注：y0————框架柱的标准反弯点高度比。y1————为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。y2、y3————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。表4.16横向地震下各层柱端弯矩及剪力计算（中柱）层号hi/mVi（kN）∑Dij（N/mm）Dij（N/mm）Vij（kN）yMbij（kN·m）Muij（kN·m）73.9533.797603001935013.590.45023.8429.1463.9926.817603001935023.590.50046.0046.0053.91258.287603001935032.020.50062.4562.4543.91528.197603001935038.890.50075.8475.8433.91736.547603001935044.200.50086.1886.1823.91883.337603001935047.930.50093.4793.4715.41967.738291471186528.160.55083.6368.42

表4.17横向地震下各层柱端弯矩及剪力计算（边柱）层号hi/mVi（kN）∑Dij（N/mm）Dij（N/mm）Vij（kN）yMbij（kN·m）Muij（kN·m）73.9533.79760300109367.680.45013.4716.4763.9926.817603001093613.330.50026.0026.0053.91258.287603001093618.100.50035.2935.2943.91528.197603001093621.980.50042.8642.8633.91736.547603001093624.980.50048.7148.7123.91883.337603001093627.090.50052.8252.8215.41967.73829147835019.820.55058.8548.15梁端剪力、弯矩、柱轴力计算：梁端弯矩，剪力：图4.7节点弯矩表4.18横向地震梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算层号边梁中梁柱轴力MblMbrVbMblMbrVb边柱中柱716.478.573.4820.5720.5713.71-3.48-10.24639.4720.548.3349.3049.3032.87-11.81-34.77561.2931.8912.9476.5576.5551.03-24.75-72.86478.1640.6716.5097.6297.6265.08-41.26-121.43391.5747.6519.34114.37114.3776.25-60.60-178.342101.5352.8421.44126.81126.8184.54-82.04-241.441100.9847.6120.64114.28114.2876.18-102.67-296.98注：（1）力中负号表示拉力，当为左震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。（2）表中M的单位kN·m，V的单位为kN，轴力N的单位为kN。左震作用下弯矩图、剪力图、轴力图如下所示：图4.8左震作用下的弯矩图

图4.9左震作用下的剪力图

图4.10左震作用下柱的轴力图5.4横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算5.4.1风荷载标准值计算基本风压为0.39kN/m2，由《荷载规范》查得s=0.8（迎风面）和s=-0.5（背风面）。B类地区，H/B＝28.8/50.4=0.571。框架结构基本周期取为T1=0.09N=0.09×7=0.63s。.15kN·s2/m2查表可得=0.43=1.255由荷载规范知：z=1.0表4.19风荷载计算层号Hi(m)Hi/Hzuzusw0(kN/m2)A(m2)Pw(kN)728.81.0001.3401.30.3913.238.99624.90.8651.3331.30.3916.3811.07521.00.7291.2671.30.3916.3810.52417.10.5941.1861.30.3916.389.85313.20.4581.0901.30.3916.389.0529.30.3231.0001.30.3916.388.3015.40.1881.0001.30.3919.539.905.4.2风荷载作用下的水平位移验算根据上面计算得到的水平风荷载，由式计算层间剪力。再按下面两式分别计算各层的相对侧移和绝对侧移。△ui=Vi/∑Dijui=∑（△u）k各层的层间弹性位移角=。计算过程见下表：表4.20风荷载作用下层间剪力及侧移计算层号Fi（kN）Vi（kN）∑Di(N/mm)△ui（mm）ui（mm）△ui/hi7107.86107.867603000.1424.2521/274916132.84240.707603000.3174.1101/123195126.26366.967603000.4833.7931/80804118.19485.167603000.6383.3111/61123108.62593.787603000.7812.6731/4994299.66693.447603000.9121.8921/52761118.82812.268291470.9800.9801/5521由上表可知，风荷载作用下最大层间位移角为1/4994，远远小于1/550，满足规范的要求5.4.3风荷载作用下框架的内力计算1、各柱反