土木工程毕业设计（论文）-某五层框架学生公寓宿舍楼设计.pdf

1 某市学生公寓楼 第一章第一章 前前 言言 本次我的毕业设计的题目是学生公寓楼，结构形式为现浇钢筋混凝土结构。此次设 计的目的旨在通过综合运用大学四年中所学到的专业知识，充分利用图书馆，现代网络 等现有资源完成一个包括建筑方案和结构方案的确定，结构计算，建筑施工图和结构施 工图的绘制以及经济技术分析，中英文摘要等内容的一个完整的设计任务，从而让我们 通过设计了解建筑设计的一般过程，掌握建筑设计的全部内容，同时也可以培养我们综 合运用基础理论和基本技能的能力，分析和解决实际问题的能力，还可以掌握多种绘图 设计软件，以及 office 等办公软件的操作。更重要的是通过这次设计还可以让我们对大 学所学的知识进行一次全面的融合，这是对我们大学这四年来所学知识的一次具体的运 用，对我将来以后走上工作岗位的帮助是很大的。 全套图纸，加 153893706 2 第二章第二章 方案论述方案论述 2.1 建筑方案论述建筑方案论述 2.1.1 设计依据设计依据 （1） 依据 04 级土木工程专业毕业设计任务书。 （2） 遵照国家规定的现行相关设计规范。 2.1.2 设计内容、建筑面积、标高设计内容、建筑面积、标高 （1）本次设计的题目为“学生公寓楼” 。该工程位于某市，为永久性建筑，建筑设计使 用年限 50 年，防火等级二级。 （2） 本建筑主体结构为五层，层高均为 3.4m 。建筑面积：5245m2， 占地面积：1049m2。 （3）室内外高差 0.450m，室外地面标高为- 0.450m。 2.1.3 房间构成和布置房间构成和布置 （1）房间构成 本工程为学生公寓楼，根据任务书的要求，此次设计的公寓楼中有很多不同使用 功能的用房。 （2）房间布局 充分考虑公寓楼各种房间在功能和面积等方面的不同，尽量做到功能分区清晰， 各功能分区之间联系紧密，以及结构布置合理等，在设计中主要注意了以下几点： 为了方面学生,做到一人为本,在公寓内设置了自习室和学生活动室。 由于建筑物是 l 形，在转角处出现了一个黑房间，不适合居住，所以把它作为储 3 藏室，合理利用了空间。 把卫生间布置在走廊的阴面，且通风良好以减少异味；考虑到上下层管道的合理 性问题，各层卫生间都上下对齐布置。 2.1.4 采光和通风采光和通风 本建筑主体结构采用内廊式，内廊式建筑的采光和通风是一个比较棘手的问题，如 何做好内廊的采光和通风，满足建筑规范的要求就显得很重要。 建筑中的房间，主要都采用了开大窗的形式，足以满足建筑对采光和通风的要求， 为学生的居住提供了一个舒适的环境。由于是本建筑地处南方，窗户大并不会影响到建 筑的保温和节能，因此采用双层中空玻璃塑钢窗，更好的满足采光要求. 2.1.5 防火及安全防火及安全 防火和安全是现代建筑中的一个需要重点考虑的因素。在本设计中，走道，楼梯 宽度，房间门的宽度，走道长度，采光等均严格按照国家建筑防火规范进行设计，满足 防火疏散的要求。 2.1.6 各部分工程构造各部分工程构造 （1） 屋面：为不上人屋面 防水层：改性沥青防水层 20mm 厚 1:3 水泥沙浆找平层 80mm 厚苯板保温层 150mm 焦渣找坡 100mm 厚钢筋混凝土板 20mm 厚混合砂浆抹灰 （2） 楼面： 水磨石地面 100mm 厚钢筋混凝土板 （3） 厕所： 4 面砖地面 20mm 厚水泥砂浆保护层 防水剂（2 道） 15mm 厚水泥砂浆找平 100mm 厚钢筋混凝土板 （4）室外台阶： 花岗岩条石 30 厚 1：3 干硬性水泥砂浆结合层 100 厚 c15 现浇混凝土 300 厚中粗砂垫层 （5）墙体： 外墙 20 厚 1：3 水泥砂浆抹灰 370 厚空心砖墙体 20 厚水泥砂浆抹面 内墙 20 厚 1：3 水泥砂浆抹灰 180 厚空心砖 楼梯间 240 实心砖墙 20 厚水泥砂浆抹面 （6）门窗构件： 本建筑中窗均采用塑钢窗，除正门采用玻璃门外，其他门均采用实木门。 2.1.7 本建筑设计的主要特点本建筑设计的主要特点 本建筑的主要特点为采用内廊式符合学生的方便要求。各功能区分区清晰，结构 形式较为简单， 建筑外墙面采用白色墙砖装饰能够给人一种简洁明快， 朝气蓬勃的感觉。 主体结构是五层，房间布置合理，经济实用。 5 2.2 结构方案论述结构方案论述 2.2.1 基本资料基本资料 （1）抗震条件： 本工程抗震设防烈度为 7 度（0.1g） 。 （2）气象条件： 该地区基本雪荷载 0.40kn/m2，基本风压：0.4kn/m2. （3）工程地质条件： 类场地，地下水最高水位距地表 0.30m。 2.2.2 结构形式和基础形式结构形式和基础形式 （1）结构形式 目前，多层建筑结构中常采用的结构形式有砌体结构，钢筋混凝土结构和钢结构， 这三种结构各有它们自己的特点。 砌体结构以砖墙为主体，加配钢筋混凝土圈梁和构造柱，因此可根据各地情况的特 点因地制宜、就地取材、降低造价，是理想的多层建筑结构形式。但是由于砌体结构由 砖墙承重决定了它的开间和进深受到了一定的限制，而且砌体结构对抗震也非常不利。 而本设计又是一个位于抗震 7 度设防地区的综合楼工程，这就决定了本设计不适合采用 砌体结构。 钢结构具有强度高、构件重量轻、平面布置灵活、抗震性能好施工速度快等特点。 但由于我国钢产量不多，而且施工技术也不是很成熟，因此钢结构建筑造价特别高，因 此目前钢结构通常用于跨度大、高度大、荷载大、动力作用大的各种建筑及其他土木工 程结构中，而很少运用于五，六层的商业或办公建筑中，因此本设计也不适合采用钢结 构。 现浇钢筋混凝土框架结构是一种抗震性能好，施工技术成熟，原材料资源丰富，成 本和能耗较低，可模性、整体性、刚性，防火性能和耐久性能均较好的结构形式，而且 框架结构具有房间布局灵活等特点。所以现浇钢筋混凝土框架结构已经成为现代工程建 设中的主要结构型式。正因为现浇钢筋混凝土框架结构有这些特点，而且随着商品混凝 土、钢模板和一些新的施工工艺的涌现，现浇框架结构的建筑周期极大缩短、施工质量 6 明显提高、建筑造价不断降低，这些符合了的结构特点和施工要求，符合当地的施工条 件，所以本设计将现浇钢筋混凝土框架结构作为其主要结构形式。 （2）基础形式 基础可以分成深基础和浅基础。考虑到本建筑自重较小，地质条件良好，从技术需 要的角度考虑选择天然地基上的浅基础。目前多层框架结构中最常用的浅基础形式有无 筋扩展基础，柱下钢筋混凝土独立基础，柱下钢筋混凝土条形基础。其中无筋扩展基础 是刚性基础， 所选材料抗拉强度大但抗拉和抗弯强度很低， 设计时， 要求一定的刚性角， 所以基础相对很高，基坑深度加大，基底压力增加，也不利于抗震。柱下钢筋混凝土条 形基础则多用于处理地基软弱而荷载又较大时的工程问题。根据本工程的地质勘测资料 显示，本工程地下水最高水位距地表 0.30m，地下水位比较浅。另外，地下土层地质良 好，没有软弱层，而且地下- 1.5m 处为中砂层，地基承载力比较高，因此采用施工方便， 技术成熟的柱下独立基础更为经济适用。 2.2.3 结构尺寸及采用的材料结构尺寸及采用的材料 框架柱，梁及楼板，楼梯等均为现浇混凝土结构： （1）框架柱 框架柱截面尺寸为 600 600mm 2 。采用 c30 混凝土；纵筋采用 hrb335 级钢 筋，箍筋采用 hpb235 级钢筋。 （2）框架梁 框架纵梁截面尺寸为 300 700mm 2 ，框架横梁截面尺寸为 250 500（550） mm 2 和 250 300（400）mm 2 ，采用 c25 混凝土；纵筋采用 hrb400 级钢筋，箍 筋采用 hpb235 级钢筋。 （3）现浇板 房间的现浇楼板板厚度为 100mm，走廊的现浇板厚度为 100mm，采用 c25 级混凝土；hpb235 级钢筋。 （4）基础 基础形式为钢筋混凝土柱下独立基础，基础底面尺寸为 3000 3000mm 2 ，基 础高度为1000mm， 混凝土强度等级为c25； 采用hrb335级钢筋。 基础底做100mm 7 厚 c15 混凝土垫层。 （5）楼梯 楼梯为现浇折板式楼梯，并设有平台梁，楼梯踏步宽度为 300mm，高度为 150mm， 楼梯斜板厚度为 130mm， 混凝土强度等级为 c25， 采用 hpb235 级钢筋。 平台梁截面尺寸为 200 400mm 2 ，混凝土强度等级为 c25， 纵向钢筋采用 hrb335 级钢筋，箍筋采用 hpb235 级钢筋。 （6）墙体 填充墙，外墙 370mm 厚空心砖墙，内墙 180mm 厚空心砖,楼梯间采用 240 实心砖墙；砂浆等级为 m5。 2.2.4 荷载种类及其组合荷载种类及其组合 （1）荷载种类 荷载可分为恒荷载，活荷载，风荷载和地震荷载，其中地震荷载在设计中只考虑水 平地震荷载，不考虑竖向地震荷载。 （2）荷载组合 在荷载组合中分别考虑无地震作用下的组合和有地震作用下的组合。其中梁端取最 大负弯矩和最大正弯矩所对应的组合，以及最大剪力所对应的组合；梁跨中取最大正弯 矩对应的组合；柱取最大弯矩绝对值，最大轴力和最小轴力三者所对应的组合。 2.2.5 计算方法计算方法 用底部剪力法计算水平地震作用； 用d值法计算框架结构在水平地震作用下的内力； 用力矩二次分配法计算竖向荷载作用下的框架内力。 8 第三章第三章 荷载计算荷载计算 3.1 荷载汇集及截面尺寸的选取荷载汇集及截面尺寸的选取 3.1.1 截面尺寸选取截面尺寸选取 （1）框架柱： 根据轴压比公式初步估定柱截面尺寸：n/fcbh0.9（三级框架） 3-1 （框架柱的负荷面积内恒载按 10kn/m 2初估，活载为 0kn/m2） n=(1.210+1.42)一根柱的负荷面积层数 由 an/0.9fc 取 bc=hc=600600mm （2）框架梁：由挠度、裂度控制 h=(1/81/14)l b=(1/21/3)h 选定纵向框架梁截面尺寸为 bbhb=300mm700mm 选定横向框架梁截面尺寸为 bbhb=250mm500mm； 次梁截面尺寸为(1/141/18)l，选定 bbhb=200mm400mm; （3）楼板厚度：1/403000=75mm 取 h=100mm 楼梯板选为 130mm 3.1.2 荷载汇集荷载汇集 （1）恒载 1）屋面（不上人） ： 改性沥青防水层 0.3kn/m 2 20mm 厚 13 水泥砂浆找平 200.02=0.4kn/m 2 100mm 厚再生聚苯乙烯板保温 3.50.1=0.35kn/m 2 焦渣找坡最薄处 30mm 平均厚 120 mm 100.12=1.2kn/m 2 100mm 厚钢筋混凝土板 250.10=2.5kn/m 2 9 20mm 厚板下抹灰 170.02=0.34kn/m 2 =5.10kn/m 2 2）楼面： 水磨石地面 0.65kn/m 2 100mm 厚钢筋混凝土板 2.50kn/m 2 20mm 厚板下混合砂浆抹灰 0.34kn/m 2 =3.5kn/m 2 3）梁重： （考虑梁上抹灰，取梁自重 26kn/m 3） 纵向框架梁：260.700.3=5.46kn/m 横向框架梁：260.500.25=3.25kn/m 次 梁： 260.400.20=2.08kn/m 4）墙重： （砌体与抹灰之和） 外墙： 底 层：190.37=7.03 kn/m 2 其他层：9.80.37=3.626 kn/m 2 内墙： 底 层：190.24=4.56 kn/m 2 其他层：9.80.24=2.352 kn/m 2 抹灰：外墙面外抹灰：20 厚水泥砂浆 0.40kn/m 2 外墙面内抹灰及内墙面抹灰：20 厚石灰砂浆 0.34 kn/m 2 总墙重：外墙：3.626+0.4+0.34=4.366 kn/m 2 内墙：2.352+0.342=3.032 kn/m 2 卫生间墙：4.56+0.4+0.4=5.36 kn/m2 楼梯墙：4.56+0.34+0.34=5.24 kn/m 2 5）柱：270.600.60=9.72kn/m（考虑到柱子抹灰，取柱子自重 27kn/m 3） 6）门、窗： 门：0.2kn/m 2 窗：0.4kn/m2 （2）活荷载： 寝室：2.0 kn/m 2 卫生间：2.0 kn/m 2 (旅馆、办公楼)；2.5 kn/m2(学校) 走廊、门厅、楼梯 ：2.0 kn/m 2 (旅馆)；2.5 kn/m2(办公楼、学校) 屋面活载：0.5 kn/m 2 (不上人屋面) ；2.0 kn/m2(上人屋面) 10 该市雪载：0.4 kn/m 2 该市基本风压： 0.4kn/m2 2.计算简图及层数划分如图： 图 3-1 计算简图及层数划分 3.各层重力荷载代表值计算如下： 重力荷载 g5 计算(五层上半层) 女 儿 墙：现浇钢筋混凝土，高度 0.9m，厚度 0.10m 26 kn/m 3108.720.10m0.9m= 254.41 kn 屋面自重： 5.10 kn/m 245m16.2m = 3717.9 kn 纵向框架梁：5.46 kn/m45m4 根= 982.8 kn 横向框架梁：3.25 kn/m6.6m12 根= 257.4 kn 次 梁： 2.08 kn/m6.6m20 根= 274.56kn 11 柱 子： 9.72 kn/m 33.4m/224 根= 203.37 kn 外 墙： 4.336 kn/m 2外墙周长层高/2 窗洞面积 =4.3363.4/2125.76- 1.4(1.839+1.52+1.82)=815.639 kn 内 纵 墙： 3.032 kn/m 2内纵墙长度层高/2 门洞面积 =3.0324.2/2(99+5.4)=550.13 kn 内 横 墙： 3.032 kn/m 2内横墙长度层高/2 门洞面积 =3.0324.2/266.6+5.364.2/236.6+5.244.2/21 6.6=547.64 kn 窗重量：0.4kn/m 2层高/2 范围内的窗洞总面积 = 0.41.4(1.839+1.52+1.82)=30.912 kn 门重量：0.2kn/m 2层高/2 范围内的门洞总面积=0 kn 五层上半层的恒载 恒= g5恒 五层上半层的活载：考虑抗震取雪载 0.5kn/m 2 ，(无震组合取屋面施工荷载 0.5kn/m2) 活=0.5kn/m 2（4516.2）=364.5 = g5 活 g5=恒+0.5活= g5恒+0.5 g5活=7887.741+0.5364.5=8069.991 kn 重力荷载 g4 计算 (五层下半层+四层上半层)： 五层下半层 柱 子：233.283.4/2=396.57 kn 外 墙： 4.3663.4/2125.76- 1.0 （1.839+1.52+1.52+1.82） =679.31 kn 内纵墙：3.0323.4/2（99+5.4- 201）=342.25 kn 内横墙： 3.0323.4/266.6+5.363.4/236.6+5.243.4/216.6=469.4kn 窗重量：0.41.0（1.839+1.52+1.82）= 21.36 kn 门重量：0.22.1120=8.4kn 恒 5 下 =1917.9 kn 四层上半层 楼板自重： 2967.3 kn 纵向框架梁：982.8 kn 横向框架梁：257.4+35.1=292.5 kn 次 梁： 274.56 kn 柱 子： 233.283.4/2=396.57 kn 外 墙： 4.3363.4/2125.76- （3.4/2- 0.7） (1.839+1.52+1.82)= 679.31 kn 内 纵 墙： 3.0323.4/2(99+5.4)- 2010.15=436.24kn 内 横 墙： 3.0323.4/266.6+5.363.4/236.6+5.243.4/21 6.6=443.32kn 窗重量： 0.4（3.4/2- 0.7）(1.839+1.52+1.82)=27.6 kn 12 门重量： 0.2（3.4/2- 1.6）120=0.4kn 恒 4上=6501kn 恒= g4恒 活=2.0kn/m 2（96.6）9+2.596.6+2.534.5=1585.5kn = g4 活 g4=恒+0.5活= g4恒+0.5 g5活=(1917.9+6501)+0.51555.2=9197 kn 重力荷载 g3 计算 (四层下半层+三层上半层)： 四层下半层 柱 子： 396.57 kn 外 墙：4.3663.4/2125.76- （3.4/2- 1.1）（1.839+1.52+1.52+1.8 2）=776.14 kn 内纵墙： 3.0323.4/2（99+5.4- 201）=337.1 kn 内横墙：342.25 kn 窗重量：0.4（3.4/2- 1.1）（1.839+1.52+1.82）=13.968kn 门重量：0.23.4/2120=6.8kn 恒 4 下 =1872.828kn 三层上半层 楼板自重：2967.3kn 纵向框架梁：982.8 kn 横向框架梁：292.5 kn 次 梁： 274.56 kn 柱 子： 396.57 kn 外 墙： 4.3363.4/2125.76- （3.4/2- 0.7）(1.839+1.52+1.82)= 679.31 kn 内 纵 墙： 3.0323.4/2(99+5.4)- 2010.15=436.24kn 内 横 墙： 3.0323.4/266.6+5.363.4/236.6+5.243.4/21 6.6=443.32kn 窗重量： 0.4（3.4/2- 0.7）(1.839+1.52+1.82)=27.6 kn 门重量： 0.2（3.4/2- 1.6）120=0.4kn 恒 4上=6501kn 恒= g4恒 活=2.0kn/m 2（96.6）9+2.596.6+2.534.5=1585.5kn = g4 活 g4=恒+0.5活= g4恒+0.5 g5活=(1872.282+6501)+0.51555.2=9150.89kn (三层下半层+二层上半层)： 三层下半层=四层下半层=1872.828kn 13 一层上半层=二层上半层=三层上半层=6501kn 活=1555.2kn g1=g2=g3=9150.89kn 重力荷载 g1 计算 (二层下半层+一层上半层)： 二层下半层=三层下半层=2248.399kn g5=8069.991kn g4=9197kn g3=9151.89kn g2=9151.89kn g1=9151.89kn a=3905.568m 2 g/a=44722.67/3905.568=11.45kn/m 2 14 第四章第四章 竖向荷载作用下的内力分析竖向荷载作用下的内力分析 弯矩二次分配法是一种近似计算方法，即将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传 递，并以两次分配为限。 4.1 竖向荷载计算竖向荷载计算 4.1.1 荷载传递路线荷载传递路线 300066006600 300030003000 图 4-1 荷载传递路线 4.1.2 恒载恒载 （1）屋面梁上线荷载标准值： 梁重： 边跨梁 0.250.526=3.25kn/m 中跨梁 0.250.326=1.95kn/m 屋面板荷载： 屋面板边跨为 36.6m，属于双向板，为梯形荷载： 折减系数： =1.5/6.6=0.227 15 1-2 2+3=0.909 中跨为 39m，属于单向板： 屋面梁上线荷载标准值为： 边跨：g1=5.1030.909+3.25=17.16kn/m 中跨：g2=1.95kn/m （2）楼面梁上线荷载标准值： 边跨：g3=3.530.909+3.25+（3.9-0.5）3.032=23.1kn/m 中跨：g4=1.95kn/m 4.1.3 活荷载活荷载 （1）屋面 q1=0.530.909=1.36 kn/m q2=0 kn/m （2）楼面 边跨 q3=2.030.909=5.454kn/m 中跨 q4=0kn/m 16 4.1.4 框架计算简图框架计算简图 g=1.95kn/m q=0kn/m g=24.15kn/m(q=7.26kn/m) 66006600 g=23.1kn/m(q=5.454kn/m) g=17.16kn/m(q=1.36/kn/m)g=17.16kn/m(q=1.36/kn/m) g=1.95kn/m q=0kn/m g=23.1kn/m(q=5.454kn/m) g=1.95kn/m q=0kn/m g=24.15kn/m(q=7.26kn/m) g=23.1kn/m(q=5.454kn/m) g=1.95kn/m q=0kn/m g=24.15kn/m(q=7.26kn/m) g=23.1kn/m(q=5.454kn/m) g=1.95kn/m q=0kn/m g=24.15kn/m(q=7.26kn/m) 3000 图 4-2 框架计算简图 4.1.5 梁固梁固端弯矩端弯矩 梁端弯矩以绕杆端顺时针为正，反之为负 m固=ql 2/12 4-1 17 表 4-1 竖向荷载作用下框架的固端弯矩 荷 载 部 位 边 跨 中 跨 跨 度 均布 荷载 固端弯矩 跨 度 均布 荷载 固端弯矩 左 右 左 右 恒 载 顶层 6.6 17.16 -62.29 62.29 3.0 1.95 -1.46 1.46 其他层 6.6 23.1 -83.85 83.85 3.0 1.95 -1.46 1.46 活 载 顶层 6.6 1.36 -4.94 4.94 3.0 0 0 0 其他层 6.6 5.454 -19.80 19.80 3.0 0 0 0 4.1.6 内力分配系数计算内力分配系数计算 1） 转动刚度 s 及相对转动刚度 s 计算 表 4-2 转动刚度 s 及相对转动刚度 s 2）分配系数计算： = ik s s m 4-2 表 4-3 各杆件分配系数 节点 层 ik s 左梁 m ( 右梁 m ) 右梁 m ( 左梁 m ) 上柱 m 下柱 m 边节点 5 0.553+1.929=2.482 0.223 0.777 4 0.553+1.929+1.929=2.955 0.121 0.423 0.456 3 0.553+2.077+2.077=4.707 0.117 0.441 0.441 构件名称 转动刚度 s（knm） 相对转动刚度 s 框架梁 边跨 44 1084 . 8 1021 . 2 44= b k 0.553 中跨 44 101 . 21005 . 1 22= b k 0.131 框架柱 5 层 44 10856.3010714 . 7 44= c k 1.929 24 层 44 10228.3310307 . 7 44= c k 2.077 1 层 44 10448.2610612 . 6 44= c k 1.653 18 表 4-3（续） 2 0.553+2.077+2.077=4.707 0.117 0.441 0.441 1 0.553+2.077+1.653=4.283 0.129 0.485 0.386 中间节 点 5 0.553+0.131+1.929=2.613 0.212 0.05 0.738 4 0.553+0.131+1.929+2.077=4.69 0.118 0.028 0.411 0.443 3 0.553+0.131+2.077*2=4.838 0.114 0.027 0.429 0.429 2 0.553+0.131+2.077*2=4.838 0.114 0.027 0.429 0.429 1 0.553+0.131+2.077+1.653=4.414 0.125 0.030 0.471 0.374 4.1.7 弯矩分配与传递弯矩分配与传递 方法：首先将各点的分配系数填在相应方框内，将梁的固端弯矩填写框架横梁相 应位置上，然后将节点放松，把各节点不平衡弯矩同时进行分配。假定远端固定进行 传递（不向滑动端传递） ，右（左）梁分配弯矩向左（右）梁传递，上（下）分配弯矩 向下（上）柱传递（传递系数均为 0.5） 。第一次分配弯矩传递后，再进行 19 右 梁下 柱左 梁 上 柱右 梁上 柱 下 柱 1) 恒 载 作 用 下 的 弯 矩 分 配 ： 图 4-3恒 载 作 用 下 的 弯 矩 分 配 20 下柱上柱左梁右梁下柱右梁上柱 2) 活载作用下的弯矩分配： 图4-4活载作用下的弯矩分配 21 3）恒载作用下的弯矩图： 图4-5恒载作用下的弯矩图 22 4）活载作用下的弯矩图： 图4-6活载作用下的弯矩图 23 5）恒载作用下的弯距： 表 4-4 恒载作用下的弯距 楼 层 cd 跨 de 跨 左端 中间 右端 -左端=右端 中间 m m m m m 5 -57.37 35.53 58.46 4 -1.81 4 -83.15 42.54 83.34 2.79 -0.6 3 -82.55 43.08 82.85 2.84 -0.65 2 -82.69 42.95 82.98 2.81 -0.62 1 -79.91 45.58 80.49 3.56 -1.37 6）活载作用下的弯距：注:弯矩符号逆时针为正 表 4-5 活载作用下的弯距 楼 层 ab 跨 bc 跨 左端 中间 右端 -左端=右端 中间 m m m m m 5 -5.26 2.19 5.19 0.07 0 4 -19.2 10.49 19.23 0.41 0 3 -19.51 10.18 19.53 0.33 0 2 -19.53 10.16 19.56 0.32 0 1 -18.88 10.77 18.98 0.5 0 4.1.8 梁端剪力梁端剪力 均布荷载下: l mqls -= 2 v左 4-3 l mql v s += 2 右 4-4 v=vqb/2 4-5 1) 恒载作用下梁端剪力: 24 表 4-6 恒载作用下梁端剪力 cd 跨 梁 端 剪 力 层 q kn/m l m ql/2 （kn） l m (kn) 左 v (kn) 右 v (kn) 左 v （kn） 右 v (kn) 5 17.16 6.6 56.63 0.17 56.46 56.8 51.31 51.65 4 23.1 6.6 76.23 0.03 76.2 76.26 69.27 69.33 3 23.1 6.6 76.23 0.05 76.18 76.28 69.25 69.35 2 23.1 6.6 76.23 0.04 76.19 76.27 69.26 69.34 1 23.1 6.6 76.23 0.09 76.14 76.41 69.21 69.48 de 跨 梁 端 剪 力 层 qkn/m l ql/2 （kn） l m (kn) 左 v (kn) 右 v (kn) 左 v （kn） 右 v (kn) 5 1.95 3.0 2.93 0 2.93 2.93 2.35 2.35 4 1.95 3.0 2.93 0 2.93 2.93 2.35 2.35 3 1.95 3.0 2.93 0 2.93 2.93 2.35 2.35 2 1.95 3.0 2.93 0 2.93 2.93 2.35 2.35 1 1.95 3.0 2.93 0 2.93 2.93 2.35 2.35 2) 活载作用下梁端剪力： 表 4-7 活载作用下梁端剪力 cd 跨 梁 端 剪 力 层 q kn/m l m ql/2 （kn） l m (kn) 左 v (kn) 右 v (kn) 左 v （kn） 右 v (kn) 5 1.36 6.6 4.49 0.01 4.48 4.5 4.07 4.09 4 5.454 6.6 18 0.005 17.995 18.005 16.36 16.37 3 5.454 6.6 18 0.003 17.997 18.003 16.36 16.37 2 5.454 6.6 18 0.005 17.995 18.005 16.36 16.37 1 5.454 6.6 18 0.02 17.98 18.02 16.34 16.38 de 跨 梁 端 剪 力 层 q kn/m l m ql/2 （kn） l m (kn) 左 v (kn) 右 v (kn) 左 v （kn） 右 v (kn) 5 0 3.0 0 0 0 0 0 00 4 0 3.0 0 0 0 0 0 0 3 0 3.0 0 0 0 0 0 0 2 0 3.0 0 0 0 0 0 0 1 0 3.0 0 0 0 0 0 0 4.1.9 柱轴柱轴力和力和剪剪力力 1）恒载作用下的柱轴力剪力： 25 表 4-8.1 恒载作用下的柱轴力剪力 层 截面 横梁剪力 （kn） 纵向荷载 （kn） 柱重 （kn） nd （kn） 边柱轴力 （kn） 边柱剪力 （kn） 5 11 56.46 304.88 40.82 361.34 361.34 24.06 22 402.16 402.16 4 33 76.2 309.21 37.91 385.41 787.57 20.79 44 423.32 825.48 3 55 76.18 297.42 37.91 373.6 1199.08 20.87 66 411.51 1236.99 2 77 76.19 297.42 37.91 373.61 1610.6 24.35 88 411.52 1648.51 1 99 76.14 297.42 47.63 373.56 2022.07 8.33 1010 421.19 2069.7 说明：(1)假定外纵墙受力荷载完全由纵梁承受 (2) nd为本层荷载产生的轴力 (3)柱重：首层：270.60.6=47.63kn 其他层：270.60.63.9=37.91kn 顶层：270.60.64.2=40.82kn (4)f5=5.10.6251.54.52+260.70.34.52+0.10.9269+26 0.40.26.62+5.10.8476.66=304.88kn f4=3.50.6251.54.52+260.70.39+（4.2-0.7）4.366 9-3.9662.11.83+260.40.26.62+3.50.8476.6 6=309.21kn f3=3.50.6251.54.52+260.70.39+（3.9-0.7）4.366 9-3.9662.11.83+260.40.26.62+3.50.8476.6 6=297.42kn f1=f2=f3=297.42kn 表 4-8.2 恒载作用下的柱轴力剪力 26 层 截面 横 梁剪 力 左 b kn 横 梁 剪 力 右 b （kn） 纵 向 荷 载 （kn） 柱 重 （kn） nd kn 中 柱 轴 力 （kn） 中 柱 剪 力 （kn） 5 11 56.8 2.93 362.97 40.82 422.7 422.7 22.94 22 463.52 463.52 4 33 76.26 2.93 369.71 37.91 448.9 912.42 20.24 44 486.83 950.33 3 55 76.28 2.93 361.52 37.91 440.73 1391.06 20.24 66 478.64 1428.97 2 77 76.27 2.93 361.52 37.91 440.72 1869.69 23.5 88 478.63 1907.6 1 99 76.41 2.93 361.52 47.63 440.86 2348.46 8.03 1010 488.49 2396.09 纵向荷载: f5=5.11.50.6259+260.70.39+5.11.59+20.59+171.06=362.97kn f4=3.50.6251.59+260.70.39+3.51.59+3.032(4.2-0.7) 9+20.59+117.39=369.71kn f3=3.50.6251.59+260.70.39+3.51.59+3.032(3.9-0.7) 9+20.59+117.39=361.52kn f1=f2=f3=361.52kn 2）活载作用下的柱轴力： 表 4-9 活载作用下的柱轴力剪力 层 截面 vc (kn) 纵向荷 载（kn） c 柱 轴力 (kn) c 柱 剪力 (kn) 左d v (kn) 右d vkn 纵向 荷载 (kn) d 柱轴 力（kn） d 柱 剪力 (kn) 5 11 22 4.48 4.22 8.7 3.19 4.5 0 10.97 15.47 3.11 4 33 44 17.995 16.88 34.88 5.36 18.005 0 50.63 68.64 5.26 表 4-9（续） 27 3 55 66 17.997 16.88 34.88 4.93 18.003 0 50.63 68.63 4.86 2 77 88 17.995 16.88 34.88 5.75 18.005 0 50.63 68.64 5.64 1 99 1010 17.98 16.88 34.86 2.09 18.02 0 50.63 68.65 2.04 说明：纵向荷载 f5=0.51.50.6259=4.22kn f1- 4=2.01.50.6259=16.88kn f5=0.51.50.6259+0.51.59=10.97kn f1- 4=2.01.50.6259+2.51.59=50.63 28 第五章第五章 水平荷载作用下的框架内力分析水平荷载作用下的框架内力分析 5.1 梁线梁线刚度刚度 在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工 程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩 i0，然后乘以增大系数。 中框架梁 i=2.0i0 边框架梁 i=1.5i0 梁采用 c25 混凝土，ec=2.810 4n/mm2 横向框架：中框架： 中跨： kb=2ei/l 5-1 = 3 3 . 0*25 . 0 * 12 1 *10*28*2 36 =1.0510 4 knm 边跨： kb=2ei/l= 6 . 6 5 . 0*25 . 0 * 12 1 *10*28*2 36 =2.2110 4 knm 边框架： 中跨：kb=1.5ei/l 5-2 = 3 3 . 0*25 . 0 * 12 1 *10*28*5 . 1 36 =0.7910 4knm 边跨：kb=1.5ei/l= 6 . 6 5 . 0*25 . 0 * 12 1 *10*28*5 . 1 36 =1.6610 4knm 5.2 柱柱线线刚度刚度 柱采用 c30 混凝土 ec=310 4n/2 mm ，首层高度 4.9m,2-4 层 3.9m，5 层 4.2m。 柱截面： 600 mm600mm kc1 首 首= h ei 5-3 = 9 . 4 600 . 0 * 12 1 *10*3 47 =6.61210 4 knm 29 kc（2-4 层）= h ei = 9 . 3 6 . 0* 12 1 *10*3 47 =8.30710 4 knm kc5 层= h ei = 2 . 4 6 . 0* 12 1 *10*3 47 =7.71410 4 knm 5.3 柱柱的的侧移刚度侧移刚度 d 一般层： k = c b k k 2 s 5-4 k k + = 2 a 5-5 d= 2 12 h kca 5-6 首层： k = c b k ks 5-7 k k + + = 2 5 . 0 a 5-8 d= 2 12 h kca 表 5-1 柱的侧移刚度 l b k (104knm) c k (104knm) k a d(104) d (104)(m) 5 层 中框架 中柱(8 根) 3.4 6.52 7.714 0.4230.1750.918 17.544 边柱(8 根) 3.4 4.42 7.714 0.2870.1260.661 边框架 中柱(4 根) 3.4 4.9 7.714 0.3180.1370.719 边柱(4 根) 3.4 3.32 7.714 0.2150.0970.509 24 层 中框架 中柱(8 根) 3.4 6.52 8.307 0.3920.1641.075 20.5 边柱(8 根) 3.4 4.42 8.307 0.2660.117 0.767 边框架 中柱(8 根) 3.4 4.9 8.307 0.2950.1290.845 边柱(8 根) 3.4 3.32 8.307 0.2 0.0910.596 底 层 中框架中柱(12 根)3.4 3.26 6.612 0.4930.3981.315 17.86 边柱(12 根)3.4 2.21 6.612 0.3340.1430.473 边框架 中柱(8 根) 3.4 2.45 6.612 0.3710.1530.519 边柱(8 根) 3.4 1.66 6.612 0.2510.112 0.37 30 d首/d2 =17.86/20.5=0.87120.7 满足要求 5.4 水平地震作用分析水平地震作用分析 （1）框架水平地震作用及水平地震剪力计算： 表 5-2 框架水平地震作用 层 gi gi di10 4 i d=gi/di ut=i d 5 8069.991 8069.991 17.544 0.046 0.7178 4 9891.04 17961.031 20.5 0.0876 3 9737.3 27698.331 20.5 0.1351 2 9737.3 37435.631 20.5 0.1826 1 10162.356 47597.987 17.86 0.2665 结构顶点侧移 ut =0.7178 tt uty7 . 1 1 = 5-9 =1.70.67178 . 0 =0.864 s 场地类，tg=0.35s, 08 . 0 max =a, t11.4 tg =0.49s 查表 tg0.35s 1 t 1.4 tg 07 . 0 08 . 0 1+ =tnd=0.080.864+0.07=0.14 tg = n ij j gl 5-14 表 5-3 水平地震剪力 质 点 i h（m） i g （kn） ek f （kn） n d n fd （kn） i f（kn） i v （kn） = n ij j gl （kn） 5 20.8 8069.991 1436.27 0.14 201.08 350.704 551.784 129.12 4 16.6 9891.04 343.047 894.831 287.38 3 12.7 9737.3 258.373 1153.204 443.17 2 8.8 9737.3 179.03 1332.234 598.97 1 4.9 10162.356 104.039 1436.273 761.57 （2） 水平地震作用下的层间位移和顶点位移计算： 表 5-4 水平地震作用下的层间位移 层 vi(kn) hi(m) di(kn/m) *104 uei=vi/di(m)*10- 3 e q hi*10- 3 5 551.784 3.4 17.544 3.145 7.636 4 894.831 3.4 20.5 4.365 7.091 3 1153.204 3.4 20.5 5.625 7.091 2 1332.234 3.4 20.5 6.499 7.091 1 1436.273 3.4 17.86 8.042 8.909 i ei h ud 550 1 =qe 所以满足规范规定的弹性位移要求。 32 f5 f4 f2 f3 f1 fn v3 v2 v1 v4 v5 5 5 1 . 7 8 4 8 9 4 . 8 3 1 1 1 5 3 . 2 0 4 1 3 3 2 . 2 3 4 1 4 3 6 . 2 7 3 图 5 - 1 水 平 地 震 作 用 （3）水平地震作用下框架柱剪力和柱弯矩（d 值法） yhhyyyyy=+=)( 3210 y 反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。 0 y 标准反弯点高度比。 1 y 上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比 0 y 的修正系数。 2 y 上层层高变化修正值。 3 y 下层层高变化修正值。 0 y 根据框架总层数，该柱所在层数和梁柱线刚度比k 查表得。 边柱（c 轴） 表 5-5.1 反弯点高度 层 h(m) k y0 y1 y2 y3 y 5 3.4 0.287 0.187 0.000 0.000