某高校砼框架实验楼的结构设计.doc

安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 某高校砼框架实验楼的结构设计某高校砼框架实验楼的结构设计 摘摘 要要 毕业设计是对大学学习的综合实践性教学环节，是对大学四年来所学内容的考察 和巩固。本次毕业设计主要包括建筑设计和结构设计，毕业设计说明针对设计过程的 每一步都进行了详细的介绍。建筑设计说明介绍了平面选型的确定，平面组合的选择， 材料的选择及主体结构每部分的具体作法；作图是有手绘及电绘（cad） ，用 pkpm 软件进行电算。结构设计说明中介绍了结构的类型和布置方式，截面尺寸的初估，施 工材料的选择；结构计算书中，选取了柱网中的一榀框架进行了详细计算。在竖向荷 载作用的计算采用弯矩二次分配法；水平荷载作用下的计算采用 d 值法。此外还包括 有梁、柱、楼梯、基础及楼盖的截面配筋计算。 关键词关键词：建筑设计；结构设计；结构内力计算；cad 绘图，pkpm 电算 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 an university lab building concrete framework structure design abstract graduation design is the comprehensive practical teaching link of university learning, is the university four years study the content and consolidation. this graduation design mainly includes the architectural design and structural design, graduation design aiming at every step of the design are described in detail. architectural design is introduced to determine the plane plane selection, portfolio selection, concrete practice of each part of the selection and the main structure material; mapping is a hand-drawn and electrical drawing (cad), was developed by pkpm software. structural design introduces the structure type and layout, section size of the initial estimate, construction material selection and construction requirements; structure calculation, select one pin frame column in a detailed calculation. under vertical loading, the approximate computation.calculated using the moment two methods of distribution; calculation under horizontal load by using d value method. in addition to calculation of reinforcement beams, columns, stairs, foundation and floor. keywords: architectural design; structure design; structure internal force calculation; cad drawing, pkpm computing. 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 目目 录录 引引 言言.1 第第 1 章章 结构选型与布置结构选型与布置.2 1.1 基本概况2 1.2 工程地质条件2 1.3 主体结构工程和装饰工程2 1.4 气象资料2 1.5 抗震设防烈度2 1.6 荷载资料2 1.7 毕业设计（论文）任务内容 .3 第第 2 章章 荷载计算荷载计算.4 2.1 确定计算简图4 2.2 梁柱截面尺寸4 2.3 材料强度等级4 2.4 荷载计算4 第第 3 章章 横向框架内力计算横向框架内力计算.11 3.1 恒载作用下的框架内力11 3.2 活载作用下的框架内力18 3.3 风荷载作用下的位移、内力计算.34 3.4 地震作用下横向框架的计算38 第第 4 章章 横向框架内力组合横向框架内力组合.46 第第 5 章章 横向框架梁柱截面设计横向框架梁柱截面设计.57 第第 6 章章 楼梯结构设计楼梯结构设计.72 6.1 梯段板设计.73 6.2 休息平台版设计.73 6.3 梯段梁计算.74 第第 7 章章 基础结构设计基础结构设计.75 7.1 荷载计算.75 7.2 确定基础底面积75 7.3 基础结构设计77 结论与展望结论与展望.83 致致 谢谢.84 参考文献参考文献.85 附附 录录.86 附录 a：毕业设计图纸清单.86 附录 b：专业外文文献及其译文.87 附录 c：主要参考文献的题录及摘要.93 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 插图清单插图清单 图 2-1 计算见图 2 图 2-2 荷载计算简图 a4 图 2-2 荷载计算简图 b6 图 2-3 恒载顶层集中力. 7 图 2-4 恒载中间层节点集中力 8 图 2-5 横向框架上的风荷载 9 图 2-6 横向框架上的地震作用 13 图 3-1 横向框架承担的恒载产生的节点不平衡弯矩 14 图 3-2 杆端及节点弯矩正方向 15 图 3-3 恒载弯矩分配过程 17 图 3-4 恒载作用下弯矩图 18 图 3-5 恒载作用下梁剪力、柱轴力 18 图 3-6 活载不利布置 a21 图 3-7 活载不利布置 b .21 图 3-8 活载不利布置 c22 图 3-9 活载不利布置 d .22 图 3-10 活载 a 迭代过程.23 图 3-11 活载 b 弯矩图 24 图 3-12 活载 a 剪力、轴力.24 图 3-13 活载 b 迭代过程 25 图 3-14 活载 b 弯矩图 26 图 3-15 活载 b 剪力、轴力 26 图 3-16 活载 c 迭代过程.27 图 3-17 活载 c 弯矩图.28 图 3-18 活载 c 剪力、轴力.28 图 3-19 满跨活载迭代过程 29 图 3-20 满跨活载弯矩 30 图 3-21 满跨活载剪力、轴力 30 图 3-22 水平风载作用下框架层间剪力 30 图 3-23 风载作用框架弯矩 38 图 3-24 风载作用下框架梁剪力、柱轴力 38 图 3-25 固端弯矩 39 图 3-26 0.5（雪+活）作用下迭代过程41 图 3-27 0.5（雪+活）作用下杆端弯矩42 图 3-28 0.5（雪+活）作用下柱轴、梁剪力42 图 3-29 地震作用框架梁剪力、柱轴力 42 图 6-1 楼梯平面布置 72 图 6-2 踏步详图 72 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 图 6-3 计算简图 73 图 7-1 图层分布及埋深 76 图 7-2 b、c 柱联合基础埋深.76 图 7-3 基础剖面尺寸示意图 77 图 7-4 弯矩和剪力计算结果. 78 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 插表清单插表清单 表 1-1 建筑地层一览表 2 表 2-1 风荷载计算 9 表 2-2 横梁、柱线刚度 11 表 2-3 框架柱横向侧移刚度 d 值 .11 表 2-4 框架定点假想水平位移计算表 12 表 2-5 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 12 表 3-1 ab 跨梁端剪力.19 表 3-2 bc 跨梁端剪力.19 表 3-3 ab 跨跨中弯矩.19 表 3-4 柱轴力 19 表 3-5 活载 a 作用下 ab 跨梁端剪力.31 表 3-6 活载 a 作用下 bc 跨梁端剪力.31 表 3-7 活载 a 作用下 ab 跨跨中弯矩.31 表 3-8 活载 a 作用下柱轴力.31 表 3-9 活载 b 作用下 ab 跨梁端剪力.32 表 3-10 活载 b 作用下 bc 跨梁端剪力.32 表 3-11 活载 b 作用下 ab 跨跨中弯矩.32 表 3-12 活载 b 作用下柱轴力 32 表 3-13 活载 c 作用下 ab 跨梁端剪力.33 表 3-14 活载 c 作用下 bc 跨梁端剪力.33 表 3-15 活载 c 作用下 ab 跨跨中弯矩.33 表 3-16 活载 c 作用下柱轴力.33 表 3-17 活载 d 作用下 ab 跨梁端剪力.34 表 3-18 活载 d 作用下 bc 跨梁端剪力.34 表 3-19 活载 d 作用下 ab 跨跨中弯矩.34 表 3-20 活载 d 作用下柱轴力 34 表 3-21 风载作用下框架侧移 35 表 3-22 各层柱反弯点位置 36 表 3-23 风载作用下框架柱剪力及柱端弯矩 36 表 3-24 风载作用下梁端跨中弯矩、剪力 37 表 3-25 风载作用下柱轴力 37 表 3-26 0.5（雪+活）作用下 ab 跨梁端弯矩.43 表 3-27 0.5（雪+活）作用下 bc 跨梁端剪力.43 表 3-28 0.5（雪+活）作用下 ab 跨跨中弯矩.43 表 3-29 0.5（雪+活）作用下柱轴力43 表 3-30 地震作用下横向框架柱剪力及柱端弯矩 .44 表 3-31 地震作用下梁端弯矩 .44 表 3-32 地震作用下梁剪力、柱轴力 .45 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 表 4-1 弯矩条幅计算 .47 表 4-2 横向框架梁内力组合（一般组合） .49 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 表 4-3 横向框架梁内力组合（考虑地震组合） .52 表 4-4 横向框架柱内力组合（一般组合） .54 表 4-5 横向框架柱内力组合（考虑地震组合） .56 表 5-1 横梁 ab、bc 跨正截面受弯承载力计算 .57 表 5-2 横梁 ab、bc 跨正截面抗弯验算 .58 表 5-3 横梁 ab、bc 跨斜截面受剪承载力计算 .59 表 5-4 横梁 ab、bc 跨斜截面受剪抗震验算 .59 表 5-5 框架柱正截面弯矩 60 表 5-6 框架柱正截面弯矩 63 表 5-7 框架柱正截面压弯 65 表 5-8 框架柱正截面压弯 67 表 5-9 框架柱正截面压弯 68 表 5-10 框架柱正截面压弯 73 表 7-1 附加应力计算 74 表 7-2 b、c 柱沉降计算.77 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 1 引引 言言 本次我们的高校实验楼采用砼框架的结构设计。框架结构的结构类型在建筑结构 中具有代表性；框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。框架结构的 特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙体起维护作用，其整体性和抗震性均好于混 合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。 砼框架结构空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置 的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、 刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要 的截面形状。因此我们本次的实验楼采用砼框架。 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 2 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 工程概况 1.1.1 基本概况 经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋六层高校砼框架实验楼。该工程为 钢筋混凝土框架结构，横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于 5000m2。设计使用年 限为 50 年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为 7 度，设计基本 地震加速度值为 0.1g，第一组。建筑室内外高差 600mm，室外标高即为现有自然地面 标高。 1.1.2 工程地质条件 工程地质条件自然地表以下 1m 内为杂填土，重度 =17kn/m3；杂填土下为 3m 厚可塑性粘土，重度为 =18kn/m3，液性指数 il=0.62,含水率 =23.1%，天然孔隙比 e=0.8，es=10mpa，ck=20kpa，k=12 度；再下为砾石土层，重度为 =20kn/m3，液 性指数 il=0.50,含水率 =15.2%，天然孔隙比 e=0.8，es=20mpa，ck=15kpa，k=18 度。未修正前粘土承 载力特征值为 180kn/，砾石土层承载力特征值为 300kn/。场地土类别为类，地 基基础设计等级为丙级。 基础埋深范围内无地下水。 1.1.3 主体结构工程和装饰工程 主体采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为 c30，钢筋采用 hpb300 级（箍筋、楼板钢筋）和 hrb400 级钢筋（梁、柱纵向受力钢筋） 。 内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度 200mm，重度 11.8kn/。 1.1.4 气象资料 （1）基本风荷载：w0=0.35kn/ （2）基本雪荷载：s0=0.60kn/ 1.1.5 荷载资料 （1）实验楼楼面荷载，查建筑结构荷载规范 （gb50009-2012） ，确定楼面活荷载标 准值为 2.5kn/,走廊活荷载标准值为 2.5kn/； （2）不上人屋面:活荷载标准值为 0.5kn/； （3）内外墙均采用小型混凝土空心砌块，厚度 200mm，重度 11.8kn/。 1.2 建筑与基础设计型式 （1）建筑设计型式： 本次试验楼建筑采用砼框架结构，框架结构的结构类型在建筑结构中具有代表性； 框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构。 （2）基础的设计型式： 基础采用柱下独立基础，柱下独立基础能够满足此实验楼的承载要求。 1.3 框架计算方法 竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法） ，水平荷载作用下横向 框架内力计算及侧移计算（采用 d 值法） 。 1.4 主要进程安排 （1）外文翻译、调研、复习相关课程、毕业设计开题寒假、第 1 周； （2）建筑设计，绘制建筑施工图第 56 周； （3）建筑结构布置和荷载计算第 7 周； 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 3 （4）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法）第 8 周； （5）水平荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用 d 值法）第 910 周； （6）横向框架梁柱内力组合、pk 电算比较和截面设计第 1112 周； （7）主楼梯结构设计第 13 周； （8）基础结构设计第 14 周； （9）绘制横向框架、主楼梯、基础的结构施工图第 1214 周； （10）用 pkpm 软件对整栋框架结构进行 satwe 电算并绘制出标准层结构平面图 （板配筋图）和梁配筋平面图第 1516 周； （11）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订第 816 周； （12）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩第 17 周。 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 4 第第 2 章章 建筑结构布置和荷载计算建筑结构布置和荷载计算 2.1 建筑结构布置 2.1.1 平面布置 本工程选用砼框架结构，本实验楼为六层建筑，建筑高度较小，考虑建筑设计方 案和抗震设防要求等因素，本工程平面选用矩形布置，采用横向框架承重方案，见图 2-1。 2.1.2 立面布置 本工程共 6 层，各层均为 3.6 米，共计 21.6 米，女儿墙高 0.6 米。室内地坪标高为 +0.000，室内外高差为 0.600 米。 2.1.3 柱网布置及次梁设置 本工程柱网布置为：横向三跨，跨度分别为 6.9 米、3.0 米、6.9 米；纵向 12 跨， 跨度分别为 3.3 米，3.6 米、6 米。根据建筑设计要求，为满足房间分隔要求以及合理 设置楼板的经济跨度，本工程楼面需设置次梁。本工程的平面布置图如下（图 2-1）： 验算的内容： （1）结构最大高度：h=63.6m=21.6m55m； （2）最大高宽比: h/b=21.6m/18.8m=1.1494； （3）长宽比: l/b=51.6m/18.8m=2.7456； （4）最大长度:l=51.6m55m； （5）总建筑面积:s=(51.616.8+23.62)6=5287.685000； （6）横向框架不少于三跨。 2.1.4 缝的设置 本工程地质条件良好，地质均匀，所以本工程可以不设沉降缝。本工程共长 51.6 米，约等于现浇钢筋混凝土框架结构应设置伸缩缝的最大间距，故可不设置伸缩缝。 本结构平面为矩形，房屋沿高度方向无错层，房屋各部分的刚度、高度和重量相差不 大，故不设抗震缝。 2.1.5 基础方案 本工程建设场地和地基条件较好，荷载分布均匀，建筑层数小于 7 层，根据建 筑地基基础设计规范规定，该建筑的地基属于丙级地基，本工程采用柱下独立基础。 2.1.6 楼梯方案 根据建筑设计方案以及结构的经济性，本工程采用现浇板式平行双跑楼梯。 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 5 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 6 图 2-1 平面柱网布置图 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 7 2.2 荷载计算 2.2.1 确定计算简图 本工程横向框架计算单元取图 2-1 中号轴线处，框架的计算简图假定底层柱下 端固定于基础。按工程地质资料提供的数据，该场地为类场地土，地质条件较好， 初步确定本工程采用柱下独立基础，挖去所有杂填土，基础置于第二层可塑性粘土上， 基底标高为设计相对标高1.1m。柱子的高度底层为：h1=3.6+0.6+0.5=4.7m（初步假 设基础高度 0.5m） ，二至六层柱高为 23456 3.6hhhhhm。柱节点刚接，横梁的 计算跨度取柱中心至中心间距离，三跨分别为：l=6900、3000、6900，见图 2-2。 a b cd 图 2-2 计算简图 2.2.2 梁柱截面尺寸(柱截面尺寸初估) 框架柱截面尺寸应根据公式 c c c n a f 估算。式中：(1.1 1.2) cv nn:， v n 负荷 面积（1214）kn/ m2层数，为轴压比，=0.75 。 本结构中，边柱、中柱负荷面积分别为（6.03.45）m2 ， （6.04.95）层数为 6 层， 其轴压比限值=0.75，c30 混凝土 c f=14.3n/mm2。 边柱： nc=1.26.03.45146=2086.56kn c c c n a f =194551.049mm2 中柱： nc=1.16.04.95146=2744.28 kn c c c n a f =255876.9231mm2 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 8 取柱截面为正方形，考虑到施工、计算简便以及安全因素，取柱子尺寸为： 550mm550mm。 2.2.3 梁截面尺寸初估 横向框架梁： 取 h=(1/10 1/18)l，b=(1/2 1/3)h 纵向框架梁： 取 h=(1/101/18)l,b=(1/2 1/3)h 见表 2-1。 表 2-1 框架梁截面尺寸 横向框架梁纵向框架梁 层次 ab 跨、cd 跨bc 跨a、b、c、d 轴 16250600250400250600 2.2.4 楼板厚度初估 本工程采用全现浇结构，连续双向板； hl/50，h80； 板厚取 120mm。 2.2.5 材料强度等级 混凝土：均采用 c30 级。 钢筋：采用 hpb300 级（箍筋、楼板钢筋）和 hrb400 级钢筋（梁、柱纵向受力 钢筋） 。 2.3 荷载计算 2.3.1 屋面横梁竖向线荷载标准值 （1）恒载 屋面横载标准值： 35 厚架空隔热板 0.03525=0.875kn/ 防水层 0.4kn/ 20 厚 1 : 3 水泥砂浆找平层 0.0220=0.4kn/ 120（100）厚钢混凝土现浇板 0.1225=3kn/ （ab,cd 跨板取 120；bc 跨取 100） （ 0.1025=2.5kn/） 12 厚纸筋石灰粉平顶 0.01216=0.192kn/ 屋面恒载标准值 4.87kn/ （4.37kn/） 梁自重 边跨 ab.cd 跨 0.300.7025-0.30.1225=4.35kn/ 梁侧粉刷 2（0.70-0.12）0.0217=0.40kn/ 4.75kn/ 中跨 bc 跨 0.30.3525-0.30.1225=1.73kn/ 梁侧粉刷 2（0.35-0.1）0.0217=0.17kn/ 1.9kn/ 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 9 作用在顶层框架梁上的线橫载标准值为: 梁自重 g6ab1=g6cd1=4.75kn/ g6bc1=1.9kn/ 板传来的荷载 g6ab2=g6cd2=4.876=29.22kn/ g6bc2=4.873=14.61k/ （2）雪载 作用在顶层框架梁上的线活载标准值为: g6ab=g6cd=0.54.5+0.64.5=4.95kn/ g6bc=0.52.4+0.62.4=2.64kn/ 2.3.2 楼面横梁竖向线荷载标准值 （1）恒载 25 厚水泥砂浆面层 0.02520=0.50kn/ 120(100)厚钢混泥土现浇板 0.1225=3kn/ (0.1025=2.5kn/) 12 厚板底粉刷 0.1216=0.192kn/ 楼面恒载标准值 3.692kn/ （3.192kn/） 边跨（ab.cd 跨）框架自重 4.75kn/ 中跨（bc 跨）梁自重 1.9kn/ 作用在楼面层框架梁上的线恒载标准值为:. 梁自重: gab1=gcd1=4.75kn/ g5bc1=1.9kn/ 板传来的荷载 gab2=gcd2=3.6926=22.15kn/ gbc2=3.1923=11.76kn/ （2）活载 楼面活载： qab=qcd =2.54.5=11.25kn/ qbc=2.52.4=6kn/ 2.3.3 屋面框架节点集中荷载标准值 （1）恒载 边跨柱连系梁自重 0.30.45625-0.1225=17.25kn/ 粉刷 2（0.45-0.12）0.02617=1.35kn/ 0.6m 高女儿墙 0.662.36=8.50kn/ 粉刷 0.620.02617=2.45kn/ 连系梁传来屋面自重 0.560.564.87=43.83kn/ 顶层边节点集中荷载 g6a=g6d=73.38kn/ 中柱连系梁自重 0.30.45625-0.1225=17.25kn/ 粉刷 （0.45-0.12）+（0.45-0.10） 0.02617=1.39kn/ 连系梁传来屋面自重 0.560.564.87=43.83kn/ 0.5（6+63）3/24.37=29.50kn/ 顶层中节点集中荷载 g6b=g6c=91.97kn/ （2）活载 q6a=q6d=1/261/260.7=6.30kn/ q6b=q6c=1/261/260.7+1/2（6+6-3）3/20.7=11.03kn/ 2.3.4 楼面框架节点集中荷载标准值（图 2-3） 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 10 1.恒载 边柱连系梁自重 17.25kn/ 粉刷 1.35kn/ 连系梁传来楼面自重 1/261/263.692=33.23kn/ 51.83kn/ 中间层边节点集中荷载 ga=gd=51.83kn/ 框架柱自重 ga=gd=0.550.553.625=27.23kn/ 中柱连系梁自重 20.25kn/ 粉刷 1.39kn/ 连系梁传来楼面自重 1/261/263.692=33.23kn/ 1/2（6+63）3/23.192=21.55kn/ 76.42kn/ 中间层中节点集中荷载 gb=gc=76.42kn/ 柱传来集中荷载 gb=gc=27.23kn/ （2）活载 qa=qd=1/261/262=18.0kn/ qb=qc=1/261/262+1/2（6+63）3/22=31.5kn/ 2.3.5 风荷载 已知基本风压 0=0.35kn/，地面粗糙度属 b 类，荷载规范 kzszo ，风 载体型系数 s ，迎风面 0.8，背风面为-0.5；因结构高度 h=22.2m30m，取风振系数 z=1.0，见表 2-2。 表 2-2 风荷载计算 层次z s z(m) z 0 (kn/m2) a（m2） pi（kn ） 611.322.21.290.3518.610.92 511.318.61.220.3521.611.99 411.3151.140.3521.611.20 311.311.41.040.3521.610.22 211.37.81.000.3521.69.83 111.34.21.000.3524.311.06 例如：底层： 0izsz pa=11.31.000.3524.3=11.06 2.3.6 地震作用 （1）建筑物总重力荷载代表值 gi的计算 1）集中于屋盖处的质点重力荷载代表值 g6： 50%雪载 0.50.6(51.616.8)=260.06kn 屋面恒载 4.8751.66.92+4.3751.63=4144.30kn 横梁 （5.656.92+2.83)13=1122.81kn 纵梁 （20.25+1.35）122+（20.25+1.39） 122=1037.76kn 女儿墙 0.63.6（51.6+16.8） 2=295.49kn 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 11 柱重 0.550.55251.852=707.85kn 横墙 2.36216.91.8+（31.8-2.12.1/2）2 =630.62kn 纵墙 （3.61.8-2.12.1/2） 2.36+4.51.82.3620=623kn (忽略内纵墙的门窗按墙重量算) 钢窗 223.32.1/20.4=30.49kn g6=8852.38kn 2）集中于三、四、五、六层处的质点重力荷载代表值 g5g2 50%楼面活载 0.52.016.851.6=866.88kn 楼面恒载 3.69251.66.92+3.19251.63=3123.12kn 横梁 1122.81kn 纵梁 1037.76kn 柱重 707.852=1415.7kn 横墙 630.622=1261.24kn 纵墙 6232=1246kn 窗户 30.492=60.98kn g5=g4=g3=g2=10134.49kn 3） 集中于二层处的质点重力荷载标准值 g1： 50%楼面活载 866.88kn 楼面恒载 3123.12kn 横梁 1122.81kn 纵梁 1037.76kn 柱重 0.550.5525(2.05+1.8)52=1514.01kn 横墙 630.62+630.622.6/1.8=1541.52kn 纵墙 623+6232.6/1.8=1522.9kn 窗户 60.98kn g1=10789.98kn 建筑物总重力荷载代表值 gi见图 2-3 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 12 8852.38 10134.49 10134.49 10134.49 10134.49 10789.98 图 2-3 重力荷载标准值 （2）地震作用计算 1）框架柱的抗侧移刚度 在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的 抗弯惯性矩取 i=2io，边框架梁取 i=1.5io；在装备整体式楼盖中中框架梁的抗弯惯性矩 取 i=1.5io，边框架梁取 i=1.2io，io 为框架梁按矩形截面计算截面惯性矩。横梁柱线刚 度见表 2-3，每层框架柱总的抗侧移刚度见表 2-4： 表 2-3 横梁、柱先刚度 截面尺寸 杆件 b(mm) h(mm) ec （kn/） io （mm4） i (mm4) l (mm) i=eci/l (kn.mm) 相对刚度 边框架梁 300 700308.571091.29101069005.61071 边框架梁 300 350301.071091.6110930001.611070.288 中框架梁 300 700308.571091.71101069007.41071.321 中框架梁 300 350301.071092.1410930002.141070.382 底层框架柱2 550 550307.631097.6310952004.41070.786 中层框架柱2 550 550307.631097.6310936006.41071.428 举例：边框架梁300700: i=eci/l=301.291010/6900=5.6107 kn.mm 表 2-4 框架柱横向侧移刚度 d 值 项目 层柱类型及截面 k=ic/2iz（一般层) k=ic/iz（底层） c=k/（2+k） （一般层） c=（0.5+k）/(2+k)（底层） d=ciz（12/h2） （kn/m） 根数 边框架边柱 （550550） 0.8750.30418.014 二 至 六边框架中柱1.130.3621.336 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 13 （550550） 中框架边柱 （550550） 1.490.4325.4822 层 中框架中柱 （550550） 2.170.5230.8124 边框架边柱 （550550） 1.270.5410.544 边框架中柱 （550550） 1.640.5911.526 中框架边柱 （550550） 1.680.5911.5222 底 层 中框架中柱 （550550） 2.170.6412.4924 举例：底层：d=410.54+611.52 +2211.52+2412.49=685.56kn/mm 二六层：d=418.01+621.33+2225.48+2430.81=1500.02kn/mm 边框架、中框架梁柱线刚度图见图 2-4、2-5； 10.2881 10.2881 10.2881 10.2881 10.2881 10.2881 10.54 18.01 18.01 18.01 18.01 18.01 21.33 21.33 21.33 21.33 21.33 11.5210.54 18.01 18.01 18.01 18.01 18.01 21.33 21.33 21.33 21.33 21.33 11.52 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 14 图 2-4 边框架梁柱线刚度 1.3210.3821.321 11.52 25.48 25.48 25.48 25.48 25.48 30.81 30.81 30.81 30.81 30.81 12.4911.52 25.48 25.48 25.48 25.48 25.48 30.81 30.81 30.81 30.81 30.81 12.49 1.3210.3821.321 1.3210.3821.321 1.3210.3821.321 1.3210.3821.321 1.3210.3821.321 图 2-5 中框架梁柱线刚度 (2)框架自振周期的计算 则自振周期为： 10 1.701.7 0.6 0.1840.438ts 其中 0 为考虑结构非承重砖墙影响的折减系数，对于框架取 0.6，为框架顶点假想 水平位移见表 2-5。 表 2-5 框架顶点假想水平位移 层gi（kn）gi（kn）d（kn/mm）=gi/d（层间相对位移) 总位移 （mm） 68852.388852.381500.025.90184.18 510134.4918986.871500.0212.66178.28 410134.4929121.361500.0219.41165.62 310134.4938255.851500.0225.50146.21 210134.4949390.341500.0232.93120.71 110789.9860180.32685.5687.7887.78 例如：六层 =gi/d=8852.38/1500.02=5.90 (3)地震作用 根据本工程设防烈度 7 度，类场地土，设计地震分组为第一组，查建筑抗震 设计规范特征周期 tg=0.35s、max=0.08 1= 0.9 1 g t t max= 0.9 0.35 0.080.053 0.551 结构等效总重力荷载：geq=0.85 gl =0.8560180.32=51153.27kn t11.4tg=1.40.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中力作用 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 15 n=0.08t1+0.07=0.080.516+0.07=0.114 框架横向水平地震作用标准值为： 结构底部： 1 51153.272711.120.053 ekeq fkng 各楼层的地震作用和地震剪力标准值由表 2-6 知 gihi=837122 nnek ff:=0.1142711.12=309.07kn 表 2-6 楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 fi=fn+fn（顶层） 层 hi（m ） gi（kn）gihi fi=（gihi/gihi）fek(1-n)（其他层） 楼层剪力 vi（kn） 623.28852.38205375589.31589.31 519.610134.49198636569.971159.28 41610134.49162151465.281624.56 312.410134.49125668360.591985.15 28.810134.4989184255.912241.06 15.210789.9856108161.002402.06 横向框架上的 vi、fi图见 2-5、2-6。 室外地坪室外地坪 420036003600360036003600600 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 16 图 2-5 横向框架上的地震作用 fi图 图 2-6 楼层剪力 vi图 验算 位移 最小剪力 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 17 第三章第三章 框架内力计算框架内力计算 3.1 恒载作用下的框架内力 3.1.1 弯矩分配系数 由于该框架为对称结构，取框架的一半进行简化计算。 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 18 d5 d4 d3 d2 d1 22.14 4.75 22.14 4.75 6.48 ab 6.48 6.48 6.48 6.48 22.14 4.75 22.14 4.75 22.14 4.75 36003600360036004700 d6 29.22 4.75 9.42 3600 11.50 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 11.76 1.9 14.61 1.9 11.76 1.9 11.76 1.9 11.76 1.9 11.76 1.9 图 3-1 恒载 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 19 -57.45 49.09 d6 -70.61 60.27 a6 b6 d5 a5 b5 d4 a4 b4 d3 a3 b3 d2 a2 b2 d1 a1 b1 a0 b0 470036003600360036003600 -57.45 49.09 -57.45 49.09 -57.45 49.09 -57.45 49.09 图 3-2 恒载产生的节点不平衡弯矩 节点 a1： sa1a0=4ia1a0=40.786=3.144 sa1b1=4ia1b1=41.321=5.284 sa1a2=4ia1a2=41.428=5.712 4(0.786 1.321 1.428) a s =14.14 a1a0= 1 0a a a s s =3.144/14.14=0.222 a1b1= 1 1a b a s s =5.284/14.14=0.374 李想：某高校砼框架实验楼的结构设计 20 a1a2= 1 2a a a s s =5.712/14.14=0.404 节点 b1： sb1d1=ib1d1=20.382=0.764 4(0.786 1.321 1.428) a s +0.764=+0.764=14.904 b1a1=41.321/14.904=0.355 b1b2=41.428/14.904=0.383 b1d1=40.382/14.904=0.103 b1b0=40.786/14.904=0.211 节点 a2： a2a1 =a2a3=41.428/16.71=0.342 a2b2=41.321/16.71=0.316 节点 b2： b2a2=41.321/(16.71+0.764)=0.302 b2b1= b2b3=41.428/(16.71+0.764)=0.327 b2d2=20.382/(16.71+0.764)=0.044 节点 a6： a6b6=41.321/4(1.321+1.428)=0.481 a6a5=41.428/4(1.321+1.428)=0.519 节点 b6： b6a6=41.321/4(1.321+1.428)+20.382=0.449 b6b5=41.428/4(1.321+1.428)+20.382=0.486 b6d6=20.382/4(1.321+1.428)+20.382=0.060 （a3，b3） 、 （a4，b4）和（a5，b5）与相应的（a2，b2）相同。 3.1.2 杆件固端弯矩 计算杆件固端弯矩时应带符号，杆端弯矩一律以顺时针方向为正。 (1)横梁固端弯矩 1)顶层横梁: 自重作用： 6 66 6a bb amm =-1/12ql2=-1/124.756.92=-18.850knm 66b dm=-1/3ql2=-1/31.91.52=-1.425knm 6 6661/ 2d bb dmm=-0.713knm 板传来的恒载作用： 6 66 6a bb amm =-1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3) =-1/1221.96.92(1-232/6.92+33/6.93)=-61.180knm 66b dm=-5/96ql2=-5/9614.632=-6.844knm 6 6d bm=-1/32ql2=-1/3214.632=-4.106knm 2)二六层横梁： 自重作用： 1 11 1a bb amm =-1/12ql2=-1/124.356.92=-17.259knm 1 1b dm=-1/3ql2=-1/31.91.52=-1.425knm 1 11 11/ 2d bb dmm=-0.713knm 板传来的恒载作用： 1 11 1a bb amm =-1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3) =-1/1216.616.92(1-232/6.92+33/6.93)=-46.401knm 1 1b dm=-5/96ql2=-5/967.6632=-3.591knm 1 1d bm=-1/32ql2=-1/327.6632=-2.154knm 安徽工程大学机电学院毕业设计（论文） 21 (2) 纵梁引起柱端附加弯矩（边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧） 顶层外纵梁 ma6=-md6=73.