3200平米四层职教教学楼（计算书、建筑、结构图）
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3200平米四层职教教学楼计算书
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南京工业大学本科生毕业设计(论文) 1 引言 本次毕业设计的任务是外国语小学第二教学楼设计，这是对我大学四年所学知识的 总结，对我毕业后实际工作能力、适应社会能力有很大的影响。我与毕业设计同组同学 在徐爱华，孔宪宾等老师的指导下，进行了本次毕业设计。本次毕业设计的主要目的是 加深对理论和概念的理解，独立系统的完成一项工程设计，熟悉工程设计的一般步骤， 熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。 本设计说明书主要包括设计任务书、建筑设计（包括总平面图、平面图、立面图、剖 面图等） 、框架结构设计、基础设计以及其它附属构件设计，基本上是一个比较全面的设 计。在设计中运用了Auto-CAD、PKPM 等一系列计算机辅助设计软件，对自己的计算机知 识和软件运用能力有了一定的加强。 本设计从建筑到结构是一个较为完整的设计过程，通过毕业设计复习和巩固了以前所 学知识，把主要课程联系成一个完整的体系，并运用于设计中；本次毕业设计培养了我进 行独立设计的基本能力，为毕业后的工作打下了坚实的基础。 在本次毕业设计中我的指导老师在百忙之中，倾注了大量时间和精力，给予了必要 的指导，在此表示衷心的感谢。 在所难免，敬请各位评审老师批评指正。由于毕业设计时间仓促，工作量较大，加 之设计经验有限，不妥之处 1.11.1 建筑设计说明建筑设计说明 建筑设计在现有的自然环境与总体规划的前提下，根据设计任务书的要求，综合考 虑使用功能、结构施工、材料设备、经济艺术等问题，着重解决建筑内部使用功能和使 用空间的合理安排，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等，创造出既符合科 学性，又具有艺术效果的工作环境。 建筑设计应考虑建筑与结构等相关的技术的综合协调，以及如何以更少的材料、劳 动力、投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用、经济、坚固、美观。 本方案采用框架结构，框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和 立柱通过节点连成一体，形成承重结构，将荷载传至基础。其特点是承重系统与非承重 系统有明确的分工，支承建筑空间的骨架与梁，柱是承重系统，而分割室内外空间的围 护结构 引言 2 和轻质隔墙是不承重的，这种结构形式强度高，整体性好刚度大，抗震性好，开窗 自由。 框架结构是多层、高层建筑的一种主要结构形式。这种结构体系的优点是建筑平面 布置灵活，能获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同的房屋造型。同 时，在结构性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合 理的结构设计可以具有较好的延性性能。我国定义 8 层及 8 层以上的建筑为高层建筑， 一般认为 8 层以下房屋属多层建筑，钢筋混凝土框架结构多用于多层建筑，较少用于高 层建筑，因为当房屋的高度超过一定的范围时，框架结构侧向刚度较小，水平荷载作用 下侧移较大，从受力合理和控制造价的角度，现浇钢筋混凝土框架结构一般不超过 60 米， 地震区现浇钢筋混凝土框架，当设防烈度为 7 度、8 度、9 度、时高度一般不超过 55 米、 45 米和 25 米。 框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和柱，通过节点连为一体， 形成承重结构，将荷载传至基础，整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构或纯 （全）框架结构，框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同的，有 时因工艺和使用要求，也可能在某层抽柱或某跨抽梁，形成缺梁、缺柱的框架。 当柱为正方形或接近正方形，或楼面荷载较大的情况下，可采用纵横向承重方案， 这时楼面常为现浇双向板楼盖或井字梁楼盖，两个方向的框架同时承受竖向荷载和水平 荷载。 建筑物是社会物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还需要考虑人们对建筑 物在美观方面的要求，本工程主体为四层，房子对比显明，错落有置又给人不呆板的感 觉。 1.1.1 平面设计 建筑平面是表示建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系。由于建筑平面通常较为 集中反映建筑功能方面的问题，一些剖面关系比较简单的建筑，它们的平面布置基本上 能够反映空间组合的主要内容，因此，首先从建筑平面设计入手。但是在平面设计中， 我始终从建筑整体空间组合的效果来考虑，紧密联系建筑剖面和立面，分析剖面、立面 的可能性和合理性，不断调整修改平面，反复深入。也就是说，虽然我从平面设计入手， 但是着手于建筑空间的组合。 各种类型的建筑，从组成平面各部分面积的使用性质来分析，主要可以归纳为使 用部分和交通联系部分两类。 南京工业大学本科生毕业设计(论文) 3 建筑平面设计是组合布置建筑物在水平方向房屋各部分的组合关系，它包括使用部 分设计和交通联系部分设计。 1.使用部分平面设计 建筑平面中各个使用房间和辅助房间，是建筑平面组合的基本单元。本设计在使用 平面设计中充分考虑了以下几点：注意了房间的面积、形状和尺寸满足室内使用活动和 设备合理布置的要求；门窗的大小和位置考虑了房间的出入方便，疏散安全，采风通风 良好；房间的构成注意使结构布置合理，施工方便，也要有利于房间之间的组合，所用 材料应符合相应的建筑标准；室内空间，以及顶棚、地面、各个墙面和构件细部，应考 虑人们的使用和审美要求。 对于辅助房间的平面设计，通常根据建筑物的使用特点和使用人数的多少，先确定 所需设备的个数，根据计算所得的设备数量，考虑在整幢建筑中辅助房间的分布情况， 最后在建筑平面组合中，根据整幢房屋的使用要求适当调整并确定这些辅助房间的面积、 平面形式和尺寸。 2. 交通联系部分设计 交通联系部分是把各个房间以及室内交通合理协调起来，同时又要考虑到使用房间 和辅助房间的用途，减少交通干扰。楼梯是垂直交通联系部分，是各个楼层疏散的必经 之路，同时又要考虑到建筑防火要求，本住宅采用梁板式双跑楼梯。 本设计中交通联系部分设计能满足下列要求：交通线路简捷明确，联系通行方便； 人流通畅，紧急疏散时迅速安全；满足一定的通风采光要求；力求节省交通面积，同时 考虑空间组合等设计问题。 3. 平面组合设计 建筑平面的组合设计，一方面，是在熟悉平面各组成部分的基础上，进一步从建筑 整体的使用功能、技术经济和建筑艺术等方面，来分析对平面组合的要求；另一方面， 还必须考虑总体规划、基地环境对建筑单体平面组合的要求。即建筑平面组合设计须要 综合分解建筑本身提出的、经及总体环境对单体建筑提出的内外两方面的要求。 1.1.2 剖面设计 建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系，剖面设计主要表现为 建筑物内部结构构造关系，以及建筑高度、层高、建筑空间的组合与利用。它和房屋的 使用、造价和节约用地有着密切关系，也反映了建筑标准的一个方面。其中一些问题需 要平、剖面结合在一起研究，才具体确定下来。 引言 4 本工程为小学教学楼。垂直交通采用楼梯，门的高度根据人体尺寸来确定，窗高要 满足通风采光要求。 1.1.3 立面设计 立面设计是为了满足使用功能和美化环境的需要而进行的。建筑立面可以看成是由 许多构部件所组成：它们有墙体、梁柱、墙墩等构成房屋的结构构件，有门窗、阳台、 外廊等和内部使用空间直接连通的部件，以及台基、勒脚、檐口等主要起到保护外墙作 用的组成部分。恰当地确定立面中这些组成部分和构部件的比例和尺度，运用节奏韵律、 虚实对比等规律，设计出体型完整、形式与内容统一的建筑立面，是立面设计的主要任 务。 1.1.4 基础和地基设计 基础和地基具有不可分割的关系，但又是不同的概念，基础是建筑物与土层直接接 触的部分，它承受建筑物的全部荷载，并把他们传给地基，基础是建筑物的一个组成部 分，而地基是基础下面的土层，承受由基础传来的整个建筑物的荷载。地基不是建筑物 的组成部分。 地基分两种：一是天然土层具有足够的承载能力，不需人工处理就能承受建筑物全 部荷载的叫天然地基。一是当上部荷载叫大或土层承载能力叫弱，缺乏足够的坚固性和 稳定性，必须经人工处理后才能承受建筑物全部荷载的叫人工地基。 根据地基土质好坏，荷载大小及冰冻深度，常把基础埋在地表以下适当深度处，这 个深度成为埋置深度（简称埋深） 。一般基础的埋深应大于冰冻线的深度，从经济和施工 角度分析，基础的埋深，在满足要求的情况下越浅越好，但最小不能小于 0.5 米。天然 地基上的基础，一般把埋深在 5 米以内的叫浅基，超过 5 米的叫深基。本工程考虑到地 下水位的高度，冰冻线的深度，以及地下软弱层的深度和范围，确定 1.5 米深度作为基 础埋深，同时考虑到该工程为框架结构，梁柱中心线不重合，将会产生较大的竖向弯矩， 为了提高抗侧刚度，满足纵横向弯矩的平衡，提高抗剪切能力，该工程选用柱下独立基 础，基础顶设置连梁，满足以上条件，同时又能起到节省材料的作用。 1.1.5 楼梯设计 楼梯是建筑物中的重要组成部分，它是主要的垂直交通设施之一，楼梯的主要功能 是通行和疏散。 板式楼梯和梁式楼梯是最常见的现浇楼梯，宾馆和公共建筑有时也采用一些特种楼 梯，如螺旋板式楼梯和悬挑式楼梯。此外也有采用装配式楼梯的。 南京工业大学本科生毕业设计(论文) 5 板式楼梯由梯段板、休息平台和平台梁组成，梯段是斜放的齿形板，支承在平台梁 上和楼层梁上，底层下端一般支承在垄墙上。板式楼梯的优点是下表面平整，施工支模 方便，外观比较轻巧；缺点是斜板较厚，约为梯段板斜长的 1/251/30，其混凝土用量 和钢材用量都较多，一般适用于梯段板的水平跨长不超过 3M 时。 梁式楼梯同踏步板、斜梁和平台板、平台梁组成。 设计楼梯时应考虑以下三个基本要求： （1）要满足功能上的要求 楼梯的数量、位置、形式和楼梯的宽度、坡度均应该符合上下通畅、疏散方便的原 则，楼梯间必须直接采光，采光面积应不小于 1/12 楼梯间平面面积。设置在公共建筑 中的主要楼梯，有的需要富丽堂皇，有的需要精巧简洁，应在楼梯形式、栏杆式样、材 料选用方面作精心设计，一般建筑则适当考虑美观问题。 （2）要满足结构和建筑构造方面的要求 在建筑构造方面要满足坚固与安全的要求，例如扶手、栏杆和踏步之间应有牢固 的连接，选用栏杆式样也应注意花饰形式。杆件与杆件的间距应考虑防止发生意外事故。 （3）要满足防火、安全方面的要求 楼梯的间距和数量，应根据建筑物的耐火等级，满足防火设计规范中民用建筑及工 业辅助建筑安全出口所规定的要求。这样楼梯才有足够的通行和疏散能力，此外还应注 意在楼梯间四周的墙，不准有凸出太多的砖柱、砖礅、散热片、消防栓等构件，防止人 在紧急疏散通行时受阻而发生意外。在楼梯间内除必须的门以为，不准另外设置门、窗， 防止火灾发生时，火焰窜出和烟雾蔓延、扩散到楼梯间而使楼梯失去通行疏散作用。 楼梯材料的选用应该考虑建筑物的耐火等级，同时还应结合考虑材料的耐磨、防滑、 易清洁和美观等要求。此外，设计楼梯时尚需考虑到经济和施工的方便。 1.21.2 结构设计说明结构设计说明 1.2.1 结构选型 结构是建筑的骨架，是建筑赖以存在的基础,作为建筑的骨架形成人类的建筑空间， 用来满足人类的生产、生活需要及对建筑物的美观要求（结构的建筑功能） 。在正确设计、 施工及正常使用条件下，建筑应该具有抵御可能出现的各种作用的能力（建筑结构的安 引言 6 全功能） 。此外，建筑结构的工程造价及用工量分别占建筑物造总工期的 40%50%（建筑 结构的经济指标） 。 为了使建筑物设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，建筑结 构方案设计，包括结构选型设计占有重要地位。建筑结构方案设计和选型的构思是一项 很细致的工作，只有充分考虑各种影响因素并进行全面综合分析，才能选出优化的方案。 建筑物的形式和风格总是和构成它的材料和结构方式相适应的。在实践中不断地探 索能够经济、合理地充分发挥材料、结构潜力的形式和风格，并逐渐形成建筑体系和结 构体系。结构是建筑的骨架，是建筑赖以存在的基础，该办公楼选用框架结构是合理的。 框架结构体系是由竖向构件的柱子与水平构件的梁通过节点连接而组成，即，承担 竖向荷载，又承担水平荷载（风、地震） 。框架结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可 以提供较大的建筑空间，也可以构成丰富多变的立面造型。 1 .内力及变形特点： （1）平荷载作用下，框架结构内力分布的特点是：底层柱子的轴力、剪力和弯矩， 且由上向下减小。一般情况下，每根柱子都有反弯点，但当梁的刚度比柱子刚度小很多 时，柱子可能没有反弯点。 （2） 作用下框架结构的侧向变形主要由两部分组成： 第一部分是由柱和梁的弯曲产生的侧移1,这部分侧移呈现剪切型特征； 第二部分是由柱的拉伸、压缩产生的侧移2,这部分侧移呈现弯曲型特征。 其中，第一部分侧移1是主要的，随着框架结构的高度增大，第二部分侧移2在 总侧移中所占比重逐渐增大，但由于框架结构所能适用的最大高度有限，故两部分侧移 合成后的框架结构总位移仍然主要呈现剪切变形的特征；框架结构的变形规律是：底层 框架的层间变形最大，向上逐渐减小。 2.震害特点 由梁、柱线形杆件组成的框架结构体系，由于侧向刚度教弱，在房屋高度增加的情 况下，其内力和侧移增长的很快，在地震的作用下往往由于其过大的侧移，导致结构的 破坏。 强烈地震作用下，框架结构体系一旦其构件端部进入塑性屈服，随之就会出现混凝 土压酥、脱落、主筋外露、压曲和箍筋崩脱等较重的破坏现象，有的柱子可能出现剪拉、 南京工业大学本科生毕业设计(论文) 7 剪压等脆性破坏。在强烈地震作用下，框架梁柱节点可能出现双向交叉裂缝，或沿柱子 纵筋方向产生粘结开裂，混凝土保护层剥落，从而导致节点部分柱子钢筋出现灯笼状的 压屈破坏。 框架结构体系的震害一般较多发生在柱端。就平面上不同位置的柱子而言，边柱的 破坏程度一般较中柱为重。边柱之中，又以角柱的破坏程度更重。就竖向不同高度位置 的柱子而言，底层柱子往往较以上的柱子更早破坏。就层内一根柱子而言，柱子上端的 震害往往重于下端。与柱子的震害相对比而言，梁端及梁身的震害较少、较轻；节点的 震害也较少。框架结构的砌体填充墙，在历次地震中表现出普遍的震害。填充墙震害的 一般规律是“上轻下重” ；贴砌在框架平面外的填充墙震害比嵌砌在框架平面内的为重。 现浇框架其结构整体性较好，抗震性能强，钢材用量省。缺点是模板消耗量大，现 场工作量大，但可采用工业化现浇的施工工艺来改进，效果是不错的，故该工程用现浇 的方法。无论是现浇框架，还是预制框架，均应尽量符合“强柱弱梁，强剪弱弯，强压 弱弯，强节点弱构件”的抗震设计准则，使框架结构具有合理的抗震破坏机制梁铰 侧移机制，达到规范对结构抗震的目的要求。 梁、柱混凝土强度等级相差不宜大于 5Mpa，如超过时，梁、柱节点区施工时应作专 门处理，使节点区混凝土强度等级与柱相同。 框架结构的开间、进深、层高等尺寸以及所选用的构件类型应尽量减少规格类型， 以利于构件生产的工业化，并最大限度地利用国家标准构配件。 3. 截面尺寸要求： 框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形，根据建筑需要也有圆形，八角形等，也 可采用柱肢厚度与墙体厚度一致的 T 形、L 形、十字形的截面形式。框架柱截面尺寸的确 定按规范中构造要求定。 4. 结构布置要求： 抗震框架结构的平面布置应力求简单、规则、均匀、对称，使刚度中心与质量中心 尽量减小偏差，并尽量使框架结构的纵向、横向具有相近的自振特性。框架结构应布置 并设计为双向抗侧力体系，主体结构的梁柱间不应采用铰接，也不应采用横向为刚接， 纵向也铰接的结构体系。 1.2.2 结构设计 框架结构一般有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。在计算机没有普 及的年代，实际为空间工作的框架常被简化成平面结构采用手算的方法进行分析。近年 引言 8 来随着微机的日益普及和应用程序的不断出现，框架结构分析时更多的是根据结构力学 位移法的基本原理编制电算程序，由计算机直接求出结构的变形、内力，以至各截面的 配筋。 由于目前计算机内存和运算速度已经能够满足结构计算的需要，因此在计算机程序 中一般是按空间结构进行分析。但是在初步设计阶段，为确定结构布置方案或估算构件 截面尺寸，还是需要采用一些简单的近似计算方法，以求既快又省地解决问题。另外， 近似的手算方法虽然计算精度较差，但概念明确，能够直观地反映结构的受力特点，因 此，工程设计中也常利用手算的结果来定性的校核判断电算结果的合理性，所以我将重 点介绍框架结构的近似手算法。 1. 计算单元确定 一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，为了方便起见，常常忽略结构纵向和 横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架 进行分析计算。由于横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗 侧刚度相同，因此，除端部外，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时 一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可；而作用于纵向框架上的荷载则各不 相同，必要时应分别进行计算。 （1）节点的简化 框架节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地 简化。在现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入区，这 时应简化为刚节点。 （2）柱网和层高的确定 在结构计算简图中，杆件用轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离。 框架的层高（框架柱的长度）即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算 起。对于不等跨框架，当个跨跨度相差不大于 10%时，在手算时可简化为等跨框架，跨度 取原框架各跨跨度的平均值，以减少计算工作量。但在电算时一般可按实际情况考虑。 （3）截面尺寸确定（根椐梁的跨度初估） （4）柱截面尺寸的确定（根据层高初估） （5）构件截面抗弯刚度的计算。 在计算框架梁截面惯性距 I 时应考虑到楼板的影响。在框架梁两端节点附近，梁受 负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小；而在框架梁的跨中，梁 南京工业大学本科生毕业设计(论文) 9 受正弯矩，楼板处于受压区形成 T 形截面梁，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较大。在工 程设计中，为简便起见，仍假定梁的截面惯性距 I 沿轴线不变，对现浇楼盖中框架取 I=2I0 边框架取 I=1.5I0;对装配整体式楼盖，这里 I0 为矩形截面梁的截面惯性矩。 反弯点发首先假定梁柱之间的线刚度只比为无穷大，其次又假定柱的反弯点高度为 一定值，从而使框架结构在侧向荷载作用下的内力计算大为简化。但这样做同时也带来 了一定的误差，首先是当梁柱线刚度较为接近时，特别是在高层框架结构或抗震设计时， 梁的线刚度可能小于柱的线刚度，框架节点对柱的约束应为弹性支承。柱的抗侧刚度不 但与柱的线刚度和层高有关，而且还于梁的线刚度等因素有关。 另外，柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比、上下层层高的 变化等因素有关。 1）柱弯矩和剪力的求解： 由表可查得 y1=y2=y3=o，因而 y=y0，风荷载分布接均布荷载，故 y0 按均布 荷载查表，地震作用按倒三角荷载查表。 一般层： 底层: 计算公式： k k i iiii K c 2 2 4321 k k i ii K c 2 5 . 0 21 0 2 12 yhVM h i D jjj c 下 )1 ( 0 yhVM D D P V jjj jj 上 i1i2 i3i4 Ic i1i2 ic 引言 10 2）梁端弯矩及梁剪力和柱轴力的求解： 梁端弯矩：对于边柱： 对于中柱： 梁剪力： 柱轴力：对于边柱，顶层的柱轴力即为梁端剪力，下一层的柱轴力即为上一层的柱 轴力加上此层的梁端剪力。对于中柱，顶层的柱轴力等于左右两梁的剪力值之差，下一 层的柱轴力等于相应层两梁的剪力值之差加上上一层的柱轴力。 3）柱边弯矩和梁跨中弯矩的求解： 2. 荷载标准值计算 （1）恒载计算 1) 屋面框架梁均布线荷载标准值 2) 楼面框架梁线荷载标准 3) 屋面框架节点集中荷载标准值 4) 楼面框架节点集中荷载标准值 (2) 活载标准值计算 3. 地震作用计算 在此仅考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。 l MM V jj j 右左 右左 右 下上右 右左 左 下上左 ii i MMM ii i MMM jjj jjj )( )( 下上jjj MMM 2 2 * 右柱边左柱边 中 梁端柱边 MM M b VMM 南京工业大学本科生毕业设计(论文) 11 为求基底剪力，先要计算结构各层的总重力荷载代表值，在此为简化计算，仅取一 榀框架的重力荷载代表值进行计算。 顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载，50%屋面活 荷载，纵、横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重以及女儿墙自重。其它层重力荷载代 表值包括：楼面恒载，50%楼面活荷载，纵、横梁自重，楼面梁自重，楼面上、下各半层 的柱及纵、横墙自重。请注意：在计算重力荷载代表值时，屋面活荷载仅考虑雪荷载。 4. 框架结构侧移计算 控制框架结构侧移要计算两部分内容：一是计算顶层最大侧移，因周期过大，将影 响使用；二是计算层间相对侧移，其值过大，将会使填充墙出现裂缝。引起框架的侧移， 主要是水平荷载作用。 对一般的多层框架结构而言，仅需计算由梁柱弯曲变形所产生的侧向位移，而不考 虑梁柱的轴向变形和截面的剪切变形所产生的结构侧移，这样计算的框架侧移已能满足 工程设计的精度要求。 5. 荷载作用下的框架结构内力计算 框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。通常，多层多跨框架 在竖向荷载作用下的侧移是不大的，可近似的按无侧移框架进行分析，而且当某层梁上 有竖向荷载时，在该层梁及相邻柱子中产生较大内力，而在其他楼层的梁、柱子所产生 内力，在经过柱子传递和节点分配以后，其值将随着传递和分配次数的增加而衰减，且 梁的线刚度越大，衰减越快。因此，在进行竖向荷载作用下的内力分析时，可假定作用 在某一层框架梁上的竖向荷载只对本层楼的梁以及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪 力，而对其他楼层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。 于是，多层多跨框架在多层竖向荷载同时作用下的内力，可以看成是各层竖向荷载 单独作用下的内力的叠加，但还要进行修正。除底层以外其他各层柱的线刚度均乘 0.9 的折减系数。柱的弯矩传递系数为 1/3。
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