土木工程系毕业论文 (3).doc

内蒙古科技大学 本科生毕业设计 题 目：包头市民族路小学教学楼 建筑结构设计（方案一） 学 号：0605119209 专 业：土木工程 班 级：土木 2006-3 班 - 2 - 第一章第一章 结构布置结构布置.- 6 - 1.1 设计题目.- 6 - 1.1.1工程概况.- 6 - 1.1.2 地质、水文及资料- 6 - 1.2 框架体系结构布置- 7 - 1.2.1柱网布置.- 7 - 第二章第二章 结构构件截面尺寸的确定结构构件截面尺寸的确定.- 9 - 2.1 框架梁尺寸的初选- 9 - 2.1.1框架梁截面尺寸初选.- 9 - 2.2 柱截面尺寸初选.- 9 - 2.3 板的尺寸确定.- 11 - 2.4 平面框架承重方案.- 11 - 第三章第三章 材料选取及计算材料选取及计算.- 12 - 3.1 材料选取.- 12 - 3.2 计算单元的选取- 12 - 3.3 计算简图的确定- 12 - 第四章第四章 荷载计算荷载计算.- 14 - 4.1 工程做法- 14 - 4.1.1屋面做法（倒置式不上人）.- 14 - 4.1.2 顶棚的做法（石灰砂浆顶棚）- 14 - 4.1.3楼面做法（细石混凝土）.- 14 - 4.1.4卫生间做法（水泥砂浆防水楼面）.- 15 - 4.1.5 内墙做法- 15 - 4.1.6 外墙做法.- 15 - 4.1.7 地面做法（自重1.2 2 /kn m）.- 16 - - 3 - 4.1.8 女儿墙做法.- 16 - 4.1.9 踢脚做法.- 16 - 4.2 屋面及露面可变荷载标准值.- 17 - 第五章第五章 楼层集中重力荷载代表值计算楼层集中重力荷载代表值计算.- 18 - 5.1 梁、柱自重.- 18 - 5.2 各层墙体自重.- 19 - 5.2.1 一层墙体重.- 20 - 5.2.2 二五层墙体重- 21 - 5.2.3 女儿墙自重.- 21 - 5.2.4 屋面的自重.- 21 - 5.2.5 楼面的自重.- 21 - 5.2.6 地面的自重.- 22 - 5.2.7 屋、楼面活荷载- 22 - 5.3 各层集中质量.- 22 - 第六章第六章 水平地震作用下框架的侧移验算水平地震作用下框架的侧移验算.- 25 - 6.1 横梁线刚度.- 25 - 6.2 横向框架侧移刚度计算- 25 - 6.2.1 横梁线刚度的计算过程见表 6.1，混凝土等级为 c30.- 25 - 6.2.2 柱线刚度 c i 计算.- 26 - 6.2.3 柱的侧移刚度 d 值的计算.- 26 - 6.3 横向框架自振周期- 31 - 6.5 水平地震作用及楼层地震剪力计算.- 32 - 6.6 水平地震作用下位移计算.- 34 - 6.7 水平地震作用下横向框架的内力分析.- 35 - 6.7.1横向框架第5轴柱端弯矩及剪力计算.- 35 - 6.7.1水平地震作用下梁端剪力及柱轴力计算.- 36 - 第七章第七章 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算.- 40 - - 4 - 7.1 计算单元的选取.- 40 - 7.2 荷载计算.- 41 - 7.2.1 恒载计算- 41 - 7.2.2活载计算.- 44 - 7.3 利用弯矩二次分配法计算框架弯矩.- 50 - 7.3.1 固端弯矩的计算及计算简图见表 7.3- 50 - 7.3.2 传递系数及分配系数.- 98 - 7.3.3 弯矩分配- 100 - 7.3.4 梁端剪力及柱轴力计算- 107 - 第八章第八章 内力组合内力组合.- 111 - 8.1 内力组合：.- 111 - 第九章第九章 截面设计截面设计116 9.1 横向框架梁截面设计 116 9.1.1梁控制截面及内力.116 9.1.2 ab跨梁正截面配筋计算116 9.1.3 bc跨梁正截面配筋计算116 9.1.4主梁斜截面设计.116 9.2 柱截面设计.116 9.2.1 柱正截面承载力计算116 9.2.2 柱斜截面承载力验算116 9.3 节点设计.116 9.3.1 节点核心区受剪水平截面验算116 9.3.2 节点核心区截面抗剪强度验算.116 第十章第十章 楼板设计楼板设计116 10.1 楼板平面布置.116 10.2 设计资料.116 10.3 楼板设计.116 - 5 - 第十一章第十一章 次梁设计次梁设计116 11.1 计算简图.116 11.2 次梁设计.116 11.2.1 荷载计算116 11.2.2 内力计算116 11.2.3 截面配筋计算116 第十二章第十二章 楼梯设计楼梯设计116 12.1 楼梯板设计.116 12.1.1 荷载计算116 12.1.2 配筋计算.116 12.2 平台板设计.116 12.2.1 荷载计算116 12.2.2 配筋计算116 12.3 平台梁设计.116 12.3.1 荷载计算116 12.3.2 截面设计116 12.3.3 平台梁斜截面受剪承载力及箍筋配筋计算116 第十三章第十三章 基础设计基础设计116 13.1 设计资料.116 13.2 内力组合.116 13.3 地基承载力设计值.116 13.4 验算荷载作用下的基底反力.116 13.5 抗冲切承载力验算.116 13.6 配筋计算.116 13.7 联合基础设计.116 13.7.1 尺寸设计116 13.7.2 配筋计算116 - 6 - - 7 - 第一章第一章 结构布置结构布置 1.1 设计题目设计题目 包头市民族路小学教学楼建筑结构设计 1.1.1 工程概况工程概况 本设计是包头市民族路五层现浇钢筋混凝土框架结构小学教学楼，位于包头 市团结大街北，建筑总面积为 5297.4，本工程为二级抗震等级。 2 m 1.1.2 地质、水文及资料地质、水文及资料 1.冬季采暖室外计算温度为-20，绝对最好温度 33.4，绝对最低温度- 30.4； 2.年平均降雨日数：91.8 天； 3.日最大降雨量：100.8；mm 4.月最大降雨量：229.2；mm 5.年最大降雨量：673.4；mm 6.地下水稳定水位：6.6-8.7；m 7.该市标准冻结深度：1.6；m 8.夏季主导风向为东南风，冬季为北风，最大风速为 25；基本风压为sm/ 0.55；mkn / 9.最大积雪深度 210，基本雪压 0.25kn/m；mm 10.冬季相对湿度 55%，夏季相对湿度 40%； 11.地震设防烈度：8 度，抗震设计基本加速度 0.25g，抗震设计地震分组为 第一组。 12.工程地质概况见表 1。 - 8 - 表 1 土层分布情况表 土层厚度土的名称 承载力标准值（）kpa 11.0 杂填土 90 24.2 粗砂土 220 34.3 粉砂 180 4 岩石层 1.2 框架体系结构布置框架体系结构布置 框架结构的优点是：平面布置灵活，既能获得较大的空间，也可分割为较小空间。 以适应不同使用功能的需求；建立的立面容易处理。若通过合理的设计，框架可以成 为耗能能力强，变形能力大的延性框架。框架结构是高次超净定结构，既能承受竖向 荷载，也能承受风荷载或水平地震作用等水平侧向力的作用。 1.2.1 柱网布置柱网布置 1.柱网布置应满足生产工艺的要求： 本设计柱网布置方式采用对称等跨式布置。 2.柱网布置应满足建筑平面布置的要求： 在教学楼与民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调，一般将柱子设在 纵横建筑隔墙交叉点上，以尽量减少柱子对建筑使用功能的影响。柱网的尺寸还受梁 跨度的限制，梁跨度一般在 6-9m 之间为宜。同时，在教学楼建筑中，一般是两边为教 学楼，中间为走廊；可将柱子布置在走道两侧，或可取消一排柱子，布置成为两跨框 架。本设计建筑平面布置为前者。 3.柱网布置要使结构变为合理： 柱网布置时，应考虑到结构在竖向荷载作用下内力分布均匀合理，各构件材料强 度均能充分利用。 4.柱网布置应方便施工： 建筑设计在结构布置时应考虑到施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。现 浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置亦应尽量使梁板布置简 单规则，以方便施工。 - 9 - 本设计柱网布置如下图： 一般情况下柱在两个方向均应有梁拉结，亦即沿房屋纵横方向均应布置梁系。 因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。沿建筑物长向的称为纵向框架，分别承 受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式的不同而按不同的方 式传递；按楼面竖直荷载传递路线不同，承重框架的布置方案有横向框架，纵向框架 和纵横向框架混合承重等几种，本设计采用纵横向框架混合承重方案。该方案由于纵 横两个方向的框架共同承重，因此结构的空间刚度较大，结构的整体性较好，对结构 抗震有利。 - 10 - 第二章第二章 结构构件结构构件 截面尺寸的确定截面尺寸的确定 2.1 框架梁尺寸的初选框架梁尺寸的初选 根据建筑抗震设计规范(gb500112001)及混凝土结构设计规范 (gb50010-2002)，梁的几何尺寸宜符合下列各项要求： （1） 梁截面高度小于或等于 800mm，取 50 为模数；800mm 以上取 100 为模数。 （2） 现浇楼盖中，一般主梁至少要比次梁高 50mm，以便施工。 （3） 主梁截面宽度不小于 200mm，次梁截面宽度不应小于 150mm 一般在横向框架梁设计时，常取梁高 hl/10,采用横向框架体系。为了防止框架 梁发生剪切破坏，梁高 h 不宜大于 1/4 净跨。同时框架梁的截面宽度可取 b=(1/21/3)h,为了使梁的两端节点传力可靠，梁宽不宜小于柱宽的 1/2，且不小于 250，以满足承载力，刚度和延性的要求。 2.1.1 框架梁截面尺寸初选框架梁截面尺寸初选 kl-1: l=8100mm h=(1/151/10)8100=(540810)mm 取 h=700mm. b=(1/31/2)h=(1/31/2) 700=(233350) mm 取 b=300mm. kl-2: l=6600mm h=(1/151/12) 6600=(440660) mm 取 h=600mm. b=(1/31/2)h=(1/31/2) 600=(200300)mm 取 h=300mm. 走道梁： l=3000mm ， 选截面为 bh=300mm600mm 次梁： l=6600mm h=(1/181/12) 6600=(367550)mm 取 h=500mm b=(1/31/2)h=(1/31/2)500=(167250)mm 取 b=250mm 2.2 柱截面尺寸初选柱截面尺寸初选 1. 按照建筑抗震设计规范(gb500112001)第 6.3.6，6.3.7 条规定： - 11 - （1） 柱截面的边长不宜小于 300； （2） 柱剪跨比不宜大于 2； （3） 柱截面长边与短边之比不宜大于 3； 2. 抗震设计时，要求柱的轴压比满足下式要求： , n cc n f a e nfg n n地震作用组合下的柱的轴向压力设计值； f按简支状态计算的负荷面积； 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似 12-15kn/; e g 考虑地震作用组合的柱的轴向压力增大系数，边柱取 1.3，不等跨内 柱取 1.25，等跨内柱取 1.2； n验算截面以上的楼层层数； c a柱截面面积； 框架柱轴压比限值，对一、二、三级抗震等级分别取 0.7，0.8，0.9； 计算柱截面尺寸，只要底层柱的截面满足要求，则其余各层也满足要求。根据 建筑设计抗震规范表 6.1.2 及混凝土结构设计规范表 11.1.4 得，本工程二级 抗震等级，轴压比限值=08。将各层的重力荷载代表值 g 近似取 13 kn/， ，根 n 据混凝土结构设计规范 （gb500100-2002）规定混凝土强度设计值, 2 16.7/ c fn mm ,由结构平面布置图可知： 2 1.57/ t fn mm 中柱的负载面积为：88.381 . 8) 2 0 . 3 2 6 . 6 ( 边柱的负载面积为： 73.261 . 8 2 6 . 6 为了方便施工取边柱与中柱截面相同，因此取二者较大者 f=38.88,地震竖向荷 载产生的轴力估计值； 3 1.25 38.88 13 531593159 10 e nfg nknn 3 2 3159 10 236452.10 0.8 16.7 c nc n amm f - 12 - 取一层柱截面尺寸为： bh=600600=360000236452.10 2 mm 2 mm 取二五层柱截面尺寸为：bh=550550=302500235452.10 2 mm 2 mm 2.3 板的尺寸确定板的尺寸确定 根据混凝土结构设计规范(gb50010-2002)表 10.1.1 查得：现浇钢筋混凝土双向板 的最小厚度为 80，连续板。则初步确定屋面板及楼面 11 4050101.5 4040 hlmm 板的厚度为 120，卫生间的板的厚度为 100. 2 mm 2 mm 2.4 平面框架承重方案平面框架承重方案 - 13 - 第三章第三章 材料选取材料选取 及计算及计算 3.1 材料选取材料选取 根据混凝土结构设计规范(gb50010-2002)对梁柱，框架节点的要求；按照一 级抗震设计时，其混凝土强度不低于 c30;按照二三级抗震等级设计时，混凝土强度 等级不低于 c20。本工程为二级抗震，初步确定柱混凝土等级一层为 c35，25 层柱 混凝土强度等级为 c30，梁、板、楼梯的混凝土等级为 c30，基础混凝土强度等级为 c25。 3.2 计算单元的选取计算单元的选取 取有代表性的 5 轴作为一榀框架计算单元进行计算。 3.3 计算简图的确定计算简图的确定 根据建筑地基基础规范(gb50007-2002)，除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5，基础埋深置于冻结线以下。根据包头市勘察设计研究院岩土公司提供的勘察报 告 ，基础可以埋在耕土层以下的粉土。耕土层厚度变化范围为 0.40.6m。室内外高 差 0.6 m.底层柱计算高度 3.9+0.5+0.6=5.0，其余各层计算高度为 3.9 m，荷载计m 算时，顶层取 1/2 柱高以上部分，其余各层取上下一半进行计算，计算简图见 3.1。 - 14 - 图 3.1 计算简图 - 15 - 第四章第四章 荷载计算荷载计算 4.1 工程做法工程做法 4.1.1 屋面做法（倒置式不上人）屋面做法（倒置式不上人） （1）保护层：c20 细石混凝土，内配钢筋网片 0.0425=1 1501504 2 /kn m （2）隔离层：平铺无纺聚酯纤维布一层 （3）保温层：70 厚挤塑苯乙烯泡沫料板 0.50.07=0.035 2 /kn m （4）防水层：高聚物改性沥青防水涂料 （5）找平层：1：3 水泥砂浆中掺聚丙烯或棉纶-6 纤维 200.02=0.4 2 /kn m （6）找坡层：1：8 水泥膨胀珍珠岩找 2%坡 100.02=0.2 2 /kn m （7）结构层：120 厚钢筋混凝土屋面板 0.1225=3 2 /kn m 合计： 4.635 2 /kn m 4.1.2 顶棚的做法（石灰砂浆顶棚）顶棚的做法（石灰砂浆顶棚） （1）钢筋混凝土板底清理干净 （2）10 厚 1：1：4 水泥石灰砂浆 （3）2 厚麻刀（或纸筋）石灰面 （4）表面喷刷涂料另选 合计： 0.24 2 /kn m 4.1.3 楼面做法（细石混凝土）楼面做法（细石混凝土） 自重 0.72 2 /kn m （1） 30 厚 c20 细石混凝土随打随抹光 （2） 素水泥砂浆结合层一遍 （3） 18 厚 1：3 水泥砂浆找平 （4） 钢筋混凝土楼板（120厚） 250.12=3 2 /kn m - 16 - 合计： 3.72 2 /kn m 4.1.4 卫生间做法（水泥砂浆防水楼面）卫生间做法（水泥砂浆防水楼面） （1）20 厚 1：2 水泥砂浆抹面压光 （2）素水泥砂浆结合层一遍 （3）50 厚 c15 细石混凝土防水层找坡不小于 5%，最薄处不小于 30 厚 （4）100 厚钢筋混凝土楼板 250.1=2.5 2 /kn m 合计： 1.61+2.5= 4.11 2 /kn m 4.1.5 内墙做法内墙做法 （1） 采用 20厚陶粒空心砌块 50.2=1.0 2 /kn m （2） 内墙装饰（两面） 0.22=0.4 2 /kn m 合计： 1.4 2 /kn m 4.1.64.1.6 外墙做法外墙做法 （1）300厚陶粒空心砌块 50.3=1.5 2 /kn m （2）外墙表面清理后，满刷聚氨酯防潮层底漆 （3）70 厚无溶剂聚氨酯硬泡保温层 0.17 2 /kn m （4）聚氨酯界面砂浆 0.00515=0.075 2 /kn m （5）15 厚胶粉聚苯颗粒找平层 0.0150.5=0.0075 2 /kn m （6）4 6 厚抗裂砂浆复合耐碱网布 0.00615=0.09 2 /kn m （7）弹性底涂，柔性腻子 0.00212=0.024 2 /kn m （8）饰面涂料另选 0.2 2 /kn m 合计： 2.07 2 /kn m - 17 - 4.1.74.1.7 地面做法（自重地面做法（自重 1.2） 2 /kn m （1）8-10 厚地砖，干水泥擦缝 （2）20 厚 1：3 干硬水泥砂浆结合层，表面撒水泥粉 （3）素水泥砂浆结合层一遍 （4）18 厚 1：3 水泥砂浆找平层 （5）60 厚 c15 混凝土 0.0623=2.58 2 /kn m （6）素土夯实 合计： 3.78 2 /kn m 4.1.84.1.8 女儿墙做法女儿墙做法 （1）5 厚 1：2.5 水泥砂浆找平层 200.005=0.1 2 /kn m （2）5 厚 1：1：6 水泥石膏沙将扫毛 120.005=0.06 2 /kn m （3）6 厚 1：0.5：4 水泥石膏沙浆打底扫毛 120.006= 0.072 2 /kn m （4）120 厚钢筋混凝土墙 250.12=3 2 /kn m （5）20 厚水泥砂浆找平层 200.02=0.4 2 /kn m （6）喷刷涂料 0.2 2 /kn m 合计： 3.832 2 /kn m 4.1.94.1.9 踢脚做法踢脚做法 （1） 灌 20 厚 1：2.5 水泥砂浆 （2） 20 厚预制水磨石踢脚板，水泥浆擦缝 4.2 屋面及露面可变荷载标准值屋面及露面可变荷载标准值 由建筑结构荷载规范(gb50009-2001)知可变荷载如下： - 18 - （1）不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 2 /kn m （2）屋面雪荷载标准值（包头市 50 年一遇） 0.25 2 /kn m （3）楼面活荷载标准值（教室，会议室，阅览室，办公室） 2.0 2 /kn m （4）走廊活荷载标准值 2.5 2 /kn m （5）楼梯活荷载标准值 2.5 2 /kn m - 19 - 第五章第五章 楼层集中楼层集中 重力荷载代表值重力荷载代表值 计算计算 计算集中荷载时，假定各层的重量为本层板自重、梁自重、活荷载以及上下各半 层墙、柱自重之和，并集中于该楼（屋）盖处。 5.1 梁、柱自重梁、柱自重 表 5.1 各楼层梁、柱重力荷载计算 层次构件 b bhg i lng i i g kl-10.30.7251.055.5137.520826.88 kl-20.30.6251.054.7256.012340.2 走道梁 0.30.6251.054.7252.4668.04 次梁 0.250.5251.052.2806.010196.8 1401.92 1 层 柱 0.60.6251.19.95.02411881188 kl-10.30.7251.055.137.5520832.39 kl-20.30.6251.054.7256.0512343.05 走道梁 0.30.6251.054.7252.45669.46 次梁 0.250.5251.053.286.0510198.44 1413.34 2、3 、4 、5 层 柱 0.550.55251.18.3193.924718.76718.76 附：表中 考虑了梁、柱的粉刷层重力荷载对其重力荷载的增大，g 表示单位长度构 件重力荷载代表值 kn/m;n 为构件数量； =1188；=718.76 1柱 gkn 32柱柱 gg 54柱柱 ggkn - 20 - 5.2 各层墙体自重各层墙体自重 外墙为 300 厚陶粒空心砌块，内墙为 200 厚陶粒空心砌块，单位面积墙重前面已 计算过，门窗单位重力荷载取值如下表： 表 5.2 门窗及数量 层次 名称 材质尺寸 12345 单位重 )/( 2 mkn 所属 墙体 m-1 玻璃 2000 210 0 20.4 外 m-2 玻璃 1000 210 0 40.4 内 m-3 木 10000 210 0 16171717170.2 内 c-1 塑钢 1800 240 0 19222222220.4 外 c-2 塑钢 2100 240 0 555550.4 外 c-3 塑钢 1500 240 0 10.4 内 c-4 塑钢 1800 180 0 10.4 内 - 21 - c-5 塑钢 1500 120 0 11110.4 外 一层： 外纵墙长：（8.15）2-120.6=73.8m 外横墙长：2（26.6）+3-80.6=24.6m 外墙总长：98.4m 内纵墙长：（8.1-0.6）7+3.9-0.3+3.3-0.3+4.8=63.9m 内横墙长：（6.6-1.2）10+6.64=86.4m 内墙总长：145.5m 二五层： 外纵墙长：（8.15）2-120.55=74.4m 外横墙长：（26.6+3）+26.6-80.55=25m 外墙总长：99.4m 内纵墙长：（8.1-0.55）8+3.9-0.3=64m 内横墙长：（6.6-0.55）10+6.63=80.3m 内墙总长：144.3m 5.2.15.2.1 一层墙体重一层墙体重 （1）外纵墙 2.0773.8(5-0.7）-(2.07-0.4) (2.02.1+21.02.1)+(2.07-0.4) (181.82.4+52.12.4+1.52.4) =446.91kn (2) 外横墙 2.0724.6（5-0.6）-(2.07-0.4) 1.82.4 =224.057-7.21=216.84kn (3) 内纵墙 1.463.9(5-0.7)-(1.4-0.2) 1.02.116+(1.4-0.4) 2.02.1=340.16kn - 22 - （4）内横墙 1.486.4(5.0-0.6)-(1.4-0.4) 1.81.8=528.98kn 一层墙体总重： =461.91+216.84+340.16+528.98=1547.89kn 1墙 g 5.2.25.2.2 二五层墙体重二五层墙体重 （1） 外纵墙 2.0784.4（3.9-0.7）-(2.07-0.4) (1.82.421+2.12.45+1.51.2)=297.11kn (2) 外横墙 2.0725（3.9-0.6）-(2.07-0.4) 1.82.4 =155.25-7.21=148.04kn (3) 内纵墙 1.464（3.9-0.87-（1.4-0.2）1.02.117 =268.72-42.84=243.88kn （4）内横墙 1.480.3(3.9-0.6)=370.99kn 二三层墙体重： =279.11+148.04+243.88+370.99=1060.02kn 32墙墙 gg 54墙墙 gg 5.2.35.2.3 女儿墙自重女儿墙自重 =3.83297.20.6=222.78 女 gkn 5.2.45.2.4 屋面的自重屋面的自重 =4.63540.516.2=3041.02kn 屋 g 5.2.55.2.5 楼面的自重楼面的自重 （1） 楼面自重 （3.72+0.24）（40.5-0.55）（16.2-0.55）-4.26.6-3.96.6 =3.96571.76=2264.16kn - 23 - （2）楼梯板重 1.43.72(6.6-0.55)(4.2-0.275)=123.67kn （3）用水房间楼面重 6.63.94.11=105.79kn 由此可知：=2264.16+123.67+105.79=2493.62kn 321楼面楼面楼面 ggg 4楼面 g=2264.16+105.79+123.67/2=2413.79kn 5.2.65.2.6 地面的自重地面的自重 3.7840.516.2=2480.6kn 5.2.75.2.7 屋、楼面活荷载屋、楼面活荷载 （1）屋面活荷载取活荷载 0.25 2 /mkn =40.516.20.25=164.03 屋面活 gkn （2） 楼面活荷载 教室、会议室、阅览室（楼面活荷载取 2.0） 2 /mkn (8.1-0.55)(6.6-0.55)9+(3.9-0.275)(6.6-0.55)2.0=866.06kn 走廊及楼梯活荷载取 2.5 2 /mkn （4.2-0.275）（6.6-0.55）+3.040.5 2.5 =145.25 2.5=363.13kn 可得：=866.06+363.13=1229.19 楼面活 gkn 5.3 各层集中质量各层集中质量 表 5.3 各层集中质量 层数恒载（）kn 活荷载 （）kn 合计（）kn - 24 - 五层 +1/2（）+ 5梁 g 55柱墙 gg 女儿墙 g 屋顶 g =1413.08+1/2（1060.24+718.76） +222.78+3041.02=5566.12 1/2164.03 =82.005648.12 四层 +1/2（+）+ 4梁 g 44柱墙 gg 55柱墙 gg 4楼面 g =1413.08+1/2（1060.24+718.76+1060.24+ 718.76）+2431.79=5623.87 1/21129.1 9 =614.60 6238.47 三层 +1/2（+）+ 3梁 g 33柱墙 gg 44柱墙 gg 3楼面 g =1413.08+1/2（1060.24+718.76+1060.24+ 718.76）+2431.79=5623.87 1/21129.1 9 =614.60 6238.47 二层 +1/2（+）+ 2梁 g 22柱墙 gg 33柱墙 gg 2楼面 g =1413.08+1/2（1060.24+718.76+1060.24+ 718.76）+2431.79=5623.87 1/21129.1 9 =614.60 6238.47 一层 +1/2（+）+ 1梁 g 11柱墙 gg 22柱墙 gg 地面 g =1413.08+1/2（1547.89+1188+1060.24+71 8.76）+2480.6=6139.97 1/21129.1 9 =614.60 6754.57 恒荷载取全部，活荷载取 50%，各层重力荷载集中于楼盖标高处，其代表值见图 5.1： - 25 - 图 5.1 重力荷载代表值 - 26 - 第六章第六章 水平地震水平地震 作用下框架的侧作用下框架的侧 移验算移验算 6.1 横梁线刚度横梁线刚度 框架柱一层采用 c35，二五层框架柱采用 c30 混凝土，框架梁均采用 c30 混凝 土。 c35 混凝土；c30 混凝土，包头地区抗 24 /1015 . 3 mmnec 24 /100 . 3mmnec 震设防烈度为八度，基本地震加速度为 0.20g. 在框架结构中，现浇楼面的楼板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减 小梁的侧移。考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取 ，对中框架取。其中为矩形梁截面惯性矩。 0 5 . 1 iib 0 0 . 2 iib 0 i 6.2 横向框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算 6.2.16.2.1 横梁线刚度的计算过程见表横梁线刚度的计算过程见表 6.16.1，混凝土等级为，混凝土等级为 c30c30 表 6.1 横梁线刚度 类别 层 次 c e bh0 i l liec/ 0 liec/5 . 1 0 liec/0 . 2 0 kl-2 1 5 4 100 . 3 3006 00 5.410 9 66002.451010 10 10675 . 3 10 109 . 4 走道 梁 1 5 4 100 . 3 3006 00 5.410 9 3000 10 104 . 5 10 101 . 8 10 10 8 . 10 - 27 - 附：表格中单位为；单位为；单位为；b、h 与 l 单 c e 2 /mmn 0 i 12 3 bh 4 mm b i 4 mm 位均为。mm 6.2.26.2.2 柱线刚度柱线刚度计算计算 c i 柱的线刚度计算过程见表 6.2，混凝土等级为一层 c35，其余为 c30。 表 6.2 柱的线刚度 层次 c h c e bhc i ccc hie/ 15000 4 1015 . 3 600600 10 1008 . 1 10 1080 . 6 25 3900 4 100 . 3550550 9 1061 . 7 10 1085 . 5 附：表格中单位为；单位为；单位为；单位为 c e 2 /mmn 0 i 12 3 bh 4 mm b i 4 mm c k ；b、h 与 l 单位均为。mmn mm 6.2.36.2.3 柱的侧移刚度柱的侧移刚度 d d 值的计算值的计算 （1） 计算方法 柱的侧移刚度 d 值按 d=计算，计算方法如表 6.3 2 12 h ic 表 6.3 柱的 d 值计算方法 边柱中柱 位置 kk 一般层 c i ii k 2 42 c i iiii k 2 4321 k k 2 底层 （固结） 4 2 i i k c i ii k 21 k k 2 5 . 0 （2） 中框架柱侧移刚度计算 计算简图如图 6.1，计算过程见表 6.4 - 28 - 图 6.1 中框架计算简图 - 29 - 表 6.4 中框架 d 值的计算 首层柱 d 值计算 d c b k k k k k 2 5 . 0 d=（） 2 12 h kcmkn / )/(mknd 中柱 （8 根） 309 . 2 80 . 6 10)80.109 . 4( 4 652. 0 309. 22 309 . 2 5 . 0 2 4 0 . 5 12 1080 . 6 652 . 0 =21281 边柱 （8 根） 721 . 0 108 . 6 109 .74 4 4 449 . 0 721 . 0 2 721 . 0 5 . 0 2 4 0 . 5 12 1080 . 6 449 . 0 =14655 =(21281+14 d 6550)8=28748 8 25 层柱 d 值的计算 d c b k k k 2 k k 2 d= 2 12 h kc （）mkn / )/(mknd 中柱 （8 根） 4 4 1085 . 5 2 10) 8 . 109 . 4(2 =2.684 573. 0 684 . 2 2 684 . 2 2 4 9 . 3 12 1085 . 5 573 . 0 =22042 边柱 （8 根） = 4 4 1085 . 5 2 109 . 42 0.838 295 . 0 838 . 0 2 838 . 0 2 4 9 . 3 12 1085 . 5 295 . 0 =13615 =(22042+13 d 615)8=285256 (3) 边框架柱侧移刚度计算 计算简图如图 6.2，计算过程见表 6.5 - 30 - 图 6.2 边框架柱计算简图 表 6.5 边框架柱 d 值的计算 首层 d 值计算 d c b k k k k k 2 5 . 0 d= 2 12 h kc （）mkn / )/(mknd 中柱 （4 根） 732 . 1 1080 . 6 10) 1 . 8675 . 3 ( 4 4 598 . 0 732 . 1 2 732. 15 . 0 19519 0 . 5 12 1080 . 6 598 . 0 2 4 边柱 （4 根） 540 . 0 1080. 6 10675 . 3 4 4 409 . 0 540 . 0 2 540 . 0 5 . 0 13350 0 . 5 12 1080 . 6 409. 0 2 4 1314764 )1335019519( d - 31 - 25 层柱 d 值计算 d c b k k k 2 k k 2 d= 2 12 h kc （）mkn / )/(mknd 中柱 （4 根） 013 . 2 1085. 52 10) 1 . 8675 . 3 (2 4 4 502. 0 013 . 2 2 013. 2 23169 9 . 3 12 8510 . 5 502 . 0 2 4 边柱 （4 根） 628 . 0 1085 . 5 2 10675 . 3 2 4 4 239 . 0 628. 02 628 . 0 11031 9 . 3 12 8510 . 5 239 . 0 2 4 1368004 )1103123169( d （3） 楼梯间框架柱侧移刚度计算 计算简图如图 6.3，计算过程见表 图 6.3 楼梯间柱计算简图 - 32 - 表 6.6 楼梯间框架柱侧移刚度计算 层 次 d （ c b k k k ） c b k k k 2 k k 2 5 . 0 （） k k 2 d= 2 12 h kc （）mkn / )/(mknd 1 1 根 54 . 0 1080. 6 10675 . 3 4 4 409. 0 54. 02 54 . 0 5 . 0 13350 0 . 5 12 1080. 6409 . 0 2 4 13350 2 5 1 根 628 . 0 1085 . 5 2 10675 . 3 2 4 4 239 . 0 628. 02 628 . 0 11031 9 . 3 12 1085. 5239 . 0 2 4 11031 （4） 各楼层框架柱总的侧移刚度 将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加即得框架各层间侧移刚度，计算结 i d 果见表 6.7 表 6.7 各层框架间纵向柱总的侧移刚度 层次 12345 i d422314423181423181423181423181 由上表可知=422314/423181=0.9980.7,则该框架为规则框架。 21/ dd 6.3 横向框架自振周期横向框架自振周期 按质点位移法计算框架的自振周期，先求出顶点的水平位移t 按照公式 ,计算框架基本周期。计算过程见表 6.14tt 01 7 . 1 基本周期调整系数，考虑填充墙对框架刚度的影响，取 0.7； 0 - 33 - 表 6.14 横向框架顶点位移 层次 )(kngi)(kngi )(mkndi 层间相对位移 )(/mdg iii t （ ）s 55648.125648.124231810.01330.2155 46238.4711886.594231810.02810.2022 36238.4718125.064231810.04280.1741 26238.4724363.534231810.05760.1313 16238.4731118.14231810.07370.0737 =1.70.7t7 . 1 01 t2155 . 0 s55 . 0 6.5 水平地震作用及楼层地震剪力计算水平地震作用及楼层地震剪力计算 本设计中，建筑高度为 20.6不超过 40，质量和刚度沿高度分布比较均匀，mm 变形以剪切变形为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用。 本设计位于包头市八度抗震区，抗震设防第一组类场地，基本地震加速度为 0.25，查表得结构地震周期值，地震影响系数最大值取。g)(35 . 0 stg16 . 0 max 结构总水平地震作用标准值按公式计算，由 eq g 1 stst g 35 . 0 ,51 . 0 1 107 . 0 16. 0 55 . 0 35 . 0 9 . 0 max 9 . 0 1 t tg 19.28301 .3111885 . 0 107 . 0 1 eqek gfkn 因1.4=1.40.35=0.49 ，所以应考虑顶部附加水平地震作用，顶st55 . 0 1 g ts - 34 - 部附加地震作用系数，由公式得：07. 008. 0 1 tsn 114. 007 . 0 55 . 0 08 . 0 n s 顶部附加地震作用 knff ekn 64.32219.2830114 . 0 5 其余各质点水平地震作用按来计算，简化后的计算公式为： n j ii ii neki hg hg ff 1 )1 ( ，各层地震剪力按式来计算，具体计算见表 n j ii ii i hg hg f 1 886 . 0 19.2830 n i ki fv 1 6.15： 表 6.15 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 h )(mhi)(kngi)(mknhg ii jjii hghg)(knfi)(knvi 53.920.65648.12116351.270.2986748.75748.75 43.916.76238.47104182.450.2674670.521419.27 33.612.86238.4779852.420.2049513.801933.07 23.98.962384755522.380.1425357.332290.40 13.95.06754.5733772.850.086217.402507.80 =33772.85+55522.38+79852.42+104182.45+116351.27 jjh g =389681.37mkn / 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布见图 6.11 - 35 - 图 6.11 地震作用和层间剪力 6.6 水平地震作用下位移计算水平地震作用下位移计算 水平地震作用下位移计算见表 6.16 表 6.16 水平地震作用下位移计算 层次 层间剪力 )(knvi 层间刚度 )( i d i i ii d v 1 层间 )(mhi 层间相 对转角 5748.754231810.00183.9 2167 1 41419.274231810.00333.9 1182 1 31933.074231810.00463.9 848 1 22290.404231810.00543.9 727 1 12507.804223140.00595.0 661 1 查表得：钢筋混凝 土框架梁弹性层间 位移角限值 =，根据变形 c 550 1 验算，层间最大位 移发生在第一层， 其值 满足要求。 550 1 661 1 - 36 - 6.7 水平地震作用下横向框架的内力分析水平地震作用下横向框架的内力分析 6.7.1 横向框架第横向框架第 5 轴柱端弯矩及剪力计算轴柱端弯矩及剪力计算 用 d 值法计算，求得框架第 层的层间剪力后，i 层 j 柱分配到的剪力以及该i i v ij v 层柱上下端的弯矩和，分别按下列各式计算：其中柱端剪力按式 u ij m d ij m 来计算，框架柱段弯矩按式=和=来计算，反弯点 i n j ij ij ij v d d v 1 d ij myhvij u ij mhyvij)1 ( 高度按计算。式中为层柱的侧移刚度，为该层柱的计算高)( 3210 yyyyy ij dh 度，为框架柱的反弯点高度比，为框架柱的标准反弯点高度比，查“倒三角形分y 0 y 布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比” ，为上、下层梁线刚度变化时反弯点高 0 y 1 y 度比的修正值，为上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 2 y 3 y 边柱柱端弯矩及剪力计算见表 6.17 表 6.17 轴框架各层边柱柱端弯矩及剪力计算 边柱 层 次 )(mhi)(knvi)(mmndij ij d ij v ky d ij m u ij m 53.9748.754231811361524.090.8380.3532.8861.07 43.91419.274231811361545.660.8380.4274.79103.28 33.91933.074231811361562.240.8380.45