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I 办公楼建筑结构框架工程施工设计毕业论文办公楼建筑结构框架工程施工设计毕业论文 目目 录录 第一章第一章 工程资料工程资料 1 1 第二章第二章 结构布置结构布置 1 1 2 1 结构总体布置 1 2 2 结构设计原则 2 2 3 构件截面尺寸的初估 3 第三章第三章 框架计算简图框架计算简图 5 5 3 1 计算单元的选取 5 3 2 计算简图 5 第四章第四章 荷载计算荷载计算 6 6 4 1 屋面及楼面的永久荷载标准值 6 4 2 屋面及楼面可变荷载标准值 7 4 3 梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算 7 4 4 计算重力荷载代表值 7 第五章第五章 横向框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算 9 9 5 1 计算梁 柱的线刚度 9 5 2 计算柱的侧移刚度 9 第六章第六章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 1010 6 1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 10 6 2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 15 II 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 2020 7 1 计算单元 20 7 2 荷载计算 20 7 3 内力计算 24 第八章第八章 框架内力组合框架内力组合 3333 8 1 结构抗震等级 33 8 2 框架梁内力组合 33 8 3 框架柱内力组合 35 第九章第九章 截面设计截面设计 3636 9 1 框架梁设计 36 9 2 框架柱设计 38 第十章第十章 基础配筋设计基础配筋设计 4343 10 1 地基承载力设计值和基础材料 43 10 2 边柱独立基础计算 43 10 3 中柱独立基础计算 49 致致 谢谢 5151 参考文献参考文献 5252 附附 录录 5353 0 第一章第一章 工程资料工程资料 1 规模 本工程为某多层办公楼建筑 总建筑面积 4213 25 层数 5 层 高度 19 55m 2 工程地质条件 工程地质条件情况如下 第一层土 城市杂填土 厚 0 1 0m 第二层土 粘土 厚 4 5 6 0m fk 210Kpa 第三层土 强风化灰岩 2 0 2 6m fk 1500 Kpa 第四层土 中风化灰岩 fk 2500 Kpa 3 抗震设防 本工程所在地区地震基本烈度 8 度 第一组 2 类场地土 抗震等级 3 级 1 第二章第二章 结构布置结构布置 2 12 1 结构总体布置结构总体布置 1 布置原则 满足建筑使用要求 结构安全 建筑施工三方面的要求 建筑物的高 与宽比满足 H B 5 2 结构平面形状 板式 塔式 以正多边形 无凹角的建筑平面为宜 3 竖向布置 竖向的体形力求规则 均匀 连续 避免刚度突变和结构不连续 过 大外挑和内收 规范要求 建筑下层侧向刚度大于上层侧向刚度 若刚度连续三层降低 则降低的幅度应小于该层侧向刚度的 50 必须加强塔楼与主体的连接 塔楼不宜采用砌 体结构 4 变形缝的设置 变形缝是伸缩缝 沉降缝 防震缝的统称 在多层及高层建筑中 应尽量少设缝或 不设缝 伸缩缝的设置 主要与结构的长度有关 设防烈度为 8 度 结构类型为现浇框架结 构时 室内类别伸缩缝最大间距为 55m 沉降缝的设置 主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关 当上部荷载差 异较大 或地基土的物理力学指标相差较大 则应设置沉降缝 沉降缝可利用挑梁或搁 置预制板 预制梁等方法做成 防震缝的设置主要与建筑平面形状 高差 刚度 质量分布等因素有关 防震缝的设置 应使各结构单元简单 规则 刚度和质量分布均匀 以避免地震作 用下的扭转效应 为避免个单元之间的结构在发生地震时互相碰撞 防震缝的宽度不得 小于 70mm 2 22 2 结构设计原则结构设计原则 1 框架结构竖向荷载作用下采用二次弯矩分配法进行计算 水平荷载作用下采用反 弯点法和 D 值法进行计算 主要运用了结构力学中等截面直杆弯矩的分配 传递等基础 知识 2 框架结构的内力分析特点 运用了楼板平面内刚度无穷大假定 抗侧刚度及内力 分析对象为某榀框架平面受力体系 2 3 框架结构的延性设计内容 结构防倒塌设计的梁铰机制要求 强柱弱梁 强剪弱 弯 构件破坏模式的延性要求 强剪弱弯 保证节点区的承载力要求 强节点区 强锚 固 提高和加强柱根部及角柱 框支柱等受力不利部位的承载力和其他抗震构造措施 局部加强 限制柱轴压比 加强柱箍筋对混凝土的约束 设计内力放大 4 框架主要构件设计 框架柱 偏压 偏拉设计 斜截面抗剪设计 框架梁 抗 弯设计 斜截面抗剪设计 调幅 跨高比大于 5 按照框架结构的合理破坏形式 在梁 端出现塑性铰是允许的 为便于浇捣混凝土 也往往希望节点处梁的负钢筋放的少些 在进行框架结构设计时 一般对梁端弯矩进行调幅 即人为的减小两端负弯矩 减少节 点附近梁顶面的配筋梁 5 框架结构应尽量少设缝或不设缝 伸缩缝的设置 主要与结构的长度有关 沉降 缝的设置 主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关 当上部荷载差异较大 或地基土的物理力学指标相差较大 则应设沉降缝 沉降缝可利用挑梁或搁置预制板 预制梁等办法做成 沉降缝和伸缩缝的宽度一般不宜小于 50mm 防震缝的设置主要与建 筑平面形状 高差 刚度 质量分布等因素有关 防震缝的设置 应使各单元简单 规 则 刚度和质量分布均匀 以避免地震作用下的扭转效应 为避免各单元之间的结构在 地震发生 时相互碰撞 防震缝的宽度不得小于 70mm 在非地震区的沉降缝 可兼作伸 缩缝 在地震区如设伸缩缝或沉降缝 应符合防震缝的要求 当仅需设置防震缝时 则 基础可不分开 但在防震缝处基础应加强构造和连接 6 基础采用柱下独立基础 框架结构设计配筋时应注意的问题 1 梁 柱的适宜配筋率 框架梁的配筋在设计中应掌握 适中 的原则 一般情 况下其配筋率宜取 0 4 1 5 框架柱的全部纵向受力钢筋的配筋率宜取 1 3 另 外当梁端的纵向受拉钢筋最小配筋率大于 2 时 其箍筋的最小直径应增大 2mm 但是无 论在何种情况下 均应满足规范所规定的最大 最小配筋率的要求 2 框架柱配筋的调整 框架柱的配筋率一般都很低 有时电算结果为构造配筋 但是实际工程中均不会按此配筋 因为在地震作用下的框架柱 尤其是角柱 所受的扭 转剪力最大 同时又受双向弯矩作用 而横梁的约束又较小 工作状态下又处于双向偏 心受压状态 所以其震害重于内柱 对于质量分布不均匀的框架尤为明显 因此应选择 最不利的方向进行框架计算 另外也可分别从纵 横两个方向计算后比较同一侧面的配 筋 取其较大值 并采用对称配筋的原则 为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求 在配筋计算时应注意以下问题 3 1 角柱 边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时 其柱内纵筋总 截面面积算值增大 25 2 框架柱的配筋可放大 1 2 1 6 倍 其中角柱 1 4 倍 边柱 1 3 倍 中柱 1 2 倍 3 框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形 以增强箍筋对混凝土的约束 4 对于二 三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接 且当柱纵向钢 筋的总配过 3 时 箍筋的直径不应小于 8mm 并应焊接 2 32 3 构件截面尺寸的初估构件截面尺寸的初估 2 3 12 3 1 柱截面的估算柱截面的估算 柱截面尺寸可用下面的经验公式计算 A a2 1000 0 1 w fc FnG A 柱截面尺寸 m2 a 柱边长 m n 验算截面以上楼层的层数 F 验算柱的负荷面积 m2 依柱网尺寸定 fc 砼强度的设计值 MPA 轴心抗压 地震边距的相关调整系数 如果是 6 7 度抗震设防 中柱取 1 0 边柱取 1 1 G 结构单位面积上的重量 一般指竖向荷载 预砼 钢筋砼 多层建筑约为 12 18 2 mKN 轴压比限值 6 7 度抗震等级 四级 0 9 在这里 取 G 14KN 混凝土强度取 C30 则 fc 14 3Mpa 6 度抗震设防 1 0 1 1 1 2 该工程抗震等级为四级 则 0 9 中柱 边柱 角柱 对一层柱进行编号 估算柱截面 采用通长柱 初步取以一层柱截面通长作为整个 框架柱的截面 常用的柱截面尺寸为 300 400 400 500 400 600 500 700 600 800 柱截面尺寸初估计算 4 KJ 3 的 轴间的跨度为 7 0m 跨度比较大 梁受荷面积亦大 轴底层柱 A B B 子所承受的力的面积范围最大 计算为 n 5 F 5 0 3 6 2 7 0 2 25 5 1 1 0 9 fc 14 30MPa G 16KN Ac 16 5 25 5 1 1 14 30 0 9 0 1 1000 0 157 因此 取柱的截面尺寸为 500mm 500mm Ac 0 25 0 11 满足要求 2 3 22 3 2 梁截面的估算梁截面的估算 梁高度的选定 h l 8 12 l 为主梁的跨度 梁宽度的选定 b h 1 3 1 2 常用的梁宽为 200mm 250mm 300mm 350mm 截面尺寸估算 1 纵向连系梁 兼门窗过梁 KL1 h 1 12 1 8 5000 417 625 取 h 550 b 1 3 1 2 550 183 275 取 b h 250 550 2 横向框架梁 KL2 h 1 12 1 8 7000 583 875 取 h 700 b 1 3 1 2 700 233 350 取 b h 300 700 2 3 32 3 3 板厚的估算板厚的估算 本工程采用现浇肋梁楼盖 连续双向板 板厚 板的短边尺寸的 1 40 50 h 1 40 50 3600 40 50 90 72mm 6 为方便施工 本工程楼屋面板板厚统一取 100 7 第三章第三章 框架计算简图框架计算简图 3 13 1 计算单元的选取计算单元的选取 多层框架房屋实际上是由纵 横框架组成的空间结构 但在工程设计时 为了简化 计算 可忽略其空间作用 从各榀纵向框架和横向框架中选出一榀或几榀有代表性的框 架作为计算单元 分别按平面框架进行分析计算 作用于各计算单元上的荷载按该单元 的负荷面积确定 这种简化一般是偏于安全的 横向中间各榀框架 由于间距和各自抗侧刚度相同 作用的各种荷载相同 因此 中间各榀横向框架将产生相同的内力与变形 可以单独取出一榀横向框架作为计算单元 而作用于各榀纵向框架上的荷载不相同 必要时应分别进行计算 3 23 2 计算简图计算简图 将复杂的空间结构简化为平面框架之后 应进一步将实际的平面框架转化为力学模 型 计算简图 在框架结构的计算简图中 梁 柱用其轴线表示 梁与柱之间的连接 用节点表示 梁或柱的长度用节点间的距离表示 当框架各层柱截面尺寸不同 但其形 心线重合时 框架柱的轴线取截面形心线 当框架各层柱截面尺寸不同且形心线不重合 时 一般采取近似方法 将顶层柱的形心线作为柱子的轴线 但是必须注意 按此计算简图算出的内力是计算简图轴线上的内力 由于此轴线不 一定是各截面的形心线 故在截面配筋计算时 应将按计算简图算得的内力转化为截面 形心轴处的内力 框架柱轴线间的距离即为框架梁的计算跨度 框架柱的计算高度应为各横梁形心轴 线间的距离 当各层梁截面尺寸相同时 除底层外 柱的计算高度可取各层的层高 此 外 对梁柱板均为现浇的情况 梁截面的形心线可近似取至板底 对底层柱的下端 一 般取至基础顶面 当设有整体刚度很大的地下室 且地下室的层间刚度不小于上部结构 层间刚度的 1 5 倍时 可取至地下室结构的顶部 本工程暂定基础顶面至室外地坪高度为 0 50 米 室内外高差 0 45 米 底层取 H 500 450 3600 4600mm 二 五层取层高 H 3600mm 4600 700036007000 360036003600 ABCD 3600 图 3 1 框架计算简图 8 第四章第四章 荷载计算荷载计算 4 14 1 屋面及楼面的永久荷载标准值屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面 上人 屋面为卷材防水屋面 40 厚的 C20 细石混凝土保护层 0 04 230 92kN m2 20 厚 1 2 水泥砂浆 0 02 20 0 4kN m2 40 厚挤塑聚苯保温板 0 3kN m2 20 厚的 1 2 水泥砂浆 0 02 20 0 4 kN m2 4 厚 SBS 改性沥青卷材防水层 隔汽层 0 3 kN m2 20 厚 1 2 水泥砂浆找平层 0 02 20 0 4kN m2 100 厚的钢筋混凝土板 结构层找坡 2 0 1 25 2 5kN m2 20 厚 1 3 砂浆抹灰层 0 02 17 0 34kN m2 合计 5 56kN m2 1 4 层楼面 水磨石楼面 15 厚的 1 2 水泥石子磨光 0 015 180 27kN m2 20 厚的 1 3 水泥砂浆找平层 0 02 20 0 4kN m2 水泥结合层一道 0 3kN m2 现浇 100 厚的钢筋混凝土楼板 0 1 25 2 5 kN m2 合计 3 47kN m2 4 24 2 屋面及楼面可变荷载标准值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 走廊活荷载标准值 2 5kN m2 4 34 3 梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算 查规范得以下自重 外墙面为面砖墙面自重 0 5 kN m2 普通砖墙自重 0 24 184 32kN m2 9 4 3 14 3 1 梁自重计算梁自重计算 横梁自重 0 3 0 7 25 4 375 kN m 粉刷 0 7 0 7 0 25 0 02 17 0 561 kN m 合计 4 936kN m 纵梁自重 0 25 0 6 25 3 75 kN m 粉刷 0 6 0 6 0 25 0 02 17 0 493 kN m 合计 4 243 kN m 次梁自重 0 25 0 5 25 3 125 kN m 粉刷 0 5 0 5 0 25 0 02 17 0 425 kN m 合计 3 55 kN m 4 3 24 3 2 柱自重计算柱自重计算 柱自重 0 5 0 5 25 6 25 kN m 粉刷 0 5 4 0 2 2 0 02 17 0 544 kN m 合计 6 794 kN m 女儿墙自重 含贴面和粉刷 1 5 4 32 0 5 1 5 0 02 17 2 8 25 kN m 内外墙自重 含贴面和粉刷 3 6 0 6 4 32 0 5 3 6 0 02 17 2 19 8 kN m 4 44 4 计算重力荷载代表值计算重力荷载代表值 4 4 14 4 1 第第 5 5 层的重力荷载代表值 层的重力荷载代表值 屋面恒载 7 0 2 3 6 6 5 56 510 408 kN 女儿墙 8 25 6 2 99 kN 纵横梁自重 4 936 7 0 2 2 857 3 6 4 243 3 4 3 55 7 0 2 168 931 kN 半层柱自重 6 794 3 6 4 0 5 48 917 kN 半层墙自重 19 8 3 8 19 8 7 0 2 0 5 368 28 kN 合计 1195 536 kN 恒载 0 5 活载 1195 536 0 5 6 7 0 3 6 7 0 2 1287 336 kN 10 4 4 24 4 2 2 2 4 4 层的重力荷载代表值层的重力荷载代表值 楼面恒载 7 0 2 3 6 6 3 47 318 546 kN 上 下半层墙重 368 28 368 28 736 56 kN 纵横梁自重 168 931 kN 上半层柱 下半层柱 48 917 48 917 97 834 kN 楼面活荷载 6 7 0 2 2 6 3 6 2 5 189 9 kN 恒载 0 5 活载 318 546 736 56 168 931 97 834 0 5 189 9 1416 821 kN 4 4 34 4 3 一层的重力荷载代表值 一层的重力荷载代表值 楼面恒载 318 546 kN 上 下半层墙自重 a 上半层墙重 368 28 kN a 下半层墙重 23 1 3 8 23 1 7 0 2 0 5 429 66 kN 纵横梁自重 168 931 kN 上半层自重 48 917 kN 下半层自重 6 794 4 2 4 0 5 57 070 kN 合计 1391 404 kN 楼面活荷载 189 9 kN 恒载 0 5 楼面活载 1391 404 0 5 189 9 1486 354 kN 荷载代表值为 n i i G 1 5 n kNGGGGGG n i i 153 7024336 1287821 14163354 1486 54321 1 11 第五章第五章 横向框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算 5 15 1 计算梁 柱的线刚度计算梁 柱的线刚度 梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为 2 80 N mm2 30 C C E 4 10 在框架结构中 可现浇楼面或预制楼板 但只有现浇层的楼面 可以作为梁的有效翼 缘 增大梁的有效刚度 减少框架侧移 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梁取 对中框架梁取 0 5 1 II 0 0 2 II 表5 1 横梁线刚度计算表 类别 Ec N mm2 bh mmmm I0 4 mm l mm ECI0 l N mm 2ECI0 l N mm 边横梁 2 50104 300700 7 146109 70003 251010 6 501010 走道梁 2 50104 300 7007 146109 36001 901010 3 801010 柱线刚度计算 表5 2 柱线刚度Ic计算表 层次 mm c h Ec N mm2 bh mmmm Ic mm4 ECIc c h N mm 146002 50104 500500 5 21109 3 721010 2 536002 50104 500500 5 21109 4 341010 5 25 2 计算柱的侧移刚度计算柱的侧移刚度 柱的侧移刚度 D 计算公式 2 12 h i D c c 其中为柱侧移刚度修正系数 为梁柱线刚度比 不同情况下 取值不同 c K c K 对于一般层 2 b c K K K 2 c K K 对于底层 2 b c K K K 0 5 2 c K K 表5 3 横向框架柱侧移刚度D计算表 层次 层高 m h 柱 根 数 Kc 2 12 h i D c c D 12 N mm 边柱 2 0 8350 29511855 2 53 6 中柱 2 1 1000 35514266 52242 边柱 2 0 9740 49612552 14 6 中柱 2 1 2840 54313741 52586 该框架为规则框架 7 0007 1 52242 52586 2 1 D D 4600 700036007000 3 72 ABCD 360036003600 6 506 503 80 6 506 503 80 6 506 503 80 6 506 503 80 4 344 34 4 344 34 4 344 34 3 72 3600 6 506 503 80 6 506 503 80 4 344 34 图图 5 15 1 框架计算简图框架计算简图 13 第六章第六章 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 6 16 1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 6 1 16 1 1 横向自振周期的计算横向自振周期的计算 运用顶点位移法来计算 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构 基本自 振周期可按下式来计算 TT uT 7 1 1 式中 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移 即假想把集中在各层 T u 楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移 i G 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 T 故先计算结构顶点的假想侧移 计算过程如下表 表6 1 结构顶点的假想位移计算 层次 i GkN Gi VkN i DN mm mmui i umm 51287 3361287 3365224224 64394 85 41416 8214120 9785224278 88318 45 31416 8214120 9785224282 49275 26 21416 8215537 79952242106 00239 57 11486 354702457133 57 由上表计算基本周期 1 T suT TT 748 0 39485 0 7 07 17 1 1 6 1 26 1 2 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 该建筑结构高度远小于 40m 质量和刚度沿高度分布比较均匀 变形以剪切为主 因 此用底部剪力法来计算水平地震作用 首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力 Ek F 1Ekeq FG 式中 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数 1 结构等效总重力荷载 多质点取总重力荷载代表值的 85 eq G 53 5970153 702485 085 0 ieq GG 地区特征分区为一区 又场地类别为 类 查规范得特征周期 0 35 g Ts 查表得 水平地震影响系数最大值 max 0 08 14 由水平地震影响系数曲线来计算 1 0404 0 08 0 748 0 35 0 9 0 max1 T T g 式中 衰减系数 0 05 时 取 0 9 kNGF eqEk 21 24153 59700404 0 1 因为 sTsT g 49 0 35 0 4 14 1748 0 1 所以不需要考虑顶部附加水平地震作用 则质点 i 的水平地震作用为 i F 1 ii iEkn jj j G H FF G H 式中 分别为集中于质点 i j 的荷载代表值 分别为质点 i j 的 i G j G i H j H 计算高度 具体计算过程如下表 各楼层的地震剪力按来计算 一并列入表中 n k ki FV 1 表6 2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 i Hm i GkN ii G HkN m i F kN i VkN 519 001287 3362394473 4473 44 415 41416 8211902463 42129 48 311 81416 8211615249 54188 16 28 21416 8211105133 90222 06 14 61486 354624319 15241 21 jj G H 78642 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图 图图 6 16 1 横向水平地震作用及层间地震剪力横向水平地震作用及层间地震剪力 15 6 1 36 1 3 水平地震作用下的位移验算水平地震作用下的位移验算 用 D 值法来验算 框架第 层的层间剪力 层间位移及结构顶点位移分别按下式来计算 ii V iu u n ik k i VF 1 s iiij j uVD 1 n k k uu 计算过程见下表 表中计算了各层的层间弹性位移角 eii uh 表6 3 横向水平地震作用下的位移验算 层次 i VkN i DN mm i umm i umm i hmm eii uh 573 44522421 40616 49936001 2560 4138 54522422 52413 24036001 1458 3188 16522423 60212 44036001 999 2222 06522424 2518 83836001 847 1241 21525864 5874 58746001 916 由表中可以看到 最大层间弹性位移角发生在第二层 1 847 1 550 满足要求 6 1 46 1 4 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下框架内力计算 将层间剪力分配到该层的各个柱子 即求出柱子的剪力 再由柱子的剪力和反弯点 高度来求柱上 下端的弯矩 柱端剪力按下式来计算 1 ij ijis ij j D VV D 柱上 下端弯矩 按下式来计算 u ij M b ij M b ijij MVyh 1 u ijij MVy h 123n yyyyy 式中 i 层 j 柱的侧移刚度 h 为该层柱的计算高度 ij D 16 y 反弯点高度比 标准反弯点高比 根据上下梁的平均线刚度 和柱的相对线刚度的比值 n y b k c k 总层数 该层位置查表确定 mn 上下梁的相对线刚度变化的修正值 由上下梁相对线刚度比值 及 查表得 1 y 1 i 上下层层高变化的修正值 由上层层高对该层层高比值及 查表 2 y 2 i 下层层高对该层层高的比值及 查表得 3 y 3 i 需要注意的是是根据表 规则框架承受均布水平力作用时各层柱标准反弯点高度 n y 比查得 n y 表6 4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 673 44522421185517 070 840 3240 8119 20 43 6188 1652242 11855 42 700 840 4584 5569 17 33 6188 1652242 11855 42 700 840 4584 5569 17 23 6222 0652242 11855 50 390 840 5090 7090 70 14 6241 21525861255257 580 970 6584 64157 19 表6 5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 673 4452242 14266 20 051 100 3546 9225 26 43 6188 1652242 14266 51 381 100 45101 7383 24 33 6188 1652242 14266 51 381 100 45101 7383 24 23 6222 0652242 14266 60 641 100 50109 15109 15 14 6241 21525861374162 531 280 62100 60164 13 注 表中弯矩单位为 剪力单位为 kNkN m 梁端弯矩 剪力及柱轴力分别按下式来计算 1 l lbu b bijij lr bb i MMM ii 1 r rbu b bijij lr bb i MMM ii 17 l MM V r b l b b n lr ibb k ik NVV 表6 6 梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 边梁走道梁柱轴力 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱 N中柱 N 540 8129 617 010 6717 3117 313 616 49 10 67 5 82 4129 8598 597 034 6157 6457 643 654 90 68 72 40 27 3129 8598 597 034 6157 6457 643 654 90 68 72 40 27 2159 87121 417 042 6270 9870 983 667 60 111 34 65 25 1175 34132 377 047 0277 3877 384 673 70 157 96 92 33 水平地震作用下框架的弯矩图 梁端剪力图及柱轴力图如图所示 109 15 164 13 157 19 175 34 90 70 159 87 84 64 129 85 90 70 77 38 109 15 70 98 100 60 132 37 45 3084 55 40 81 40 8146 92 29 61 17 31 121 41 98 59 54 50 101 73 57 64 83 24 69 17 129 85 45 3084 55 54 50 101 73 57 64 图图 6 26 2 左地震作用下框架弯矩图 左地震作用下框架弯矩图 KN MKN M 157 96 111 34 68 72 46 62 42 62 34 61 10 67 10 67 92 33 73 70 65 25 67 60 40 27 54 90 16 49 5 82 92 33 65 25 40 27 5 82 73 70 67 60 54 90 16 49 46 62 42 62 34 61 10 67 157 96 111 34 68 72 10 67 68 72 34 61 54 9054 9034 61 68 72 图图 6 36 3 左地震作用下梁端剪力及柱轴力图左地震作用下梁端剪力及柱轴力图 kN kN 18 6 26 2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 6 2 16 2 1 风荷载标准值风荷载标准值 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算 0kzsz ww 式中 风荷载标准值 kN m2 k 高度 Z 处的风振系数 z 风荷载体型系数 s 风压高度变化系数 z 基本风压 kN m2 0 由 荷载规范 地区重现期为 50 年的基本风压 0 40kN m2 地面粗糙度为 B 0 类 风载体型系数由 荷载规范 查得 1 3 荷载规范 规定 对于高度大于 s 30m 且高宽比大于 1 5 的房屋结构 应采用风振系数来考虑风压脉动的影响 本设计 z 中 房屋高度 H 19 0m 30m H B 18 15 3 1 18 1 5 则不需要考虑风压脉动的影响 取 1 0 z 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载 如下表 表6 7 风荷载计算 层次 z s Z Z m z 0 2 A m kN k V kN 51 01 319 01 140 4019 812 5612 56 41 01 315 41 040 4021 611 6811 68 31 01 311 81 000 4021 611 2311 23 21 01 38 21 000 4021 611 2311 23 11 01 34 61 000 4022 9511 9311 93 其中 A 为一榀框架各层节点的受风面积 取上层的一半和下层的一半之和 顶层取 到女儿墙顶 底层只取到下层的一半 注意底层的计算高度应从室外地面开始取 顶层 2 3 6 1 55 019 8 2 Am 中间层 2 3 6 5 021 6Am 底层 2 4 63 6 522 95 22 Am F3 11 68 F1 11 93 F2 11 23 F5 12 56 F2 11 23 图图 6 46 4 等效节点集中风荷载计算简图等效节点集中风荷载计算简图 kN kN 19 6 2 26 2 2 风荷载作用下的水平位移验算风荷载作用下的水平位移验算 根据水平荷载 计算层间剪力 再依据层间侧移刚度 计算出各层的相对侧移和绝 对侧移 计算过程如下表 表6 8 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 i F kN i VkN DN mm i umm i umm ii uh 512 56 12 56 522420 243 501 15000 411 68 24 24 522420 712 771 5070 311 23 35 47 522420 922 061 3913 211 23 35 47 522420 922 061 3913 111 93 47 40 525861 141 141 3684 由表可以看出 风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的 1 3684 小于 1 550 满足规范要求 6 2 36 2 3 风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算 计算方法与地震作用下的相同 都采用 D 值法 在求得框架第 I 层的层间剪力后 I 层 j 柱分配到的剪力以及柱上 下端的弯矩 i V ij V 分别按下列各式计算 b ij M u ij M 柱端剪力计算公式为 is j ij ij ij V D D V 1 柱端弯矩计算公式为 yhVM ij b ij hyVM ij u ij 1 321 yyyyy n 需要注意的是 风荷载作用下的反弯点高比是根据表 均布水平荷载作用下的各 n y 层标准反弯点高度比查得 n y 表6 9 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层 次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 6 12 56 52242 11855 5 750 840 4012 428 28 43 6 24 24 52242 11855 8 410 840 4517 0513 62 33 6 35 47 52242 11855 10 950 840 519 7119 71 23 6 35 47 52242 11855 10 950 840 519 7119 71 20 14 6 47 40 525861255214 370 970 6521 1239 23 表6 10 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层 次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 6 12 56 52242142663 431 100 358 034 32 43 6 24 24 522421426610 111 100 4520 0216 38 33 6 35 47 522421426613 181 100 5023 7223 72 23 6 35 47 522421426613 181 100 5023 7223 72 14 6 47 40 525861374115 731 280 6225 1140 96 注 表中弯矩单位为 剪力单位为 kN kN m 梁端弯矩 剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算 b M i V i N 1 u ij b ji r b l b l bl b MM ii i M 1 u ij b ji r b l b r bl b MM ii i M lMMV r b l bb n ik r b l bi VVN 表6 11 风荷载作用下的梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 边梁走道梁柱轴力 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱 N中柱 N 56 985 077 01 832 962 963 62 82 1 83 0 99 424 9318 93 7 0 7 0511 0711 07 3 6 10 54 12 70 7 44 333 3325 31 7 0 8 8814 7914 79 3 6 14 09 21 58 12 65 233 3325 31 7 0 8 8814 7914 79 3 6 14 09 21 58 12 65 140 8330 82 7 0 10 8618 0118 01 3 6 17 15 32 44 18 94 横向框架在风荷载作用下弯矩 梁端剪力及柱轴力见图 6 5 21 9 98 30 82 23 72 16 38 25 31 39 23 40 83 40 96 19 71 13 62 21 12 33 33 19 71 24 93 18 01 25 11 14 79 23 72 11 07 18 93 5 07 6 98 8 2816 65 6 98 8 03 20 02 2 96 23 72 25 31 19 71 33 33 19 71 14 79 23 72 图图 6 56 5 左风作用下框架弯矩图左风作用下框架弯矩图 KN 18 94 12 65 17 15 32 44 10 86 21 58 7 44 0 99 14 09 10 54 2 82 8 88 12 70 6 65 1 83 1 83 17 15 14 09 10 54 2 82 18 94 12 65 7 44 0 99 32 44 21 58 12 70 1 83 10 86 8 88 6 65 1 83 12 65 17 15 10 86 21 58 17 15 12 65 21 58 10 86 图图 6 66 6 左风作用下梁端剪力及柱轴力图左风作用下梁端剪力及柱轴力图 22 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 7 17 1 计算单元计算单元 取 7 轴线横向框架进行计算 计算单元宽度为 5 0m 如图所示 由于房间内布置有 次梁 故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示 计算单元内的其余楼面 荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架 作用于各节点上 见下图 7 1 图图 7 17 1 横向框架计算单元横向框架计算单元 7 27 2 荷载计算荷载计算 7 2 17 2 1 恒载计算恒载计算 P1 P2 P2 P1 2 q 2 q 2 q 1 q 1 q 1 q 图图 7 27 2 各层梁上作用的荷载各层梁上作用的荷载 在图中 代表横梁自重 为均布荷载形式 对于第五层 1 q 1 q 2 857kN mmkNq 936 4 1 1 q 和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 由图所示的几何关 2 q 2 q 系可得 23 2 5 562 516 68 qkNm 2 5 562 516 68 qkNm 分别为由边纵梁 中纵梁直接传给柱的荷载 它包括梁自重 楼板重和女儿 1 P 2 P 墙等的自重荷载 计算过程如下 节点集中荷载 1 P 边纵梁传来 a 屋面自重 三角形部分 2 5 1 255 56225 02 2 kN b 由次梁传来的屋面自重 梯形部分 0 5 7 0 7 0 3 1 25 5 56 42 54KN c 边纵梁自重 4 243 5 0 25 46kN 次梁自重 7 0 3 5511 72 2 kN 女儿墙自重 8 25 5 0 49 50kN 合计 154 24kN 1 P 节点集中荷载 2 P 纵梁传来 a 屋面自重 三角形部分 2 5 1 255 56450 04 2 kN b 次梁自重 7 0 3 5511 72 2 kN c 由次梁传来的屋面自重 梯形部分 42 54kN d 走道屋面板自重 0 5 2 5 1 05 5 56 8 76kN 纵梁自重 4 243 5 0 25 46kN 合计 138 52kN 2 P 对于 1 4 层 计算的方法基本与第五层相同 计算过程如下 mkNq 936 4 1 2 857kN m 1 q 2 3 472 510 41 qkNm 24 2 3 472 510 41 qkNm 节点集中荷载 1 P 纵梁自重 4 243 5 0 25 46kN 外墙自重 5 00 252 19 80 887 12kN 纵梁传来 a 楼面自重 三角形部分 2 5 1 253 47215 62 2 kN b 次梁自重 7 0 3 5511 72 2 kN c 主梁上墙重 11 7 020 25 19 80 824 16 22 kN d 由次梁传来的楼面自重 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 3 47 26 55kN 合计 190 63kN 节点集中荷载 2 P 纵梁自重 4 243 5 0 25 46kN 内墙自重 87 12kN 纵梁传来 a 楼面自重 三角形部分 2 5 1 253 47215 62 2 kN b 次梁自重 7 0 3 5511 72 2 kN c 主梁上墙重 11 7 020 25 19 80 824 16 22 kN d 由次梁传来的楼面自重 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 3 47 26 55kN e 走道楼面板自重 0 5 2 5 1 05 3 47 5 47kN 合计 196 10kN 7 2 27 2 2 活荷载计算活荷载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图 P1 P2 P2 P1 2 q 2 q 2 q 25 1 q 1 q 1 q 图图 7 37 3 各层梁上作用的活载各层梁上作用的活载 对于第四层 2 2 02 55 0 qkNm 2 2 02 55 0 qkNm 节点集中荷载 1 P 屋面活载 三角形部分 2 2 5 0 5 1 25 2 9 0kN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 2 0 15 30kN 合计 24 30kN 节点集中荷载 2 P 屋面活载 三角形部分 2 5 0 5 1 5 2 2 9 0kN 走道传来屋面荷载 0 5 2 5 1 05 2 0 3 15kN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 2 0 15 30kN 合计 27 45kN 对于 1 3 层 2 2 02 55 0 qkNm 2 2 52 57 5 qkNm 节点集中荷载 1 P 楼面活载 三角形部分 2 2 5 0 5 1 5 2 9 0kN 次梁传来的楼面活载 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 2 0 15 30kN 合计 24 30kN 中节点集中荷载 2 P 楼面活载 三角形部分 26 2 2 5 0 5 1 5 2 9 0kN 走道传来屋面荷载 0 5 2 5 1 05 2 5 3 94kN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 0 7 0 2 5 1 5 2 0 15 30kN 合计 28 24kN 7 37 3 内力计算内力计算 7 3 17 3 1 计算分配系数计算分配系数 梁端和柱端弯矩采用弯矩二次分配法来计算 计算时先对各节点不平衡弯矩进行第 一次分配 向远端传递 传递系数为 1 2 然后对由于传递而产生的不平衡弯矩再进行分 配 不再传递 到此为止 由于结构和荷载均对称 故计算时可用半框架 对于边节点 与节点相连的各杆件均为固接 因此杆端近端的转动刚度 为4Si i 杆件的线刚度 分配系数为 对于中间节点 与该节点相连的走道梁的远端转 j SS 111 化为滑动支座 因此转动刚度 其余杆端 分配系数计算过程如下 Si 4Si 梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成 在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算 也可根据固端弯矩相等的原则 先将梯形分布荷载以及三角形分布荷载 化为等效均布 荷载 等效均布荷载的计算公式如图所示 p q l 2ll 2 三角形分布荷载 2 1 pq 8 5 p a q l a l 梯形分布荷载 l a lq 21 32 图图 7 47 4 荷载的等效荷载的等效 顶层梯形荷载化为等效均布荷载 25 32 15 21 ABAB ggg 边 mkN 06 2068 16 23 0 23 0 21 936 4 32 27 2515 8 5 BCBC ggg 中 mkN 28 1368 16 8 5 857 2 则顶层各杆的固端弯矩为 跨 俩端均为固定支座AB 22 11 20 067 072 82 1212 ABBA MMg lkN m 边边 跨 一端为固定支座 一端为滑动支座BC 22 11 13 28 1 84 88 33 BC Mg lkN m 中中 22 11 13 28 1 82 44 66 CB Mg lkN m 中中 其余层梯形荷载化为等效均布