一中学教学楼结构设计毕业设计.doc

一中学教学楼结构设计毕业设计第一部分 设计资料一、 建筑资料该工程为一中学教学楼，拟建于郑州市某地段，总建筑面积6181m2左右，建筑形状为L形，总长63.95m，总宽31.9m，总体四层，局部五层，总高为19.95m，层高均为3.9m，室内外高差0.45m。二、 设计资料1、气象资料 基本雪压 S0=0.35 KN/ m2 基本风压 W 0=0.40 KN/ m22、地质、水文资料天然地面以下1m厚为填土，地基标准承载力为120KPa，填土以下2m为粘土，地基承载力为250 KPa，粘土以下为中密实沙层，地基承载力为300 Kpa。3、地震设防烈度：7度第二部分 结构设计计算书一、 结构方案及布置 该建筑为教学楼，建筑平面布置灵活，有较大空间，可考虑采用框架结构，框架结构本身抗震性能好，能承受较大的变形，所以选择框架结构。 该工程采用全现浇结构体系，楼盖采用现浇混凝土板，梁板混凝土强度等级为C35，柱采用C40混凝土，墙体采用加气混凝土砌体。二、 初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级1、 初估梁柱截面尺寸框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、梁的间距、是否考虑抗震设防要求及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：梁高h=(1/81/12)l，其中为l梁的跨度；梁宽b=(1/21/3)h，在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。 框架梁截面尺寸：根据梁高：H=（1/81/12）L B=（1/21/3）H 得：KJ1/8 FG和HJ段： H=（1/81/12）L =（1/81/12）7200=600800 mm 取H=600 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）700=200300 mm 取B=300 mm GH段： H=（1/81/12）L =（1/81/12）2400=200300 mm 取H=400 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）400=133200 mm 取B=250 mmKJ9、KJ10、KJ11、KJ12、KJ13、KJ14、KJ15的FG、GH和HJ段的梁截面尺寸均与上相同。KJJ（1/8-9、9-10、10-11、11-12段） H=（1/81/12）L =（1/81/12）4800=400600 mm 取H=600 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）600=200300 mm 取B=300 mmKJJ（12-13段） H=（1/81/12）L =（1/81/12）4200=350525 mm 取H=500 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）500=167250 mm 取B=250mmKJJ（13-15段） H=（1/81/12）L =（1/81/12）7000=583875 mm 取H=600 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）600=200300 mm 取B=300 mmKJJ（15-16段） H=（1/81/12）L =（1/81/12）4600=383575 mm 取H=600 mm B=（1/21/3）H =（1/21/3）600=200300 mm 取B=300mmKJF、KJG、KJH相应段的梁截面均与上相同。 框架柱截面尺寸在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比()、剪跨比()、轴压比()限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定： 式中，A柱横截面面积，m2，取方形时边长为a；n验算截面以上楼层层数；F验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2；fc混凝土轴心抗压强度设计值；框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9；地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1、边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；G结构单位面积的重量(竖向荷载)，根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为1218kNm2。KJ1/8底层柱KJ1/8:(J，F轴线)=0.062 m2KJ1/8:(H，G轴线)=0.047 m2a=249 mm 取400400 mm2KJ9底层柱KJ9:(J，F轴线)=0.093 m2KJ9:(H，G轴线)=0.113 m2a=336 mm 取400400 mm2KJ13底层柱KJ13:(J，F轴线)=0.075 m2KJ9:(H，G轴线)=0.100 m2a=316 mm 取400400 mm2KJ15底层柱KJ15:(J，F轴线)=0.079 m2KJ15:(H，G轴线)=0.095 m2 a=309 mm 取400400 mm2KJ16底层柱KJ16:(J，F轴线)=0.045 m2KJ16:(H，G轴线)=0.060 m2 a=244 mm 取400400 mm2 板截面尺寸楼板为现浇双向板，根据经验板厚：取h=120 mm。 材料强度等级15层的梁、板混凝土强度等级均为C35，15层柱采用C40混凝土，纵筋采用HRB400级热轧钢筋，箍筋宜采用HRB335级热轧钢筋。三、楼板设计如前所述，板厚取为120 mm，下面以二层为例说明楼板的设计方法。二层楼板平面布置图见图所示。3.1楼板荷载1、恒荷载（1）不上人屋面恒荷载（板厚120mm）构造层面荷载（KN/m2）找平层：15厚水泥砂浆0.01520=0.30防水层（刚性）：40厚C20细石混凝土防水1.0防水层（柔性）：三毡四油铺小石子0.4找平层：15厚水泥砂浆0.01520=0.30找坡层：40厚水泥石灰焦渣砂浆3找平0.0414=0.56保温层：80厚矿渣水泥0.0814.5=1.16结构层：120厚现浇钢筋混凝土板0.1235=3抹灰层：10厚混合砂浆0.0117=0.17合计6.89取7.0（2）标准层楼面恒荷载（板厚120mm）构造层面荷载（KN/m2）板面装修荷载1.10结构层：120厚现浇钢筋混凝土板0.1223=3.0抹灰层：10厚混合砂浆0.0117=0.17合计4.27取4.52、活荷载序号类别活荷载标准值（KN/m2）1不上人屋面活荷载0.52教室一般房间活荷载2.03走廊、门厅、楼梯活荷载2.54卫生间活荷载2.03.2楼板配筋计算由于C、G区板与A区格板相差不十分大，可按A区格板配筋，D、H区格板按B区格板配筋，因此只计算A、E、F区格板。为计算简便，板块的计算跨度近似取轴线之间的距离。1、A区格板计算 lx=4.8m，ly=7.2m，lx/ ly=0.67，故按双向板计算（1）荷载设计值恒荷载设计值： g=1.24.5=5.4 KN/m2活荷载设计值： q=1.42.0=2.8 KN/m2 g+q/2=5.4+2.8/2=6.8 KN/m q/2=2.8/2=1.4 KN/m2 g+q=5.4+2.8=8.2 KN/m2（2）内力计算单位板宽跨中弯矩： mx=(0.0333+0.20.0104) 6.84.82+(0.0856+0.20.0226) 1.44.82=8.45 KNm/mmy=(0.0104+0.20.0333) 6.84.82+(0.0226+0.20.0856) 1.44.82=3.95 KNm/m单位板宽支座弯矩：mx= mx=-0.07558.24.82=14.26 KN/m2my= my=-0.05708.24.82=10.51 KN/m2（3）截面设计板保护层厚度取20mm，选用8钢筋作为受力钢筋，则lx短跨方向跨中截面有效高度（短跨方向钢筋放置在长跨方向钢筋的外侧，以获得较大的截面有效高度）：h01=hcd/2=120204=96mm。ly方向跨中截面有效高度：h02=hc3d/2=1202038/2=88mm。支座处h0均为96mm。截面弯矩设计值不考虑折减，计算配筋量，取内力臂系数s=0.95，As=M/0.95 h0fy，板筋选用HRB335，fy=300MPa，配筋结果见下表。A区格板配筋计算位置截面h0M(KNm/m)As选配钢筋实配钢筋跨中lx方向968.453098150335ly方向883.951578200251支座A边支座（lx向）9614.96521895529A边支座（ly向）9610.5138481003932、F区格板配筋计算 lx=7m，ly=2.4m，lx/ ly=2.92，故按单向板计算（1）荷载组合设计值由可变荷载效应控制的组合：g+q=1.24.5+1.42.5=8.9 KN/m2由永久荷载效应控制的组合：g+q=1.354.5+1.40.72.5=8.255 KN/m2故取由可变荷载效应控制的组合：g+q=8.9 KN/m2（2）内力计算取1m板宽作为计算单元，按弹性理论计算，故取B区格板的计算跨度为l0=2400mm。截面跨中支座截面跨中支座弯矩系数1/101/14M=（g+q）l02 (KNm/m)5.133.66（3）截面设计板保护层厚度取20mm，选用6钢筋作为受力主筋，则板的截面有效高度为h0=hcd/2=120206/2=97mm，混凝土采用C35，fc为16.7MPa，板受力钢筋选用HRB335，fy=300 MPa，配筋结果见下表。B区格板配筋计算截面跨中支座截面跨中支座M(KNm/m)5.133.66As=M/s h0fy179127s=M/1fcbh020.03260.0233选配钢筋61506150s0.9830.988实配钢筋1891893、E区格板配筋计算 lx=7m，ly=7.2m，lx/ ly=0.9722，故按双向板计算（1）荷载设计值卫生间恒荷载设计值：g=1.26=7.2 KN/m2卫生间活荷载设计值：q=1.42.5=3.5 KN/m2 g+q/2=7.2+3.5/2=8.95 KN/m q/2=3.5/2=1.75 KN/m2 g+q=7.2+3.5=10.5 KN/m2（2）内力计算单位板宽跨中弯矩： mx=(0.0187+0.20.0174) 8.9572+(0.0332+0.20.0237) 1.7572=12.98 KNm/mmy=(0.0174+0.20.0187) 8.9572+(0.0237+0.20.0332) 1.7572=11.87 KNm/m单位板宽支座弯矩：mx= mx=-0.053110.549=27.32 KN/m2my= my=-0.052010.549=26.75 KN/m2（3）截面设计板保护层厚度取20mm，选用10钢筋作为受力主筋，则lx短跨方向跨中截面有效高度为h01=hcd/2=1202010/2=95mm，ly方向跨中截面有效高度为h02=hc3d/2=1202030/2=85mm，截面弯矩设计值不考虑折减，计算配筋量。取内力臂系数s=0.95，As=M/0.95h0fy，板受力钢筋选用HRB335，fy=300 MPa，配筋计算结果见下表。E区格板配筋计算位置截面h0M(KNm/m)As选配钢筋实配钢筋跨中lx方向9512.9847910150523ly方向8511.8749010150523支座A边支座（lx向）9527.32100910751047A边支座（ly向）9526.7598810751047四、横向框架在竖向荷载作用下的计算简图及内力计算4.1横向框架在恒荷载作用下的计算简图1、横向框架简图假定框架柱嵌固于基础顶面上，框架梁与柱刚接。建筑施工图F、G、H、J轴线之间的距离是按墙体定义的。取框架简图时框架梁的跨度等于柱截面形心之间的距离，所以HJ之间的跨度为7200+200400=7000mm，GH之间的跨度为2400200+400=2600mm，GF之间的跨度为7200+200400=7000mm。底层柱高从基础顶面算至二楼楼面，根据地质条件，室内外高差为450mm，基础顶面至室外地坪通常取0.500m，为便于计算，本设计取基础顶面至室外地坪的距离为0.550m，二楼楼面标高为+3.900m，故底层柱高为3.9+0.45+0.55=4.9m，其余各层柱高均为层高。轴线横向框架简图如下：2、 第一层框架计算简图第一层楼面梁布置如下: 第一层柱布置如下：三角形荷载作用时：q=5/8p梯形荷载作用时： q=（122+3）p下面计算第一层楼面板和楼面梁传给轴线横向框架的恒荷载，求出第一层框架的计算简图。（5） q1计算板A传递荷载，板A的面荷载为4.5 KN/m2，传给FG段为梯形荷载，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（2.4/7.2）2+（2.4/7.2）3 4.52.4=8.8 KN/m。因为左右两边板A传递荷载，故板A传递荷载为8.82=17.6 KN/m。 梁自重及抹灰：梁（300600mm2）自重：250.35（0.60.12）=4.2 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m小计：4.20.163=4.363 KN/m墙体荷载：墙体选用200mm厚大空页岩砖（砌筑容重小于10 KN/m3，取砌筑容重=10 KN/m3）。填充墙外出墙面荷载计算见下表：构造层面荷载（KN/m2）构造层面荷载（KN/m2）墙体自重100.20=2.00水泥石内墙面0.36水刷石外墙重0.50合计2.86取3.0填充墙内荷载：构造层面荷载（KN/m2）构造层面荷载（KN/m2）墙体自重100.20=2.00水泥石内墙面0.36水泥粉刷外墙0.36合计2.72取2.8故墙体荷载为：2.8（3.90.6）=9.24 KN/mq1小计：q1=17.6+4.363+9.24=31.2 KN/mq1= q2（5） FF计算：FF是由次梁传来的集中力。严格意义上次梁传来的集中力应为其在FF座两边的剪力差，但是由于纵向框架并没有计算，近似将次梁上的荷载以支座形式传递到FF支座，即集中力FF。次梁的计算简图如图所示：1）q3计算：q3包括梁自重、抹灰和梁上墙体荷载。梁自重（300600mm2）：250.3（0.60.12）=3.6 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m墙体荷载：两跨上的墙体荷载相同，一跨内的墙长为4.8m，有一个窗户：2.12.4m2（门窗荷载为0.45 KN/m2），简化为均布线荷载为：4.8（3.90.6）12.12.4 3+12.12.40.45/4.8=7.22 KN/m 小计：q3=3.6+0.163+7.22=10.983 KN/m2）q4计算：q4是由板A传递的三角形荷载。板A传来的荷载为三角形荷载，等效转为均布荷载为：q4=5/82.44.5=6.75 KN/m小计：q3 +q4=17.733 KN/m3）FF计算：FF=17.7334.8=85.118 KN/m（3）FG计算：FG有KLG传来的集中力。KLG的计算简图如图所示。1）q5计算：q5包括梁自重、抹灰和梁上墙体荷载。梁自重（300600mm2）：250.3（0.60.12）=3.6 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m墙体荷载：两跨上的墙体荷载相同，一跨内的墙长为4.8m，有两扇门：0.92.7m2（门窗荷载为0.45 KN/m2），简化为均布线荷载为：4.8（3.90.6）20.92.7 3+20.92.70.45/4.8=7.32 KN/m 小计：q5=3.6+0.163+7.32=11.083 KN/m2） q6计算：q6是由板B传递的梯形荷载，等效转为均布荷载为（面荷载为4.5 KN/m2）：（122+3）p=12（1.2/4.8）2+（1.2/4.8）3 4.51.2=4.8 KN/m3）q7计算：q7是由板A传递的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q7=5/81.24.5=3.375 KN/m 小计：q5+ q6+q7=11.083+4.81+3.375=19.268 KN/m4）FG计算：FG=19.2684.8=92.49 KN FG=FH（4）qGH计算：1）板B传递荷载：板B的面荷载为4.5 KN/m2，由图可知，传递给GH段的为三角形荷载，等效转为均布荷载为：5/81.24.5=3.375 KN/m，因为左右两边板B传递荷载，故板B传递荷载为3.3752=6.75 KN/m。2）梁自重及抹灰：梁自重（250400mm2）：250.25（0.40.12）=1.75 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.40.12）217=0.095 KN/m小计：1.75+0.095=1.845 KN/m qGH小计：6.75+1.845=8.595 KN/m（5）第一层框架计算简图3、 第四层框架计算简图第四层框架简图如下：第四层楼面梁、楼面板布置简图见下页：（1）q1计算1）板C传递荷载，板C的面荷载为7.0 KN/m2，传给FG段为梯形荷载，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（2.4/7.2）2+（2.4/7.2）3 72.4=13.69 KN/m因为左右两边板C传递荷载，故板A传递荷载为13.692=27.38KN/m。 2）梁自重及抹灰：梁（300600mm2）自重：250.3（0.60.12）=3.6 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m小计：27.38+3.60.163=31.143 KN/m（2）FF计算：FF是由KL10传来的集中力。KL10的计算简图如下：1）q3计算：q3包括梁自重、抹灰和女儿墙墙体荷载。梁自重（300600mm2）：250.3（0.60.12）=3.6 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m女儿墙墙体荷载：墙体的面荷载为3.0 KN/m2，女儿墙墙高1100mm，墙体线荷载为3.01.1=3.3 KN/m小计：3.6+0.163+3.3=7.063 KN/m2）q4计算：q4是由板C传递的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q4=5/87.04.5=10.50 KN/m 小计：q3+ q4 =7.063+10.50=17.563 KN/m3）FF计算：FF=17.5634.8=84.3 KN/m（3）FG计算：FG是由KLG传来的集中力，KLG的计算简图如下所示：1）q5计算：q5包括梁自重及抹灰：梁（300600mm2）自重：250.3（0.60.12）=3.6 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.60.12）217=0.163 KN/m 小计：q5=3.6+0.163=3.763 KN/m2）q6计算：q5是由板D传来的梯形荷载，等效转为均布荷载：（122+3）p=12（1.2/4.8）2+（1.2/4.8）3 71.2=7.48 KN/m3）q7计算：q7是由板A传来的三角形荷载，等效转为均布荷载：q7=5/87.01.2=5.25 KN/m 小计：q5+q6+q7=3.763+7.48+5.25=16.494 KN/m4）FG计算：FG=16.4944.8=79.191 KN（4）qGH计算：1）板D传递荷载：板D的面荷载为7.0 KN/m，等效转为均布荷载为：q4=5/87.01.2=5.25 KN/m2）梁自重及抹灰：梁（300600mm2）自重：250.25（0.40.12）=1.75 KN/m抹灰层（10厚混合砂浆，只考虑两侧抹灰）：0.01（0.40.12）217=0.095KN/m 小计：q5=3.6+0.163=3.763 KN/mqGH小计：5.25+1.845=7.095 KN/m（5）第四层框架计算简图如下：4、恒荷载作用下横向框架的计算简图汇总前面各层的计算简图，画出恒荷载作用下的横向框架计算简图。该计算简图比较复杂，是经过详细的手算过程得出的，比较符合实际情况。转为形9834.363+9.24=31.24.2横向框架在活荷载作用下的计算简图1、第一层框架计算简图第一层框架楼面梁和楼面板布置见，分析其荷载荷载传递，轴线第一层的框架的计算简图如下。计算第一层楼面板和楼面梁传给轴线横向框架的活荷载，求出第一层框架的计算简图。（1）q1计算：q1为板A传递的活荷载，板A的活荷载为2.0 KN/m2，传给FG段为梯形荷载，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（2.4/7.2）2+（2.4/7.2）3 22.4=3.91 KN/m因为左右两边板A传递荷载，故板A传递荷载为3.912=7.82 KN/m。且q1 =q2。（5） FF计算：FF是由KLF传来的集中力，计算简图如下：q3为板A传来的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q3=5/82.42=3.0 KN/m，则FF=34.8=14.4 KN/m，且FF=FJ。（5） FG计算：FG是由KLG传来的集中力，其计算简图如下所示：1） q4计算：q4是由板B传递的梯形荷载，板B的面荷载为2.0 KN/m2，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（1.2/4.8）2（1.2/4.8）3 21.2=2.137 KN/m2） q5计算：q5是由板A传递的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q5=5/822.4=3 KN/m小计：q4+ q5=2.137+3.0=5.137 KN/m3） FG计算：FG=5.1374.8=24.66 KN/m（4）qGH计算：1）板B传递荷载：板B的面荷载为2.0 KN/m，传给GH段的为三角形荷载，等效转为均布荷载为：q4=5/821.2=1.5 KN/m，因为左右两边板B传递荷载，故板B传递荷载为1.52=3.0 KN/m。小计：qGH=3.0 KN/m（5）第一层框架计算简图2、第四层框架计算简图第四层框架楼面梁、楼面板布置与第一层相同，分析图中的荷载传递，轴线第四层框架简图如下。下面计算第四层楼面板和楼面梁传给轴线横向框架的活荷载，求出第四层框架计算简图。（1）q1计算：q1为板C传递的活荷载，板C的面荷载为0.5 KN/m2，传给FG段为梯形荷载，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（2.4/7.2）2（2.4/7.2）3 0.52.4=0.978 KN/m因为左右两边板C传递荷载，故板C传递荷载为0.9782=1.956KN/m。且q1 =q2。（2）FF计算：FF是由KLF传来的集中力，计算简图如下：q3为板A传来的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q3=5/82.40.5=0.75 KN/m，则FF=0.754.8=3.6 KN/m，且FF=FJ。（3）FG计算：FG是由KLG传来的集中力，其计算简图如下所示：1）q4计算：q4是由板D传递的梯形荷载，板D的面荷载为0.5 KN/m2，等效转为均布荷载为：（122+3）p=12（1.2/4.8）2（1.2/4.8）3 0.51.2=0.534 KN/m2）q5计算：q5是由板C传递的三角形荷载，等效转为均布荷载为：q5=5/80.52.4=0.75 KN/m小计：q4+ q5=0.534+0.75=1.284 KN/m4） FG计算：FG=1.2844.8=6.16 KN/m（4）qGH计算：板D的面荷载为2.0 KN/m，传给GH段的为三角形荷载，等效转为均布荷载为：q4=5/80.51.2=0.375 KN/m，因为左右两边板D传递荷载，故板D传递荷载为0.3752=0.75 KN/m。小计：qGH=0.75 KN/m（5） 第四层框架计算简图如下4、 横向框架在活荷载作用下的计算简图4.3横向框架在重力荷载代表值作用下的计算简图对于楼层，重力荷载代表值取全部的恒载和50%的楼面活荷载；对于屋面，重力荷载代表值取全部的恒载和50%的活荷载（基本雪压为0.35KN/m2）。下面根据前面的计算结果详细求出重力荷载代表值作用下的计算简图。1、第一层框架计算简图依据前面的计算结果，计算第一层框架的重力荷载代表值（1）q1计算：q1=31.2+7.820.5=35.11 KN/m（2）FF计算：FF=85.118+0.57.82=89.028 KN/m（3）FG计算：FG=92.49+0.524.66=104.82 KN/m（4）qGH计算：qGH=8.595+0.53=10.095 KN/m（5）第一层框架最终计算简图如下：2、第四层框架计算简图依据前面的计算结果，计算第一层框架的重力荷载代表值（1）q1计算：q1=31.143+1.9560.5=32.121 KN/m（2）FF计算：FF=84.3+0.53.6=86.1KN/m（3）FG计算：FG=79.171+0.56.16=82.251 KN/m（4）qGH计算：qGH=7.095+0.51.956=8.073 KN/m（5）第四层框架最终计算简图如下：3、横向框架在重力荷载代表值下的计算简图4.4横向框架在恒荷载作用下的内力计算用结构力学方法求解，借助结构力学求解器，画出弯矩图、剪力图和轴力图如下。4.5横向框架在活荷载作用下的内力计算用结构力学方法求解，借助结构力学求解器，画出弯矩图、剪力图和轴力图如下。4.6横向框架在重力荷载代表值作用下的内力计算用结构力学方法求解，借助结构力学求解器，画出弯矩图、剪力图和轴力图如下。五、横向框架在风荷载作用下的内力和位移计算5.1横向框架在风荷载作用下的计算简图该中学教学楼主体为四层钢筋混凝土框架结构体系，室内外高差为0.45m，基本风压为0.40 KN/m2，地面粗糙度类别为B类，结构总高度为15.60m。1、 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算，即wk=zusuzw0。（1）us为风荷载体型系数，本设计按建筑结构荷载规范（GB500092001）中规定，迎风面取0.8，背风面取0.5，合计为1.3。（2）uz为风压高度变化系数，本实例的地面粗糙度类别为B类，查表得，uz=1.0、1.0、1.06、1.15。（3）z为风振系数，建筑结构荷载规范（GB500092001）的第7.4.1条规定：对于基本自振周期大于0.25s的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及对高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ2002）给出了结构的基本周期近似计算公式，对于框架结构可近似取T1=（0.080.1）n，n为结构层数，本实例T1=0.084=0.32s0.25s，故应考虑风振系数，按下式计算：z=1+（vz）/ uz，由于本建筑物高度H=21m小于30m，可以取z=1.0。2、 各层楼面处集中风荷载标准值计算（1） 框架风荷载复合宽度B=（4.8+4.8）/2=4.8m（2） 各层楼面处集中风荷载标准值计算见下表：层号离地面高度uzzusw0（KN/m2）h下（m）h上（m）Fi=wk B（h下+ h上）/214.351.01.01.30.44.353.910.3028.251.01.01.30.43.93.99.73312.151.061.01.30.43.93.910.32416.051.151.01.30.43.91.17.18a) 风荷载作用下的计算简图根据上表，画出轴线横向框架在风荷载作用下的计算简图如下：b) 风荷载作用下框架侧移计算风荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算，即j=Vj/Dij式中：Vj第j层的总剪力标准值 Dij第j层所有柱的抗侧刚度之和 j 第j层的层间位移各层楼板标高处的侧移值是该层以下各层层间侧移之和，顶点侧移是所有各层层间侧移之和，即第j层侧移 j =j顶点侧移 =j轴线框架在风荷载作用下侧移的计算过程详见下表。楼层F j（KN）Vj（KN）Dij（KN/m）j（m）h（m）j /h47.187.18313650.000233.91/17037310.3217.50313650.000563.91/699029.7327.23313650.000873.91/4333110.3137.53252220.001494.351/2923 =j=0.00149+0.00087+0.00056+0.00023=0.00315侧移验算：对于框架结构，楼层层间最大位移与层高之比的限值是1/550，本框架的层间最大位移与层高之比在底层，其值为1/29231/550，框架侧移满足要求。5.2横向框架在风荷载作用下的内力计算框架在风荷载作用下的内力计算采用D值法，即改进的反弯点法，计算时首先将框架各楼层的层间总剪力Vj，按各柱的侧移刚度（D值）在该层的总侧移刚度所占比例分配到各柱，即可求得第j层第i柱的层间剪力Vij；根据求得的各柱层间剪力Vij和修正后的反弯点位置y（反弯点计算高度计算见下表），即可确定柱端弯矩和；由节点平衡条件，梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，将节点左右梁端弯矩之和按线刚度分配，可求出各梁端弯矩，进而由梁的平衡条件求出梁端剪力；最后，第j层第i柱的轴力即为其上各层节点左右梁端剪力代数和。1、 反弯点高度计算反弯点高度比按下式计算，即式中，y为柱子的反弯点高度比； 柱标准反弯点高度比，标准反弯点高度比是各层等高、各跨跨度相等、各层梁和柱线刚度都不改变的多层多跨规则框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度比，查表得； 上下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值；当某柱的上、下梁线刚度不同，柱上、下节点转角不同时，反弯点位置有变化，应将加以修正，修正值为； 、上下层高度变化时反弯点高度比修正值。反弯点高度比的计算列于下表：楼层F、J轴中框架柱（由于对称）G、H轴中框架柱（由于对称）四层=2.7 y=0.4351=1 y1=03=1 y3=0y=0.435+0+0=0.435=2.258 y=0.4131=1 y1=03=1 y3=0y=0.413+0+0=0.413三层=2.7 y=0.4351=1 y1=02=1 y2=03=1 y3=0y=0.435+0+0=0.435=2.258 y=0.4131=1 y1=02=1 y2=03=1 y3=0y=0.413+0+0=0.413二层=2.7 y=0.4351=1 y1=02=1 y2=03=1 y3=0y=0.435+0+0=0.435=2.258 y=0.4131=1 y1=02=1 y2=03=1 y3=0y=0.413+0+0=0.413一层=2.7 y=0.4351=1 y1=03=1 y3=0y=0.435+0+0=0.435=2.90 y=0.4451=1 y1=03=1 y3=0y=0.445+0+0=0.4452、 柱端弯矩及剪力计算风荷载作用下的柱端剪力按下式计算，即Vij=（Dij /D）Vj式中，Vij第j层第i柱的层间剪力； Vj第j层的总剪力标准值； D第j层所有柱的抗侧刚度之和； Dij第j层第i柱的抗侧刚度。风荷载作用下的柱端剪力和柱端弯矩计算公式为： 风荷载作用下的柱端剪力和柱段弯矩计算见下表：柱楼层Vj(KN)Dij(KN/m)D(KN/m)Dij /DVij（KN）yyh（m）（KNm）（KNm）F、J轴47.188151313650.2601.8670.4351.6974.1153.168317.58151313650.2604.550.4351.69710.0297.721227.238151313650.2607.0800.4351.69715.60512.015137.536444252220.2559.5700.452.20525.79121.102G、H轴47.187531313650.2401.7230.4131.6113.9452.776317.57531313650.2404.200.4131.6119.6176.760227.237531313650.2406.5350.4131.61114.96310.528137.536167252220.2459.1950.4452.18125.01220.0543、 梁端弯矩及剪力计算由节点平衡条件，梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，将节点左右梁端弯矩之和按左右梁的线刚度之比分配，可求出梁端弯矩，进而由梁的平衡条件求出梁端剪。风荷载作用下的梁端弯矩按下式计算，即中柱： 边柱：式中，、表示第j层第i节点左端梁的弯矩和第j层第i节点右边梁的弯矩； 、表示表示第j层第i节点左端梁的线刚度和表示第j层第i节点右端梁的线刚度； 、表示第j层第i节点上层柱的下部弯矩和第j层第i节点下层柱的上部弯矩。（1） 风荷载作用下的梁端弯矩计算见下表楼层柱端弯矩柱端弯矩之和MFG(KNm)柱端弯矩柱端弯矩之和(KNm)(KNm)MGF(KNm)MGH(KNm)44.1154.1153.9454.861043.271042.3581.5874.1153.94533.16813.19713.1972.77612.3934.861043.271047.4084.98510.0299.61727.72123.32623.3266.76021.7234.861043.2710412.9868.73715.60514.963112.01537.80637.80610.52835.544.861043.2710421.24