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汽车学院综合服务楼设计毕业论文汽车学院综合服务楼设计毕业论文 目目 录录 1 工程概况 1 1 1 初步设计资料 1 1 2 结构选型 2 2 结构布置及计算简图 3 2 1 结构布置及梁 柱截面尺寸的初选 3 2 1 1 梁柱截面尺寸初选 3 2 1 2 结构布置 6 2 1 3 梁的计算跨度 6 2 2 框架结构的计算简图 6 3 重力荷载代表值的计算 8 3 1 荷载计算 8 3 1 1 屋面及楼面恒荷载计算 8 3 1 2 梁 柱 墙 门窗重力荷载的计算 9 3 1 3 墙自重 10 3 2 梁 柱 墙 板 门窗重力荷载标准值汇总 12 3 3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 GI 13 4 框架侧移刚度的计算横向框架梁柱的线刚度计算 16 4 1 横向框架梁柱的线刚度计算 16 4 1 1 框架梁柱的线刚度计算 16 4 1 2 横梁柱的线平均刚度比 18 5 横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算 21 5 1 水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算 21 5 1 1 水平地震力作用下框架的侧移验算 21 5 2 3 水平地震作用下框架内力计算 24 6 横向水平荷载风荷载作用 30 6 1 横向水平荷载作用下框架结构内力和侧移计算 30 6 1 1 风荷载标准值 30 6 1 2 风荷载作用下水平位移计算 32 7 竖向荷载作用下内力计算 33 7 1 框架结构的荷载计算 33 7 1 1 计算单元 33 7 1 2 荷载计算 33 7 2 恒荷载作用下框架的内力 36 7 2 1 恒荷载作用下框架的弯矩计算 36 7 2 1 弯矩分配及传递 38 7 3 活荷载作用下框架的内力 41 7 3 1 活载作用下的框架内力 41 7 4 梁端剪力和柱轴力的计算 43 8 横向框架内力组合 45 8 1 结构抗震等级 45 8 2 框架内力组合 45 8 2 1 框架结构梁的内力组合 45 8 2 2 框架结构柱的内力组合 49 9 截面设计 57 9 1 框架梁 57 9 1 1 梁的正截面受弯承载力计算 57 9 1 2 梁斜截面受剪承载力计算 58 9 2 框架柱 61 9 2 1 剪跨比和轴压比验算 61 9 2 2 柱正截面承载力计算 61 9 2 3 柱斜截面受剪承载力计算 64 9 3 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 66 10 双向板的配筋计算 68 10 1 设计荷载 68 10 2 弯矩计算 68 结 语 73 参考资料 75 致谢 76 1 工程概况 1 1 初步设计资料 一 工程名称 西安汽车学院综合服务楼 二 工程概况 建筑面积 4717 44 建筑总高为 25 05m 主体大楼为六层 室内外 高差为 0 45m 三 温度 最热月平均 30 最冷月平均 6 四 相对风向 东北风 基本风压 0 4KN 五 雨雪条件 全年雨季 8 9 月份 基本雪压 0 20 KN 六 年降雨量 634 日最大降雨量 92mm 时最大降雨量 56mm 七 水文资料 地下水位稳定水位埋深 9 5m 11 60m 八 地质条件 1 地震烈度 本工程地震设防烈度为 8 度 场地类型 类 2 地质资料 基底埋深 m 土层厚度 m 岩土名称地基土静荷载标准值 Kpa 2 202 20 杂填土 100 8 005 80 粉质粘土 140 16 208 20 粘土 160 20 704 50 中密的细砂 25 004 30 基岩 九 材料使用 1 混凝土 梁柱板均使用 C30 混凝土 2 钢筋 纵向受力钢筋采用热轧钢筋 HRB335 其余采用热轧钢筋 HPB235 3 墙体 a 外纵墙采用 240 厚加气混凝土砌块 7KN m3 一侧墙体为高级涂料 0 7KN 一侧为 20 厚抹灰 17KN b 内隔墙采用 200 厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 5 5KN m3 两侧均为 20mm 厚抹灰 c 女儿墙采用 240 厚加气砼砌块 7KN m3 两侧均为 200 厚抹灰 墙高 1200mm 4 窗 均为铝合金窗 0 4KN m2 5 门 除大门为铝合金门 0 45KN m2 办公室均为木门 0 2KN m2 1 2 结构选型 一 结构体系选型 采用钢筋混凝土现浇框架结构体系 二 屋面结构 采用现浇混凝土肋型屋盖 刚柔性结合的屋面 屋面板厚 100mm 三 楼面结构 采用现浇混凝土肋型屋盖 板厚 100mm 四 楼梯结构 采用钢筋混凝土梁式楼梯 五 天沟 采用现浇天沟 2 结构布置及计算简图 2 1 结构布置及梁 柱截面尺寸的初选 2 1 1 梁柱截面尺寸初选 主体结构共 6 层 内外墙的做法 内墙做法 内墙采用 200 厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 外墙采用 240 厚加气砼砌块 门窗详见门窗表 楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构 一 梁截面尺寸的估算 1 梁截面高度一般取梁跨度的 1 12 至 1 8 1 AB CD 跨 主梁 L 6600 取 600 11 812 hL 取 250 11 23 bh 故框架横梁的截面尺寸为 b h 250 600 2 BC 跨 主梁 L 2400 11 300 240 812 hLmmmm 11 150 80 23 bhmmmm 故框架横梁的截面尺寸为 b h 250 600 3 纵梁 主梁 L 7200 取 600 11 812 hL 取 250 11 23 bh 故框架纵梁的截面尺寸为 b h 250 600 为施工方便 故统一取框架梁的截面尺寸为 b h 250 600 表 1 梁截面尺寸 mm 2 框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值 按下列公式计算 1 柱组合的轴压力设计值 E NFg n 注 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数 按简支状态计算柱的负载面积 这里取最大的负载面积 如下图 1 所示 F 图 1 边柱和中柱的负荷面积简图 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值 可近似的 12KN m2 E g 为验算截面以上的楼层层数 n 2 框架柱验算 c Nc N A f 注 为框架柱轴压比限值 本方案为三级抗震等级 查 抗震规范 可知取为 N 0 8 fc 为混凝土轴心抗压强度设计值 对 C30 查得 14 3N mm2 3 底层柱截面计算过程 框架为二级抗震等级 查表轴压比限值近似 单位负荷面 积上的重 0 8 N u 力荷载代表值近似取 混凝土强度等级 2 12 mmKN 22 30 43 1 3 14 mmNfmmNfC tc 边柱 ACN N fc 1 3 7 2 3 3 12 6 103 0 8 14 3 194400 mm2 中柱 ACN N fc 1 25 7 2 4 5 12 6 103 0 8 14 3 254895 mm2 N Fgen 柱的截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为 441mm 和 505mm 经综合分析 本工程各层柱的截面尺寸和混凝土强度等级见表 2 表 2 各柱的截面尺寸 层次截面尺寸 b h 混凝土强度 1 700mm 700mm C30 2 6 600mm 600mm C30 2 1 2 结构布置 图 2 结构平面布置图 2 1 3 梁的计算跨度 框架梁的计算跨度以柱形心为准 2 2 框架结构的计算简图 图 3 框架结构梁 柱尺寸 注 基础埋深不宜小于建筑物高度的 1 12 1 14 室内外高差 0 45m 基础埋深 1 55m h 3 6 0 45 1 55 5 6m 3 重力荷载代表值的计算 3 1 荷载计算 3 1 1 屋面及楼面恒荷载计算 一 屋面 防水层 20 厚 1 2 5 水泥砂浆保护层 0 02m 20 0 40 KN 3 KN m 找平层 4mm SBS 改性沥青 0 4KN 找平层 25 厚 1 3 水泥砂浆 0 025m 20 0 5 KN 3 KN m 找坡层 30 厚 1 6 水泥石灰焦渣砂浆 0 03m 14 0 42 KN 3 KN m 保温层 80 厚 1 8 膨胀珍珠岩保温层 0 08 7 0 56KN 3 KN m 结构层 100 厚现浇钢筋混凝土板 0 1m 25 2 5KN 3 KN m 顶棚层 20 厚石灰砂浆 17 0 02 0 34KN 合计 5 12 KN 屋面恒载为 7 2 7 0 6 2 6 6 2 2 4 0 6 2 5 12 4438 43kN 二 楼面均布恒载 地面全部采用小瓷砖地面 楼面为石灰砂浆抹灰 参 楼地面建筑构造 01J304 42 页 25 号 具体做法见下表 在荷载计算时统一采用小瓷砖地面 小瓷砖地面 包括水泥粗砂打底 0 55 KN 结构层 100 厚现浇钢筋混凝土板 0 1m 25 2 5KN 3 KN m 顶棚层 20 厚石灰砂浆 17 0 02 0 34KN 合计 3 39 KN 楼面恒载为 7 2 7 6 6 2 2 4 3 39 2665 35kN 三 屋面均布活荷载 计算重力荷载代表值时 仅考虑屋面雪荷载 雪荷载为 0 2KN 上人屋面活载为 2KN 取 2KN 7 2 7 1 2 6 6 2 2 4 1 2 2 1733 76kN 四 楼面均布活荷载 楼面均布活荷载对教学楼的一般房间为 2 0KN 走廊均布荷载为 2 5KN 楼面 7 2 7 6 6 2 2 0 1330 56kN 走廊 7 2 7 2 4 2 5 302 4kN 合计 1330 56 302 4 1632 96kN 3 1 2 梁 柱 墙 门窗重力荷载的计算 一 梁柱自重 编号截面 2 m 长度 m根数密度 3 kN m汇总kN重量kN 横梁 250 6001 0561625378 走道梁 250 6001 051 882556 7 纵梁 250 6001 056 62825727 65 2 6 层 次梁 250 5001 056 351325272 15 1434 5 横梁 250 6001 055 91625371 7 走道梁 250 6001 051 782553 55 纵梁 250 6001 056 52825716 63 1 层 次梁 250 5001 056 351325272 15 1414 02 底层柱 700 7001 15 632252414 722414 72 2 6 层柱 600 6001 13 632251140 481140 48 3 1 3 墙自重 一 外墙 外墙采用 240 厚加气混凝土砌块 7KN m3 一侧墙体为高级涂料 0 7KN 一侧为 20 厚抹灰 17KN 则墙面单位面积的重力荷载为 2233 m KN72 2 m KN7 0m02 0 m KN17m24 0 m KN7 一 底层 1 D 轴线上纵墙的面积 2 78 190 128 15 128 12 1 77 0 4 50m6 0 m6 5mmmmm 2 A 轴线上的纵墙面积 2 52 180 128 15 137 28 1 77 0 4 50m6 0 m6 5mmmm 3 1 8 轴线上横墙的面积 2 6 1292 8 15 1 37 0 6 15m6 0 m6 5mmmm 合计 190 78 180 52 129 6 500 9 2 m 2 m 2 m 2 m 底层外墙自重为 2 72 500 9 1362 45KN 2 KN m 2 m 二 标准层 1 D 轴线上纵墙的面积 2 88 101 128 15 128 12 1 76 0 4 50m6 0 m6 3mmmmm 2 A 轴线上的纵墙面积 2 8 100 148 15 1 76 0 4 50m6 0 m6 3mmmm 3 1 8 轴线上横墙的面积 2 4 772 8 15 1 36 0 6 15m6 0 m6 3mmmm 合计 101 88 100 8 77 4 280 08 2 m 2 m 2 m 2 m 标准层外墙自重为 2 72 280 08 761 82KN 2 KN m 2 m 二 内隔墙 内隔墙采用 200 厚蒸压粉煤灰加气砼砌块 5 5KN m3 两侧均为 20mm 厚抹灰 332 5 5 0 217 0 0221 78 KN mmKN mmKN m 一 底层 1 B 轴线上的纵墙面积 2 m66 18361 29 0 6m7 0 2 7 4 506 0 6 5 mmmmm C 轴线上的纵墙面积 2 m77 18171 29 0 6m7 0 2 7 4 506 0 6 5 mmmmm 2 2 7 轴线上横墙的面积 2 m9 32622 0 6 65 0 6 51024 2 27 0 6 156 0 m6 5 mmmm 合计 183 66 181 77 326 9 692 33 2 m 2 m 2 m 2 m 则底层内隔墙自重为 1 78 692 33 1232 35KN 2 KN m 2 m 二 标准层 1 B 轴线上的纵墙面积 2 m37 12571 29 0 76 0 4 506 0 6 3 mmmmm C 轴线上的纵墙面积 2 m57 10571 29 0 66 0 2 7 4 506 0 6 3 mmmmm 2 2 7 轴线上横墙的面积 2 m14 19922 0 6 65 0 6 31024 2 26 0 6 156 0 m6 3 mmmm 合计 125 37 105 57 199 14 430 08 2 m 2 m 2 m 2 m 则标准层内隔墙自重为 1 78 430 08 765 54KN 2 KN m 2 m 三 女儿墙自重 女儿墙采用 240 厚加气砼砌块 7KN m3 两侧均为 200 厚抹灰 墙高 1200mm 墙面单 位面积的重力荷载为 233 KN36 2 02 0 2 KN1724 0 KN7mmmmm 6 层顶女儿墙 2 m4 2486 0 2 7 2 6 15 4 502 1 mmm 女儿墙的自重 2 36 248 4 586 22KN 2 KN m 2 m 3 2 梁 柱 墙 板 门窗重力荷载标准值汇总 一 门重力荷载标准值汇总表 除大门为铝合金门 木门 2 0 45 KN m 2 0 2 KN m 表 3 门重力荷载标准值汇总 底层 门标号尺寸数量荷载标准值 M 10 9m 2 1m 13 个 GM 1 0 2 0 9m 2 1m 13 4 91KN M 21 8m 2 7m 3 个 GM 2 0 45 1 8m 2 7m 3 6 56KN 11 47KN 标准层 门标号尺寸数量荷载标准值 M 10 9m 2 1m 14 个 GM3 0 2 0 9m 2 1m 14 5 29KN 5 29KN 3 窗自重 均为铝合金窗 0 4KN 表 4 窗重力荷载标准值汇总 底层 窗标号尺寸数量荷载标准值 C 11 5m 1 8m 2 个 GC 1 0 4 1 8m 1 5m 2 2 16KN C 21 2m 1 8m 2 个 GC 2 0 4 1 2m 1 8m 2 1 73KN C 31 5m 1 8m 24 个 GC 3 0 4 1 5m 1 8m 24 25 92KN 29 81KN 标准层 窗标号尺寸数量荷载标准值 C 11 5m 1 8m 2 个 GC 1 0 4 1 8m 1 5m 2 2 16KN C 21 2m 1 8m 2 个 GC 2 0 4 1 2m 1 8m 2 1 73KN C 31 5m 1 8m 26 个 GC 3 0 4 1 8m 1 5m 26 28 08KN 31 971KN 3 3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 Gi 根据 抗震规范 GB50011 2010 第 5 1 3 条 顶层的荷载代表值包括 屋面 荷载 50 的屋面雪荷载 顶层纵墙框架自重 顶层半层墙柱自重 其它层重力荷载代表值包括 楼面恒载 50 楼面均布荷载 该层纵墙框架横梁自重 该层上下各半层柱及墙体自重 各楼层重力荷载代表值 Gi 确定如下 顶层 梁 G 横梁 纵梁 1434 5KN 柱 G 承重柱 2 1140 48 2 570 24KN 墙 女儿墙 外墙 2 内隔墙 2 586 22 761 82 2 765 54 2 1349 9KN 板 G 4438 43KN 门 G 5 29KN 窗 G 31 97KN 活荷载 1733 76KN 雪荷载组合系数为 0 5 则顶层重力荷载代表值为 合计 8697 21KN 标准层 梁 G 横梁 纵梁 1434 5KN 柱 G 承重柱 2 2 1140 48 2 2 1140 48KN 墙 外墙 2 内隔墙 2 761 82 2 765 54 2 2 1527 36KN 板 G 2665 35 0 5 1632 96 3481 83KN 门 G 5 29KN 窗 G 31 97KN 合计 7621 43KN 底层 梁 G 横 梁 纵 梁 1414 02KN 柱 G 承重柱 2 1140 48 2 2414 72 2 1777 6KN 墙 外墙 2 内隔墙 2 1362 45 2 1232 35 2 761 82 2 765 54 2 2061 08KN 板 G 2665 35 0 5 1632 96 3481 83KN 门 G 11 47KN 窗 G 29 81KN 合计 8775 81KN 质点重力荷载见图 图 4 结构质点重力荷载 单位 KN 4 框架侧移刚度的计算横向框架梁柱的线刚度计算 4 1 横向框架梁柱的线刚度计算 4 1 1 框架梁柱的线刚度计算 梁的线刚度其中为混凝土弹性模量 为梁的计算跨度 为梁截面惯 l IE i bc b c El b I 性矩现浇楼面中框架梁取 2 0 边框架梁取 为梁矩形部分的截面惯性矩 各 0 I 0 5 1 I 0 I 层各跨梁线刚度计算见表 5 各层计算柱的线刚度 其中为柱的截面惯性矩 hIEi ccc c I h 为框架柱的计算高度 3 0 12Ibh 梁采用 C30 混凝土 27 100 3mkNEc 由于左跨梁 右跨梁 i边梁 1 5EI L 4327 10068 3 6 6 m6 025 0 12 1 5 1 103 mmKN 中跨梁 i中跨梁 2EI L 4327 1025 114 2 m6 025 0 12 1 2 103 mmKN 底层柱 i底柱 EI L 4427 10 7 106 5 m7 0 12 1 103 mKN 其余各层柱 i余柱 EI L 4427 1096 3 m6 0 12 1 103 mKN 令i余柱 1 0 则其余各杆件的相对线刚度为 i边梁 34 0 109 10068 3 44 44 m m i中跨梁 25 1 109 1025 11 44 44 m m i底柱 19 1 109 107 10 44 44 m m 框架梁柱的相对线刚度如下图所示 作为计算各节点弯矩分配的依据 图 5 框架梁柱的相对线刚度 4 1 2 横梁柱的线平均刚度比 一 底层 bc kkk 0 5 2 k k 由公式可求梁柱线刚度为 1 A D 梁柱线刚度为 k29 0 19 1 34 0 k KN M 34 0 29 0 2 29 0 5 0 c 92 13920 6 5 1007 1 1234 0 12 D 2 5 2 h ic c 2 B C 梁柱的线刚度为 k34 1 19 1 25 134 0 k KN M 55 0 34 1 2 34 1 5 0 c 13 22519 6 5 1007 11255 0 12 D 2 5 2 h ic c 3 D 4 D 5 的梁柱的线刚度为 k14 0 19 1 17 0 k KN M 3 0 14 02 14 05 0 c 2 12283 6 5 1007 1 123 012 D 2 5 2 h ic c 4 C 4 C 5 的梁柱的线刚度为 k19 1 19 1 25 1 17 0 k KN M 53 0 19 1 2 19 1 5 0 c 3 21700 6 5 1007 1 1253 0 12 D 2 5 2 h ic c 二 标准层 2 bc kkk 2 k k 由公式可求梁柱线刚度为 1 A D 梁柱的线刚度为 k34 0 2 34 0 2 k KN M 15 0 34 02 34 0 c 12500 6 3 109 01215 0 12 D 2 5 2 h ic c 2 C B 梁柱的线刚度为 k 59 1 2 25 1 34 0 2 k KN M 44 0 59 12 59 1 c 67 36666 6 3 109 01244 0 12 D 2 5 2 h ic c 3 C 4 C 5 的梁柱的线刚度为 k 42 1 2 25 1 17 0 2 k KN M 42 0 42 12 42 1 c 35000 6 3 109 01242 012 D 2 5 2 h ic c 4 D 4 D 5 的梁柱的线刚度为 k17 0 2 34 0 k KN M 08 0 17 2 17 0 c 67 21666 6 3 109 01208 0 12 D 2 5 2 h ic c 故横向框架的侧移刚度见表 5 6 表 5 横向框架 2 6 层 D 值 构件名称D 值 KN M 数量D KN M A 柱 125008100000 B 柱 36666 678293333 36 C 柱 36666 676220000 02 D 柱 12500675000 C 4 C 535000270000 D 4 D 521666 67243333 34 801666 72 表 6 横向框架首层 D 值 构件名称D 值 KN M 数量D KN M A 柱 13920 928111367 36 B 柱 22519 138180153 04 C 柱 22519 136135114 78 D 柱 13920 92683525 52 C 4 C 521700 3243400 6 D 4 D 512283 2224566 4 578127 7 由表可见 故该框架为规则框架 7 072 0 72 801666 7 578127 D 12 D 5 横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算 5 1 水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算 5 1 1 水平地震力作用下框架的侧移验算 按顶点位移法计算框架的自振周期 顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法 将结构按质量分布情况简化为无限 质点的悬臂直杆 导出以直杆顶点位移表示的基频公式 这样 只要求出结构的顶点水 平位移 就可以按下式求得结构的基本周期 结构顶点假想位移可以由下列公式计算 计算过程 T U 如表 7 表 7 结构顶点的假想侧移计算 层次 Gi KN Vai Di UiUi 68697 218697 21801666 7210 85232 27 57621 4316318 64801666 7220 36221 42 47621 4323940 07801666 7229 87201 06 37621 4331561 50801666 7239 37171 2 27621 4339182 93801666 7248 88131 83 18775 8147958 74578127 7082 9682 96 n Gik VG 1 n i j u iVcDij 1 n T k Vu i 1 7 T TT 式中 基本周期调整系数 考虑填充墙对框架自振周期影响的折减系数 框架结构取 T 0 6 0 7 该框架取 0 7 框架结构的顶点假想位移 在未求出框架的周期前 无法求出框架的地震力及T 位移 是将框架的重力荷载视为水平作用力 求得的假想框架顶点位移 然后T 由求出 再用求出框架结构的底部剪力 进而求出框架各层剪力和结构真T 1 T 1 T 正的位移 第 i 层第 j 跟柱的抗侧移刚度 ij D 按公式计算基本周期 T 其中 Ut 量纲为 m 取7 0 T 57 0 23227 0 7 07 1 1 T 2 横向地震作用计算 根据 建筑设计抗震规范 GB50011 2010 第 5 1 2 条规定 对于高度不超过 40 米 以剪切变形为主 且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的结构 以及近似于单 质点体系的结构 可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用 因此本框架采用底部 剪力法计算抗震作用 在III类场地 8 度设防区 设计地震分组为第二组情况下 场地为III类 由 建筑 设计抗震规范 GB50011 2010 表 5 1 4 1 和表 5 1 4 2 可查得 结构的特征周期 和水平地震影响系数最大值 8 度 多遇地震作用 为 g T max 0 45s 0 2 g T max 1 结构总水平地震作用标准计算 1 eqi GG 式中 结构基本自振周期的水平地震影响系数值 结构等效总重力荷载 多质点可取总重力荷载代表值的 85 eq G 结构总水平地震作用标准值 EK F 分别为质点 i j 的计算高度 ij H H 结构等效总重力荷由公式 1 计算得 40764 93KN8775 81 47621 4321 8697 85 0 G85 0 G ieq 因为 所以不考虑顶部附加水平地震作用63 0 4 157 0 1 g TT 因大多实际建筑结构的阻尼比在 0 05 左右 故取 所以0 05 2 1 0 13 012 0 57 0 45 0 9 0 max2 9 0 1 1 T Tg 各质点的水平地震作用按公式计算 将 44 529993 4076413 0 F 1 eqEK G 各楼层地震剪力按 计算 各质点横向水平地震作用 1 F n iEKiiii j FG HG H n iK Kj VF 各楼层地震剪力及楼层间位移计算表 8 表 8 各质点横向水平地震作用 各楼层地震剪力及楼层间位移计算表 层 i G i Hm ii G H KN m i FKN i VKN KN D i umm 68697 2123 6205254 21559 91559 9801666 721 95 57621 4320152428 61158 52718 4801666 723 4 47621 4316 4124991 5949 943668 3801666 724 58 37621 4312 897554 30741 414409 7801666 725 5 27621 439 270117 16532 894942 6801666 726 17 18775 815 649144 54373 55316 1578127 79 2 图 6 横向水平地震作用及楼层地震剪力 最大位移发生在第一层 其楼层最大位移与楼层高之比 0018 0 550 1 00164 0 6 5 0092 0 满足 建筑设计抗震规范 GB50011 2010 第 5 5 1 条规定的位移极限值弹性层 间位移角限值 1 550 的位移要求 e 5 2 3 水平地震作用下框架内力计算 一 框架第 层 J 柱分配盗的剪力 Vij以及该柱上 下端的弯矩和分别按下列各 u ij M b ij M 式计算 1 ij ijin ij j D VV D b ijij MV yh 1 u ijij MVy h 0123 yyyyy 其中 为标准反弯点高度比 可由查表得 本设计中 底层柱只需考虑修正值 第二 0 y 2 y 层柱需考虑修正值 其余各柱均无修正 具体计算过程及结果见表 11 表 12 3 y 表 9 所查反弯点高度表摘要 k mn 0 30 40 51 02 0 60 100 200 250 350 40 50 250 300 350 400 45 640 350 350 400 450 45 30 400 450 450 450 50 20 550 500 500 500 50 10 850 800 750 650 55 二 框架柱剪力和柱端弯矩计算采用 D 值法 表 10 框架柱 K 值和 y 值表 A 柱B 柱C 柱D 柱 层 kykykyky 60 340 141 590 381 590 380 340 14 50 340 271 590 431 590 430 340 27 40 340 351 590 451 590 450 340 35 30 340 421 590 481 590 480 340 42 20 340 531 590 501 590 500 340 53 10 380 811 790 591 790 590 380 81 表 11 各层边柱 A D 柱端弯矩及剪力计算 表 12 各层中柱 B C 柱端弯矩及剪力计算 三 梁端弯矩 剪力及轴力分别按下式计算 M 1b b ji u ij r b l b l b L MM ii i M 1 r r b b ji u ij r b l b b MM ii i 12 bb b MM V L n Lr ibb k i NVVk 层 i Hm i VKND im D im V ky b ij M u ij M 63 61559 9801666 721250024 320 340 1412 2675 30 53 62718 3801666 721250042 390 340 2741 2111 39 43 63668 3801666 721250057 20 340 3572 07133 84 33 64409 7801666 721250068 760 340 42103 9143 57 23 64942 6801666 721250077 070 340 53147 1130 4 15 65316 1578127 713920 9128 00 290 86616 5100 36 层 i H m i VKND im D im V ky b ij M u ij M 63 61559 93801666 736666 6771 351 590 3897 60159 25 53 62718 39801666 736666 67124 31 590 43192 47255 13 43 63668 32801666 736666 67167 81 590 45271 81332 21 33 64409 74801666 736666 67201 71 590 48348 53377 57 23 64942 63801666 736666 67226 11 590 5406 92406 92 15 65316 13578127 722519 13207 11 340 61707 36452 25 L b M r b M 1 b ij M u ij M L b i r b i 图 7 梁端弯矩 剪力计算简图 计算梁端弯矩 剪力及柱轴力具体过程见下表 表 13 梁端弯矩 剪力及柱轴力的计算 边梁走道梁柱轴力 层 l b M r b M Lb V l b M r b M Lb V 边柱中柱 675 3034 136 616 58125 17125 172 4104 31 16 58 87 73 5123 6575 596 630 19277 25277 252 4231 04 46 77 288 58 4175 04112 46 643 56412 4412 42 4343 67 90 33 588 69 3215 64139 26 653 76510 41510 412 4425 34 144 1 960 27 2234 36161 96 660 04593 78593 782 4494 82 204 1 1395 1 1247 4184 16 665 38675 30675 302 4562 75 269 5 1892 4 注 柱轴力中的负号表示拉力 当为地震作用时候 两侧两根柱为拉力 对应的右侧两根柱为压力 表中分别表示节点在左右梁的弯矩单位为 KN m lr bb MM 式中 分别为节点在左 右梁的线刚度 单位为 KN m lr bb i i N 单位为单位为 KN L 单位为 m 单位为 KN b V 图 8 地震作用下的框架弯矩图 图 9 框架结构梁端剪力 轴力图 6 横向水平荷载风荷载作用 6 1 横向水平荷载作用下框架结构内力和侧移计算 6 1 1 风荷载标准值 风荷载标准值按照式 0 ww zszk 计算 式中 为基本风压 由 菏载规范 查得 迎风面 0 w 2 0 4 0 mKNw8 0 s 背风面 B 类地区 查得 5 0 s 497 0 4 50 05 25 B H 42 0 vsT57 0 1 查得脉动系数 1 25 14 0 57 04 0 2 2 10 Tw H Hi z z 42 0 25 1 1 取轴线 其负载宽度为 7 2m 则沿房屋的计算高度的分布风荷载标准值 zszzsz zq 288 2 4 02 7 计算结果见表 14 表 14 沿房屋高度分布的风荷标准值 层次 mHi HHi s z 1 1 mKNzq 1 2 mKNzq 623 611 3111 43 362 643 5200 851 251 3563 1032 441 416 40 691 1711 3122 8122 212 312 80 541 0781 2642 4941 962 29 20 3911 2052 2061 735 15 60 2411 1242 0571 618 菏载规范 规定 对于高度不大于 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 本例房屋高度 但 z 30m05 25 H 图 10 框架上的风荷载 1 5 由表 20 可见在 1 10 1 407 范围内变化 即风压脉动的影响较61 1 BH z 大 因此该房屋应考虑风压脉动的影响 框架结构分析时 应按静力学等效原理将图 a 的分布荷载转化为节点集中荷载 如图 b 所示 6 1 2 风荷载作用下水平位移计算 表 15 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 123456 KNFi 15 7914 3516 0718 0519 9217 73 KNVi 101 9086 1171 7655 6937 6417 73 D72880 198333 3498333 3498333 3498333 3498333 34 i u 1 3980 8760 730 5660 3830 18 i u 1 3982 2743 0043 573 9534 133 ii hu 0 000250 000240 00020 000160 000110 00005 最大层间位移 1 500 满足规范要求 7 竖向荷载作用下内力计算 7 1 框架结构的荷载计算 7 1 1 计算单元 计算单元见下图所示 因为楼板为整体现浇 本板选用双向板 可沿四角点沿 45 线将区格分为小块 每 个板上的荷载传给与之相邻的梁 板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载 7 1 2 荷载计算 1 恒载计算 图 11 恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布 在图中 代表横梁自重 为均布荷载形式 对于第 6 层 1 q 1 q 1 0 25 0 6 25 1 053 938 qkN m 11 q3 938 qkN m 分别为房间和走道梁传给横梁梯形荷载和三角形荷载 按弹性理论设计 2 q 2 qkN m 计算梁的支座弯矩时 按支座等效的原则 按下式将三角形荷载和梯形荷载等效为均布 荷载 e p 三角形荷载作用时 5 8 e pp 梯形荷载作用时 23 11 1 22 e pp 由图形所示几何图形关系可得 m 43 186 3m 12 5 2 KNKNq m 29 124 2m 12 5 2 KNKNq 分别为由边纵梁 中纵梁直接传给柱的荷载 它包括梁自重 楼板重和女儿墙等 1 P 2 P 的荷载 计算如下 KN98 1362 72 136 2 05 1 3 35 025 0 25 05 12 76 025 0 2512 58 1 2 6 63 2 2 1 8 16 3p1 KN47 15205 1 35 025 0 25 05 12 76 025 02512 52 168 1 2 6 63 2 2 1 8 16 3p2 因为梁对柱不偏心 12 0MM 对于 2 5 层 包括梁自重和其上的横墙自重 为均布荷载 结果为 1 q mKN 21 8 938 3 4 278 1q1 1 3 938 qkN m mKN 2 126 339 3q2 mKN 14 84 239 3q 2 KN38 12928 15 14 025 18 1 36 0 2 772 2 05 13 35 025 025 05 12 76 025 0 2539 3 28 16 3p1 KN29 14636 0 2 778 105 13 35 025 025 05 1 2 76 025 02539 32 1628 16 3p1 因为梁对柱不偏心 12 0MM 2 活载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图 12 对于第 6 层 mKNmKN 2 76 3 2q2 mKNmKN 8 44 2 2q 2 KN52 290 2 2 6 63 8 12 2 1 8 16 3p1 KN6 440 26 34 222 1 2 6 63 8 12 2 1 8 16 3p2 因为梁对柱不偏心 12 0MM 对于 2 5 层 mKNmKN 2 76 3 2q2 mKNmKN 64 2 5 2q2 KN24 300 2 2 6 63 8 12 2 1 8 16 3p1 KN8 555 26 34 222 1 2 6 63 8 12 2 1 8 16 3p2 因为梁对柱不偏心 12 0MM 将以上计算结果汇总 见表 16 17 表 16 横向框架恒载汇总表 层次 1 q kN m 1 q kN m 2 q kN m 2 q kN m 1 P kN 2 P kN 1 M kN mA 2 M kN mA 63 9383 93818 4312 29136 98152 4700 1 58 213 93812 28 14129 83146 2900 表 17 横向框架活载汇总表 层次 2 q kN m 2 q kN m 1 P kN 2 P kN 1 M kN mA 2 M kN mA 67 24 829 5244 6400 1 57 2630 2455 800 7 2 恒荷载作用下框架的内力 7 2 1 恒荷载作用下框架的弯矩计算 一 恒荷载作用下框架可按下面公式求得 2 1 12 ab Mql 2 1 12 ba Mql 梁端 柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算 由于结构和荷载均对称 故计算时可用 半框架 以第 6 层 A 轴为例 刚度分配 梁 25 0 34 0 1 34 0 柱 75 0 34 0 1 1 分别为房间和走道梁传给横梁梯形荷载和三角形荷载 按弹性理论设计计 2 q 1 qkN m 算梁的支座弯矩时 按支座等效的原则 按下式将三角形荷载和梯形荷载等效为均布荷 载 e p 三角形荷载作用时 5 8 e pp 梯形荷载作用时 23 11 1 22 e pp 梁端弯矩 m lqqql M E AB r KN63 72 12 6 6 07 16398 3 12 12 2 21 2 注 mq E KN07 1643 18 6 62 6 3 6 62 6 3 21 32 2 其他各处均按以上算法计算 7 2 1 弯矩分配及传递 弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化 在分层法中 用弯矩分配法计算分 层单元的杆端弯矩时 任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件 而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端 因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配 一次传递 再一次分配 所以本框架设计采用弯矩分配法计算框架内力 传递系数为 1 2 各节点分配两次即 可 如表所示 表 18 恒载作用下的框架弯矩内力二次分配表 图 13 恒荷载作用下的弯矩图 单位 KN m 7 3 活荷载作用下框架的内力 7 3 1 活载作用下的框架内力 同恒载作用下用弯矩分配法计算框架内力 折减系数为 1 2 各节点分配两次即可 活荷载作用下框架内力如表 19 所示 表 19 活荷载作用下的弯矩内力二次分配表 图 14 活载作用下的轴力图 单位 KN 代表压力 BC 轴与 DE 轴对称 图 14 活荷载作用下的弯矩图 7 4 梁端剪力和柱轴力的计算 表 20 恒载作用下梁端剪力及柱轴力 荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱剪力 AB 跨BC 跨AB 跨BC 跨AB 跨BC 跨A 柱B 柱层次 BA VV CB VV AB VV BC VV A V B V CB VV N顶N底N顶N底 657 212 1 2 1055 159 312 1192 08227 72247 37282 97 556 369 61 1 1055 2657 469 61419 96455 56492 9528 5 456 369 61 1 1055 2657 469 61647 84683 44783 43819 03 356 369 61 1 1055 2657 469 61875 72911 32983 961019 56 256 369 61 1 1055 2657 469 611103 61139 21229 491265 09 156 369 61 0 5055 8656 869 611371 31406 91514 281549 88 表 21 活载作用下梁端剪力及柱轴力 荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱剪力 AB 跨BC 跨AB 跨BC 跨AB 跨BC 跨A 柱B 柱层次 BA VV CB VV AB VV BC VV A V B V CB VV N顶N底N顶N底 617 272 88 0 5016 7717 772 8846 2946 2962 4162 41 517 273 6 0 14017 1317 413 6129 44129 44160 06160 06 417 273 6 0 14017 1317 413 6212 59212 59257 71257 71 317 273 6 0 14017 1317 413 6295 74295 74355 36355 36 217 273 6 0 14017 1317 413 6378 89378 89453 03453 03 117 273 6 0 14017 0817 463 6502502601 73601 73 48 8 横向框架内力组合 8 1 结构抗震等级 结构的抗震等级可根据结构类型 地震烈度 房屋高度等因素 查表可得 本工 程的框架为三级抗震等级 8 2 框架内力组合 8 2 1 框架结构梁的内力组合 本工程考虑了三种内力组合 即 1 21 4 GkEk SS 1 2 0 5 1 3 GkQkEk SSS 1 35 GkQk SS 以下为内力组合表 需注意的是 两列中的梁端弯矩 M 即值为前述竖向荷载作用下所计 GkQk SS GkQk SS 算的弯矩值的 0 8 倍 为经过调幅后的弯矩 调幅系数为 0 8 以减少负弯矩钢筋的拥 挤现象 vb梁端剪力增大系数 取 1 2 49 框梁内力组合表 RE 1 2 SGk 0 5SQk 1 3SEk 层 次 截 面 内 力 恒 SGk 活 SQk 地震 SEk 1 35SGk SQk 1 2SGk 1