淮南市二中教学楼设计毕业论文.doc

安徽理工大学毕业设计 1 淮南市二中教学楼设计毕业论文淮南市二中教学楼设计毕业论文 目录 摘要 中文 摘要 英文 第一部分 设计任务书 4 1 设计题目 4 2 设计目的及要求 4 3 建筑功能及要求 4 3 1 建筑功能要求 4 3 2 建筑等级 4 3 3 规划及其他要求 4 3 4 结构类型 5 4 设计内容图纸及归档要求 5 4 1 建筑部分 5 4 2 结构部分 5 4 3 图面要求 5 第二部分 结构设计说明 6 1 设计的基本条件和内容 6 1 1 设计基本条件 6 1 1 1 气象条件 6 1 1 2 抗震设防 6 1 1 3 地基土承载力 6 1 1 4 其它条件 6 1 1 5 钢筋混凝土 7 1 2 建筑结构设计的基本内容 7 2 结构类型 7 2 1 设计方案 7 2 2 柱网布置及一榀框架图 8 3 框架结构内力计算 8 3 1 梁柱截面 梁跨度及柱高确定 8 3 1 1 初估截面尺寸 8 3 2 荷载计算 11 3 2 1 屋面及楼面的永久荷载标准值 11 安徽理工大学毕业设计 2 3 2 2 屋面及楼面可变荷载标准值 12 3 3 3 梁柱墙窗门重力荷载计算 12 3 3 梁柱自重计算 12 3 4 计算重力荷载代表值 13 3 4 1 顶层的重力荷载代表值 13 3 4 2 三层的重力荷载代表值 13 3 4 3 底层的重力荷载代表值 13 3 5 横向框架侧移刚度计算 14 3 5 1 计算梁 柱的线刚度 14 3 6 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 16 3 6 1 横向自振周期的计算 16 3 6 2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 17 3 6 3 水平地震作用下的位移验算 18 3 6 4 水平地震作用下框架内力计算 19 3 7 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 25 3 7 1 风荷载标准值 25 3 7 2 风荷载作用下的水平位移验算 27 3 7 3 风荷载作用下的框架内力计算 27 3 8 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算 30 3 8 1 计算单元 30 3 8 2 荷载计算 31 3 8 3 内力计算 33 3 8 4 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力 38 4 1 框架内力组合 40 4 1 1 结构抗震等级 40 4 1 2 框架梁内力组合 40 4 1 3 最不利截面处的弯矩设计值 45 4 1 5 框架内力组合中几点说明 51 4 2 截面设计 52 4 2 1 承载力抗力调整系数 52 4 2 2 框架梁 52 4 2 3 框架柱 56 4 2 4 抗震条件下框架柱的截面设计 58 4 2 5 计算非抗震条件下框架柱的截面设计 60 安徽理工大学毕业设计 3 5 现浇板设计 63 6 基础设计 67 6 1 基础设计内力 67 6 2 基础尺寸及埋置深度 67 6 2 1 基础底面面积初估 68 6 2 2 计算基底压力 68 6 2 3 计算地基承载力 69 6 3 地基抗冲切验算 69 6 4 基础高度验算 69 6 5 基础配筋 70 6 5 1 基础底板配筋计算截面示意图 70 6 5 2 柱边及变阶处基底反力计算 71 6 5 3 配筋计算 71 7 楼梯设计 73 7 1 楼梯梯段板设计 73 7 1 1 荷载计算 73 7 2 平台板设计 74 7 3 平台梁计算 75 7 3 1 荷载计算 75 总结 77 参考文献 78 致 谢 79 安徽理工大学毕业设计 4 第一部分 设计任务书 1 设计题目 2 设计目的及要求 设计目的 通过本毕业设计 培养综合运用所学的基础理论和专业知识分析和解决 土木建筑工程设计问题的能力 同时也培养理论联系实际及动手能力 养成严 求实 创新的科学作风及调查研究 查阅资料 综合分析的能力 为具有土木工程技术人员所 必备的基本素质打下坚实的基础 具体要求 坚持 适用 安全 经济 美观 的设计原则 掌握与本设计有关的设计规范及有关规定 并会正确应用 要求建筑设计部分设计方案合理 适用 美观 结构部分合理选择结构形式 掌握 框架结构的计算方法及结构要求 培养绘制施工图的能力 图纸不仅达到数量要求 而且要确保质量 建筑功能及要 求 3 建筑功能及要求 拟建本教学楼为永久性建筑 建筑层数 5 层 工程总面积 5600 高 18 6m 各层 层高 3 60m 3 1 建筑功能要求 指导思想 坚持以人为本 在功能和结构上分区合理 依据教学楼规模 类型 等 级标准 根据学校基地环境条件及功能要求 进行平面组合 空间设计 在整个设计中 突出校园文化的人文特色 体现均质 优美 共享 有序的建筑特点 建筑规模 本教学楼教室数量在 40 间左右 布局描述 每层楼都设有教师休息室 并设有男女卫生间 3 2 建筑等级 耐久性 II 级 耐火等级 2 级 3 3 规划及其他要求 立面处理简洁大方 突出教学楼的人文特色 体现均质 优美 有序的建筑特点 符合城市总体规划要求 安徽理工大学毕业设计 5 3 4 结构类型 结构型式 框架结构 4 设计内容图纸及归档要求 4 1 建筑部分 按照 建施 1 建施 2 排序 设计的建筑施工图有 总平面图1 500 建筑平面图 包括首层 标准层 顶层 1 100 顶层排水平面图1 200 1 300 立面图 2 4 个 1 100 剖面图 通过门窗或较复杂部位剖切 1 100 1 50 楼梯间详图1 50 1 20 1 10 设计说明书 材料做法表 门窗数量表 4 2 结构部分 按照 结施 1 结施 2 排序 设计的结构施工图有 基础平面 剖面图 平面结构布置图 2 4 张 梁板模板图 局部大样图 4 3 图面要求 图纸可用计算机绘制 也要有手工绘制 布局匀称 图面整洁 线条圆滑 符号正确 符合 建筑制图标准 尺寸完善 计算正确 说明清楚 词语简练 用词恰当 字迹工整 安徽理工大学毕业设计 6 第二部分 结构设计说明 在一个相当长的时期里 人们多把教学楼设计的着眼点放在 教学 字上 旨在如 何满足 教学 这一基本需求上考虑问题 于是 为数众多的教学楼模式单一 空间乏 味 很难与城市总体规划目标相适应 教学楼不仅是学生上课学习的场所 也是学生开 心活动的首选问题 如何把教学楼的建筑功能分区合理 以人为本 与自然和谐相称是 教学楼建筑设计中十分重要的一方面 教学楼设计方案的选择 体现了建筑环境和人文 环境相适应的设计理念 1 设计的基本条件和内容 1 1 设计基本条件 本次设计的任务是在淮南市附近建一所中学 建筑地点 安徽省淮南市 建筑规模 建筑面积 4500 5500 2 m 层数 5 6 层 教室建筑 要求教室数在 40 左右 1 1 1 气象条件 主导风向 东南风 全年平均风速为 4 5m s 最大风速为 18m s 基本风压为 0 35kpa 全年平均降雨量 818 9 mm 最热月相对湿度 80 雪荷载 基本雪压 0 45 水平投影 2 kN m 风荷载 基本风压 0 35 10m 标高处 2 kN m 1 1 2 抗震设防 按 7 级抗震 地震分区为 1 区 场地类型为 II 类场地 1 1 3 地基土承载力 基本不考虑地基土的变形验算 其地基土承载力为 2 220 k fkn m 建筑场地的主导风向按所在地气象资料得到 1 1 4 其它条件 最大冻土深为 500mm 室内外高差 600mm 其中标高相当于马路中心相对标高 安徽理工大学毕业设计 7 1 1 5 钢筋混凝土 梁板混凝土采用 C30 混凝土 纵筋采用 III 级 箍筋采用 I 级 1 2 建筑结构设计的基本内容 结构计算书包括结构布置 设计依据及步骤和主要计算的过程及计算结果 计算简 图 及如下内容 1 地震作用计算 2 框架内力分析 配筋计算 取一榀 3 基础设计计算 4 板 楼梯的设计计算 其它构件计算视设计情况而定 2 结构类型 2 1 设计方案 本建筑设计方案采用框架结构 梁 板 柱 楼面均采用现浇型混凝土 2 2 柱网布置及一榀框架图 图图 2 12 1 柱网布置图柱网布置图 3 框架结构内力计算 3 1 梁柱截面 梁跨度及柱高确定 3 1 1 初估截面尺寸 a 边跨横梁 6600 lmm 为满足承载力 刚度及延性要求截面高度取 1 121 8 的跨度 即 取 600mmh825550 8 112 1 6600 mm 梁截面宽度一般取 1 31 2 梁高 同时不宜小于 250 mm 600 1 31 2 200300 取 50 的模数 可取 300b mmmm b 中跨横梁 3000 lmmmmh337225 8 112 1 3000 为满足承载力 刚度及延性要求截面高度取 1 121 8 的跨度 即 安徽理工大学毕业设计 8 3000 1 121 8 250375 取 400h mmmm 梁截面宽度一般取 1 31 2 梁高 同时不宜小于 250 mm 400 1 31 2 133200 b mm 可以看出 按 1 31 2 梁高取值时 中跨横梁的宽度太小 由于主柱的面尺寸一般在 600 左右 则梁宽取 300 mm c 纵梁 对于 4500的纵梁lmm 为满足承载力 刚度及延性要求截面高度取 1 121 8 的跨度 即 4500 1 121 8 375562 取 500h mmmm 梁截面宽度一般取 1 31 2 梁高 同时不宜小于 250 mm 500 1 31 2 167250 b mm 可以看出 按 1 31 2 梁高取值时 中跨横梁的宽度太小 由于主柱的面尺寸一般在 600左右 则梁宽取比柱宽的一半约大 300 mmmm 由此估算出的截面尺寸见表 3 1 图 3 1 梁截面尺寸及混凝土强度等级 横梁 b h 层次 混凝土强 度等级AB 跨 CD 跨BC 跨 纵梁 1 5C30300 600300 400300 500 d 柱的截面尺寸的初步确定 框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比值按下列公式估算 E NF gn c Nc N A f 式中 为柱的组合轴压比的设计值N 为按简支状态计算的柱的负载面积F 为折算在单位建筑面积的重力荷载代表值 可根据实际荷载计算 也可近似 E g 取 12 至 15 本文取值 1 2 5 kN m 为考虑地震作用组合后柱轴力增大系数 变柱取 1 3 不等跨内柱取 1 25 等跨内柱取 1 2 为验算截面以上楼层层数n 为柱截面面积 c A 为混凝土轴心抗压强度设计值 c f 安徽理工大学毕业设计 9 为框架轴压比限值 建筑抗震规范 中规定一级 二级和三级抗震等级 N 分别取 0 7 0 8 0 9 由于是 5 层框架结构 抗震等级为三级 所以 5 和 0 9 n N 边柱及中柱的负载面积分别为 3 6 4 5和 4 5 4 5 得 2 m 2 m 边柱 2 3 122727 3 149 0 510155 46 325 1 mmAc 中柱 2 3 140575 3 149 0 510155 45 425 1 mmAc 如果取柱截面为正方形 则边柱和中柱的截面高度分别为 350和 410 柱截mmmm 面高度不宜小于 400 宽度不宜小于 350 柱净高与截面mm 4500 112 5mm 4040 o l h 边长之比不宜小于 4 在本设计中边横梁线刚度较大 为了避免 强梁弱柱 的不利抗震 的结构现象出现 并考虑其他综合因素 设计的混凝土柱截面尺寸如下 一 层 700 700mmmm 二五层 600 600 mmmm e 板的截面尺寸初步设计 板厚 4500 112 5mm 4040 o l h 根据实际情况和设计要求 板厚取 120 1 柱 板的混凝土强度等级与梁相同为 C30 混凝土 框架结构计算简图如图 3 2 取顶层柱的形心作为框架柱的轴线 同时要求边跨柱的 外边面平齐 而中跨柱上下层形心对齐 梁轴线取到板底 一般层柱高度即为层高 取 3 6m 由于底层层高为 3 9m 内外高差为 0 6m 和基础顶部至室外地面 0 6m 所以底层为 3900 600 4500 hmm 安徽理工大学毕业设计 10 ABCD C5B5D5A5 A4 C4B4D4 A2 C2B2D2 A3 C3B3D3 A1 C1B1D1 A0 C0B0D0 360036003600 660066003000 45003600 图 3 2 横向框架计算简图及柱编号 3 2 荷载计算 3 2 1 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面 上人 30厚的 C20 细石混凝土保护层 22 0 03 0 66mm 2 kN m SBS 防水层 0 4 2 kN m 20厚的 1 2 水泥砂浆找平层 20 0 02 0 4mm 2 kN m 100180厚 1 找坡膨胀珍珠 5 93 0 1 0 18 2 0 84 mm 2 kN m 120厚的钢筋混凝土板 25 0 12 3mm 2 kN m V 型轻钢龙骨吊顶 0 25 2 kN m 合计 5 54 2 kN m 安徽理工大学毕业设计 11 1 4 层边跨及过道楼面 瓷砖地面 包括水泥粗砂打底 0 55 2 kN m 现浇 120 厚的钢筋混凝土楼板 25 0 12 3 2 kN m V 型轻钢龙骨吊顶 0 30 2 kN m 合计 3 85 2 kN m 3 2 2 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 0 2 kN m 楼面活荷载标准值 2 5 2 kN m 走廊活荷载标准值 2 5 2 kN m 教室活荷载标准值 2 0 2 kN m 屋面雪荷载标准值 Sk r s0 1 0 0 45 0 45 2 kN m 式中 r 为屋面积雪分布系数 取 r 1 0 3 3 3 梁柱墙窗门重力荷载计算 3 3 1 梁柱自重计算 表 3 3 梁 柱重力荷载标准值 层次构件 B m H m kN m3 g kN m i l m n i G kN i G kN 边横梁0 300 60251 054 7255 922613 31 中横梁0 300 40251 053 15 2 31177 70 纵 梁 10 300 50251 053 943 820598 88 纵 梁 20 300 50251 053 943 820598 88 1289 89 1 柱0 700 70251 0512 8634 8442546 72546 87 边横梁0 300 60251 054 7256 022623 70 中横梁0 300 40251 053 152 41183 16 纵 梁 10 300 50251 053 943 920614 64 纵 梁 20 300 50251 053 943 920614 64 1321 50 2 5 柱0 600 60251 059 453 6441496 881496 88 注 1 表中为考虑梁 柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数 n 为每层构件根数 2 梁长度取净长 柱长度取层高 墙体墙为 200厚加气混凝土砌砖 外墙面贴瓷砖 0 5 内墙面 20厚mm 2 kN mmm 抹灰 则外墙单位墙面重力荷载为 0 5 6 0 0 20 17 0 02 2 04 2 kN m 内墙为 200加气混凝土砌砖 两侧均厚 20抹灰 则单位内墙面积重力荷载为mmmm 6 0 0 2 17 0 02 2 1 88 2 kN m 木门单位面积重力荷载为 0 2 塑钢窗单位面积重力荷载取 1 0 2 kN m 2 kN m 安徽理工大学毕业设计 12 3 4 计算重力荷载代表值 3 4 1 顶层的重力荷载代表值 5 55 17 4 50 4 0 5 0 45 50 4 17 4 1521 49 1769 04 0 517 450 42 1 24 44 9117 7kN 屋面恒载雪载纵横梁 半层柱重女儿墙 半层内墙 768 89 半层外墙 110 27 门窗 45 6 3 4 2 三层的重力荷载代表值 3 8517 450 4 1643 44 1521 47 1769 041749 96 1169 808 73 4111303 45 kN 楼面恒载 活载纵横梁 上下半层柱重 半层内墙 上下半层外墙门窗 同理可求出二层重力荷载代表值为 11421 25 kN 四层重力荷载代表值为 11305 4kN 3 4 3 底层的重力荷载代表值 门窗数量按四层数量计算 墙体片数底层单独计算 以上各层按四层计算 可计算出底层中立荷载代表值为 12404 38kN 则各层重力荷载代表值见图 3 4 7160 74kN 8227 76kN 8227 76kN 8227 76kN 8770 05kN 图 3 4 各层重力荷载代表值 安徽理工大学毕业设计 13 3 5 横向框架侧移刚度计算 3 5 1 计算梁 柱的线刚度 梁线刚度计算 梁柱混凝土标号均为 30C 42 3 00 10 kN m C E 在框架结构中 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 1 5II 0 2 0II 表 3 5 横梁线刚度 类别 c E N mm2 b h mm mm 0 I mm4 l mm 0c E Il N mm 0 1 5 c E Il N mm 边横梁 3 0 104300 6005 4 109 6600 2 45 10103 60 1010 走道梁 3 0 104300 4001 6 109 3000 2 40 10103 20 1010 表 3 6 柱线刚度计算 层次 c E N mm2 b h mm mm c I mm4 c h mm ccc E Ih N mm 13 0 104700 7002 00 1010450013 34 1010 2 53 0 104600 6001 08 101036009 00 1010 柱的侧移刚度 D 计算公式 3 1 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 3 2 2 b c K K K 3 3 2 c K K 对于底层 3 4 2 b c K K K 安徽理工大学毕业设计 14 3 5 0 5 2 c K K 如 3 7 表所示 表 3 7 柱侧移刚度修正系数 c 边柱中柱 位置 简图 k简图k c 一般层 24 2 c ii K i 1234 2 c iiii K i 2 c K K 底层固接 2 c i K i 12 c ii K i 0 5 2 c K K 具体计算结果如 3 8 表 3 9 表 3 10 表示 表 3 8 中框架柱侧移刚度 D 值 N mm 边柱 18 根 中柱 18 根 层次 K c 1 i DK c 2i D i D 10 3670 366289330 6070 425335971125540 2 50 5440 214178330 9000 36025833785988 表 3 9 边框架柱侧移刚度 D 值 N mm A 1 A 13 D 2 D 12 D 7 D 8B 1 B 13 层次 K c 1 i DK c 2i D i D 10 2700 339268150 4500 38830646229844 2 50 4000 167138890 6670 25020830138876 2 i 4 i c i 2 i 4 i c i 1 i 3 i c i 1 i 2 i c i 安徽理工大学毕业设计 15 表 3 10 楼梯及其它框架柱侧移刚度 D 值 N mm D 1 D 13C 2 C 12 C 7 C 8 C 1 C 13 层次 K c 1 i DK c 2i D i D 10 1800 312203220 5260 4062644519934 2 50 2500 11192500 7310 26822333152498 表 3 11 横向框架层间侧移刚度 N mm 层次12345 i D 1355384924834924834924834924834 该框架为规则框架 7 0465 1 21 DD 3 6 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 3 6 1 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 3 6 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 T u 在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结 i G 构顶点位移 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 安徽理工大学毕业设计 16 表 3 12 结构顶点的假想侧移计算 层次 kN i G kN Gi V N mm i D mm i u mm i u 57160 747160 749248347 74114 31 48227 7615388 5092483416 64106 57 38227 7623616 2692483425 5489 93 28227 7631844 0292483434 4364 39 18770 0540614 07135538429 9629 96 由上表计算基本周期 1 T 1 7 0 7 0 11431 0 5 0 40s TT uT 7 1 1 3 6 2 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 3 7 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 淮南地区特征分区为一区 又场地类别为 类 查规范得特征周期 3 8 0 4 g Ts 查表得 水平地震影响系数最大值 max 0 08 由水平地震影响系数曲线来计算 1 Tg T1 0 9max 0 4 0 4 0 9 0 08 0 08 3 9 1 式中 衰减系数 0 05 时 取 0 9 FEK a1Geq 0 08 34522 00 2761 76kN 地震作用沿高度分布具有一定的规律性 可假定结构反应相对加速度沿高度变化为底 安徽理工大学毕业设计 17 部为零的倒三角形 因为 T1 0 40S 1 4Tg 1 4 0 4 0 56S 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 3 10 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 G j G i H j H i j 的计算高度 具体计算过程如 3 13 表 各楼层的地震剪力按 计算 一并列入表中 1 n ik k VF 表 3 13 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 m i H kN i G kN m iI G H jj G H ii jj G H G H kN i F kN i V 518 97160 74135337 990 29 800 91800 91 415 38227 76125884 730 27 745 681546 59 311 78227 7696264 800 21 580 002126 59 28 08227 7666644 860 14 386 652513 24 14 58770 0539465 23 463597 41 0 09 248 5632761 80 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 3 14 F1 248 5 kN F2 386 6 kN F3 580 0 kN F4 745 6 kN F5 800 9 kN F1 2761 8kN kN F2 2513 2kN F3 2126 5 kN V4 1546 5kN V5 800 9 kN 1 水平地震作用分布 2 层间剪力分布 图 3 14 横向水平地震作用及楼层地震剪力 安徽理工大学毕业设计 18 3 6 3 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 3 11 n ik k i VF 3 12 1 s iiij j uVD 3 13 1 n k k uu 计算过程 3 15 表 表中计算了各层的层间弹性位移角 3 14 eii uh 表 3 15 横向水平地震作用下的位移验算 层次 kN i V N mm i D mm i u mm i u mm i h i e i u h 5800 919248340 879 603600 4 1042 2 41546 599248341 678 733600 4 1064 4 32126 599248342 307 063600 4 1039 6 22513 249248342 724 763600 4 1056 7 12761 8013553842 042 044500 4 1053 4 由表中可以看到 最大层间弹性位移角发生在第二层 满足要求 550 11056 7 4 3 6 4 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 3 15 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 3 16 b ijij MVyh 1 u ijij MVy h 123n yyyyy 3 17 安徽理工大学毕业设计 19 式中 i 层 j 柱的侧移刚度 h 为该层柱的计算高度 ij D 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 各附表如下 表 3 16 均布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比 n y m0 10 20 30 40 50 60 70 80 91 02 03 04 0 5 5 4 3 2 1 0 2 0 10 0 40 0 65 1 20 0 00 0 20 0 40 0 55 0 95 0 15 0 25 0 40 0 50 0 80 0 20 0 30 0 40 0 50 0 75 0 25 0 35 0 40 0 50 0 75 0 30 0 35 0 45 0 50 0 70 0 30 0 40 0 45 0 50 0 70 0 30 0 40 0 45 0 50 0 65 0 35 0 40 0 45 0 50 0 65 0 35 0 40 0 45 0 50 0 65 0 40 0 45 0 50 0 50 0 55 0 45 0 45 0 50 0 50 0 55 0 45 0 50 0 50 0 50 0 55 6 6 5 4 3 2 1 0 30 0 00 0 20 0 40 0 70 1 20 0 00 0 20 0 30 0 40 0 60 0 95 0 10 0 25 0 35 0 40 0 55 0 85 0 20 0 30 0 35 0 45 0 50 0 80 0 25 0 35 0 40 0 45 0 50 0 75 0 25 0 35 0 40 0 45 0 50 0 70 0 30 0 40 0 40 0 45 0 50 0 70 0 30 0 40 0 45 0 45 0 50 0 65 0 35 0 40 0 45 0 45 0 50 0 65 0 35 0 40 0 45 0 45 0 50 0 65 0 40 0 45 0 45 0 50 0 50 0 55 0 45 0 45 0 50 0 50 0 50 0 55 0 45 0 50 0 50 0 50 0 50 0 55 注 m 表示结构总层娄 n 表示该柱所在的楼层位置 表示梁柱线刚度比 按表 10 5 计算 k 表 3 17 倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比 n y m k n 0 10 20 30 40 50 60 70 80 91 02 03 04 0 5 5 4 3 2 1 0 05 0 20 0 45 0 75 1 30 0 10 0 25 0 40 0 60 1 00 0 20 0 35 0 45 0 55 0 85 0 25 0 35 0 45 0 55 0 80 0 30 0 40 0 45 0 50 0 75 0 30 0 40 0 45 0 50 0 70 0 35 0 40 0 45 0 50 0 70 0 35 0 40 0 45 0 50 0 65 0 35 0 40 0 45 0 50 0 65 0 35 0 45 0 45 0 50 0 65 0 40 0 45 0 50 0 50 0 65 0 45 0 50 0 50 0 50 0 55 0 45 0 50 0 50 0 50 0 55 k k n 安徽理工大学毕业设计 20 6 6 5 4 3 2 1 0 15 0 10 0 30 0 50 0 80 1 30 0 05 0 25 0 35 0 45 0 65 1 00 0 15 0 30 0 40 0 45 0 55 0 85 0 20 0 35 0 40 0 45 0 55 0 80 0 25 0 35 0 45 0 45 0 55 0 75 0 30 0 40 0 45 0 45 0 55 0 70 0 30 0 40 0 45 0 45 0 50 0 70 0 35 0 40 0 45 0 45 0 50 0 65 0 35 0 45 0 45 0 45 0 50 0 65 0 35 0 45 0 45 0 50 0 50 0 65 0 40 0 45 0 50 0 50 0 50 0 60 0 45 0 50 0 50 0 50 0 50 0 55 0 45 0 50 0 50 0 50 0 50 0 55 表 3 18 上 下层梁相对刚度变化的修正值 1 y 0 10 20 30 40 50 60 70 80 91 02 03 04 0 0 40 550 400 300 250 200 200 200 150 150 150 050 050 05 0 50 450 300 200 200 200 150 150 100 100 100 050 050 05 0 60 300 200 150 150 100 100 100 100 050 050 050 050 00 0 70 200 150 100 100 100 050 050 050 050 050 050 000 00 0 80 150 100 050 050 050 050 050 050 050 000 000 000 00 0 90 050 050 050 050 000 000 000 000 000 000 000 000 00 注 当时 相应的为正值 当时 相 1234 iiii 11234 aiiii 1 y 1234 iiii 13412 aiiii 应的为负值 对底层柱不作修正 1 y 表 3 19 上 下层层高不同的修正值和 2 y 3 y a2a30 10 20 30 40 50 60 70 80 91 02 03 04 0 注 为上层层高变化的修正值 按照求得 上层较高时为正值 但对于最上层可不考虑 2 y 2u ahh 2 y 为下层层高变化的修正值 按照求得 对于最上层可不考虑 3 y 3l ah h 3 y 则计算果如 3 20 表示 k k a1 k k 安徽理工大学毕业设计 21 表 3 20 各层柱柱端弯矩及剪力计算 边 柱 层 次 i h m i V kN ij D N mm 1 i D 1 i VK n y 1 y 2 y 3 yy 1 b i M 1 u i M 53 6800 919248341783315 440 540 30000 316 7638 9 43 61546 599248341783329 820 540 40000 442 9564 4 33 62126 59 924834 1783341 010 540 450000 4566 3481 2 23 62513 249248341783348 510 540 50000 5087 3287 3 14 52761 80 13553842893358 960 370 810000 81 213 5841 39 注 表中 M 单位为 kN m V 的单位为 kN 中 柱层 次 i h m i V kN ij D N mm 1 i D 1 i VK n y 1 y 2 y 3 yy 1 b i M 1 u i M 5 3 6800 919243842583322 370 90 350000 3528 1952 35 4 3 61546 59 9243842583343 2000 90 40000 462 2193 31 3 3 62126 59 9243842583359 400 90 450000 4596 23117 61 2 3 62513 24 924384 2583370 20090 50000 5126 36126 36 1 4 52761 80 13553843359768 460 6060 70000 7215 6592 42 梁端弯矩 剪力及柱轴力分别按下式来计算 3 18 1 l lbu b bijij lr bb i MMM ii 3 19 1 r rbu b bijij lr bb i MMM ii 3 20 2l bb b MM V l 3 21 n lr ibb k ik NVV 安徽理工大学毕业设计 22 u ij M b ij M ij V h yh 1 b ij M u ij M l b M r b M l b i r b i b V b V l l b M r b M 图 3 22 框架内力示意图 计算结果如下表所示 表 3 23 梁端弯矩 剪及柱轴力计算 边梁 柱轴力 N 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱中柱 538 931 416 610 720 9420 94313 9610 65 3 31 481 172 96 623 348 6048 60332 4033 99 12 38 3124 2107 96 635 271 9371 93347 9569 15 25 17 2153 8133 66 643 589 0389 033359 35112 68 40 91 1128 7131 36 639 487 5187 51358 34152 07 59 94 注 1 柱轴力中的负号表示拉力 当为左地震作用时 左侧两根柱为拉力 对应的右侧两根柱为 压力 2 表中 M 单位为 kN m V 的单位为 kN N 的单位为 kN l 的单位为 m 则水平地震作用下框架的弯矩图 梁端剪力图及柱轴力图 3 24 所示 安徽理工大学毕业设计 23 a 框架弯矩图 kN m b 梁端剪力及柱轴力图 kN 图 3 24 左地震作用下框架弯矩图 梁端剪力及柱轴力图 安徽理工大学毕业设计 24 3 7 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 3 7 1 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 3 22 0kzsz ww 式中 风荷载标准值 k 2 KN m 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 0 2 KN m 由 荷载规范 淮南地区重现期为 50 年的基本风压 0 35KN m 地面粗糙度为 0 C 类 风载体型系数由 荷载规范 第 7 3 节查得 一 四层 0 6 迎风面 和 s 0 5 背风面 五层 0 8 迎风面 和 0 5 背风面 s s s 荷载规范 规定 对于高度大于 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 本设计中 房屋高度 H 18 9m z 30m H B 18 9 16 2 1 17 1 5 则不需要考虑风压脉动的影响 取 1 0 z 表 3 25 风压高度变化系数 z 地面粗糙度类别 备注离地面或海平面平均 高度 m ABCD 51 171 000 740 62 101 381 000 740 62 151 521 140 740 62 201 631 250 840 62 301 801 421 000 62 401 921 561 130 73 A A 类类指近海面 海岛 海岸 湖岸 及沙漠地区 B B 类类指田野 乡村 丛林 丘陵以 及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊 区 C C 类类指有密集建筑群的城市市区 D D 类类指密集建筑群且房屋较高的城 市市区 安徽理工大学毕业设计 25 具体计算结果 3 26 如下表 表 3 26 沿房屋高度分布风荷载标准值 框架结构分析时 应按静力等效原理将的分布风荷载转化为节点集中荷载 集 中荷载等效方法如图 3 27 所示 1 q 1 q 2 q 21 qq 图 3 27 静力等效原理计算方法 和 121 26 A qlqq l F 121 23 B qlqq l F 按静力等效原理将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载 398 4 6 3 898 0 961 0 436 1 537 1 3 1 898 0 436 1 6 3 2 1 5 F 同理 同理 8 390 7 789 7 434 9 216 4 FkN 3 FkN 2 FkN 1 FkN s kN m q z 层次 m i H z 迎风面背风面迎风面背风面 518 91 220 8 0 51 537 0 961 415 31 140 8 0 51 436 0 898 311 71 050 8 0 51 323 0 827 28 01 000 8 0 51 260 0 788 14 51 000 8 0 51 260 0 788 AB 安徽理工大学毕业设计 26 1 436 1 537 1 323 1 260 1 260 1 260 0 961 0 898 0 827 0 788 0 788 0 788 F1 9 216 F2 7 434 F3 7 789 F4 8 390 F5 4 398 a 风荷载沿房屋高度的分布 kN m b 等效节点集中风荷载 kN 图 3 28 框架受风荷载图 标准值 3 7 2 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 3 29 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 m i h kN i F kN i V N mm D mm i u mm i u ii u h 53 64 404 40873320 0511 052 3 10014 0 43 68 3912 76873320 1461 001 3 10040 0 33 67 7920 58 873320 2360 855 3 10065 0 23 67 4328 01873320 3210 619 3 10089 0 14 59 2237 281250600 2980 298 3 10066 0 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 小于 3 10089 0 1 550 满足规范要求 3 7 3 风荷载作用下的框架内力计算 风荷载作用下的框架内力计算过程与水平地震作用下的相同 计算结果见表 3 30 3 31 安徽理工大学毕业设计 27 表 3 30 各层边柱端弯矩及剪力计算 边 柱层 次 i h m i V kN D N m 1 i D 1 i VK n y 1 y 2 y 3 yy 1 b i M 1 u i M 5 3 64 4087332178330 890 540 270000 270 872 36 4 3 612 7987332178332 610 540 350000 353 296 10 3 3 620 5887332178334 200 540 420000 426 358 77 2 3 628 0187332178335 710 540 500000 5010 2910 29 1 4 537 28125060 289338 610 370 720000 7227 9110 85 注 表中 M 单位为 kN m V 的单位为 kN 表 3 31 各层中柱端弯矩及剪力计算 中 柱层 次 i h m i V kN ij D N m 1 i D 1 i VK n y 1 y 2 y 3 yy 1 b i M 1 u i M 5 3 64 4087332258331 300 90 350000 351 643 05 4 3 612 7987332258333 790 90 400000 405 458 18 3 3 620 5887332258336 090 90 450000 459 8712 06 2 3 628 0187332258338 290 90 500000 5014 9214 92 1 4 537 281250603359710 010 610 700000 7031 5413 69 具体梁端弯矩 剪力及柱轴力计算结果见表 表 3 32 各层中柱端弯矩及剪力计算 边梁走道梁柱轴力 N 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱中柱 52 391 836 60 631 221 2230 81 0 63 0 15 46 985 896 61 953 933 9332 62 2 58 0 82 312 0510 516 63 427 007 0034 67 6 00 2 07 216 6314 866 64 779 929 9236 61 10 77 3 91 121 1417 176 65 8011 4611 4637 63 16 57 5 74 注 1 柱轴力中的负号表示拉力 当为左地震作用时 左侧两根柱为拉力 对应的右侧两根柱为压力 2 表中 M 单位为 kN m V 的单位为 kN N 的单位为 kN l 的单位为 m 图示 4 轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩 梁端剪力及柱轴力见下图 安徽理工大学毕业设计 28 a 框架弯矩图 kN m b 梁端剪力及柱轴力图 kN 图 3 33 横向框架风荷载作用下框架弯矩图 梁端剪力及柱轴力图 安徽理工大学毕业设计 29 3 8 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算 3 8 1 计算单元 取 4 轴线横向框架进行计算 计算单元宽度为 4 5m 如图 3 7 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