框架居民住宅楼设计计算书.doc

0 目目 录录 第一部分 中英文摘要 2 1 1 中文摘要 2 1 2 ENGLISH SUMMARY 3 第二部分 前言 4 第三部分 设计过程 5 第一节 设计资料 5 第二节 建筑设计 6 第三节 结构设计 8 一 结构方案 8 二 重力荷载代表值计算 12 三 风荷载作用下框架内力的计算 19 四 地震荷载作用下框架内力的计算 29 五 内力计算及组合 31 六 板的计算 35 七 截面设计 36 八 楼梯设计 63 第四部分 总结与体会 67 第五部分 主要参考文献 69 1 第一部分 中英文摘要 1 11 1 中文摘要中文摘要 关建词 建筑设计 结构设计 静力分析 框架 抗震设计 本设计为框架住宅楼设计 主要分为两个部分 建筑设计和结构设计 1 建筑设计 通过查阅各种规范和资料 结合当地自然条件 用地环境 地形地貌等客观条件以及学 校规划蓝图 对本建筑的工作空间 流动空间以及所有必不可少的服务设施提出合理的布置 方案 然后分析 比较各种方案 最后 选择一个比较好的建筑方案进行建筑设计 2 结构设计 选择能实现整个功能要求的合适的结构型式和建施材料 继而确定使用期间作用于结构 上的各种荷载 然后借助于结构设计理论和相关经验方法 初步估算出各构件的尺寸 并对 结构作一定的静力分析 最后借助于结构设计软件 进行更加详细的分析 调整构 件尺寸 提出确实可行的安全 经济的结构方案进行结构设计 设计中 电算 手算相结合 比较分析两种结果 找出差异性 加深对结构设计理论的掌握 并为今后参与实际工程设计 积累经验 2 1 2 English Summary Abstract Abstract Key the design of architecture and structure the analysis of statically This five floor house in which I adopted the reinforced concrete frame in structure design was designed by mainly handwork and computer And this design was mainly composed of two design phrase Firstly Architecture design Through consulting various specification and material combined with the local natural conditions land use environment landform etc objective conditions and school this architecture planning blueprint work space flow space and all necessary services put forward reasonable layout scheme then analysis and comparison of various schemes Finally choose a better architecture scheme for architectural design Secondly by dint of experience with previous designs and the rough analysis of the loads that act on the structures during its lifetimes I got a preliminary estimate is made of the sizes of the members a rough appraisal of the static s of the structure to obtain some estimate of the forces in the program PKPM in detail By comparing and modifying I got a satisfactory structure in which the members are so proportioned that each carries its share of the applied loads with an adequate reserve of strength against failure With these all being done my design come into being with reasonable blend of architecture and structure In the design handwork was mainly used and calculation with computer was auxiliary The two results were analyzed and compared to find out the differences It helped us deepen the understanding of the theory of structure design and accumulate experiences for the designing of practical project in future 3 第二部分 前言 本次设计结合住宅建筑的使用功能及特点 能充分满足各房间的使用要求 布置紧凑 功能分区合理 与周围环境协调一致 节约建筑用地 合理组织人流 保证良好的安全疏散 条件 在这次设计中 充分考虑了本地的风向 注意各房间的朝向 尽量保证建筑物有良好 的采光 通风条件 本工程在建筑方案的选择上 力求使住宅楼的内外空间协调 体型比例 恰当 形象鲜明 体现出住宅建筑的风格及文化内涵 本次设计的另一重点为框架结构设计方面的内容 如结构构件的布置 截面形状的选择 结构构件的配筋等等 虽然钢结构 新型材料建筑是建筑发展的一大趋势 但一个国家的建 筑总体发展水平很大程度上取决于这个国家的经济发展水平 考虑到我国目前的国情 钢筋 混凝土结构在我国的应用还是最广泛的 且在今后一段时期内仍然是我国建筑结构型式的首 选 故本设计的结构型式仍然采用钢筋混凝土结构 在结构设计中 一方面 借助于建筑软件 结构力学求解器进行计算 使结构 构件的布置更加经济 合理和安全 另一方面 手算一榀框架 通过确定计算模型 拟荷载 进行内力计算和构件承载力计算 加深对结构受力特征的感性认识 并将手算结果和 软件计算结果作一番比较 分析 得出结论 并实现由传统计算方法向高现代计算 方法的合理过渡 既为今后参与实际工程设计奠定坚实的理论基础 又掌握了高效便捷的计 算软件 同时也积累了必要的设计经验 毕业设计的三个月里 在指导老师的帮助下 经过资料查阅 设计计算 论文撰写以 及外文的翻译 加深了对新规范 规程 手册等相关内容的理解 巩固了专业知识 提高了 综合分析 解决问题的能力 在进行内力组合的计算时 进一步了解了 Excel 在绘图时熟 练掌握了 AutoCAD 及天正建筑 以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求 框架结构设计的计算工作量很大 在计算过程中以手算为主 辅以一些计算软件的校 正 由于自己水平有限 难免有不妥和疏忽之处 敬请各位老师批评指正 二零一零年五月十四日 4 第三部分 设计过程 第一节 设计资料 1 1 设计题目 框架住宅楼设计 1 2 工程概况 本工程为六层框架结构住宅楼 层高为 3 米 建筑总高度为 19 5 米 总建筑面积为 3741 66 平方米 抗震设防烈度为 7 度 设计合理使用限 50 年 屋面防水等级为 III 级 设 计合理使用 50 年 屋面防水等级为 III 级 耐火等级为二级 设计依据及技术基本公式 所依据的国家规范 见后参考资料 屋面板计算基本条件 建筑 结构安全等级 二级 设计使用年限 50 年 使用环境类别 一类 框架结构粱柱计算基本条件 设计使用年限 50 年 地上部分为二类环境 地下部分为二 a 类环境 抗震设防烈度 7 度 设计基本地震加速度 0 1g 设计地震分组 第二组 建筑场地类别 类 建筑抗震设防类别 丙类 框架结构的抗震等级 根据 抗规 第 3 3 3 条及表 6 1 2 的规定 抗震构造措施 内 力调整和其它为三级 1 3 地质资料 地质详勘报告由某勘察院提供 场地类别为 类 7 度抗震设防 基础形式用条形基础 各土层的主要力学指标 5 土层 编号 土层名称 重力密度 KN m3 空隙比 e 塑性 指数 液性 指数 压缩系数 Kpa 1 承载力 Kpa 新进堆积 黄土 17 10 90250 40 5100 马兰黄土 17 80 82220 070 23140 马兰黄土 19 00 700 50 50 39180 沿建筑场地纵向地质剖面图详附图 建筑场地为坚硬粘土 场地属 类建筑场地 28 米深度内无液化层 2 1 设计概况和要求 2 1 1 设计概况 根据设计任务书要求 拟建一现浇钢筋混凝土框架结构 为框架住宅 有两种户型 大户 型为 78m 小户型的面积为 123m 建筑层数为六层 层高为 3 0 米 2 1 2 设计要求 依据建筑方案要求 进行各层平面的设计 设计要求建筑使用功能合理 满足技术经济 指标 参照标准图集选择楼面 地面 内墙 顶棚等室内装修的做法 以及屋面 外墙的做 法 要求绘制各层平面图 建筑主要立面图 剖面图 檐口 楼梯等大样图和门窗表 装修 表 编制建筑设计总说明 构造作法选用标准图集 表示方法及符号满足现行规范要求 1 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068 2001 2 建筑结构荷载规范 GB 50009 2001 3 建筑抗震设计规范 GB 50011 2001 4 砌体结构设计规范 GB 50003 2001 5 混凝土结构设计规范 GB 50010 2002 6 建筑地基基础设计规范 GB 50007 2002 7 建筑设计防火规范 GB J16 87 2 2 建筑方案的构思与立意 2 2 1 总体布置的考虑 在总平面图布置方面 我们要注意总图所能占有的空间尺寸大小 不能超越所给的建 筑红线范围 在布局上 要考虑建筑物的使用功能和使用对象 对于我所做的这个设计而言 因为是住宅楼 所以要很讲究房屋朝向问题 以解决通风和采光 和周围的环境也要搭配得 6 当 要给人以舒适的感觉 2 2 2 建筑立面与平面 由于我所做的是住宅楼 因此 在功能布局上既要美观大方 也要合理周道 而且要符合人 们的生活习惯 以我个人的观念 我所要求的效果是使建筑物的造型既简洁又活泼 以给人 们明快的感觉 因此我选用的型式是较为规则的矩形建筑 选形过后最重要的就是对各层进 行功能布局了 通过学习我认识到了一个重要的设计理念 就是要先进行柱网布置再进行功 能分割 即先选好柱网的布置 再进行各层房间的布置 而不要将所给的各功能房拿来拼揍 严格的拼揍其给定的面积后再定位柱网 这样的做法是不对的 也是很不科学的 在柱网布 置完后 根据各种不同的功能房进行分类 例如可以将其分类为生活用房间 工作 学习用 房间 公共活动房间等 我的设计中有三室两厅二卫和两室两厅一卫 其中客厅给予充分的 活动空间 结构设计 一 结构方案一 结构方案 1 1 结构设计要求 根据建筑设计进行上部结构和基础设计 绘出结构平面图 框架及基础的施工图 主要 包括以下内容 1 结构方案及结构构件几何尺寸的选型 确定计算简图 2 确定荷载值 对结构进行荷载计算整理 3 对结构中的一榀典型框架以及此框架下的基础进行内力计算 内力分析及内力组 合 配筋计算 此部分要求手算完成 4 计算机辅助设计 在手算完成的基础上 用计算机辅助设计程序完成该框架的导 荷 以及计算配筋 进行必要的结构构件尺寸调整 进行结构设计优化 绘制框架的结构施 工图 结构平面图 基础施工图 5 将手算与电算的结果进行比较分析 分析判断二者之间差异的原因 进行毕业设 计总结 1 2 结构方案的特点 优化 比较 1 2 1 结构体系选择 选择现浇钢筋混凝土框架结构方案 框架结构由梁 柱构件通过刚性节点连接构成 框 架梁 柱既承受垂直荷载 又承受水平荷载 框架结构最主要的优点是具有开阔的空间 使 建筑平面布置灵活 便于门窗的设置 其主要缺点是抗侧刚度小 侧向变形较大 结构的使 用高度受到限制 特别在地震作用下 非结构构件破坏比较严重 7 a 本建筑主要部分为地上六层 使用荷载不大 因而选用钢筋混凝土全框架较易满足使 用要求 b 尽管建设场地地震烈度为 7 度 采用纯框架对抗震略为不利 但采用现浇框架有利于 提高结构的整体性和抗震性 也使梁柱节点构造简单 易于施工及保证质量 且钢材用量省 构件尺寸不受标准构件所限制 对房屋各种使用功能的适应性大 C 缺点就是模板消耗量大 现场工作量大 可采用工业化现浇的施工工艺加以改进 1 2 2 结构总体布置 本建筑平面为矩形 总长度为 50 7 米 最大宽度为 12 3 米 总高度为 19 1 米 满足 建筑抗震设计规范 GB 50011 2001 和 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3 2002 的要求 现浇框架建筑在 7 度抗震设防烈度时适用的最大高度为 55 米 1 2 3 楼 屋盖结构方案 考虑提高结构的整体性 完整性 有利于提高整个结构的空间刚度 各层楼面及屋面全 部采用现浇钢筋混凝土梁板结构 1 2 4 基础方案 由于场地情况较好 土层均匀 持力层为第二层 粘土 框架柱下采用条形基础较为 简单 施工方便 1 3 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用动能及建筑设计的要求进行了建筑平面 立面及剖面设计 其示意图如建 施图所示 主体结构共 6 层 层高为 3 0m 女儿墙的高度为 0 5m 总共高度为 19 1m 墙采用加气混凝土 门窗详见建施图的门窗表 楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构 楼板厚度取 100mm 梁截面高度按梁跨度的 1 12 1 8 估算 宽度按 1 2 1 3 估算 由此估算的梁截面尺寸为 层次混凝土等级横梁纵梁次梁 1 6C30 300 600300 400200 300 C30 混凝土 fc 14 3 N mm2 ft 1 43 N mm2 柱截面尺寸根据下式估算 Nf N A c c 8 nFgN E 式中 为柱组合的轴压力设计 为按简支状态计算的柱的负载面积 为折算在单位NF E g 建筑面积上重力荷载代表值 可根据实际荷载计算 也可近似取 12 15KN m2 为考虑地 震作用组合后柱轴压比增大系数 边柱取 1 3 不等跨内柱取 1 25 等跨内柱取 1 2 为n 验算载面以上楼层层数 为柱载面面积 为混凝土轴心抗压强度设计值 为框架 c A c f N 轴压比限值 此处可近似取 即对一级 二级和三级抗震等级 分别取 0 7 0 8 和0 9 查表知该框架结构的抗震等级为三级 其轴压比限值 N 0 8 各层的重力荷载代表值 近似取 12 N mm2 由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为 3 3 1 8 和 3 9 4 8 由上式得第一层柱截面面积为 边柱 Ac 1 3 9 9 12 103 6 0 8 14 3 81000 mm2 中柱 Ac 1 25 10 1 12 103 6 0 8 14 3 79458 mm2 取柱截面为正方形 则边柱和中柱截面高度分别为 362 mm 和 371 mm 根据上述计算结 果并综合考虑其它因素 本设计柱截面尺寸取值如下 1 6 层全部采用 400 mm 400 mm 结构布置图为 9 二 重力荷载代表值计算二 重力荷载代表值计算 2 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 不上人 7 厚高聚物改性沥青防水卷材 带保护层 0 25 0 007 0 00175KN m2 25 后 1 3 水泥砂浆一道 0 025 20 0 5 KN m2 105 厚保温板 0 105 0 5 0 053 KN m2 30 厚 1 6 水泥焦渣找坡 0 03 12 0 36KN m2 100 厚钢筋混凝土板 25 0 1 2 5KN m2 20 厚底板抹灰 0 02 17 0 34KN m2 合计 3 755KN m2 1 1 屋面荷载标准值 屋面荷载标准值 20 厚 1 2 5 水泥砂浆 0 02 20 0 4KN m2 100 厚钢筋混凝土 0 1 25 2 5KN m2 20 厚底板抹灰 0 02 17 0 34KN m2 合计 3 24 KN m2 2 22 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 不上人屋面均布活荷载标准值 0 5 KN m2 楼面活荷载标准值 2 0 KN m2 屋面雪荷载标准值 Sk S0 1 0 0 5 0 5 KN m2 2 22 2 梁 柱 窗 门重力和荷载计算梁 柱 窗 门重力和荷载计算 梁 柱可根据截面尺寸 材料容重及粉刷等计算出单位长度上的中立荷载 对强们 窗等计算出单位面积上的重力荷载了 结构计算见图 各梁柱构件线刚度经计算后如图 其中考虑到现浇板的作用 取 I 2I0 I0为不考虑楼板翼 缘作用的梁截面惯性矩 横向梁 i 2E 1 12 0 3 0 60 6 0 18 10 4E 纵向梁 i 2E 1 12 0 3 0 40 3 3 9 7 10 4E 上部各层柱 i E 1 12 0 4 0 40 3 7 11 10 4E 底层柱 i E 1 12 0 4 0 40 4 1 5 2 10 4E 10 注 图中数字为线刚度 单位 10 4E m 女儿墙做法 6 厚水泥砂浆罩面 0 006 20 0 12KN 12 厚水泥砂浆打底 0 012 20 0 24KN 300 厚钢筋混凝土 0 3 25 7 5KN 20 厚水泥砂浆找平 0 02 20 0 04 KN 合计 8 26 KN 墙体做法 外墙为 300 厚加气混凝土 5 外墙面 20 厚的水泥砂浆 20 内墙 2 mKN 2 mKN 面为 20mm 厚抹灰 则外墙单位墙面 重力荷载为 2 mKN3 202 0 1730 0 72020 0 内墙为 200 厚加气混凝土 5 两侧均为 20mm 厚抹灰 则内墙单位面积重力 2 mKN 荷载为 2 mKN28 2 202 0 1720 0 7 木门单位面积重力荷载为 0 2 KN 铝合金门及防盗门单位面积重力荷 铝合金窗 单位面积重力荷载为 0 45 KN 11 铝合金窗 0 45 1 7 0 765KN m 900 宽的木门 2 1 0 2 0 42KN m 主梁自重及粉刷层线荷载 0 3 0 6 25 2 0 02 0 6 0 1 17 4 806KN m 次梁自重及粉刷层线荷载 0 2 0 3 25 2 0 02 0 3 0 1 17 1 636KN m 纵梁自重及粉刷层线荷载 0 3 0 4 25 2 0 02 0 4 0 1 17 3 204KN m 柱的自重及抹灰层的线荷载 0 4 0 4 25 0 02 17 0 4 0 1 2 4 2KN m 梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算 梁 柱可根据截面尺寸 材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载 对墙 门 窗等可计算出单位面积上的重力荷载了 具体计算过程从略 计算结果见表 3 表 3 梁 柱重力荷载标准值 层 次 构件 m b m h mKN 3 mKN g 1 m li n KN Gi KN Gi 横梁 0 30 5251 053 9385 414397 71 纵梁 0 30 6251 054 7253 012170 10 纵梁 0 30 6251 054 7252 8452 92 柱 0 60 6251 059 4504 9663056 13 横梁 0 30 5251 053 9383 011129 95 纵梁 0 30 6251 054 7254 816362 88 1 纵梁 0 30 6251 054 7252 112119 07 4288 76 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 表示单位长度构件重力荷载 n 为构件数量g 2 梁长度取净长 柱高取层高 外墙为 400 厚陶粒空心砌块 5 外墙面贴瓷砖 0 5 内墙面为 2 mKN 2 mKN 20mm 厚抹灰 则外墙单位墙面 重力荷载为 2 mKN84 6 02 0 1740 0 515 0 内墙为 200 厚陶粒空心砌块 两侧均为 20mm 厚抹灰 则内墙单位面积重力荷载为 1 2 mKN68 3 202 0 1720 0 5 木门单位面积重力荷载为 2 m2KN 0 12 铝合金窗单位面积重力荷载取 2 m4KN 0 钢铁门单位面积重力荷载为 2 m4KN 0 2 4 重力荷载代表值 见图 4 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 为计算单元范围内的各楼层楼面上的重力荷载 代表值及上下各半层的墙柱等重量 计算时 各可变荷载的组合按规定采用 屋面上的可变 荷载均取雪荷载 具体过程略 计算简图见图 2 4900 G1 G2 G3 G4 G5 G6 28002800280028002800 18900 7058 88KN 6880 28KN 6880 28KN 6880 28KN 6880 28KN 4940 39KN 图 2 4 横向框架侧移刚度计算 横梁线刚度计算过程见表 4 柱线刚度计算见表 5 b i c i 表 4 横梁线刚度计算表 b i 类别层次 mmN E 2 c mmmm hb mm I 4 0 mm L mmN L IE 0c mmN L I5E 1 0c mmN L I2E 0c AB6 1 4 3 0 10 300 500 9 10 125 3 3600 10 10 2 604 10 3 906 10 10 10 208 5 BC 61 4 3 0 10 300 500 9 10 125 3 6000 10 10 1 562 10 2 343 10 10 10 124 3 表 5 柱线刚度计算表 c i 13 层次 mm hc mmN E 2 c mmmm hb mm I 4 c mmN h IE cCc 14900 4 100 3 600600 10 1008 1 10 106 612 6 2 2800 4 100 3 600600 10 1008 1 10 1011 57 柱的侧移刚度 D 值按下式计算 根据梁柱线刚度比的不同 柱可分为 2 c c h 12i D K 中框架中柱和边柱 边框架中柱和边柱以及楼 电梯间柱等 计算结果分别见表 6 表 7 表 8 表 6 中框架柱侧移刚度 D 值 mmN 1 左边柱 18 根 右中柱 18 根 中柱 18 根 层 次 Kc i2 D Kc i1 D Kc i2 D i D 10 3540 363119960 5190 421139101 260 5417845787518 2 6 0 2030 092162920 3380 145256780 720 265469291366066 表 7 边框架柱侧移刚度 D 值 mmN 1 A 1 A 15 A 16 A 30D 1 D 15 D 16 D 30B 1 B 15 B 16 B 30 层 次 Kc i2 D Kc i1 D Kc i2 D i D 10 5910 421139100 3540 363119960 9450 4916193168396 2 6 0 3380 145256780 2030 092162920 540 21337721318764 将上述不同情况下同层框架侧移刚度相加 即得框架各层层间侧移刚度 见表 8 i D 由表 8 可见 故该框架为横向规则框架 12 D D1194642 16848300 7090 7 表 8 横向框架层间侧移刚度 D 值 mm N 层 次 123456 i D 119464216848301684830168483016848301684830 14 三 风荷载代表制的计算 风荷载标准值 风荷载标准值按式 基本风压 w0 0 40KN m2 由 荷载规范 查得 ozszk 迎风面 和 背风面 B 类地区 H B 19 5 12 3 1 56 查表得 脉8 0 s 5 0 s 动影响系数 0 44 T1 0 48S W0T12 0 09216KNS2 m2 查表得脉动增大系数 1 44 H H44 0 44 1 11 i zz z z 仍取图 4 轴线横向框架 其负载宽度 4 05m 沿房屋高度分布风荷载标准值 zzs q z 3 3 0 4 根据各楼层标高处高度 Hi查取 沿房屋高度的分布见表 14 沿房屋高度的分 z z q z q 布见图 表 14 沿房屋高度分布风荷载标准值 层次Hi m Hi m z z m KN z q1 m KN z q2 619 231 231 0 1 299 0 82 5 16 2 31 02 1 0 1 236 0 77 413 231 089 1 0 1 15 0 72 310 231 01 1 0 1 066 0 677 27 231 1 0 1 056 0 66 14 24 21 1 0 1 056 0 66 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 本例房屋高度 H 18 9m 30m H B 0 23 因此 该房屋应不考虑风 z 压脉动的影响 框架结构分析时 应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载 节点集中荷载 见图 5 b 例第 5 层集中荷载 F5的计算如下 15 F5 0 5 1 236 1 15 2 1 236 3 3 2 1 299 1 236 2 1 0 5 0 772 0 72 2 0 772 3 3 2 0 82 0 72 2 1 5 3KN 16 17 等效节点集中风荷载 图 5 框架上的风荷载 风荷载作用下的水平位移验算 根据图 5 b 所示水平荷载 由式计算层间剪力 Vi 然后依据表 6 求出 n ik ki FV 轴 4 线框架的层间侧移刚度 再按式 s 1j ijii D V k n 1k 计算各层的相对侧移和绝对侧移 计算结果见表 表 15 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 123456 Fi KN 5 14 95 05 15 34 8 Vi KN 30 325 220 315 310 24 8 N mm D 437518889988899888998889988899 mm i 1 1960 4650 3850 2980 2010 094 mm i 1 1961 6612 0462 3442 5452 639 ii h 0 244 3 10 0 166 3 10 0 138 3 10 0 106 3 10 0 072 3 10 0 034 3 10 应用公式 Vi 和计算见上表 1 ms k ij FkVij VijVi Ui DijDi 1 i k UiU k 由表 15 可见 风荷载作用下框架最大层间位移角为0 244 远小于 1 550 满足 3 10 规范要求 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过程与水平地震作用下的相同 4 轴线横向框架在风表 17 风荷作用梁端弯矩剪力及柱轴力计算 18 左边梁右边梁柱轴力 层 次 l b M r b M LVb l b M r b M LVb 右边 柱 中柱 N1左边柱 64 7 3 36 00 765 6543 5343 62 552 0 76 1 7922 552 511 2 9 46 01 32510 9896 8683 64 96 2 085 2 0857 512 417 8 15 06 02 07217 461 10 91 3 3 67 882 4 157 4 15715 394 323 8 206 02 7023 783 14 86 4 3 6 10 73 5 6 857 6 85726 129 229 8 25 46 02 8735 593 4943 62 523 9 73 9 7328 652 139 1 31 16 04 78268 123 42 57 7 3 630 75 14 512 14 5159 402 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 表 16 风荷作用各层柱端弯矩及剪力计算 左 边 柱中 柱层次hi m Vi kN Dij N m Di1Vi1 ky b i M 1 u i M 1 Di2Vi2 ky b i M 2 u i M 2 62 88 4388899162921 540 2030 0550 2374 075469294 450 720 718 8473 613 52 817 8843751162923 280 2030 2532 3246 86469299 4390 720 410 57215 857 42 826 4743751162924 850 2030 3544 8078 7734692913 9730 720 4517 60621 518 32 834 2143751162926 270 2030 457 99 6564692918 0590 720 4522 75427 811 22 841 3643751162927 580 2030 64713 7327 4924692921 8340 721 1670 917 9 781 14 952 33437511199614 350 3540 83158 43211 8831784521 3441 260 5961 70642 88 2011 届土木工程专业学位设计 20 0 续表 16 四 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 4 1 1 横向自振周期计算 结构顶点的假想位移计算见表 9 表 9 结构顶点的假想位移计算 层 次 KN Gi KN V i G mm N Di mm i mm i 64940 394940 39 1684830 2 930 88 58 56880 2811820 6716848307 02085 65 46880 2818700 95 168483011 1078 63 36880 2825581 23 168483015 18067 53 26880 2832461 51168483019 27052 35 17058 8839520 39119464233 08033 08 结构基本自震周期 其中 T的量纲为 m 取 则 TT1 7 1T 7 0 T 右 边 柱层次hi m Vi kN Dij N m Di1Vi1 ky b i M 1 u i M 1 62 88 4388899256782 430 3380 1691 155 654 52 817 8843751256785 160 3380 3194 6099 839 42 826 4743751256787 650 3380 48 56812 852 32 834 2143751256789 880 3380 4512 44915 215 22 841 36437512567811 950 3381 20540 319 6 859 14 952 33437511391016 640 5910 65953 73227 804 2011 届土木工程专业学位设计 20 1 S492 0 1711 0 7 07 1T1 4 1 2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 本方案结构高度小于 40m 质量和刚度沿高度分布较均匀 变形以剪切型为主 故可 用底部剪力法计算水平地震作用 因为是多质点结构 所以 eqi G0 85G0 854940 396880 28 47058 8833592 33KN 设防烈度按 7 度考虑 场地特征周期分区为二区 场地土为 类 查表得 特征周期 Tg 0 40s 水平地震影响系数最大值08 0 max 0 9 0 9 g 1max 1 T 0 40 0 080 066 T0 492 EK1eq FG0 066 33592 332217 09KN 因为 所以不应考虑顶部附加水平地震作用 g1 1 4T1 4 0 40 56ST0 492S 各质点的水平地震作用 iiii inEKnn jjjj j 1j 1 G HG H F1F2217 09 G HG H 表 10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次Hi m Gi KN GiHi KN jj ii HG HG Fi KN Vi KN 618 94940 3993373 370 271116 791116 79 516 16880 28110772 510 223922 3862039 176 413 36880 2891507 720 185765 2082804 384 310 56880 2872242 940 146603 9843408 278 27 76880 2852978 160 107442 583850 858 14 97058 8834588 510 07289 544140 398 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如下图 3 2011 届土木工程专业学位设计 20 2 V6 V5 V4 V3 V2 V1 F4 F3 F2 F1 F6 F5 a 纵向水平地震作用分布 b 层间剪力分布 图 3 纵向水平地震作用及层间剪力分布图 4 1 3 水平地震作用下的位移验算 水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移按下式计算 i i 和 各层的层间弹性位移角 s 1j ijii D V k n 1k 计算结果如表 11 iie h 表 11 横向水平地震作用下的位移验算 层 次 KNVi mm N Di mm i mm i mmhi i i e h 61116 7916848300 6611 3128000 236 3 10 520392110 6528000 432 3 10 42804 38416848301 669 4428000 593 3 10 33408 27816848302 027 7828000 721 3 10 23850 85816848302 295 7628000 818 3 10 14140 39811946423 473 4749000 708 3 10 由表可见 最大层间弹性位移角发生在第 2 层 其值0 818 1 550 满足要求 3 10 其中是由弹性层间位移角限值查得 550 1 h 2011 届土木工程专业学位设计 20 3 4 1 4 水平地震作用下框架内力计算 以 4 轴线框架内力计算 其余框架计算从略 框架柱端剪力及弯矩按式 i s 1j ij ij ij V D D V yhVM ij ij b hy1VM ij u ij 各柱反弯点高度比 本例中底层柱需考虑修正值 y2 第二层柱需 321n yyyyy 考虑修正值 y1和 y3 其余柱均无修正 计算结果见表 12 梁端弯矩 剪力及柱轴力分别按式 MM ii i M u ij b j 1i r b l b l bl b MM ii i M u ij b j ii r b l b r br b L MM V 2 b 1 b b k n ik r b l bi VV N 计算结果见表 12 2011 届土木工程专业学位设计 204 表 12 各层柱端弯矩及剪力计算 右 边 柱中 柱层 次 hi m Vi kN Dij N m Di1Vi1 ky b i M 1 u i M 1 Di2Vi2 ky b i M 2 u i M 2 62 81116 7916848303567817 020 1300 13 16228 463975325 320 1490 0503 872 16 52 82039 17616848302567831 080 1310 1510 1957 763975354 440 1490 116 33146 99 42 82804 38416848302567842 740 1310 219 6578 63975378 70 1490 2559 03177 08 32 83408 27816848302567851 940 1310 3514 2779 53975397 990 1490 35102 89191 08 22 83850 85816848302567858 690 1570 698 854 8926711108 390 1730 53206 81183 4 14 94140 39811946421391048 210 230 95305 8316 12547183 580 4160 9368 5940 59 注 表中 M 的量纲为 kN m V 量纲为 kN 2011 届土木工程专业学位设计 续表 12 边 柱层次hi m Vi kN Dij N m Di1Vi1 ky b i M 1 u i M 1 63 076111946031654110 540 1300 13 16228 46 53 01635 8711946031654122 650 1310 1510 1957 76 43 02364 9311946031654132 750 1310 219 6578 6 33 02944 5311946031654140 770 1310 3514 2779 5 23 63363 748289631127145 740 1570 698 854 89 14 93640 7911095932002265 70 230 95305 8316 1 表 13 梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 边梁边梁柱轴力 层 次 l b M r b M LVb l b M r b M LVb 右边柱中柱 N1左边柱 639 60224 7543 617 8828 57710 7166 06 5517 88 11 33 6 55 567 31742 0733 630 3942 90916 096 09 8348 27 31 89 16 38 499 56462 2283 644 9452 17219 5656 011 9693 21 64 87 28 34 3127 85779 9113 657 7171 69226 8856 016 43150 92 106 15 44 77 231 75619 8483 614 3378 33829 3776 017 95165 25 102 53 62 72 1278 574174 113 6125 75101 9038 2116 023 35291 204 93 86 07 注 1 柱轴力中的负号表示拉力 当为左地震时 左侧两根柱为拉力 对应的右侧两根柱为压力 2 表中单位为 kN m V 单位 N l 的单位为 m 2011 届土木工程专业学位设计 198 02 39 6 59 26 71 8 79 99 33 69 80 55 155 68 24 75 42 0762 2379 9119 85174 11 28 58 28 58 39 60 10 72 65 44 47 87 27 76 8 0561 85 63 62 98 42 119 61 127 86 31 76 278 5799 56 67 32 101 9 67 46 78 34 41 53 71 69 20 93 52 17 13 97 42 91 1 66 179 11 169 31 25 26 346 88 16 09 95 42 19 56 120 29 26 89 146 19 29 38 46 55 38 21 123 95 34 43 36 81 50 76 38 2 41 25 17 88 30 39 44 94 57 71 14 33 17 88 30 39 44 94 14 33 125 75 291 165 25 150 92 93 21 48 27 17 88 6 55 9 86 11 96 16 43 17 95 23 35 6 55 16 38 28 34 44 77 62 72 86 07 11 33 31 89 64 87 106 15 102 93 204 93 125 75 57 71 6 55 9 86 11 96 16 43 17 95 23 35 a 框架弯矩图 b 梁端剪力及柱轴力图 图 4 左地震作用下框架弯矩图 梁端剪力及柱轴力图 五 框架内力计算及组合 五 框架内力计算及组合 1 A B 轴间框架 屋面板传荷载 恒载 3 755 3 3 1 0 252 0 253 11 17KN m 活载 0 5 3 3 1 0 252 0 253 1 49KN m 楼面板传荷载 恒载 3 24 3 3 1 0 252 0 253 9 63KN m 活载 2 5 3 3 1 0 252 0 253 7 43KN m A B 轴间框架梁均布荷载为 屋面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 11 17 15 976KN m 活载 板传荷载 1 49KN m 楼面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 9 63 14 36KN m 活载 板传荷载 7 43KN m 2 B C 轴间框架 屋面板传荷载 恒载 3 755 3 3 1 0 252 0 253 11 17KN m 2011 届土木工程专业学位设计 活载 0 5 3 3 1 0 252 0 253 1 49KN m 楼面板传荷载 恒载 3 24 3 3 1 0 252 0 253 9 63KN m 活载 2 5 3 3 1 0 252 0 253 7 43KN m B C 轴间框架梁均布荷载为 屋面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 11 17 15 976KN m 活载 板传荷载 1 49KN m 楼面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 4 25 9 056KN m 活载 板传荷载 0 66KN m 3 C D 轴间框架梁均布荷载为 屋面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 7 74 15 976KN m 活载 板传荷载 1 03KN m 楼面梁 恒载 梁自重 板传荷载 4 806 6 68 11 486KN m 活载 板传荷载 1 03KN m 4 A 轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱恒载 女儿墙荷载 梁自重 板传荷载 8 26 3 3 3 204 3 3 7 74 3 3 63 37KN 顶层柱活载 板传活载 1 03KN 标准层柱恒载 墙自重 梁自重 板传荷载 5 98 3 3 3 204 3 3 7 74 3 3 55 85KN 标准柱活载 板传活载 4 13KN 基础顶面恒载 底层外纵墙 基础梁自重 2 3 3 3 4 806 3 3 23 44KN 5 D 轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱恒载 女儿墙荷载 梁自重 板传荷载 8 26 3 3 3 204 3 3 7 74 3 3 63