三等跨框架结构风荷载计算

1、1.1.1 风荷载计算本部分参考规范：建筑结构荷载规范（2012年版），以下简称荷载规范。对于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是，按下式计算： （2-4-12）式中 风荷载标准值（）； 高度处的风振系数； 风荷载体型系数； 风压高度变化系数； 基本风压（）。由建筑结构荷载规范，西安地区重现期为50年的基本风压=0.35，地面粗糙度为c类，风荷载体型系数由建筑结构荷载规范续表8.3.1第8项可知=0.8（迎风面）=-0.4(背风面)，本建筑的背风侧被建筑物完全挡住且距离特别近，则只考虑迎风侧。风压高度变化系数 ：按c类地区查表如下，离地面高度z(m) 4.2 7.8 11.4

2、 15 18.6 0.74 0.74 0.74 0.74 0.812 风振系数： 建筑结构荷载规范规定，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<30m，h/b=18.6/18=1.03<1.5，则不需要考虑风压脉动的影响，取=1.0。现取s轴一榀框架进行计算，轴线框架的负荷宽度b=将风荷载换算成作用于框架每层节点上的荷载，如下表2-4-5。表2-4-5 风荷载计算层次518.61.0 0.80.8120.350.227413.863.163.16 4151.0 0.80.740.350.207215.123.136

3、.29 311.41.0 0.80.740.350.207215.123.13 9.42 27.81.0 0.80.740.350.207215.123.13 12.55 14.21.0 0.80.740.350.207216.383.39 15.94 其中，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计算。2. 风荷载作用下的计算简图。 根据表（）画出轴线s纵向框架在风荷载作用下的3. 纵向框架在风荷载作用下的位移计算。选取轴线s对应的框架，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

4、对侧移和绝对侧移。计算过程见表2-5-2。表（） 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层次层高53.63.163.16 800328.00.0000039 0.0000011 43.63.13 6.29 821384.80.00000770.000002133.63.139.42 867083.60.000011 0.00000323.63.13 12.55 867083.60.000014 0.000004 14.23.39 15.94 833744.80.0000190.0000046 由表2-5-2可以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/72541/550，满足规范要求。由表）（可

5、以看出，风荷载作用下框架的最大层间位移角为0.00000461/550=0.0018，满足规范要求。由上可以看出在风荷载作用下的层间剪力很小，分配的各个柱时会更小，因此可以忽略风荷载对内力的影响，不进行风荷载作用下的内力计算了。 4.纵向框架在风载作用下的内力计算。纵向框架在风载作用下的内力计算采用d值法。（1） 反弯点高度的计算。 反弯点高度比按下式进行计算，即 式中 -标准反弯点高度比。 - 考虑与柱相邻的上下梁的线刚度不同时，对反弯点高度比的修正系数。 - 考虑相邻上层层高与本层层高不同时对反弯点高度比的修正系数。 - 考虑相邻下层层高与本层层高不同时对反弯点高度比的修正系数。（2） 柱

6、端弯矩及剪力计算 第j层第i柱所分配的剪力： 框架梁柱节点弯矩分配 ，边柱(1，4轴)：中柱（2,3轴）：，计算结果如下表所示： 各层柱端弯矩及剪力计算 层号 5 4321 层高3.63.63.63.64.2 （kn）3.166.299.4212.5515.94 （kn/m）800328821384.8867083.6867083.6833744.8s轴1柱，4柱 (kn/m)11452.811814.412408.112408.113378.5(kn)0.0450.090.1350.180.256k0.7990.8320.7990.7990.932 y0.350.4160.450.500.6

7、50.1080.1890.2670.3240.3760.0570.1350.2190.3240.700s轴2柱 3柱 (kn/m)17842.218244.119330.419330.416778.0(kn)0.0700.1400.210.2800.321k1.5971.6641.5971.5971.864y0.3800.450.50.50.6070.1560.2770.3780.5040.5300.0960.2270.3780.5040.818选择的框架为对称框架，则计算一般就可以了。 柱端弯矩计算表楼层柱端弯矩（kn）柱端弯矩之和（kn）柱端弯矩（kn）柱端弯矩之和（kn）5 0.1080

8、.108 0.1560.0780.0780.108 0.15640.0570.2460.2460.0960.3730.18650.18650.1890.27730.1350.4020.4020.2270.6550.32750.32750.2670.37820.2190.5430.5430.3780.8820.4410.4410.3240.50410.3240.70.70.5041.0340.5170.5170.3760.530框架柱轴力与框架梁剪力计算 框架梁剪力： 梁12, ,梁23 ，框架柱的轴力：层号5432112梁0.1080.2460.4020.5430.7000.0780.1865

9、0.32750.4410.517666660.0310.0720.1220.1640.20323梁0.0780.18650.32750.4410.5170.0780.18650.32750.4410.517666660.0260.0620.1090.1470.172柱轴力1-0.031-0.103-0.225-0.389-0.59220.0050.0150.0280.0450.0763-0.005-0.015-0.028-0.045-0.07640.0310.1030.2250.1470.1722. 纵向框架在竖向荷载作用下的内力计算（1） 计算假定 多高层建筑结构是一个复杂的三维空间受力体系

10、，它是由垂直方向的抗侧力构件、与水平方向刚度很大的楼板相互连结所组成的。计算分析时应根据结构实际情况，选取能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。框架结构一般有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。为了便于设计计算，在计算模型和受力分析上应进行不同程度的简化。在进行手算横向平面框架时应满足以下四个基本假定。.结构分析的弹性静力假定.平面结构假定.楼板在自身平面内刚性假定.水平荷载按位移协调原则分配（2）计算简图取 s 轴纵向框架进行计算。其计算简图如下图 楼面梁布置简图 楼面板布置简图(3) 竖向荷载统计 1> 屋面： 保护层：25mm厚混凝土板： 0.02523=0.

11、575 保温层：50厚聚苯乙烯泡沫塑料板： 0.050.5=0.025 防水层：高聚物改性沥青防水卷材： 0.35 结合层：稀释涂料 找平层：20mm厚1:3水泥砂浆 ： 0.0220=0.4 找坡层：40mm厚1:8水泥炉渣： 0.0413=0.52 结构层：120mm厚钢筋混凝土板： 0.1225=3 抹灰层：20mm厚板底石灰砂浆： 0.0217=0.34 顶棚： v型轻钢龙骨吊顶： 0.17 合计： 5.38楼面：8厚地砖楼面，干水泥擦缝 0.00819.8=0.1585厚1:1水泥细砂浆粘合层（内含建筑胶） 0.00520=0.120厚1:3水泥砂浆结合层（内含建筑胶） 0.0220

12、=0.4水泥砂浆一道120mm厚钢筋混凝土板： 0.1225=320mm厚板底石灰砂浆： 0.0217=0.34v型轻钢龙骨吊顶： 0.17合计： 4.1682>屋面及楼面活载屋面活载：屋面雪载: 0.25屋面活载：（不上人屋面） 0.50楼面活载：医院门诊室： 2.0走廊： 2.53>梁荷载标准值框架纵梁： bh=250550梁自重（考虑抹灰）：0.25（0.55-0.12）1.0525=2.822框架横梁： bh=250400梁自重（考虑抹灰）：0.25（0.40-0.12）1.0525=1.8384>墙荷载标准值外墙：3mm 厚面层聚合物砂浆面层：0.00317=0.0

13、512mm厚底层聚合物砂浆：0.00217=0.03410mm厚聚苯乙烯挤塑板：0.0115=0.1520mm厚1:3水泥砂浆找平：0.0220=0.4190mm厚粉煤灰轻渣空心砌块：0.198=1.52刷界面处理剂一道：12mm厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底：0.01217=0.2046mm厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆找平：0.00617=0.102刷乳胶漆合计： 2.601内墙：刷乳胶漆6mm厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆找平：0.00617=0.10212mm厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底： 0.01217=0.204刷界面处理剂一道：190mm厚粉煤灰轻渣空心砌块： 0.19

14、8=1.52刷界面处理剂一道：12mm厚1:1:6水泥石灰膏砂浆打底： 0.01217=0.2046mm厚1:0.3:2.5水泥石灰膏砂浆找平：0.00617=0.102合计： 2.132女儿墙： 6mm厚水泥砂浆罩面： 0.00620=0.12012mm厚水泥砂浆打底： 0.01220=0.240 200mm厚钢筋混泥土： 0.0225=0.50020mm厚水泥砂浆找平： 0.0220=0.400合计 5.76 门窗：铝合金玻璃门窗： 0.45木门: 0.20(3) 恒载作用下的框架的内力计算 恒载作用下个层框架梁的荷载分布如下图所示对于第5层q1表示纵梁的自重，为均布荷载形式q1=2.82

15、2q2为非上人屋面传给纵梁的梯形荷载。q2=4.25.38=22.596p1,p2,p3,p4分别表示边横梁，中横梁，中横梁，边横梁直接传给柱的恒载。p1=(三角形局部荷载）+1.8384.2+5.761.54.2=73.67p2=+1.8384.2=67.03 p3=+1.8384.2=67.03p4=+1.8384.2+5.761.54.2=73.67集中力矩m2=p2=67.03(0.5-0.250)2=8.38m3=p2=67.03(0.5-0.250)2=8.38对于1-4层q1表示纵梁的自重和其上部墙重，为均布荷载形式 q1=2.822+2.1323.6=10.50q2为楼面板传给

16、纵梁的梯形荷载。q2=4.24.168=17.51q3表示纵梁的自重,为均布荷载形式q3=2.822外横墙线密度：2.601(3.6-0.4)(4.2-0.5)-32.1+32.10.45/4.2=4.1内横墙线密度:2.132(3.6-0.4)(4.2-0.5)-1.22.1+0.452.11.2/4.2=5.0p1=p4=(三角形局部荷载）+1.8384.2+4.14.2=47.92p2=p3=2+1.8384.2+5.04.2=74.67集中力矩：m2=p2=74.67(0.5-0.250)2=9.33m3=p2=74.67(0.5-0.250)2=9.33（4） 恒荷载作用下梁的固端弯

17、矩计算等效于均布荷载与梯形的叠加。梯形q=(1-2)q2,本设计中=2.1/6.0=0.35则q=0.798q2对于第5层纵向框架梁等效均布荷载q=0.79822.596+2.822=20.85跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：对于第1-4层、跨的框架梁等效均布荷载：q=0.79817.51+10.50=24.47跨的框架梁等效均布荷载:q=0.79817.51+2.822=16.79则跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：(6) 活荷载作用下框架的内力计算1>梁受的荷载分析对于第五层来说活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示q1=4.20.5=2.1p1=p2= p3

18、=p4=集中力矩m2=p2=5.51(0.5-0.250)2=0.69m3=p3=5.51(0.5-0.250)2=0.69对于第1-4层来说活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示q1=4.22=8.4q2=4.22.5=10.5p1=p2= p3=p4=集中力矩m2=p2=24.81(0.5-0.250)2=3.10m3=p3=24.81(0.5-0.250)2=3.102>活荷载作用下的梁的固端弯矩梯形q=(1-2)q2,本设计中=2.1/6.0=0.35则q=0.798q2对于第5层，q=0.7892.1=1.66跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：对于第1-4层，在跨

19、，跨，q=0.7898.4=6.63跨的梁端弯矩：跨的梁端弯矩：在跨，q=0.78910.5=8.28跨的梁端弯矩：3. 在雪载作用下框架受力分析在屋面雪荷载的作用下q1=4.20.25=1.05p1=p2= p3=p4=集中力矩m2=p2=2.76(0.5-0.250)2=0.345m3=p3=2.76(0.5-0.250)2=0.345 内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。梁端剪力可根据梁上的竖向荷载引起的剪力与梁端引起的剪力相叠加而得。、某层柱的轴力为该层以上所有与柱相连的梁端剪力与节点集中力之和，如恒载作用下轴力应包括柱自重。柱端剪力可以从框架中截取柱为隔离体，用平衡条件求得

20、。 恒载作用下纵向框架的弯矩图 活载（屋面活载，表3.36）跨中弯矩计算恒载作用下梁的跨中弯矩，按实际荷载利用两端带弯矩的简支求得。为了便于施工及提高框架结构的延性，通常对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅，对现浇框架结构，调幅系数可取0.80.9.在此工程中，对梁弯矩进行调幅，调幅系数为，取0.8。调幅后：梁端弯矩 跨中弯矩：/2注：这里弯矩带正负号，梁上边受拉为负，下边受拉为正。对于第5层：/2=1/8+(-38.14-75.44)0.82=93.825-45.432=48.393同理可得=93.825-51.776=42.049=48.393对于第4层：=110.115-54.984=5

21、5.131=31.947=55.131对于第3层=55.347=32.235=55.347对于第2层:=55.131=32.355=55.131对于第1层：=56.611=31.899=56.611活荷载作用下的梁跨中弯矩，利用两端带弯矩的简支求得。对于第5层：/2=1/8+(-3.77-5.75)0.82=7.47-3.808=3.662同理可得=7.47-4.328=3.142=3.662对于第4层：=29.835-15.348=14.487=37.26-19.656=17.604=14.487对于第3层=14.379=17.484=14.379对于第2层:=14.343=17.492=1

22、4.343对于第1层：=14.607=17.612=14.607有考虑荷载的最不利位置，将跨中弯矩乘以1.1，计算结果如下：对于第5层：=3.6621.1=40.028240.03=40.03=3.1421.1=3.45623.46对于第4层：=14.4871.1=15.59=17.6041.1=19.36=15.59对于第3层：=14.3791.1=15.82=17.4841.1=19.23=15.82对于第2层：=14.3431.1=15.78=17.4921.1=19.24=15.78对于第1层：=14.6071.1=16.07=17.6121.1=19.37=16.07梁端剪力和柱轴力的计算 恒载作用下由于选择的一榀框架是对称的，则在对称荷载作用下受力也是对称的。因此只计算跨，跨就可以了。跨同跨。 恒载作用下梁端剪力层号弯矩引起的剪力荷载引起的剪力总剪力跨跨跨跨跨跨5-6.22062.5562.5556.3368.7762.554-3.17073.4150.3770.2476.5850.373-3.47073.4150.3769.6476.8850.372-3.34073.4150.3770.0776.7550.371-3.92073.4150.3769.4977.3350.37 恒载作用下柱轴力 层号柱轴力柱柱5