【《某高校宿舍楼的框架结构设计》22000字】

某高校宿舍楼的框架结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u16584第1章工程设计资料 3155871.1建筑设计概况 3204021.2其他设计资料 322548第2章结构设计方案及材料的选择 4148272.1结构设计方案 4110362.1.1结构平面布置 4154492.1.2框架梁柱截面尺寸初估 480362.1.3楼板厚度初估 588142.2柱计算高度及横向框架简图确定 58932.2.1柱计算高度的确定 555632.2.2框架梁跨度的确定 58942第3章重力荷载及水平荷载计算 7171483.1横向框架结构侧向刚度计算及侧向刚度比验算 744963.1.1横向框架梁线刚度计算 7185673.1.2横向框架柱线刚度计算 7283463.1.3横向框架侧向刚度计算 7167173.2重力荷载代表值计算 9181123.2.1楼、屋面板面层做法及永久荷载标准值 963503.2.2梁柱重力荷载计算 11116803.2.3墙体重力荷载计算 12306323.2.4各层重力荷载代表值 16173533.3水平地震作用计算及剪重比验算 20219333.3.1横向自振周期的计算 2077733.3.2水平地震作用计算及剪重比验算 21260223.4风荷载计算 235740第4章水平荷载作用下框架结构分析 26287154.1水平地震作用下框架结构侧移验算 26242954.2水平地震作用下框架结构内力计算（D值法） 2677364.3水平风荷载作用下框架结构侧移验算 32326154.4水平风荷载作用下框架结构内力计算（D值法） 3231076第5章竖向荷载作用下框架结构内力分析 385105.1计算单元 38222515.2竖向荷载计算 38216685.2.1恒载计算 38194325.2.2活载计算 4189645.3内力计算 42318515.3.1计算杆端弯矩分配系数 42214255.3.2恒载与活载作用下各层杆件的固端弯矩的计算 43256945.3.3计算杆端弯矩 43276625.3.4计算跨中弯矩 46287425.3.5计算梁端剪力 49308325.3.6柱轴力计算 50116295.3.7柱端剪力计算 5416955第6章内力组合 55214916.1内力换算 55112806.1.1恒载作用下内力换算 55171166.1.2活载作用下内力换算 5631416.1.3地震作用下内力换算 5712996.1.4风荷载作用下内力换算 58246356.2梁控制截面内力组合 60286636.2.1持久设计状况下框架梁端控制截面内力组合值 60182616.2.2地震设计状况下框架梁端控制截面内力组合值 63120226.2.3梁跨间最大正弯矩设计值 66272816.3柱控制截面内力组合 69279576.3.1持久设计状况下框架柱控制截面内力组合值 69240926.3.2柱剪跨比和轴压比验算 7554736.3.3柱控制截面地震设计状况及内力调整 7713398第7章截面设计 8484737.1梁截面设计 84302397.1.1梁正截面受弯承载力计算 84318877.1.2梁斜截面受剪承载力计算 8647117.2柱截面设计 88267107.2.1柱正截面受弯承载力计算 89100667.2.2柱斜截面受剪承载力计算 9221109第8章现浇楼板设计 95228998.1荷载设计值 95105508.2截面设计 95209698.2.1内力计算 95320758.2.2计算参数 966158.2.3配筋计算 9613884第9章楼梯设计 9916439.1荷载计算 99295119.2截面设计 99294829.2.1弯矩设计值 99174179.2.2板底配筋 100133209.2.3板顶配筋 10032684第10章基础设计 1011626710.1A柱下独立基础计算 1023033210.1.1初步估计基底面积 102439610.1.2验算基础高度 1032278710.1.3验算冲切承载力 1033032810.1.4计算基础底板钢筋 1041871710.2B、C柱下联合基础计算 1052926810.2.1初步估计基底面积 1052781610.2.2验算冲切承载力 1072033610.2.3计算基础底板钢筋 107摘要本工程为XX学院至清宿舍楼，结构形式为框架结构，建筑层数为5层，室内外高差为0.600m，采用的是现浇钢筋混凝土框架结构的结构形式。此次设计主要对结构方案中横向框架第4轴进行抗震设计。最后计算竖向荷载（恒载及活荷载）作用下的结构内力，从中找出最不好内力组合。在配筋计算中选取最安全的结果计算了梁、柱的配筋，进行了楼梯梯段板的配筋计算，对楼板进行了配筋计算，对柱下独立基础进行了受力和配筋计算。依照总的情况来说，适用的、安全的、经济的、使用方便的才是这个设计的原则和基础。设计的合理性、可行性才是建筑结构方案的现场施工的重要依据和根本。关键词：框架结构；结构设计；抗震设计；基础设计工程设计资料建筑设计概况拟建建筑结构拟采用现浇钢筋混凝土框架结构。建筑物总共有五层，首层的层高是3.60m，2～5层层高均为3.60m，总高度为18.60m；其他设计资料该建筑物设计使用年限是50年，建筑结构的安全等级是二级，耐火等级是二级。工程所在的阿克苏地区的基本风压是0.45，地面的粗糙度类别是C类。建筑物所处阿克苏地区为抗震设防区，建筑抗震设防类别为丙类，阿克苏地域抗震设防烈度是8度，设计基本地震加速度值是0.20g，根据情况该设计地震分组为第二组。建筑物所处的场地类別为Ⅱ类。阿克苏地区地震频率很高、活动强度很大。本设计中各层梁、柱、板的混凝土强度等级都是C30，采用的一榀框架计算轴线为4轴。结构设计方案及材料的选择结构设计方案选用现浇钢筋混凝土框架结构，且屋盖、楼盖也采用整体性、抗震性能较好的现浇混凝土板，基础根据场地工程地质条件及地基承载力情况综合考虑，采取的是柱下独立基础，独立基础之间设基础梁连接为整体结构。结构平面布置本建筑物楼板均匀分布的活荷载和恒荷载直接或者间接传至框架梁，再经过框架梁传到框架柱，最后传到地基。框架梁柱截面尺寸初估框架梁截面尺寸初估梁截面高度一般情况下取值是，截面宽度取值为截面高度的。横向框架梁边跨框架梁截面高度，取，梁截面宽度，取；中间跨框架梁截面高度，由于走道处框架梁跨度较小，考虑到结构的整体性，故取400mm，取250mm；纵向框架梁截面高度，取700mm，梁截面宽度，取250mm。横向次梁边跨次梁截面高度，取550mm，梁截面宽度，取200mm；框架柱截面尺寸初估框架柱的截面积根据柱的轴压比来决定的。本此设计框架柱采用的是C30混凝土，，框架抗震等级为二级，轴压比限值。由轴压比大致可以估算框架柱截面尺寸时，可按式计算，其中，取。所选一榀框架简支状态下柱的负载面积计算边柱的负载面积；中柱的负载面积；所选一榀框架简支状态下柱的截面面积及尺寸估算由轴压比初步估算框架柱截面有对于首层有：边柱：；中柱：；统一取柱截面尺寸底层柱截面尺寸为600mm600mm，上层柱截面尺寸为500mm500mm。楼板厚度初估本设计中楼板厚度统一按边跨板跨度进行估算，取板跨度的1/37。则板厚h=3600/37=97.30mm，取h=100mm。而且因为顶层楼板厚度不适合小于120mm，因此楼面板板厚定值为100mm，屋面板板厚定值为120mm。柱计算高度及横向框架简图确定柱计算高度的确定假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与框架柱刚接。底层柱高要从基础顶面算至二楼的楼面，依据当地的地质情况，室内与室外的高度之差是600mm，为方便计算数据，该设计采用的是基础顶面到室外地坪的距离是900mm，首层层高为3600mm，故底层柱高。框架梁跨度的确定对于框架梁的跨度，采用的是框架简图时应等于柱截面形心之间的距离，所选一榀框架计算简图如图2-1所示：图2-1框架结构平面布置图重力荷载及水平荷载计算横向框架结构侧向刚度计算及侧向刚度比验算横向框架梁线刚度计算对中框架梁取。梁混凝土等级采用C30，。表3-1横梁线刚度计算表类别截面尺寸bh(mmmm)材料弹性模量（N/mm²）()计算长度(mm)中框架（）边框架（）首层边跨框架梁2507003.07.14671006.0394.529首层中框架梁2504003.01.33330002.6672.000上层边跨框架梁2507003.07.14672005.9554.466上层中框架梁2504003.01.33329002.7592.069横向框架柱线刚度计算柱混凝土等级采用C30，。表3-2柱线刚度计算表类别截面尺寸bh(mmmm)材料弹性模量（N/mm²）()计算高度(mm)线刚度（）首层6006003.01.08051006.3532～5层5005003.00.52136004.340横向框架侧向刚度计算柱的侧移刚度按式计算，依据梁、柱线刚度比K的不同，柱可以分成边框架中柱和边柱、中框架边柱和中柱。式中为柱侧移刚度修正系数。比如，横向中框架的第1层各柱侧向刚度计算情况如下：（1）第一层边柱：，（2）第一层中柱：，其余柱侧向刚度的计算见表3-3、表3-4。表3-3中框架柱侧向刚度楼层层高(mm)中框架边柱中框架中柱54.34036001.3720.40716351.602.0080.50120131.9272967.0444.34036001.3720.40716351.602.0080.50120131.9272967.0434.34036001.3720.40716351.602.0080.50120131.9272967.0424.34036001.3720.40716351.602.0080.50120131.9272967.0416.35351000.9510.49214409.341.3700.55516265.1461348.97表3-4边框架柱侧向刚度楼层层高(mm)中框架边柱中框架中柱54.34036001.0290.34013652.431.5060.42917260.6061826.0544.34036001.0290.34013652.431.5060.42917260.6061826.0534.34036001.0290.34013652.431.5060.42917260.6061826.0524.34036001.0290.34013652.431.5060.42917260.6061826.0516.35351000.7130.44713104.131.0280.50514789.1755786.60图3-1梁柱线刚度及刚度比K楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比验算见表3-5：表3-5楼层与上部相邻楼层的侧向刚度比验算楼层12345479666.99561454.30561454.30561454.30561454.300.8541.0001.0001.000-由此可以看得出来，每层侧向刚度比均大于0.7，并且和上部相邻三层侧向刚度比较的平均值都应该大于0.8，所以才满足要求。重力荷载代表值计算楼、屋面板面层做法及永久荷载标准值不上人屋面做法保护层：20厚1:2.5水泥砂浆（分割缝间距≤1.5m）防水层：高分子卷材一道，同材性胶黏剂两道（可采用三元乙丙橡胶防水卷材，其卷材与基层采用CX-404胶黏剂，卷材与卷材采用丁基胶黏剂）；SBS改性沥青卷材一道，胶黏剂两道；高分子涂料一布二涂；刷基层处理剂一道找平层：25厚1:3水泥砂浆保温层：100厚聚苯板找坡层：最薄30厚1:7水泥膨胀珍珍珠岩找平层：15厚1:3水泥砂浆结构层：120厚C30现浇钢筋混凝土板打底层：5厚1:3水泥砂浆找平层：3厚1:2水泥砂浆外罩白色钢化涂料：合计：普通楼面做法饰面层：20厚1:2水泥彩色石子磨光打蜡找平层及结合层：20厚1:3水泥砂浆减震层：5厚减震垫板结构层：100厚C30现浇钢筋混凝土板打底层：5厚1:3水泥砂浆找平层：3厚1:2水泥砂浆外罩白色钢化涂料：合计：卫生间楼面做法饰面层：10厚防滑地砖，素水泥浆擦缝结合层：20厚1:4干硬性水泥砂浆结合层：40厚C15细石混凝土防水层；0.9厚聚乙烯丙纶复合防水卷材找平层：20厚1:3水泥砂浆减震层：5厚减震垫板结构层：100厚C30现浇钢筋混凝土板打底层：5厚1:3水泥砂浆找平层：3厚1:2水泥砂浆外罩白色钢化涂料：合计：楼梯做法楼梯采用板式楼梯，利用简化方法，将斜向的踏步板折算成等厚的水平板计算。楼梯踏步高度是150mm、宽度是280mm，板倾斜角0.88148，取板厚t=120mm，可求得踏步板折算厚度，楼梯面层做法与普通楼面相同。饰面层：20厚1:2水泥彩色石子磨光打蜡（考虑踏步侧面装饰增大系数1.5）找平层及结合层：20厚1:3水泥砂浆（考虑踏步侧面装饰增大系数1.2）结构层：211厚C30现浇钢筋混凝土板合计：梁柱重力荷载计算梁单位长度重力荷载计算因为在计算楼、屋面的永久荷载的时候，本人就已经考虑到了板的自身重量，所以在计算梁的自身重量的时候，应该从梁截面高度重减去板的厚度。2~4层边跨横向框架梁：；中间跨横向框架梁：；边跨横向次梁：；纵向框架梁：；屋面层边跨横向框架梁：；中间跨横向框架梁：；边跨横向次梁：；纵向框架梁：；各层梁的自重在这次计算进程中，梁的长度是按照净跨长度来计算的，就是把梁的计算跨度减掉柱的宽度来加入到计算的过程当中去的，见表3-6：表3-6各层梁自重汇总表位置净长度(m)单位长度重力荷载(kN)数量小计(kN)合计(kN)2层楼面边跨横向框架梁6.503.7516390.001345.80中间跨横向框架梁2.401.88836.00边跨次梁7.202.2514226.80纵向框架梁6.603.7528693.003~4层楼面边跨横向框架梁6.703.7516402.001368.30中间跨横向框架梁2.401.88836.00边跨次梁7.202.2514226.80纵向框架梁6.703.7528703.50屋面边跨横向框架梁6.703.6316388.601318.97中间跨横向框架梁2.401.75833.60边跨次梁7.202.1514216.72纵向框架梁6.703.6328680.05柱单位长度重力荷载计算柱重力荷载的计算需考虑四周抹灰首层单位长度重力荷载有上层单位长度重力荷载有各层柱的自重在此计算过程中，柱的长度需扣除楼板厚度表3-7各层梁自重汇总表位置净长度(m)单位长度重力荷载(kN)数量合计(kN)首层59.84321574.912~4层3.506.9632779.21顶层3.486.9632774.75墙体重力荷载计算墙单位长度重力荷载计算女儿墙200厚厚页岩砖：两侧各20厚抹灰：合计：女儿墙墙高为600mm，故女儿墙线荷载为。外墙单位面积重力荷载20厚内墙抹灰：200厚加气混凝土砌块：20厚1:3水泥砂浆找平：外墙装饰：合计：内墙单位面积重力荷载20厚内墙抹灰：200厚加气混凝土砌块：20厚内墙抹灰：合计：120厚内墙单位面积重力荷载20厚内墙抹灰：120厚加气混凝土砌块：20厚内墙抹灰：合计：±0.000以下墙体单位面积重力荷载：。各层墙自重（不计算门窗重量）1~5层墙体重力荷载计算表3-8各层墙体重力荷载汇总表楼层位置长度(m)±0.000以上±0.000以下数量重量（kN）合计（kN）高度(m)面荷载(kN/m²）高度(m)面荷载(kN/m²）首层外墙A轴处跨度16.602.93.180.63.65375.613953.61跨度26.402.93.180.63.62145.69D轴处跨度16.602.93.180.63.65375.61跨度26.402.93.180.63.62145.69下边跨6.502.93.180.63.62147.97中间跨2.403.23.180.63.6259.21上边跨6.502.93.180.63.62147.97内墙B轴处跨度16.602.92.180.63.64223.92跨度26.402.92.180.63.62108.57跨度33.403.51.580.63.612313.75C轴处跨度16.602.92.180.63.6155.98跨度26.402.92.180.63.62108.57跨度33.402.92.180.63.6257.68跨度44.502.92.180.63.6276.34跨度53.403.51.580.63.68209.17下边跨6.502.92.180.63.66330.807.303.052.180.63.66385.83中间跨2.403.22.180.63.600.00上边跨6.502.92.180.63.65.477301.967.302.452.180.63.67383.30楼层位置长度(m)高度(m)面荷载(kN/m²）数量重量（kN）合计（kN）第二层外墙A轴处跨度16.702.93.185308.943255.75跨度26.552.93.182120.81D轴处跨度16.702.93.185308.94跨度26.552.93.182120.81下边跨6.702.93.182123.57中间跨2.403.23.18248.84上边跨6.702.93.182123.57内墙B轴处跨度16.702.92.185211.79跨度26.552.92.18282.82跨度33.403.51.5814263.23C轴处跨度16.702.92.18142.36跨度26.552.92.18282.82跨度33.452.92.18243.62跨度44.602.92.18258.16跨度53.403.51.588150.42下边跨6.702.92.186254.147.303.052.187339.76中间跨2.403.22.1800.00上边跨6.702.92.185.4627231.397.303.052.187339.76楼层位置长度(m)高度(m)面荷载(kN/m²）数量重量（kN）合计（kN）第三层外墙A轴处跨度16.702.93.185308.943255.75跨度26.552.93.182120.81D轴处跨度16.702.93.185308.94跨度26.552.93.182120.81下边跨6.702.93.182123.57中间跨2.403.23.18248.84上边跨6.702.93.182123.57内墙B轴处跨度16.702.92.185211.79跨度26.552.92.18282.82跨度33.403.51.5814263.23C轴处跨度16.702.92.18142.36跨度26.552.92.18282.82跨度33.452.92.18243.62跨度44.602.92.18258.16跨度53.403.51.588150.42下边跨6.702.92.186254.147.303.052.187339.76中间跨2.403.22.1800.00上边跨6.702.92.185.4627231.397.303.052.187339.76楼层位置长度(m)高度(m)面荷载(kN/m²）数量重量（kN）合计（kN）第四层外墙A轴处跨度16.702.93.185308.943255.75跨度26.552.93.182120.81D轴处跨度16.702.93.185308.94跨度26.552.93.182120.81下边跨6.702.93.182123.57中间跨2.403.23.18248.84上边跨6.702.93.182123.57内墙B轴处跨度16.702.92.185211.79跨度26.552.92.18282.82跨度33.403.51.5814263.23C轴处跨度16.702.92.18142.36跨度26.552.92.18282.82跨度33.452.92.18243.62跨度44.602.92.18258.16跨度53.403.51.588150.42下边跨6.702.92.186254.147.303.052.187339.76中间跨2.403.22.1800.00上边跨6.702.92.185.4627231.397.303.052.187339.76楼层位置长度(m)高度(m)面荷载(kN/m²）数量重量（kN）合计（kN）第五层外墙A轴处跨度16.702.93.185308.943253.39跨度26.552.93.182120.81D轴处跨度16.702.93.185308.94跨度26.552.93.182120.81下边跨6.702.93.182123.57中间跨2.403.23.18248.84上边跨6.702.93.182123.57内墙B轴处跨度16.702.92.185211.79跨度26.552.92.18282.82跨度33.403.51.5814263.23C轴处跨度16.702.92.18142.36跨度26.552.92.18282.82跨度33.452.92.18243.62跨度44.602.92.18258.16跨度53.403.51.588150.42下边跨6.702.92.186254.147.303.052.187339.76中间跨2.403.22.1800.00上边跨6.702.92.185.4627231.397.303.052.187339.76女儿墙重力荷载计算门窗重力荷载计算本设计中门按0.2kN/m²考虑，窗按0.4kN/m²考虑。表3-9各层门窗重力荷载汇总表楼层位置门窗尺寸(mm)个数扣除墙体重量（kN）门窗自重（kN）需扣除重量（kN）合计（kN）首层外墙处门洞1.82.4227.481.7325.75664.231.53.0228.621.8026.82内墙处门洞1.02.12091.568.4083.16外墙处窗洞2.72.120360.6145.36315.251.51.8651.526.4845.04内墙处推拉门洞2.252.120206.0137.80168.21上层内墙处门洞1.02.122100.729.2491.48694.01外墙处窗洞2.72.122396.6749.90346.781.51.8651.526.4845.042.22.1229.383.7025.69内墙处推拉门洞2.252.122226.6141.58185.03第三层内墙处门洞1.02.122100.729.2491.48694.01外墙处窗洞2.72.122396.6749.90346.781.51.8651.526.4845.042.22.1229.383.7025.69内墙处推拉门洞2.252.122226.6141.58185.03第四层内墙处门洞1.02.122100.729.2491.48694.01外墙处窗洞2.72.122396.6749.90346.781.51.8651.526.4845.042.22.1229.383.7025.69内墙处推拉门洞2.252.122226.6141.58185.03第五层内墙处门洞1.02.122100.729.2491.48694.01外墙处窗洞2.72.122396.6749.90346.781.51.8651.526.4845.042.22.1229.383.7025.69内墙处推拉门洞2.252.122226.6141.58185.03各层重力荷载代表值屋盖和楼盖重力代表值为：屋盖层=女儿墙+屋面恒载+50%雪载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重（墙和门窗）楼盖层=楼面恒载+50%楼面活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重。把上面每个荷载相加，得出集中在每层楼面的重力荷载代表值如下：第1层重力荷载代表值：恒载：二层楼板：二层梁：首层柱：二层柱：首层墙体：二层墙体：首层楼梯：二层楼梯：活载：故第1层重力荷载代表值为：第2层重力荷载代表值：恒载：三层楼板：三层梁：二层柱：三层柱：二层墙体：三层墙体：二层楼梯：三层楼梯：活载：故第2层重力荷载代表值为：第3层重力荷载代表值：恒载：四层楼板：四层梁：三层柱：四层柱：三层墙体：四层墙体：三层楼梯：四层楼梯：活载：故第3层重力荷载代表值为：第4层重力荷载代表值：恒载：五层楼板：五层梁：四层柱：五层柱：四层墙体：五层墙体：四层楼梯：活载：故第4层重力荷载代表值为：第5层重力荷载代表值：（非上人屋面）恒载：屋面板：屋面梁：五层柱：五层墙体：女儿墙：活载：故第5层重力荷载代表值为：图3-2重力荷载代表值水平地震作用计算及剪重比验算横向自振周期的计算将集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载作用于框架结构，按式计算出框架结构的层间位移，再按式求得结构的顶点假象位移。以下举的是以顶层为例阐述说明了层间位移的计算过程。由前面计算结果可知顶层侧向刚度，则顶层层间位移为其余各层计算过程如下表3-10所示：表3-10结构顶点位移计算楼层(kN)(kN)(N/mm)(m)(m)(kN·m)(kN·m²)58037.178037.17561454.300.0143150.2485521997.65496.5249044.7017081.87561454.300.0304240.2342372118.60496.2539111.1526193.02561454.300.0466520.2038131856.97378.4729111.1535304.17561454.300.0628800.1571601431.91225.0419919.1145223.28479666.990.0942810.094281935.1888.17∑45223.288340.311684.46对于多层框架，结构基本自振周期计算应采用能量法，考虑填充墙体影响的折减系数，本工程框架结构的周期折减系数取0.7，其基本自振周期可按式计算，式中为集中在各层楼面处的重力荷载代表值；为假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而求得的结构各层楼面处的位移；为结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，框架结构用的是0.6～0.7。故有水平地震作用计算及剪重比验算总重力荷载代表值，采用的是表得场地特征周期，查表得水平地震影响系数最大值。由于，得顶部附加地震作用系数。在本结构设计中取总重力荷载代表值的85%，故结构总水平地震作用标准值得主体结构顶层附加水平地震作用标准值各层水平地震作用标准值楼层地震剪力标准值（剪重比验算）应符合式要求，查表得楼层最小地震剪力系数值λ应不小于0.016，具体计算过程见下表3-11。表3-11框架各层横向地震作用及楼层地震剪力（剪重比验算）楼层(m)(kN)()(kN)(kN)(kN)519.508037.17156724.780.288916555.37678.79128.59415.909044.70143810.710.265110509.611188.40273.31312.309111.15112067.190.206592397.121585.52419.0928.709111.1579267.040.146126280.891866.41564.8715.109919.1150587.460.093256179.262045.67723.57可知满足剪重比要求。图3-3水平地震作用下框架结构计算简图风荷载计算基本风压kN/m²，由风载体型系数由《荷载规范》查得：（迎风面）和（背风面）。因H=19.20m30m，H/B=19.20/50.40=0.3811.5，可以不用思考风压脉动对结构迸发的顺风向风振的影响，取。所取一榀横向中框架负载宽度为7.20m，则沿房屋高度的分布风荷载标准值为，其地面粗糙度类别为C类。计算结果见下表3-12。表3-12沿房屋高度风荷载标准值及各层集中荷载楼层层高(底面以上)(m)离地面高度(m)(kN)女儿墙0.619.21.0000.7261.6721.045-53.618.60.9690.7151.6471.0296.28943.6150.7810.6501.4980.9368.90733.611.40.5940.6501.4980.9368.76123.67.80.4060.6501.4980.9368.76114.24.20.2190.6501.4980.9369.491图3-4沿框架结构高度的分布风荷载标准值图3-5风荷载作用下框架结构计算简图水平荷载作用下框架结构分析水平地震作用下框架结构侧移验算本设计为钢筋混凝土框架，因此其弹性层间位移角限值为1/550，验算结果见下表4-1。表4-1水平地震作用下的位移验算楼层(kN)(N/mm)(mm)(mm)5678.79561454.301.20936001/297841188.40561454.302.11736001/170131585.52561454.302.82436001/127521866.41561454.303.32436001/108312045.67479666.994.26551001/1196以表4-1可以知道的是，每层层间位移角均小于其限值1/550时，满足要求。水平地震作用下框架结构内力计算（D值法）对于所选框架，按式计算柱端剪力，然后按式计算柱端弯矩。表中反弯点高度比y按式计算，式中为框架柱的标准反弯点高度比，为上、下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值，、分别为上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。本设计中由于上下层梁线刚度均相同，故=0。表4-2水平地震作用下所选一榀框架层间剪力计算楼层层高(m)(kN)(N/mm)(N/mm)(kN)53.6678.7972967.04561454.3088.2243.61188.4072967.04561454.30154.4433.61585.5272967.04561454.30206.0523.61866.4172967.04561454.30242.5615.12045.6761348.97479666.99261.64表4-3水平地震作用下框架柱端弯矩计算下边柱楼层(N/mm)(kN)y()()516351.6019.771.3720.36926.2344.94416351.6034.611.3720.45056.0768.53316351.6046.181.3720.46977.9088.34216351.6054.361.3720.49797.3398.35114409.3461.450.9510.650203.71109.69下中柱楼层(N/mm)(kN)y()()520131.9224.342.0080.40035.0852.54420131.9242.612.0080.45069.0984.31320131.9256.852.0080.500102.33102.33220131.9266.922.0080.500120.46120.46116265.1469.371.3700.650229.95123.82上中柱楼层(N/mm)(kN)y()()520131.9224.342.0080.40035.0852.54420131.9242.612.0080.45069.0984.31320131.9256.852.0080.500102.33102.33220131.9266.922.0080.500120.46120.46116265.1469.371.3700.650229.95123.82上边柱楼层(N/mm)(kN)y()()516351.6019.771.3720.36926.2344.94416351.6034.611.3720.45056.0768.53316351.6046.181.3720.46977.9088.34216351.6054.361.3720.49797.3398.35114409.3461.450.9510.650203.71109.69梁端弯矩按式计算，然后由平衡条件求出梁端剪力，再由梁端剪力按式逐层计算柱轴力，计算过程见下表：表4-4水平地震作用下框架梁端弯矩、剪力计算下边跨梁楼层()()l(m)(kN)544.9435.917.20-11.23494.7681.607.20-24.493144.41117.157.20-36.332176.25152.267.20-45.631207.02169.457.10-53.02中间跨梁楼层()()l(m)(kN)516.6316.632.90-11.47437.8037.802.90-26.07354.2754.272.90-37.43270.5370.532.90-48.64174.8374.833.00-49.89上边跨梁楼层()()l(m)(kN)535.9144.947.20-11.23481.6094.767.20-24.493117.15144.417.20-36.332152.26176.257.20-45.631169.45207.027.10-53.02表4-5水平地震作用下柱轴力计算楼层下边柱(kN)下中柱(kN)上中柱(kN)上边柱(kN)5-11.23-0.240.2411.234-35.72-1.821.8235.723-72.05-2.922.9272.052-117.68-5.945.94117.681-170.70-2.802.80170.70地震作用下框架柱弯矩图、框架梁弯矩图、框架梁梁端剪力及柱轴力图如图4-1。图4-1地震作用下框架柱弯矩图图4-2地震作用下框架梁弯矩图图4-3地震作用下框架梁梁端剪力及柱轴力图水平风荷载作用下框架结构侧移验算本设计为钢筋混凝土框架，因此其弹性层间位移角限值为1/550，验算结果见下表。表4-6水平风荷载作用下的位移验算楼层(kN)(kN)(N/mm)(mm)(mm)56.296.2972967.040.08636001/4176548.9115.2072967.040.20836001/1728638.7623.9672967.040.32836001/1096528.7632.7272967.040.44836001/802919.4942.2161348.970.68851001/7413以表4-6可以知道的是，每层层间位移角均小于其限值1/550时，满足要求。水平风荷载作用下框架结构内力计算（D值法）对于所选框架，按式计算柱端剪力，然后按式计算柱端弯矩。表中反弯点高度比y按式计算，式中为框架柱的标准反弯点高度比，为上、下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值，、分别为上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。本设计中由于上下层梁线刚度均相同，故=0。表4-7水平风荷载作用下框架柱端弯矩计下边柱楼层层高(m)(kN)(N/mm)(N/mm)(kN)y()()53.66.2972967.0416351.601.411.3720.3691.873.2043.615.2072967.0416351.603.411.3720.4195.137.1333.623.9672967.0416351.605.371.3720.4699.0610.2723.632.7272967.0416351.607.331.3720.49713.1313.2715.142.2161348.9714409.349.910.9510.65032.8617.70下中柱楼层层高(m)(kN)(N/mm)(N/mm)(kN)y()()53.66.2972967.0420131.921.742.0080.4002.503.7543.615.2072967.0420131.924.192.0080.4506.798.3033.623.9672967.0420131.926.612.0080.50011.9011.9023.632.7272967.0420131.929.032.0080.50016.2516.2515.142.2161348.9716265.1411.191.3700.61334.9822.09上中柱楼层层高(m)(kN)(N/mm)(N/mm)(kN)y()()53.66.2972967.0420131.921.742.0080.4002.503.7543.615.2072967.0420131.924.192.0080.4506.798.3033.623.9672967.0420131.926.612.0080.50011.9011.9023.632.7272967.0420131.929.032.0080.50016.2516.2515.142.2161348.9716265.1411.191.3700.61334.9822.09上边柱楼层层高(m)(kN)(N/mm)(N/mm)(kN)y()()53.66.2972967.0416351.601.411.3720.3691.873.2043.615.2072967.0416351.603.411.3720.4195.137.1333.623.9672967.0416351.605.371.3720.4699.0610.2723.632.7272967.0416351.607.331.3720.49713.1313.2715.142.2161348.9714409.349.910.9510.65032.8617.70梁端弯矩按式计算，然后由平衡条件求出梁端剪力，再由梁端剪力按式逐层计算柱轴力，计算过程见下表：表4-8水平风荷载作用下框架梁端弯矩、剪力计算下边跨梁楼层()()l(m)(kN)53.202.567.20-0.8049.007.387.20-2.28315.4012.777.20-3.91222.3219.247.20-5.77130.8226.597.10-8.09中间跨梁楼层()()l(m)(kN)51.191.192.90-0.8243.423.422.90-2.3635.925.922.90-4.0828.918.912.90-6.15111.7411.743.00-7.83上边跨梁楼层()()l(m)(kN)52.563.207.20-0.8047.389.007.20-2.28312.7715.407.20-3.91219.2422.327.20-5.77126.5930.827.10-8.09表4-9水平风荷载作用下柱轴力计算楼层下边柱(kN)下中柱(kN)上中柱(kN)上边柱(kN)5-0.80-0.020.020.804-3.08-0.100.103.083-6.99-0.270.276.992-12.76-0.640.6412.761-20.85-0.380.3820.85地震作用下框架柱弯矩图、框架梁弯矩图、框架梁梁端剪力及柱轴力图如下。图4-4风荷载作用下框架柱弯矩图图4-5风荷载作用下框架梁弯矩图图4-6风荷载作用下框架梁梁端剪力及柱轴力图竖向荷载作用下框架结构内力分析计算单元由于楼面荷载均匀分布，所以可取两轴线中线之间的长度为计算单元宽度。由于本设计中纵梁轴线与柱轴线不重合，所以作用在框架上的荷载还有集中力矩。梁板为整体现浇。图5-1横向框架计算单元竖向荷载计算恒载计算恒荷载作用下每层框架梁上的荷载分布如图所示：图5-2恒载作用示意图对于楼板传递给横梁三角形或梯形荷载，在三角形荷载作用时，按式折算为等效均布荷载；在梯形荷载作用时，按式折算为等效均布荷载，其中（、分别为板短跨、长跨的计算跨度）。故边跨，。下面以屋面为例，对恒荷载进行计算，其余楼层计算结果见表5-1。、、代表横梁自重（扣除板自重），为均布荷载形式。由重力荷载计算结果可得：；；。、、分别为屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载峰值；；。故相应的等效均布荷载；；。；；。、、、是通过纵梁传给柱的屋面板自重、梁自重、女儿墙（纵墙）自重等所产生的集中荷载。对于：屋面板自重：；女儿墙重：；纵向框架梁自重：；横向次梁自重：；故。 对于：屋面板自重：；纵向框架梁自重：；横向次梁自重：；故。；。表5-1恒载作用下各层梁上竖向荷载标准值楼层横梁（与隔墙）自重(kN/m)等效均布荷载(kN/m)屋面3.631.753.6317.238.9917.23510.071.8810.0711.586.0411.58410.071.8810.0711.586.0411.58310.071.8810.0711.586.0411.58210.071.8810.0711.586.0411.58楼层集中荷载(kN)集中力矩(kN·m)屋面139.69163.27163.27139.6917.4620.4120.4117.465116.16171.42171.42116.1614.5221.4321.4314.524116.16171.42171.42116.1614.5221.4321.4314.523116.16171.42171.42116.1614.5221.4321.4314.522116.16171.42171.42116.1620.3330.0030.0020.33活载计算活荷载作用下每层框架梁上的荷载分布如图5-3所示：图5-3活载作用示意图下面以屋面为例，对活荷载进行计算，其余楼层计算结果见表5.2。、、分别为屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载峰值；；。故相应的等效均布荷载；；。、、、是通过纵梁传给柱的屋面活荷载。；；；。表5-2活载作用下各层梁上竖向荷载标准值楼层等效均布荷载(kN/m)集中荷载(kN)集中力矩(kN·m)屋面1.620.841.628.3712.3212.328.371.051.541.541.0556.473.386.4733.4849.2849.2833.484.196.166.164.1946.473.386.4733.4849.2849.2833.484.196.166.164.1936.473.386.4733.4849.2849.2833.484.196.166.164.1926.473.386.4733.4849.2849.2833.485.868.628.625.86内力计算计算杆端弯矩分配系数根据各层梁柱线刚度可计算出各节点弯矩分配系数，如下表所示表5-3各节点弯矩分配系数楼层节点号AB杆件号上柱下柱ABBA上柱下柱BC屋面刚度系数0.0004.3405.9555.9550.0004.3402.759分配系数0.0000.4220.5780.4560.0000.3320.2115刚度系数4.3404.3405.9555.9554.3404.3402.759分配系数0.2970.2970.4070.3420.2500.2500.1594刚度系数4.3404.3405.9555.9554.3404.3402.759分配系数0.2970.2970.4070.3420.2500.2500.1593刚度系数4.3404.3405.9555.9554.3404.3402.759分配系数0.2970.2970.4070.3420.2500.2500.1592刚度系数4.3406.3536.0396.0394.3406.3532.667分配系数0.2590.3800.3610.3110.2240.3270.137楼层节点号CD杆件号CB上柱下柱CDDC上柱下柱屋面刚度系数2.7590.0004.3405.9555.9550.0004.340分配系数0.2110.0000.3320.4560.5780.0000.4225刚度系数2.7594.3404.3405.9555.9554.3404.340分配系数0.1590.2500.2500.3420.4070.2970.2974刚度系数2.7594.3404.3405.9555.9554.3404.340分配系数0.1590.2500.2500.3420.4070.2970.2973刚度系数2.7594.3404.3405.9555.9554.3404.340分配系数0.1590.2500.2500.3420.4070.2970.2972刚度系数2.6674.3406.3536.0396.0394.3406.353分配系数0.1370.2240.3270.3110.3610.2590.380恒载与活载作用下各层杆件的固端弯矩的计算根据《静力计算手册》相应计算表可查得：均布荷载作用下，梁两端均为固定端时，其两端的固端弯矩均为，各层、各跨框架梁固端弯矩的计算过程详见下表。表5-4恒载下固端弯矩汇总楼层下边横梁中横梁上边横梁(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)屋面20.867.50-97.7797.7710.742.70-6.526.5220.867.50-97.7797.77521.657.50-101.50101.507.922.70-4.814.8121.657.50-101.50101.50421.657.50-101.50101.507.922.70-4.814.8121.657.50-101.50101.50321.657.50-101.50101.507.922.70-4.814.8121.657.50-101.50101.50221.657.50-101.50101.507.922.70-4.814.8121.657.50-101.50101.50表5-5活载下固端弯矩汇总楼层下边横梁中横梁上边横梁(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)(kN/m)(m)左(kN·m)右(kN·m)屋面1.627.50-7.587.580.842.70-0.510.511.627.50-7.587.5856.477.50-30.3330.333.382.70-2.052.056.477.50-30.3330.3346.477.50-30.3330.333.382.70-2.052.056.477.50-30.3330.3336.477.50-30.3330.333.382.70-2.052.056.477.50-30.3330.3326.477.50-30.3330.333.382.70-2.052.056.477.50-30.3330.33计算杆端弯矩恒载与活载作用下的框架弯矩二次分配如下图5-4、5-5所示。图5-4恒载作用下的框架弯矩二次分配图图5-5活载作用下的框架弯矩二次分配图计算跨中弯矩考虑到框架梁具有塑性内力重分布的性质，为体现“强柱弱梁”的设计原则并便于施工，对于梁端负弯矩进行调幅，取调幅系数是0.8。梁的跨中弯矩，可根据梁端弯矩及作用于梁上的相应荷载计算。为简化计算，本工程计算各跨梁的跨中点弯矩，均布荷载作用时其计算式为，式中、均取调幅后梁左、右端的弯矩。各层恒载与活载作用下的杆端弯矩及框架梁跨中弯矩的计算过程见下表。表5-6恒载作用下杆端及梁跨中弯矩汇总表楼层下边跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)520.867.50-65.59-78.95-52.47-63.1688.84421.657.50-85.89-92.57-68.71-74.0680.87321.657.50-84.25-91.76-67.40-73.4181.85221.657.50-83.28-91.10-66.63-72.8882.50121.657.50-83.49-92.32-66.79-73.8681.92楼层中间跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)510.742.70-18.51-18.51-14.81-14.81-5.0347.922.70-11.17-11.17-8.94-8.94-1.7337.922.70-11.55-11.55-9.24-9.24-2.0327.922.70-11.86-11.86-9.49-9.49-2.2717.922.70-10.75-10.75-8.60-8.60-1.38楼层上边跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)520.867.50-78.95-65.59-63.16-52.4788.84421.657.50-92.57-85.89-74.06-68.7180.87321.657.50-91.76-84.25-73.41-67.4081.85221.657.50-91.10-83.28-72.88-66.6382.50121.657.50-92.32-83.49-73.86-66.7981.92楼层柱端弯矩(kN·m)截面下边柱下中柱上中柱上边柱5上端48.13-40.0340.03-48.13下端37.70-31.1831.18-37.704上端33.67-28.7928.79-33.67下端34.86-29.3929.39-34.863上端34.86-29.3929.39-34.86下端35.57-29.8729.87-35.572上端33.20-27.9427.94-33.20下端33.30-26.5126.51-33.301上端29.86-25.0625.06-29.86下端14.93-12.5312.53-14.93表5-7活载作用下杆端及梁跨中弯矩汇总表楼层下边跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)51.627.50-6.58-7.08-5.26-5.665.9146.477.50-24.07-26.91-19.26-21.5325.1036.477.50-25.09-27.54-20.07-22.0324.4426.477.50-24.81-27.35-19.84-21.8824.6316.477.50-24.85-27.69-19.88-22.1524.48楼层中间跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)50.842.70-1.04-1.04-0.83-0.83-0.0643.382.70-4.34-4.34-3.47-3.47-0.4033.382.70-4.05-4.05-3.24-3.24-0.1723.382.70-4.14-4.14-3.31-3.31-0.2413.382.70-3.81-3.81-3.05-3.050.02楼层上边跨梁(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN·m)51.627.50-7.08-6.58-5.66-5.265.9146.477.50-26.91-24.07-21.53-19.2625.1036.477.50-27.54-25.09-22.03-20.0724.4426.477.50-27.35-24.81-21.88-19.8424.6316.477.50-27.69-24.85-22.15-19.8824.48楼层柱端弯矩(kN·m)截面下边柱下中柱上中柱上边柱5上端5.53-4.504.50-5.53下端8.70-7.297.29-8.704上端11.19-9.139.13-11.19下端10.45-8.678.67-10.453上端10.45-8.678.67-10.45下端10.66-8.818.81-10.662上端9.96-8.258.25-9.96下端10.01-7.837.83-10.011上端8.98-7.427.42-8.98下端4.49-3.713.71-4.49图5-6恒载作用下框架弯矩图图5-7活载作用下框架弯矩图计算梁端剪力梁端剪力可依照梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相加而知，均布荷载作用下其计算公式为：，。表5-8恒载作用下梁端剪力楼层下边跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面20.867.50-52.47-63.1679.6476.79521.657.50-68.71-74.0681.9180.49421.657.50-67.40-73.4182.0080.40321.657.50-66.63-72.8882.0380.37221.657.50-66.79-73.8682.1480.26楼层中间跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面10.742.70-14.81-14.8114.5014.5057.922.70-8.94-8.9410.6910.6947.922.70-9.24-9.2410.6910.6937.922.70-9.49-9.4910.6910.6927.922.70-8.60-8.6010.6910.69楼层上边跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面20.867.50-63.16-52.4776.7979.64521.657.50-74.06-68.7180.4981.91421.657.50-73.41-67.4080.4082.00321.657.50-72.88-66.6380.3782.03221.657.50-73.86-66.7980.2682.14表5-9活载作用下梁端剪力楼层下边跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面1.627.50-5.26-5.666.126.0156.477.50-19.26-21.5324.5723.9646.477.50-20.07-22.0324.5224.0036.477.50-19.84-21.8824.5323.9926.477.50-19.88-22.1524.5723.96楼层中间跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面0.842.70-0.83-0.831.141.1453.382.70-3.47-3.474.564.5643.382.70-3.24-3.244.564.5633.382.70-3.31-3.314.564.5623.382.70-3.05-3.054.564.56楼层上边跨(kN/m)(m)(kN·m)(kN·m)(kN)(kN)屋面1.627.50-5.66-5.266.016.1256.477.50-21.53-19.2623.9624.5746.477.50-22.03-20.0724.0024.5236.477.50-21.88-19.8423.9924.5326.477.50-22.15-19.8823.9624.57柱轴力计算轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到，计算恒载作用时的柱底轴力要考虑柱的自重。表5-10恒荷载作用下柱的轴力楼层下边柱下中柱上中柱上边柱(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)(kN)5219.33243.54254.55278.77254.55278.77219.33243.544441.61465.96541.36565.71541.36565.71441.61465.963664.13688.48828.22852.57828.22852.57664.13688.482886.67911.021115.041139.391115.041139.39886.67911.0211109.3211