【基于BIM的H别墅住宅工程建筑结构设计9500字（论文）】

第2章荷载统计工程概况及结构布置PAGE62PAGE57基于BIM的H别墅住宅工程建筑结构设计摘要本次毕业设计是济南市历下区H别墅住宅工程建筑结构设计，该设计凭借建筑方案和要求的结构类型。参照规范有《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，《民用建筑设计通则》GB50352-2005，《房屋建筑制图统一标准》GB50001-2010，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）等。做好的设计内容涵盖：结构平面布置、结构计算简图绘制、荷载统计、内力计算、内力组合、主梁、次梁、柱确定及布置连接截面验算以及节点设计、楼梯设计、基础设计。结构模式是钢框架结构，梁、柱是钢梁、钢柱，板是组合楼板，柱脚选取埋入式，楼梯采用钢板和钢筋混凝土组合楼梯、基础选用独立基础。关键词结构设计；钢框架；独立基础；别墅建筑目录TOC\o"1-2"\h\z\t"标题3,3"摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题背景 11.2内容提要 1第2章工程概况及结构布置 22.1工程概况 22.1.1设计资料 22.1.2结构选型 22.2结构布置 22.2.1框架计算简图 22.2.2截面初选 22.2.3材料初选 3第3章荷载统计 63.1屋面及楼面永久荷载标准值 63.2楼面积屋面可变荷载标准值 6第4章截面设计 74.1组合楼板设计 74.1.1施工阶段验算 94.1.2使用阶段验算 104.2次梁设计 114.2.1次梁1设计—采用塑性理论计算 114.3截面初选及线刚度计算 204.3.1截面初选 204.3.2框架梁柱的线刚度计算 20第5章楼梯设计 215.1楼梯示意图 215.2基本资料 215.3计算过程 225.3.1楼梯设计 225.3.2平台板设计 235.3.3楼梯斜梁设计 235.4计算结果 235.4.1梯板 235.4.2平台板 235.4.3平台梁 24第6章一榀框架的内力计算 266.1重力荷载代表值 266.2横向框架侧移刚度计算 286.3横向水平地震作用下框架内里和侧移计算 296.3.1水平地震作用及地震剪力计算 306.3.2水平地震作用下位移验算 326.3.3水平地震作用下横向框架内力计算 336.4横向风荷载作用下框架结构的内力计算 386.4.1风荷载标准值计算 386.4.2风荷载作用下框架的内力计算 396.4.3竖向荷载作用下框架结构的内力计算 44第7章内力组合 51第8章构件截面验算 588.1框架柱 588.2框架梁 608.3节点抗震验算 61第9章节点设计 639.1梁柱连接计算 639.2次梁与主梁的铰接连接设计 659.2.1底层B轴处梁梁节点 659.3柱柱连接节点设计 669.3.1拼接连接计算 679.4柱脚节点设计 709.4.1第一组内力 709.4.2第二组内力计算 74第10章基础设计 7510.1基础示意图 7510.2基本参数 7510.2.1依据资料 7510.2.2材料信息 7510.2.3基础冻深及埋深 7610.2.4荷载计算 7610.3基础尺寸的确定 7610.3.1持力层地基承载力确定 7610.3.2基底尺寸 7710.3.3验算持力层地基承载力 7710.4抗冲切验算 7710.5底板配筋验算 78第11章结论 81参考文献 82第1章绪论1.1课题背景我的毕业设计的题目是基于BIM的H别墅住宅工程建筑结构设计。钢结构的特性是强度高、质量轻、韧性优良、具有良好抗震性能。在目前的建筑市场上具有先天的优势，也是我们土木人在未来的工作生涯里将大力发展的建筑类型1.2内容提要本设计题目是基于BIM的H别墅住宅工程建筑结构设计，主要涵盖下述内容：一、信息采集主要选定建筑用途、场地类型、所处地形、和必要信息的采集。二、建筑设计建筑方案选定，涵盖：建筑体型选定、建筑平面设计、建筑立面设计、建筑剖面设计。三、结构设计结构设计总体涵盖：结构的布置，荷载统计，一榀框架计算，组合楼板，次梁截面选取和计算，竖向荷载作用下的内力计算，各项内力组合，框架梁柱截面选取和计算，主要节点样式的确定和验算，楼梯设计和基础设计。第二章工程概况和结构布置2.1工程概况2.1.1设计信息建筑名称：基于BIM的H别墅住宅工程建筑结构设计；建设地点：济南市历下区；建筑面积：800~850平方米,地上3层，地下一层；建筑等级：安全等级为二级，建筑耐火等级为二级，屋面防水等级为二级；结构体系：钢框架结构，柱选用热轧H型钢，梁是钢梁，楼板是压型钢板上浇筑混凝土的组合楼板。气象信息：基本风压0.45kN/m2,基本雪压0.3kN/m2地震条件：第二分组，二类场地，7度抗震设防，设计基本加速度0.1g，场地类别D类。2.1.2结构选型1.结构体系确定：轻钢框架结构2.屋面和楼面结构：压型钢板组合楼板3.楼梯结构：钢筋混凝土楼梯2.2结构布置结构布置图如图2.1所示。该结构的特性是整体结构性能优异，无论是前期施工还是后续改动相较于其他建筑类型也有显著优势。2.2.1框架计算简图选取E轴框架作各相关部分计算。框架柱和梁选用刚接,主次梁之间选用铰接。框架计算简图如图2.2所示.2.2.2截面初步预选1.框架梁与次梁该建筑选用热轧H型钢梁，初步预估截面尺寸将照荷载统计取1/20的跨度~1/12跨度，梁翼缘宽取1/6的梁高~1/2的梁高，该建筑中框架梁都计HN350×175×7×11,次梁计HN300×150×6.5×9。2.框架柱框架柱的截面类型和尺寸用以往的工程经验确定，该建筑都选用热轧H型钢，框架柱截面初部预选HW400×400×13×21。3.楼板该建筑楼面板和屋面板都选用压型钢板上浇筑混凝土的组合楼板，初步预选YXB75-200-600型钢板，并沿着横向布置。2.2.3材料初选钢材：Q345；一．墙体：1.内墙做法：C型轻钢龙骨隔墙(两层12mm纸面石膏板，中填岩石保温板50mm)……γ=0.32KN/㎡2.外墙做法：①墙体：四层12mm纸面石膏板，中填岩石保温板50mm……γ=0.54KN㎡②墙面：保温层：岩棉容重取150KG厚度取0.1mγ=150×0.0098×0.1＝0.147KN/㎡防水层：1mm涂膜聚氨酯涂料用量1.6kg/㎡γ=1.6×0.0098＝0.01568KN/㎡外墙：γ=0.54+0.147+0.01568＝0.703KN/㎡二．楼板：选用C30混凝土，fc=14.3KN/m2；四．砂浆：1.聚合物砂浆：γ=1800×0.0098×0.02＝0.3528KN/㎡2.低强度等级砂浆：γ=1700×0.0098×0.01＝0.1666KN/㎡3.水泥砂浆：γ=1900×0.0098×0.02＝0.3724KN/㎡图2.1结构布置简图图2.2框架计算简图第3章荷载统计第3章荷载统计3.1屋面及楼面永久荷载标准值1.屋面做法（上人屋面）表3.1屋面做法各种材料单位面积上的力防滑地砖：γ=20×0.01＝0.2KN/㎡聚合物砂浆：γ=1800×0.0098×0.02＝0.3528KN/㎡低强度等级砂浆：γ=1700×0.0098×0.01＝0.1666KN/㎡防水层：γ=0.35KN/㎡水泥砂浆：γ=1900×0.0098×0.02＝0.3724KN/㎡LC轻集料混凝土：γ=1200×0.0098×0.0035＝0.4116KN/㎡岩棉板：γ=150×0.0098×0.055＝0.08085KN/㎡屋面：γ=3.9+0.2+0.2+0.3528+0.1666+0.35+0.3724+0.4116+0.08085＝6.03425≈6.034KN/㎡2.楼面γ=3.9+0.65(水磨石地面)+0.2(v型轻钢龙骨吊顶)＝4.75KN/㎡3.2楼面及屋面可变荷载标准值1.上人屋面均布活荷载标准值2.楼面活荷载标准值厨房住宅卫生间3.雪荷载标准值4.风荷载基本风压0.45kN/m2,第4章截面设计第4章截面设计4.1组合楼板设计组合楼板基本设计信息如表4.1所示，简图如图4.1所示。表4.1组合楼板基本设计信息钢材Q345C30混凝土压型钢板上覆混凝土厚度80mm楼板总厚度150mmgk4.10kN/m2qk2.0kN/m2跨度L2.8mYXB75-200-600型压型板壁厚1.0mm波高75mm波距200mm计算时取单元宽度200mm为对象进行计算，带肋混泥土板和压型钢板混凝土组合板截面特性如图4.2，图4.3，图4.4，计算结果见表4-1和表4-2，4-3。图4.1YXB75-200-600压型钢板图4.2混凝土板截面特性图4.3压型钢板截面特性图4.4组合楼板截面特性表4-1压型钢板截面特性列表其中取119.3×104mm4，可得单位宽度(200mm)的板单元的惯性矩为：=119.3×104/5=2.386×105mm4由公式（4-1）其中=6.87代入数值得：=64.4mm4.1.1施工期间验算4.1.1.1荷载计算(1)永久荷载4.75kN/m2(2)可变荷载1.5kN/m2(3)楼板上作用的永久荷载gk=1.2×0.95=1.14kN/m(4)楼板上作用的可变荷载=1.5×0.2=0.3kN/m，=1.4×0.3=0.42kN/m4.1.1.2内力计算4.1.1.3施工期间强度验算>1.529kN/m310×2.386×105/(80-30.7)=1.500kN/m>1.529kN/m因此楼板无法满足承载力的要求。4.1.1.4施工期间挠度验算min(l/180,20)=mim(2800/180,20)=15.6mm>>由上可得，施工期间为了达到强度和刚度要求需要增设支撑，而且设置在跨中。则跨度=2.8/2=1.4/m，有：<抗弯强度和挠度都满足要求。4.1.2使用期间验算4.1.2.1荷载计算1永久荷载4.75kN/m22使用期间的可变荷载4kN/m23楼板上的永久荷载=4.75×0.2=0.95kN/m，=1.2×0.95=1.14kN/m4楼板上可变荷载=4×0.2=0.8kN/m，=1.4×0.8=1.12kN/m4.1.2.2内力计算kN.m4.1.2.3采用塑性计算方法验算=323×310=100130N=1.0×14.3×200×80=228800kN<因此按照第一类截面作验算工作：=35.0mm110.7-=0.8×14.3×35×200×93.2=7.5kN·m>因此楼板可以达到对于承载力的要求。4.2次梁设计梁高按照荷载统计取1/20的跨度～1/12跨度，梁的翼缘宽度按照荷载统计取1/6的梁高～1/2的梁高。取第一层次梁JL-5作设计如图5.4所示。图5.4第一层梁布置图4.2.1次梁1设计4.2.1.1截面尺寸选取1.次梁的截面尺寸表4-4次梁截面尺寸次梁1跨度l（mm）间距s（mm）次梁截面高度h1(mm)压型钢板肋高hc2(mm)混凝土翼板厚度hc1(mm)42002800400(l/15=4200/15=280)75802.钢梁的截面尺寸钢梁截面高度：400-80-75=245=300mm/2.5=98mm钢梁截面尺寸初步预选作HN300×150×6.5×9混凝土楼板如图4.6所示。图4.6无托板组合梁(4-2)取钢梁的上翼缘宽度，即=150mm和的值取决于，和的值，其中：=4200/6=700mm6×80=480mm图4.7组合截面次梁的计算简图=400mm根据式(4-1)得：=150+400+400=9500mm次梁截面计算简图见图4.64.2.1.2截面特性计算1.钢梁截面特性表4-5钢梁截面特性截面面积As(mm2)截面惯性矩Is(mm4)截面抵抗据(mm3)半截面面积矩(mm3)截面y方向回转半径(mm)弹性模量(N/mm2)46786.829×1074.553×1052.61×10532.9=2.06×1052.考虑荷载短期效应影响时换算截面的截面特性钢材弹性模量与混凝土的弹性模量比值：=6.87，又因为混凝土板换算宽度：(4-2)即1110/6.87=161.6mm组合梁换算截面面积：=161.6×80+4678=17606mm2换算截面的中和轴距离：==3.164×108mm43.考虑荷载混凝土徐变时换算截面截面特性=6.87，=1110/（2×6.87）=80.8mm组合梁换算截面的面积：=80.8×80+4678=11142mm2换算截面中和轴距离：=换算截面惯性矩：=2.60×108mm44.2.1.3施工期间验算1.荷载计算钢梁自重：0.37kN/m现浇混凝土板自重：2.5kN/m2施工可变荷载：1.5kN/m2钢梁上：=0.37+2.5×2.8=7.37kN/m，=1.2×7.37=8.844kN/m钢梁上：=1.5×2.8=4.2kN/m，=1.4×4.2=5.88kN/m2.内力计算永久荷载：=1/8×8.844×4.22=19.501kN·m=1/2×8.844×4.2=18.572kN可变荷载：=1/8×5.88×4.22=12.965kN·m=1/2×5.88×4.2=12.348kN钢梁上：=19.501+12.965=32.466kN·m=18.572+12.348=30.92kN3.钢梁上应力计算=69.194N/mm2<=310N/mm2==18.181N/mm2<=180N/mm2既钢梁应力满足要求。4.钢梁整体稳定验算平面外计算长度=4.2m，，而且有=4200/150=28>10.5（Q345钢，=，=0，=因为=0.69+0.13×0.84=0.799所以钢梁整体稳定系数为：不需要修正稳定系数。<=310N/mm2整稳满足要求。5.钢梁挠度计算mm=因此钢梁可以满足施工期间的设计要求。4.2.1.4使用期间计算1.荷载计算建筑面层及吊顶荷载：2.25kN/m2楼面可变载：4kN/m2梁上使用期间：=0.37+（4+2.25+0.14）×2.8=18.262kN/m=1.2×18.262=21.914kN/m后增加的：=4×2.8=11.2kN/m，=1.4×11.2=15.68kN/m梁从属面积，因此不需要折减。2.内力计算永久荷载：kN·m可变荷载：使用期间：48.32+34.57=82.89kN·m46.02+32.93=78.95kN3.钢梁的稳定性钢梁的局稳翼缘：，满足要求。腹板：，满足要求。4.梁的承载能力次梁截面类型确定中和轴位置：NN由于，截面属于第二类截面。钢梁受压区面积：=0.5×(4678-1110×80×14.3/310)=290.87m2—受压钢梁面积上翼缘面积：9×150=1350mm2>中和轴位于上翼缘内即：hn<x<hn+t则有且=363kNm>所以承载力满足要求。5.抗剪承载力满足要求6.使用期间挠度验算取荷载计算梁挠度：挠度验算满足要求。4.2.1.5抗剪连接件计算1类型压型钢板YXB75-200-600。2梁上最大弯矩点和邻近零弯矩点之间混凝土板与钢梁间纵向剪力=1219.840kN=1450.180kN=1219.84kN3单个圆柱头栓钉抗剪连接件的抗弯承载力取，=56.6kN=72.8kN=56.6kN=27.50kN4.截面次梁半跨上需要的栓钉抗剪件的总数，作46个计算。5.栓钉的纵向间距得满足=91.3mm>=64mm且故取=150mm以110mm高，间距150mm的A16圆柱头焊钉作次梁上的抗剪连接件4.3截面初选及线刚度计算4.3.1截面初选主要截面特征见表4-1表4-1主要构件特征表构件尺寸/mm截面面积/cm2单位重量/kg·m-1截面特性/cm4/cm3/cm/cm4/cm3/cm次梁3001506.5946.7836.76829455.312.08507.267.63.29主梁35017571162.9149.412980741.714.36983.8112.43.95柱子4004001321218.7171.766455332317.4322410112010.124.3.2框架梁柱的线刚度计算柱：第5章楼梯设计第5章楼梯设计5.1楼梯示意图图5.1楼梯示意图5.2基本信息1依据规范：《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)2参数：（1~3层）表5.1楼梯基本参数表3荷载标准值：活荷载：=2.0kN/m2面层荷载：=0.65kN/m2栏杆荷载：=0.2kN/m24材料信息：抹灰厚度：=20.0mm，=20.0kN/m3钢筋强度等级：HRB335，=300N/mm2混凝土强度：C30，=14.3N/mm2，=1.43N/mm2，=25.0kN/m35.3计算过程5.3.1楼梯设计5.3.1.1楼梯参数梯段板与水平方向夹角余弦值：计算跨度：m斜梁截面尺寸选用HN300×150×6.5×9踏步高度：=175mm，踏步宽度：=250mm5.3.1.2荷载计算（取B=1m宽板带）恒荷载：踏步重：斜板重：瓷砖面层：kN/m板底抹灰重：5.3.1.3内力计算计算跨度：l0=2m得：纵筋（1号）计算面积：支座负筋（2、3号）计算面积：5.3.2平台板设计几何尺寸：板厚h=70mm，以单位宽板带作计算。P=7.48kN/mmkN.m得：5.3.2楼梯斜梁设计1.荷载计算:踏步板传荷0.511.23521/0.25=44.94斜梁自重1.2(0.3-0.04)0.175251/0.894=1.527斜梁抹灰1.2(0.3-0.04)0.02171/0.894=0.119总计46.586内力计算：斜梁水平方向计算跨度：2+0.3=2.3mb=3900/6=650mmh0=300-35=265mm得：计算面积：5.4计算结果5.4.1梯板表5.2梯板钢筋计算结果5.4.2平台板表5.3梯板钢筋计算结果5.4.3平台梁5.4.3.1平台梁基本参数平台梁选用热轧H型钢，HN300×150×6.5×9，截面特性5.4.3.2荷载统计永久荷载平台梁自重36.7×9.8=0.36kN/m平台板导荷3.9×1/2=1.95kN/m梯段板导荷7.029×1.75/2=6.15kN/m总计8.46kN/m可变荷载2×(1.75/2+1/2)=2.75kN/m总荷载设计值：P=1.2×8.46+1.4×2.75=14kN/m5.4.3.3内力计算kN/m5.4.3.4钢梁上应力计算N/mm2<=310N/mm224.7N/mm2<=180N/mm2，即钢梁应力满足要求。5.4.3.5钢梁整体稳定验算平面外计算长度=1.75m，而且有=1750/150=11.667<13（Q345钢，得：=0.35<2.0，=0，53.52由于=0.69+0.13×0.35=0.736可得钢梁整体稳定系数为：=2.64>0.6稳定系数修正：=0.9612.27N/mm2<=310N/mm2整稳满足要求。5.4.3.6钢梁挠度验算=0.10mmmm满足要求。第6章一榀框架的内力计算第6章一榀框架的内力计算6.1重力荷载代表值各构件重力荷载代表值见表6-1至6-3表6-1重力荷载代表值层次构件1次梁11.050.3605.60024.233217.264次梁21.050.3604.80035.443次梁31.050.3604.20034.763次梁41.050.3603.80011.436次梁51.050.3603.60034.082主梁11.050.4845.60025.692主梁21.050.4844.80064.636主梁31.050.4844.200817.076主梁41.050.4843.90023.964主梁51.050.4843.60023.659主梁61.050.4843.40023.456主梁71.050.4843.20023.252主梁81.050.4843.10011.575主梁91.050.4842.40011.220主梁101.050.4841.90010.966主梁111.050.4841.70010.864主梁121.050.4841.00021.016楼梯平台梁11.050.3603.60022.722楼梯平台梁21.050.3602.40021.814柱1.101.6832.80026134.7752次梁11.050.3605.60024.233181.263次梁21.050.3604.80023.624次梁31.050.3604.20034.763次梁41.050.3603.80011.436次梁51.050.3603.60022.722主梁11.050.4845.60025.692主梁21.050.4844.80024.879主梁31.050.4844.200817.076主梁41.050.4843.90023.964主梁51.050.4843.60011.830主梁61.050.4843.40023.456主梁71.050.4843.20023.252主梁81.050.4843.10011.575主梁91.050.4842.40011.220主梁101.050.4841.90010.966主梁111.050.4841.70010.864主梁121.050.4841.00010.508楼梯平台梁11.050.3603.60022.722楼梯平台梁21.050.3602.40021.814柱1.101.6832.80022114.0403次梁11.050.3605.60024.233154.6次梁21.050.3604.80023.624次梁31.050.3604.20034.763次梁51.050.3603.60011.361主梁11.050.4845.60025.692主梁21.050.4844.80024.879主梁31.050.4844.200612.807主梁51.050.4843.60023.659主梁61.050.4843.40023.456主梁71.050.4843.20023.252主梁81.050.4843.10011.575主梁101.050.4841.90010.966主梁111.050.4841.70010.864楼梯平台梁11.050.3603.60022.722楼梯平台梁21.050.3602.40021.814柱1.101.6832.8001898.306-1次梁11.050.3605.60024.233859.105次梁21.050.3604.80035.443次梁31.050.3604.20034.763次梁41.050.3603.80011.436次梁51.050.3603.60034.082主梁11.050.4845.60025.692主梁21.050.4844.800614.636主梁31.050.4844.200817.076主梁41.050.4843.90023.964主梁51.050.4843.60023.659主梁61.050.4843.40023.456主梁71.050.4843.20023.252主梁81.050.4843.10011.575主梁91.050.4842.40011.220主梁101.050.4841.90010.966主梁111.050.4841.70010.864主梁121.050.4841.00021.016楼梯平台梁11.050.3603.60022.722楼梯平台梁21.050.3602.40021.814柱1.109.6982.80026776.616表6-2墙、楼板、屋面板重力荷载代表值层次构件A/m21外墙0.703198.52139.560175.310内墙0.32111.7235.7502外墙0.703179.52126.203164.014内墙0.32118.1637.8113外墙0.703163.62115.025189.140内墙0.3297.1631.091女儿墙0.70361.243.0241楼板4.75254.181207.3551207.3552楼板4.75213.861015.8351259.125屋面板6.03440.32243.2903楼板4.75142.04674.6901721.83屋面板6.034173.541047.140表6-3各层重力荷载代表值层次123-11599.9291604.4022065.57859.1056083.734595.48569.2816.221980.91897.6691889.0022473.686260.3516.2横向框架侧移刚度计算（6-1）（6-2）表6-4各层框架柱侧移刚度计算层次中柱边柱2-30.6240.23812561.1110.2130.0965066.66710.7270.45014969.3870.2480.33311077.346N/mmN/mm符合规则框架的标准。6.3横向水平地震作用下框架内里和侧移计算（1）横向自振周期计算(6-3)(6-4)(6-5)(6-6)横向框架各层重力荷载代表值作用下顶点位移的计算见表6-5表6-5结构顶点假象侧移计算层次32473.682473.68317300.0047.79628.28121889.0024362.682387811.11611.24520.48511897.6696260.351677215.0589.249.24取，则s6.3.1水平地震作用及地震剪力计算采用底部剪力法计算水平地震剪力作用取=0.04，0.201由于T1<1.4Tg=0.49s不需考虑附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数(6-7)(6-8)(6-9)1.各层水平地震作用及地震剪力计算见表6-6表6-6各层水平地震作用及剪力计算层次Hi/m38.42473.68552.727552.72725.61889.002281.390834.11712.81897.669141.341975.458又(6-10)查表得=0.016，结构最小水平地震剪力验算见表6-7表6-7结构楼层最小地震剪力验算楼层续表6-732473.6802473.68039.579552.72721889.0024362.68269.803834.11711897.6696260.351100.166975.458综上得，楼层最小水平地震剪力标准值满足要求。6.3.2水平地震作用下位移验算位移计算结果见于表6-8，表6-8水平地震作用下横向框架的位移验算层次3552.727317300.0041.7425.33328001/16072834.117387811.1162.1513.59128001/13011975.458677215.0581.4401.44028001/1944由表6-8得在第二层发生最大弹性层间位移角，其值为=1/1301，满足抗震规范要求。6.3.3水平地震作用下横向框架内力计算（6-11）(6-12)(6-13)(6-14)柱端弯矩及剪力计算见表6-9。表6-9柱端弯矩及剪力层次/m中柱y32.8552.727317300.00412561.11121.8810.2130.5533.68727.57022.8834.117387811.11612561.11127.0170.2130.5743.11932.52812.8975.458677215.05814969.38721.5620.2480.6847.05439.320层次/m边柱y32.8552.727317300.0045066.6678.8260.6240.5012.35612.35622.8834.117387811.1165066.66710.8980.6240.4814.64715.86712.8975.458677215.05811077.34615.9560.7270.6529.04015.190又(6-15)(6-16)(6-17)(6-18)表6-10是在地震作用下梁端弯矩、剪力及轴力的计算过程，图6.2是框架弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图。表6-10在地震作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力层次中横梁边横梁柱轴力l/mVb/kNl/mVb/kN中柱/kN边柱/kN338.10123.1554.2014.58515.3714.203.660-10.925-3.660247.05228.5954.2018.01118.9794.204.519-24.417-8.179137.55322.8214.2014.37527.5114.206.550-32.242-14.279（a）弯矩图(b)剪力图(c)柱轴力图图6.2地震荷载作用下的内力图6.4横向风荷载作用下框架结构的内力计算6.4.1风荷载标准值计算（6-1)，取=1.0：单位：kN/m单位：kN/m图6.3风荷载沿高度分布图表6-11是各楼层标高处的q（z）计算过程，图6.3是沿房屋高度分布的风荷载。分布风荷载转化为节点集中荷载时依照静力等效原理，如图6.4所示。表6-11各楼层标高处的风荷载标准值层次38.411.005.26525.60.6671.005.26512.80.3331.005.265图6.4节点处等效集中风荷载（单位：KN）6.4.2风荷载作用下框架的内力计算表6-12是梁端弯矩以及剪力计算结果，表6-13是柱轴力计算结果，图6.5所示是框架弯矩图，梁端剪力图及柱轴力图。表6-12风荷载作用下柱端弯矩计算层次/m中柱y12.844.226317300125611.7510.683.331.5722.829.484387811125610.9550.571.521.1532.814.727677215149690.3260.550.500.41层次/m边柱y12.8044.22631730050660.7060.651.280.6922.8029.48438781150660.3850.480.520.5632.8014.742677215110770.2410.500.330.33表6-13风荷载作用下梁端弯矩、剪力及柱轴力计算层次中横梁边横梁柱轴力l/mVb/kNl/mVb/kN边柱/kN中柱/kN3.003.0481.8524.201.1671.2250.7454.200.469-1.112-0.9052.001.6611.0094.200.6360.6720.4084.200.257-0.414-0.4361.000.5660.3444.200.2140.4110.2494.200.157-0.157-0.057（a）弯矩图（b）剪力图（c）轴力图图6.5风荷载作用下的内力图6.4.3竖向荷载作用下框架结构的内力计算1.荷载计算（1）永久荷载计算，各层梁上作用荷载如图6.7所示，图中横梁自重是q1，楼板传给横梁的三角形荷载最大值和隔墙自重之和是q2，q3,q4,q5，次梁传递给横梁的集中荷载是P6,P7，纵向框架梁传给边柱和中柱的集中荷载是P1,P2,P3,P4,P5。图6.7各层梁上作用的永久荷载在1~3层楼面上：q1=0.484+0.322.8=1.38KN/Mq2=1/1.74.750.5+1/4.24.750.5=1.963KN/Mq3=1/2.44.750.5+1/5.64.750.52=1.838KN/Mq4=3.1/(2.44.8)4.750.5+1/5.64.750.5=1.063KN/Mq5=1.7/(2.44.8)4.750.5+1/1.64.750.5=1.835KN/MP1=0.4840.5(3.4+5.6)+4.750.5(1/4.21.7+1/4.22.8)=4.723KNP2=0.4840.5(3.4+5.6)+4.750.5(1.7/4.2+2.4/4.2+2.8/4.2+2.8/(2.15.6)2.8)=7.663KNP3=0.4840.5(4.8+5.6)+4.750.5(2.4/4.2+2.4/4.8+2.8/2.1+2.8/3.1)=10.373KNP4=0.4840.53.2+4.750.5((1.71.7)/(2.44.8)+(3.23.2)/(3.15.6)+1.6/3.6)=3.827KNP5=0.4843.20.5+4.750.5(1.6/3.6)=1.830KNP6=0.4845.60.5+4.750.5(5.6/2.1)2=14.022KN屋面上q1=0.484KN/Mq2=1/1.76.0340.5+1/4.26.0340.5=2.493KN/Mq3=1/2.46.0340.5+1/5.66.0340.52=1.796KN/Mq4=3.1/(2.44.8)6.0340.5+1/5.66.0340.5=1.351KN/Mq5=1.7/(2.44.8)6.0340.5+1/1.66.0340.5=2.331KN/MP1=0.4840.5(3.4+5.6)+6.0340.5(1/4.21.7+1/4.22.8)=5.411KNP2=0.4840.5(3.4+5.6)+6.0340.5(1.7/4.2+2.4/4.2+2.8/4.2+2.8/(2.15.6)2.8)=9.146KNP3=0.4840.5(4.8+5.6)+6.0340.5(2.4/4.2+2.4/4.8+2.8/2.1+2.8/3.1)=12.497KNP4=0.4840.53.2+6.0340.5((1.71.7)/(2.44.8)+(3.23.2)/(3.15.6)+1.6/3.6)=4.653KNP5=0.4843.20.5+6.0340.5(1.6/3.6)=2.115KNP6=0.4845.60.5+6.0340.5(5.6/2.1)2=17.446KN（2）可变荷载计算各层梁上作用的可变荷载如图6.8所示图6.8各层梁上作用的可变荷载计算简图层楼面上q2=1/1.720.5+1/4.220.5=0.826KN/Mq3=1/2.420.5+1/5.620.52=0.774KN/Mq4=3.1/(2.44.8)2.50.5+1/5.62.50.5=0.560KN/Mq5=1.7/(2.44.8)20.5+1/1.620.5=0.773KN/MP1=20.5(1/4.21.7+1/4.22.8)=1.071KNP2=20.5(1.7/4.2+2.4/4.2+2.8/4.2+2.8/(2.15.6)2.8)=2.310KNP3=20.5(2.4/4.2+2.4/4.8+2.8/2.1+2.8/3.1)=3.308KNP4=2.50.5((1.71.7)/(2.44.8)+(3.23.2)/(3.15.6)+1.6/3.6)=1.606KNP5=20.5(1.6/3.6)=0.444KNP6=2.50.5(5.6/2.1)2=3.333KN屋面上q2=1/1.730.5+1/4.230.5=1.239KN/Mq3=1/2.430.5+1/5.630.52=1.161KN/Mq4=3.1/(2.44.8)30.5+1/5.630.5=1.176KN/Mq5=1.7/(2.44.8)30.5+1/1.630.5=1.159KN/MP1=30.5(1/4.21.7+1/4.22.8)=1.607KNP2=30.5(1.7/4.2+2.4/4.2+2.8/4.2+2.8/(2.15.6)2.8)=3.464KNP3=30.5(2.4/4.2+2.4/4.8+2.8/2.1+2.8/3.1)=4.962KNP4=30.5((1.71.7)/(2.44.8)+(3.23.2)/(3.15.6)+1.6/3.6)=1.928KNP5=30.5(1.6/3.6)=0.667KNP6=30.5(5.6/2.1)2=8.000KN屋面在雪荷载作用下q2=1/1.70.30.5+1/4.20.30.5=0.124KN/Mq3=1/2.40.30.5+1/5.60.30.52=0.116KN/Mq4=3.1/(2.44.8)0.30.5+1/5.60.30.5=0.118KN/Mq5=1.7/(2.44.8)0.30.5+1/1.60.30.5=0.116KN/MP1=0.30.5(1/4.21.7+1/4.22.8)=0.161KNP2=0.30.5(1.7/4.2+2.4/4.2+2.8/4.2+2.8/(2.15.6)2.8)=0.346KNP3=0.30.5(2.4/4.2+2.4/4.8+2.8/2.1+2.8/3.1)=0.496KNP4=0.30.5((1.71.7)/(2.44.8)+(3.23.2)/(3.15.6)+1.6/3.6)=0.193KNP5=0.30.5(1.6/3.6)=0.067KNP6=0.30.5(5.6/2.1)2=0.800KN2.内力计算框架梁、柱端弯矩，梁端剪力，柱轴力详细计算结果见表6-14及表6-15。表6-14永久荷载作用下梁端剪力及柱轴力（单位：kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力12跨23跨12跨23跨12跨23跨1柱2柱V1=V2V2=V3V1=-2BV2=V3V1V2V1=V2顶部N底部N顶部N底部N321.733.2-0.11021.5921.8133.230.835.593.097.7218.532.8-0.16018.3418.6633.860.574.2181.01185118.532.8-0.05018.4518.5533.8106.0112.7268.7273.4表6-15可变荷载作用下梁端剪力及柱轴力（单位：kN）层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力12跨23跨12跨23跨12跨23跨1柱2柱V1=V2V1=V2V1=-V2V1=V2V1V2V2=V3顶部N=底部N顶部N=底部N3-0.40.20.0100-0.39-0.410.2-0.60.124.37.20.01204.3124.2887.2-7.010.614.37.20.00604.3064.2947.2-13.938.6第7章内力组合第7章内力组合以《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）作内力组合如表7.1所示：表7.1内力组合表力最值组合力恒+活+屋面活恒+活+屋面活+风恒+活+雪+水平地震轴力最大N-509.603-518.972-438.403V-21.870-33.462-21.160M31.50096.382-28.743剪力最大N-175.339-197.940-138.794V49.06396.56341.360M-56.300-71.995-50.320弯矩最大N-169.212-189.712-132.670V49.06392.41041.360M81.08298.26065.490第8章截面设计PAGE83第8章构件截面验算8.1框架柱1截面特性：柱截面为，截面特性如下图表8.1所示，所选框架柱为轴线5和轴线E的交点处，如下图8.1所示。表8.1框架柱截面特性8.1第一层柱布置图2在相同截面情况下选择最不利内力作一层柱底内力。恒+活+风下：；3强度验算满足要求；4.平面内稳定验算柱上端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值为：柱下端的横梁线刚度之和的比值为：计算长度系数，平面内柱的计算长度为：平面内长细比为：因为，取，则取，则有符合要求。5平面外稳定验算平面外长细比即取，取，则有：满足要求。6.局部稳定验算翼缘满足要求。腹板则有：因为可得，腹板高厚比限值为：8.2框架梁1.截面特性：框架梁截面特性，其截面特性如表8.2所示，取如下图8.2所示取第一层GL-12作内力计算。表8.2框架梁截面特性图8.2第一层梁布置图2.最不利内力组合为：M=92.41kNm，V=98.26kN。3.强度验算抗弯强度抗剪强度（满足需求）4.整体稳定验算梁的整体稳定不需要计算。5.局部稳定验算翼缘：（满足要求）腹板：（满足要求）6.挠度验算屋面梁挠度满足要求。楼面梁挠度满足要求。8.3节点抗震验算(8-1)所以能满足要求。第9章节点设计PAGE84第9章节点设计9.1梁柱连接计算1.连接螺栓计算取第一层轴线1与轴线F处交点作梁柱节点设计计算。取最不利内力为：M=96.38kN/m,V=33.46kN。选用10.9级M20摩擦型高强螺栓，单个螺栓的预紧力P=155kN，喷砂处理接触面，，螺栓布置如图9.1所示表9.1螺栓惯性矩和内力计算腹板承担的剪力=33.46kNT=7.47-33.46×0.225=-0.06受最大扭矩螺栓的剪力即：满足要求。2.受压承载力在柱腹板位置