房建类毕业设计高校教学楼设计

- 1 -目目 录录引言引言2第第 1 1 章章 建筑设计说明建筑设计说明31.11.1 基本概况基本概况 31.2 工程地质条件 31.3 主体结构工程和装饰工程 31.4毕业设计任务内容3第第 2 2 章章 框架结构布置及计算简图框架结构布置及计算简图 52.12.1 梁、柱截面尺寸梁、柱截面尺寸 52.2 材料强度等级 52.3 计算简图 52.4荷载计算 62.5 地震作用 9第三章第三章 框架内力计算框架内力计算143.1 恒载作用下的框架内力计算 143.2 活载作用下的框架内力 223.3 地震作用下横向框架的内力计算 38第第 4 章章 框架内力组合框架内力组合 47第第 5 章章 框架梁、柱截面设计框架梁、柱截面设计 56第第 6 章章 楼梯楼梯786.1 楼梯梯段斜板设计786.2 平台板设计806.3 平台梁设计81第第 7 章章 基础设计基础设计837.1 荷载计算837.2 确定基础底面积847.3 基础变形验算877.4 基础结构设计89结论结论 93致谢致谢 94参考文献参考文献95附表附表 1（计算结构力学验算）（计算结构力学验算）96附表附表 2（英文翻译）（英文翻译）98陈应保：高校教学楼设计- 2 -引引 言言本设计为高校教学楼设计，通过对专业课程的全方面综合的应用，进行建筑，结构和绘图等方面的全面训练，并设计出合理可靠的方案。本宿舍楼结构层数为 5 层，采用框架结构，体型对称，平面轮廓呈 L 形，层高 3.6m。本体系采用整体现浇钢筋混凝土楼（屋）盖，纵横向承重方案。柱子采用 450mm450mm 矩形钢筋混凝土现浇柱；主梁选用 300mm600mm 矩形混凝土现浇梁，本次设计首先完成了建筑方案设计，确定了建筑物各细部的构造做法，并完成了主要建筑施工图的绘制。结构分析采用 PKPM 软件计算，并由此绘制结构施工图。首先根据框架剪力墙布局确定各构件尺寸，然后在 PMCAD 中建模，并输入几何信息和荷载信息。在 TAT 中采用串联刚片系模型和振型分解反应谱法计算地震作用，采用空间杆系薄壁柱模型和矩阵位移法进行结构内力计算。在输出的计算结果的基础上，进行建筑体型的规则性分析和结构设计的合理性分析。最后，依据计算结果，结合相应的结构构造要求，绘制结构施工图，写出相应的设计说明。根据对计算结果的分析，所有指标均达到国家行业规范和规程的要求，而且建筑图与施工图纸均符合制图标准。通过结果分析，验证了本次框架剪力墙结构设计方案的可行性。 - 3 -第第 1 章章 设计资料及要求设计资料及要求1.11.1、基本概况、基本概况经上级主管部门批准，拟按一般标准建造一栋五层框架结构某高校教学楼。该工程为钢筋混凝土框架结构，横向框架不少于三跨，总建筑面积不小于 5000m2。设计使用年限为 50 年，结构安全等级为二级，环境类别为一类。抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为0.1g，第一组。建筑室内外高差 600mm，室外标高即为现有自然地面标高。不考虑风荷载设计。1.21.2、工程地质条件、工程地质条件自然地表以下 1m 内为杂填土，重度 =17kN/m3；杂填土下为 3m 厚可塑性粘土，重度为=18kN/m3，液性指数 IL=0.62,含水率 =23.1%，天然孔隙比 e=0.8，ES1-2=7/9MPa，ck=/18/20/25kpa，k=8/10/12 度；再下为砾石土层，重度为 =20kN/m3，天然孔隙比 e=0.8，ES1-2=15/20MPa，ck=8/10/15kpa，k=16/18/20 度，液性指数 IL=0.50,含水率=15.2%。粘土承载力特征值为 180kN/m2，砾石土层承载力特征值为 300kN/m2。各土层分布均匀，场地土类别为类，地基基础设计等级为丙级。基础埋深范围内无地下水。1.31.3、主体结构工程和装饰工程、主体结构工程和装饰工程采用现浇混凝土框架结构，肋梁楼盖。混凝土强度等级为 C30，钢筋采用 HPB235 级和HRB400 级钢筋。内外墙均采用粉煤灰混凝土空心砌块，厚度 200mm，重量参见最新结构荷载设计规范 。需根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，统一构件编号及各种结构构件的定位尺寸，绘制出结构布置图。1.41.4、毕业设计任务内容、毕业设计任务内容1.4.1、毕业设计的意义根据建筑设计和结构承重、抗震方面的要求以及场地地质条件，合理地进行结构选型和结构整体布置，确定各种结构构件的尺寸，选取一榀主要横向结构框架进行结构设计计算，用计算结构力学程序对该榀结构框架进行电算与手算结果进行对比分析；完成楼梯设计和基础设计；用 PKPM 软件对整栋框架结构进行 SATWE 电算；绘制出相关建筑和结构施工图。通过本模拟设计，可使学生综合土木工程专业各课程的知识，了解建筑设计方法，熟悉结构设计与分析过程。陈应保：高校教学楼设计- 4 -1.4.2、毕业设计的主要内容（0）外文资料翻译、调研、复习相关主干课程（1）建筑设计，绘制建筑施工图（2）结构平面布置（楼盖布置、估算构件截面尺寸）和荷载计算（3）竖向荷载作用下横向框架内力计算（采用弯矩二次分配法） 、计算结构力学程序核算（4）水平地震荷载作用下横向框架内力计算及侧移计算（采用 D 值法） 、计算结构力学程序核算（5）横向框架梁、柱内力组合（列表进行）和截面设计（6）主楼梯的结构设计（7）柱下基础设计（8）绘制横向框架、主楼梯、基础结构施工图（9）用 PKPM 软件对整栋框架结构进行 SATWE 电算并绘制出标准层结构平面图（板配筋图）和梁配筋平面图（10）电子版毕业设计文件的输入、打印和装订（11）指导教师审核，评阅教师审核，毕业设计答辩1.4.3、提交的成果 - 5 -第第 2 2 章章 框架结构布置及计算简图框架结构布置及计算简图2.12.1 梁、柱截面尺寸梁、柱截面尺寸框架柱：一般才有 450*450，门柱处取用 600*600 梁：横向框架 AB、CD 跨 300mm*600mm，BC 跨 300mm*500mm，纵向连续梁 300mm*500mm2.22.2 材料强度等级材料强度等级混凝土：均采用 C30 级。钢筋：采用 HPB235 钢筋、HRB400 钢筋2.32.3 计算简图计算简图 图 2-1陈应保：高校教学楼设计- 6 -2.42.4荷载计算荷载计算2.4.1 屋面横梁竖向线荷载标准值(1)横载（图 2-2） 屋面恒载标准值35mm 厚架空隔热板 0.035 25=0.87KN/M2防水层 0.4KN/M220mm 厚 1：3 水泥砂浆找平层 0.0220=0.4KN/M2 120mm 钢筋混凝土板 0.1225=3KN/M2 屋面标准值： 4.08 KN/M2(BC 跨取 100) 0.125=2.5 KN/M212mm 厚劲石灰粉平顶 0.01216=0.192 KN/M2屋面恒载标准值 4.87 KN/M2) （4.37 KN/M2） - 7 -梁自重边跨 AB、BC 跨： 0.30.625=4.5 KN/M梁侧粉刷 2（0.6-0.12）0.0217=0.33 KN/M 4.83 KN/M中跨 BC 跨 0.30.625=3.75KN/M梁侧粉刷 2（0.6-0.1）0.0317=0.272 KN/M 4.02KN/M作用在顶层框架梁上的线活荷载标准值为：梁自重： g5AB1= g5CB1=4.83KN/M , g5BC1=4.02KN/M板传来的荷载： g5AB2=g5CD2=4.874.5=21.9 KN/Mg5BC2 =4.373=13.11KN/M (2)活载（图 2-3） 作用在顶层框架梁上的线荷载标准值为： q5AB =q5CD =0.74.5=3.15KN/M q5BC =0.73.0=2.1KN/M陈应保：高校教学楼设计- 8 -2.4.2 楼面横梁竖向线荷载标准值(1)恒载25 厚水泥砂浆面层 0.02520=0.5 KN/M2120(100)厚钢筋混凝土楼板 0.1225=3KN/M2 0.125=2.5 KN/M212 厚底粉刷 0.01216=0.192 KN/M2楼面横载标准值 （3.692 KN/M2） （3.192 KN/M2）边跨(AB、CD)框架梁自重 4.83KN/M中跨（BC）梁自重 4.03KN/M作用在楼面层框架梁上的线荷载标准值为：梁自重 ： gAB1 = gCD1 =4.83KN/M gBC1 =4.03KN/M板传来的荷载： gAB2 = gCD2 =3.6924.5=16.61KN/M gBC2=3.1923=9.576KN/M(2)活载（图 2-3）楼面活载： qAB =qCD=24.5=9.0KN/M qBC =23.0=6.0KN/M2.4.3 屋面框架节点集中荷载标准值(1)恒载边跨连系梁自重 0.30.54.525=16.875KN粉刷 2(0.5-0.12) 0.024.517=1.16 KN900mm 高女儿墙 0.94.53.6=14.58KN 粉刷 0.920.024.517=2.754KN - 9 -连系梁传来屋面自重 0.54.50.54.54.87=24.65KN 顶层边节点集中荷载 G5A=G5D=60.02KN 中柱连系梁自重 0. 250.54.525=16.875KN粉刷 【（0.5-0.12）+（0.5-0.1） 】0.024.517=1.19KN连系梁传来屋面荷载 1/24.51/24.54.87=24.65KN 0.5（4.5+4.5-3）3/24.37=17.30KN顶层节点集中荷载 G5B=G5C=60.015KN(2)活载Q5A=Q5D=1/24.51/24.50.7=3.54KNQ5B=Q5C=1/24.51/24.50.7+1/2(4.5+4.5-3.0) 3.0/20.7=6.7KN2.4.4 楼面框架节点集中荷载标准值(1)恒载边柱连系梁自重： 16.875KN粉刷 1.16KN连系梁传来楼面自重 18.69KN 36.725KN 中间层边节点集中荷载 GA=GD=36.725KN 框架柱自重: GA=GD=0.450.453.625=18.225KN 中柱连系梁自重： 18.225KN粉刷: 1.19KN 连系梁传来楼面自重： 1/2(4.5+4.5-3.0) 3/23.192=14.32KN 1/24.51/24.53.692=18.69KN 52.425KN陈应保：高校教学楼设计- 10 -中间层中节点集中荷载 GB=GC=52.425KN 柱传来的集中荷载 18.225KN (2)活载QA=QD=1/24.51/24.52.0=10.13KN QB=QC=1/24.51/24.52.0+1/2(4.5+4.5-3.0) 3/22.5=21.375KN2.52.5 地震作用地震作用2.5.1 建筑物总重力荷载代表值 Gi 的计算2.5.2 集中于屋盖处得质点重力荷载代表值：50%雪载： 0. 50.651545=219.4KN 屋面恒载: 4.87456.92+4.37453.0=3496.23KN横梁： (4.837.22+4.023) 16=1220.8KN纵梁： (18.225+1.19) 15+（18.225+1.19）152=873.67KN女儿墙： 0.93.6（45+15）2=388.8KN柱重： 0.450.45251.824+0.50.5251.84=263.7KN横墙： 3.6196.91.8+(3.01.8-1.52.1/2)2=877.06KN纵墙： ( 4.51.8-3.32.1/2) 183.6+4.51.83.618=825.22KN钢窗： 203.31.81/20.4=23.76KN G5=8188.5N2.5.3 集中于三、四、五层处得质点重力荷载代表值 G4G2：50%楼面活载： 0.52.01745=675KN楼面恒载: 3.692456.92+3.192453.0=2637.46KN横梁： 1220KN纵梁： 873.675KN - 11 -柱重： 263.72=527.4KN横墙： 877.062=1754.12KN纵墙： 825.222=1650.44KN钢窗： 30.52=61KN G4=G3=G2=8857.3KN2.5.4 集中于二层处重力荷载标准值 G1：50%楼面活载： 675KN楼面恒载: 2637.46KN横梁： 1220KN纵梁： 873.68KN柱重： 0.450.4525(2.6+1.8) 24+0.50.525(2.6+1.8)4=644.6KN横墙： 877+8772.6/1.8=2143.8KN纵墙： 825.22+825.222.6/1.8=2017.2KN钢窗： 23.762=47.52KNG1=12617KN2.5.5 地震作用计算4.2.1 框架柱的抗侧移刚度： 考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，在计算梁、柱刚度时，中框架梁的抗弯惯性矩 I=2I0 ；边框架梁取 I=1.5I0；I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁、柱的线刚度见表 2-1。 梁、柱线刚度梁、柱线刚度 表表 2-12-1截面尺寸杆件B(mm)H(mm)Ec(kN/mm2)Io(mm4)I(mm4)L(mm)i=EcI/L(kN.mm)相对刚度边框架梁300600305.91098.6510969003.21071陈应保：高校教学楼设计- 12 -边框架梁300500303.131094.691093003.981071.25中框架梁300600305.91091.1810969004.361071.36中框架梁300500303.131096.251093005.311071.66底层框架柱450450303.421093.4210952001.681070.52中层框架柱450450303.421093.4210936002.421070.75每层框架柱总的抗侧移刚度见 2-2 表 框架柱横向侧移刚度框架柱横向侧移刚度 D D 值值 表表 2-22-2项目层柱类型及截面K=iC/2iz（一般层）K=ic/iz（底层）c=K/(2+K)（一般层） c=(0.5+K)/(2+K)（底层）D=ciz(12/h2）根数边框架边柱（450450）1.330.408.964 边框架中柱（450450）2.670.5712.774 中框架边柱（450450）2.580.5612.5417二至五层中框架中柱（450450）4.020.679.3615边框架边柱（450450）1.920.614.534 边框架中柱（450450）4.320.765.654 中框架边柱（450450）2.600.673.1017底 层中框架中柱（450450）5.800.813.7015 底层：D=4（4.53+5.65）+173.1+24.28+153.7=157.12KN/mm二五层：4（8.96+12.77）+1712.54+210.10+159.36=460.7KN/M2.5.6 框架自振周期计算：则自振周期为：T1=1.70=1.70.60.465 =1.334s - 13 -其中 0 为考虑结构非承重砖墙的结构折减系数，对于框架取 0.6， 为框架顶点水平位移，计算见表 2-3 框架顶点假想水平位移框架顶点假想水平位移 计算表计算表 表表 2-32-3层Gi(kN)Gi(kN)D(kN/mm)=Gi/D (层间相对位移）总位移（mm)58188.518188.51460.717.77465.2448857.3117045.82460.737.05447.47 38857.3125903.13460.756.22410.4228857.3134760.44460.775.45354.2019037.9043798.34157.12278.75278.75楼层地震作用和地震剪力标准值计算表楼层地震作用和地震剪力标准值计算表 表表 2-42-4层Hi(m)Gi(kN)GiHiFi=Fn+Fn(顶层） Fi=GiHiFEK(1-n)/GiHi(其他层)楼层剪力Vi(kN)519.6 8188.51160494.79522.46522.46416.0 8857.31141716.96447.80970.26312.4 8857.31109830.64357.531327.7928.8 8857.31 77944.33253.731581.5215.2 9037.946997.08152.991734.512.5.7 地震作用计算根据地震设防烈度 7 度，类土，设计烈度为第一组，查建筑抗震设计规范 ，特征周陈应保：高校教学楼设计- 14 -期 Tg=0.35s ，max=0.081=（Tg/T1 ）0.9max=（0.35/0.551）0.90.08=0.053结构等效总重力荷载：Geq=0.85GL =0.8543798.34=37228.6KNT1 1.4 Tg=1.40.35=0.49s，故需考虑框架顶部附加集中作用 n= 0.08 T1+0.07=0.080.551+0.07=0.114框架横向水平地震作用标准值为：结构底层：FEK=1 Geq=0.05337228.6=1972.92KN各层得地震作用和地震剪力标准值由表 2-4 计算列出，图示见图 2-4。GiHi=53696.79Fn=nFEK=0.1141972.92=224.91KN图 2-4 横向框架的地震作用第第 3 3 章章 框架内力计算框架内力计算 - 15 -3.13.1 恒载作用下的框架内力计算恒载作用下的框架内力计算3.1.1 弯矩分配系数由于该框架为对称结构，取框架的一半进行计算，如图 3-1。 （a）恒载 ； （b）承担产生的节点不平衡弯矩图 3-1 横向框架承担的恒载节点不平衡弯矩节点 A1：SA1A0=4iA1A0=40.52=2.08 SA1B1=4iA1B1=41.36=5.44 SA1A2=40.75=3 (相对刚度见 2-1)S=4(0.52+1.36+0.75)=10.52uA1A0=SA1A0/S=2.08/10.52=0.197 uA1B1= SA1B1/S=5.44/10.52=0.517uA1A2= SA1A2/S=3/10.52=0.285节点 B1:SB1D1=21.66=3.32 S=4(0.52+1.36+0.75)+21.66=13.84uB1A1=41.36/13.84=0.393 uB1B2 =40.75/13.84=0.216uB1D1 =21.66/13.84=0.239陈应保：高校教学楼设计- 16 -uB1B0=40.52/13.84=0.150节点 A2: S=4(0.75+1.36+0.75)=11.52uA1A2= uA2A3 = 40.75/11.52=0.262uA2B2= 41.36/11.52=0.475节点 B2: S=4(0.75+1.36+0.75)+21.66=14.85 uB2A2 =41.36/14.85=0.368 uB2B1 = UB2B3 =0.754/14.85=0.406uB2D2=1.664/14.85=0.449节点 A5: S=4(1.36+0.75)=8.44 uA5B5A2= 41.36/8.44=0.644 uA5A4=40.75/8.44=0.355节点 B5: S=4(0.75+1.36)+21.66=11.76uB5A5=41.36/11.76=0.462uB5B4=40.75/11.76=0.255uB5D4=21.66/11.76=0.2823.1.2 杆件固端弯矩 固端弯矩一律以顺时针方向为正（1） 横梁固端弯矩 杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图 3-1图 3-1 杆端及节点弯矩正方向1）顶层横梁: 自重作用：M A5B5= - M B5A5=-1/12ql2=-1/124.836.92=-19.24 kNm - 17 -M B5D5=-1/3 ql2=-1/34.021.52=-3.02KN mM D5B5=1/2M B5D5= -1.51KN m 板传来的荷载作用： MA5B5= -MB5A5= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/1221.96.92(1-22.252/6.92+2.253/6.93)=-71.42 KN m M B5A5= -5/95 ql2=-5/9613.113.02=-6.14 KN m M D5B5= -1/32ql2=-1/3213.113.02=-3.68 KN m2）二五层横梁 自重作用：M A1B1= - M B1A15= -1/12ql2=-1/124.836.92=-19.24 kNmM B1D1= -1/3 ql2= -1/34.021.52=-3.02KN mM D1B1=1/2M B1D1= -1.51KN m板传来的荷载作用： MA1B1=-MB1A1= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)=-1/1216.616.92(1-22.252/6.92+2.253/6.93) = -54.17 KN m M B1D1= -5/95 ql2=-5/969.563.02=-4.48 KN m M D1B1= -1/32ql2=-1/329.563.02=-2.69KN m（2）纵梁引起柱端附加弯矩 顶层外纵梁 M A5= -M D5=60.020.75=4.50 KN m 楼层外纵梁 M A1= -M D1=36.730.075=2.75 KN m 顶层中纵梁 M B5= -MC5=-60.020.075=-4.50KN m 楼层中纵梁 M B1= -MC1=-52.430.075=-3.93 KN m(3).节点不平衡弯矩横向框架节点的不平衡弯矩为通过该节点的各杆件在节点端得固端弯矩与通过该节点的纵梁引起的柱端横向附加弯矩之和。节点 A5 的不平衡弯矩：M A5B5= M A5 纵梁=-19.24-71.42+4.50=-86.16 KN m横向框架的节点不平衡如图 3-1(4)内力计算陈应保：高校教学楼设计- 18 -根据对称原则，只计算 AB、BC 跨。恒载弯矩分配过程见图 3-2，恒载作用下弯矩图见图 3-3，梁剪力、柱轴力见图 3-4 - 19 - 图 3-2 恒载弯矩分配过程陈应保：高校教学楼设计- 20 -图 3-3 恒载作用下弯矩图图 3-4 恒载作用下梁剪力、轴力图（KN） - 21 -根据所求处得梁端弯矩，再通过平衡条件，即可求出恒载作用下梁剪力、柱轴力，结果见表 3-1表 3-4 AB 跨梁端剪力（ KN ） 表 2-1层q（KN/m） （板传来作用）g（KN/m)(自重作用）a（m）l（m）gl/2u=（l-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVC=gl/2+u-Mik/lVD=-(gl/2+u+Mik/l)521.90 4.87 2.25 6.90 16.80 50.92 -48.34 74.25 3.76 63.96 -71.47 416.61 4.87 2.25 6.90 16.80 38.62 -58.77 62.86 0.59 54.83 -56.01 316.61 4.87 2.25 6.90 16.80 38.62 -53.14 61.10 1.15 54.27 -56.57 216.61 4.87 2.25 6.90 16.80 38.62 -68.97 61.17 -1.13 56.55 -54.29 116.61 4.87 2.25 6.90 16.80 38.62 -49.21 64.71 2.25 53.17 -57.67 AB 跨梁端剪力（KN) 表 2-2层q（KN/m） （板传来作用）g（KN/m)(自重作用）l（m）gl/2lq/4VB=gl/2+lq/4VC=-(ql/2+ql/4)513.114.023 6.039.83 15.86 -15.86 49.564.023 6.037.17 13.20 -13.20 39.564.023 6.037.17 13.20 -13.20 29.564.023 6.037.17 13.20 -13.20 19.564.023 6.037.17 13.20 -13.20 陈应保：高校教学楼设计- 22 - AB 跨跨中弯矩（ KNm ） 表 2-3层q（KN/m） （板传来作用）g（KN/m)(自重作用）a（m）l（m）gl/2u=（l-a)q/2MAB(KNm)Mik/lV1/A=gl/2+u-Mik/lM=gl/2l/4+u1.52-MAB-V1/Al/2521.94.872.256.916.80 50.92 -48.343.76 63.96 -89.87 416.614.872.256.916.80 38.62 -58.770.59 54.83 -60.86 316.614.872.256.916.80 38.62 -53.141.15 54.27 -64.56 216.614.872.256.916.80 38.62 -68.97-1.13 56.55 -56.59 116.614.872.256.916.80 38.62 -49.212.25 53.17 -64.69 柱轴力 （KN） 表 2-4边柱 A 轴、D 轴边柱 B 轴、C 轴层横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力横梁端部压力纵梁端部压力柱重柱轴力柱顶123.98 147.34 5柱底63.96 60.02 18.23 142.21 87.32 60.02 18.23 165.57 柱顶233.76 287.19 4柱底54.82 36.73 18.23 251.99 69.20 52.43 18.23 305.41 柱顶342.96 427.60 3柱底54.26 36.73 18.23 361.19 69.76 52.43 18.23 445.82 柱顶454.45 567.73 2柱底56.54 36.73 18.23 472.68 69.48 52.43 18.23 586.00 柱顶562.57 709.23 1柱底53.17 36.73 18.23 580.80 70.85 52.43 18.23 727.45 - 23 -3.23.2 活载作用下的框架内力活载作用下的框架内力3.2.1 梁固端弯矩（1）顶层M A5B5=- M B5A5= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)= -1/123.156.92(1-22.252/6.92+2.253/6.93) = -10.27 kNmM B5D5= -5/96 ql2= -5/962.13.02= -0.98KN mM D5B5= -1/32ql2= -0.59 KN m（2）二五层横梁M A1B1=- M B1A15= -1/12ql2(1-2a2/l2+a3/l3)= -1/1296.92(1-22.252/6.92+2.253/6.93) = -30.15 kNmM B1D1= -5/96 ql2= -5/966.03.02= -2.81KN mM D1B1= -1/32M B1D1= -1.69 KN m3.1.2 纵梁偏心引起柱端附加弯矩顶层外纵梁 M A5= -M D5=3.540.075=0.27KN m 楼层外纵梁 M A1= -M D1=10.130.075=0.76KN m 顶层中纵梁 M B5=-MC5=-6.700.075=-0.50KN m M B5=-MC5=-2.770.075=-0.21 KN m （仅 BC 跨作用活载时） 楼层中纵梁 M B1=-MC1=-21.380.075=-1.60KN m M B1=-MC1=-7.920.075=-0.59KN m （仅 BC 跨作用活载时）3.1.3 本工程考虑如下四种最不利组合（1）顶层边跨梁跨中弯矩最大，图 3-5。（2）顶层边柱柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩，如图 3-6。.（3）顶层边跨梁梁端最大负弯矩，图 3-7。（4）活载满跨布置。陈应保：高校教学楼设计- 24 - 图 3-5 活载最不利布置 a 图 3-6 活载最不利布置 b - 25 -图 3-5 活载最不利布置 c 图 3-6 活载最不利布置 d当 AB 跨布置活载时： M A5=M A5B5+M A5=-10.27+0.27=-10 KN M M A1= M A2= M A3= M A4= M A1B1+ M A1=-30.15+0.76=-29.39 KN M M B5= M B5A5+ M B5=10.27-0.27=10 KN M M B1= M B2= M B3= M B4= M B1A1+ M B1=30.15-0.75=29.39 KN M当 BC 跨布置活载时： M B5= M B5D5+ M B5=-0.98-0.21=-1.19 KN M M B1= M B2= M B3= M B4= M B1D1+ M B1=-2.81-0.59=-3.40 KN M当 AB 跨和 BC 跨均布置活载时： M A5=M A5B5+M A5=-10.27+0.27=-10 KN MM A1= M A2= M A3= M A4= M A1B1+ M A1=-30.15+0.76=-29.39 KN MM B5= M B5A5+ M B5=10.27-0.50-0.59=9.19 KN M陈应保：高校教学楼设计- 26 -M B1= M B2= M B3= M B4= M B1A1+ M B1+ M B1D1=30.15-1.60-2.81=25.74 KN M4.内力计算采用迭代法计算，迭代次序同恒载，如图 3-7、图 3-10、图 3-13、图 3-16。活载(a)作用下梁弯矩、剪力、轴力如图 3-8、图 3-9。活载(b)作用下梁弯矩、剪力、轴力如图 3-11、图 3-12。活载(c)作用下梁弯矩、剪力、轴力如图 3-14、图 3-15。活载(d)作用下梁弯矩、剪力、轴力如图 3-17、图 3-18。 - 27 -图 3-7 活载（a）迭代过程陈应保：高校教学楼设计- 28 -图 3-8 活载（a）弯矩图图 3-9 活载（a）剪力、轴力（KN） - 29 -图 3-10 活载（b）迭代过程陈应保：高校教学楼设计- 30 -图 3-11 活载（b）弯矩图图 3-12 活载（b）剪力、轴力（KN） - 31 -图 3-13 活载（c）迭代过程陈应保：高校教学楼设计- 32 -图 3-14 活载（c）弯矩图图 3-15 活载（c）剪力、轴力（KN） - 33 -图 3-16 活载（d）迭代过程陈应保：高校教学楼设计- 34 -图 3-17 活载（d）弯矩图图 3-18 活载（d）剪力、轴力（KN） - 35 -根据所求出的梁端弯矩，在通过平衡条件，即可求出恒载条件下的梁的剪力、柱轴力，结果见表 3-5 3-20 活载(a）作用下 AB 跨梁端剪力 表 3-5层q(KN/m)a(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)53.15 2.25 7.32 -4.40 7.95 0.51 6.81 -7.84 40.00 2.25 0.00 -2.84 1.55 -0.19 0.19 0.18 39.00 2.25 20.93 -19.04 24.73 0.82 20.10 -21.75 20.00 2.25 0.00 -1.79 1.20 -0.09 0.09 0.09 10.00 2.25 0.00 -0.29 -0.02 -0.04 0.04 0.04 活载(a）作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-6层q(KN/m)l(m)ql/4VB = ql/4 (KN) VC= - ql/4 (KN)50.00 3.00 0.00 0.00 0.00 46.00 3.00 4.50 4.50 -4.50 30.00 3.00 0.00 0.00 0.00 26.00 3.00 4.50 4.50 -4.50 10.00 3.00 0.00 0.00 0.00 活载(a）作用下 AB 跨跨中弯矩 (KNm) 表 3-7层q(KN/m)（板传来荷载作用）a(m)l(m)u=(l-a)q/2MAB(KNm)Mik/lVC=u-Mik/lM=u1.05-MAB-VAl/253.152.256.97.32 -4.40 0.51 6.81 -11.40 402.256.90.00 -2.84 -0.19 0.19 3.46 392.256.920.93 -19.04 0.82 20.10 -28.34 202.256.90.00 -1.79 -0.09 0.09 1.50 102.256.90.00 -0.29 -0.04 0.04 0.14 陈应保：高校教学楼设计- 36 -活载（a)作用下柱轴力 3-8 边柱（ A 轴 )中柱（ B 轴 ）横梁纵梁横梁纵梁层端部剪力端部剪力柱轴力（KN）端部剪力端部剪力柱轴力（KN）56.81 3.54 10.35 6.41 6.70 13.11 4-0.18 10.13 20.30 4.68 21.38 39.17 320.11 10.13 50.54 21.75 21.38 82.30 2-0.08 10.13 60.59 4.42 21.38 108.10 1-0.04 10.13 70.68 0.04 21.38 129.52 活载(b）作用下 AB 跨梁端剪力 表 3-9层q(KN/m)a(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)53.15 2.25 7.32 -7.60 8.00 0.06 7.27 -7.38 49.00 2.25 20.93 -19.78 24.76 0.72 20.20 -21.65 30.00 2.25 0.00 -3.41 0.97 -0.35 0.35 0.35 29.00 2.25 20.93 -20.44 25.28 0.70 20.22 -21.63 19.00 2.25 20.93 -24.53 26.19 0.24 20.68 -21.17 活载(b）作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-10层q(KN/m)l(m)ql/4VB=ql/4(KN)VC=-ql/4(KN)5030004030003634.54.5-4.5203000103000活载(b）作用下 AB 跨跨中弯矩（KN m） 表 3-11 - 37 -层q(KN/m)（板传来荷载作用）a(m)l(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lM=u1.52-MAB-VAl/253.15 2.25 6.90 7.32 -7.60 0.06 7.27 -9.78 49.00 2.25 6.90 20.93 -19.78 0.72 20.20 -27.95 30.00 2.25 6.90 0.00 -3.41 -0.35 0.35 2.19 29.00 2.25 6.90 20.93 -20.44 0.70 20.22 -28.41 19.00 2.25 6.90 20.93 -24.53 0.24 20.68 -25.91 活载 （b） 作用下柱轴力计算 表 3-12边柱（ A 轴 )边柱（B 轴 ）层横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN57.26 3.54 10.80 7.38 6.70 14.08 420.21 10.13 41.14 21.65 21.38 57.11 33.50 10.13 54.77 4.15 21.38 100.12 220.23 10.13 85.13 21.63 21.38 143.13 120.69 10.13 115.95 21.63 21.38 186.14 活载( c ）作用下 AB 跨梁端剪力 表 3-13层q(KN/m)a(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)53.152.257.32 -6.477.510.15 7.17 -7.47 492.2520.93 -14.4524.571.47 19.46 -22.39 302.250.00 0.231.250.21 -0.21 -0.21 292.2520.93 -34.1113.98-2.92 23.84 -18.01 192.2520.93 -15.9329.181.92 19.00 -22.85 活载( c ）作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-14陈应保：高校教学楼设计- 38 -层q(KN/m)l(m)ql/4VB=ql/4(KN)VC=-ql/4(KN)5030004634.54.5-4.53030002634.54.5-4.5103000活载( c ）作用下 AB 跨跨中弯矩（KN m） 表 3-15层q(KN/m)（板传来荷载作用）a(m)l(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lM=u1.05-MAB-VCl/253.15 2.25 6.90 7.32 -6.47 0.15 7.17 -10.59 49.00 2.25 6.90 20.93 -14.45 1.47 19.46 -30.71 30.00 2.25 6.90 0.00 0.23 0.21 -0.21 0.51 29.00 2.25 6.90 20.93 -34.11 -2.92 23.84 -26.18 19.00 2.25 6.90 20.93 -15.93 1.92 22.85 -40.93 活载 （c） 作用下柱轴力计算 表 3-16边柱（ A 轴 )边柱（B 轴 ）层横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN57.17 3.54 10.71 7.47 6.70 14.17 419.46 10.13 40.30 25.89 21.38 61.44 3-0.21 10.13 50.22 0.21 21.38 83.03 223.85 10.13 84.20 22.50 21.38 126.91 123.85 10.13 118.18 22.85 21.38 171.14 满跨活载作用下梁剪力 AB 跨梁端剪力 表 3-17 - 39 -层q(KN/m)a(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lVD=-(u+Mik/l)53.15 2.25 7.32 -7.09 7.95 0.12 7.20 -7.45 49.00 2.25 20.93 -21.53 26.00 0.65 20.28 -21.57 39.00 2.25 20.93 -22.77 25.32 0.37 20.56 -21.29 29.00 2.25 20.93 -27.51 13.97 -1.96 22.89 -18.96 19.00 2.25 20.93 -20.28 16.19 -0.59 21.52 -20.33 满跨活载作用下 BC 跨梁端剪力 表 3-18层q(KN/m)l(m)ql/4VB=ql/4(KN)VC=-ql/4(KN)52.131.58 1.58 -1.58 4634.54.5-4.53634.54.5-4.52634.54.5-4.51634.54.5-4.5满跨活载作用下 AB 跨跨中弯矩（KN m） 表 3-19层q(KN/m)（板传来荷载作用）a(m)l(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)Mik/lVC=u-Mik/lM=u1.05-MAB-VAl/253.15 2.25 6.90 7.32 -7.09 0.12 7.20 -10.06 49.00 2.25 6.90 20.93 -21.53 0.65 20.28 -26.46 39.00 2.25 6.90 20.93 -22.77 0.37 20.56 -26.18 29.00 2.25 6.90 20.93 -27.51 -1.96 22.89 -29.48 19.00 2.25 6.90 20.93 -20.28 -0.59 21.52 -31.99 满跨活载作用下柱轴力计算 （ KN ) 表 3-20层边柱（A 轴 )边柱（ B 轴 ）陈应保：高校教学楼设计- 40 -横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN57.20 3.54 10.74 9.01 6.70 15.71 420.29 10.13 41.16 26.07 21.38 63.16 320.56 10.13 71.85 25.53 21.38 110.07 222.89 10.13 104.87 23.46 21.38 154.91 121.52 10.13 136.52 24.86 21.38 201.15 3.33.3 地震作用下横向框架的内力计算地震作用下横向框架的内力计算3.3.1 0.5（雪+活）中合理荷载作用下横向框架内力计算按建筑抗震设计规范 ，计算重力荷载代表值时，顶层取用雪荷载，其他各层取用活荷载，当雪荷载和活荷载相差不大时，可近似按满跨荷载布置。（1） 恒载线荷载计算顶层横梁：雪载 边跨 0.654.50.5= 1.46 KN/M 中间跨 0.653.00.5= 0.98 KN/M二五层：活载 边跨 9.000.5=4.5 KN/M 中间跨 6.000.5=3.0 KN/M（2） 纵梁引起柱端附加弯矩顶层外纵梁 M A5=-M D5=0.50.654.5/24.5/20.075=0.12KN/m 楼层外纵梁 M A1=-M D1=0.524.5/24.5/20.075=0.38KN/m顶层中纵梁 M B5=-MC5= -0.50.654.5/24.5/2+(4.5+4.5-3.0)3.0/20.075 = -0.23KN/m楼层中纵梁 M B1=-MC1= -0.524.5/24.5/2+(4.5+4.5-3.0)6.0/20.75 = -0.72KN/m(3)计算简图 - 41 - 图 3-19 固端弯矩(4)固端弯矩1）顶层横梁:M A5B5=- M B5A5=-1/12ql2（1-2a2/l2+a3/l3）=-4.76 kNmM B5D5=-5/96 ql2=-5/960.983.02=-0.45KN mM D5B5=-1/32ql2= -1/320.983.02=-0.27 KN m2）二五层横梁M A1B1=- M B1A15=-1/12ql2（1-2a2/l2+ a3/l3）=-1/124.56.92（1-22.252/6.92+2.253/6.93）=-14.68 kNmM B1D1=-5/96 ql2=-5/963.03.02=-1.41 KN mM D1B1=-1/32ql2= -1/323.03.02=-0.84 KN m(5)不平衡弯矩M A5=M A5B5+M A5=-4.76+0.12=-4.64 KN MM A1= M A2= M A3= M A4= M A1B1+ M A1=-14.68+0.38=-14.30 KN MM B5= M B5A5+ M B5+ M B5D5)=4.76-0.23-0.45=4.08KN MM B1= M B2= M B3= M B4= M B1A1+ M B1+ M B1D1=14.68-0.72-1.41=12.55 KN M(6)弯矩分配计算陈应保：高校教学楼设计- 42 -弯矩分配过程如图 3-19,0.5（雪+活）作用下梁柱弯矩见图 3-21，梁剪力、柱轴力见图3-220.5（雪+活）作用下梁剪力、柱轴力，计算过程见表 3-213-25.0.5(雪+活）作用下 AB 跨端梁剪力标准值 表 3-21层q(KN/m)a(m)u=(L-a)q/2MAB(KNm)MBA(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lVB=-(u+Mik/l)51.46 2.25 3.39 -2.984.340.20 3.20 -3.59 44.50 2.25 10.46 -9.4511.950.36 10.10 -10.82 34.50 2.25 10.46 -9.9312.230.33 10.13 -10.80 24.50 2.25 10.46 -10.1812.240.30 10.16 -10.76 14.50 2.25 10.46 -8.2911.660.49 9.97 -10.95 0.5（雪+活）作用下 BC 跨梁端剪力标准值 表 3-22层q(KN/m)l(m)ql/4VB=ql/4(KN)VC=-ql/4(KN)50.9830.74 0.74 -0.74 4332.252.25-2.253332.252.25-2.252332.252.25-2.251332.252.25-2.250.5（雪+活）作用下 AB 跨跨中弯矩（KN m） 表 3-23层q(KN/m)（板传来荷载作用）a(m)l(m)u=(l-a)q/2MAB(KNm)Mik/lVA=u-Mik/lM=u1.05-MAB-VAl/251.46 2.25 6.90 3.39 -2.96 0.20 3.19 -4.50 44.50 2.25 6.90 10.46 -9.45 0.36 10.10 -14.42 34.50 2.25 6.90 10.46 -9.93 0.33 10.13 -14.04 24.50 2.25 6.90 10.46 -10.18 0.30 10.16 -13.90 14.50 2.25 6.90 10.46 -8.29 0.49 9.97 -15.13 0.5（雪+活）作用下柱轴力计算 （ KN ) 表 3-24 - 43 -边柱（ A 轴 )边柱（B 轴 ）层横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN横梁端部剪力纵梁端部剪力柱轴力 KN53.20 1.65 4.85 4.32 3.11 7.43 410.10 5.06 20.01 13.09 9.56 30.08 310.13 5.06 35.20 13.04 9.56 52.68 210.16 5.06 50.42 13.04 9.56 75.28 19.97 5.06 65.45 12.22 9.56 97.06 陈应保：高校教学楼设计- 44 -图 3-20 0.5（雪+活）作用下迭代过程 - 45 -图 3-21 0.5（雪+活）作用下杆端弯矩图 3-22 0.5（雪+活）作用下框架梁柱轴力、梁剪力陈应保：高校教学楼设计- 46 -3.3.2 地震作用下横向框架的内力计算 地震作用下框架柱剪力及柱端弯矩计算过程见表 3-25、梁端弯矩计算过程见表 3-25、柱剪力和轴力计算过程见表 3-26，地震作用下框架弯矩图见图 3-27，框架梁剪力、轴力图见图3-27。地震作用下横向框架柱剪力及柱端弯矩 表 3-25层次层间剪力（KN）总剪力（KN）柱别Di(KN/mm)D（KN/mm)Vi（KN）yh(m)M下M上边柱12.54-14.220.43-22.01-29.185522.46522.46中柱9.36460.70-10.610.453.6-17.19-21.01边柱12.54-26.41 0.48-45.64-49.444447.80970.20中柱9.36460.70-19.74 0.503.6-35.53-35.53边柱12.54-36.19 0.50-65.14-65.143357.531327.73中柱9.36460.70-27.02 0.503.6-48.64-48.64边柱12.54-43.100.50-77.58-77.582253.731581.52中柱9.36460.70-32.13 0.503.6-57.83-57.83边柱12.54-47.28 0.55-135.72-110.64115