资源描述
四川理工学院毕业设计 摘摘 要要在实际工程中，钢筋混凝土框架结构是一种较为普遍结构形式，广泛应用于住宅、办公、学校等公共建筑。本设计主要对多层框架教学楼的横向框架进行了设计。在进行设计时首先查荷载规范对结构的恒载、活载、风荷载以及地震荷载进行计算。竖向荷载利用分层法、水平荷载利用 D 值法进而得到各种作用下结构各杆件的内力标准值。然后按照最不利组合方式，对各种作用下的内力进行组合。最后在组合中找出各杆件最不利的一组或几组对构件进行截面设计，选取最安全的结果进行配筋并绘出施工图。本设计还对基础、楼板、楼梯等进行了设计，并绘出了结构施工图。除对本框架进行手算外，还利用了 PKPM 对本结构进行了电算。通过本次毕业设计并充分结合我四年来学到的基本知识使我了解了框架结构设计的全过程，达到了从理论到实践的飞跃。同时通过设计中使用的建筑方面的规范和软件，使我更加熟悉了规范和软件的使用操作，为我以后工作打下了良好的基础。关键字：框架结构；荷载；分层法；D 值法四川理工学院毕业设计 Abstract In practical engineering, the reinforced concrete frame structure has been a common structural form owing to their successful applications in many areas such asresidence, office, schools and other public buildings. This thesis is aimed at the design for transverse frame of teaching buildings with multistory frame. First, dead loads, live loads, wind load and seismic load of the structure are computed referring to “Load Standards ”. Then the standard values of each members of structure under horizontal load and vertical load can be obtained by using stratification method and “D” method respectively. Next, the internal forces under various load are combined according to the most unfavorable combination mode. Finally, the most unfavorable one or several ones in the above combinations to realize section design for members is found. In this way, the safest results to reinforce is chosen and Working Drawing is Painted. the basement, the floor and the stairs are also designed and structural working drawing are painted in this thesis. Moreover, the structure computerization is shown via employing PKPM.Thanks to this graduation design, and combining with knowledge Ive learned in the past four years , I master the entire process of the design for frame structure, and realize the leap from theory to practice. Meanwhile, I become more familiar with the standards and operations of relative softwares than before. All these have built a good foundation for my future work.Key words: frame structure; load; stratification; “D ”method四川理工学院毕业设计 目目 录录前 言 .1第一部分 建筑设计 .21.1 建设项目名称及概况 .21.2 建筑地点 .21.3 设计资料 .21.4 建筑要求 .2第二部分：结构设计 .32.1 柱网布置 .32.2 主要构件材料及尺寸估算 .32.2.1 主要构件材料 .32.2.2 主要构件的截面尺寸 .32.3 框架结构计算简图和结构平面布置图 .4第三部分 楼板设计 .53.1 屋面和楼面板的荷载计算 .53.2 楼板计算 .63.2.1 标准层楼板计算 .73.2.2 屋面板计算 .9第四部分 次梁计算 .114.1 荷载计算 .114.2 次梁计算 .114.2.1 弯矩计算 .114.2.2 剪力计算 .124.3.截面设计.12第五部分 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 .145.1 横向框架计算单元 .145.2 梁、柱线刚度计算 .145.3.恒载荷载计算.155.3.1 线荷载 .155.3.2 集中荷载 .165.3.3 集中荷载引起的偏心弯矩 M.18四川理工学院毕业设计 5.3.4 屋面层梁上作用的恒载 .195.3.5 楼面层梁上作用的恒载 .205.4 恒载内力计算 .205.5 活载荷载计算 .275.5.1 线荷载 .275.5.2 集中荷载 .275.5.3 集中荷载引起的偏心弯矩 M.284.5.4 屋面层梁上作用的活载 .295.5.5 楼面层梁上作用的活载 .305.6 活载内力计算 .305.7 竖向荷载作用下梁、柱内力计算 .37第六部分 横向荷载作用下框架结构的内力计算 .436.1 风荷载作用楼层剪力的计算 .436.2 梁、柱线刚度计算 .436.3 框架柱的侧移刚度 D 值计算 .436.4 风荷载作用下的位移验算及内力计算 .456.5 水平地震作用下的内力计算 .486.5.1 各层柱、梁、板重力荷载 .486.5.2.各层墙自重标准值计算.496.5.3 各层（各质点）自重标准值计算 .516.6 重力荷载代表值计算 .516.7 等效总重力荷载代表值计算 .516.8 等效总重力荷载代表值计算 .516.9 横向自振周期计算 .526.9.1 结构顶点的假想侧移计算 .526.10 水平地震作用及楼层地震剪力的计算 .536.11 水平地震作用下的位移验算 .556.12 水平地震作用下框架内力计算 .55第七部分 横向框架内力组合 .587.1 框架内力不利组合 .58第八部分 截面设计 .67四川理工学院毕业设计 8.1 框架梁截面设计 .678.1.1 框架梁正截面强度计算 .678.1.2 框架梁的斜截面受剪承载力计算 .698.2 框架柱截面设计 .718.2.1 柱的轴压比及剪跨比验算 .718.2.2 柱的正截面承载力计算 .718.2.3 柱斜截面受剪承载力计算 .75第九部分 基础设计 .779.1 非抗震设计 .779.1.1 基础尺寸及埋置深度 .779.1.2 基础高度验算 .799.1.3 配筋计算 .799.2 抗震设计 .79第十部分 楼梯设计 .8110.1 楼梯板计算 .8110.1.1 斜板 .8110.1.2 平台板计算 .8210.2 平台梁计算 .8310.3 楼梯柱的计算 .84结束语 .85参考文献 .86符号说明 .87致谢辞 .88附 录 .89四川理工学院毕业设计 第 1 页 共 89 页前前 言言四年的大学时光即将结束，我们也即将走入社会。在这最后的阶段，毕业设计是我们最后的一门课程。它是我们是否能运用四年学到的基础知识进行综合的一次检验。在我们踏出社会之前毕业设计给了我们一次较好的实践的机会。本次我的设计题目是自贡市曙光中学框架教学楼结构设计，在设计之前我对我大学四年所学过的课程做了一次较大范围的复习。有了考研的经验和导师的辅导复习起来不是很费劲。在复习基础的同时也参阅了一些我国现行的规范，特别是混凝土结构设计规范，荷载规范，建筑抗震规范做了深入的了解。了解一些结构设计方面的知识。在设计期间，通过导师和同学的帮助，我能较好的利用自己在大学里学到的基础理论知识、专业知识与设计实践相结合。根据设计任务书上的要求和老师的指导，我对本毕业设计进行了系统的手算。并在后期又利用 PKPM 进行了电算。最终较好的完成本次设计任务。在此我由衷的感谢在毕业设计中给了我帮助的老师和同学们。通过本次毕业设计，提高了我动手查阅资料规范的能力和对基础、专业知识的巩固，同时也使我加深熟悉了新规范和对 03G101-1 了解。提高了我的综合分析能力。在设计过程中，通过运用 word，Excel 等办公软件，使我加深了对这些软件的了解。在绘图时我运用到了 AutoCAD、天正、PKPM 等建筑方面的软件。通过对这些软件的运用使我较好的熟悉了这些软件的使用过程。所有这些宝贵的经验，都会为我以后工作打下了很好的基础。达到了本次毕业设计的目的。由于框架结构手算计算量较大，根据设计要求，在计算过程中主要以手算为主，电算尽作为参考。最后两者结合得到最后毕业设计结果。由于本人水平有限，难免不会出现不妥和疏忽之处，还请各位老师指正。四川理工学院毕业设计第 2 页 共 89 页第一部分第一部分 建筑设计建筑设计1.1 建设项目名称及概况（1）项目名称：曙光中学教学楼（2）建筑面积：约为 6000 m2（3）建筑总高度：24.0（4）建筑层数：六层（5）结构类型：框架结构（6）该综合教学楼标准层高 3.9m，走廊宽度 3.0m,室内外高差 0.45m，其它轴网尺寸等详见平面简图。1.2 建筑地点四川省曙光中学1.3 设计资料（1）地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，承载力的特征值为 250kN/m2，可作为天然地基持力层。（2）抗震设防要求：七度设防。（3）底层室内主要地坪标高为0.000。（4）不考虑地下水影响。（5）基本风压 WO=0.4kN/m 。2（6）活荷载： 教室：2.0 kN/m2； 走道：2.5 kN/m2；不上人屋面：0.7 kN/m2。1.4 建筑要求（1）建筑等级:耐火等级为级（2）抗震等级为级（3）设计使用年限 50 年其他建筑要求见附录建筑总说明。四川理工学院毕业设计第 3 页 共 89 页第二部分：结构设计第二部分：结构设计2.1 柱网布置图 2-1 柱网布置图2.2 主要构件材料及尺寸估算2.2.1 主要构件材料框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构件；墙体采用普通烧结砖；混凝土强度：梁、板、柱均采用 C30 混凝土，第一层柱采用 C40 混凝土。钢筋使用HPB235，HRB335 二种钢筋。 2.2.2 主要构件的截面尺寸（1）框架梁：横向框架梁，最大跨度 L=8.1m，h=（1/81/12）L=1000mm675mm，取 h=800mmb=（1/21/3）h=400mm266mm，取 b=300mm纵向框架梁，最大跨度 L=5.4m，h=（1/121/13）L=450mm415mm，取 h=600mmb=（1/21/3） h=300mm200mm，取 b=250mm（2）框架柱：初定边柱尺寸 600mm600mm，中柱 500mm500mm；二至六层框架柱混凝土强度等级 C30。四川理工学院毕业设计第 4 页 共 89 页 cccNf Ac1.25CAqNn其中：C-边角柱轴力增大系数，中柱 C1、边柱 C1.1、角柱C1.2 ；为考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,七度抗震取=1.05；n 为验算截面以上楼层层数；A 为按简支状态计算的柱的负荷面；q为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，框架结构近似取 14 kN/m2，抗震等级三级的框架结构轴压比，边柱和中柱的负荷面积分别是0.95.4m4.05m 和 5.4m4.05m。边柱 321.25 1.1 5.4 4.05 14 1061962690.9 14.3cAmm中柱 321.25 1.0 5.4 5. 14 1062200591.0 14.3cAmm考虑边柱存在偏心所以边柱取 600mm600mm，中柱取 500mm500mm。2.3 框架结构计算简图和结构平面布置图 图 2-2 框架结构计算简图四川理工学院毕业设计第 5 页 共 89 页第三部分第三部分 楼板设计楼板设计3.1 屋面和楼面板的荷载计算屋面和楼面板的荷载取自建筑荷载规范 （GB500092001） 。教室采用水磨石地面白水泥大理石子面 15mm 厚 0.01525 = 0.381:3 水泥砂浆找平 18mm 厚0.01820 = 0.36纯水泥浆一道 2mm 厚0.00220 = 0.04钢筋混凝土楼板 120mm 厚0.12025 = 3.00 板底 20 厚粉刷抹平0.02017 = 0.34 楼面恒载 4.12 kN/m2楼面活载 2.00 kN/m2厕所采用地砖地面地砖铺实 10mm 厚0.01020 = 0.201：4 干硬性水泥砂浆 25mm 厚0.02520 = 0.50基层处理剂一遍 0.05C20 混凝土 0.5找坡 20mm 厚0.02025 = 0.711：3 水泥砂浆找平 20mm 厚0.02020 = 0.40防水涂料 1.5mm 厚 0.20钢筋混凝土楼板 120mm 厚0.12025 = 3.00板底 20 厚粉刷抹平0.02017 = 0.34 楼面恒载5.40 kN/m2楼面活载2.00 kN/m2不上人屋面高分子卷材0.051：3 水泥砂浆找平 20mm 厚0.02020 = 0.40憎水珍珠岩保温层 60mm 厚0.06040 = 0.241：3 水泥砂浆找平 20mm 厚0.02020 = 0.401:6 水泥焦渣找坡 50mm 厚0.05015 = 0.75钢筋混凝土楼板 120mm 厚0.12025 = 3.00板底 20 厚粉刷抹平0.02017 = 0.34 四川理工学院毕业设计第 6 页 共 89 页楼面恒载5.20 kN/m2楼面活载0.70 kN/m2走道水磨石地面白水泥大理石子面 15mm 厚0.01525 = 0.381:3 水泥砂浆找平 18mm 厚0.01820 = 0.36纯水泥浆一道 2mm 厚0.00220 = 0.04钢筋混凝土楼板 100mm 厚0.10025 = 2.50板底 20 厚粉刷抹平0.02017 = 0.34 楼面恒载3.62 kN/m2楼面活载2.50 kN/m23.2 楼板计算根据混凝土结构设计规范 （GB500102002） ，楼板长边与短边之比小于2 时，宜按双向板计算。楼板长边与短边之比大于 2，但小于 3.0 时，宜按双向板计算，当按沿短边受力的单向板计算时，应沿长边方向布置足够的构造钢筋。根据本工程的实际尺寸，楼板全为双向板，楼板按照弹性方法进行计算。双向板按弹性理论的计算方法：（1）多跨连续双向板跨中最大正弯矩：为了求得连续双向板跨中最大正弯矩，荷载分布情况可以分解为满布荷载g+q/2 及间隔布置q/2 两种情况，前一种情况可近似认为各区格板都固定支承在中间支承上，对于后一种情况可近似认为在中间支承处都是简支的。沿楼盖周边则根据实际支承情况确定。分别求得各区格板的弯矩，然后叠加得到各区格板的跨中最大弯矩。（2）多跨连续双向板支座最大负弯矩：支座最大负弯矩可按满布活荷载时求得。gg四川理工学院毕业设计第 7 页 共 89 页图 3-1 连续双向板的计算图示3.2.1 标准层楼板计算(1)标准层楼板区格划分如图 3-2： 图 3-2 标准层楼板区格图荷载：ABD 板上荷载：永久荷载设计值：g=1.24.12 =4.944 kN/m2 可变荷载设计值：q=1.42.00 =2.800 kN/m2 调整后折减荷载：g= g+q/2=6.344 kN/m2 q=q/2=1.400 kN/m2 总荷载： g+q=7.744 kN/m2C 板上荷载： 永久荷载设计值：gc=1.23.62 =4.344 kN/m2 可变荷载设计值：qc=1.42.50 =3.500 kN/m2调整后折减荷载：gc= gc+qc/2=6.084 kN/m2 qc=qc/2=1.750 kN/m2 总荷载： gc + qc =7.744 kN/m2 (3)板弯矩计算如表 3-1：支座弯矩：AB 支座：(9.538.90)= 9.22 kNm/m21四川理工学院毕业设计第 8 页 共 89 页AC 支座：(8.905.81)= 7.36 kNm/m21BD 支座：(7.279.65)= 8.46 kNm/m21表 3-1 按弹性理论计算标准层双向板弯矩区 格ABCDlylx/4050/5400=0.754050/5400=0.753000/5400=0.564050/5400=0.75边界条件（上下左右）固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/铰支/铰支/固定/xm（0.02966.3440.06201.4）4.052=4.504（0.03356.3440.06201.4）4.052=4.910（0.03966.0840.06201.75）32=3.551（0.03696.3440.06201.4）4.052=5.2600ym（0.01306.3440.03171.4）4.052=2.081（0.01376.3440.03171.4）4.052=2.154（0.00956.0840.03171.75）32=0.860（0.02066.3440.03171.4）4.052=2.872)(xm4.5042.0810.2=4.924.9102.1540.2=5.343.5510.860.2=3.735.2602.8720.2=5.83跨内2 . 0)(ym2.0814.5040.2=2.982.1544.9100.2=3.140.863.5510.2=1.572.8725.2600.2=3.92边界条件（上下左右）固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/铰支/铰支/固定/(kNm/m)xm0.07017.7444.052=8.900.07507.7444.052=9.530.08247.83432= 5.810.09387.7444.052=11.30支座(kNm/m)ym0.05657.7444.052=7.180.05727.7444.052=7.270.05707.83432= 4.020.07607.7444.052=9.65注：跨内计算弯矩时采用调整后的荷载 g按实际边界条件查得系数计算的结果+q按四边铰支条件查得系数计算的结果；支座计算弯矩时采用总荷载 g+q 按实际边界条件查得系数计算。 (3)截面设计： 截面有效高度，取跨内及支座截面h0 x=12020=100mm，h0y=10010=90mm。各跨内、支座弯矩已求得（考虑A、C 区格板四周与梁整体连接，乘以折减系数 0.8，取内力臂系数 s=0.95 按表 3-2 按弹性理论计算的楼面板截面配筋截 面方向h0/mmm/ kNm/mAs=m/0.95fyh0(mm2)配 筋实配As/mm2Lx1004.920.81978200251.0A 区格Ly902.980.81338200251.0Lx1005.342688180279.0B 区格Ly903.141758180279.0Lx853.732208200251.0C 区格Ly751.571058200251.0Lx1005.832928150355.0跨中D 区格Ly903.922138200251.0AALy1007.180.82888150335.0ABLx1009.2246210170462.0ACLx1007.3636910180436.0BBLy1007.2736410200393.0BDLy1008.4642410170462.0支座CCLy1004.020.81618200251.0四川理工学院毕业设计第 9 页 共 89 页As=m/0.95fyh0，计算得到钢筋截面面积，列于表 3-2/210mmNfy2。minbh=0.0021000120=240mm2。详细配筋见附录标准层配筋图。四川理工学院建筑工程学院毕业设计(自贡市曙光中学综合教学楼)第 10 页 共 89 页3.2.2 屋面板计算(1)屋面楼板区格划分如 3-3： 图 3-3 屋面层楼板区格图ABCD 板上荷载：永久荷载设计值：g=1.355.18 =6.993 kN/m2 可变荷载设计值：q=1.40.7 =0.980 kN/m2 调整后折减荷载：g= g+q/2=7.483 kN/m2 q=q/2=0.49 kN/m2 总荷载： g+q=7.973 kN/m2(2)板弯矩计算如表 3-3：AC 支座：(9.179.81)= 9.49 kNm/m21AC 支座：(9.815.91)= 7.86 kNm/m21BD 支座：(7.489.94)= 8.71 kNm/m21(3)截面设计：截面有效高度，取跨内及支座截面 h0 x=12020=100mm，h0y=10010=90mm。各跨内、支座弯矩已求得（考虑 A、C 区格板四周与梁整体连接，乘以折减系数 0.8，取内力臂系数 s=0.95 按 As=m/0.95fyh0，计算得到钢筋截面面积列于表2/210mmNfy3-4。minbh=0.0021000120=240mm2。板详细配筋见附录顶层板配筋图。四川理工学院毕业设计第 11 页 共 89 页 表 3-3 按弹性理论计算双向板弯矩区 格ABCDlylx/4050/5400=0.754050/5400=0.753000/5400=0.564050/5400=0.75边界条件（上下左右）固定/固定/固定/固定铰支/固定/固定/固定固定/固定/铰支/固定固定/铰支/铰支/固定xm（0.02967.4830.06200.49）4.052=4.131（0.03357.4830.06200.49）4.052=4.610（0.03967.4830.06200.49）32=2.940（0.03697.4830.06200.49）4.052=5.0270ym（0.01307.4830.03170.49）4.052=1.850（0.01377.4830.03170.49）4.052=1.936（0.00957.4830.03170.49）32=0.746（0.02067.4830.03170.49）4.052=2.783)(xm4.1311.8500.2=4.504.6101.9360.2=5.002.9400.7460.2=3.095.0272.7830.2=5.58跨内2 . 0)(ym1.8504.1310.2=2.681.9364.6100.2=2.860.7462.9400.2=1.332.7835.0270.2=3.79边界条件（上下左右）固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/固定/固定/固定/铰支/固定/固定/铰支/铰支/固定/(kNm/m)xm0.07017.9734.052=9.170.07507.9734.052=9.810.08247.97332= 5.910.09387.9734.052=12.27支座(kNm/m)ym0.05657.9734.052=7.380.05727.9734.052=7.480.05707.97332= 4.090.07607.9734.052=9.94注：跨内计算弯矩时采用调整后的荷载 g按实际边界条件查得系数计算的结果+q按四边铰支条件查得系数计算的结果；支座计算弯矩时采用总荷载 g+q 按实际边界条件查得系数计算表 3-4 按弹性理论计算的屋面板截面配筋截 面方向h0/mmm/ kNm/mAs=m/0.95fyh0(mm2)配 筋实配As/mm2Lx1004.500.81808200251.0A 区格Ly902.680.81198200251.0Lx1005.002518200251.0B 区格Ly902.861598200251.0Lx1003.091558200251.0C 区格Ly901.33748200251.0Lx1005.582808150355.0跨中D 区格Ly903.792118200251.0AALy1007.380.82968150335.0ABLx1009.4947610150491.0ACLx1007.863948/10170379.0BBLy1007.483758/10170379.0BDLy1008.7143710170462.0支座CCLy1004.090.81648200251.0四川理工学院毕业设计第 12 页 共 89 页第四部分第四部分 次梁计算次梁计算4.1 荷载计算恒载设计值：板传来的自重4.121.24.0520.02 kN/m次梁自重0.25（0.6-0.12）251.23.6 kN/m次梁粉刷0.02 (0.6-0.12)2171.20.39 kN/m小计：24.01 kN/m活载设计值：201.44.0511.34 kN/m荷载设计值g+q=24.01+11.34=35.35 kN/m图4-1次梁计算简图及荷载分布4.2 次梁计算4.2.1 弯矩计算边跨Ma=-1/24(g+q)L012= -35.355.12/24-38.31kNmM1 = 1/14(g+q)L012= 35.355.12/14 65.58kNmMb=-1/11(g+q)L012= -35.355.12/11=-83.59 kNm第二跨Mb=-1/11(g+q)L022= -35.355.12/11=-83.59kNmM2= 1/16(g+q)L022= 35.355.12/16 57.47kNmMc=-1/14(g+q)L022= -35.355.12/14-65.68kNm第三跨四川理工学院毕业设计第 13 页 共 89 页Mc=-1/14(g+q)L032= -35.355.12/14=-65.68kNmM3= 1/16(g+q)L032= 35.355.12/16 57.47kNmMd=-1/14(g+q)L032= -35.355.12/14-65.68kNm第四跨Md=-1/14(g+q)L042= -35.355.12/14= -65.68kNmM4= 1/16(g+q)L042= 35.355.12/16 57.47kNmMe=-1/11(g+q)L042= -35.355.12/11-83.59kNm第五跨Me=-1/11(g+q)L052= -35.354.22/11= -56.69kNmM5 = 1/14(g+q)L052= 35.354.22/16 44.54kNmMf=-1/16(g+q)L052= -35.354.22/24-25.98kNm4.2.2 剪力计算边跨Va=0.5(g+q)L01= 0.533.65.190.14 kNVbl= 0.55(g+q)L01= 0.5533.65.199.16 kN第二跨Vbr=0.55(g+q)L02= 0.5533.65.199.16 kNVcl= 0.55(g+q)L02= 0.5533.65.1 99.16 kN第三跨Vcr=0.55(g+q)L03= 0.5533.65.199.16 kNVdl= 0.55(g+q)L03= 0.5533.65.199.16 kN第四跨Vdr=0.55(g+q)L04= 0.5533.65.199.16 kNVel= 0.55(g+q)L04= 0.5533.65.199.16 kN第五跨Ver=0.55(g+q)L05= 0.5533.64.581.66 kNVf= 0.5(g+q)L05= 0.533.64.574.24 kN4.3.截面设计采用C30混凝土，fc14.3N/mm，HRB335, fy 300N/mm， 纵筋合力点至近边边缘的距离 as 35mm；T形截面计算:四川理工学院毕业设计第 14 页 共 89 页 取 h0=600-35=565m 4.050.251.273fbm120fhmm0120()1270 120 14.3 (565)11005566001100.5665.6822fffchb h f hkN mkN m 次梁的正截面斜截面承载力计算分别见表4-1，表4-2。表 4-1 次梁正截面承载力计算截面左边跨 左边跨中 第一内支座 中间跨中 中间支座 右边跨中 右边跨M（kNm）-38.3165.68-83.5957.47-65.6844.54-25.98s=M/bh0fc0.0340.0110.0730.0100.0580.0080.023=1-(1-2s)0.0350.0110.0760.0100.0600.0080.023As=1fcbh0/fy235.7376.2511.7342.0404.0273.6154.9选配钢筋314314414314314314214实配461461615461461461307.5表 4-2 次梁斜截面承载力计算截面AB左E左E右FV/kN90.1499.1699.1681.6674.240.25cbh0fc5055055055055050.7ftbh0141.4V141.4V141.4V141.4V141.4V箍筋肢数，直径双肢 8150 双肢 8150 双肢 8150 双肢 8150 双肢 8150sv0.280.280.280.280.28注：因为 0.7ftbh0V，只需构造配筋因为 h=600450，所以配置腰筋 G412，详细见附录梁配筋图。四川理工学院毕业设计第 15 页 共 89 页第五部分第五部分 竖向荷载作用下框架结构的内力计算竖向荷载作用下框架结构的内力计算5.1 横向框架计算单元根据结构布置和荷载计算，对 6 轴一榀横向中框架进行计算，如图 5-1 所示。房间内直接传给该框架的楼面荷载如图中的阴影线所示。图 5-1 横向框架计算单元5.2 梁、柱线刚度计算梁、柱线刚度分别见表 5-1，表 5-2。 表 5-1 横梁线刚度计算 (Ec=3104N/mm2)类别bh(mmmm)I（109mm4）L（mm）EcI/L (1010Nmm)1.5EcI/L (1010Nmm)2EcI/L(1010Nmm)边横梁30080012.881004.747.119.48中横梁3004001.6030001.602.403.20 表 5-2 柱线刚度 ic计算层次h（mm）bh（mm）I（109mm4）EcI/L(1010Nmm)0.9EcI/L(1010Nmm)60060010.86.485.831250005005005.203.122.8160060010.88.317.483639005005005.204.003.60四川理工学院毕业设计第 16 页 共 89 页 图 5-2 横向中框架梁、柱线刚度（单位：1010Nmm）所计算的中框架是对称结构，在计算竖向荷载作用时，取一半计算，断开的中跨线刚度是原来的 2 倍。5.3.恒载荷载计算5.3.1 线荷载屋面： 屋面恒载 5.18kN/m2 屋面板传来的恒载：5.184.0520.98 kN/m教室梁自重：0.300.825=6 kN/m教室梁侧粉刷：2（0.8-0.12）0.02170.46 kN/m 教室横梁的矩形线荷载 合计：6.46 kN/m教室横梁的三角形线荷载 合计：20.98 kN/m走廊板传来的恒载：5.183.015.54 kN/m四川理工学院毕业设计第 17 页 共 89 页走廊梁自重：0.300.425=3 kN/m走廊梁侧粉刷：2（0.4-0.10）0.02170.2 kN/m 走廊横梁的矩形线荷载 合计：3.20 kN/m走廊横梁的三角形线荷载 合计：15.54 kN/m楼面： 楼面恒载 4.12kN/m2楼面板传来的恒载：4.124.0516.70 kN/m教室梁自重：0.300.825=6 kN/m教室梁侧粉刷：2（0.8-0.12）0.02170.46 kN/m教室梁上墙自重：0.24（3.9-0.8）1914.14 kN/m教室梁上墙面粉刷：（3.9-0.8）0.022172.108 kN/m 教室横梁的矩形线荷载 合计：22.71kN/m教室横梁的三角形形线荷载 合计：16.70 kN/m走廊：楼面恒载 3.62 kN/m2走廊楼面传来的恒载：3.623.010.86 kN/m走廊梁自重 0.300.425=3 kN/m走廊梁侧粉刷：2（0.4-0.10）0.02170.2 kN/m 走廊横梁的矩形线荷载 合计：3.20 kN/m走廊横梁的三角形线荷载 合计：10.86 kN/m5.3.2 集中荷载次梁传来的集中荷载：屋面：板传来的恒载：5.184.0520.98 kN/m次梁自重：0.25（0.60.12）253.0 kN/m次梁粉刷：0.02（0.6-0.12）2170.33 kN/m (5.4+5.4-4.05)20.980.53.05.40.335.488.79kN楼面：板传来的恒载：4.124.0516.70 kN/m次梁自重：0.25（0.60.12）253.00 kN/m四川理工学院毕业设计第 18 页 共 89 页次梁粉刷：0.02（0.6-0.12）2170.33 kN/m (5.4+5.4-4.05)16.700.53.005.40.335.474.35kN屋面框架节点集中荷载：边柱联系梁自重：0.250.65.42520.25kN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76kN0.6m 挑檐板自重：0.65.45.1816.78kN0.6m 高排水外延沟自重：0.65.4250.129.72kN边柱联系梁传来屋面荷载：0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/25.1835.48kN 顶层边节点集中荷载 合计：83.99kN中柱联系梁自重：0.250.65.42520.25kN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76kN联系梁传来的屋面板荷载：0.5(5.4+5.4-3.0)3.0/25.18=30.30 kN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/25.18=35.40kN顶层中节点集中荷载 合计：87.71kN楼面框架节点集中荷载：边柱联系梁自重：0.250.65.42520.25kN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76kN塑钢窗：（3.9-1.2-0.6）（5.4-0.6）0.4=4.03kN窗下墙体自重：0.241.25.41929.5kN窗下墙体粉刷自重：20.021.25.4174.41kN框架柱自重：0.60.63.92535.1kN框架柱粉刷自重：(0.6+0.6)20.023.917=3.18kN联系梁传来的楼面自重：0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/24.1228.16kN 楼面层边节点集中荷载 合计：126.39kN中柱联系梁自重：0.250.65.42520.25kN粉刷：0.02（0.6-0.12）25.4171.76kN四川理工学院毕业设计第 19 页 共 89 页内纵墙自重：5.4(3.9-0.6)0.2419=81.3kN内纵墙墙体粉刷自重：5.4(3.9-0.6)20.0217=12.2kN扣除门窗洞：1.21.20.4-1.21.20.2419+2.110. 2-2.11.00.2419-15.15kN框架柱自重：0.60.63.92535.1kN框架柱粉刷自重：(0.6+0.6)20.023.917=3.18kN联系梁传来的楼面自重：0.5（5.4+5.4-3.0）3.0/23.6221.18kN0.5(5.4+5.4-4.05)4.05/24.12=28.16 kN 楼面层中节点集中荷载 合计：187.98kN5.3.3 集中荷载引起的偏心弯矩 M图 5-3 屋顶边柱偏心简图 屋面层集中荷载引起的偏心弯矩M83.990.4537.80kNm图 5-4 标准层边柱偏心简图楼面层集中荷载引起的偏心弯矩 M: 126.390.175=22.12kNm四川理工学院毕业设计第 20 页 共 89 页5.3.4 屋面层梁上作用的恒载gkgkgk2gk2gk2gk2gk2，gk1gk1，gk1 3000图 5-5 屋面层梁上作用的恒载在上图中，gk1、gk1,分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gk2和 gk2,分别代表房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。gk1=6.46 kN/m gk2=20.98 kN/m gk1,=3.20 kN/m gk2,=15.54 kN/m gk=88.79kNgk2、gk2,、gk代表房间和走廊传给横梁的三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 223217kkgg三角形荷载 2285kkgg跨中集中荷载 lggkk23 =17/3220.98=11.15 kN/m223217kkgg=5/815.54=9.71 kN/m2285kkgg=3/(28.1)88.79=16.44 kN/mlggkk23横向框架恒荷载： 屋面板：11.156.46+16.44=34.05 kN/m （8.1m 跨） 9.71+3.20=12.91 kN/m （3.0m 跨）四川理工学院毕业设计第 21 页 共 89 页5.3.5 楼面层梁上作用的恒载图 5-6 标准层梁上作用的恒载在上图中，gk1、gk1,分别代表横梁自重，是均布荷载形式；gk2和 gk2,分别代表房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载，gk代表跨中次梁集中荷载。gk1=22.71 kN/m gk2=16.70 kN/m gk1,=3.20 kN/m gk2,=10.86 kN/m gk=74.35kNgk2、gk2,、gk代表房间和走廊传给横梁的三角形荷载和跨中集中荷载，需要将其转化为等效均布荷载。 两个三角形荷载 223217kkgg三角形荷载 2285kkgg跨中集中荷载 lggkk23=17/3216.70=8.87 kN/m223217kkgg=5/810.86=6.79 kN/m2285kkgg=3/(28.1)74.35=13.77 kN/mlggkk23横向框架恒荷载： 楼面板：22.718.87+13.77=45.35 kN/m （8.1m 跨） 6.79+3.20=9.99 kN/m （3.0m 跨）5.4 恒载内力计算分层法的计算要点（具体过程见图 5-7，图 5-8，图 5-9）：四川理工学院毕业设计第 22 页 共 89 页（1）作用在某一层的框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁和与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，而对其他层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。（2）除底层以外的其它各层柱的线刚度均乘折减系数 0.9。（3）除底层以外的其它各层柱的弯矩传递系数取 1/3。0.4410.559 0.683 0.2020.115 37.8037.80 -186.17-186.17 186.17186.17 -9.68-9.68 -4.84-4.8464.43 82.94 41.47 -74.44 -148.87-44.03-25.07 25.0732.83 41.6120.80 -14.21-4.20-2.39 2.3997.2697.26 -136.06-136.06 85.3685.36 -48.23-48.23-37.14-37.14 22.6222.6232.4232.42 -16.08-16.08 图 5-7 顶层弯矩分配 (单位 kNm)36.0336.03 -17.30-17.30 108.09108.09 -51.91-51.9125.45-2.71 82.64 -49.20 0.3060.388 0.5680.1680.096 -22.12-22.12 0.3060.168 -247.95-247.95247.95247.95 -7.49-7.49-3.75-3.7582.64 104.7952.39 -83.17-166.34 -49.20 -28.1128.1125.45 32.2716.13 -9.16 -2.71 -1.55 1.55108.09108.09 -194.06-194.06 140.97140.97 -51.91-51.91 -37.15-37.15 25.9125.9136.0336.03 -17.30-17.30 图 5-8 标准层弯矩分配 (单位 kNM)四川理工学院毕业设计第 23 页 共 89 页38.2638.26 -18.72-18.72114.77114.77 -56.15-56.1528.62-3.00 86.15 -53.15 0.3190.405 0.5570.1650.094 -22.12-22.12 0.2760.184 -247.95-247.95247.95247.95-7.49-7.49-3.75-3.7574.54 109.3854.69-89.72-179.44-59.28-30.2830.2824.76 36.3418.17 -10.12-3.34-1.711.7199.3099.30 -191.95-191.95 131.25131.25-62.62-62.62-39.48-39.4828.2428.2449.6549.65 -31.31-31.31 图 5-9 底层弯矩分配 (单位 kNM)节点弯矩二次调整：在用分层法计算竖向荷载作用下的结构内力时，计算的框架节点处弯矩之和不等于零，这是由于分层计算单元与实际结构不符带来的误差，因此要对节点不平衡力矩再做一次弯矩分配，予以修正。顶层框架边柱节点，下层框架传来弯矩是 36.03 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M右=-0.55936.03=-20.14 kNmM下=-0.44136.03=-15.89 kNm顶层框架中柱节点，下层框架传来弯矩是-17.30kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M右=0.68317.30=11.82 kNmM左=0.11517.30=1.99 kNmM下=0.20217.30=3.46 kNm 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩过程见图 5-10。四川理工学院毕业设计第 24 页 共 89 页0.4410.559 0.6830.2020.115 36.03-17.30-15.89-20.14 11.82 3.491.99 97.26-136.06 85.36-48.23-37.14 117.4117.4-156.20-156.2097.1897.18 -62.04-62.04-35.15-35.15 图 5-10 顶层二次弯矩分配 (单位 kNm)第五层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是 32.42 kNm、36.03kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=-0.306（32.42+36.03）=-20.95 kNmM下=-0.306（32.42+36.03）=-20.95 kNmM右=-0.388（32.42+36.03）=-26.56 kNm 第五层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-16.08 kNm、-17.30kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=0.168（16.08+17.30）=5.61 kNmM下=0.168（16.08+17.30）=5.61 kNmM左=0.568（16.08+17.30）=18.96 kNmM右=0.096（16.08+17.30）=3.20 kNm 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩过程见图 5-11。第三、四层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是 36.03 kNm，36.03kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=-0.306（36.03+36.03）=-22.05 kNmM下=-0.306（36.03+36.03）=-22.05 kNmM右=-0.388（36.03+36.03）=-27.96 kNm 四川理工学院毕业设计第 25 页 共 89 页 32.42 -16.08 -20.95 5.61 108.09 -51.91 119.56119.56 -62.38-62.38 0.3060.388 0.568 0.1680.0960.3060.168 36.03 -17.30-20.95 -26.5618.965.613.20108.09-194.06140.97-51.91-37.15 123.17123.17 -220.62-220.62 159.93159.93-63.60-63.60-33.95-33.95 图 5-11 五层二次弯矩分配 (单位 kNM)第三、四层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-17.30kNm、-17.30kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=0.168（17.30+17.30）=5.81 kNmM下=0.168（17.30+17.30）=5.81 kNmM左=0.568（17.30+17.30）=19.65 kNmM右=0.096（17.30+17.30）=3.32 kNm将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩过程见图 5-12。第二层框架边柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是 36.03 kNm，38.26kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：四川理工学院毕业设计第 26 页 共 89 页M上=-0.306（36.03+38.26）=-22.73 kNmM下=-0.306（36.03+38.26）=-22.73 kNmM右=-0.388（36.03+38.26）=-28.82 kNm36.03 -17.30 -22.05 5.81 108.09 -51.91 122.07122.07 -63.40-63.40 0.3060.388 0.568 0.1680.0960.3060.168 36.03 -17.30-22.05 -27.9619.655.813.32108.09-194.06140.97-51.91-37.15 122.07122.07 -222.02-222.02 160.62160.62-63.40-63.40-33.83-33.83图 5-12 三、四层二次弯矩分配 (单位 kNM) 第二层框架中柱节点，上层和下层框架传来弯矩分别是-17.30 kNm、-18.72 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=0.168（17.30+18.72）=6.05 kNmM下=0.168（17.30+18.72）=6.05 kNmM左=0.568（17.30+18.72）=20.46 kNmM右=0.096（17.30+18.72）=3.46 kNm 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩过程见图 5-13。底层框架中柱节点，上层框架传来弯矩是-17.30 kNm。四川理工学院毕业设计第 27 页 共 89 页节点各构件分配到的弯矩分别为：M上=0.16517.30 = 2.85 kNmM下=0.18417.30 = 3.18 kNmM左=0.55717.30 = 9.64 kNmM右=0.09417.30 = 1.63 kNm36.03 -17.30 -22.
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