郑州大学现代远程教育---土木工程-毕业设计

1 郑州大学现代远程教育 毕 业 设 计 题 目 新校区教学楼设计 入 学 年 月 2013 年 姓 名 学 号 专 业 土木工程 联 系 方 式 1 学 习 中 心 豫省电大 指 导 教 师 完成时间 2015 年 9 月 6 日 2 目 录 摘 要 4 绪论 5 1 建筑设计理念及设计依据 6 1 1 设计理念 6 1 2 工程概况 6 2 建筑设计 8 2 1 平面设计 8 2 2 立面设计 9 2 3 建筑剖面设计 10 2 4 其它部分详细做法和说明 10 3 截面尺寸初步估计 12 3 1 柱截面设计 12 3 2 梁的截面设计 12 4 框架侧移刚度的计算 13 4 1 横梁线刚度 I B的计算 13 4 2 柱线刚度 I C的计算 13 4 3 各层横向侧移刚度计算 14 5 竖向荷载及其内力计算 16 5 1 计算单元的选择确定 16 5 2 竖向荷载统计 16 5 3 竖向荷载内力计算 18 5 2 重力荷载代表值计算及荷载汇总 28 3 6 水平荷载计算 31 6 1 风荷载计算 31 6 2 地震荷载计算 33 7 框架的内力组合 39 7 1 梁柱的内力组合 39 7 2 柱端弯矩设计值的调整 44 8 截面设计 45 8 1 框架梁截面设计 45 8 2 框架柱截面设计 47 8 3 楼板设计 53 9 楼梯计算 56 9 1 示意图 56 9 2 荷载计算 56 10 基础设计 58 10 1 荷载设计值 58 10 2 A D 柱独立基础的计算 58 10 3 B C 柱基础配筋 61 毕业设计总结 64 参考文献 67 致 谢 69 4 摘 要 根据教学楼设计规范和其它相关标准 以及设计要求和提供的地质资料 设计该框架结构 教学楼 按照先建筑后结构 先整体布局后局部节点设计步骤设计 主要内容包括 设计资 料 建筑设计总说明 建筑的平面 立面 剖面图设计说明 以及其它部分的设计说明 结构 平面布置及计算简图确定 荷载计算 内力计算 内力组合 主梁截面设计和配筋计算 框架 柱截面设计和配筋计算 次梁截面设计配筋计算 楼板和屋面设计 楼梯设计 基础设计等 其中附有风荷载作用下的框架弯矩 剪力和轴力图 纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩 剪力和轴力图 恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩 剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表 关键词 框架 重力荷载代表值 现浇钢筋混凝土结构 内力组合 弯矩调幅 Abstract According to building design specifications and other relevant standards and design requirements and provide geological data the design of the framework of the classroom building After the first building in accordance with the structure and layout of the overall after the first local node design steps design Main contents include design architectural design of the total shows that the construction of the plane Facade profile design specifications and other parts of the design structural layout and schematic calculation of identification load stress the combination of internal forces Main beam reinforcement design and calculation frame section design and reinforcement meeting beam reinforcement design floor and roof design stair design infrastructure design Enclosing wind load under the framework moment shear and axial bid vertical and horizontal seismic loads under the framework of the moment shear and axial bid Constant load and live load under the framework moment shear and axial trying to internal forces and the combination of beam column table Key Words frame Gravity load charecter value cast in place reinforced concrete structure internal force make up curved square amplitude modulation 5 绪论 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段 是毕业前的综合学习阶段 是深化 拓宽 综合教和学的重要过程 是对大学期间所学专业知识的全面总结 本组毕业设计题目为 洛阳铁路信息学校新校区教学楼设计 在毕设前期 我温习了 结构力学 钢筋混凝土设计 建筑结构抗震设计 等书籍 并借阅了 抗震规范 混 凝土规范 荷载规范 等规范 在毕设中期 我们通过所学的基本理论 专业知识和基本技 能进行建筑 结构设计 在毕设后期 主要进行设计手稿的电脑输入 并得到老师的审批和指 正 使我圆满的完成了任务 在此表示衷心的感谢 毕业设计的三个月里 在指导老师的帮助下 经过资料查阅 设计计算 论文撰写以及外 文的翻译 加深了对新规范 规程 手册等相关内容的理解 巩固了专业知识 提高了综合分 析 解决问题的能力 在进行内力组合的计算时 进一步了解了 Excel 在绘图时熟练掌握了 AutoCAD 天正 探索者等绘图软件 以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要 求 框架结构设计的计算工作量很大 在计算过程中以手算为主 辅以一些计算软件的校正 由于自己水平有限 难免有不妥和疏忽之处 敬请各位老师批评指正 6 1 建筑设计理念及设计依据 1 1 设计理念 教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑 纵观教学建筑的发展历史 无不体现 着 人类文化 文明的历史进程和时代特征 教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同 点 也有许多不同的特点和要求 随着时代的发展 办公楼的内容和形式都在不断发生变化 因此 我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细研究 经过一番思考 我认为本设计应该 具有以下 特点 1 弹性 从设计 结构到服务功能都应做到开放性 以适应时空的变化 2 紧凑性 教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理 3 易接近性 从楼外到楼内 从入口到各个部门 要规划得合理 要设计一个良好的导引系统 4 可扩展性 在未来扩展 时可灵活延伸 将损失减小到低程度 5 舒适性 在环境 通风 温湿度 光线等方面要柔 和 协调 尽量借用外部的自然环境 6 环境的稳定性 7 安全性 建筑安全防护措施做 到不仅满足规范要求而且更加人性化 8 济性 把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人 员控制在最低限度 在整个设计过程中 我本着 安全 适用 经济 美观 的原则 在满足设计任务书提出的 功能要求前提下 完成了建筑设计这一环节 合理的选择框架 并为以后的结构设计打下了良 好的基础 1 2 工程概况 本设计教学楼位于洛阳市 用地 755 方米 红线范围为 50m 20m 该地段地势平坦 环 境较好 在选址和环境营造方面 注意自然景色的优美 也重学习环境各交通条件的因素 更 强调人与自然环境的协调统一 比较适合教学楼功能的充分利用 根据设计资料的规划要求 本教学楼建筑要求的主要功能有 门卫室 教师休息室 大 教室 小教室 多媒体教室等 设计标高 室内外高差 450mm 墙身做法 墙身采用 250 厚的加气混凝土块 内粉刷为混合沙浆浆底 纸筋抹灰面 厚 20mm 内墙涮两度涂料 外墙贴砖 楼面做法 楼面 大理石楼面 100 厚现浇钢筋砼楼板 20 厚板底抹灰 屋面做法 上人屋面 见建筑设计部分 门窗做法 塑钢窗和木门 地质资料 工程地质和水文地质 建筑场地的地质钻孔资料如下表 7 表 1 地质资料 岩土名称 土层厚度 m 层底高程 m 承载力特征值 aka Kpa 杂填土 0 5 0 5 80 粘土 1 3 1 8 280 场地土的特征周期 卓越周期 为 0 30s 勘测时间 勘测范围内未见地下水 地震烈度 7 度 设计基本地震加速度为 0 1g 类场地 设计地震分组为第一组 抗震 等级三级 基本风压 0 0 40KN m2 雪压 0 30 KN m 2 地面粗糙度类别为 B 类 上人屋面活荷为 2 0KN m2 走廊 楼梯活荷载为 2 5KN m2 卫生间楼面活荷载为 2 0KN KN m2 教室楼面活荷为 2 0KN KN m2 8 2 建筑设计 2 1 平面设计 该建筑物总长度为 42 4m 总宽度为 17 8m 共五层 总建筑面积为 3773 6m2 主体结构采 用现浇钢筋混凝土框结构 图 2 1 建筑平面图 2 1 1 使用部分的平面设计 使用房间面积的大小 主要由房间内部活动的特点 使用人数的多少以及设备的因素决定 的 本建筑物为教学楼 主要使用房间为教室 各主要房间的具体设置在下表一一列出 如下 表 表 2 1 房间设置表 序号 房间名称 数量 单个面积 1 大教室 29 64 8 2 小教室 5 43 2 3 教师休息室 5 43 2 4 门房 1 10 8 5 储藏室 1 10 8 7 洗手间 5 43 2 2 1 2 门的宽度 数量和开启方式 房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的 如果室内 9 人数多于 50 人 或房间面积大于 60 m2 时 按照防火要求至少要设两个门 分别设在两端 以保证安全疏散 在进出人流频繁的地方 应使用弹簧门 教室设置两扇 900 宽的门 门扇开向室外 为了在发生危险时便于疏散 正面大门采用两 扇宽为 1 8m 的双扇门 走廊两端的采用 0 75m 的双扇门 均向外开 2 1 3 窗的大小和位置 房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑 采光方面 窗的大小直接影 响到室内照明是否充足 各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上精确细密的 程度来确定的 通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的 大小 教室采光面积比为 1 6 1 8 走廊和楼梯间大于 1 10 教室采光面积比为 在范围之内1 80 3 楼梯间 2 30 均满足要求 2 1 4 辅助房间的平面设计 通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少 先确定所需设备的个数 建筑物中公 共服务的卫生间应设置前室 这样使得卫生间比较隐藏 又有利于改善通向卫生间的走廊或过 厅的卫生条件 为了节省交通面积 并使管道集中 采用套间布置 在本设计中 每层大约有 400 人上课 按规范规定 男卫生间 大便器 5 具 80 人 设 5 具 小便器 1 具 40 人 设 10 具 女卫生间 大便器 1 具 40 人 设 10 具 洗手盆 1 具 200 人 设 2 具 2 1 5 交通部分的平面设计 走廊的应符合人流通畅和建筑防火要求 通常单股人流的通行宽度约为 500 600mm 由 于走廊两侧设房间 走廊宽度采用 3000mm 根据建筑物的耐火等级为二级 层数五层 走廊 通行人数为 60 人 防火要求最小宽度为 1m 符合要求 楼梯是房屋个层间的垂直交通部分 各楼层人流疏散的必经通路 楼梯设计主要根据使用 要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度 梯段的宽度通常不小于 1100mm 1200mm 2 2 立面设计 结构韵律和虚实对比 是使建筑立面富有表现力的重要设计手法 建筑立面上结构构件或 门窗作用有规律的重复和变化 给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果 在本设计中 正立面中所有的窗尺寸都是一样的 给人以特别整齐的感觉 房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点 美观问题紧密地结合功能要求 同时 建筑物所在地区的气候 地形 道路 原有的建筑物以及绿化等基地环境 也是影响建筑物立 10 面设计的重要因素 2 3 建筑剖面设计 为防止室外雨水流入室内 并防止墙身受潮 将使内地坪提高到室外地坪 450mm 首 层 标准层与顶层层高均为 3 3m 2 4 其它部分详细做法和说明 根据 设计规范 采用如下设计 1 基础 墙基 防潮层 在 0 045 以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮 20 厚的 1 2 水泥砂浆掺 5 避水浆 位 置一般在 0 045 标高处 适用于砖墙墙身 2 地面 人造大理石板地面 20 厚 1 2 水泥砂浆找平层 100 厚 C30 混凝土 100 厚素土夯实 3 楼面 人造大理石板地面 20 厚 1 2 水泥砂浆找平层 100 厚钢筋混凝土楼板 20 厚底板抹灰 3 踢脚台度做法 釉面瓷砖踢脚台度 5 厚釉面砖 白瓷砖 水泥擦缝 5 厚 1 1 水泥细砂结合层 12 厚 1 3 水泥砂浆打底 4 内墙面做法 水泥砂浆粉面 刷 喷 内墙涂料 10 厚 1 2 水泥砂浆抹面 15 厚 1 3 水泥砂浆打底 5 外墙面 用 15 厚 1 3 水泥沙浆找平 200 60 高级无釉质瓷砖饰面 6 a 五层上人屋面做法 小瓷砖面层 高聚物改性沥青防水层 1 8 水泥砂浆找坡层 20 厚 1 2 水泥砂浆找平层 150 厚水泥蛭石保温层 20 厚底板抹灰 7 水泥台阶 11 花岗岩面层 20 厚 1 25 水泥砂浆抹面压实抹光 素水泥浆一道 70 厚 C15 号混凝土 厚度不包括踏步三角部分 台阶面向外坡 1 200 厚碎石或碎砖石灌 M2 5 号混合砂浆 素土夯实 坡度按工程设计 8 散水做法 20 厚 1 2 水泥砂浆抹面 压实抹光 60 厚 C15 混凝土 素土夯实向外坡 4 备注 散水宽度应在施工图中注明 每隔 6m 留伸缩缝一道 墙身与散水设 10 宽 沥青砂浆嵌缝 宽 600 900mm 坡度 3 5 9 主体为现浇钢筋混凝土框架结构 楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构 整个设计过程中 在满足设计任务书提出的功能要求前提下 同时遵循 安全 适用 经济 美观 的 原则 结构布置合理 房间利用率比较高 适用性很强 同时又不失美观 12 3 截面尺寸初步估计 3 1 柱截面设计 该结构选用 C30 的混凝土 选用二级钢筋 HRB335 214 3 cfNm 230 yfNm 结构抗震等级为三级 由公式 3 1 Afc 式中 取 0 8 取 14 3 103 kN m2fc N 15 A 其中 15 为面荷载 从而得到 N 15 3 7 2 3 0 230KN21 可得 A 0 101m2 101000mm2nNfc 305 814 b h 317mm A 取 b h 400mm 3 2 梁的截面设计 梁的截面宽度 b 框架梁取 300mm 楼面连系梁取 200mm 梁的截面高度 h 取值如下 框架梁 h1 L 3 2 82 AB CD 跨 h1 L 600mm 取 h1 600mm 70 BC 跨 在 AB 和 CD 之间 考虑到整体性 故也取 h1 600mm 连系梁 H2 L h2 L 250mm k 2130 取 h2 400mm 综上可知 各梁的截面如下 框架梁 b1 h1 300mm 6000mm AB 跨 BC 跨 CD 跨 连楼面系梁 b3 h3 200mm 400mm 13 4 框架侧移刚度的计算 根据规范可知 对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正 边框架梁 1 5 I0 中框架梁 2 取结构图中 5 号轴线的一榀框架进行计算 图 4 1 框架示意图 4 1 横梁线刚度 i b 的计算 表 4 1 横梁线刚度 ib 计算表 类别 Ec N mm2 b mm h mm I0 mm4 l mm EcI0 l kN m 1 5EcI0 l kN m 2EcI0 l kN m AB CD 跨 3 0 104 300 600 5 4 109 7200 2 25 1010 4 5 1010 BC 跨 3 0 104 300 400 1 6 109 3000 1 6 1010 3 2 1010 14 4 2 柱线刚度 i c 的计算 表 4 2 柱线刚度 ic 计算表 层次 Ec N mm2 b mm h mm hc mm Ic mm 4 EcIo l kN m 1 3 0 104 400 400 4500 2 1 109 1 4 1010 2 4 3 0 104 400 400 3300 2 1 109 1 9 1010 图 4 2 线刚度示意图 4 3 各层横向侧移刚度计算 4 3 1 底层 A D 柱 i 2 37 c 0 5 i 2 i 0 66 D11 c 12 ic h2 0 66 12 1 9 1010 33002 13818 B C 柱 i 4 5 3 2 1 9 6 18 c 0 5 i 2 i 0 82 15 D12 c 12 ic h2 0 82 12 1 9 1010 33002 17168 4 3 2 第二层 1 4 号柱 i 4 5 2 1 9 2 2 37 c i 2 i 0 54 D21 c 12 ic h2 0 54 12 1 9 1010 33002 11305 2 3 号柱 i 4 5 2 3 2 2 1 9 2 4 05 c i 2 i 0 67 D22 c 12 ic h2 0 67 12 1 9 1010 33002 14028 4 3 3 三 四 五层 三层 四层和五层的计算结果与二层相同 D31 D34 11305 D32 D33 14028 D41 D44 11305 D42 D43 14028 D51 D54 11305 D52 D53 14028 表 4 3 横向侧移刚度统计表 层次 1 2 3 4 5 Di N mm 61972 15 929580 50666 15 759990 759990 759990 759990 该框架为横向承重框架 不计算纵向侧移刚度 D1 D2 929580 759990 0 7 故该框架为规则框架 16 5 竖向荷载及其内力计算 5 1 计算单元的选择确定 图 5 5 1 计算单元 计算单元宽度为 7 2m 4 轴线至 6 轴线间 故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平 阴影所示 5 2 竖向荷载统计 5 2 1 屋面及楼面恒载 屋面 17 小瓷砖层 0 55 kN m2 高聚物改性沥青防水层 0 5 kN m2 20 厚水泥砂浆找平 0 02 20 0 4 kN m2 1 8 水泥砂浆找坡层 1 44 kN m2 150 厚水泥蛭石保温层 0 15 5 0 75 kN m2 100 厚钢筋混凝土结构层 0 1 25 2 5 kN m2 20 厚底板抹灰 0 02 17 0 34 kN m2 kN m2 48 6 楼面 12 厚人造大理石板面层 0 012 28 0 336 kN m2 100 厚砼板 0 10 25 2 5 kN m2 20 厚板底抹灰 0 34 kN m2 kN m 567 3 5 2 2 屋面及楼面活载 楼面活载 教室 2 0 kN m2 厕所 2 0 kN m2 走廊 门厅 楼梯 2 5 kN m2 屋面活载 上人屋面 2 0 kN m2 雪载 本题目基本雪压 S 0 0 3 kN m2 屋面积雪分布系数 r 1 0 屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为 S K r S0 1 0 0 3 0 3 kN m2 5 2 3 梁荷载标准值 框架梁 b1 h1 300 600 mm2 梁自重 0 3 0 60 0 1 25 3 75kN m 10 厚水泥石灰膏砂浆 0 01 0 6 0 1 2 14 0 14 kN m kN m 3 89 纵向连系梁 b2 h2 200 400 mm2 梁自重 0 2 0 4 0 1 25 1 50 kN m 10 厚水泥石灰膏砂浆 0 01 0 4 0 1 2 14 0 084 kN m kN m 1 58 5 2 4 墙荷载标准值 外 250mm 厚加气混凝土砌块 0 25 7 1 75 kN m2 20 厚底板抹灰 0 02 17 0 34 kN m2 6 厚外墙贴面砖 0 006 19 8 0 1188 kN m2 18 kN m22 1 内 250mm 厚加气混凝土砌块 0 25 7 1 75 kN m2 20 厚底板抹灰 0 02 17 0 34 kN m 20 厚水泥粉刷墙面 0 02 17 0 34 kN m2 kN m2 43 女儿墙 6 厚水泥砂浆罩面 0 006 20 0 12 kN m2 12 水泥砂浆打底 0 012 20 0 24 kN m2 240 粘土空心砖 0 24 11 2 64 kN m2 6 厚外墙贴砖 0 006 19 8 0 119 kN m2 kN m2 19 3 门 窗及楼梯间荷载 门窗荷载标准值 塑钢玻璃窗单位面积取 0 4 KN m2 木门取 0 2 KN m2 塑钢玻璃门取 0 40KN m2 楼梯荷载标准值 楼梯底板厚取为 100 平台梁截面尺寸为 200 400 楼梯板自重 0 5 0 074 0 15 0 074 0 3 25 0 3 3 73KN m 2 人造理石面层 0 3 0 15 0 336 0 3 0 504 KN m 2 板底 20 厚纸筋抹灰 0 34 0 02 12 0 3 0 36 KN m2 合 计 4 594 KN m2 平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上 计算长度取 l 3300 300 3000 其自重 0 3 0 2 3 0 25 4 5KN 19 5 3 竖向荷载内力计算 图 5 2 荷载示意图 5 3 1 恒载作用下柱的内力计算 恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示 图 5 3 恒荷载作用下的荷载分布图 对于第 5 层 q1 表横梁自重 为均布荷载形式 q1 3 89KN m q2 分别上人屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 q2 6 48 3 0 19 44KN m 20 P1 P 2 分别由边纵梁 中纵梁 边纵梁直接传给柱的恒载 P E 是由纵向次梁直接传给横 向主梁的恒载 它们包括主梁自重 次梁自重 楼板重 及女儿墙等重力荷载 计算如下 P1 1 5 1 5 1 2 2 3 567 1 58 3 0 3 119 3 0 1 4 25 87 P2 1 5 1 5 1 2 4 3 567 1 58 3 0 20 79 KN 集中力矩 M1 PBeB 25 87 0 4 0 2 2 2 59 KN m M2 PDeD 20 79 0 4 0 2 2 2 08 KN m 对于 1 4 层 q1 是包括梁自重和其上部墙重 为均布荷载 其它荷载的计算方法同第 5 层 q1 3 89KN m q2 q 2 和 q2 分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 q2 3 567 3 0 10 70 KN m 外纵墙线密度 3 0 2 9 1 8 1 8 2 21 1 8 1 8 0 4 3 0 4 45 KN m 内纵墙线密度 3 0 2 9 2 43 3 0 7 05 KN m P1 P4 1 5 1 5 1 2 2 3 567 1 58 3 0 4 45 3 0 26 12 P2 P3 1 5 1 5 1 2 4 3 567 1 58 3 0 7 05 3 0 41 94 KN 集中力矩 M1 PBeB 26 12 0 4 0 2 2 2 61 KN m M2 PDeD 41 94 0 4 0 2 2 4 19 KN m 5 3 2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算 等效于均布荷载与梯形 三角形荷载的叠加 梯形 q 1 2 q 2 本设计中 AB CD 跨 1 5 7 2 0 21 q 0 92q2 三角形 q 0 625 q2 对于第 5 层 AB CD 跨梁 q 0 92 19 44 3 89 21 77KN m BC 跨 q 0 625 19 44 3 89 16 04KN m AB CD 跨梁端弯矩 M AB MB A ql2AB 12 21 77 7 22 12 94 05 KN m BC 跨梁端弯矩 MBC MCB ql2AB 12 21 77 3 02 12 16 33 KN m 21 对于第 1 4 层 AB CD 跨梁 q 0 92 10 70 3 89 13 73KN m BC 跨 q 0 625 10 70 3 89 10 58KN m AB CD 跨梁端弯矩 M BD MDB ql2BD 12 13 73 7 22 12 59 31 KN m BC 跨梁端弯矩 MBC MCB ql2AB 12 10 58 3 02 12 7 94 KN m 5 3 3 恒载作用下框架的弯矩计算 分配系数的计算 iS 其中 为转动刚度iS 采用分成法计算时 假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入 因此 除底层外 其余 各层的线刚度应乘以 0 9 的修正系数 其传递系数由 0 5 改为 0 33 22 图 5 4 恒载作用下弯矩分配图 23 图 5 5 恒载弯矩图 5 4 4 活载作用下柱的内力计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示 24 图 5 6 活荷载作用下的荷载分布图 对于第 5 层 q1 2 0 3 0 6 0 KN m P1 1 5 1 5 1 2 2 2 0 1 58 3 0 9 24 KN P2 1 5 1 5 1 2 4 2 0 1 58 3 0 13 74 KN 集中力矩 M1 M4 PBeB 9 24 0 4 0 2 2 0 92 KN m M2 M3 PDeD 13 74 0 4 0 2 2 1 37 KN m 同理 在屋面雪荷载的作用下 q1 0 3 3 0 0 9 KN m P1 1 5 1 5 1 2 2 0 3 1 58 3 0 5 42 KN P2 1 5 1 5 1 2 4 0 3 1 58 3 0 6 09 KN 集中力矩 M1 PBeB 5 42 0 4 0 2 2 0 54 KN m M2 PDeD 6 09 0 4 0 2 2 0 61 KN m 对于第 1 4 层 q1 2 0 3 0 6 0 KN m q2 2 5 3 0 7 5 KN m P1 1 5 1 5 1 2 2 2 0 1 58 3 0 9 24 KN P2 1 5 1 5 1 2 2 2 0 1 5 1 5 1 2 2 2 5 1 58 3 0 14 87 KN 集中力矩 M1 PBeB 9 24 0 4 0 2 2 0 92 KN m M2 PDeD 25 14 87 0 4 0 2 2 1 49 KN m 将计算结果汇总如下两表 表 5 1 横向框架恒载汇总表 层 次 q1 KN m q2 KN m P1P4 KN P2 P3 K N M1 M4 KN m M2 M3 KN m 5 3 89 19 44 25 87 20 79 2 59 2 08 1 4 3 89 10 70 26 12 41 94 2 61 4 19 表 5 2 横向框架活载汇总表 层 次 q1 KN m q2 KN m P1P4 KN P2 P3 K N M1 M4 KN m M2 M3 KN m 5 6 0 6 0 9 24 13 74 0 92 1 37 1 4 6 0 7 5 9 24 14 78 0 92 1 48 5 4 5 活荷载作用下梁的内力计算 对于第 5 层 AB CD 跨梁 q 0 92 6 0 5 52KN m BC 跨 q 0 625 6 0 3 75KN m AB CD 跨梁端弯矩 M AB MB A ql2AB 12 5 52 7 22 12 23 85 KN m BC 跨梁端弯矩 MBC MCB ql2AB 12 3 75 3 02 12 2 81 KN m 对于第 1 4 层 AB CD 跨梁 q 0 92 6 0 5 52KN m BC 跨 q 0 625 7 5 4 69KN m AB CD 跨梁端弯矩 M BD MDB ql2BD 12 5 52 7 22 12 23 85 KN m BC 跨梁端弯矩 MBC MCB ql2AB 12 4 69 3 02 12 26 3 52 KN m 图 5 7 活载作用下弯矩分配图 27 图 5 8 活载弯矩图 28 5 4 6 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 以下结果为弯矩调幅后的结果 对于 5 层 M AB 中 M0 M 左 M 右 0 8 2 96 16KN m MBC 中 M0 M 左 M 右 0 8 2 26 51KN m 对于 4 层 M BD 中 52 54KN m ME 7 48KN m 对于 3 层 M BD 中 53 88KN m ME 7 98KN m 对于 2 层 M BD 中 65 88KN m ME 7 98KN m 对于 1 层 M BD 中 55 19KN m ME 8 53KN m 对梁弯矩进行调幅 调幅系数为 取 0 8 调幅后 梁端弯矩 M 1 M1 M 2 M2 跨中弯矩 M 中 M 中 M 1 M 2 2 注 这里弯矩带正负号 梁上边受拉为负 下边受拉为正 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 5 层 M AB 中 M0 M 左 M 右 0 8 2 24 27KN m MBC 中 M0 M 左 M 右 0 8 2 5 27KN m 对于 4 层 M BD 中 21 52KN m ME 2 91KN m 对于 3 层 M BD 中 21 66KN m ME 2 96KN m 对于 2 层 M BD 中 21 66KN m ME 2 96KN m 对于 1 层 M BD 中 22 19KN m ME 3 18KN m 又考虑荷载最不利位置 将跨中弯矩乘以 1 1 计算结果如下 对于 5 层 M AB 中 24 27 1 1 26 70KN m MBC 中 5 27 1 1 5 80KN m 对于 4 层 M BD 中 21 52 1 1 23 68KN m ME 2 91 1 1 3 20KN m 对于 3 层 M BD 中 21 66 1 1 23 82KN m ME 2 96 1 1 3 26KN m 对于 2 层 M BD 中 21 66 1 1 23 82KN m ME 2 96 1 1 3 26KN m 对于 1 层 M BD 中 22 19 1 1 24 41KN m 29 ME 3 18 1 1 3 50KN m 5 4 7 梁端剪力和柱轴力的计算 恒载作用下 表 5 3 恒载作用下梁端剪力及柱轴力 KN 荷载引起的剪力 弯矩引起的剪力 总剪力 柱轴力 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 A 柱 B 柱层次 VA VB VB VC VA VB VB VC VA VB VB VC Nu Nb Nu Nb 5 78 372 24 06 5 04 0 73 33 83 41 24 06 99 20 112 00 128 26 141 06 4 49 43 15 87 1 61 0 47 82 51 04 15 87 185 94 198 74 234 09 246 89 3 49 43 15 87 1 95 0 47 48 51 38 15 87 272 34 285 14 340 26 353 06 2 49 43 15 87 1 95 0 47 48 51 38 15 87 358 74 371 54 446 43 459 23 1 49 43 15 87 2 23 0 47 20 51 66 15 87 444 86 457 66 552 88 565 68 表 5 4 活载作用下梁端剪力及柱轴力 KN 荷载引起的剪力 弯矩引起的剪力 总剪力 柱轴力 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 A 柱 B 柱层次 VA VB VB VC VA VB VB VC VA VB VB VC Nu Nb Nu Nb 5 19 87 5 63 1 18 0 18 69 21 05 5 63 27 93 40 73 40 42 53 22 4 19 87 7 04 0 77 0 19 10 20 64 7 04 69 07 81 87 95 77 108 57 3 19 87 7 04 0 81 0 19 06 20 68 7 04 110 17 122 97 151 16 163 96 2 19 87 7 04 0 81 0 19 06 20 68 7 04 151 27 164 07 206 55 219 35 1 19 87 7 04 0 92 0 18 95 20 79 7 04 192 26 205 06 262 05 274 85 5 5 重力荷载代表值计算及荷载汇总 5 5 1 第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总 梁 柱 表 5 5 梁重力统计 类别 净 跨 mm 截 面 mm 荷载标准 值 KN m 2 数 量 根 单 重 KN 总 重 KN 7200 300 600 3 89 30 28 01 840 3横梁 3000 300 600 3 89 15 11 67 175 05 纵向连系梁 3000 200 400 1 58 56 4 74 256 44 合计 1271 49 30 表 5 6 柱重力统计 类别 计算高度 mm 截 面 mm 密 度 KN m 3 体 积 m 3 数 量 根 单 重 KN 总 重 KN 柱 3200 400 400 25 0 512 60 12 8 768 合计 768 内外填充墙重的计算 表 5 7 柱重力统计 类别 总计算长度 m 墙计算高度 m 墙厚计算值 m 荷载标准值 KN m 2 总 重 KN 外墙 120 4 2 7 0 25 7 568 89 86 4 2 7 0 25 7 408 24 内墙 72 8 2 9 0 25 7 369 46 合 计 1346 59 楼板恒载 活载计算 楼梯间按楼板的 1 2 倍计算 楼板面积 42 4 17 8 6 0 7 2 7 2 3 0 2 668 32 m 2 楼梯面积 6 0 7 2 3 0 7 2 2 86 4 m 2 恒载 楼梯恒载 楼板恒载 86 4 3 567 1 2 668 32 3 567 2753 7KN 活载 2 5 6 0 7 2 3 0 7 2 2 1 2 2 0 542 4 17 8 6 0 7 2 7 2 3 0 2 1595 84KN 由以上计算可知 一层重力荷载代表值为 G1 G 恒 0 5 G 活 768 1 05 1271 49 1346 59 2753 7 1595 84 0 5 6976 1KN 注 柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数 1 05 5 5 2 第二层至第四层重力荷载代表值计算及荷载汇总 第二层至四层的重力荷载代表值同第一层的计算差异不大 仅多一面内墙 所以 二层 三层 四层的重力荷载代表值为 G2 7006 55KN G3 7006 55KN G4 7006 55KN 5 5 3 第五层重力荷载代表值计算及荷载汇总 梁重力荷载 同一层 1271 49KN 柱重力荷载 同一层 768KN 内外填充墙及女儿墙重的计算 31 表 5 8 墙重力统计 类别 总计算长度 m 墙计算高度 m 墙厚计算值 m 荷载标准值 KN m 2 总 重 KN 女儿墙 120 4 1 4 0 24 11 445 00 外墙 120 4 2 7 0 25 7 568 89 86 4 2 7 0 25 7 408 24 内墙 78 8 2 9 0 25 7 399 91 合计 1822 04 屋面板及楼板恒载 活载计算同一 四层 楼板恒载 活载计算 楼梯间按楼板的 1 2 倍计算 楼板面积 42 4 17 8 6 0 7 2 7 2 3 0 2 668 32 m 2 楼梯面积 6 0 7 2 3 0 7 2 2 86 4 m 2 恒载 楼梯恒载 楼板恒载 86 4 3 567 1 2 668 32 6 48 4638 9KN 活载 2 5 6 0 7 2 3 0 7 2 2 1 2 2 0 542 4 17 8 6 0 7 2 7 2 3 0 2 1595 84KN 雪载 403 2 0 4 161 28KN 由以上计算可知 五层重力荷载代表值为 G5 G 恒 0 5 G 活 768 00 1 05 1271 49 1458 78 4638 9 1595 84 0 5 9336 75KN 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 G i 的计算结果如下图所示 图 5 9 重力荷载代表值 32 6 水平荷载计算 6 1 风荷载计算 垂直作用在建筑物表面的风荷载 按下式计算 6 1 kWz s o 式中 风荷载标准值 kN m 2 k 高度 z 处的风振系数 z s 风荷载体型系数 风压高度变化系数 z 基本风压 kN m 2 o 根据所给条件 基本风压 Wo 0 4 kN m2 则 风压高度变化系数 z 由 建筑结构荷载规范 确定 横向风荷载的标准值 Wk 为 Wk z s zWo 表 6 1 Wk 值计算表 离地高度 Uz Bs Us Wo hi hj Wk 16 50 0 77 1 75 1 3 0 40 3 30 2 80 6 411405 13 20 0 74 1 62 1 3 0 40 3 30 3 30 6 187896 9 90 0 74 1 47 1 3 0 40 3 30 3 30 5 593302 6 60 0 74 1 31 1 3 0 40 3 30 3 30 4 998708 3 30 0 74 1 16 1 3 0 40 3 30 3 30 4 404114 图 6 1 风荷载示意图 33 表 6 2 侧移值计算表 框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算 Vij DijV i Dij 6 3 M bij Vij yh 6 4 M uij Vij 1 y h 6 5 y yn y1 y2 y3 6 6 注 y n 框架柱的标准反弯点高度比 y1 为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值 y2 y 3 为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值 y 框架柱的反弯点高度比 第 1 层 A D 柱的反弯点高度为 查表得 y0 0 55 y1 0 y2 0 y3 0 所以 y 0 55 同理可算出各层的反弯点高度 各层的反弯点高度详见弯矩计算表中 表 6 3 A D 柱弯矩计算表 层号 hi m K V Dij Di Dij Di Vi y yh Mc 上 Mc 下 Mb 总 5 3 3 2 37 6 41 50666 11305 0 223 1 43 0 42 1 39 2 74 1 98 14 78 4 3 3 2 37 12 60 50666 11305 0 223 2 81 0 45 1 49 5 10 4 17 7 09 3 3 3 2 37 18 19 50666 11305 0 223 4 06 0 50 1 65 6 70 6 70 10 87 2 3 3 2 37 23 19 50666 11305 0 223 5 17 0 50 1 65 8 54 8 54 15 23 1 3 3 2 37 27 59 61972 13818 0 223 6 15 0 55 1 82 9 14 11 17 17 67 表 6 4 B C 柱弯矩计算表 层号 hi m K V Dij Di Dij Di Vi y yh Mc 上 Mc 下 Mb 总 5 3 3 4 05 6 41 50666 14028 0 277 1 77 0 45 1 49 3 22 2 64 3 22 4 3 3 4 05 10 46 50666 14028 0 277 2 90 0 50 1 65 4 78 4 78 7 41 3 3 3 4 05 14 51 50666 14028 0 277 4 02 0 50 1 65 6 63 6 63 11 41 2 3 3 4 05 18 56 50666 14028 0 277 5 14 0 50 1 65 8 48 8 48 15 11 Wk Vj ED u u h 6 411405 6 41 50666 00 0 00013 0 000008 6 187896 12 60 50666 00 0 00025 0 000019 5 593302 18 19 50666 00 0 00036 0 000036 4 998708 23 19 50666 00 0 00046 0 000069 4 404114 27 59 61972 00 0 00045 0 000135 34 1 3 3 6 18 24 74 61972 17168 0 277 6 85 0 55 1 82 10 18 12 44 18 66 表 6 5 风载作用下柱端剪力和轴力计算图 AB CD 梁剪力计算 BC 梁剪力计算 柱轴力计算 层次 M1 M2 l VA D M3 M4 l VB C A D 柱轴力 B C 柱轴力 5 2 74 1 88 7 2 0 64 1 34 1 34 3 0 89 0 64 0 25 4 7 09 4 33 7 2 1 59 3 08 3 08 3 2 06 2 23 0 72 3 10 87 6 66 7 2 2 44 4 75 4 75 3 3 16 4 66 1 45 2 15 23 8 82 7 2 3 34 6 29 6 29 3 4 19 8 00 2 30 1 17 67 10 90 7 2 3 97 7 76 7 76 3 5 18 11 97 3 51 图 6 2 风荷载作用下框架的弯矩剪力及轴力图 6 2 地震荷载计算 6 2 1 横向自振周期的计算 横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法 基本自振周期 T1 s 可按下式计算 T1 1 7 T u T 1 2 6 7 注 u T 假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值 Gi 作为水平荷载而算得的结构顶点位 移 T 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数 取 0 6 35 uT 按以下公式计算 VGi Gk 6 8 u i VGi D ij 6 9 uT u k 6 10 注 D ij 为第 i 层的层间侧移刚度 u i 为第 i 层的层间侧移 u k 为第 k 层的层间侧移 s 为同层内框架柱的总数 结构顶点的假想侧移计算过程见下表 其中第四层的 Gi 为 G4 和 Ge 之和 表 6 6 结构顶点的假想侧移计算 层次 Gi KN D i N m u i m ui m 5 9336 75 759990 12 28 10 3 47 44 10 3 4 7006 55 759990 9 22 10 3 35 16 10 3 3 7006 55 759990 9 22 10 3 25 94 10 3 2 7006 55 759990 9 22 10 3 16 72 10 3 1 6976 10 929580 7 50 10 3 7 50 10 3 T1 1 7 T u T 1 2 1 7 0 6 47 44 10 3 1 2 0 222 s 6 2 2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算 本结构高度不超过 40m 质量和刚度沿高度分布比较均匀 变形以剪切型为主 故可用底 部剪力法计算水平地震作用 即 结构等效总重力荷载代表值 Geq Geq 0 85 Gi 0 85 9336 75 7006 55 3 6976 10 31732 63 KN 计算水平地震影响系数 1 查表得二类场地近震特征周期值 Tg 0 35s 查表得设防烈度为 7 度的 max 0 08 结构总的水平地震作用标准值 FEk FEk 1Geq 0 08 31732 63 2538 61 KN 因 1 4Tg 1 4 0 35 0 49s T1 0 216s 所以不考虑顶部附加水平地震作用 各质点横向水平地震作用按下式计算 Fi GiHiFEk 1 n G kHk 6 11 36 地震作用下各楼层水平地震层间剪力 Vi 为 Vi Fk i 1 2 n 6 12 计算过程如下表 表 6 7 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 Hi m Gi KN GiHi KN m GiHi GjHj Fi KN Vi KN 5 16 5 9336 75 154056 38 0 404 1025 36 1025 36 4 13 2 7006 55 92486 46 0 242 615 56 1640 92 3 9 9 7006 55 69364 85 0 182 461 67 2102 60 2 6 6 7006 55 46243 23 0 121 307 78 2410 38 1 3 3 6976 10 23021 13 0 060 153 22 2563 60 381418 16 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见下图 图6 3 水平地震剪力作用分布 37 6 3 3 多遇水平地震作用下的位移验算 水平地震作用下框架结构的层间位移 u i 和顶点位移 u i 分别按下列公式计算 u i Vi D ij 6 13 u i u k 6 14 各层的层间弹性位移角 e u i hi 根据 抗震规范 考虑砖填充墙抗侧力作用的 框架 层间弹性位移角限值 e 1 550 计算过程如下表 表 6 8 横向水平地震作用下的位移验算 层次 Vi KN D i N mm ui m ui m hi m e u i hi 5 1025 36 759990 0 00135 0 01221 3 3 1 2446 4 1640 92 759990 0 00216 0 01086 3 3 1 1528 3 2102 60 759990 0 00277 0 00870 3 3 1 1193 2 2410 38 759990 0 00317 0 00593 3 3 1 1040 1 2563 60 929580 0 00276 0 00276 3 3 1 1197 由此可见 最大层间弹性位移角发生在第二层 1 10400 15 可知 1 2 3 4 层柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求 Mc c Mb 注 M c 为节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和 上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析分配 Mb 为节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和 c 柱端弯矩增大系数 三级取 1 1 表 7 4 横向框架 A D 号柱柱端组合弯矩设计值的调 层次 4 3 2 1 截面 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底 柱顶 柱底 cM 85 71 76 42 98 38 98 33 109 18 109 18 98 88 107 87 N 252 07 267 43 383 63 398 99 521 81 537 17 661 21 676 57 7 2 2 B C 柱弯矩值调整 第 4 层 柱顶轴压比 u N N Ac fc 448 27 103 14 3 4002 0 201 0 15 可知 1 2 3 4 层柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求 Mc c Mb 7 1 表 7 5 横向框架 B C 号柱柱端组合弯矩设计值的