[学士]五层框架结构中学教学楼毕业设计计算书

毕 业 设 计 论 文 天津杨柳青三中教学楼设计 学 号 姓 名 专 业 土木工程 系 别 土木工程系 指导教师 讲师 二 一四年六月 i 摘 要 本工程是天津市杨柳青三中教学楼 天津西青区 的设计 包括建筑布置和 结构设计两部分 本建筑为五层钢筋混凝土框架结构 总建筑面积为 5159 7m2 总建筑高度为 18 900m 其中完成了建筑的平面设计 立面设计及剖面设计 本 实验楼的建筑形状采用的是比较常规的矩形 结构计算中考虑了竖向荷载中的恒 荷载 活荷载和水平方向荷载中的地震作用 并将水平的荷载分配到结构框架上 分别用 D 值法和弯矩二次分配法计算活荷载和恒荷载作用下构件的内力 并进行 了一榀框架的内力组合 截面设计及配筋 手算过程中运用到了 excel 软件 来 进行数据的计算 最后 还使用了 PKPM 软件进行电算 并与手算结果进行对比 对配筋进行修改 并绘出各楼层梁 板 柱 基础 楼梯的结构施工图 关键词 实验楼 框架结构 建筑设计 结构设计 ii Abstract The project is in Tianjin Yangliuqing three school buildings Tianjinxiqu area design including building layout and structural design in two parts The five story building is of reinforced concrete frame structure with a total construction area of 5159 7m2 total building height of 18 900m Which completed a graphic design architecture design and facade profile design The College floor building shape is used more conventional rectangular Calculation takes into account the structure of the vertical load dead load live load and horizontal load of earthquake wind load and the load level assigned to the structural frame respectively with D value method and Moment Distribution Method calculation of wind loads live loads and internal forces under constant loads member and a combination of internal forces specimens of the framework cross sectional design and reinforcement Hand counting procedure to excel in the use of software to calculate the data Finally the use of the software PKPM Computing and the results were compared with the hand count of reinforcement to modify and draw on each floor beams slabs columns foundations stairs construction drawing Keywords laboratory building framework architectural design structural design iii 目 录 摘 要 i Abstract ii 目 录 iii 1 绪论 6 2 建筑说明 8 2 1 工程概况 8 2 1 1 基本资料 8 2 1 2 建筑构造做法 8 2 1 3 使用荷载标准值 13 2 1 4 自然条件 13 2 1 5 抗震设防 13 2 1 6 地质勘探资料 13 2 1 7 材料 14 2 2 设计要求 14 2 2 1 计算方法及内容 14 2 2 2 计算书 14 2 2 3 图纸内容 14 3 结构设计流程 16 4 结构方案选型与结构布置 17 4 1 框架柱 17 4 2 框架梁 17 5 荷载计算 20 5 1 荷载分类计算 20 5 1 1 屋面荷载 20 5 1 2 楼面荷载 20 5 1 3 楼梯间荷载 20 iv 5 1 4 墙体荷载 20 5 2 重力荷载代表值计算 22 6 基本自振周期的计算 26 6 1 结构刚度计算 26 6 1 1 框架梁的惯性矩及线刚度 26 6 1 2 框架柱的惯性矩及线刚度 26 6 1 3 框架柱的抗推刚度 26 6 2 自振周期 T1 的计算 28 7 水平地震作用计算 30 7 1 地震作用标准值计算 30 7 1 1 水平地震作用影响系数 30 7 1 2 水平地震作用标准值 30 7 1 3 框架侧移验算 31 7 1 4 框架剪力标准值 33 8 水平地震作用下框架内力计算 35 8 1 根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩 35 8 2 计算梁端弯矩及梁剪力 36 8 3 根据梁端剪力计算柱轴力 36 8 4 绘制内力图 37 9 竖向荷载作用下框架内力计算 41 9 1 竖向恒载作用下框架内力计算 43 9 2 竖向活载作用下框架内力计算 50 10 荷载作用效应组合 58 10 1 一般规定及计算方法 58 10 1 1 梁端负弯矩调幅 58 10 1 2 控制截面 58 10 1 3 内力换算 59 10 1 4 荷载效应组合的种类 59 10 1 5 竖向荷载下的基本组合 60 v 10 2 水平地震作用效应与竖向荷载作用效应的基本组合 67 10 2 1 水平地震作用下框架梁内力及跨中弯矩的基本组合 67 10 2 2 水平地震作用下的柱端内力的基本组合 69 11 截面设计 74 11 1 框架梁 74 11 1 1 框架梁正截面设计 74 11 1 2 框架梁斜截面设计 76 11 2 框架柱配筋计算 78 11 2 1 轴压比验算 78 11 2 2 正截面受弯承载力计算 78 11 2 3 斜截面受剪承载力计算 82 12 楼面构件及楼梯设计 85 12 1 楼板配筋计算 85 12 1 1 A 区格板配筋计算 85 12 2 楼梯设计 87 12 2 1 斜板计算 87 12 2 2 平台板计算 88 12 2 3 计算平台梁 89 结论 92 致 谢 93 参考文献 94 vi 毕业设计 论文 7 1 绪论 毕业设计是教学的重要一环 通过毕业设计要达到以下目标 1 获得工程师基本训练 培养综合运用所学的理论知识解决实际问题的 能力 2 掌握设计的程序 方法和步骤 练好基本功 通过对本题目的设计训 练 学生能够掌握钢筋混凝土框架结构的受力和变形特点 熟悉建筑和结构设计 通用软件 天正和 PKPM 等 并且能够正确应用设计软件完成建筑和结构设计 绘制建筑和结构施工图 3 通过本设计培养学生综合运用所学基础理论 专业知识 基本技能 提高分析与解决实际问题的能力 在一定程度上缩短理论与实际生产间的距离 为学生走向社会奠定基础 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 通过毕业设计 可以将以前学过的知识重温回顾 对疑难知识再学习 对 提高个人的综合知识结构有着重要的作用 通过毕业设计 使我们在资料查找 设计安排 分析计算 施工图绘制 口头表达等各个方面得到综合训练 具备从事 相关工作的基本技术素质和技能 目前 我国建筑中仍以钢筋混凝土结构为主 钢筋混凝土造价较低 材料来 源丰富 且可以浇筑成各种复杂断面形状 节省钢材 承载力相差不大 经过合 理设计可以获得较好的抗震性能 今后几十年 钢筋混凝土结构仍将活跃在我国 的建筑史上 框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活 能提供较大的室内 空间 对于教学楼是最常用的结构体系 多层建筑结构的设计 除了要根据建筑高度 抗震设防等级等合理选择结构 材料 抗侧力结构体系外 要特别重视建筑体形和结构总体布置 建筑体形是指 建筑的平面和立面 结构总体布置指结构构件的平面布置和竖向布置 建筑体 形和结构总体布置对结构的抗震性能有决定性的作用 本次毕业设计为天津滨海中学科学实验楼设计 天津塘沽区 采用钢筋混 凝土框架结构 整体五层 首层层高 4 7m 标准层层高 3 6 m 此工程设计内容包 毕业设计 论文 8 括 建筑设计和结构设计两部分 它们之间既有分工又相互配合 在设计中应严 格按照设计步骤进行 首先熟悉设计任务书 根据自己对任务书的理解 做出一 套方案 然后采用 PKPM 软件对工程建模进而对楼板梁柱进行配筋计算 在毕业设计前期 我温习了相关的专业课本和规范 在毕业设计中我们通过 所学的基本理论 专业知识进行建筑 结构设计 在设计中大家不断交流 一起 解决问题 共同进步 在指导老师的帮助下 经过资料查阅 设计计算 加深了 对规范 规程 手册等相关内容的理解 巩固了专业知识 提高了分析 解决问 题的能力 在进行内力组合的计算时 框架结构设计的计算工作量很大 在计算 过程中以电算为主 并学习手算理论加以分析 进一步了解了 PKPM 软件 并在 绘图时 掌握了 AutoCAD 绘图操作 以上这些从不同方面都达到了毕业设计的 要求与目的 在毕业设计后期 主要进行设计修改 并得到老师的审批和指正 在此表示衷心的感谢 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 毕业设计 论文 9 2 建筑说明 2 1 工程概况 2 1 1 基本资料 天津滨海中学科学实验楼设计 天津塘沽区 建筑平面 立面 剖面图见 图 1 图 3 室内设计标高 0 000 相当于绝对标高 10 00m 室内外高差 600mm 2 1 2 建筑构造做法 建筑构造做法选自华北地区建筑标准设计图集 05J1 楼面及屋面构造做法见表 1 墙体构造做法见表 2 墙体材料为陶粒混凝土砌块 外墙厚 300mm 内墙厚 200mm 容重 8 5 kN m3 顶棚采用轻钢龙骨纸面石膏板吊顶 05J1 顶 7 自重 0 14 kN m2 门窗采用塑钢窗 0 40 kN m 2 木门 0 25 kN m 2 毕业设计 论文 10 表 1 楼面及屋面构造做法 名 称 用 料 做 法 厚度 mm 使用部位 10 厚地砖铺平拍实 水泥浆擦缝 10 20 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合层 20 铺地砖楼面 厚 30mm 05J1 楼 10 素水泥浆结合层一遍 一般楼面 20 厚花岗石板铺平拍实 水泥浆擦缝 20 30 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合层 30 花岗石楼面 厚 50mm 05J1 楼 13 素水泥浆结合层一遍 走廊 门厅 楼梯间 10 厚地砖铺平拍实 水泥浆擦缝 10 25 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合层 25 1 5 厚聚胺脂防水涂料 刷基层处理剂一遍 15 厚水泥砂浆找平层 15 铺地砖防水楼面 厚 102mm 05J1 楼 27 50 厚 C15 细石砼找坡 最薄处不小于 30 50 卫生间 名 称 用 料 做 法 厚度 mm 使用部位 10 厚地砖铺平拍实 缝宽 5 8 1 1 水泥砂 浆填缝 10 25 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合层 25 满铺 0 15 厚聚乙烯薄膜一层 0 15 高聚物改性沥青防水卷材 3 1 3 水泥砂浆找平层 20 聚苯保温板 100 1 8 水泥膨胀珍珠岩找 2 坡 最薄处不小 于 20 100 上人屋面 05J1 屋 6 1 3 水泥砂浆找平层 20 上人屋面 涂料或粒料 高聚物改性沥青防水卷材 3 1 3 水泥砂浆找平层 20 聚苯保温板 100 1 8 水泥膨胀珍珠岩找 2 坡 最薄处不小 于 20 100 非上人屋面 05J1 屋 6 1 3 水泥砂浆找平层 20 非上人屋面 毕业设计 论文 11 图 1 标准层平面图 毕业设计 论文 12 图 2 正立面图 毕业设计 论文 13 图 3 剖面图 毕业设计 论文 14 表 2 墙体构造做法 名 称 用 料 做 法 厚度 mm 使用部位 刷素建筑胶水泥浆一遍 配合比为建筑胶 水 泥浆 1 4 10 15 厚 2 1 8 水泥石灰砂浆 分两次抹灰 20 刷素水泥浆结合层一遍 4 5 厚 1 1 水泥砂浆加水重 20 建筑胶 面砖墙面 厚 27 30mm 05J1 外墙 13 8 10 厚面砖 1 1 水泥砂浆勾缝或水泥浆擦 缝 所有外墙面 刷素建筑胶水泥浆一遍 配合比为建筑胶 水 泥浆 1 4 15 厚 1 1 6 水泥石灰砂浆 分两次抹灰 15 混合砂浆墙面 厚 20mm 05J1 内墙 5 5 厚 1 0 5 3 水泥石灰砂浆 5 除卫生间外 所有内墙面 刷素建筑胶水泥浆一遍 配合比为建筑胶 水 泥浆 1 4 10 15 厚 2 1 8 水泥石灰砂浆 分两次抹灰 25 3 4 厚 1 1 水泥砂浆加水重 20 建筑胶 秞面砖墙 厚 23 24mm 05J1 内墙 9 4 5 厚秞面砖 白水泥浆擦缝 卫生间内墙 面 2 1 3 使用荷载标准值 屋 面 上人屋面 2 0kN m2 非上人屋面 0 5kN m2 楼 面 教室 办公室室 2 0kN m2 走廊 门厅 楼梯 厕所 2 5kN m2 2 1 4 自然条件 基本风压 0 50kN m 2 基本雪压 0 40kN m 2 最大冰冻深度 0 6m 2 1 5 抗震设防 抗震设防烈度为 7 度 0 15g 设计地震分组为第二组 场地类别为 类 2 1 6 地质勘探资料 表 3 地质资料 层次 土层描述 厚度 m 层底深度 m 孔隙比 e 液性指数 IL 地基承载力特征值 fak kPa 容重 kN m3 1 素 填 土 1 5 1 5 19 5 2 粉质粘土 2 5 0 73 0 7 150 19 63 毕业设计 论文 15 3 粉质粘土 5 8 5 0 71 0 48 200 19 92 4 粉 土 大于 5m 0 59 280 20 32 2 1 7 材料 1 混凝土 现浇 强度等级为 C30 2 钢 筋 板内受力主筋采用 HPB300 级钢筋 直径大于 12 时采用 HRB335 级钢筋 板内分布筋采用 HPB300 级钢筋 梁柱内受力主筋采用 HRB400 级钢筋 箍筋采用 HPB300 级钢筋 3 填充墙 室内地面以上填充墙为陶粒混凝土砌块砌体 砌块强度等级为 MU5 砂浆采 用强度等级为 M7 5 的水泥混合砂浆 室内地面以下填充墙为普通粘土砖砌体 粘土砖强度等级为 MU10 砂浆采 用强度等级为 M10 的水泥砂浆 2 2 设计要求 2 2 1 计算方法及内容 1 确定结构构件尺寸 2 用底部剪力法计算水平地震作用下地震剪力 并取一榀框架 计算其 内力 3 对上述框架用分层法或二次弯矩分配法计算竖向荷载下构件内力 并 进行梁弯矩调幅 调幅系数 0 85 4 进行框架内力组合及截面设计 5 按弹性理论计算板及次梁的内力 并进行截面设计 2 2 2 计算书 用 A4 复印纸抄写计算书 字体工整 装订成册 2 2 3 图纸内容 毕业设计 论文 16 1 结构平面配筋图 比例 1 100 注明轴线号 尺寸 墙厚 主 次梁截面尺寸 钢筋规格 2 次梁配筋图 要求绘制 弯矩包络图 纵 横剖面图 抽筋图 纵剖面 比例 1 40 注明跨度 纵筋 架立筋 箍筋编号 钢筋断点位置 横剖面 比例 1 25 注明截面尺寸 钢筋编号 根数 直径 箍筋直径 间 距 3 框架配筋图 框架立面图 比例 1 40 注明跨度 层高 楼面标高 纵筋及箍筋 钢筋 断点位置 梁柱加密区范围 次梁作用处加密箍筋或吊筋规格 梁柱截面配筋图 比例 1 25 注明截面尺寸 钢筋直径 根数 箍筋直径 间距 4 基础施工图 毕业设计 论文 17 3 结构设计流程 多层框架结构设计的主要流程如图 4 毕业设计 论文 18 图 4 多层框架结构设计的主要流程 4 结构方案选型与结构布置 本工程属于丙类建筑 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 第 1 0 5 条 按本地区设防烈度采取抗震措施 本建筑高 H 18 900m 属多层建筑 采用框架结构 现浇梁 板及柱 现浇 板式楼梯 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 第 6 2 1 条 框架抗震等级 为三级 根据地质报告 拟采用柱独立基础 基础埋深 2 50m 基础顶面标高为 1 30m 混凝土 主体结构梁 柱 板均采用 C30 级 构造柱 圈梁及过梁均采用 C20 级 钢 筋 HPB300 级钢 HRB400 级钢 焊 条 采用 E43 及 E50 型 抗震及抗风措施 填充墙在门口标高处设抗震带一道 4 1 框架柱 柱截面尺寸根椐柱的允许轴压比 c 按下式计算确定 4 1 c fAN 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 第 6 3 7 条 框架抗震等级为三级 时柱的轴压比限值为 c 0 85 为使结构在两个主轴方向的动力特性相近 柱截面采用方柱 柱的轴力设计 值 Nc 按下式估算 4 2 nwSaN Gc 最大负载的柱为 4B 4C 5B 5C 处 则其最大轴力估算为 1 2 1 1 7 8 3 3 2 7 2 14 4 2954kNnwSa Gc 因此 主楼框架柱截面尺寸确定为 700 700 4 2 框架梁 毕业设计 论文 19 根据 抗震规范 第 6 3 1 条和第 6 3 6 条 梁的截面宽度不宜小于 200mm 截面高宽比小于 4 梁净跨与截面高度之比宜大于 4 1 A D 轴纵向框架梁 h 1 8 1 14 l 1 8 1 14 7200 900 550 取 h 800mm b 300mm 2 1 8 轴 AB 段及 CD 段横向框架梁 h 1 8 1 14 l 1 8 1 14 7800 975 557 取 h 800mm b 300mm 3 1 8 轴 BC 段横向框架梁 按与 AB 段框架梁线刚度相等计算 即 4 3 2 313 2lhbl 2332170861hml 故取 h 700mm b 300mm 4 楼面次梁 h 1 12 1 18 l 1 12 1 18 7800 650 433 取 h 600mm b 300mm 5 现浇板厚 h 1 30 1 35 l 1 30 1 35 3600 120 100 取 h 110mm 标准层结构平面布置简图如图 5 所示 毕业设计 论文 20 图 5 标准层结构平面布置图 毕业设计 论文 21 5 荷载计算 5 1 荷载分类计算 5 1 1 屋面荷载 屋面恒载按照构造做法计算 列于表 4 中 分析框架结构在竖向荷载作用下的内力时 屋面活载应取均布活载与雪载之 间的较大值 即上人屋面取 2 0kN m2 非上人屋面取 0 50kN m2 抗震计算时 计算屋面重力荷载代表值时不考虑屋面活载 取雪载 0 40kN m2 5 1 2 楼面荷载 楼面恒载按照构造做法计算 列于表 5 中 楼面活载 办公室 卫生间取 2 0kN m2 走廊 2 5kN m 2 屋顶设备用房 6 0kN m2 5 1 3 楼梯间荷载 恒载 水磨石地面 30 厚 1 16 0 3 0 15 0 3 1 74 kN m2 楼梯踏步板 130 厚 0 13 cos 0 15 2 25 5 51 kN m2 板下抹灰 20 厚 0 02 20 cos 0 45 kN m2 合 计 7 70 kN m2 活载 2 50 kN m2 5 1 4 墙体荷载 外墙为 300 厚陶粒混凝土砌块 外侧贴面砖 内侧抹灰 内墙为 200 厚陶粒 混凝土砌块 双侧抹灰 考虑到组砌时在洞口处 墙体底部和顶部混砌部分粘土 砖 混砌比例取 8 2 粘土砖容重取 19kN m3 则砌体容重为 8 5 0 8 19 0 2 10 6kN m3 计入面层的做法 求得墙体的单位面积重量为 外墙 qout 0 3 10 6 0 55 0 02 20 4 13kN m2 毕业设计 论文 22 内墙 qin 0 2 10 6 2 0 02 20 2 92kN m2 表 4 屋面恒载计算表 名称及部 位 用料做法 厚度 mm 容重 kN m3 重量 kN m2 恒荷 载标 准值 10 厚地砖铺平拍实 缝宽 5 8 1 1 水 泥砂浆填缝 10 20 0 20 25 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合层 25 20 0 50 高聚物改性沥青防水卷材 3 0 10 1 3 水泥砂浆找平层 20 20 0 40 聚苯保温板 100 3 0 0 30 1 8 水泥膨胀珍珠岩找 2 坡 最薄处不 小于 20 100 15 1 50 1 3 水泥砂浆找平层 20 20 0 40 钢筋混凝土楼板 110 25 2 75 上人屋面 19 500 屋 6 板底吊顶 0 20 6 35 高聚物改性沥青防水卷材 3 0 10 1 3 水泥砂浆找平层 20 20 0 40 聚苯保温板 100 3 0 0 30 1 8 水泥膨胀珍珠岩找 2 坡 最薄处不 小于 20 100 15 1 50 1 3 水泥砂浆找平层 20 20 0 40 钢筋混凝土楼板 110 25 2 75 非上人屋 面 22 800 屋 6 板底吊顶 0 20 5 65 毕业设计 论文 23 表 5 楼面恒荷载计算表 名称及使用部 位 用 料 做 法 厚度 mm 容重 kN m 3 重量 kN m 2 恒荷 载 标准 值 10 厚地砖铺平拍实 水泥浆擦 缝 10 20 0 20 20 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合 层 20 20 0 40 钢筋混凝土楼板 110 25 2 75 铺地砖楼面 实验室 厚 30mm 楼 10 板底轻钢龙骨吊顶 0 20 3 55 20 厚花岗石板铺平拍实 水泥 浆擦缝 20 28 0 56 30 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合 层 30 20 0 60 钢筋混凝土楼板 110 25 2 75 花岗石楼面 走廊 楼梯间 厚 50mm 楼 13 板底轻钢龙骨吊顶 20 20 0 20 4 11 10 厚地砖铺平拍实 水泥浆擦 缝 10 20 0 20 25 厚 1 4 干硬性水泥砂浆结合 层 25 20 0 50 15 厚水泥砂浆找平层 15 20 0 30 50 厚 C15 细石砼找坡 最薄 处不小于 30 50 25 1 25 钢筋混凝土楼板 110 25 2 75 铺地砖防水楼 卫生间 厚 102mm 楼 27 板底吊顶 0 50 5 50 5 2 重力荷载代表值计算 各层重力荷载代表值汇总于表 10 将表中恒载与活载求和并除以总面积 可 得框架单位面积的重量为 w 12 1kN m2 说明初选柱截面尺寸时取 w 14kN m2 是合理的 毕业设计 论文 24 表 6 梁自重计算表格 层层 次 构件 b h mm mm kN m3 li m N 根 Gi kN Gi kN 纵向框 架梁 1 300 80 0 26 3 6 8 22 5 179 7 纵向框 架梁 2 300 80 0 26 4 2 4 26 2 104 8 纵向框 架梁 3 300 80 0 26 7 2 24 44 9 1078 3 横向框 架梁 AB 跨及 CD 跨 300 80 0 26 7 8 20 48 7 973 4 横向框 架梁 BC 跨边梁 300 80 0 26 3 3 2 10 6 41 2 横向框 架梁 BC 跨中梁 300 70 0 26 3 3 8 18 0 144 1 第 1 5 层 次梁 300 600 26 7 8 12 36 5 438 0 表 7 柱的自重计算表格 层次 构件 b h mm m m kN m3 li m N 根 Gi k N Gi kN 1 柱 700 700 25 4 2 40 51 5 2058 2 柱 700 700 25 3 6 40 44 1 1835 3 柱 700 700 25 3 6 40 44 1 1835 4 柱 700 700 25 3 6 40 44 1 1835 5 柱 700 700 25 3 6 40 44 1 920 毕业设计 论文 25 表 8 板自重计算表格 层数 构件 板均布自重 KN m2 长度 m 宽度 m 面积 m2 板重 KN KN 5 5 7 8 3 6 56 16 154 44卫生间板 5 5 7 8 7 2 112 32 617 76 走廊板 4 11 54 6 3 3 180 18 740 54 7 7 7 8 3 6 28 08 216 22楼梯板 7 7 7 8 4 2 32 76 252 25 1 4 教室楼板 3 55 7 8 7 2 56 16 1993 68 4129 33 5 屋面板 5 65 54 6 18 9 1031 94 5830 46 5830 46 表 9 墙体自重计算表格 构 件 轴 线 号 墙体自 重 KN m2 洞口自 重 KN m 2 长度 m 高度 m 洞口 面积 m2 墙体 面积 m2 墙体重 KN 洞口 重 K N 总重 K N KN A 4 13 0 1 48 3 2 8 56 7 78 322 5 67 338纵 向 外 墙 D 4 13 0 1 48 3 2 8 56 7 78 322 5 67 338 1 4 13 0 1 16 8 2 8 3 78 43 26 178 7 0 378 179横 向 外 墙 10 4 13 0 1 16 8 2 8 3 78 43 26 178 7 0 378 179 B 2 92 0 25 48 3 2 9 27 3 113 329 6 83 336纵 向 内 墙 C 2 92 0 25 42 5 2 9 25 2 98 1 286 6 3 293 AB 2 92 7 1 2 8 174 72 510 18 510 1 8 横 向 内 CD 2 92 7 1 2 8 174 72 510 18 510 1 8 2683 毕业设计 论文 26 墙 女 儿 墙 3 147 0 9 132 3 396 9 396 9 396 9 表 10 各层重力荷载代表值计算 kN 项次 层 号 1 2 4 5 纵向框架梁 Gbx 1362 5 1362 5 1362 5 横向框架梁 Gby 1158 7 1158 7 1158 7 次梁 Gby 438 0 438 0 438 0梁自重 Gb Gbx Gby Gby 2959 2 2959 2 2959 2 柱自重 Gc 2115 0 2058 0 1764 0 楼 屋面恒载 Gs 4664 0 4129 3 4129 3 墙重 Gw 包括门窗重 3384 0 2683 0 2683 0 恒 载 G Gb Gc Gs Gw Gd 13398 7 11829 5 11535 5 楼 屋面活载 Q 2451 0 2198 4 2198 4 总重 Gi G 0 5Q 14624 2 12928 7 12634 7 毕业设计 论文 27 6 基本自振周期的计算 6 1 结构刚度计算 6 1 1 框架梁的惯性矩及线刚度 先计算矩形截面梁的惯性矩然后考虑楼板的翼缘效应 将梁惯性矩乘以增大 系数 即 边梁取 Ib 1 5I0 中间梁取 Ib 2I0 其中 I 0 1 12 bb hb3 再求框架梁的线刚度 ib ECIb l 具体计算结果见表 11 6 1 2 框架柱的惯性矩及线刚度 Ic 1 12 bb hb3 i c EcIc h 具体计算结果见表 12 6 1 3 框架柱的抗推刚度 各层框架柱的抗推刚度计算见表 11 14 表 表 11 梁的线刚度计算 b h I0 Ib Ec l ib ECIb l 方向 层号 梁号 mm 10 2 m4 10 2 m4 107k Pa m kN m BL1 300 800 1 2800 1 9200 3 7 8 0 7380 BL2 300 800 1 2800 1 9200 3 3 3 1 7450 ZL1 300 800 1 2800 2 5600 3 7 8 0 9850 横向 1 5 ZL2 300 700 0 8575 1 7150 3 3 3 1 5590 BL1 300 800 1 2800 1 9200 3 7 2 0 8000纵向 1 5 毕业设计 论文 28 ZL1 300 800 1 2800 2 5600 3 7 2 1 0670 表 12 柱的线刚度计算 层 砼 b h mm Ic Ec 107kP a h m ic EcIc h kNm 1 C30 700 700 2 00 3 4 7 1 2777 2 4 C30 700 700 2 00 3 3 6 1 6670 5 C30 700 700 2 00 3 3 6 1 6670 表 13 首层框架柱的抗推刚度 柱的类型 根数 K i bj iC c 0 5 K 2 K D c 12ic h2 k N m D 105kN m 边框架 边柱 4 0 5782 0 4182 0 2901 边框架 中柱 4 1 9449 0 6198 0 4300 中框架 边柱 16 0 7710 0 4587 0 3182 横 向 中框架 中柱 16 1 9917 0 6242 0 4331 14 9011 边框架 边柱 4 0 6264 0 4289 0 2975 边框架 中柱 16 1 2528 0 5389 0 3738 中框架 边柱 4 0 8352 0 4709 0 3267 纵 向 中框架 中柱 16 1 6704 0 5913 0 4102 15 0427 毕业设计 论文 29 表 14 二层 五层框架柱的抗推刚度 柱的类 型 根数 K ibj 2iC c K 2 K D c 12ic h2 k N m D 105kN m 边框 架边 柱 4 0 4429 0 1813 0 2799 边框 架中 柱 4 1 4897 0 4269 0 6591 中框 架边 柱 16 0 5905 0 2280 0 3519 横向 中框 架中 柱 16 1 5256 0 4327 0 6681 20 0755 边框 架边 柱 4 0 4798 0 1935 0 2987 边框 架中 柱 16 0 9596 0 3242 0 5006 中框 架边 柱 4 0 6397 0 2423 0 3741 纵向 中框 架中 柱 16 1 2795 0 3901 0 6023 20 3377 6 2 自振周期 T1 的计算 采用能量法进行计算 将集中在各楼层标高处的重力荷载代表值 作为水平 荷载作用在该质点处 求得相应的质点水平位移 ui 然后按公式计算基本自振周 期 T1 结果见表 15 16 其中 填充墙材料为陶粒混凝土 周期折减系数取 T 0 8 从表中可以看出 框架在两个方向的基本自振周期相差不多 即两个方向 的动力特性相近 满足抗震设计时的要求 毕业设计 论文 30 表 15 横向基本自振周期 T1 层号 Gi kN Vi kN Di 105kN m i m ui m Gi ui Gi ui2 T1 5 13891 500 13891 500 20 076 0 007 0 109 1512 452 164 670 4 12634 730 26526 230 20 076 0 013 0 102 1288 192 131 340 3 12634 730 39160 960 20 076 0 019 0 089 1121 247 99 503 2 12634 730 51795 690 20 076 0 026 0 069 874 784 60 567 1 12928 730 64724 420 14 901 0 043 0 043 561 573 24 394 0 579 64724 420 合计 5358 248 480 472 表 16 纵向基本自振周期 T1 层 号 Gi kN Vi kN Di kN m i m ui m Gi ui Gi ui 2 T1 5 13891 500 13891 500 20 338 0 007 0 108 1495 053 160 903 4 4 12634 730 26526 230 20 338 0 013 0 101 1273 495 128 360 3 3 12634 730 39160 960 20 338 0 019 0 088 1108 702 97 289 2 2 12634 730 51795 690 20 338 0 025 0 068 865 416 59 277 1 1 12928 730 64724 420 15 043 0 043 0 043 556 288 23 936 0 491 niiiiuG12T niiiiu12 毕业设计 论文 31 7 水平地震作用计算 本工程建筑总高度 H 40m 且属于刚度和质量沿高度分布比较均匀的框架 结构 所以近似采用底部剪力法进行地震作用计算 7 1 地震作用标准值计算 7 1 1 水平地震作用影响系数 根据给定条件 抗震设防烈度为 7 度 0 15g 设计地震分组为第二组 场 地类别为 类 可得计算参数 max 0 12 T g 0 40s 横向水平地震作用影响系数 1 分别为 横向 0 912412 8657gT 纵向 0 912 g 7 1 2 水平地震作用标准值 集中在各层楼 屋盖标高处的重力荷载代表值 Gi 见表 10 总重力荷载代表 值为 64606kN 5E1iG 结构底部总水平地震作用标准值为 横向 FEk 1Geq 1 0 85Geq 0 086 0 85 64606 5606 41kN 纵向 FEk 1Geq 1 0 85Geq 0 099 0 85 64606 5448 43kN 各层楼 屋盖标高处的横向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值如表 17 由于横向基本自振周期 T1 0 48s 1 4T g 0 56s 故不考虑顶部附加地震作用 毕业设计 论文 32 系数 5 各层楼 屋盖标高处的纵向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值如 表 18 由于纵向基本自振周期 T1 0 503s 1 4T g 0 56s 故不考虑顶部附加地震 作用系数 5 表 17 各楼层横向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值 层号 Gi kN Hi m Gi Hi 51ik 51ii EkkGHF 5iiVF kN 5 13891 50 18 6 258381 900 0 3470 1946 94 1946 94 4 12634 73 15 189520 950 0 2544 1428 06 3375 00 3 12634 73 11 4 144035 922 0 1934 1085 33 4460 33 2 12634 73 7 8 98550 894 0 1323 742 59 5202 92 1 12928 73 4 2 54300 666 0 0729 409 16 5612 08 表 18 各楼层纵向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值 层号 Gi kN Hi m Gi Hi KN 5 13891 50 18 6 258381 900 0 3470 1904 58 1904 58 4 12634 73 15 189520 950 0 2544 1396 99 3301 57 3 12634 73 11 4 144 35 922 0 1934 1061 72 4363 29 2 12634 73 7 8 98550 894 0 1323 726 44 5089 73 1 12634 73 4 2 54300 666 0 0729 400 26 5489 99 表 19 层间侧移 i 横 向 纵 向 层间侧 移允许 值 Vi Di i V i Di Vi Di i V i Di i H 550 层号 kN kN m mm kN kN m mm mm 5 1946 94 20 0755 0 97 1904 58 18 8207184 1 01 6 00 4 3375 00 20 0755 1 68 3301 57 18 8207184 1 75 6 00 3 4460 33 20 0755 2 22 4363 29 18 8207184 2 32 6 00 2 5202 92 20 0755 2 59 5089 73 18 8207184 2 70 6 00 1 5612 08 14 9011 3 77 5489 99 14 47717602 3 79 9 09 51kki 551 EkiiFHG5FVi 毕业设计 论文 33 7 1 3 框架侧移验算 由于本工程高宽比小于 4 柱轴向变形引起的侧移忽略不计 梁柱弯曲变形 引起的层间侧移计算见表 19 从结果看 层间位移均满足要求 以上结果汇总于图 7 中 地震作用 地震剪力 水平侧移 横向 图 7 1 地震作用 地震剪力与水平侧移 地震作用 地震剪力 水平侧移 纵向 图 7 2 地震作用 地震剪力与水平侧移 毕业设计 论文 34 7 1 4 框架剪力标准值 横向共有 10 榀框架 纵向共有 4 榀框架 由于每榀框架总刚度不同 应按 照各框架柱在总刚度中的比例将层地震剪力分配至各框架柱 横向 4 轴框架及纵 向 C 轴框架的各柱剪力分配计算见表 20 及表 21 表 20 横向 4 轴框架柱剪力分配 层剪 力 层抗 侧刚度 边柱 中柱 Vi Di Dij Vij V i Dij Di Dij Vij V i Dij Di 层号 kN kN m kN m kN kN m kN 5 1945 18 20 0755 0 3519 34 10 0 6681 64 73 4 3371 71 20 0755 0 3519 59 11 0 6681 112 20 3 4455 87 20 0755 0 3519 78 11 0 6681 148 28 2 5197 67 20 0755 0 3519 91 12 0 6681 172 96 1 5606 41 14 9011 0 3182 119 73 0 4331 162 94 毕业设计 论文 35 表 21 纵向 C 轴框架柱剪力分配 层剪 力 层抗 侧刚度 边柱 中柱 Vi Di Dij Vij V i Dij Di Dij Vij V i Dij Di 层号 kN kN m kN m kN kN m kN 5 1902 86 18 8207 0 3741 37 8282 0 6023 60 8979 4 3298 35 18 8207 0 3741 65 5701 0 6023 105 5584 3 4358 93 18 8207 0 3741 86 6540 0 6023 139 5004 2 5084 59 18 8207 0 3741 101 0798 0 6023 162 7238 1 5484 43 14 4772 0 3267 123 7747 0 4102 155 4159 毕业设计 论文 36 8 水平地震作用下框架内力计算 以横向 4 轴框架为例 采用 D 值法进行计算 其计算步骤如下 8 1 根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩 柱反弯点距柱下端的高度 yh 按公式计算 即 yh y0 y1 y2 y3 h 8 1 柱端弯矩按公式计算 柱下端弯矩 Mb Vij yh 8 2 柱上端弯矩 Mt Vij 1 y h 8 3 计算结果见表 22 表 22 横向 4 轴框架柱柱端弯矩计算 柱剪力 反弯点相对高度 y 柱端弯矩 kN m 层号 柱位置 V ij kN K y0 y1 y2 y3 y 下端 Mb 上端 Mt 边柱 4A 4 D 34 1303 0 591 0 296 0 0 0 0 296 36 37 86 50 5 中柱 C 64 7883 1 526 0 377 0 0 0 0 377 87 93 145 31 边柱 D 59 16 0 591 0 35 0 0 0 0 35 74 55 138 45 4 中柱 C 112 31 1 526 0 427 0 0 0 0 427 172 64 231 67 边柱 D 78 19 0 591 0 445 0 0 0 0 445 125 26 156 22 3 中柱 C 148 43 1 526 0 477 0 0 0 0 477 254 88 279 46 2 边柱 91 21 0 591 0 5 0 0 0 05 0 45 147 76 180 59 毕业设计 论文 37 D 中柱 C 173 14 1 526 0 5 0 0 0 0 5 311 65 311 65 续表 22 边柱 D 119 85 0 771 0 665 0 0 05 0 0 615 346 42 216 86 1 中柱 C 163 10 1 992 0 55 0 0 0 0 55 421 63 344 97 8 2 计算梁端弯矩及梁剪力 利用节点平衡条件 梁端弯矩按公式计算 梁剪力由梁两端的弯矩之和除以 梁跨度求得 计算结果见表 23 表 23 横向 4 轴框架梁端弯矩 剪力计算 层号 5 4 3 2 1 轴 MCol A kN m 86 50 174 81 230 77 305 85 378 46 86 50 174 81 230 77 305 85 378 46 342 11 18 30 38 27 52 02 66 04 82 20 66 13 L AB 56 25 123 71 175 00 209 24 262 68 193 51 轴 MCol B kN m 145 31 319 60 452 10 540 55 678 63 89 06 195 89 277 10 331 32 415 95 580 53 53 98 118 72 167 94 200 80 252 09 430 02 L BC 89 06 195 89 277 10 331 32 415 95 580 53 C 轴 MCol C kN m 145 31 319 60 452 10 540 55 678 63 56 25 123 71 175 00 209 24 262 68 193 51 L CD 18 30 38 27 52 02 66 04 82 20 66 13 毕业设计 论文 38 86 50 174 81 230 77 305 85 378 46 342 11 D 轴 MCol D kN m 86 50 174 81 230 77 305 85 378 46 8 3 根据梁端剪力计算柱轴力 边柱轴力 8 4 nkiijVN 中柱轴力 8 5 nkRk L iij 计算结果见表 24 表 24 横向 4 轴框架柱轴力计算 各梁剪力 各柱轴力 层号 VAB kN VBC kN VCD kN NA NB NC ND 5 18 30 53 98 18 30 18 30 35 68 35 68 18 30 4 38 27 118 72 38 27 56 57 116 13 116 13 56 57 3 52 02 167 94 52 02 108 60 232 04 232 04 108 60 2 66 04 200 80 66 04 174 63 366 81 366 81 174 63 1 82 20 252 09 82 20 256 83 536 70 536 70 256 83 8 4 绘制内力图 左震作用下 横向 4 轴框架的内力图见图 8 图 9 图 10 右震作用下 内 力相同 方向相反 毕业设计 论文 39 图 8 横向 4 轴框架轴力图 毕业设计 论文 40 图 9 横向 4 轴框架剪力图 毕业设计 论文 41 图 10 横向 4 轴框架弯矩图 毕业设计 论文 42 9 竖向荷载作用下框架内力计算 与水平地震作用下相同 取横向 4 轴框架进行计算 作用在梁上的竖向荷载 按照各自的负荷范围计算 导算为作用在梁及梁柱节点上的荷载 荷载值详见表 25 由纵向传来的作用在梁柱节点上的竖向荷载值见表 26 荷载简图如图 11 所 示 为了简化计算 将三角形荷载以及梯形荷载等价为均布荷载 对于三角形荷载 q 9 1 58P 对于梯形荷载 q 9 2 23 1 表 25 横向 4 轴框架梁竖向荷载取值 层号 均布恒载 kN m T 形荷 载 kN m 三角形 荷载 kN m 节点弯 矩 kN m 集中 荷载 kN 5 g1 6 2 g2 20 3 q1 1 8 AB 跨 1 4 g1 14 2 g2 12 1 q1 7 2 5 g 1 6 g2 18 6 q1 1 7 BC 跨 1 4 g1 6 g2 13 5 q1 8 2 5 g1 6 g2 20 3 q1 1 8 CD 跨 1 4 g1 14 2 g2 12 1 q1 7 2 毕业设计 论文 43 表 26 横向 4 轴框架梁柱节点处由纵向框架传来的竖向荷载取值 kN 柱 A 柱 B 柱 C 柱 D层号 柱自重 恒载 G 活载 Q 恒载 G 活载 Q 恒载 G 活载 Q 恒载 G 活载 Q 5 44 1 144 9 7 0 192 6 12 9 192 6 12 9 144 9 7 2 4 44 1 127 8 28 1 180 51 8 180 51 8 127 8 28 1 1 51 5 127 8 28 1 180 51 8 180 51 8 127 8 28 1 图 11 1 作用在横向 4 轴框架上的竖向恒荷载 毕业设计 论文 44 图 11 2 作用在横向 4 轴框架上的竖向活荷载 9 1 竖向恒载作用下框架内力计算 采用二次弯矩分配法 计算步骤如下 1 计算竖向恒荷载作用下各层梁端固端弯矩 表 27 毕业设计 论文 45 表 27 恒载作用下横向 4 轴框架梁端固端弯矩 kN m AB 跨 BC 跨 CD 跨 层号 M AB M BA M BC M CB M CD M DC 5 129 0 129 0 4 63 4 63 129 0 129 0 1 4 132 33 132 33 4 63 4 63 132 33 132 33 2 根据梁柱线刚度求梁柱转动刚度 并确定各节点处的分配系数 详见图 12 n1kiiiS 其中 S ik 为节点 k 第 i 根杆件的转动刚度 S ik 为节点 k 各杆件的转动刚度 之和 杆件的转动刚度的计算方法如下 梁柱节点处为刚接 当杆件的另一端为刚节点时 第 j 根杆件的转动刚度为 Sj 4i 当利用结构对称性而将杆件的另一端取为定向支座时 第 j 根杆件的转动 刚度为 Sj 2i i 为杆件的线刚度 3 进行弯矩的分配和传递 求得各节点处的杆端弯矩值 需要注意的是 A 轴柱外侧的悬臂是静定结构 并不参节点弯矩的分配和传 递 具体计算过程见表 28 毕业设计 论文 46 表 28 用二次弯矩分配法计算竖向恒载作用下框架弯矩 毕业设计 论文 47 4 根据静力平衡条件计算各梁跨中弯矩 毕业设计 论文 48 跨中弯矩取荷载实际分布并按两端简支的计算值与梁端弯矩叠加求得 跨中 最大弯矩并不一定在跨度的中点处 应建立平衡方程求解 计算简图如图 12 在图 12 所示荷载作用下 距离 A 端 x 处的跨中弯矩为 1 lxMllaglxgM ABA 2221x 362 对上式求导 并令 可求得跨中最大弯矩的位置 x 如下 0 x M 2 lglx21AB 代回到式 1 中 即可求得跨