华北水利水电大学土木工程毕业设计.pdf

华北水利水电大学毕业设计 目录目录 摘要 1 abstract 2 第第 1 1 章章工程概况工程概况 3 第第 2 2 章章结构布置及梁柱截面尺寸确定结构布置及梁柱截面尺寸确定 4 2 1 结构布置及计算简图 4 2 2 梁柱截面尺寸初定 5 2 2 1 主梁尺寸 5 2 2 2 次梁尺寸 6 2 2 3 柱截面尺寸 6 2 2 4 楼板尺寸 7 第第 3 3 章章荷载计算荷载计算 8 3 1屋面及楼面的永久荷载 8 3 1 1 屋面荷载 不上人 8 3 1 2 楼面荷载 8 3 2墙 门窗重力荷载 9 3 2 1 外墙荷载 9 3 2 2 内墙荷载 9 3 2 3 门窗荷载 10 3 3 梁柱荷载 10 3 4 屋面及楼面可变荷载 10 第第 4 4 章章重力荷载代表值计算重力荷载代表值计算 11 第第 5 5 章章框架侧移刚度计算框架侧移刚度计算 16 第第 6 6 章章水平地震作用下框架结构内力和侧移计算水平地震作用下框架结构内力和侧移计算 19 6 1 横向自振周期计算 19 6 2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 19 6 3 水平地震作用下的位移验算 21 华北水利水电大学毕业设计 6 4 水平地震作用下框架内力计算 21 6 4 1 柱剪力及柱端弯矩计算 21 6 4 2梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 22 第第 7 7 章章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 26 7 1 计算单元 26 7 2 恒载计算 27 7 3活载计算 28 7 4内力计算 30 7 4 1 分配系数计算 30 7 4 2 节点弯矩计算 31 7 4 3弯矩二次分配 33 第第 8 8 章章框架内力组合框架内力组合 40 8 1 结构抗震等级 40 8 2 框架梁内力组合 42 8 3 梁柱内力调整 43 8 3 1 梁跨间剪力调整 43 8 4 框架柱内力组合 44 8 5 柱端弯矩及柱剪力调整 45 8 5 1柱端弯矩调整 45 8 5 2柱端剪力调整 46 第第 9 9 章章框架梁的截面设计和构造要求框架梁的截面设计和构造要求 48 9 1 梁的正截面受弯承载力计算 48 9 2 梁斜截面受剪承载力计算 50 9 3 框架柱截面设计 51 9 3 1 剪跨比和轴压比验算 51 9 3 2 柱正截面承载力计算 52 9 3 3 柱的斜截面承载力计算 53 第第 1010 章章楼板设计楼板设计 55 10 1 设计资料 55 华北水利水电大学毕业设计 10 1 1 截面尺寸 55 10 1 2 荷载计算 55 10 2 板的计算 55 10 2 1 双向板设计 56 10 2 2 单向板设计 59 第第 1111 章章 次梁设计次梁设计 61 11 1 荷载及内力计算 61 11 1 1 荷载设计值 61 11 1 2 内力计算 61 11 2 截面设计 61 11 2 1 正截面受弯承载力计算 61 11 2 2 斜截面受剪承载力计算 62 第第 1212 章章楼梯设计楼梯设计 64 12 1 梯段板设计 64 12 1 1 荷载及内力计算 64 12 1 2 配筋计算 65 12 2 平台板设计 65 12 2 1 荷载及内力计算 65 12 2 2 配筋计算 66 12 3 平台梁设计 66 12 3 1 荷载 及内力计算 66 12 3 2 配筋计算 67 12 3 3 斜截面受剪承载力验算 67 第第 1313 章章基础设计基础设计 69 13 1 设计资料 69 13 2 独立基础设计 69 13 2 1 基础埋深的确定 69 13 2 2 基础底面尺寸的确定及地基承载力验算 69 13 3 基础结构设计 71 华北水利水电大学毕业设计 13 3 1 荷载设计值 71 13 3 2 a 柱设计 71 13 3 3 b c 柱设计 74 参考文献参考文献 78 致致谢谢 79 附录附录 80 外文原文 81 外文译文 84 毕业设计任务书 90 开题报告 94 华北水利水电大学毕业设计 1 摘要 本工程为洛阳市某中学综合实验楼 根据设计任务书以及有关资料 结构形 式为现浇钢筋混凝土框架结构 主体结构为 5 层 总建筑面积约 4802m 2 该设计 包括建筑 结构两大部分 本册说明书仅为结构部分的设计计算书 主要设计内 容有 1 结构选型 确定截面尺寸 计算重力荷载代表值 2 结构抗震计算 利用顶点位移法计算结构自振周期 利用底部剪力法计算水 平地震作用以及水平地震作用下该框架结构的内力 3 利用弯矩二次分配法计算该框架结构在竖向荷载作用下的内力 4 内力组合 利用最不利内力组合确定梁柱截面设计 5 楼盖 楼梯 基础设计 6 用 pkpm 电算程序对框架结构进行计算 除此之外 根据计算结果还绘制了图纸 框架 基础 楼梯 楼板配筋图 图纸利用 pkpm 电算结果和 cad 绘制 关键词 框架结构 关键词 框架结构 地震作用 地震作用 内力组合 内力组合 截面设计截面设计 华北水利水电大学毕业设计 2 abstractabstract the design of the composite laboratorybuilding is builded in luoyang the structureadapts reinforcedconcreteframestructure according to the design assignment and the relative data the principal part contains 5 floors the total architectural areas is about 5000 square meters this design includes architecture structure the explaining book is just about the calculation of the structure part and the following is the primary content 1 choose the structure type confirm the section size and calculate the representation value of gravity load 2 seismic calculation of structure calculate the natural period of vibration with the topic displacement method and calculate the earthquake action and structural internal force with equivalent bottom shear method 3 calculate the internal force of frame structure in the vertical load by moment distributive method 4 internal force combination use the most disadvantageous internal force combination to design the beam and column 5 structure design of floor stair and foundation 6 calculate the frame structure with pk pm program in addition frame foundation stair and floor configure drawing were plotted according to calculated result two drawing by plotted by handwork other drawings by plotted by cad and pkpm keykey words words frameframe structurestructure earthquakeearthquake actionaction internalinternal forceforce combinationcombination designdesign ofof sectionsection 华北水利水电大学毕业设计 3 第 1 章工程概况 1 工程名称 洛阳市某中学综合实验楼 2 建设地点 洛阳市区 3 建设高度 共 18 00m 层高 3 6m 共五层 室内外高差 0 45m 4 风雪条件 基本风压 0 45kn m2 n 50 年 基本雪压 0 40kn m2 n 50 年 5 工程抗震设防烈度 7 度 设计基本地震加速度值为 0 10 g 设计地震分 组为第一组 查 建筑抗震设计规范 gb50011 2011 抗震等级为三级 6 工程地质 场地平坦 无障碍物 经地质 文物勘探 地质良好 地下无 古代建筑 基础持力层为第四层粉质粘土层 地基承载力特征值为 190kn m2 类场地 7 材料选用 混凝土 c30 钢筋 钢筋选用热轧钢筋 hrb400 级和 hrb335 级 墙体 外墙 内墙和隔墙均采用蒸压粉煤灰加气混凝土砌 块容重为 6 0kn m3 门窗 塑钢窗单位面积重力荷载为 0 4 kn m2 木门为 0 2 kn m2 玻璃门为 0 5 kn m2 华北水利水电大学毕业设计 4 第 2 章结构布置及梁柱截面尺寸确定 2 1 结构布置及计算简图结构布置及计算简图 结构平面形状宜简单 规则 对称 刚度和承载力分布均匀 不应采用严重 不规则的平面形状 结构的主要抗侧力构件应对称布置 尽量使结构的刚心与质 心重合 避免地震时引起结构扭转及局部应力集中 结构平面布置如下图所示 结构平面布置图 2 1 结构的竖向布置应使体型规则 均匀 避免有较大的外挑和内收 质量沿高 度方向均匀分布 结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐的减小 避免抗侧力结构 的侧向刚度和承载力突变 计算简图用框架的轴线表示 框架柱的底部与基础顶面固接 2 5 层柱的 计算高度即为层高 取 3 6m 底层柱的计算高度从基础顶面到一层楼板顶面 室内外高差为 0 45m 基础埋深 1 55m 即 h 3 6 0 45 0 5 4 55 m 华北水利水电大学毕业设计 5 图 2 2横向框架计算简图 2 2 梁柱截面尺寸初定梁柱截面尺寸初定 根据 建筑抗震设计规范 梁的截面尺寸 宜符合下列各项要求 1 截面宽度不宜小于 300mm 2 截面高宽比不宜大于 4 3 为了避免发生剪切破坏 梁净跨与截面高度之比不宜小于 4 2 2 12 2 1 主梁尺寸主梁尺寸 框架结构中梁截面高度 h 一般取计算跨度的 1 14 1 8 当梁的负载面积较大或 荷载较大时宜取上限值 同时为防止梁产生脆性破坏 梁的净跨与截面高度之比 不宜小于 4 梁的截面宽度可取梁高的 1 3 1 2 同时不应小于 250mm 主梁截面尺寸的确定 横向框架梁 h 1 14 1 8 6900 493 863 mm 取 700mm b 1 3 1 2 700 233 350 mm 取 300mm 纵向框架梁 h 1 14 1 8 7800 558 975 mm 取 700mm 华北水利水电大学毕业设计 6 b 1 3 1 2 700 233 350 mm 取 300mm 走道梁 h 1 14 1 8 3000 215 375 mm 取 450mm b 1 3 1 2 450 150 225 mm 为使梁宽都一样 取 300mm 次梁截面高度取主梁间距的 h 1 18 1 12 l 次梁 h 1 18 1 12 6900 383 575 mm 取 450mm b 1 3 1 2 450 150 225 mm 取 300mm 综上所述 在本设计中 梁截面尺寸初选如下 横向框架主梁的截面尺寸为 300 700 mm 走廊梁由于走廊的跨度较小 为了 防止梁的脆性破坏 规定梁高宜不大于 4 1 净跨 即4501800 4 1 b hmm 截面 尺寸为 300 450 mm 纵向框架主梁的截面尺寸为 300 700 mm 2 2 22 2 2 次梁尺寸次梁尺寸 次梁 h 1 18 1 12 l 1 18 1 12 6900 383 575 mm 则次梁的高度在 400 600 之间取450mm 梁截面宽度可取 1 3 1 2 梁高 同 时不小于 2 1 柱宽 且不应小于mm250 则取次梁的截面尺寸为 mmmm 450300 2 2 32 2 3 柱截面尺寸柱截面尺寸 框架柱的截面尺寸一般根据轴压比限值按下列公式估算 nfgn e c nc n a f 其中n 柱组合的轴压力设计值 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数 边柱取 1 3 不等跨内 取 1 25 等跨内柱取 1 2 e g 折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值 可根据实际计算 也可近似取 12 15 2 mkn n 验算截面以上楼层层数 f 按简支状态计算的柱的负载面积 ac 柱截面面积 n 框架柱轴压比限值 对一级 二级 三级抗震等级分别取 0 7 华北水利水电大学毕业设计 7 0 8 0 9 c f 混凝土轴心抗压强度设计值 由表可知本工程抗震等级为三级 轴压比限值 n 0 9 各层重力荷载代表值 近似取 14 0 2 mkn 柱的负荷面积如图所示 2 3柱负载面积示意图 中柱的负载面积 1 5 6 9 2 7 8 38 61 2 m 边柱的负载面积 6 9 2 7 8 26 91 2 m 为了方便施工取边柱与中柱的截面相同 因此取两者较大值 f 38 61 2 m 中柱 2 3 262500 3 149 0 5101461 3825 1 mm f n a cn c mmac3 512262500 如取柱截面为正方形 根据上述计算结果并综合考虑其他因素 本设计柱的截面 尺寸为mmmm 600600 2 2 42 2 4 楼板尺寸 按跨高比条件 楼板厚度b 1 40 1 35 3900 97 111 mm 对于现浇楼板要求mmh80 则取板厚mm100 华北水利水电大学毕业设计 8 第 3 章荷载计算 3 1屋面及楼面的永久荷载屋面及楼面的永久荷载 3 1 13 1 1 屋面荷载 不上人 屋面荷载 不上人 保护层c20 细石混凝土 内配 i 级150150 4 钢筋网片 2 88 0 2204 0mkn 防水层sbs 改性沥青0 4kn m2 找平层20厚1 3水泥砂浆 2 40 02002 0mkn 保温层100厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板 2 05 050 010 0mkn 找平层20厚1 3水泥砂浆 2 40 02002 0mkn 找坡层1 8 水泥膨胀珍珠岩找 2 的坡 最薄处 20 厚 2 01 110101 0mkn 结构层100 厚现浇钢筋混凝土板 2 5 22510 0mkn 装饰层12 厚混合砂浆平顶 2 192 016012 0mkn 标准值5 43 2 mkn 设计值 2 52 643 52 1mkn 3 1 23 1 2 楼面荷载楼面荷载 10 厚地砖铺实拍平 水泥浆擦缝 2 20 0 8 1901 0mkn 20 厚 1 4 硬性水泥砂浆 2 40 02002 0mkn 素水泥浆结合层一遍 100 厚现浇钢筋混凝土板 2 5 22510 0mkn 12 厚板底粉刷 2 192 0 16012 0mkn 标准值 2 29 3mkn 华北水利水电大学毕业设计 9 设计值 2 95 329 32 1mkn 3 2墙 门窗重力荷载墙 门窗重力荷载 3 2 13 2 1 外墙荷载外墙荷载 250 厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌体 2 75 1 mkn 20厚1 3水泥砂浆找平层 2 40 02002 0mkn 10 厚 1 1 水泥专用胶粘剂刮于板背面 2 20 0 2001 0 mkn 70 厚聚苯乙烯泡沫塑料板加压粘牢 板面打磨成细麻面 2 035 050 007 0mkn 1 5 厚专用胶贴加强网于需加强的部位 2 03 0 200015 0mkn 基层整修平整 不露网纹及抹刀痕 19 厚溶剂型外墙涂料 2 41 0mkn 内墙面 20 厚粉刷石膏 2 24 01202 0mkn 标准值 2 07 3mkn 设计值 2 68 307 32 1mkn 3 2 23 2 2 内墙荷载内墙荷载 粉刷石膏素浆一遍 18 厚 1 2 粉刷石膏砂浆 分两次抹灰 2 216 0 12018 0 mkn 2 厚粉刷石膏浆压光 2 024 0 12002 0mkn 200 厚蒸压粉煤灰加气混凝土砌块砌体 2 75 1 mkn 2 厚粉刷石膏浆压光 2 024 0 12002 0mkn 18 厚 1 2 粉刷石膏砂浆 分两次抹灰 2 216 0 12018 0 mkn 标准值 2 23 2mkn 华北水利水电大学毕业设计 10 设计值 2 68 223 22 1mkn 3 2 33 2 3 门窗荷载门窗荷载 木门单位面积重力荷载为 2 20 0mkn 塑钢窗单位面积重力荷载取 2 04 0mkn 钢框窗玻璃门单位面积重力荷载取 2 05 0mkn 3 3 梁柱荷载梁柱荷载 主梁 边跨横梁及纵梁 mkn79 402 0122 1 07 0 253 0 1 07 0 中跨横梁及次梁 mkn79 202 012210 045 0253 0 1 045 0 柱 mkn58 946 01202 0256 06 0 3 4 屋面及楼面可变荷载屋面及楼面可变荷载 不上人屋面均布活荷载 2 50 0mkn 楼面活荷载标准值 2 5 2mkn 走廊活荷载标准值 2 5 3mkn 屋面雪荷载标准值 2 0 4 04 00 1mknsus rk 华北水利水电大学毕业设计 11 第 4 章重力荷载代表值计算 建筑物的重力荷载代表值是结构和构配件自重的标准值和各可变荷载的组 合值之和 在计算水平地震作用时 用到重力荷载代表值各楼层仅可考虑一个自 由度 在每一楼层质点处集中了本层楼面及上下各半层墙 柱的重力荷载代表值 5 g的计算 外横墙 2 56 34 2 9 05 1 2 126 08 16 00 346 08 16 09 6 ms 外纵墙 4 6 05 1 8 1 827 0 11 2 7 22 6 08 1 76 06 54 s 2 32 402 0 11 2 7 2m kng88 229 32 4056 34 07 3 外 内横墙 2 05 1076 6 08 1 6 09 6 71 045 08 105 01 09 6ms 内纵墙 6 08 129 376 06 54 6 08 1 76 06 54 s 2 6 99 20 8 14 2 0 1m kng83 460 6 9905 107 23 2 内 窗 kng68 314 02 9 05 1 2 14 6 05 1 8 124 0 11 2 7 2 门 kng4 220 8 14 2 0 12 0 女儿墙 g 76 025 023 08 16 36 025 0 23 0 6 54 kn51 24307 3 6 02 屋面面积计算 2 43 924 205 0 8 16 205 0 6 54 ms 由于积雪荷载标准值 2 4 0mkn小于屋面活荷载标准值 2 5 0mkn 华北水利水电大学毕业设计 12 则kng76 5250 43 5 5 05 0 43 924 主梁 横梁 kng63 33179 226 6 09 6 79 44 6 09 6 纵梁kng66 96579 44 76 06 54 次梁 kng95 29279 2 27 6 09 6 走道梁 kng57 5379 2 8 6 00 3 柱子 kng81 55121658 98 1 95 29266 96563 33176 52504 268 3151 24383 4608 229 5 g kn68 841457 5381 551 2 g 4 g的计算 外横墙 2 4 8325 12 12 7 06 3 6 00 3 4 7 06 3 6 09 6 ms 外纵墙 827 1 27 2 7 06 3 2 76 0 6 54 s 2 3 15045 18 127 29 029 09 0m kng46 7173 1504 8307 3 外 内横墙 5 45 06 3 05 01 09 6 6 7 06 3 6 09 6 s 2 35 2602 45 0 6 3 6 09 6 m 内纵墙 7 06 3 29 376 06 54 7 06 376 06 54 s 2 7 221204 20 1m kng97 10747 22135 26023 2 内 窗 29 09 045 18 125 12 1221 27 2 g kn25 584 029 07 2 门 kng6 92 0204 20 1 楼板面积计算 华北水利水电大学毕业设计 13 教室 2 46 5126 1 03 09 6 9 38 7 m 楼梯间 2 94 5621 03 09 69 3m 卫生间 2 26 1182 1 03 09 6 9 32 1 03 09 6 3 09 3 m 其他房间 2 88 1132 1 03 09 6 29 3m 走廊 2 48 132 23 06 54 6 00 3 m 因此 5 05 25 129 3 26 11894 56 5 05 229 3 88 11346 512 g kn89 4594 5 35 029 3 48 132 主梁 横梁 kng63 33179 226 6 09 6 79 44 6 09 6 纵梁kng66 96579 44 76 06 54 次梁 kng95 29279 2 27 6 09 6 走道梁 kng57 5379 2 8 6 00 3 柱子 kng62 110321658 96 3 95 29266 96563 33189 45946 925 5897 107446 717 432 ggg kn6 920257 5362 1103 1 g的计算 外横墙 2 1 09 08 1 2 14 7 08 12 55 4 6 09 6 s 2 71 782 1 09 0275 2 5 1m 外纵墙 227 2 1 08 08 1 2 7 08 12 55 4 76 06 54 s 1 09 0275 2 0 329 09 048 1 9 01 08 1 2 39 1904 1 09 0275 2 207 2 1 07 0275 2 m kng14 82639 19071 7807 3 外 内横墙 华北水利水电大学毕业设计 14 上部 2 59 1576 1 08 1 05 01 09 6 81 08 16 09 6ms 下部6 35 0275 2 05 01 09 6 7 6 0275 2 6 09 6 s 2 55 1792 35 0 275 2 6 09 6 m 内纵墙 29 376 06 54 7 0275 28 1 76 06 54 s 200 18 1190 1 1 02 1275 2 7 0275 2 8 1 2 55 255m kng70 132155 25555 17959 15723 2 内 窗 29 09 0207 2 7 0275 2 227 2 9 08 1 g kn01 604 0 48 1 2 18 1 4 5 1275 2 8 1 门 2 0190 1 2 1275 2 2 0200 18 1 g kn55 135 0 9 0275 2 0 3 楼板面积计算 教室 2 46 5126 1 03 09 6 9 38 7 m 楼梯间 2 94 5621 03 09 69 3m 卫生间 2 26 1182 1 03 09 6 9 32 1 03 09 6 3 09 3 m 其他房间 2 88 1132 1 03 09 6 29 3m 走廊 2 48 132 23 06 54 6 00 3 m 因此 5 05 25 129 3 26 11894 56 5 05 229 3 88 11346 512 g kn89 4594 5 35 029 3 48 132 主梁 横梁 kng63 33179 226 6 09 6 79 44 6 09 6 纵梁kng66 96579 44 76 06 54 次梁 kng95 29279 2 27 6 09 6 华北水利水电大学毕业设计 15 走道梁 kng57 5379 2 8 6 00 3 柱子 kng23 124921658 9 8 1275 2 雨棚 kng58 43 5 25 029 3 22 10 22 14 58 4357 5323 124995 29266 96563 33189 459470 132114 826 1 g kn71 975235 1301 60 集中质点系的 i g如下图所示 图 4 1重力荷载代表值 华北水利水电大学毕业设计 16 第 5 章框架侧移刚度计算 梁板柱采取整体现浇方式 在框架结构中 现浇层的楼面可以作为梁的有效 翼缘 增大梁的有效刚度 减小梁的侧移 为考虑这一有利作用 在计算梁的截 面惯性矩时 对现浇楼板的中框架梁取 0 2 0 b ii 边框架梁取 0 1 5 b ii 0 i为 矩形梁的截面惯性矩 51 各层框架梁均采用 c30 混凝土 对 c30 混凝土查 混 凝土结构设计规范 得 24 100 3mmnec 表 5 1横梁线刚度 b i计算表 类别层次 2 mmn ec mmmm hb 4 0 mm i mm l 边横梁51 4 100 3 700300 9 10575 8 6900 走廊梁51 4 100 3 450300 9 10278 2 3000 类别层次 mmn liec 0 mmn liec 0 5 1 mmn liec 0 0 2 边横梁51 10 10728 3 10 10592 5 10 10456 7 走廊梁51 10 10278 2 10 10417 3 10 10556 4 表 5 2柱线刚度 c i计算表 层次 mm hc 2 mmn ec mmmm hb 4 mm icmmn hie ccc 14550 4 1000 3 600600 10 10080 1 10 10121 7 52 3600 4 1000 3 600600 10 10080 1 10 100 9 柱的侧移刚度计算 根据梁柱线刚度比k的不同 据平面布置图中的柱可分为中 华北水利水电大学毕业设计 17 框架中柱和边柱 边框架中柱和边柱以及楼梯间柱等 柱的侧移刚度d值按下式 计算 2 12 h i d c c 式中 c 为柱侧移刚度修正系数对不同情况按下表计算 其 中k表示梁柱线刚度之比 表 5 3柱抗侧移刚度影响系数 c 楼层简图k 一般层 边柱中柱 c i iiii k 2 4321 k k 2 底层 c i ii k 21 k k k 2 5 0 按式 2 12 h i d c c 可计算出各柱的侧移刚度 将同层所有柱的d值相加 即为该 层框架的总侧移刚度即 i d 框架各层的 i d应沿高层均匀分布即应满足规 则建筑的要求 表 5 4中框架柱侧移刚度d值 mmn 层次 边柱 根14中柱 根14 i d kc 1 i d kc 2i d 52 828 0293 0244171 335400 033333808500 1047 1508 020968687 1593 024477636230 华北水利水电大学毕业设计 18 表 5 5边框架柱侧移刚度d值 mmn 层次 边柱 根4中柱 根4 i d kc 1 i d kc 2i d 52 0 6210 237197501 0010 33427833190332 10 7850 461190281 2650 54122330165432 将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加 即得框架各层层间侧移刚度 i d 表 5 6框架各层层间侧移刚度 i d 层次12345 i d801662998832998832998832998832 由表可见 7 0803 0 998832 801662 2 1 d d 故该框架为规则框架 华北水利水电大学毕业设计 19 第 6 章水平地震作用下框架结构内力和侧移计算 6 1 横向自振周期计算横向自振周期计算 表 6 1结构顶点的假想侧移计算 层次 kngi kn g n i i i d n mm mmui mmui 58414 688414 689988328 42146 07 49202 6017617 299883217 64137 65 39202 6026819 899883220 98120 01 29202 6036022 4899883236 0693 16 19752 7145775 1980166257 1057 10 按式 tt ut 7 1 1 计算基本周期 1 t 其中 t u量纲为 m 取 t 为 0 7 则 st455 0146 07 07 1 1 6 2 水平地震作用及楼层地震剪力计算水平地震作用及楼层地震剪力计算 本设计结构高度不超过 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 由 抗震规范 可知 对于 7 度设防区 设计基本加速度为 0 1g 第一组 二 类场地 可查得结构特征周期 tg 0 35 s 水平地震影响系数 max 0 12 因 stg35 0 st455 0 5tg 5 0 35 1 75s 079 0 1 00 1 455 0 35 0 9 0 max 9 0 ttg kngg ieq 91 3890819 4577585 0 kngf eqek 80 307391 38908079 0 因sttg455 0 49 0 35 0 4 14 1 1 故可不考虑考虑顶部附加水平地震作用 系数 n 华北水利水电大学毕业设计 20 作用在质点i的水平地震作用标准值 eki n i iiii fhghgf 1 80 3073 iiiii hghgf 计算结果见下表 表 6 2各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次mhi kngi mknhg ii iiii hghg knfi knvi 518 958414 68159458 190 302928 29928 29 415 359202 60141259 910 267820 701748 99 311 759202 60108130 550 205630 132379 12 28 159202 6075001 190 142436 482815 60 14 559752 7144374 830 084258 203073 80 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 1水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度分布图 华北水利水电大学毕业设计 21 6 3 水平地震作用下的位移验算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 i u 和顶点位移 i u分别按下式进行计算 s j ijii dvu 1 k n k uu 1 计算过程见下表 表 6 3横向水平地震作用下的位移验算 层次knvi 2 mmndi mui mui mhi iie hu 5928 299988320 00090 01173 61 4000 41748 999988320 00180 01083 61 2000 32379 129988320 00240 00903 61 1500 22815 609988320 00280 00663 61 1258 13073 808016620 00380 00384 551 1197 由表可见 最大层间弹性位移角发生在第 1 层 其值为 550 1 1197 1 满足 hu ei 的要求 其中 550 1 h u 6 4 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下框架内力计算 6 4 16 4 1 柱剪力及柱端弯矩计算柱剪力及柱端弯矩计算 按式 ki fv求得框架第i层的层间剪力 i v后 i层j柱分配到得剪力 ij v及该柱 上下两端的弯矩 u ij m和 b ij m分别按下式计算 iijijij vddv 柱下端 hyvm ij b ij0 柱上端 hyvm ij u ij 1 0 3210 yyyyy 正值为因下层层高变化的修 正值为因上层层高变化的修 修正值为上下层梁刚度比变化 为标准反弯点高度 3 2 1 0 y y y y 华北水利水电大学毕业设计 22 表 6 4各层边柱端弯矩及剪力 层 次 i h m i v kn ij d mmn 边柱 1 i d 1 i v k y 0 b i m 1 u i m 1 53 6928 299988322441722 690 8280 3528 5953 09 43 61748 999988322441742 760 8280 4061 5792 36 33 62379 129988322441758 160 8280 497594 22115 16 23 62815 609988322441768 830 8280 4975123 27124 51 14 553073 808016622096880 401 0470 6485237 23128 59 表 6 5各层中柱端弯矩及剪力 层 次 i h m i v kn ij d mmn 中柱 2i d 2i v k y 0 b i m 2 u i m 2 53 6928 299988323333330 981 3550 3741 2770 26 43 61748 999988323333358 371 3550 4594 56115 57 33 62379 129988323333379 401 3550 47134 34151 50 23 62815 609988323333393 961 3550 4975168 28169 97 14 553073 8080166224477102 581 6780 6485302 68164 06 注 hyvm ij b ij0 hyvm ij u ij 1 0 表中 m 的量纲为 mkn v 的量纲为kn 6 4 26 4 2梁端弯矩 剪力及柱轴力计算梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 梁左端 1 u ij b i r b l b l b l b mmiiim 梁右端 1 u ij b i r b l b r b r b mmiiim 梁剪力 lmmv r b l bb 柱轴力 n k r b l bi vvn 1 式中 r b l b ii 分别为表示节点左右梁的线刚度 r b l b mm 分别表示节点左右的弯矩 华北水利水电大学毕业设计 23 i n为柱在 i 层的轴力 以受压为正 表 6 6梁端弯矩剪力及柱轴力 层 次 边梁走道梁柱 轴 力梁跨中弯矩 b l l b vmm 2 l b m r b ml b v l b m r b ml b v边柱 n中柱 n 553 0943 616 9 14 0 1 26 6526 653 0 17 7 7 14 01 3 764 76 4 120 9 5 97 356 9 31 6 4 59 4959 493 0 39 6 6 45 65 11 7811 79 3 176 7 3 152 7 3 6 9 47 7 5 93 3393 333 0 66 2 2 93 40 26 2511 99 2 218 7 3 188 8 9 6 9 59 0 8 115 4 2 115 423 0 76 9 5 152 4 8 44 1214 90 1 251 8 6 206 2 9 6 9 66 4 0 126 0 5 126 053 0 84 0 3 218 8 8 61 7522 78 注 1 柱轴力中的负号表示拉力 当为地震作用时左侧两根柱为拉力 对应的 左侧两根柱为压力 2 表中 m 的单位为mkn v 的单位为kn n 的单位为kn l的单位为m 华北水利水电大学毕业设计 24 水平地震作用下的框架的弯矩图 梁端剪力图及柱轴力图如下图所示 图 6 2左震作用下框架弯矩图 华北水利水电大学毕业设计 25 图 6 3左震作用下梁端剪力及柱轴力图 华北水利水电大学毕业设计 26 第 7 章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 7 1 计算单元计算单元 由 5 号轴线横向框架进行计算 计算单元宽度为m8 7 如下图所示 由于房 间内布置有次梁 故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示 计算 单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁的集中力的形式传给横向 框架作用在节点上 由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合 因此在框架 节点上还有集中力矩 图 7 1横向框架计算单元 华北水利水电大学毕业设计 27 7 2 恒载计算恒载计算 图 7 2各层梁上作用的恒载 根据上图 1 q 1 q 代表横梁自重为均布荷载形式 对于顶层 mknq79 4 1 mknq79 2 1 2 q 2 q 分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 顶 层为屋面板 由计算单元图所示几何关系可得 mknq18 219 343 5 2 mknq29 160 343 5 2 1 p 2 p分别为边纵梁 中纵梁直接传给柱的恒载 它包括梁自重 楼板自重和 女儿墙等的重力荷载计算如下 2 9 6 79 243 595 1 2 9 60 3 2 2 1 95 19 3 1 p kn95 1698 725 06 025 79 29 6 2 1 8 779 443 595 1 2 9 60 3 2 2 1 95 19 3 2 p kn35 16643 55 1 2 9 3 5 19 3 集中力矩 mknepm 49 25 2 3 06 0 95 169 111 华北水利水电大学毕业设计 28 mknepm 95 24 2 3 06 0 35 166 222 对于41 层 1 q包括梁自重和其上横墙自重为均布荷载 其它荷载计算方法同 第 5 层 结果为 mknq 26 11 7 06 3 23 279 4 1 mknq79 2 1 mknq83 129 329 3 2 mknq87 90 329 3 2 2 9 6 79 28 779 429 3 2 1 95 1 9 60 3 2 2 1 95 19 3 1 p 4 021 27 221 27 2 7 06 3 6 08 7 07 3 kn55 131 2 776 535 32 12 7 2 1 8 1 9 63 3 2 2 1 8 16 3 2 p 1 005 09 6 4 1 20 11 29 26 6 48 1214 39 6 4 1 kn97 149 45 06 3 23 2 mknepm 50 22 2 3 06 0 97 149 111 mknepm 78 23 2 3 06 0 51 158 222 7 3活载计算活载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图所示 只考虑满布情况 7 3各层梁上作用的活载 对于第 5 层 mknq95 15 09 3 2 mknq5 15 00 3 2 knp63 85 0 95 1 2 9 60 3 95 19 3 1 华北水利水电大学毕业设计 29 knp99 105 05 1 2 9 35 19 3 95 1 2 0 60 3 95 19 3 2 mknepm 29 1 2 3 06 0 63 8 111 mknepm 65 1 2 3 06 0 99 10 222 对于41 层 mknq75 95 29 3 2 mknq5 105 30 3 2 knp14 435 295 1 2 9 60 3 95 19 3 1 knp68 595 35 1 2 9 35 19 3 5 295 1 2 9 60 3 95 19 3 2 mknepm 47 6 2 3 06 0 14 43 111 mknepm 95 8 2 3 06 0 68 59 222 将以上结果总汇 见下表 表 7 1横向框架恒载汇总表 层 次 1 q mkn 1 q mkn 2 q mkn 1 p kn 2 p kn 1 m mkn 2 m mkn 54 792 7921 18169 95166 3525 4924 95 1 411 262 7912 83149 97158 5122 5023 78 表 7 2横向框架活载汇总表 层 次 2 q mkn mkn q 2 1 p kn 2 p kn 1 m mkn 2 m mkn 51 951 58 6310 991 291 65 1 49 7510 543 1459 686 478 95 华北水利水电大学毕业设计 30 7 4内力计算内力计算 对于多层框架结构 采用弯矩二次分配法计算梁柱端弯矩 先确定梁的固端 弯矩及节点各杆的弯矩分配系数 而后进行弯矩分配与传递 节点的不平衡力矩包括节点两侧反号的梁固端弯矩及纵梁偏心所产生的节 点集中力矩 应将它们的代数和相加进行分配 最终的杆端弯矩应为固端弯矩与 分配弯矩之代数和 正负号规定杆端转角 杆端弯矩对杆端顺时针旋转为正 节点处逆时针为正 用于节点的外力偶荷载 作用于转动约束的约束力矩对节点约束顺时针为正 梁端柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算 由于结构和荷载均对称 故可取半榀框 架 7 4 17 4 1 分配系数计算分配系数计算 表 7 3梁柱线刚度表 单位 4 10 mkn 构件类型 层次 梁柱 ab i bc i a i 2 57 4569 112 4 556 9 0 17 4569 1127 121 注 中间梁计算跨度为原来的2 1 故线刚度值为原来的 2 倍 传递系数 对于 ab 跨梁 两端固定传递系数为 2 1 c 对于 bc 跨梁 一端固定 一端滑动1 c 分配系数 5 层 a 节点分配系数 453 0 494456 7 4456 7 梁 u 547 0 40 94456 7 40 9 柱 u 0 1547 0453 0 u b 节点分配系数 398 0 40 9112 94456 7 4456 7 左梁 u 122 0 40 9112 94456 7 112 9 右梁 u 华北水利水电大学毕业设计 31 480 0 40 9112 94456 7 40 9 柱 u 0 1480 0122 0398 0 u 2 4 层 a 节点分配系数 292 0 240 94456 7 4456 7 梁 u 354 0 240 94456 7 40 9 下柱上柱 uu 0 12354 0 292 0 u b 节点分配系数 268 0 1112 9240 94456 7 4456 7 左梁 u 082 0 1112 9240 94456 7 1112 9 右梁 u 325 0 1112 9240 94456 7 40 9 下柱上柱 uu 0 12325 0082 0268 0 u 1 层 a 节点分配系数