毕业设计（论文）-某大学教学楼设计.doc

大学毕业设计 第 1 页 目 录 1 建筑设计 1 1 1 设计基本资料 1 1 1 1 工程概况 1 1 1 2 原始设计资料 1 1 2 建筑设计说明 2 1 2 1 设计概要 2 1 2 2 建筑立面剖面设计 4 1 2 3 装饰 5 1 2 4 抗震设计 5 1 2 5 楼梯的设计 5 1 2 6 关于防火的设计 6 1 2 7 细部构造总说明 6 1 3 建筑细部具体构造做法 10 2 结构设计 12 2 1 结构布置及计算简图的确定 12 2 2 1 选择承重方案 12 2 2 2 梁 柱截面尺寸估算 12 2 2 3 结构计算简图 13 3 荷载计算 15 3 1 屋面及楼面的永久荷载标准值 15 3 2 屋面及楼面可变荷载标准值 15 3 3 梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算 15 3 3 1 梁自重计算 16 3 3 2 柱自重计算 16 3 4 计算重力荷载代表值 16 3 4 1 第 5 层的重力荷载代表值 16 3 4 2 2 4 层的重力荷载代表值 17 3 4 3 一层的重力荷载代表值 17 4 横向框架侧移刚度计算 18 大学毕业设计 第 2 页 4 1 计算梁 柱的线刚度 18 4 2 计算柱的侧移刚度 18 5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 20 5 1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 20 5 1 1 横向自振周期的计算 20 5 1 2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 20 5 1 3 水平地震作用下的位移验算 22 5 1 4 水平地震作用下框架内力计算 23 5 2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 26 5 2 1 风荷载标准值 26 5 2 2 风荷载作用下的水平位移验算 28 5 2 3 风荷载作用下框架结构内力计算 29 6 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算 32 6 1 计算单元 32 6 2 荷载计算 33 6 2 1 恒载计算 33 6 2 2 活荷载计算 35 6 2 3 屋面雪荷载标准值 37 6 3 内力计算 37 6 3 1 计算分配系数 37 6 3 2 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端 柱端弯矩 39 6 3 3 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力 41 7 框架内力组合 51 7 1 结构抗震等级 51 7 2 框架梁内力组合 51 7 2 1 作用效应组合 51 7 2 2 承载力抗震调整系数 51 7 2 3 梁内力组合表 52 7 2 4 计算跨间最大弯矩 52 7 3 1 柱内力组合 55 7 3 2 柱端弯矩值设计值的调整 55 大学毕业设计 第 3 页 8 截面设计 57 8 1 框架梁 57 8 1 1 一层 AB 梁的正截面受弯承载力计算 57 8 1 2 梁斜截面受剪承载力计算 59 8 1 3 二层 AB 梁的正截面受弯承载力计算 59 8 1 4 梁斜截面受剪承载力计算 61 8 2 框架柱 62 8 2 1 柱截面尺寸验算 62 8 2 2 框架柱的截面设计 64 9 基础设计 68 9 1 基础梁截面尺寸的选取 68 9 2 荷载选用 68 9 3 基础截面计算 69 9 4 地基承载力及基础冲切验算 70 9 5 基础底板配筋计算 71 10 楼梯的设计 74 10 1 梯段板计算 74 10 2 平台板计算 75 10 3 平台梁计算 76 11 板的配筋 78 11 1 A 板的设计 78 11 2 B 板的设计 80 参考文献 78 附录 84 英文翻译 89 致谢 105 毕业设计 第 1 页 2 结构设计 2 1 结构布置及计算简图的确定 根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求 进行了建筑平面 立面及 剖面设计 填充墙采用 190mm 厚的混凝土空心小砌块 楼盖及屋盖均采用 现浇钢筋混凝土结构 楼板厚度取 100mm 2 2 12 2 1 选择承重方案选择承重方案 该建筑为教学楼 房间布局较为整齐规则 且教学楼不需要考虑太大 空间布置 所以采用横向框架承重方案 四柱三跨不等跨的形式 柱网布 置形式详见建筑平面图 2 2 22 2 2 梁 柱截面尺寸估算梁 柱截面尺寸估算 纵 梁 mmlh900 6007200 12 1 8 1 12 1 8 1 取mmh700 mmhb350 233700 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 横 梁 1111 7500625 938 812812 hlmm 取mmh700 mmhb350 233700 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 次 梁 mmlh600 4007200 18 1 12 1 18 1 12 1 取mmh500 mmhb167 250500 3 1 2 1 3 1 2 1 取mmb300 各层梁截面尺寸及混凝土强度等级如下表 毕业设计 第 2 页 表 2 2 1 梁截面尺寸 mm 及各层混凝土强度等级 横梁 b h 层次 混凝土强 度等级AB 跨 CD 跨BC 跨 纵梁次梁 1 5 C35300 700 300 500 300 700 300 500 柱截面尺寸估算 该框架结构的抗震等级为三级 其轴压比限值 为 N 0 9 各层重力荷载代表值近似取 15kN m2 边柱及中柱的负荷面积 分别为 3 75 7 2 m2和 5 25 7 2 m2 可得一层柱截面面积为 边柱 3 2 1 3 3 75 7 2 15 105 175151 0 9 16 7 E s NcNc Fg nN Amm ff 中柱 3 2 1 25 5 25 7 2 15 105 235779 0 9 16 7 E s NcNc Fg nN Amm ff 取柱子截面为正方形 则边柱和中柱截面高度分别为 418mm 和 485mm 根据上述结果 并综合考虑其它因素 本设计柱截面尺寸取值如下 1 5 层 600mm 600mm 基础选用柱下独立基础 基础顶面距室外地面为 500mm 2 2 32 2 3 结构计算简图结构计算简图 框架结构计算简图 取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线 梁轴线取 至板顶 2 5 层高度即为层高 取 3 6m 底层柱高度从基础顶面取至一层 板顶 即 h1 3 6 0 45 0 5 4 55m 见下图 毕业设计 第 3 页 3600 3000 4850360036003600 75007500 图 2 2 1 结构计算简图 毕业设计 第 4 页 3 荷载计算 3 1 屋面及楼面的永久荷载标准值 屋面 不上人 屋面为刚性防水屋面 40 厚的 C20 细石混凝土保护层 23 0 04 0 92kN m2 3 厚 1 3 石灰砂浆隔离层 0 003 17 0 0513kN m2 卷材防水层 0 3 20 厚的 1 2 5 水泥砂浆找平层 20 0 02 0 4kN m2 100 厚的钢筋混凝土板 25 0 10 2 5kN m2 20 厚水泥砂浆找平层 20 0 02 0 4kN m2 12 厚纸筋石灰抹底 0 160kN m2 合计 4 98kN m2 1 4 层楼面 水磨石楼面 15 厚的 1 2 白水泥白石子 掺有色石子 磨光打蜡 18 0 015 0 27kN m2 20 厚的 1 3 水泥砂浆找平层 20 0 02 0 40kN m2 现浇 100 厚的钢筋混凝土楼板 25 0 1 2 5kN m2 3 厚细石粉面 16 0 003 0 048kN m2 8 厚水泥石灰膏砂浆 14 0 008 0 112kN m2 合计 3 33kN m2 3 2 屋面及楼面可变荷载标准值 不上人屋面均布活荷载标准值 0 50kN m2 楼面活荷载标准值 2 0kN m2 走廊活荷载标准值 2 5kN m2 屋面雪荷载标准值 Sk r s0 1 0 0 35 0 35kN m2 式中 r 为屋面积雪分布系数 取 r 1 0 毕业设计 第 5 页 3 3 梁 柱 墙 窗 门重力荷载计算 查规范得以下自重 外墙面为面砖墙面自重 0 5 kN m2 混凝土空心小砌块 11 8 kN m2 3 3 13 3 1 梁自重计算梁自重计算 边横梁自重 0 3 0 7 25 5 25 kN m 粉刷 0 7 0 1 0 048 17 0 459 kN m 合计 5 709 kN m 中横梁自重 0 3 0 5 25 3 75 kN m 粉刷 0 6 0 105 17 0 360 kN m 合计 4 11 kN m 纵梁自重 0 3 0 7 25 5 25 kN m 粉刷 0 6 0 048 17 0 459 kN m 合计 5 709 kN m 次梁自重 0 3 0 5 25 3 75 kN m 粉刷 0 4 0 045 17 0 306 kN m 合计 4 06 kN m 毕业设计 第 6 页 3 3 23 3 2 柱自重计算柱自重计算 柱自重 0 6 0 6 25 9 kN m 贴面及粉刷 0 6 4 0 2 2 0 02 17 0 68 kN m 合计 9 68 kN m 女儿墙自重 含贴面和粉刷 0 9 0 02 2 17 0 2 15 0 9 3 312 kN m 内外墙自重 含贴面和粉刷 0 2 15 0 02 2 17 3 68 kN m 3 4 计算重力荷载代表值 3 4 13 4 1 第第 5 5 层的重力荷载代表值 层的重力荷载代表值 屋面恒载 7 5 2 3 7 2 4 98 645 41 kN 女儿墙 3 312 7 2 2 47 69 kN 纵横梁自重 41 10 4 2 7 5 5 709 2 7 5 4 06 3 3 46 321 315 kN 半层柱自重 9 68 3 6 4 0 5 69 70 kN 半层墙自重 40 99 54 8 3 6 0 5 7 5 0 6 0 4 181 99 KN 屋面雪载 7 5 2 3 7 2 0 35 45 36 kN 恒载 0 5 雪载 645 41 47 69 321 315 69 70 181 99 0 5 45 36 1288 79 kN 3 4 23 4 2 2 2 4 4 层的重力荷载代表值层的重力荷载代表值 楼面恒载 7 5 2 3 7 2 3 33 431 568kN 毕业设计 第 7 页 上 下半层墙重 181 99 181 99 363 98 kN 纵横梁自重 321 315 kN 上半层柱 下半层柱 69 70 69 70 139 4 kN 楼面活荷载 7 2 7 5 2 2 3 2 5 270 kN 恒载 0 5 活载 431 568 363 98 321 315 139 4 0 5 270 1391 26 kN 3 4 33 4 3 一层的重力荷载代表值 一层的重力荷载代表值 楼面恒载 431 568 kN 上 下半层墙自重 a 外纵墙 40 09 3 68 4 55 0 7 7 2 0 25 2 31 01 104 41 kN b 内纵墙 54 8 3 68 4 55 0 7 7 2 0 25 2 16 70 132 02 kN c 横墙 86 70 7 5 0 5 0 2 2 4 55 0 5 3 68 198 85 kN 纵横梁自重 321 315 kN 上半层自重 69 70 kN 下半层自重 0 5 9 68 4 55 4 88 09 kN 楼面活荷载 270 kN 恒载 0 5 楼面活载 431 568 104 41 132 02 198 85 321 315 157 79 270 2 1481 95 kN 则一榀框架总重力荷载代表值为 n i i G 1 5 n 12345 1 1288 793 1391 26 1481 956944 5 n i i GGGGGGKN 毕业设计 第 8 页 4 横向框架侧移刚度计算 4 1 计算梁 柱的线刚度 梁线刚度计算梁柱混凝土标号均为 35 C 72 3 15 10 C EKN m 在框架结构中 现浇楼面或预制楼板但只有现浇层的楼面 可以作为梁的 有效翼缘 增大梁的有效刚度 减少框架侧移 考虑这一有利作用 在计 算梁的截面惯性矩时 对现浇楼面的边框架梁取 对中框架梁取 0 5 1 II 0 0 2 II 表 4 1 1 横梁线刚度计算表 类别 Ec N mm2 bh mmmm I0 mm4 l mm ECI0 l N mm 2ECI0 l N mm 边横梁3 1510 4 300650 8 575109 75003 601010 7 201010 走道梁 3 15104 300500 3 125109 30003 281010 6 561010 柱线刚度计算 表 4 1 2 柱线刚度 Ic 计算表 层次 mm c h Ec N mm2 bh mmmm Ic mm4 ECIc c h N mm 145503 15104 600600 10 8109 7 471010 2 5 36003 15104 600600 10 8109 9 451010 4 2 计算柱的侧移刚度 柱的侧移刚度 D 计算公式 2 12 h i D c c 其中为柱侧移刚度修正系数 为梁柱线刚度比 不同情况下 c K 取值不同 c K 对于一般层 2 b c K K K 2 c K K 对于底层 2 b c K K K 0 5 2 c K K 毕业设计 第 9 页 表 4 2 1 横向框架柱侧移刚度 D 计算表 层次 层高 m h 柱 根 数 Kc 2 12 h i D c c N mm D 边柱 2 0 7620 27624150 2 53 6 中柱 2 1 4560 42136838 121976 边柱 2 0 9640 49421390 1 4 55 中柱 2 1 8420 61026412 95604 该框架为规则框架 1 2 95604 0 7840 7 121976 D D 图 4 2 1 框架计算简图 毕业设计 第 10 页 5 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 5 1 横向水平地震作用下的框架结构的内力计算和侧移计算 5 1 15 1 1 横向自振周期的计算横向自振周期的计算 运用顶点位移法来计算 对于质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架 结构 基本自振周期可按下式来计算 TT uT 7 1 1 式中 计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移 即 T u 假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构 i G 顶点位移 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数 取 0 7 T 故先计算结构顶点的假想侧移 计算过程如下表 表 5 1 1 结构顶点的假想位移计算 层次 i GkN Gi VkN i DN mm i ummA i umm 51288 791288 7912197610 57183 33 41391 262680 6512197621 97172 76 31391 264071 3112197633 37150 79 21391 265462 5712197644 78117 42 11481 956944 529560472 6472 64 由上表计算基本周期 1 T 1 1 71 7 0 60 183330 437 TT Tus 5 1 25 1 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 该建筑结构高度远小于 40m 质量和刚度沿高度分布比较均匀 变形以 剪切为主 因此用底部剪力法来计算水平地震作用 首先计算总水平地震作用标准值即底部剪力 Ek F 1Ekeq FG 式中 相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数 1 结构等效总重力荷载 多质点取总重力荷载代表值的 eq G 85 0 850 85 6944 55902 8 eqi GG 徐州地区特征分区为一区 又场地类别为 类 查规范得特征周期 毕业设计 第 11 页 0 35 g Ts 查表得 水平地震影响系数最大值 max 0 08 由水平地震影响系数曲线来计算 1 0 9 1max 0 35 0 080 0655 0 437 g T T 式中 衰减系数 0 05 时 取 0 9 1 0 0655 5902 8386 6 Ekeq FGkN 因为 1 0 4371 41 4 0 350 49 g TsTs 所以不需要考虑顶部附加水平地震作用 则质点 i 的水平地震作用为 i F 1 ii iEkn jj j G H FF G H 式中 分别为集中于质点 i j 的荷载代表值 i G j G i H 分别为质点 i j 的计算高度 j H 具体计算过程如下表 各楼层的地震剪力按 来计算 一并 1 n ik k VF 列入表中 表 5 1 2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 i Hm i GkN ii G HkN m i F kN i VkN 518 951288 7924423117 59117 59 415 351391 2621356102 84220 41 311 751391 261634779 14299 55 28 151391 261133954 59354 14 14 551481 95674332 46386 6 jj G H 78208 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图 毕业设计 第 12 页 图 5 1 1 横向水平地震作用及层间地震剪力 5 1 35 1 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 用 D 值法来验算 框架第 层的层间剪力 层间位移及结构顶点位移分别按下式 ii V iu u 来计算 n ik k i VF 1 s iiij j uVD 1 n k k uu 计算过程见下表 表中计算了各层的层间弹性位移角 eii uh 表 5 1 3 横向水平地震作用下的位移验算 层次 i VkN i DN mm i umm i umm i hmm eii uh 5117 591219760 96412 17436001 1556 4220 411219761 80711 21036001 1369 3299 551219762 4569 40336001 1250 2354 141219762 9036 94736001 1173 1386 6956044 0444 04445501 1125 毕业设计 第 13 页 由表中可以看到 最大层间弹性位移角发生在第一层 1 1173 1 550 满足要求 5 1 45 1 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 将层间剪力分配到该层的各个柱子 即求出柱子的剪力 再由柱子的 剪力和反弯点高度来求柱上 下端的弯矩 柱端剪力按下式来计算 1 ij ijis ij j D VV D 柱上 下端弯矩 按下式来计算 u ij M b ij M b ijij MVyh 1 u ijij MVy h 123n yyyyy 式中 i 层 j 柱的侧移刚度 h 为该层柱的计算高度 ij D y 反弯点高度比 标准反弯点高比 根据上下梁的平均线刚度 和柱的相对线 n y b k 刚度的比值 总层数 该层位置查表确定 c kmn 上下梁的相对线刚度变化的修正值 由上下梁相对线刚度比值 1 y 及 查表得 1 i 上下层层高变化的修正值 由上层层高对该层层高比值及 查 2 y 2 i 表 下层层高对该层层高的比值及 查表得 3 y 3 i 需要注意的是是根据表 倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点 n y 高度比查得 n y 毕业设计 第 14 页 表 5 1 4 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 6117 591219762415023 28 0 76 0 3554 4829 33 43 6220 411219762415043 64 0 76 0 4094 2662 83 33 6299 551219762415059 29 0 76 0 45117 3996 05 23 6354 141219762415070 12 0 76 0 50126 22126 22 14 55386 6956042139076 54 0 96 0 65121 89226 37 表 5 1 5 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V KY M上M下 53 6117 591219763683835 511 460 3780 5447 30 43 6220 411219763683866 571 460 45131 80 107 84 33 6299 551219763683890 441 460 47172 56 155 57 23 6354 1412197636838106 951 460 50192 51 192 51 14 55386 69560426412116 761 840 65 1185 94 345 32 注 表中弯矩单位为 减力单位为 KNkN m 梁端弯矩 剪力及柱轴力分别按下式来计算 1 l lbu b bijij lr bb i MMM ii 1 r rbu b bijij lr bb i MMM ii 2l bb b MM V l n lr ibb k ik NVV 毕业设计 第 15 页 表 5 1 6 梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 边梁走道梁柱轴力 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱 N中柱 N 554 4842 147 5 12 8838 438 43 0025 6 12 88 12 72 4123 59 93 727 5 28 9785 3885 383 0056 92 41 85 40 67 3180 22 146 72 7 5 43 59 133 68133 683 0089 12 85 44 86 20 2222 27 182 13 7 5 53 92166 1166 13 00110 73 139 36 143 01 1248 11 198 02 7 5 59 48 180 43180 433 00120 27 198 84 203 80 水平地震作用下框架的弯矩图 梁端剪力图及柱轴力图如图所示 54 48 54 48 29 33 94 26 123 59 62 83 117 39 180 22 96 05 126 22 222 27 126 22121 89 248 11 226 37 345 32 192 51 180 43 185 94 198 02 42 1480 54 38 4 93 72 47 30 85 38 182 13 192 51 166 1 107 84 146 72 131 80 133 68 47 30 80 54 图 5 1 2 左地震作用下框架弯矩图 KN 毕业设计 第 16 页 198 84 139 36 85 44 41 85 59 48 53 92 43 59 28 91 12 88 12 88 203 80 120 27 143 01 110 73 86 12 89 12 40 67 25 6 56 92 12 72 25 6 12 72 56 92 40 67 89 12 86 12 110 73 143 01 120 27 203 80 12 88 28 91 12 88 41 85 85 44 139 36 198 84 43 59 59 48 53 92 图 5 1 3 左地震作用下梁端剪力及柱轴力图 5 2 横向风荷载作用下框架结构内力和侧移计算 5 2 15 2 1 风荷载标准值风荷载标准值 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来 计算 0kzsz ww 式中 风荷载标准值 kN m2 k 高度 Z 处的风振系数 z 风荷载体型系数 s 风压高度变化系数 z 基本风压 kN m2 0 由 荷载规范 徐州地区重现期为 50 年的基本风压 0 35KN m 地面 0 粗糙度为 B 类 风载体型系数由 荷载规范 第 7 3 节查得 0 8 迎 s 风面 和 0 5 背风面 荷载规范 规定 对于高度大于 30m 且高 s 宽比大于 1 5 的房屋结构 应采用风振系数来考虑风压脉动的影响 本 z 设计中 房屋高度 H 18 95 30m H B 18 5 18 1 05 1 5 则不需要考 毕业设计 第 17 页 虑风压脉动的影响 取 1 0 z 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载 如下表 表 5 2 1 风荷载计算 层次 z s Z m z 0 2 A m w P kN V kN 51 00 95418 450 810 3516 25 975 97 41 00 77114 850 740 3525 928 7314 70 31 00 58811 250 740 3525 928 7323 43 21 00 4057 650 740 3525 928 7332 16 11 00 2214 050 740 3527 549 2741 43 其中 A 为一榀框架各层节点的受风面积 取上层的一半和下层的一半 之和 顶层取到女儿墙顶 底层只取到下层的一半 注意底层的计算高度 应从室外地面开始取 顶层 2 3 6 0 9 7 216 2 2 Am 中间层 2 3 6 7 225 92Am 底层 2 4 053 6 7 227 54 22 Am 毕业设计 第 18 页 F3 8 73 F1 9 27 F2 8 73 F5 5 97 F4 8 73 图 5 2 1 等效节点集中风荷载计算简图 kN 5 2 25 2 2 风荷载作用下的水平位移验算风荷载作用下的水平位移验算 根据水平荷载 计算层间剪力 再依据层间侧移刚度 计算出各层的 相对侧移和绝对侧移 计算过程如下表 表 5 2 2 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算 层次 i F kN i VkN DN mm i umm i umm ii uh 55 97 5 97 121976 0 05 1 05 1 18047 48 73 14 70 1219760 12 0 60 1 15350 38 73 23 43 121976 0 19 1 20 1 13352 28 73 32 16 1219760 26 1 97 1 11811 19 27 41 43 95604 0 43 3 14 1 10581 由表可以看出 风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的 1 10581 小于 1 550 满足规范要求 毕业设计 第 19 页 5 2 35 2 3 风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算 计算方法与地震作用下的相同 都采用 D 值法 在求得框架第 I 层的层间剪力后 I 层 j 柱分配到的剪力以及柱 i V ij V 上 下端的弯矩 分别按下列各式计算 b ij M u ij M 柱端剪力计算公式为 i s j ij ij ij V D D V 1 柱端弯矩计算公式为 yhVM ij b ij hyVM ij u ij 1 123n yyyyy 需要注意的是 风荷载作用下的反弯点高比是根据表 均布水平荷载作用下 n y 的各层标准反弯点高度比查得 n y 表 5 2 3 各层边柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V Ky M上M下 53 65 97121976241501 180 760 302 971 27 43 614 7121976241502 910 760 406 294 19 33 623 43121976241504 640 760 459 197 52 23 632 16121976241506 370 760 5011 47 11 47 14 5541 4395604213909 270 960 6514 76 27 42 毕业设计 第 20 页 表 5 2 4 各层中柱柱端弯矩及剪力计算 层次 i hm i VkN ij DN mm 1 i D 1 i V KY M上M下 53 65 97121976368381 801 460 374 082 40 43 614 7121976368384 441 460 429 276 71 33 623 43121976368387 081 460 4713 51 11 98 23 632 16121976368389 711 460 5017 48 17 48 14 5541 43956042641211 451 840 6020 84 31 26 注 表中弯矩单位为 KN M 剪力单位为 KN 梁端弯矩 剪力以及柱轴力分别按照下列公式计算 b M i V i N 1 u ij b ji r b l b l bl b MM ii i M 1 u ij b ji r b l b r bl b MM ii i M lMMV r b l bb n ik r b l bi VVN 表 5 2 5 风荷载作用下的梁端弯矩 剪力及柱轴力计算 边梁走道梁柱轴力 层次 l b M r b Ml b V l b M r b Ml b V边柱 N中柱 N 52 972 137 50 681 951 953 001 3 0 68 0 62 47 566 117 51 825 565 563 003 71 2 50 2 51 313 3810 587 53 199 649 643 006 43 5 69 5 75 218 9915 427 54 5914 0414 043 009 36 10 28 10 52 126 2320 057 56 1718 2718 273 0012 18 16 45 16 53 横向框架在风荷载作用下弯矩 梁端剪力及柱轴力见图 5 2 3 毕业设计 第 21 页 6 71 20 05 17 48 11 98 15 42 27 42 26 23 31 26 11 47 7 52 14 76 18 99 11 47 13 38 18 27 20 84 14 04 17 48 9 64 10 58 2 40 6 11 2 13 2 97 1 27 4 19 6 29 9 19 7 56 2 97 4 08 9 27 13 51 5 56 1 95 图 5 2 2 左风作用下框架弯矩图 KN 0 68 0 68 1 82 2 50 3 19 5 69 4 59 10 28 6 17 16 45 1 3 0 62 3 71 2 51 6 43 5 75 9 36 10 52 12 18 16 53 1 3 3 71 6 43 9 36 12 18 10 52 5 75 2 51 0 62 16 53 0 68 1 82 3 19 4 59 6 17 0 68 2 50 5 69 10 28 16 45 图 5 2 3 左风作用下梁端剪力及柱轴力图 毕业设计 第 22 页 6 竖向荷载作用下横向框架结构的内力计算 6 1 计算单元 取 3 轴线横向框架进行计算 计算单元宽度为 7 5m 如图所示 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 计算单元内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式 传给横向框架 作用于各节点上 见图 6 1 1 图 6 1 1 横向框架计算单元 毕业设计 第 23 页 6 2 荷载计算 6 2 16 2 1 恒载计算恒载计算 P1 P2 P2 P1 2 q 2 q 2 q q1 q1 1 q 图 6 2 1 各层梁上作用的荷载 在图中 1 q 1 q 代表横梁自重 为均布荷载形式 对于第五层 3 46 kNm 1 5 709 qkN m 1 q 和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载 由图 2 q 2 q 所示的几何关系可得 2 5 104 976 3 617 91 qkN m 2 4 976 3 014 93 qkN m 分别为由边纵梁 中纵梁直接传给柱的荷载 它包括梁自重 1 P 2 P 楼板重和女儿墙等的自重荷载 计算过程如下 节点集中荷载 1 P 边纵梁传来 a 屋面自重 三角形部分 3 63 6 4 98 232 27 22 KN b 由次梁传来的屋面自重 梯形部分 0 5 7 5 7 5 3 6 1 8 4 98 51 09KN c 边纵梁自重 5 709 7 2 41 10kN 次梁自重 7 5 4 0615 225 2 kN 女儿墙自重 3 312 7 223 85kN 毕业设计 第 24 页 合计 163 54kN 1 P 节点集中荷载 2 P 纵梁传来 a 屋面自重 三角形部分 3 63 6 4 98232 27 22 KN b 次梁自重 7 5 4 0615 225 2 kN c 由次梁传来的屋面自重 梯形部分 51 09KN d 走道屋面板自重 0 5 7 2 7 2 3 1 5 4 98 42 58KN 纵梁自重 5 709 7 2 41 10kN 合计 182 26kN 2 P 对于 1 4 层 计算的方法基本与第五层相同 计算过程如下 1 5 709 qkN m 3 46 kN m 1 q 2 3 33 3 611 99 qkN m 2 3 33 3 09 99 qkN m 节点集中荷载 1 P 纵梁自重 5 709 7 2 41 10kN 外墙自重 7 20 25 23 60 73 6871 50kN 纵梁传来 a 楼面自重 三角形部分 0 5 3 6 0 5 3 6 3 33 221 58kN b 次梁自重 7 5 4 0615 225 2 kN c 次梁上墙重 毕业设计 第 25 页 11 7 50 60 2 2 3 60 5 3 6821 68 22 KN d 由次梁传来的楼面自重 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 3 3334 17KN 扣窗面积墙重加窗重 2 2 4 2 0 3 682 2 1631 01kN 合计 174 24kN 节点集中荷载 2 P 纵梁自重 5 709 7 2 41 10kN 内墙自重 71 50kN 纵梁传来 a 楼面自重 三角形部分 0 5 3 6 0 5 3 6 3 33 221 58kN b 次梁自重 7 5 4 0615 225 2 kN c 次梁上墙重 11 7 50 60 2 2 3 60 5 3 6821 68 22 KN d 由次梁传来的楼面自重 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 3 3334 17KN e 走道楼面板自重 梯形部分 1 7 27 23 1 5 3 3328 47 2 KN 扣窗面积墙重加窗重 2 4 1 2 3 682 0 4816 10kN 合计 217 03kN 6 2 26 2 2 活荷载计算活荷载计算 活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图 P1 P2 P2 P1 2 q 2 q 2 q 毕业设计 第 26 页 q1 q1 1 q 图 6 2 2 各层梁上作用的活载 对于第五层 2 0 5 3 61 80 qkN m 2 0 5 3 01 50 qkN m 节点集中荷载 1 P 屋面活载 三角形部分 0 5 0 5 3 6 0 5 3 6 0 5 3 24kN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 0 55 13kN 合计 8 37kN 节点集中荷载 2 P 屋面活载 三角形部分 0 5 0 5 3 6 0 5 3 6 0 5 3 24kN 走道传来屋面荷载 梯形部分 1 7 27 23 0 1 5 0 54 28 2 KN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 0 55 13kN 合计 12 65kN 对于 1 4 层 2 2 0 3 67 2 qkN m 2 2 5 3 07 5 qkN m 节点集中荷载 1 P 楼面活载 三角形部分 2 0 5 3 6 0 5 3 6 2 12 96kN 毕业设计 第 27 页 次梁传来的楼面活载 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 220 52kN 合计 33 44kN 中节点集中荷载 2 P 楼面活载 三角形部分 2 0 5 3 6 0 5 3 6 2 12 96kN 走道传来屋面荷载 梯形部分 1 7 27 23 0 1 5 2 521 38 2 KN 次梁传来的屋面活载 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 220 52kN 合计 54 86kN 6 2 36 2 3 屋面雪荷载标准值 屋面雪荷载标准值 同理 在屋面雪荷载作用下 2 0 35 3 61 26 qkN m 2 0 35 3 01 05 qkN m 节点集中荷载 1 P 屋面雪载 三角形部分 2 0 5 3 6 0 5 3 6 0 35 2 27kN 次梁传来的屋面雪载 梯形部分 0 5 7 57 53 6 1 8 0 353 59kN 合计 5 86kN 毕业设计 第 28 页 中节点集中荷载 2 P 屋面雪载 三角形部分 2 0 5 3 6 0 5 3 6 0 35 2 27kN 走道传来屋面雪载 梯形部分 1 7 27 23 0 1 5 0 352 99 2 KN 次梁传来的屋面雪载 梯形部分 2 64KN 合计 8 85kN 1 4 层 雪荷载作用下的节点集中力同屋面活荷载作用下的 这里从略 6 3 内力计算 6 3 16 3 1 计算分配系数 计算分配系数 梁端和柱端弯矩采用弯矩二次分配法来计算 计算时先对各节点不平 衡弯矩进行第一次分配 向远端传递 传递系数为 1 2 然后对由于传递而 产生的不平衡弯矩再进行分配 不再传递 到此为止 由于结构和荷载均 对称 故计算时可用半框架 对于边节点 与节点相连的各杆件均为固接 因此杆端近端的转动刚 度 为杆件的线刚度 分配系数为 对于中间节点 与该节4Si i 11 1j S S 点相连的走道梁的远端转化为滑动支座 因此转动刚度 其余杆端Si 分配系数计算过程如下 4Si 梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成 在求固端弯矩时可直接根 据图示荷载计算 也可根据固端弯矩相等的原则 先将梯形分布荷载以 及三角形分布荷载 化为等效均布荷载 等效均布荷载的计算公式如图 所示 aa l p q 三角形荷载 lq 21 32 2 1 pq 8 5 图 6 3 1 荷载的等效 毕业设计 第 29 页 顶层梯形荷载化为等效均布荷载 25 32 15 21 ABAB ggg 边 23 5 709 1 2 0 240 24 17 9121 80 KN m 5152 55 3 4614 9312 79 88 BCBC gggKN m 中 则顶层各杆的固端弯矩为 跨 俩端均为固定支座AB 22 11 21 8 7 5102 19 1212 ABBA MMg lKN m 边边 跨 一端为固定支座 一端为滑动支座BC 22 11 12 79 1 59 59 33 BC Mg lKN m 中中 22 11 12 79 1 54 80 66 CB Mg lKN m 中中 其余层梯形荷载化为等效均布荷载 2 32 1 21 ABAB ggg 边 23 15 88 1 2 0 240 24 11 9916 48 KN m 12 55 3 469 999 70 88 BCBC gggKN m 中 同理 其余层各杆的固端弯矩为 22 11 16 48 7 577 27 1212 ABBA MMg lKN m 边边 22 11 9 78 1 57 28 33 BC Mg lKN m 中中 22 11 9 78 1 53 24 66 CB Mg lKN m 中中 6 3 26 3 2 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端 柱端弯矩 用弯矩二次分配法来计算恒载作用下的梁端 柱端弯矩 表 6 3 1 恒载作用下的框架弯矩二次分配法 毕业设计 第 30 页 上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁 0 568 0 432 0 361 0 474 0 165 102 19 102 19 9 59 58 04 44 15 33 43 43 89 15 28 13 99 16 71 22 07 11 27 1 55 1 18 3 90 5 12 1 78 73 58 73 58 86 93 60 28 26 65 0 362 0 362 0 276 0 245 0 322 0 322 0 112 77 27 77 27 7 28 27 97 27 97 21 33 17 15 22 54 22 54 7 84 29 02 13 99 8 57 10 66 21 95 11 27 12 47 12 47 9 50 5 53 7 26 7 26 2 53 44 53 29 49 74 02 76 31 37 22 26 54 12 59 0 362 0 362 0 276 0 245 0 322 0 322 0 112 77 27 77 27 7 28 27 97 27 97 21 33 17 15 22 54 22 54 7 84 13 99 13 99 8 57 10 66 11 27 11 27 7 02 7 02 5 35 2 91 3 82 3 82 1 33 毕业设计 第 31 页 34 94 34 94 69 87 73 69 29 98 29 98 13 79 0 362 0 362 0 276 0 245 0 322 0 322 0 112 77 27 77 27 7 28 27 97 27 97 21 33 17 15 22 54 22 54 7 84 13 99 15 14 8 57 10 66 11 27 12 07 7 44 7 44 5 67 3 11 4 08 4 08 1 42 34 52 35 68 70 19 73 89 29 72 30 53 13 70 0 392 0 310 0 298 0 263 0 345 0 273 0 120 77 27 77 27 7 28 30 29 23 95 23 03 18 41 24 15 19 11 8 40 13 99 9 20 11 51 11 27 1 87 1 48 1 43 0 06 0 08 0 07 0 03 42 40 22 47 64 87 70 31 35 50 19 17 15 71 11 24 9 59 毕业设计 第 32 页 图 6 3 2 恒载作用下的框架弯矩图 kN m 6 3 36 3 3 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力 计算恒载和活载作用下梁端剪力和柱轴力 梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相 叠加而得 而柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到 计算恒载作用 时的柱底轴力 要考虑柱的自重 恒载作用下梁的剪力以及柱的轴力 剪力计算 梁端剪力由两部分组成 a 荷载引起的剪力 计算公式为 分别为矩形和梯形荷载 1 22 1 12 11 lq lqVV BA 1 q 2 q 毕业设计 第 33 页 分别为矩形和三角形荷载 2 22 1 4 1 2 1 lqlqVV CB 1 q 2 q b 弯矩引起的剪力 计算原理是杆件弯矩平衡 即 跨 AB l MM VV BAAB BA 跨 因为跨两端弯矩相等 故BCBC0 CB