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毕业设计课程设计毕业论文详细资料联系QQ号;1620812008结构设计1.结构设计概况结构设计以建筑设计为基础,相互配合,相得益彰,互相协调,确定出最为合理可靠的方案,同时满足建筑安全、适用、耐久、经济等各个方面的指标。结构设计主要包含以下内容:确定结构体系与结构布置;根据经验初步估计构件尺寸;确定计算单元模型及计算简图;进行荷载及内力计算;进行内力组合,确定最不利状况;进行构件及节点设计;基础、楼梯、楼板等设计1.1工程概况本工程为三星级旅馆,共七层,总高21.6米。无地下室,首层及二层为辅助用房,三到七层为客房。首层与二层层高3.3米,三到七层层高3.0米。 拟采用钢筋混凝土框架结构,属于丙类建筑。1.1.1场地条件:青岛市海边,海拔:76m场地类别:二类地面粗糙度类别:B地基承载层为粘土层,容许承载力一般可达300Kpa
;地基土承载力特征值为:;1.1.2气象资料由《建筑结构荷载规范》附录D可查得,青岛市基本风压:0.6kN/㎡;基本雪压:0.20kN/㎡;气候分区:=2\*ROMANII区。1.1.3抗震由《混凝土结构设计规范》11.1.4及《建筑抗震设计规范》可知,该建筑属丙类建筑;6度设防;抗震等级:四级。1.2结构方案1.2.1结构选型拟采用钢筋混凝土框架结构,该结构建筑平面布置灵活,由于本工程层数不多、高度不大、平面规则均匀,采用框架结构用材少,施工方便,抗震性能好。1.2.2柱网布置框架柱柱距一般取建筑开间,但本工程开间较小,层数较少,柱截面设计时常按照构造配筋,材料强度不能充分利用,故采用柱距为两个开间大小。柱网布置如下图:1.2.3拟定梁柱截面尺寸1.框架梁截面梁截面参考受弯构件的尺寸选择。梁高取h=(1/12~1/8)L,宜满足h>=L/15(多跨用较小值)。其中L为梁的跨度。为防止发生剪切破坏,h≯1/4梁净跨。梁宽度b取为(1/3~1/2)h,为使端部节点传力可靠,梁宽b≮柱宽的1/2,且不应小于250mm,高宽比≯4。对抗震结构,梁截面的宽度不小于200mm,梁截面的高宽比不宜大于4,净跨与截面高度之比不宜小于4。故Lz1高h=(1/12~1/8)×7800=650~975,取700,宽b取350。Lz2高h=(1/12~1/8)×2100=262.5~175,取400,宽b取200。Lc1高h=(1/15~1/12)×7800=520~650,取600,宽b取300。结果如下:梁柱截面梁编号Lz1(b×h)Lz2(b×h)Lc1(b×h)尺寸350×700200×400300×600单位:mm2.框架柱截面柱截面宽与高一般取(1/20~1/15)层高,需满足h>=L/25,b>=L/30,L为柱子计算长度。且截面大于250mm×250mm.。对抗震结构,柱子宽度不宜小于300mm,柱子净高与截面高度之比宜大于4。柱截面多采用矩形或方形截面,截面高度h=(1/15~1/20)H(H为层高)且≮400mm,截面宽度b=(1~2/3)h且≮350mm.为避免发生剪切破坏,柱净高与截面长边之比≥4.初估:承受以轴力为主的框架柱,可按轴心受压柱估算,并考虑弯矩影响,将轴向力N乘以1.2~1.4的增大系数。N按每平米10kN~12kN估算,N约为2×3.90×(2.10/2+7.80/2)×12.5×1.3×7=4391.9kN。(受荷面积按中柱计算)由《建筑抗震设计规范》可知,抗震等级为四级的建筑轴压比限制值为1.0即可,故A=N/f=4391900N/14.3Mpa=307126mm。若采用正方形截面柱,则边长约为554.19mm。由于中柱受荷面积最大,边柱截面略小与中柱,但为了方便施工,柱子截面统一取600mm×600mm。3.板厚根据工程经验,板厚h应满足:故取。4.梁柱线刚度计算对现浇楼面结构,中部框架梁的惯性矩I可用2,边框架梁的惯性矩可用1.5。本工程选取的典型计算单元为中部框架。为框架梁矩形截面惯性矩,=(bh)/12,其中h为截面高度,b为截面宽度。i为线刚度,,其中l为梁跨度或柱计算高度。 计算过程及结果见下表:杆件截面(b×h)梁跨、柱高惯矩I。惯矩I线刚度i相对刚度1层框架柱600×60042501.11.082.540.9882层框架柱600×60033001.11.083.271.2723~7层框架柱600×60030001.11.083.601.401边框架梁350×7007800122.571.000中框架梁200×400210020.3971.3计算单元与计算简图1.3.1计算单元框架结构体系在竖向承重单体的布置形式中,纵横向框架都是等距离均匀布置的,各自刚度基本相同,作用在房屋上的荷载,如恒荷载、雪荷载、风荷载等,一般也是均匀分布。因此在荷载作用下无论在纵向或横向,各榀框架将产生相同的位移,相互之间不会产生大的约束力。故可单独取一榀框架作为计算单元。由于11号轴处的这榀框架极具典型性,故选此作为基本计算单元。其受荷分布如下图:框架计算单元1.3.2计算简图计算简图中,杆件用轴线表示,杆件间的连接区用节点表示,杆件长度用节点距离表示,荷载的作用点转移到轴线上。框架梁的跨度等于顶层柱截面形心轴线之间的距离,底层柱高从基础顶面算至二层楼板底,为4.25m,二层柱为3.3m,三至七层的柱高为建筑层高,均为3.0m.简图如下(图中数字为线刚度,单位:×10Em)计算简图2恒荷载计算2.1屋面框架梁线荷载标准值4mm厚APP卷材防水层0.35kN/m20mm厚水泥砂浆找平层0.02m×20kN/m=0.40kN/m120mm厚水泥膨胀珍珠岩找坡层0.12m×10kN/m=1.20kN/m50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料保温层0.05m×0.5kN/m=0.025kN/100mm厚钢筋混凝土板0.1.m×25kN/m=2.50kN/m20mm厚板底抹灰0.02m×17kN/m=0.34kN/m屋面板均布恒荷载标准值4.82kN/mAB跨屋面梁上恒荷载标准值q2q2=3.9m×4.82kN/m=18.80kN/mBC跨屋面梁上恒荷载标准值q2’q2’=2.1m×4.82kN/mAB跨框架梁自重q1:框架梁自重0.35m×0.7m×25kN/m=6.13kN/m框架梁抹灰2×(0.7m-0.1m)×0.02m×17kN/m=0.41kN/mq1=6.54kN/mBC跨框架梁自重q1框架梁自重0.2m×0.4m×25=2.00kN/m框架梁抹灰2×(0.3m-0.1m)×0.02m×17=0.20kN/mq1’=2.202.2屋面框架节点集中荷载标准值:A轴框架梁自重标准值:纵向框架梁自重0.35m×0.7m×25kN/m=6.13kN/m抹灰(0.6m×2)×0.02×17=0.41kN/mA轴框架梁自重标准值6.54kN/m次梁自重标准值:次梁自重0.3m×0.6m×25=4.50kN/m抹灰(0.5m×2)×0.02×17=0.34kN/m次梁自重标准值4.84kN/m女儿墙为200mm加气混凝土砌块,两侧均为20mm抹灰,则内墙单位面积重力荷载为6.5×0.2+17×0.02×2=1.98kN/m.900mm高,故自重标准值为0.9m×1.98kN/m=1.78kN/m。A轴纵向框架梁传来恒荷载标准值P1:(1)女儿墙自重1.78kN/m×7.8m=13.88kN(2)纵向框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(3)纵向次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(4)屋面恒荷载传来【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×4.82kN/m=91.63kNP1=175.40kNB轴纵向框架梁传来恒荷载标准值P2:(1)纵向框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)纵向次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(3)屋面恒荷载传来【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×4.82kN/m=91.63kN【7.8m×1.05m-1.05m×1.05m】×4.82kN/m=34.17P2=195.69kN2.3楼面框架梁线荷载标准值:楼面均布恒荷载:30mm厚水磨石面层0.65kN/m100mm厚钢筋混凝土板0.10m×25kN/m=2.50kN/m20mm厚板底抹灰0..2m×17kN/m=0.34kN/m楼面均布恒荷载标准值3.49kN/m外墙墙体为200mm加气混凝土砌块,+50mm厚挤塑聚苯板,内外20mm厚抹灰,外刷外墙涂料,则外墙单位墙面重力荷载为6.5×0.2+0.05×20+17×0.02×2=2.98kN/m.内墙墙体为200mm加气混凝土砌块,两侧均为20mm抹灰,则内墙单位面积重力荷载为6.5×0.2+17×0.02×2=1.98kN/m.框架柱自重为25×0.6×0.6+17×4×0.6×0.02(粉刷)=9.82kN/m。2~6层:AB跨楼面梁上恒载标准值q2q2=3.9m×3.49kN/mAB跨框架梁自重6.54kN/m边跨填充墙自重标准值:1.98kN/m×(3.0-0.7)=4.55kN/mq1=4.55kN/m+6.54kN/m=11.09kN/mBC跨楼面梁上恒载标准值q2’q2‘=1.05m×2×3.49kN/m=BC跨框架梁自重q1’=2.201层AB跨楼面梁上恒载标准值q2q2=3.9m×3.49kN/mAB跨框架梁自重6.54kN/m边跨填充墙自重标准值:1.98kN/m×(3.3-0.7)=5.15kN/mq1=5.15kN/m+6.54kN/m=11.69kN/mBC跨楼面梁上恒载标准值q2’q2‘=1.05m×2×3.49kN/mBC跨框架梁自重q1’=2.202.4楼面框架节点集中荷载标准值:2~6层(1)A轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)外纵墙自重(7.8m×3.0m-2.4m×2.4m×2)×2.98kN/m=35.40kN门重2×2.4m×2.4m×0.4kN/m=4.60kN合计37.75kN(3)框架柱自重9.82kN/m×3.0m=29.46kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN次梁上的墙自重1.98kN/m×(3.0m-0.6m)×3.9m=18.53kN(5)A轴框架梁传来楼面自重楼面恒荷载传来【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.492~6层边节点集中荷载:P1=221.97kN(1)B轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)内纵墙自重(7.8m×3.0m-0.9m×2.1m×2)×门重2×0.9m×2.1m×0.2kN/m=合计39.61kN(3)框架柱自重9.82kN/m×3.0m=29.46kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN次梁上的墙自重1.98kN/m×(3.0m-0.6m)×3.9m=18.53kN(5)B轴框架梁传来楼面自重【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.49kN/m【7.8m×1.05m-1.05m×1.05m】×3.49kN/m=24.742~6层中节点集中荷载:P2=248.57kN1层(1)A轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)A轴外纵墙自重(7.8m×3.3m-1.8m×1.5m×2)×2.98kN/m=60.61kN窗重2×1.8m×1.5m×0.4kN/m=2.16kN合计62.77kN(3)框架柱自重9.82kN/m×3.3m=32.41kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(5)A轴框架梁传来楼面自重楼面恒荷载传来【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.49kN/m1层边节点A集中荷载:P1=231.41kN(1)B轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)B轴内纵墙自重(7.8m×3.3m-2.4m×2.4m)×门重2.4m×2.4m×0.4kN/m合计41.86kN(3)框架柱自重9.82kN/m×3.3m=32.41kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(5)B轴框架梁传来楼面自重【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.49kN/m【7.8m×1.05m-1.05m×1.05m】×3.49kN/m=24.741层中节点B集中荷载:P2=235.24kN(1)E轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)E轴外纵墙玻璃幕墙自重7.8m×3.3m×1.5kN/m=38.61kN(3)框架柱自重9.82kN/m×3.3m=32.41kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(5)E轴框架梁传来楼面自重楼面恒荷载传来【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.49kN/m1层边节点E集中荷载:P1=207.25kN(1)C轴框架梁自重6.54kN/m×7.8m=51.01kN(2)C轴内纵墙自重7.8m×3.3m×1.98(3)框架柱自重9.82kN/m×3.3m=32.41kN(4)次梁自重4.84kN/m×3.9m=18.88kN(5)C轴框架梁传来楼面自重【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×3.49kN/m【7.8m×1.05m-1.05m×1.05m】×3.49kN/m=24.74中间层中节点C集中荷载:P2=244.35kN2.5梁固端弯矩将梯形荷载和三角形荷载折算成固端等效均布荷载。则(1)顶层:AB跨a=1.95/7.8=0.25;q=6.54kN/m+18.80kN/m×0.89=23.27kN/mM1=±23.27kN/m×7.8m×7.8m/12=±117.98kN·mBC跨q=2.20kN/m+10.12kN/m×0.625=8.53kN/mM2-8.53kN/m×1.05m×1.05m/3=-3.13kN·mM3=-8.53kN/m×1.05m×1.05m/6=-1.57kN·m(2)2-6层:AB跨a=1.95/7.8=0.25;q=11.09kN/m+13.61kN/m×0.89=23.20kN/mM1=±23.20kN/m×7.8m×7.8m/12=±117.62kN·mBC跨q=2.20kN/m+7.33kN/m×0.625=6.78kN/mM2-6.78kN/m×1.05m×1.05m/3=-2.49kN·mM3=-6.78kN/m×1.05m×1.05m/6=-1.25kN·m(3)1层:AB跨a=1.95/7.8=0.25;q=11.69kN/m+13.61kN/m×0.89=23.80kN/mM1=±23.80kN/m×7.8m×7.8m/12=±120.67kN·mBC跨q=2.20kN/m+7.33kN/m×0.625=6.78kN/mM2-6.78kN/m×1.05m×1.05m/3=-2.49kN·mM3=-6.78kN/m×1.05m×1.05m/6=-1.25kN·m2.6梁柱线刚度及侧移刚度计算线刚度计算见上。各层侧移刚度计算:柱的侧移刚度D值按下式计算:为柱侧移刚度修正系数,对不同情况按下式计算:(1)一般层:,,(2)底层:,, 其中表示梁柱线刚度比。 由于各层柱等高且线刚度相同,故可用替代D值进行计算。计算详见下表:层号柱号i1i2i3i4icKD×一柱A、E02.57002.541.010.500.50柱B、C1.022.57002.541.410.560.56二柱A、E02.5702.573.270.790.280.28柱B、C1.022.571.022.573.271.100.350.35三到七柱A、E02.5702.573.600.710.260.26柱B、C1.022.571.022.573.601.000.330.333.恒荷载作用下的框架内力计算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,故计算时可用半框架。弯矩计算过程如下所示,所得弯矩图为图。梁端剪力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。柱轴力可有梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑梁的自重,如表和表所列。分层法除底层外,其余各层柱的线刚度应乘以0.9的修正系数,且传递系数由1/2改为1/3,以考虑假定的柱上下端与实际情况的出入。3.1弯矩分配系数由于结构和荷载均对称,故计算时可用半框架。如图:杆件截面(b×h)梁跨、柱高惯矩I。惯矩I线刚度i相对刚度1层框架柱600×60042501.11.082.540.9882层框架柱600×60033001.11.083.271.2723~7层框架柱600×60030001.11.083.601.401边框架梁350×7007800122.571.000中框架梁200×400210020.397(1)A1节点:SA1A0=4iA1A0=4×0.988=3.952SA1B1=4iA1B1=4×1=4SA1A2=4IiA1A2=4×1.272×0.9=4.579∑S=12.531UA1A0=3.952/12.531=0.315Ua1b1=4/12.531=0.319Ua1a2=0.366B1节点:SB1C1=Ib1c1=2×0.397=∑S=12.531+0.794=13.325Ub1a1=4/13.325=0.300Ub1b2=4.579/13.325=0.344UB1C1=0.794/13.325=0.060UB1B0=3.952/13.325=0.296(2)A2节点:UA2A1=4×1.272×0.9/(1.272×0.9+1.401×0.9+1)×4=0.336UA2A3=4×1.401×0.9/(1.272×0.9+1.401×0.9+1)×4=0.370UA2B2=1×4/(1.272×0.9+1.401×0.9+1)×4=0.294B2节点:UB2A2=1×4/(1.272×0.9+1.401×0.9+1)×4+2×0.397=0.277UB2B1=4×1.272×0.9/14.417=0.318UB2B3=4×1.401×0.9/14.417=0.350UB2C2=2×0.397/14.417=0.055(3)A3节点:UA3A2=4×1.401×0.9/(1.401×0.9+1.401×0.9+1)×4=0.358UA3A4=0.358UA3B3=1×4/(1.401×0.9+1.401×0.9+1)×4=0.284B3节点:UB3A3=1×4/(1.401×0.9+1.401×0.9+1)×4+2×0.397=0.269UB3B2=4×1.401×0.9/14.881=0.339UB3B4=0.339UB3C3=2×0.397/14.881=0.053A4,B4,A5,B5,A6,B6与相应的A3,B3相同。(4)A7节点:UA7B7=1×4/(1.401×0.9+1)×4=0.442Ua7a6=1.401×0.9×4/(1.401×0.9+1)×4=0.558B7节点:Ub7a7=1×4/2×0.397+(1+1.401×0.9)×4=0.407Ub7b6=1.401×0.9×4/2×0.397+(1+1.401×0.9)×4=0.513Ub7c7=2×0.397/2×0.397+(1+1.401×0.9)×4=0.0803.2内力计算(1)一层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3660.3150.3190.3000.3440.2960.060固端弯矩-120.67120.67-2.49-1.25分配过程44.1738.0138.491/219.25-20.611/2-41.23-47.28-40.68-8.25-18.257.546.496.581/23.29-0.491/2-0.99-1.13-0.97-0.20-60.16结果51.8944.66-96.55100.99-48.41-41.65-10.937.19单位:kN-m(2)二层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3700.3360.2940.2770.3180.3500.055固端弯矩-117.62117.62-2.49-1.25分配过程43.5239.5234.581/217.29-18.341/2-36.68-42.11-46.35-7.28-17.286.796.125.391/22.70-0.371/2-0.75-0.86-0.94-0.15-30.11结果50.4445.81-96.2594.79-42.97-47.29-9.926.18单位:kN-m(3)三~六层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3580.3580.2840.2690.3390.3390.053固端弯矩-117.62117.62-2.49-1.25分配过程42.1142.1133.401/216.70-17.731/2-35.46-44.69-44.69-6.99-16.996.356.355.041/22.52-0.341/2-0.68-0.85-0.85-0.13-20.10结果48.5848.58-97.15100.70-45.54-45.54-9.615.87单位:kN-m(4).顶层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数00.5580.4420.40700.5130.080固端弯矩-117.98117.98-3.13-1.57分配过程0.0065.8352.151/226.07-28.681/2-57.350.00-72.29-11.27-111.270.0016.0012.681/26.34-1.291/2-2.580.00-3.25-0.51-10.510.000.720.57结果0.0082.55-82.5590.460.00-75.54-14.9110.21单位:kN-m3.3合成总弯矩图将以上求得的各层弯矩图叠加,的总弯矩图如下:单位(kN-m)3.4梁端剪力图与柱端轴力图由节点平衡条件可知,梁端剪力与柱端轴力可用下式求得:梁端剪力:柱端剪力V=柱端轴力梁端剪力计算见下表:梁端剪力计算层号q1(kN/m)q2(kN/m)l1(m)l2(m)M左(kNm)M右(kNm)V左(kN)V右(kN)V中(kN)一23.806.787.802.1096.55100.9993.3992.257.12二23.206.787.802.1096.2594.7990.2990.677.12三至六23.206.787.802.1097.15100.7090.9490.037.12七23.278.537.802.1082.5590.4691.7689.748.96柱端剪力计算见下表:柱端剪力计算层号柱号L(m)M上M下V(kN)一柱A、E4.2544.6622.3315.76柱B、C41.6520.8314.70二柱A、E3.3045.8151.8929.61柱B、C47.2948.4129.00三柱A、E3.0048.5850.4433.01柱B、C45.5442.9729.50四柱A、E3.0048.5850.4433.01柱B、C45.5442.9729.50五柱A、E3.0048.5850.4433.01柱B、C45.5442.9729.50六柱A、E3.0048.5850.4433.01柱B、C45.5442.9729.50七柱A、E3.0082.5548.5843.71柱B、C75.5445.5440.36柱端轴力计算见下表:柱端轴力计算层号柱号V(kN)P(kN)Ni(kN)N(kN)一柱A、E93.39231.41/207.25324.80/300.642155.76/2133.60柱B、C99.37235.24/244.35334.61/343.722358.24/2367.35二柱A、E90.29221.97312.261830.96柱B、C97.79248.57346.362023.63三柱A、E90.94221.97312.911518.70柱B、C97.15248.57345.721677.27四柱A、E90.94221.97312.911205.79柱B、C97.15248.57345.721331.55五柱A、E90.94221.97312.91892.98柱B、C97.15248.57345.72985.83六柱A、E90.94221.97312.91580.07柱B、C97.15248.57345.72640.11七柱A、E91.76175.40267.16267.16柱B、C98.70195.69294.39294.39结果如下图:4.活荷载计算活荷载包括屋面及楼面可变荷载,屋面集灰荷载,雪荷载等。其标准值以相应规范为准,计算时简化为作用于计算单元上的均布荷载与集中荷载。屋面及楼面可变荷载标准值查《荷载规范》表4.1.1、表4.3.1、表4.4.1,可得屋面及楼面活荷载标准值,见下表:表STYLEREF2\s2SEQ表\*ARABIC\s210屋面楼面活荷标准值名称数值单位楼面活荷载标准值2.0kN/㎡不上人屋面均布活荷载标准值0.5kN/㎡屋面积灰荷载0.0kN/㎡
4.1屋面不上人,活荷载标准值为0.5kN/m,则AB跨屋面梁上活荷载标准值q2q2=3.9m×0.5kN/m=1.95kN/mBC跨屋面梁上活荷载标准值q2’q2’=1.35m×2×0.5kN/m4.2A屋面活荷载传来P1【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×0.5kN/m=9.51kNP1=9.51B轴纵向框架梁传来活荷载标准值屋面活荷载传来P2【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×0.5kN/m=【7.8m×1.05m-1.05×1.05m】×0.5kN/m=3.54kNP2=13.05kN4.3宾馆楼面活荷载标准值为2.0kN/m,则AB跨楼面梁上恒载标准值q2q2=3.9m×2.0kN/m=7.80kN/mBC跨楼面梁上恒载标准值q2’q2’=1.05m×2×4.4楼面活荷载传来P1【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×2.0kN/m=38.02kN,P1=38.02kNB轴纵向框架梁传来活荷载标准值楼面活荷载传来P2【7.8m×3.9m-(1.95m+3.9m)×1.95m】×2.0kN/m=38.02Kn【7.8m×1.05m-1.05m×1.05m】×2.0kN/m=14.18P2=52.20Kn4.5梁固端弯矩将梯形荷载和三角形荷载折算成固端等效均布荷载,则(1)顶层:AB跨a=1.95/7.8=0.25;q=1.95kN/m×0.89=1.74kN/mM1=±1.74kN/m×7.8m×7.8m/12=±8.82kN·mBC跨q=1.05kN/m×0.625=0.66kN/mM2=-0.66kN/m×1.05m×1.05m/3=-0.24kN·mM3=0.66kN/m×1.05m×1.05m/6=-0.12kN·m(2)一至六层:AB跨a=1.95/7.8=0.25;q=7.80kN/m×0.89=6.94kN/mM1==±6.94kN/m×7.8m×7.8m/12=±35.19kN·mBC跨q=4.20kN/m×0.625=2.63kN/mM2=--2.63kN/m×1.05m×1.05m/3=-0.97kN·mM3=-2.63kN/m×1.05m×1.05m/6=-0.49kN·m5.活荷载作用下的框架内力计算因各层楼面活荷载标准值均小于3.5kN/m,活荷载与恒荷载相比较小,故不考虑活荷载的最不利布置,把活荷载同时作用于所有的框架梁上,采用满布荷载法近似考虑活荷载不利布置的影响。内力分析方法可与恒载相同,采用力矩二次分配法。5.1弯矩分配系数同恒荷载。5.2内力计算因活荷载与恒荷载相比较小,故不考虑活荷载的最不利布置,把活荷载同时作用于所有的框架梁上。由于求得的梁的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果要小,因此对梁跨中弯矩乘以1.1~1.2的放大系数。活荷载下的内力计算仍采用分层法。(1)一层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3660.3150.3190.3000.3440.2960.060固端弯矩-35.1935.19-0.97-0.49分配过程12.8811.0811.231/25.62-5.981/2-11.95-13.70-11.79-2.39-12.392.191.881.911/20.95-0.151/2-0.29-0.33-0.28-0.06-10.060.050.050.05结果15.1213.01-28.1329.52-14.03-12.07-3.421.96单位:kN-m(2)二层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3700.3360.2940.2770.3180.3500.055固端弯矩-35.1935.19-0.97-0.49分配过程13.0211.8210.351/25.18-5.461/2-10.91-12.53-13.79-2.17-12.172.021.831.611/20.81-0.111/2-0.22-0.26-0.28-0.05-10.050.040.040.03结果15.0813.69-28.7730.05-12.79-14.07-3.191.73单位:kN-m(3)三~六层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数0.3580.3580.2840.2690.3390.3390.053固端弯矩-35.1935.19-0.97-0.49分配过程12.6012.609.991/25.00-5.281/2-10.55-13.30-13.30-2.08-12.081.891.891.501/20.75-0.101/2-0.20-0.25-0.25-0.04-10.040.040.040.02结果14.5314.53-29.0630.19-13.55-13.55-3.091.63单位:kN-m(4)顶层内力计算力矩分配位置上柱下柱右梁传递系数左梁上柱下柱右梁传递系数右梁端分配系数00.5580.4420.40700.5130.080固端弯矩-8.828.82-0.24-0.12分配过程0.004.923.901/21.95-2.151/2-4.290.00-5.40-0.84-10.840.001.200.951/20.48-0.101/2-0.200.00-0.25-0.04-10.040.000.060.04结果0.006.18-6.186.760.00-5.65-1.120.76单位:kN-m5.3合成总弯矩图将以上求得的各层弯矩图叠加,的总弯矩图如下:单位(kN-m)5.4梁端剪力图与柱端轴力图梁端剪力:柱端剪力:V=柱端轴力:梁端剪力计算见下表:梁端剪力层号q1(kNm)q2(kNm)l1(m)l2(m)M左(kNm)M右(kNm)V左(kN)V右(kN)V中(kN)一6.942.637.802.1028.1329.5227.2426.892.76二6.942.637.802.1028.7730.0527.2326.902.76三~六6.942.637.802.1029.0630.1927.6326.502.76七1.740.667.8067.086.500.69柱端剪力计算见下表:柱端剪力层号柱号lM上M下V一柱A、E4.2513.016.514.59柱B、C12.076.044.26二柱A、E3.3013.6915.128.73柱B、C14.0714.038.52三柱A、E3.0014.5315.089.87柱B、C13.5512.798.78四柱A、E3.0014.5315.089.87柱B、C13.5512.798.78五柱A、E3.0014.5315.089.87柱B、C13.5512.798.78六柱A、E3.0014.5315.089.87柱B、C13.5512.798.78七柱A、E3.006.1814.536.90柱B、C5.6513.556.40柱端轴力计算见下表:柱端轴力层号柱号V(kN)P(kN)Ni(kN)N(kN)一柱A、E27.2438.0265.26408.10柱B、C29.6552.2081.85510.09二柱A、E27.2338.0265.25342.84柱B、C29.5652.2081.76429.04三柱A、E27.6338.0265.25277.59柱B、C29.2652.2081.76347.28四柱A、E27.6338.0265.25212.34柱B、C29.2652.2081.76265.52五柱A、E27.6338.0265.25147.09柱B、C29.2652.2081.76183.76六柱A、E27.6338.0265.2581.84柱B、C29.2652.2081.76102.00七柱A、E7.089.5116.5916.59柱B、C7.1913.0520.2420.24结果如下图:单位(kN)6.风荷载6.1风荷载计算由《荷载规范》7.1可知,垂直于建筑物表面上的风荷载标准值,应按下述公式计算(计算主要承重结构):式中----风荷载标准值;----高度z处的风振系数;----风荷载体形系数;----风压高度变化系数;----基本风压。结构高度为21.6m<30m,由《荷载规范》7.4.1可知=1.0;由《荷载规范》表7.3.1可知=1.3,由《荷载规范》附录D.4可知=0.6kN/㎡,查《荷载规范》表7.2.1.按B类粗糙度查表如下所示:离地面高度/m5~101520301.001.141.251.42将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,详细计算见下表:柱顶风荷载标准值楼层离地面高度z(m)高度变化系数A(㎡)各层柱顶集中风荷载Pw(kN)722.051.28530.4230.49619.051.22923.4022.43516.051.16323.4021.23413.051.08523.4019.80310.051.00123.4018.2727.051.00025.7420.0813.750.75029.2517.11计算结果如下图:6.2风荷载下内力计算风荷载下内力计算采用D值法。1.层间剪力计算逐层累加即可,计算结果如下图:2.内力计算(1)各层侧移刚度计算 柱的侧移刚度D值按下式计算:式中,为柱侧移刚度修正系数,对不同情况按下式计算:一般层:,,底层:,, 其中表示梁柱线刚度比。 由于各层柱等高且线刚度相同,故可用替代D值进行计算。计算详见下表:层号柱号i1i2i3i4icKD×一柱A、E02.57002.541.010.500.50柱B、C1.022.57002.541.410.560.56二柱A、E02.5702.573.270.790.280.28柱B、C1.022.571.022.573.271.100.350.35三到七柱A、E02.5702.573.600.710.260.26柱B、C1.022.571.022.573.601.000.330.33(2)剪力分配求出各层柱的侧移刚度及各层层间剪力后,各柱所分配的剪力由下式计算:式中:Vij为第i层第j根柱所分配的地震剪力;Vi为第i层楼层间剪力;Dij为第i层第j根柱的侧移刚度;为第i层所有柱侧移刚度之和。计算详见下表:风荷载下剪力计算层号剪力(kN)柱号D×V(kN)一149.41柱A、E0.502.1235.24柱B、C0.5639.47二132.30柱A、E0.281.2629.40柱B、C0.3536.75三112.22柱A、E0.261.1824.73柱B、C0.3331.38四93.95柱A、E0.261.1820.70柱B、C0.3326.27五74.15柱A、E0.261.1816.34柱B、C0.3320.74六52.92柱A、E0.261.1811.66柱B、C0.3314.80七30.49柱A、E0.261.186.72柱B、C0.338.53(3)反弯点高度 柱反弯点高度根据下式计算:y=(y0+y1+y2+y3)h式中:y0为标准反弯点高度比;y1为某层上下梁线刚度不同时,对y0的修正值。y2为上层层高与本层高度不同时,对y0的修正值;y3为下层层高与本层高度不同时,对y0的修正值。因为本设计各层梁截面相同,即线刚度相同,故不需要考虑y1值,且只有一二三层分别需要考虑y2、y2和y3、y3。 y0,y1,y2,y3可查《混凝土结构与砌体结构设计》附录10。计算详见下表:风荷载下反弯点高度计算层号柱号Ky0(m)y1(m)y2(m)y3(m)h(m)y(m)一柱A、E1.010.650.000.004.252.76柱B、C1.410.610.000.004.252.60二柱A、E0.790.500.000.000.003.301.65柱B、C1.100.500.000.000.003.301.65三柱A、E0.710.450.000.003.001.35柱B、C1.000.450.000.003.001.35四柱A、E0.710.450.003.001.35柱B、C1.000.450.003.001.35五柱A、E0.710.450.003.001.35柱B、C1.000.450.003.001.35六柱A、E0.710.350.003.001.05柱B、C1.000.400.003.001.20七柱A、E0.710.300.003.000.90柱B、C1.000.350.003.001.05(4)计算柱端弯矩由柱剪力和反变点高度y,按下式计算柱端弯矩:上端:下端:计算详见下表:风载下柱端弯矩计算层号层高(m)柱号V(kN)y(m)(kN-m)(kN-m)一4.25柱A、E35.242.7697.2652.514.25柱B、C39.472.60102.6265.13二3.3柱A、E29.401.6548.5148.513.3柱B、C36.751.6560.6460.64三3.0柱A、E24.731.3533.3940.803.0柱B、C31.381.3542.3651.78四3.0柱A、E20.701.3527.9534.163.0柱B、C26.271.3535.4643.35五3.0柱A、E16.341.3522.0626.963.0柱B、C20.741.3528.0034.22六3.0柱A、E11.661.0512.2422.743.0柱B、C14.801.2017.7626.64七3.0柱A、E6.720.906.0514.113.0柱B、C8.531.058.9616.63(5)梁端弯矩及剪力,柱端剪力及轴力梁端弯矩按节点弯矩平衡条件,将节点上、下端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配:;式中:,分别表示节点左、右梁的线刚度;,分别表示节点左、右梁的弯矩。梁端剪力根据梁的两端弯矩,按下式计算:计算详见下:一层: 节点A、E:=52.51+48.51=101.02kN-m 节点B、C:=(65.13+60.64)×2.57/(2.57+1.02)=90.04kN-m =(65.13+60.64)×1.02/(2.57+1.02)=35.73kN-m VAB=(101.02+90.04)/7.8=24.49kN VBC=(35.73+35.73)/2.1=34.03Kn二层: 节点A、E:=48.51+33.39=81.90kN-m 节点B、C:=(60.64+42.36)×2.57/(2.57+1.02)=73.74kN-m =(60.64+42.36)×1.02/(2.57+1.02)=29.26kN-m VAB=(81.90+73.74)/7.8=19.95kN VBC=(29.26+29.26)/2.1=27.87kN三层: 节点A、E:=40.80+27.95=68.75kN-m 节点B、C:=(51.78+35.95)×2.57/(2.57+1.02)=62.80kN-m =(51.78+35.95)×1.02/(2.57+1.02)=24.93kN-m VAB=(68.75+62.80)/7.8=16.87kN VBC=(24.93+24.93)/2.1=23.74kN四层: 节点A、E:=34.16+22.06=56.22kN-m 节点B、C:=(43.35+28.00)×2.57/(2.57+1.02)=51.08kN-m =(43.35+28.00)×1.02/(2.57+1.02)=20.27kN-m VAB=(56.22+51.08)/7.8=13.76kN VBC=(20.27+20.27)/2.1=19.30kN五层: 节点A、E:=26.96+12.24=39.20kN-m 节点B、C:=(34.22+17.76)×2.57/(2.57+1.02)=37.21kN-m =(34.22+17.76)×1.02/(2.57+1.02)=14.77kN-m VAB=(39.20+37.21)/7.8=9.80kN VBC=(14.77+14.77)/2.1=14.07kN六层: 节点A、E:=22.74+6.05=28.79kN-m 节点B、C:=(26.64+8.96)×2.57/(2.57+1.02)=25.49kN-m =(26.64+8.96)×1.02/(2.57+1.02)=10.11kN-m VAB=(28.79+25.49)/7.8=6.98kN VBC=(10.11+10.11)/2.1=9.63kN七层: 节点A、E:=14.11kN-m 节点B、C:=16.63×2.57/(2.57+1.02)=11.91kN-m =16.63×1.02/(2.57+1.02)=4.72kN-m VAB=(14.11+11.91)/7.8=3.34kN VBC=(4.72+4.72)/2.1=4.50kN柱端剪力根据柱两端的弯矩,按下式计算:计算见下表:风载下柱端剪力计算层号柱号lM上M下V一柱A、E4.2552.5197.2635.24柱B、C65.13102.6239.47二柱A、E3.3048.5148.5129.40柱B、C60.6460.6436.75三柱A、E3.0040.8033.3924.73柱B、C51.7842.3631.38四柱A、E3.0034.1627.9520.70柱B、C43.3535.4626.27五柱A、E3.0026.9622.0616.34柱B、C34.2228.0020.74六柱A、E3.0022.7412.2411.66柱B、C22.6417.7613.47七柱A、E3.0014.116.056.72柱B、C16.638.968.53柱端轴力等于梁端剪力叠加。计算见下表:风载下柱端轴力计算层号柱号V(kN)Ni(kN)N(kN)一柱A、E24.4924.4995.19柱B、C58.5258.52228.33二柱A、E19.9519.9570.70柱B、C47.8247.82169.81三柱A、E16.8716.8750.75柱B、C40.6140.61121.99四柱A、E13.7613.7633.88柱B、C33.0633.0681.38五柱A、E9.809.8020.12柱B、C23.8723.8748.32六柱A、E6.986.9810.32柱B、C16.6116.6124.45七柱A、E3.343.343.34柱B、C7.847.847.84结果见下图:风载下弯矩图风载下剪力轴力图7.水平地震作用由《建筑抗震设计规范》5.1.1可知,各类建筑结构的地震作用均应符合下列规定:1.一般情况下应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担;2.有斜交抗侧力构件的结构当相交角度大于15时应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用;3.质量和刚度分布明显不对称的结构应计入双向水平地震作用下的扭转影响其他情况应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响;4.8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑应计算竖向地震作用。 因此本工程仅计算水平地震作用。7.1工程概况 本工程位于青岛市,查《抗震设计规范》附录A,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05g,地震分组为第二组。查《抗震设计规范》表5.1.4-1可知水平地震影响系数最大值为0.04。本工程所在场地类别为二类,地面粗糙度类别为B。查《抗震设计规范》表5.1.4-2可知特征周期Tg为0.40s。由1.1.3可知,本工程属丙类建筑,抗震等级为四级。7.2计算模型建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和,如下式:其中---重力荷载代表值;---结构恒荷载标准值;---有关可变荷载标准值;---有关可变荷载组合系数。各可变荷载的组合值系数应按下表采用。可变荷载组合值系数各层结构及构件标准值计算时取本层楼板及其上下各墙面一半高度范围内所有构件自重,包括楼(屋)面自重,梁自重,柱自重,墙自重,门窗自重。计算长度均取自各构件轴线长度。各构件每平米(每延米)标准值见荷载计算。标准单元重力代表值计算如下:一层G1:(1)楼面自重:7.8×(7.8+2.1+7.8)×3.49=481.83kN(2)梁自重:7.8×6.54×2+2.1×2.20+7.8×6.54×4+7.8×4.84×2=386.20kN(3)柱自重:(4.25/2+3.3/2)×9.82×4=148.28kN(4)墙自重:7.8×(4.25/2+3.3/2-0.7)×1.98×2+(7.8-2.4)×(4.25/2+3.3/2-0.7)×1.98+7.8×(4.25/2+3.3/2-0.7)×1.98+(7.8-1.8×2)×(4.25/2+3.3/2-0.7)×2.98+7.8×(4.25/2+3.3/2)×1.5=258.01kN(5)门窗自重:1.8×1.5×0.4×2+2.4×2.4×0.4=4.64kN合计:1278.96kN二层G2:(1)楼面自重:7.8×(7.8+2.1+7.8)×3.49=481.83kN(2)梁自重:7.8×6.54×2+2.1×2.20+7.8×6.54×4+7.8×4.84×2=386.20kN(3)柱自重:(3.3/2+3.0/2)×9.82×4=123.73kN(4)墙自重:7.8×(3.3/2+3.0/2-0.6)×1.98×2+7.8×(3.3/2+3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-0.9×2)×(3.3/2+3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-2.4×2)×(3.3/2+3.0/2-0.7)×2.98×2=256.46kN(5)门窗自重:0.9×2.1×0.2×4+2.4×2.4×0.4×4=10.73kN合计:1258.95kN三至六层G3-G6:(1)楼面自重:7.8×(7.8+2.1+7.8)×3.49=481.83kN(2)梁自重:7.8×6.54×2+2.1×2.20+7.8×6.54×4+7.8×4.84×2=386.20kN(3)柱自重:(3.0/2+3.0/2)×9.82×4=117.84kN(4)墙自重:7.8×(3.0/2+3.0/2-0.6)×1.98×2+7.8×(3.0/2+3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-0.9×2)×(3.0/2+3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-2.4×2)×(3.0/2+3.0/2-0.7)×2.98×2=240.94kN(5)门窗自重:0.9×2.1×0.2×4+2.4×2.4×0.4×4=10.73kN合计:1237.54kN七层G7:(1)屋面自重:7.8×(7.8+2.1+7.8)×4.82=665.45kN(2)梁自重:7.8×6.54×2+2.1×2.20+7.8×6.54×4+7.8×4.84×2=386.20kN(3)柱自重:(3.0/2)×9.82×4=58.92kN(4)墙自重:7.8×(3.0/2-0.6)×1.98×2+7.8×(3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-0.9×2)×(3.0/2-0.7)×1.98×2+(7.8-2.4×2)×(3.0/2-0.7)×2.98×2=85.82kN(5)门窗自重:0.9×(2.1-1.5)×0.4×4+2.4×(2.4-1.5)×0.4×4=4.32kN合计:1200.71kN重力荷载代表值楼面活荷载标准值为:7.8×(7.8+2.1+7.8)×2.0=276.12kN;屋面雪荷载标准值为:7.8×(7.8+2.1+7.8)×0.2=27.61kN。计算见下表:重力荷载代表值计算层号Dk(kN)Lk(kN)(kN)(kN)一层1278.96276.120.501417.0217004.24二层1258.95276.120.501397.0116764.12三至六层1237.54276.120.501375.6016507.20七层1200.7127.610.501338.7716065.247.3结构水平地震作用计算简图:7.4水平地震作用计算由《抗震设计规范》5.1.2可知。各类建筑结构的抗震计算应采用下列方法:1.高度不超过40m以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构以及近似于单质点体系的结构可采用底部剪力法等简化方法。2.除1款外的建筑结构宜采用振型分解反应谱法3.特别不规则的建筑甲类建筑和表5.1.21本工程符合上述1所规定,故采用底部剪力法。1.底部剪力法采用底部剪力法时各楼层可仅取一个自由度结构的水平地震作用标准值应按下列公式确定:式中FEk---结构总水平地震作用标准值;---相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值;Geq---结构等效总重力荷载单质点应取总重力荷载代表值多质点可取总重力荷载代表值的85%;Fi---质点i的水平地震作用标准值;GiGj---分别为集中于质点ij的重力荷载代表值;HiHj---分别为质点ij的计算高度;---顶部附加地震作用系数;Fn顶部附加水平地震作用;2.结构自振周期计算结构自振周期采用顶点位移法近似计算。(顶点位移法,是将悬臂结构的基本周期用将结构重力荷载作为水平荷载所产生的顶点位移uT来表示。)对于弯剪型悬臂杆,基本周期为为考虑填充墙体等非承重构件对周期影响的折减系数,框架结构通常取0.6~0.7。顶点位移uT按以下步骤计算:式中:Gk为集中在k层楼面处的重力荷载代表值;VGi为把集中在各层楼面处的重力荷载代表值视为水平荷载而得的第i层的层间剪力;为第i层的层间侧移刚度;、分别为第i、k层的层间侧移;S为同层内框架柱的总数。D值详见2.3.22(1)计算详见下表:顶点位移计算层号Gi(kN)Vi(kN)Di×(N/mm)ui(m)一层17004.240115862.400二层16764.12098858.160三层16507.20082094.040四层16507.20065586.840五层16507.20049079.640六层16507.20032572.440七层16065.24016065.240s3.水平地震作用计算 总重力荷载=16065.24+16507.20×4+16764.12+17004.24=115862.40kN结构的底部剪力=0.85×115862.40×0.04=3939.32kN已知s,Tg=0.40s,s<1.4Tg=0.56s,故不需考虑顶部附加作用。H1=4.25m,H2=3.3m,H3-7=3.0故17004.24×4.25+16764.12×3.3+16507.20×3.0×4+16065.24×3.0=373871.74则作用在结构各楼层上的水平地震作用为F1==17004.24×4.25/373871.74×3939.32kN=761.46kNF2=16764.12×3.3/373871.74×3939.32kN=582.90kNF3-6=16507.20×3.0/373871.74×3939.32kN=521.79kNF7=16065.24×3.0/373871.74×3939.32kN=507.82kN结果如下图:7.5水平地震作用下内力计算内力计算采用D值法,方法详见2.3.2。1.层间剪力计算逐层累加即可,计算结果如下图:2.各层侧移刚度计算计算方法见2.3.2之2(1)各层侧移刚度计算。各层侧移刚度计算层号柱号i1i2i3i4icKD×一柱A、E02.57002.541.010.500.50柱B、C1.022.57002.541.410.560.56二柱A、E02.5702.573.270.790.280.28柱B、C1.022.571.022.573.271.100.350.35三到七柱A、E02.5702.573.600.710.260.26柱B、C1.022.571.022.573.601.000.330.333.剪力分配 计算方法见2.3.2之2(2)剪力分配。层间剪力Vi将直接按照刚度分配到各柱上。计算详见下表:剪力分配表层号剪力(kN)柱号D×V(kN)一3939.32柱A、E0.5029.8066.10柱B、
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