本科住宅楼建筑结构毕业设计计算书

摘要该计算书主要包括八个局部：结构选型、水平力作用下的框架结构计算、竖向荷载作用下的内力计算、横向框架内力组合、截面尺寸设计、板的设计、根底设计、楼梯设计。设计主体是六层框架结构，选择一榀框架计算。框架结构的计算局部包括：梁板柱尺寸的初步确定，重力荷载标准值的计算，横向框架侧移刚度的计算，水平地震力作用下的内力计算和侧移计算,水平风荷载作用下的侧移验算。竖向荷载作用下的框架内力计算，主要包括恒荷载和活荷载作用下的内力计算。内力组合主要是水平地震作用、恒荷载作用、活荷载作用之间的组合。截面设计包括梁的截面设计和柱的界面设计，梁的界面设计包括正截面验算和斜截面验算，柱的截面设计包括轴压比的验算和正截面验算和斜截面验算和结点设计。板的设计采用的是单向板。根底设计包括荷载计算，根底承载力计算，冲剪验算，根底配筋计算。楼梯设计包括梯段设计、平台梁设计、平台板设计、楼梯的配筋计算。关键词：框架结构、根底、梁、柱、板、楼梯ⅠⅠAbstractThebookmainlyincludingeightparts:theselectionofthestructure,thecalculationofframeworkstructureunderthehorizontalloads,theinternalforcescalculationundertheverticalloads,theinternalforcescompositionofhorizontalframework,thedesignofsectionsize,thedesignofplate,thedesignofbasis,thedesignofstaircase.Theobjectofdesignissix-storyframestructure.Chooseoneloadoftheframeworkstocalculate.Thecalculationofframeworkstructureincluding:Theinitialassuranceforthesizeofthebeam,theplateandthecolumn;Thecalculationofthestandardvaluesofgravityload;Theswaystiffnesscalculationofthehorizontalframework;theinternalforcescalculationandthecheckingofswayunderthehorizontalearthquakeforces;thecheckingofswayunderthehorizontalloadofwind.Theinternalforcescompositionofhorizontalframeworkmailyincluding:thecalculationundertheliveloadandtheconstantload.Theinternalforcescompositionmainlyisthecompositionofhorizontalearthquakeforces,constantloadandliveload.Thesectiondesignincluding:thedesignofthebeam,column.thedesignofbeamincluding:thecheckingofpositivesectionandobliquesection.Thedesignofcolumnincluding:thecheckingofaxialcompressionratioandthepositivesectionandtheobliquesection,thedesignofnode.Whendesigntheplateconsidersit’sone-wayplate.Basisdesignincluding:thecalculationofcarryingcapacity,punchingandreinforcement.Thedesignofstaircaseincluding:thedesignofbench,thebeamofplatform,theplateofplatformandcalculationofreinforcementofstaircase.Keywords:Frameworkstructure、Basis、Beam、ColumnPlate、StaircaseⅡⅡⅡⅡ目录TOC\o"1-3"\h\u275921工程概况1168171.1设计题目 1272871.2设计目的及要求 1233481.3建筑功能及要求 1178941.3.1建筑功能要求 153461.3.2建筑等级 1278131.3.3结构形式 13651.4建筑根本技术条件及设计要求 1287521.4.1建筑根本技术条件 1224361.4.2工程地质条件 247651.5设计内容图纸 2102442框架结构的一般性设计与计算323782.1梁柱截面，梁跨度及柱高确定 3255332.1.1梁截面尺寸的初步确定 3290592.1.2柱截面尺寸的初步确定 4306062.1.3板的截面尺寸初步估计 598672.1.4梁的计算跨度 573072.1.5柱的高度 5145472.2重力荷载的计算 650112.2.1屋面及楼面永久荷载〔恒荷载〕标准值 6136272.2.2屋面及楼面可变荷载〔活荷载〕标准值 7144622.2.3梁柱的自重 8154102.2.4墙体的自重 9302222.2.5门窗的自重 10289882.2.6各层的荷载的组合 10241583水平地震作用下框架结构的侧移和内力计算12123253.1横梁的线刚度 1240263.2横向框架柱的线刚度及侧移刚度D值 12207233.2.1横向框架柱的线刚度 1244293.2.2横向框架柱的侧移刚度D值 1262343.3横向框架自震周期 13282443.4横向框架水平地震作用及楼层地震剪力 1483693.5横向框架水平地震作用位移验算 15193713.6水平地震作用横向框架的内力分析 16101753.6.1横向框架柱端弯矩及剪力 16212263.6.2横向框架梁端弯矩及剪力 17204504横向风荷载作用下框架的内力和侧移计算20264954.1风荷载标准值的计算 2059684.2风荷载作用下的水平位移验算 22320864.3水平风荷载作用下横向框架的内力分析〔取一榀中框架〕 2278154.3.1横向框架的柱端弯矩及剪力 22ⅰ261364.3.2横向框架的梁端弯矩及剪力 23ⅰ243645竖向荷载作用下横向框架的内力计算24207425.1计算单元 24161025.2荷载计算 24232845.2.1恒载的计算 2415195.2.2活载的计算 26140785.3内力计算 28162555.3.1框架恒荷载作用下内力计算 28322245.3.2框架活载作用下内力计算 36312926内力组合41248636.1框架梁内力组合 41208036.2梁端弯矩调幅 41109057截面设计55211617.1框架梁截面设计 55158737.2框架柱截面设计 55169797.3柱子计算时需要用到的公式 56203528现浇楼面板的设计69209918.1荷载计算 6989938.2计算简图 70250408.3弯矩设计值 7070908.4正截面受弯承载力计算 71101549楼梯设计72175569.1梯段板计算 7387879.1.1荷载计算 73181279.1.2内力计算 73201299.1.3配筋计算 7430839.2休息平台板计算 74304939.2.1荷载计算 7497649.2.2内力计算 75311759.2.3配筋计算 7521519.3梯段梁的计算 75319609.3.1荷载计算 75183729.3.2内力计算 7547909.3.3配筋计算 7536910根底设计77370710.1根底设计 771737010.2根底底面积计算 77556310.3承载力计算 782964410.4抗冲切验算 78855710.5内力及配筋计算 8028449结语822344参考文献83ⅱⅱ1工程概况1.1设计题目设计题目：华苑小区1#住宅楼建筑结构设计1.2设计目的及要求设计目的：通过本毕业设计，培养综合运用所学的根底理论和专业知识分析和解决土木工程设计问题的能力，同时也培养理论联系实际及动手能力，养成严谨、求实、创新的科学作风及调查研究、查阅资料、综合分析的能力，为具有土木工程技术人员所必备的根本素质打下坚实的根底。具体要求：坚持“适用、平安、经济、美观”的设计原那么。掌握与本设计相关的设计标准及有关规定，并会正确应用。要求建筑设计局部设计方案合理、适用、美观。结构局部合理选择结构形式，掌握框架结构的计算方法及结构要求。培养绘制图纸的能力，图纸不仅到达数量的要求，而且要确保质量、建筑功能的要求。1.3建筑功能及要求拟建本住宅楼设计年限为50年，建筑层数6层，总建筑面积约为3800。1.3.1建筑功能要求坚持以人为本，在功能和结构上要分区合理。1.3.2建筑等级地震设防烈度为7度，设计地震分组I；耐火等级为II级。1.3.3结构形式结构形式：框架结构1.4建筑根本技术条件及设计要求1.4.1建筑根本技术条件建筑规模：〔1〕建筑面积：3800左右〔2〕层数：6层〔3〕气象条件雪荷载：0.4风荷载：0.451.4.2工程地质条件场地类别为II类。1.5设计内容图纸建筑局部：图纸目录、建筑设计总说明等；建筑总平面图〔1：500或1：1000〕；底层平面图〔1：100〕；标准层平面图〔1：100〕；屋顶平面图〔1：100〕；正立面图〔1：100〕；侧立面图〔不少于2个，1：100〕；剖面图〔1-2个，1：100，至少一个剖面图剖到主楼梯〕；主楼梯详图〔比例1：20〕；结构局部：根底平面布置图及根底详图〔比例1:100和1:30～1:50〕；结构布置图及配筋图〔比例1:100，底层、标准层和顶层〕；楼梯配筋图〔比例1:30～1:50〕；梁配筋图〔比例1:30～1:50〕；其它必要的构件配筋图〔比例1:30～1:50〕。2框架结构的一般性设计与计算柱网布置及一榀框架图2.1梁柱截面，梁跨度及柱高确定梁柱的混凝土设计强度：C352.1.1梁截面尺寸的初步确定主梁1/15～1/10的跨度；梁截面宽度可取1/3～1/2梁高,且不应小于200mm。次梁1/18～1/12的跨度；梁截面宽度可取1/3～1/2梁高,且不应小于150mm。〔1〕横梁〔采用横向承重体系〕截面的尺寸：KL1：h=〔1/15～1/10〕×5400=360～540bmm取h=500mmb=〔1/3～1/2〕×500=167～250mm取b=250mmKL2：h=〔1/6～1/5〕×1200=200～240mm取h=250mmb=〔1/3～1/2〕×250=83～125mm取h=200mm〔2〕纵梁KL3：h=〔1/15～1/10〕×4500=300～450mm取h=400mmb=〔1/3～1/2〕×400=133～200mm取b=200mmKL4：h=〔1/18～1/12〕×2600=144～217mm取h=200mmb=〔1/3～1/2〕×400=133～200mm取b=150mmKL5：h=〔1/18～1/12〕×4500=250～375mm取h=400mmb=〔1/3～1/2〕×400=133～200mm取b=200mm由此，估算出的梁截面尺寸见表2-1，表中还给出了各层梁的混凝土强度等级。表2-1梁截面尺寸及混凝土强度等级层次混凝土强度等级横梁〔b×h〕纵梁〔b×h〕KL1KL2KL3KL4KL51～6C35250×500200×250200×400150×200200×4002.1.2柱截面尺寸的初步确定框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按以下公式估算：式中：—竖向荷载分项系数〔已包含活载〕可取1.25；—每个楼层上单位面积的竖向荷载标准值，kN/m，框架结构约为12～14kN/m；S—柱一层的受荷面积；n—柱承受荷载的楼层数；—考虑水平力产生的附加系数，风荷载或四级抗震时，取1.05；三～一级抗震等级时，取1.05～1.15；—边柱、角柱轴向力增大系数，边柱取1.1，角柱取1.2，中柱取1.0；—柱由框架与剪力墙连接时，柱轴力折减系数，可取0.7～0.8；—混凝土轴心抗压强度设计值；—框架柱轴压比限值，此处可取近似值，即一级、二级和三级抗震等级分别取0.7、0.8和0.9.其中：=1.25=1.05β=1q=14kN/m=0.9=16.7N/mm抗震设计时柱截面高度和截面宽度均不小于300mm，为方便计算取柱截面为正方形且为同一尺寸截面大小的柱。边柱：A≥=1.25×14×10×5400×2250×6×1.05×1.1×1÷〔0.9×16.7〕=98037mm≈313mm×313mm取b×h=350mm×350mm角柱：A≥=1.25×14×10×2250×2700×6×1.05×1.2×1÷〔0.9×16.7〕=53475mm≈231mm×231mm取b×h=300mm×300mm中柱：A≥=1.25×14×10×4500×5400×6×1.05×1.0×1÷〔0.9×16.7〕=178249mm≈422mm×422mm取b×h=450mm×450mm综上为方便计算柱截面尺寸同一取为：450mm×450mm2.1.3板的截面尺寸初步估计根据实际情况和设计要求，板厚取：h=100mm2.1.4梁的计算跨度框架梁的计算跨度以上柱形心线为准，而墙中心线是与轴线重合的，所以柱的形心与轴线发生偏移，造成计算跨度与轴线间距不同。2.1.5柱的高度底层：3.0+0.7+0.5=4.2。其他各层为3.0m因而得到h=4.2m；h=3.0m注：底层层高3.0m，室内外高差0.7m，根底顶部至室外地面0.5m。横向框架计算简图2.2重力荷载的计算2.2.1屋面及楼面永久荷载〔恒荷载〕标准值1.屋面其按屋面的做法逐项计算均布荷载：吊顶处不做粉底，无吊顶处做粉底，近似取吊顶来参与计算，粉底为相同重量。其屋面构造做法如图2-2所示，按图2-2来计算屋面恒载，其结果如下：图2-2屋面构造做法〔单位：〕G=6.04×(29.6+0.24)×(10.8+0.24)=1989.78kN2.楼面楼面的做法如图2-3所示，按图示各层进行组合来参与计算楼面恒载大小。图2-3楼面构造做法〔单位：〕G=3.95×(29.6+0.24)×(10.8+0.24)=1301.25kN2.2.2屋面及楼面可变荷载〔活荷载〕标准值屋面计算重力荷载代表值时，仅考虑屋面雪荷载作用(29.6+0.24)×(10.8+0.24)×0.4=131.77kN2.楼面根据荷载标准，楼面活载按2.0kN/m来参与计算：(29.6+0.24)×(10.8+0.24)×2.0=658.86kN2.2.3梁柱的自重此处计算包括梁侧面、梁底面，柱的侧面抹灰重量。2.2.3.1梁的自重在此计算过程中，梁的长度按净跨长度，即把梁的计算跨度减掉柱的宽度来参与计算过程，计算结果如表2-2。表2-2梁自重层次编号截面尺寸〔m〕长度〔m〕每根重量〔kN〕根数合计〔kN〕总计〔kN〕1～6KL10.25×0.54.950.29×0.52×4.95×25=18.66216298.592708.713KL20.2×0.251.2(仅首层有)0.24×0.27×1.2×25=1.94423.888KL30.2×0.44.050.24×0.42×4.05×25=10.20618183.708KL40.15×0.22.150.19×0.22×2.15×25=2.24736.741KL50.2×0.44.050.24×0.42×4.05×25=10.20624215.784注：〔1〕上表中梁截面确实定，考虑到抹灰层有〔每抹层均按20mm计算〕宽：0.25+2×0.02=0.29m0.2+2×0.02=0.24m0.15+2×0.02=0.19高：0.5+1×0.02=0.52m0.25+1×0.02=0.17m0.4+1×0.02=0.42m0.2+1×0.2=0.22m0.35+1×0.02=0.37m〔2〕此处抹层按近似与梁相同，按每立方25kN计算〔3〕梁的长度都按净跨长度计算2.2.3.2柱的自重表2-3柱自重层次编号截面尺寸〔m〕长度〔m〕每根重量〔kN〕根数总重〔kN〕1Z10.45×0.454.20.49×4.2×25=25.21124605.0642～6Z20.45×0.453.00.49×3.0×25=18.00824432.192注：〔1〕柱因四面抹灰，与梁相同方法处理，边长=0.45+0.02×2=0.49m〔2〕抹层记入柱内，按每立方25kN计算2.2.4墙体的自重墙体为240厚，两面抹灰，近似按加厚墙体计算〔考虑抹灰重量〕，采用蒸压粉煤灰砖，依建筑结构荷载标准，砖自重为15，其计算如表3所示：〔此处门窗暂不考虑，为预留洞考虑〕墙体240mm厚，外墙面贴瓷砖〔0.5kN/m〕，内墙面为20mm厚抹灰，那么：外墙单位墙面重力荷载为：0.5+15×0.24+17×0.02=4.44kN/m内墙为240mm厚，两侧均为20mm厚抹灰，在内墙单位面积重力荷载为：15×0.24+17×0.02×2=4.28kN/m木门单位面积重力荷载为0.2kN/m，钢框玻璃窗单位面积重力荷载取0.4kN/m表2-4墙体自重墙体位置每片面积〔m〕片数重量〔kN〕总计〔kN〕底层外纵墙4.05×3.812819.9793046.4422.15×4.0276.368底层内纵墙4.05×3.854266.9444.26×3.854280.7853.0×4.12105.2882.36×4.1141.413底层外横墙4.95×3.74325.274底层内横墙1.56×4.1254.7504.95×3.76470.3293.39×3.76322.1043.36×4.13176.8841.5×4.1252.6441.695×3.7253.6842～6层外纵墙4.05×2.612561.0382085.8232.15×2.8253.4582～6层内纵墙4.05×2.654183.7404.26×2.654193.2683.0×2.9272.4722.36×2.9129.2922～6层外横墙4.95×2.54219.780续表6-42～6层内纵墙1.56×2.9238.7254.95×2.56317.7903.39×2.56217.6383.36×2.93125.1131.5×2.9237.2361.695×2.5236.273注：女儿墙自重墙体为120㎜单砖，女儿墙高为1000㎜，外墙面贴瓷砖〔0.5KN/㎡〕，内墙面为20mm厚抹灰，那么女儿墙重力荷载为：〔0.5＋15×0.12＋17×0.02〕×1.0=2.64KN/m〔0.5＋15×0.12＋17×0.02〕×1.0×〔29.6×2＋10.8〕=184.80KN2.2.5门窗的自重根据建筑结构荷载标准，木门按0.2kN/m考虑，塑钢窗按0.4N/m考虑，计算结果如表2-5所示：表2-5门窗自重层数墙体位置门、窗扣除门窗尺寸〔m〕个数扣除墙体重量〔kN〕门窗重量〔kN〕总扣除重量〔kN〕合计〔kN〕1～6外墙窗1.8×1.5783.9167.56073.356259.8830.9×0.9517.8921.62016.3624.05×2.64187.01316.848170.165内墙门0.7×2.1850.3332.35247.981165.3640.9×2.1648.5352.26846.2673.15×2.1256.6242.64653.9781.0×2.1217.9760.8417.1382.2.6各层的荷载的组合屋盖和楼盖重力代表值为：屋盖层=女儿墙+屋面恒载+50%雪载+纵横梁自重+半层柱重+半层墙重〔墙和门窗〕楼盖层=楼面恒载+50%楼面活载+纵横梁自重+楼面上下各半层柱+楼面上下各半层墙重将上述各荷载相加，得到集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：6层：G=184.80+1989.78+0.5×131.77+708.713-3.888+0.5×432.192+0.5×〔〕=3991.674kN5～2层：G=1301.25+0.5×658.86+708.713-3.888+2×1/2×432.192+2×1/2×(2085.823-259.883-165.364)=4428.273kN1层：G=1301.25+0.5×658.86+708.713+0.5×(605.064+432.192)+0.5×(=4998.907kN重力荷载代表值如图2-4所示图2-4重力荷载代表值〔单位：kN〕3水平地震作用下框架结构的侧移和内力计算3.1横梁的线刚度混凝土为C35，Ec=3.15×10kN/m在框架结构中，对现浇楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大了梁的有效刚度，减小了框架的侧移，为了考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取I=1.5I〔I为梁的截面惯性矩〕，对中框架梁取I=2I来计算。表3-1横梁线刚度计算表层次编号截面尺寸惯性矩跨度线刚度边框梁中框梁1～6KL1bhI=bh/12li=EcI/l1.5EcI/l2EcI/lmm×10mm×10kN.m×10kN·m×10kN·m0.250.52.6045.41.5192.2793.0383.2横向框架柱的线刚度及侧移刚度D值3.2.1横向框架柱的线刚度表3-2柱的线刚度柱号截面I=bh/12hi=EcI/lm×10mm×10kN·mZ10.45×0.453.4174.22.563Z20.45×0.453.4173.03.5883.2.2横向框架柱的侧移刚度D值柱的侧移刚度按D=计算，由于梁线刚度比K不同，所以柱可以分为边框边柱，边框中柱，中框边柱，中框中柱。表3-3框架柱侧移刚度D值框架类型层次柱型kαD根数一般层一般层α×12i/h底层底层kN/mkN/m中框架1边柱1.1850.5299332.3112180717.96中柱2.3710.65711455.0462～6边柱0.8470.29814137.1212301109.76中柱1.6930.45821910.726边框架1边柱0.8890.4818386.41454572.70中柱1.7780.60310513.5322～6边柱0.6410.24311625.12483815.68中柱1.2810.39018657.602综上：底层总侧移刚度为180717.96+54572.70=235290.66kN/m其它层总侧移刚度为301109.76+83815.68=384925.44kN/m3.3横向框架自震周期本处按顶点位移法计算框架的自震周期：此方法是求结构基频的一种近似方法，将结构按质量分布情况简化成无限质点的悬臂之杆，导出直感顶点位移的基频公式，所以需先求出结构的顶点水平位移，，按式来求结构的根本周期：:根本周期调整系数，考虑填充墙使框架自振周期减小的影响，此处取0.6。:框架顶点位移，而在求框架周期前，无法求框架地震力和位移，是将框架的重力荷载顶点位移，由求T1，再由T1求框架结构底部剪力，再求各层剪力和结构的真正的位移。表3-4横向框架顶点位移层次〔KN〕〔KN〕63991.6743991.674384925.440.010370.2803754428.2738418.947384925.440.021870.27000续表3-444428.27312847.220384925.440.033380.2481334428.27317275.493384925.440.044880.2147524428.27321703.766384925.440.056380.1698714998.90726702.673235290.660.113490.11349因此：，=(s)3.4横向框架水平地震作用及楼层地震剪力总框架高为15.8m，因本工程结构高度不超过40m，质量刚度沿高度分布比拟均匀，变形以剪切变形为主，故可用底部剪力法计算水平地震作用，设防烈度7度地震分区为一区，查表得(水平地震影响系数最大值)。Ⅱ类场地近震时特征周期：；结构总水平地震作用标准值按计算，=0.85×〔3991.674+4428.273×4+4998.907〕=22697.272kN=0.054×22697.272=1225.65kN由于T1=0.54(s)>1.4=1.4×0.35=0.49(s),根据结构抗震设计，应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加地震作用系数为：=0.053附加地震力：=0.053×1225.65=64.960kN按底部剪力法球的基底剪力，按分配各层的质点，因此各层横向地震作用及楼层地震剪力如表3-5所示：表3-5各层横向地震作用及楼层地震剪力层次63.019.23991.674766400.25138291.77464.960356.73453.016.24428.273717380.23530273.110629.844续表3-543.013.24428.273584530.19176222.574852.41833.010.24428.273451680.14815171.9561024.37423.07.24428.273318830.10458121.3851145.75914.24.24998.907209950.0688679.9251225.684横向框架各层水平地震作用和地震剪力如图3-1所示图3-1横向框架各层水平地震作用和地震剪力〔单位：kN〕3.5横向框架水平地震作用位移验算由于为钢筋混凝土框架，因此其弹性层间位移角限值为1/550；表3-6横向水平地震作用下的位移验算层次层间剪力层间刚度层间位移层高层间相对弹性转角6356.734384925.440.92730001/32365629.844384925.441.63630001/18334852.418384925.442.21530001/135431024.374384925.442.66130001/112721145.759384925.442.97730001/100711225.684235290.665.20942001/806经验算其最大弹性层间位移角限值1/806≤1/550，因此均满足设计要求。3.6水平地震作用横向框架的内力分析3.6.1横向框架柱端弯矩及剪力此处采用中框架为例计算，边框架和纵向框架的计算方法步骤与横向中框架完全相同：框架柱剪力和弯矩计算，采用D值法；求框架柱的剪力和弯矩时，此处采用D值法来进行求解。其中反弯点位置确实定考虑梁和层高的影响作用：当时，反弯点下移，查表时应取，查得应冠以负号，对于底层柱，不考虑修正值，即取=0,；对于顶层柱，不考虑修正值，即取=0；对于底层柱，不考虑修正值，即取=0。以6层中框架边柱为例：=14137.12=384925.44/=0.037=356.734KN=0.037×356.734=13.199KNK=0.847=0.35+0+0+0=0.35=13.199×0.35×=13.199×0.65×同理可得其它层柱端弯矩，计算结果表表3-7。表3-7各层边柱柱端弯矩及剪力计算层次柱高层间剪力框架柱位置63.0356.734边柱0.03713.1990.8470.35-13.85925.740中柱0.05720.3341.6930.38-23.18137.82153.0629.844边柱0.03723.3040.8470.40-24.96541.947中柱0.05735.9011.6930.44-47.38860.31243.0852.418边柱0.03731.5390.8470.45-42.57852.039中柱0.05748.5881.6930.45-65.59480.17033.01024.374边柱0.03737.9020.8470.45-51.16862.538中柱0.05758.3891.6930.45-78.82596.34223.01145.759边柱0.03742.3930.8470.50-63.59063.590中柱0.05765.3081.6930.50-97.96297.96214.21225.684边柱0.04049.0271.1850.65-133.84472.070中柱0.04757.6072.3710.60-145.17096.7803.6.2横向框架梁端弯矩及剪力根据,,计算出梁端的弯矩及剪力，计算结果见表3-8。表3-8梁弯矩及剪力计算层次L〔m〕节点类型柱轴力〔kN〕64.845边节点025.749.229.22中节点18.9118.9118.4454.845边节点055.8120.1429.36中节点41.7541.7558.7244.845边节点077.0029.0658.42中节点63.7863.78116.8434.845边节点0105.1238.4496.86中节点81.1281.12193.4224.845边节点0114.7641.93138.79中节点88.3988.39277.5814.845边节点0135.6648.10186.89中节点97.3797.37373.78图3-2横向框架各层水平地震作用下弯矩图〔单位：kN·m〕图3-3横向框架各层水平地震作用下剪力和轴力〔单位：kN〕4横向风荷载作用下框架的内力和侧移计算4.1风荷载标准值的计算垂直于建筑物外表上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算：式中：—风荷载标准值〔〕—高度Z处的风振系数—风荷载体型系数—风压高度变化系数—根本风压〔〕由《荷载标准》，河南郑州地区设计年限为50年的根本风压：0.45，地面粗糙度为C类，风荷载体形系数《荷载标准》查得：=0.8〔迎风面〕和=-0.5〔背风面〕。框架结构：〔0.08～0.1.〕n=〔0.08～0.1〕×6=0.48～0.6〔s〕〔0.10～0.16〕由荷载标准查得ξ=1.25，υ=0.73。由公式：可得取中框架横向框架柱，其负载宽度为4.5m，沿房屋高度的分布风荷载标准值为：q〔z〕=4.5×0.45根据各楼层标高处的高度z由荷载标准查取，代入上式可得各楼层标高处的q〔z〕，计算结果如下表4-1。表4-1沿房屋高度分布风荷载标准值层次619.21.0000.822.1132.8072.330续表4-1516.20.8440.762.0132.4791.907413.20.6880.741.8482.2151.385310.20.5310.741.6551.9841.24827.20.3750.741.4621.7531.10014.20.2190.741.2701.5230.952图4-1风荷载沿房屋高度分布图〔单位：kN/m〕注意底层的计算高度应从室外地面开始取，即为3.7m。=(2.807+2.330)×(1.0+3.0/2)=12.843kN=(2.479+1.907)×3.0=13.158kN=(2.215+1.385)×3.0=10.800kN=(1.984+1.248)×3.0=9.969kN=(1.753+1.100)×3.0=8.559kN=(1.523+0.952)×3.7=9.158kN4.2风荷载作用下的水平位移验算取一榀中框架计算。根据上述计算的水平荷载求出层间剪力，然后依据中框柱框架层间侧移刚度计算各层相对侧移和绝对侧移，计算过程见表4-2。表4-2风荷载作用下层间剪力及侧移计算层次层高〔mm〕6300012.84312.84350184.960.2565.6831/117185300013.15826.00150184.960.5185.4271/57924300010.80036.80150184.960.7334.9091/4093330009.96946.77050184.960.9324.1761/3219230008.55955.32950184.961.1033.2441/2720142009.15864.48730119.662.1412.1411/1962由表4-2可见，风荷载作用下的框架的最大层间位移角为1/1962，远小于1/550，满足标准要求。4.3水平风荷载作用下横向框架的内力分析〔取一榀中框架〕4.3.1横向框架的柱端弯矩及剪力采用D值法计算，地震作用下框架的计算方法相同。所以各层的柱端弯矩及剪力计算结果如表4-3。表4-3柱端弯矩及剪力计算层次柱高层间剪力框架柱位置63.012.843边柱0.2823.6220.8470.353.8457.141中柱0.4375.6121.6930.386.39810.43853.026.001边柱0.2827.3320.8470.408.79813.198中柱0.43711.3621.6930.4414.99819.08843.036.801边柱0.28210.3800.8470.4513.55116.563中柱0.43716.0861.6930.4521.71626.54233.046.770边柱0.28213.1890.8470.4517.80521.762中柱0.43720.4391.6930.4527.59333.72423.055.329边柱0.28215.6030.8470.5023.40523.405中柱0.43724.1791.6930.5036.25536.25514.264.487边柱0.31019.9901.1850.6554.57329.385中柱0.38024.5052.3710.6061.75341.1684.3.2横向框架的梁端弯矩及剪力计算方法与地震作用下框架梁计算方法相同，计算结果如表4-4。表4-4梁端弯矩及剪力计算层次L〔m〕节点类型柱轴力〔kN〕64.845边节点07.1412.5512.551中节点5.2195.2195.10254.845边节点017.0336.1468.697中节点12.74312.74317.39444.845边节点025.3619.51218.209中节点20.77020.77036.41834.845边节点035.31313.01031.219中节点27.72027.72062.43824.845边节点041.21015.09246.311中节点31.90931.90992.62214.845边节点052.79026.87073.181中节点77.39377.393146.3625竖向荷载作用下横向框架的内力计算5.1计算单元取此中框架一榀框架为例计算，计算单元宽度为4.5m，如图5-1所示，房间荷载由板〔单向板〕传给次梁、再有次梁传给主梁、后由主梁传给框架柱。图5-1板、梁的荷载计算范围5.2荷载计算5.2.1恒载的计算6层：横梁受到次梁传来的集中荷载：集中荷载G=板恒荷载标准值×集中荷载附属面积+附属面积内次梁自重G=6.04×4.5×1.8+10.206=59.13kN横梁自重：q=0.29×0.52×4.95×25=18.662kN柱受到边纵梁、中纵梁传来的集中荷载，包括纵梁自重、附属楼板重和女儿墙等重量：=10.206+6.04×4.5×0.9+2.64×4.5+0.29×0.52×25×5.4/2=56.73kN=10.206+6.04×4.5×1.8+0.29×0.52×25×5.4=79.49kN注：—边柱受到的集中荷载—中柱受到的集中荷载由于边柱柱中心与轴向不重合，所以在边柱上会产生偏心矩M。==56.73×〔0.45-0.2〕/2=7.09kN·m图5-26层横梁上作用的恒荷载5～1层：〔计算方法同上〕横梁受到次梁传来的集中荷载：集中荷载G=板恒荷载标准值×集中荷载附属面积+附属面积内次梁及次梁上墙体自重G=3.95×4.5×1.8+10.206+4.28×2.9×〔4.5-0.24〕=95.08kNG=3.95×4.5×1.8＋10.206=42.20kN横梁自重：q=0.29×0.52×25=3.77kN/m柱受到边纵梁、中纵梁传来的集中荷载，包括纵梁自重、附属楼板重和女儿墙等重量：=10.206+3.95×4.5×0.9+4.44×2.6×3.95+0.29×0.52×25×5.4/2=83.14kN=10.206+3.95×4.5×1.8+4.28×2.6×3.95+0.29×0.52×25×5.4=91.63kN由于边柱柱中心与轴向不重合，所以在边柱上会产生偏心矩。==83.14×(0.45-0.2)/2=10.39kN图5-35～1层横梁上作用的恒载5.2.2活载的计算6层，不上人屋面，只有雪载横梁受到的集中荷载〔由雪荷载传给板、再由板传给次梁，最后由次梁传给横梁〕G=0.4×4.5×1.8=3.24kN=0.4×4.5×0.9=1.62kN=0.4×4.5×1.8=3.24kN=1.62×(0.45-0.2)/2=0.20kN·m图5-46层横梁上作用的活载5～1层(上人楼面取活载标准值为2.0)G=2.0×4.5×1.8=16.20kN=2.0×4.5×0.9=8.10kN=2.0×4.5×1.8=16.20kN=16.20×(0.45-0.2)/2=2.03kN·m图5-55～1层横梁上作用的活载表5-1横向框架恒载汇总表层次G(kN)G1(kN)q(kN/m)P1(kN)P2(kN)M1(kN·m)659.1359.1318.6656.7379.497.095～142.2095.0818.6683.1491.6310.39表5-2横向框架活载汇总表层次G(kN)G1(kN)q(kN/m)P1(kN)P2(kN)M1(kN·m)63.243.2401.623.240.205～116.2016.2008.1016.202.035.3内力计算5.3.1框架恒荷载作用下内力计算梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配计算。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。由于结构和荷载均匀对称，故计算时可用框架。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向叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重。5.3.1.1计算分配系数此中框架节点均为固接，因此杆端近端的转动刚度S=4i,i为杆件的线刚度，分配系数为。例如：6层中节点，各杆件的分配系数如下：其他各节点采用相同的计算方法，弯矩分配系数结果如图5-6。图5-6梁柱相对线刚度及弯矩分配系数5.3.1.2计算固端弯矩计算结果如下表5-3。表5-3恒载作用下固端弯矩层次各局部产生的固端弯矩〔kN·m〕最终固端弯矩〔kN·m〕qGG1P16-9.161-47.304-23.652-7.090-87.2079.16123.65247.304080.117-9.161-47.304-23.6520-80.1179.16123.65247.3049.09087.2075～1-9.161-33.760-33.032-10.390-86.3439.16116.88076.0640102.105-9.161-33.760-16.8800-59.8019.16116.88033.76010.39070.1915.3.1.3弯矩的二次分配过程采用弯矩二次分配法计算框架在恒载作用下的弯矩，分配过程如以下图5-7。图5-7弯矩二次分配法计算恒载作用下框架梁柱弯矩〔单位kN·m〕5.3.1.4绘制内力图弯矩图根据弯矩二次分配法计算结果，画出恒载作用下框架梁柱的弯矩图，如图5-8所示。图5-8横向框架在恒载作用下弯矩图〔单位kN·m〕剪力图根据弯矩图，取出梁柱脱离体，利用脱离体的平衡条件，求出剪力，并画出恒荷载作用下框架的剪力图。例如6层AB跨=(54.134+59.13×5.4+3.77×5.4×2.7-109.958)/5.4=58.971kN=-〔109.958-54.134+59.13×5.4+3.77×5.4×2.7〕/5.4=-79.647kN其他各层剪力计算方法同上，计算结果如表5-4。表5-4框架在恒载作用下各层剪力计算表〔单位：kN〕层次658.971-79.64777.736-60.88232.044-28.925-4.705564.385-93.25356.559-48.19923.361-16.420-10.313466.140-91.49847.821-56.93831.015-17.739-9.795366.140-91.49847.821-56.93830.851-17.655-9.839263.799-93.83947.610-57.14827.508-19.559-10.536162.529-95.10958.606-46.1527.945-3.020-5.827图5-9横向框架在恒载作用下剪力图〔单位：kN〕轴力图依据剪力图，根据节点平衡条件，求出框架柱轴力。表5-5框架在恒载作用下各层柱轴力计算表〔单位：kN〕层次位置A轴B轴D轴6柱顶-115.701-236.873-117.612柱底-133.709-254.881-135.6205柱顶-281.234-496.323-266.959柱底-299.242-514.331-284.9674柱顶-448.522-745.090-524.045柱底-466.530-763.098-443.0533柱顶-569.070-993.857-583.131柱底-587.078-1011.765-601.1392柱顶-734.017-1244.944-741.427柱底-752.025-1262.952-759.4351柱顶-897.694-1508.297-888.727柱底-922.905-1533.508-913.938图5-10横向框架柱在恒载作用下轴力图〔单位：kN〕5.3.2框架活载作用下内力计算计算方法与框架在恒载作用下的内力计算方法相同。5.3.2.1固端弯矩的计算计算结果如表5-6。表5-6框架在活载载作用下固端弯矩层次各局部产生的固端弯矩〔kN·m〕最终固端弯矩〔kN·m〕qGG1P160-2.592-1.696-0.2-4.48801.6962.59204.2880-2.529-1.6960-4.28801.6962.5290.24.4885～10-12.960-6.480-2.03-21.47006.48012.960019.4400-12.960-6.480-19.44006.48012.9602.0321.4705.3.2.2弯矩的二次分配过程采用弯矩二次分配法计算框架在恒载作用下的弯矩，分配过程如图5-9。图5-9弯矩二次分配法计算活载作用下框架梁柱弯矩〔单位：kN·m〕5.3.2.3绘制内力图弯矩图根据弯矩二次分配法计算结果，画出恒载作用下框架梁柱的弯矩图，如图5-10所示。图5-10横向框架在活载作用下弯矩图〔单位：kN·m〕剪力图表5-7框架在活载作用下各层剪力计算表层次63.036-3.4443.444-3.0363.720-3.7200515.074-17.32617.326-15.0746.071-6.0710415.215-17.18517.185-15.2155.773-5.7730315.215-17.18517.185-15.2155.724-5.7240215.238-17.16217.162-15.2386.534-6.5340114.833-17.56717.567-14.8331.891-1.8910图5-11横向框架在活载作用下剪力图〔单位：kN〕轴力图表5-8框架在活载载作用下各层柱轴力计算表〔单位：kN〕层次位置A轴B轴D轴6柱顶-4.656-17.000-4.656柱底-22.664-35.008-22.6645柱顶-45.838-85.860-45.838柱底-63.846-103.868-63.8464柱顶-87.161-154.438-87.161柱底-105.169-172.446-105.1693柱顶-128.484-223.016-128.484柱底-146.492-241.024-146.4922柱顶-169.830-291.548-169.830柱底-187.838-309.556-187.8381柱顶-210.771-360.890-210.771柱底-235.982-386.101-235.982图5-12横向框架柱在活载作用下轴力图〔单位：kN〕6内力组合6.1框架梁内力组合梁一般取梁端和跨中作为梁承载力设计的控制截面。一般情况下，梁端为抵抗负弯矩和剪力设计控制截面，但在有地震作用组合时，也要组合梁端的正弯矩，因此梁的最不利组合内力有：梁端截面：、、梁跨中截面：6.2梁端弯矩调幅在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形产生的内力重分布，对梁端负弯矩乘以条幅系数进行调幅，并应符合以下规定：〔1〕现浇框架梁端负弯矩条幅系数β可取0.8～0.9。=β=β〔2〕框架梁端负弯矩调幅后，梁跨内弯矩应按平衡条件相应增大。注：本章各内力组合时的单位及方向：(a)柱的内力及梁的剪力仍沿用结构力学的规定，即柱弯矩以顺时针为正，逆时针为负；梁、柱轴力为受压为正，受拉为负；梁、柱剪力以顺时针为正，逆时针为负。(b)梁的弯矩方向以下部受拉为正，上部受拉为负。表6-1弯矩调幅荷载类型杆件位置跨向弯矩标准值(kN·m)调幅系数调幅后弯矩标准值(kN·m)恒载6AB-54.134-101.95840.0590.9-48.721-91.76247.864BD-98.358-52.85340.0590.9-88.522-47.56847.6205AB-75.557-105.90656.5840.9-68.001-95.31557.216BD-79.145-56.57429.9010.9-71.231-50.91736.6874AB-73.044-107.21856.5840.9-65.740-96.49657.133BD-77.832-53.21629.9010.9-70.049-47.89436.4533AB-73.044-107.21856.5840.9-65.740-96.49657.133续表6-1BD-77.832-53.21629.9010.9-70.049-47.89436.4532AB-73.591-107.10756.5840.9-66.232-96.39657.151BD-77.945-52.1929.9010.9-70.151-46.97136.4081AB-66.288-106.66256.5840.9-59.659-95.99656.907BD-81.105-47.52629.9010.9-72.995-42.77336.333活载6AB-4.158-5.2581.9440.9-3.742-4.7322.415BD-5.258-4.1581.9440.9-4.732-3.7422.4155AB-16.556-22.6399.720.9-14.900-20.37511.680BD-22.639-16.5569.720.9-20.375-14.90011.6804AB-17.318-22.6399.720.9-15.586-20.37511.718BD-22.639-17.3189.720.9-20.375-15.58611.7183AB-17.318-22.6399.720.9-15.586-20.37511.718BD-22.639-17.3189.720.9-20.375-15.58611.7182AB-17.443-22.6399.720.9-15.699-20.37511.724BD-22.639-17.4439.720.9-20.375-15.69911.7241AB-15.611-22.9939.720.9-14.050-20.69411.650BD-22.993-15.6119.720.9-20.694-14.05011.65043表6-2框架梁内力组合表43层次跨向截面内力荷载种类竖向荷载组合地震作用组合1.2〔①+0.5②〕+1.3③/④恒载①活载②左震③右震④1.35①+②1.2①+1.4②左震右震6AB梁左端M-48.721-3.74225.740-25.740-69.515-63.704-151.080-94.172V58.9713.036-9.2209.22082.64775.016180.02884.573跨中M47.8642.4153.415-3.41567.03160.818146.02754.446梁右端M-91.762-4.732-18.91018.910-128.611-116.739-280.148-88.371V-79.647-3.444-9.2209.220-110.967-100.398-241.900-85.657BD梁左端M-88.522-4.73218.910-18.910-124.237-112.851-270.573-133.649V77.7363.444-9.2209.220108.38898.105236.253107.336跨中M47.6202.415-3.4153.41566.70260.525145.30663.033梁右端M-47.568-3.742-25.74025.740-67.959-62.320-147.673-25.865V-60.882-3.036-9.2209.220-85.227-77.309-185.675-62.894续表6-2续表6-244AB梁左端M-68.001-14.90055.810-55.810-106.701-102.461-229.253**大学毕业设计**大学毕业设计V64.38515.074-20.14020.140101.99498.366218.898112.488跨中M57.21611.680-8.8978.89788.92285.011191.26587.233梁右端M-95.315-20.375-41.75041.750-149.050-142.903-320.368-72.328V-93.253-17.326-20.14020.140-143.218-136.160-308.482-96.117BD梁左端M-71.231-20.37541.750-41.750-116.537-114.002-249.200-151.977V56.55917.326-20.14020.14093.68192.127200.051104.448跨中M36.68711.680-7.2807.28061.20760.376130.60260.496梁右端M-50.917-14.900-55.81055.810-83.638-81.960-178.7702.513V-48.199-15.074-20.14020.140-80.143-78.942-171.069-40.7014AB梁左端M-65.740-15.58677.000-77.000-104.335-100.708-223.875-188.340V66.14015.215-29.06029.060104.504100.669224.352126.275跨中M57.13311.718-16.91316.91388.84884.965191.09297.577续表6-245续表6-245梁右端M-96.496-20.375-63.78063.780-150.645-144.320-323.858-45.106V-91.498-17.185-29.06029.060-140.707-133.857-303.028-82.331BD梁左端M-70.049-20.37563.780-63.780-114.941-112.584-245.707-179.198V47.82117.185-29.06029.06081.74381.444173.963105.474跨中M36.45311.718-6.5656.56560.93060.149129.98359.309梁右端M-47.894-15.586-77.00077.000-80.243-79.293-171.14033.276V-56.938-15.215-29.06029.060-92.081-89.627-197.160-39.6773AB梁左端M-65.740-15.586105.120-105.120-104.335-100.708-223.875-224.896V66.14015.215-38.44038.440104.504100.669224.352138.469跨中M57.13311.718-18.94018.94088.84884.965191.092100.212梁右端M-96.496-20.375-81.12081.120-150.645-144.320-323.858-22.564V-91.498-17.185-38.44038.440-140.707-133.857-303.028-70.137BD梁左M-70.049-20.37581.120-81.120-114.941-112.584-245.707-201.740续表6-246续表6-246端V47.82117.185-38.44038.44081.74381.444173.963117.668跨中M36.45311.718-12.00012.00060.93060.149129.98366.374梁右端M-47.894-15.586-105.120105.120-80.243-79.293-171.14069.832V-56.938-15.215-38.44038.440-92.081-89.627-197.160-27.4832AB梁左端M-66.232-15.699114.760-114.760-105.112-101.457-225.544-238.086V63.79915.238-41.93041.930101.36797.892217.478140.211跨中M57.15111.724-20.67020.67088.87884.995191.157102.487梁右端M-96.396-20.375-88.39088.390-150.510-144.200-323.563-12.993V-93.839-17.162-41.93041.930-143.845-136.634-309.902-68.395BD梁左端M-70.151-20.37588.390-88.390-115.079-112.706-246.009-211.313V47.61017.162-41.93041.93081.43681.159173.295121.938跨中M36.40811.724-13.18513.18560.87560.103129.86167.865梁右M-46.971-15.699-114.760114.760-79.110-78.344-168.62783.403续表6-247续表6-247端V-57.148-15.238-41.93041.930-92.388-89.911-197.825-23.2111AB梁左端M-59.659-14.050135.660-135.660-94.590-91.261-202.987-256.379V62.52914.833-48.10048.10099.24795.801212.956146.465跨中M56.90711.650-19.69319.69388.47484.598190.295100.879梁右端M-95.996-20.694-97.37097.370-150.289-144.167-322.987-1.031V-95.109-17.567-48.10048.100-145.964-138.725-314.424-62.141BD梁左端M-72.995-20.69497.370-97.370-119.237-116.566-255.019-226.591V58.60617.567-48.10048.10096.68594.921206.558143.397跨中M36.33311.650-19.14519.14560.70059.910129.49975.478梁右端M-42.773-14.050-135.660135.660-71.794-70.998-153.089116.600V-46.152-14.833-48.10048.100-77.138-76.149-164.562-1.75248表6-3横向框架柱内力组合48层次跨向截面内力荷载种类竖向荷载组合地震作用组合1.2〔①+0.5②〕+1.3③/④恒载①活载②左震③右震④1.35①+②1.2①+1.4②左震右震6A柱柱顶M54.1344.158-25.74025.74077.23970.78233.994100.918N115.7014.656-9.2209.220160.852145.360129.649153.621柱底M41.9977.001-13.86013.86063.69760.19836.57972.615N133.70922.644-9.2209.220203.151192.152162.051186.023B柱柱顶M-3.6000.000-37.82037.820-4.860-4.320-53.48644.846N236.87317.000-18.44018.440336.779308.048270.476318.420柱底M-10.5150.000-23.18123.181-14.195-12.618-42.75317.517N254.88135.008-18.44018.440379.097354.868302.890350.834D柱柱M-52.853-4.158-25.74025.740-75.510-69.245-99.380-32.456续表6-349续表6-349顶N117.6124.656-9.2209.220163.432147.653131.942155.914柱底M-33.922-7.001-13.86013.860-52.796-50.508-62.925-26.889N135.62022.664-9.2209.220205.751194.474164.356188.3285A柱柱顶M33.5609.555-41.94741.94754.86153.649-8.526100.536N281.23445.838-29.36029.360425.504401.654326.816403.152柱底M33.5228.659-24.96524.96553.91452.34912.96777.876N299.24263.846-29.36029.360467.823448.475359.230435.566B柱柱顶M-16.2460.000-60.32160.321-21.932-19.495-97.91358.922N496.32385.860-58.72058.720755.896715.792570.768723.440柱底M-14.6930.000-47.38847.388-19.836-17.632-79.23643.973N514.331103.868-58.72058.720798.215762.612603.182755.854D柱柱顶M-22.652-9.555-41.94741.947-40.135-40.559-87.44721.616N266.95945.838-29.36029.360406.233384.524309.686386.022续表6