《教学楼设计中的荷载计算(横向框架)案例》4800字

教学楼设计中的荷载计算(横向框架)案例综述1.1恒荷载标准值计算表3-1屋面做法表做法厚度(mm)容重(kN/荷载单位20厚1：3水泥砂浆找平层20200.4kN/25厚1：2.5水泥砂浆保护层25250.63kN/高分子卷材（一层）//0.05kN/隔离层：（SBS改性沥青柔性卷）//0.40kN/120厚钢筋混凝土屋面板120251.00kN/20厚天棚石灰砂浆抹灰20170.34kN/合计//4.82kN/表3-2楼面做法表做法厚度容重荷载单位1:3水泥砂浆找平层20200.40kN/现浇钢筋混凝土板120251.00kN/天棚石灰砂浆抹灰20170.34kN/素水泥浆一道//0.19kN/水磨石地面15280.42kN/合计//4.35kN/1.2活荷载标准值计算表3-3活荷载标准值表荷载种类大小单位走廊2.50kN/屋面荷载2.00kN/楼面荷载2.00kN/查荷载规范，雪荷载取值为：S当雪荷载和活荷载同时存在时，选择数值最大者进行计算。1.3结构构件自重计算1.1.1框架1-2层自重计算表3-4框架1-2层自重计算结构构件施工做法计算自重边柱内墙涂料0.5+0.5−0.25外墙面墙和涂料0.5×3.6×0.45=0.81𝑘𝑁钢筋混凝土柱0.5×0.5×3.6×25=22.5𝑘𝑁小计24.32𝑘𝑁中柱内墙涂料0.5×2+0.5−0.2钢筋混凝土柱0.5×0.5×3.6×25=22.5𝑘𝑁小计24.11𝑘𝑁外墙（250mm）内墙涂料（4.05−0.6）×0.28=0.97kN/m外墙面墙和涂料（4.05−0.6）×0.45=1.55kN/m砌体4.05−0.6小计14.6kN/m内墙（200mm）内墙涂料2×（4.05−0.7）×0.28=1.88kN/m砌体4.05−0.7小计13.61kN/m横向梁边跨（7500mm）钢筋混凝土柱（0.7−0.125）×0.3×25=4.31kN/m石灰砂浆顶棚（0.7−0.125）×0.2×0.24=0.03kN/m小计4.34kN/m横向梁中跨（3000mm）钢筋混凝土梁（0.4−0.125）×0.3×25=2.06kN/m石灰砂浆顶棚（0.4−0.125）×0.2×0.24=0.01kN/m小计2.07kN/m纵向框架边梁内墙涂料（0.6−0.125）×0.28=0.13kN/m外墙面砖0.6×0.62=0.37kN/m钢筋混凝土梁（0.6−0.125）×0.3×25=3.56kN/m小计4.06kN/m纵向框架中梁内墙涂料（0.6−0.125）×2×0.28=0.26kN/m钢筋混凝土梁（0.6−0.125）×0.3×25=3.56kN/m小计3.82kN/m板120厚钢筋混凝土屋面板3.00kN/20厚天棚石灰砂浆抹灰0.34kN/20厚水泥砂浆和30厚大理石地面1.20kN/小计4.54kN/1.1.2框架顶层自重计算表3-5框架顶层自重计算结构构件施工做法计算自重板高分子卷材2.50kN/SBS沥青柔性卷0.40kN/120厚钢筋混凝土屋面板3.00kN/20厚天棚石灰砂浆抹灰0.34kN/小计5.79kN/女儿墙砌体0.8×0.25×14=2.8kN/m内墙粉刷0.8×0.02×20=0.32kN/m外墙面砖0.8×0.62=0.50kN/m小计3.62kN/m1.1.3门墙自重表3-6门墙自重室内木门0.3kN/室外铁门0.4kN/铝合金门窗0.4kN/1.4恒荷载计算在竖向荷载计算时，对于楼盖板为单向板的形式，荷载按对向传递形式计算，对于楼盖板为双向板的形式，荷载按从角点出引出45度直线作为传递荷载的分界线计算，此荷载传递形式图如图所示。图3-1荷载传递形式1.4.1顶层梁柱上恒荷载计算（1）边跨梁上荷载计算边跨梁上荷载=自重+板重，因为双向板的自重按双向板塑形法分界线形式分配，分配形式如平面荷载传递分界线图示，因此边跨梁上荷载是由梯形荷载与均布荷载叠加在一起的。求出各顶点的荷载值即求出了边跨梁上荷载。其中MAX:4.34+3.6×5.79=25.18MIN:4.34（2）中跨梁上荷载计算中跨梁上荷载=自重+板重，中跨梁上荷载值为一常数：2.07（3）中柱集中力计算中柱集中力=自重+纵向框架梁的作用力（纵向框架梁自重+横向次梁自重+部分板重）综上，中柱集中力=24.11+5.79×（4）边柱集中力计算边柱集中力=自重+纵向框架梁的作用力（女儿墙自重+纵向框架梁自重+横向次梁自重+部分板重）综上所述，边柱集中力=24.32+5.79×（5）中柱与梁交点处的弯矩：M（6）边柱与梁交点处的弯矩M1.4.22层梁柱上恒荷载计算（1）边跨梁上荷载计算边跨梁上荷载=自重+板重，因为双向板的自重按双向板塑形法分界线形式分配，分配形式如平面荷载传递分界线图示，因此边跨梁上荷载是由梯形荷载与均布荷载叠加在一起的。求出各顶点的荷载值即求出了边跨梁上荷载。其中MAX:4.34+3.6×4.54+13.61=34.29kN/mMIN:4.34+13.61=17.95kN/m（2）中跨梁上荷载计算中跨梁上荷载=自重+板重，中跨梁上荷载值为一常数：2.07kN/m（3）中柱集中力计算：中柱集中力=自重+纵向框架梁的作用力（纵向框架梁自重+横向次梁自重+部分板重+外墙重）综上，中柱集中力=24.11+4.54×（4）边柱集中力计算：边柱集中力=自重+纵向框架梁的作用力（纵向框架梁自重+横向次梁自重+部分板重+外墙重）综上，边柱集中力=24.32+4.54×（5）中柱与梁交点处的弯矩：M=241.71×0.15=36.26kN∙m（6）边柱与梁交点处的弯矩：M=226.76×0.15=34.01kN∙m通过对各层梁柱上恒荷载计算，得到横向框架的恒荷载结果，从而得到横向框架的恒荷载图。图3-2横向框架的恒荷载图1.5活荷载计算1.5.1一、二层框架梁柱活载计算楼面活荷载：2kN/走廊活荷载：2.5kN/（1）边跨梁上线荷载：同恒荷载求解，得：MAX:4.05×2.0=8.10kN/mMIN:0（2）中跨梁上线荷载：同恒荷载求解，其值为一常数:0（3）中柱集中力：（其值等于部分板活荷载传递得作用力）F=2.0×（4）边柱集中力：（其值等于部分板活荷载传递得作用力）F=2.0×（5）中柱集中弯矩：（其值等于F×bM=54.34×0.15=8.15kN∙m（6）边柱集中弯矩：（其值等于F×bM=23.97×0.15=3.60kN∙m1.5.2顶层框架梁柱活载计算屋面活荷载：2.0N/（1）边跨梁上线荷载：同恒荷载求解，得：MAX:4.05×2.0=8.10kN/mMIN:0（2）中跨梁上线荷载：同恒荷载求解，其值为一常数:0（3）中柱集中力：（其值等于部分板活荷载传递得作用力）F=2.0×（4）边柱集中力：（其值等于部分板活荷载传递得作用力）F=2.0×（5）中柱集中弯矩：（其值等于F×bM=48.27×0.15=7.24kN∙m（6）边柱集中弯矩：（其值等于F×bM=23.97×0.15=3.60kN∙m通过对各层梁柱上活荷载计算，得到横向框架的活荷载结果，从而得到横向框架的活荷载图（如下）。图3-3横向框架的活荷载图1.6风荷载计算整个结构中，与地面平行的风荷载作用在建筑物的立面上，计算公式如下：W根据规范得：βz风压ω为了方便计算，近似将风荷载看成横向框架的集中荷载ωkAAA风压高度变化系数μz表3-7风压高度变化系数μz层数Z(m)μA(ω14.11.00028.8818.7727.71.00027.0017.56311.31.03611.509.09横向框架风荷载计算简图如下：图3-4横向框架风荷载计算1.7地震荷载标准值计算根据规范要求，本教学楼需要进行抗震计算，从结构布置图可知，此次设计的教学楼属于标准规则的框架结构：根据工程经验，此结构高度不高，因此在计算水平地震作用下的作用力时采用底部剪力法。1.7.1重力荷载代表值计算（G=恒荷载+0.5×活荷载）（1）标准层（二层）1)楼盖自重：56.7+0.52)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×横向框架梁：4.34×纵向框架梁：4.06×标准层梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)内外墙、门窗自重外墙面积：56.7−0.5×7外墙自重：431.52×外墙门窗面积：2.0×1.8×28外墙门窗自重：129.96×0.4=51.98kN内墙面积：[7.5×6×2×2+(8.1−0.5×2)×13×2+4.3×2]×(3.6−0.7)=1006.88内墙自重：1006.88×内墙门面积：1.0×2.4×13×2=62.4内墙窗面积：1.2×1.5×内墙门窗自重：27×0.4+62.4×0.3=29.52kN内外墙门窗和窗总重：2100.06+129.96+4725.39+29.52=6984.93kN4)活荷载教室、教师休息室等房间的活荷载：2.0×走廊、楼梯活荷载：2.5×综上，标准层（二层）的重力荷载代表值为：G（2）顶层1)屋面板自重：5.79×女儿墙自重:3.62×2)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×横向框架梁：4.34×纵向框架梁：4.06×顶层梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)内外墙、门窗自重外墙面积：56.7−0.5×7外墙自重：431.52×外墙门窗面积：2.0×1.8×28外墙门窗自重：129.96×0.4=51.98kN内墙面积：[7.5×6×2×2+(8.1−0.5×2)×13×2+4.3×2]×(3.6−0.7)=1006.88内墙自重：1006.88×内墙门面积：1.0×2.4×13×2=62.4内墙窗面积：1.2×1.5×内墙门窗自重：27×0.4+62.4×0.3=29.52kN内外墙门窗和窗总重：2100.06+129.96+4725.39+29.52=6984.93kN4)活荷载教室、教师休息室等房间的活荷载：2.0×屋面活荷载：0.5×[综上，顶层（三层）的重力荷载代表值为：G（3）底层（一层）1)楼盖自重：56.7+0.52)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×横向框架梁：4.34×纵向框架梁：4.06×标准层梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)内外墙、门窗自重外墙面积：56.7−0.5×7外墙自重：431.52×外墙门窗面积：2.0×1.8×24外墙门窗自重：131.56×0.4=52.62kN内墙面积：[7.5×6×2×2+(8.1−0.5×2)×12×2+4.3×2]×(3.6−0.7)=1041.1内墙自重：1041.1×内墙门面积：1.0×2.4×12×2=57.6内墙窗面积：1.2×1.5×内墙门窗自重：34.2×0.4+57.6×0.3=30.96kN内外墙门窗和窗总重：2100.06+52.62+4885.99+30.96=7069.63kN4)活荷载教室、教师休息室等房间的活荷载：2.0×走廊、楼梯活荷载：2.5×综上底层（一层）的重力荷载代表值为：G以上对教学楼的一二三层分别进行层间质点重量的计算，用图示表示如下：图3-5层间质点重量的计算简图1.7.2框架的线刚度计算在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖作为翼缘板对框架梁的影响，在现浇楼盖中，采用增大梁刚度的方法来考虑，则有中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0；边框架梁取I=1.5I计算柱线刚度比i1计算梁线刚度比i2下面计算得出各层框架柱线刚度值，如下表：表3-7各层框架柱线刚度值结构杆件截面尺寸b×ℎ高度H/长度L(m)E(kN/m截面惯性矩I(×增大后截面惯性矩I(×线刚度i(kN∙m)相对刚度底层柱500×5004.5531.55.215.213.61×1中层柱500×5001.631.55.125.214.56×1.26顶层柱500×5001.631.55.125.214.56×1.26AB跨框架梁300×7007.531.58.5812.875.41×1.50BC跨框架梁300×4001.031.51.681.23.36×0.93BD跨框架梁300×7007.531.58.5812.875.41×1.50图3-5一榀框架计算简图1.7.3框架柱的侧移刚度计算计算框架柱的侧移刚度：D=α底层：αC=K一般层：α每层框架柱总抗侧移刚度值如下表所示：表3-8框架柱横向侧移刚度D值楼层柱结构杆件KαD(kN/mm)根数∑D(kN/mm)底层边框架边柱(500×500)1.40.5611.37496520边框架中柱(500×500)2.180.6312.764中框架边柱(500×500)1.970.3212.3610263200中框架中柱(500×500)2.920.711.9610二至三层边框架边柱(500×500)1.180.3514.874135040边框架中柱(500×500)1.750.4818.904中框架边柱(500×500)1.580.4617.6810393800中框架中柱(500×500)2.320.5921.710底层框架柱的侧移刚度：∑D=11.37×4+12.76×4+12.36×10+11.96×10=359.72kN/mm二三层框架柱的侧移刚度6∑D=4×（14.87+18.90）+10×（17.68+21.7）=528.84kN/mm1.7.4框架结构自振周期计算框架自振周期的计算中，本教学楼的结构设计考虑地震作用，采用底部剪力法进行地震作用力的计算，根据框架结构的简图，对各层顶点处的位移用于自振周期的计算。表3-9框架顶点处假想水平位移Δ计算值表楼层Gi(kN)∑Gi(kN)∑D(kN/mm)δ=∑Gi/∑D总位移Δ(mm)316615.2716615.27528.8431.42221.32215035.9931651.26528.8459.85189.90115131.7946785.05359.72130.05130.05：框架结构中墙体为填充墙，作为非承重墙，周期需要适当调整，对于框架结构取0.6则框架自振周期为： T1.7.5地震作用计算此次设计的三层教学楼所属地为Ⅱ类场地土，8度抗震设防烈度，第一组的设计地震分组，由抗震规范的特征周期Tg=0.35s，水平地震影响系数最大值αmax=0.16从地震影响系数曲线中得：由于