南京市某中學(xué)教學(xué)樓計算書

1、第 ii 頁 共 ii 頁本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）目錄1 設(shè)計簡述11.1 工程概況11.2 設(shè)計資料12 建筑設(shè)計22.1 建筑物功能與特點(diǎn)22.2 建筑做法33 pkpm設(shè)計53.1 確定結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件的截面尺寸53.2 輸入荷載計算63.3 pmcad參數(shù)選取73.4 pkpm電算流程113.5 pkpm電算成果124 單榀框架設(shè)計134.1 計算簡圖的確定134.2 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算144.3 豎向荷載的內(nèi)力計算194.4 風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計算304.5 地震作用下的內(nèi)力及位移計算364.6 內(nèi)力組合424.7 梁截面配筋計算614.8 柱的配筋計算705 基礎(chǔ)設(shè)計805.1 基

2、底尺寸的確定805.2 地基承載力驗(yàn)算825.3 抗沖切驗(yàn)算825.4 基礎(chǔ)底板配筋計算845.5 條形基礎(chǔ)設(shè)計846 零星構(gòu)件計算866.1 次梁的計算866.2 板的計算886.3 樓梯的計算90附圖1100附圖2101附圖3102附圖4103第 31 頁 共 103 頁本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）1 緒論設(shè)計的課題是南京市某中學(xué)教學(xué)樓。在建筑設(shè)計中，從學(xué)院教學(xué)樓的特點(diǎn)出發(fā)，力求內(nèi)部各個空間布置合理，符合教學(xué)樓建筑設(shè)計規(guī)范要求，同時體現(xiàn)學(xué)院特色。1.1 結(jié)構(gòu)體系本設(shè)計采用框架結(jié)構(gòu)體系，框架結(jié)構(gòu)是指梁和柱以剛接或者鉸接相連接而構(gòu)成承重體系的結(jié)構(gòu)，即有梁和柱組成框架共同抵抗使用過程中出現(xiàn)的水平荷

3、載和豎向荷載，采用結(jié)構(gòu)的房屋墻體不承重，僅起到圍護(hù)和分割作用，其優(yōu)點(diǎn)是空間分割靈活，自重輕，有利于抗震，節(jié)省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點(diǎn)，利用安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)的梁、柱易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期；采用現(xiàn)澆混凝土框架時，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，能達(dá)到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆筑成各種需要的截面形狀。1.2 設(shè)計背景及基本信息教學(xué)樓建筑是學(xué)校形象的名片，是學(xué)校精神與學(xué)校文化的載體。許多校園都有能代表其文化特征并有傳承價值的建筑物，他們在歲月的流逝中傳遞和演繹著校園特有的靈魂和形象，逐漸成為一個學(xué)校的代表，成為學(xué)校不可泯滅的象

4、征，體現(xiàn)了學(xué)校的一種文化，更反映了一個學(xué)校獨(dú)特的魅力。本設(shè)計的基本信息為：抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.01g，地震分組第一組。建筑類別為乙類，設(shè)計使用年限為50年，地面粗糙度為c類，基本風(fēng)壓，基本雪壓為。場地地質(zhì)條件：該場地平整，場地土類型為中硬場地土，場地土類別為類。場地內(nèi)一層土為雜填土，層厚1米，不均質(zhì)，為不良工程地質(zhì)土層。二層為中等中等壓縮性中低強(qiáng)度粉土，分布均勻穩(wěn)定，地基土承載力特征值可為持力層。地下水位較深，不考慮其對建筑物的影響。材料選擇：板采用c30混凝土，鋼筋選用hrb335:；梁采用c30混凝土，縱筋采用hrb400，箍筋采用hrb335；柱采用c30混凝土

5、，縱筋采用hrb400，箍筋采用hrb335；填充墻采用蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊。1.3 建筑物的設(shè)計原則根據(jù)建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)承重及抗震等方面的要求、場地地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)布置要求?？紤]安全、經(jīng)濟(jì)本結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。本設(shè)計應(yīng)遵循以下幾個原則：1. 剛?cè)岵?jì)。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆；2.多道防線。安全的結(jié)構(gòu)是層層設(shè)防的，在荷載的作用下，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)通力合作。本結(jié)構(gòu)設(shè)計的柱與梁上下左右貫通，以確保傳力途徑的完整，避免地震及荷載作用下局部應(yīng)力集

6、中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；3.“強(qiáng)柱弱梁”。由于框架柱受軸向壓力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先于框架梁出現(xiàn)塑性絞，就會產(chǎn)生較大的層間位移，甚至形成同層各柱上下端同時出現(xiàn)塑性鉸的“柱絞結(jié)構(gòu)”，從而危及結(jié)構(gòu)承受豎向荷載的能力而造成結(jié)構(gòu)的倒塌；4.“強(qiáng)剪弱彎”。為了防止梁塌，柱端在彎曲屈服前出現(xiàn)脆性剪切破壞，則要使構(gòu)件的受剪承載力大于構(gòu)件彎曲時實(shí)際達(dá)到的剪力；5.“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”。由于對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，所有要求使框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)不先于梁柱破壞。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計在工程實(shí)踐中已取得豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計中充分結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。1.4 軟件介紹本方案在設(shè)計中，利用了多種軟件。首先使用pkpm進(jìn)行電算，如根

7、據(jù)草圖進(jìn)行布局、荷載輸入、平面荷載校核、選擇一榀框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算、形成pk文件等過程。然后根據(jù)成果進(jìn)行cad繪圖，其中包括利用天正和探索者分別進(jìn)行建筑圖及結(jié)構(gòu)圖的繪制。手算過程中還要利用word、excel等辦公軟件進(jìn)行計算書和表格的書寫和繪制。1.5 主要進(jìn)行的研究工作本設(shè)計的設(shè)計思路是首先遵循經(jīng)濟(jì)、美觀、安全的原則，設(shè)計過程中結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，保證建筑的使用功能；在構(gòu)件選擇和布置配筋時，參考規(guī)范，充分考慮框架結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)；計算部分通過結(jié)構(gòu)形式分析采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行計算。在設(shè)計結(jié)束后預(yù)期得到相對準(zhǔn)確的建筑與結(jié)構(gòu)施工圖，將手算與電算相對比，得到相對統(tǒng)一的結(jié)果，最后修改手算過程，打印成冊。

8、2 建筑設(shè)計建筑物在建造之前，設(shè)計者按照建設(shè)任務(wù)，把施工過程和使用過程中所存在的或可能發(fā)生的問題，事先作好通盤的設(shè)想，擬定好解決這些問題的辦法、方案，用圖紙和文件表達(dá)出來，作為備料、施工組織工作和各工種在制作、建造工作中互相配合協(xié)作的共同依據(jù)。2.1 建筑物功能與特點(diǎn)本設(shè)計性質(zhì)屬于教學(xué)樓建筑性質(zhì)，教學(xué)樓建筑應(yīng)根據(jù)使用性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模與標(biāo)準(zhǔn)的不同，確定各類用房。教學(xué)樓建筑由教室、衛(wèi)生間、辦公室和實(shí)驗(yàn)室等組成。將房間按使用的性質(zhì)分類，分為主要使用部分，次要使用部分和交通聯(lián)系部分，從而來合理地布置各個房間，同時在不影響安全保衛(wèi)工作的基礎(chǔ)上使其內(nèi)外聯(lián)系方便。2.1.1 建筑平面設(shè)計本設(shè)計采用內(nèi)廊式布局，

9、該布局的主要優(yōu)點(diǎn)是采光充足，布局經(jīng)濟(jì)，具體見建施-02。2.1.2 建筑立面設(shè)計立面圖反映的是建筑四周的外部形象，立面設(shè)計是在滿足房間的使用要求和技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，運(yùn)用建筑選型和立面構(gòu)圖的一些規(guī)律，緊密結(jié)合平面、剖面的內(nèi)部空間組合而進(jìn)行的，具體見建施-06。2.1.3 建筑剖面設(shè)計為了充分反映出建筑物在垂直方向上各部分的組合關(guān)系而需要進(jìn)行剖面設(shè)計，其主要任務(wù)是確定建筑物各部分應(yīng)有的高度，建筑物的層數(shù)及建筑空間的組合和利用，以及建筑剖面中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造關(guān)系等。本設(shè)計所剖切部位為兩側(cè)樓梯間，具體見建施-08。2.1.4 屋面屋面形式為平屋頂，平屋頂排水坡度為3%，排水坡度的形式為墊置坡度，排水方式為內(nèi)排

10、水，具體見建施-05。屋面做法采用剛性防水，聚苯乙烯保溫層屋面4。2.1.5 防火防火等級為二級，安全疏散距離滿足房門至外部出口或封閉樓梯間最大距離小于35m，每個房間都設(shè)置了不小于900mm的門，滿足防火要求；每層兩側(cè)及中間設(shè)3個消火栓，最大間距22m，滿足間距50m的要求2。2.2 建筑做法（1）屋面做法：（選用剛性防水混凝土面層）40厚c20剛性砼面層；10厚低標(biāo)號砂漿隔離層；sbs改性瀝青防水卷材（八層做法，三氈四油上鋪小石子8厚）；20厚1：3水泥砂漿找平層；50厚聚乙烯泡沫塑料板保溫層；最薄30厚輕集料混凝土找坡層120厚鋼筋混凝土屋面板；20厚板底抹灰；（2）樓面做法：（a）辦公

11、室、會議室、門廳樓面（大理石樓面）20厚磨光石材板，水泥漿擦縫；20厚1:3干硬性水泥砂漿結(jié)合層；水泥漿一道；120厚現(xiàn)澆砼樓板；15厚麻刀抹灰；（b）走廊（水磨石樓面）10厚1:2.5水泥彩色石子地面，表面磨光打蠟；20厚1:3水泥砂漿結(jié)合層，干后臥銅條分格；水泥砂漿一道（內(nèi)摻建筑膠）；120厚鋼筋砼樓板；15厚紙麻刀灰；（c）衛(wèi)生間開水間（陶瓷錦磚樓面）5厚陶瓷錦磚，干水泥擦縫；30厚1:3干硬性水泥砂漿結(jié)合層，表面撒水泥粉；1.5厚聚氨酯防水層；1:3水泥砂漿最薄30厚找坡層抹平；水泥砂漿一道（內(nèi)摻建筑膠）；120厚現(xiàn)澆砼樓板；15厚紙筋抹灰；（3）外墻面做法（陶瓷錦磚墻面）白水泥擦縫；

12、貼5厚陶瓷錦磚；3厚建筑膠水泥砂漿；素水泥漿一道；6厚1:2.5水泥砂漿（摻建筑膠）；8厚1:3水泥砂漿中層刮平掃毛；3厚外加劑專用砂漿底面刮糙；噴濕墻面；（4）內(nèi)墻面做法（a）衛(wèi)生間、開水間（貼面磚防水墻面）白水泥擦縫；5厚墻面磚；4厚1:2建筑膠水泥砂漿粘結(jié)層；6厚1:2.5水泥砂漿；6厚1:1:6水泥石灰膏砂漿打底掃毛；3厚外加劑專用砂漿抹基底；噴濕墻面；（b）其它內(nèi)墻面（簡易抹灰墻面）面漿飾面；15厚1:2.5石灰膏砂漿打底分層抹平；素水泥漿一道；（5）散水做法：混凝土散水50厚c15混凝土撒1:1水泥砂子，壓實(shí)趕光；150厚3:7灰土墊層；素土夯實(shí)向外坡2%。（6）門窗窗均為鋼框玻璃

13、窗（0.40kn/m2）,大門為玻璃門（0.40kn/m2），其他均為木門(0.20kn/m2)。具體見建施-01中門窗表。3 pkpm設(shè)計pkpm結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件是目前結(jié)構(gòu)設(shè)計電算常用的軟件，在設(shè)計時設(shè)計者需要正確的選取結(jié)構(gòu)設(shè)計的參數(shù)，可以確保電算結(jié)構(gòu)的正確性。3.1 確定結(jié)構(gòu)布置及構(gòu)件的截面尺寸3.1.1 結(jié)構(gòu)布置根據(jù)建筑方案的設(shè)計要求，確定結(jié)構(gòu)平面布置，如圖3.1所示。 圖3.1 結(jié)構(gòu)平面布置圖3.1.2 確定梁柱板的截面尺寸（1）確定梁的截面尺寸 主梁的尺寸： kl： 次梁的尺寸： ll： 其余主次梁尺寸見附圖1。（2）柱的截面尺寸 根據(jù)軸壓比計算公式，初估柱的截面尺寸為（3）樓板尺寸 取

14、3.2 輸入荷載計算輸入的荷載分為恒荷載和活荷載兩個部分，其中恒荷載包括梁間荷載和樓面、屋面恒荷載，活荷載輸入則包括樓面活荷載和屋面活荷載。梁間荷載計算的是墻體荷載，需要把墻面抹灰和門窗的荷載考慮在內(nèi)。荷載計算如下：（1）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值剛性防水混凝土面層 sbs瀝青防水卷材八層做法 50厚聚乙烯泡沫塑料板保溫層 120厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 20厚板底抹灰 屋面恒載 屋面活載：；樓面活載：（辦公室、教室、衛(wèi)生間、開水間、休息室等）； （樓梯、門廳、走廊）；樓面恒載：（門廳、會議室、教室）；（樓梯）；（走廊）具體荷載布置見附圖2。3.3 pmcad參數(shù)選取根據(jù)任務(wù)書所給的資料，該辦公樓樓抗震設(shè)防烈

15、度為7度、建筑總高度控制在24m以內(nèi)，經(jīng)查抗震規(guī)范得該框架抗震等級為二級，具體其它的材料信息和設(shè)置參數(shù)選擇如下：3.3.1 振型數(shù)一般遵循以下原則：振型數(shù)應(yīng)為3的倍數(shù)；在不考慮藕聯(lián)振動的情況下，計算振型數(shù)不得大于結(jié)構(gòu)層數(shù)；若考慮藕聯(lián)振動，計算振型數(shù)應(yīng)大于或等于9，但是又不能超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍；當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大時，振型數(shù)應(yīng)取多些。一般計算振型數(shù)應(yīng)大于9，多塔結(jié)構(gòu)振型數(shù)應(yīng)取更多些。根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范指出，合適的振型個數(shù)一般可取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)(條文說明：5.2.2條)。本設(shè)計振型數(shù)選取見圖3.2。3.3.2 考慮偶然偏心如果考慮偶然偏心，程序?qū)⒆詣釉黾佑?/p>

16、算4 個地震工況，分別是質(zhì)心沿y正、負(fù)向偏移5%的x地震和質(zhì)心沿x正、負(fù)向偏移5%的y地震，本設(shè)計中考慮偶然偏心具體見圖3.2。3.3.3 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)周期折減的目的是為了充分考慮框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的填充墻剛度對計算周期的影響。此參數(shù)應(yīng)根據(jù)填充材料的數(shù)量、種類來確定。采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可取0.60.7；當(dāng)砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時，周期折減系數(shù)可取0.70.8；完全采用輕質(zhì)墻體板材時，周期折減系數(shù)可取0.7。只有無墻的純框架，計算周期才可以不折減，本設(shè)計中選擇的折減系數(shù)如圖3.2所示。圖3.2 地震信息圖3.3.4 豎向荷載計算按模擬施工荷載的方法求豎向力作用下的結(jié)

17、構(gòu)內(nèi)力，可以避免一次性加載帶來的軸向變形過大的計算誤差。高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)豎向恒載一次加上時，其上部的豎向位移往往偏大，層數(shù)較多時頂部幾層的中間支座將出現(xiàn)加大沉降，與其相連的支座不出現(xiàn)負(fù)彎矩或負(fù)彎矩較小，常常不能正確地完成梁的支座配筋。而在實(shí)際施工中，豎向恒載是一層一層作用的，并在施工中逐層找平，下層的變形對上層基本上不產(chǎn)生影響。結(jié)構(gòu)的豎向變形在建造到上部時已經(jīng)完成得差不多了，因此不會產(chǎn)生一次性加載所產(chǎn)生的異?，F(xiàn)象，所以對一般的多、高層建筑來說，應(yīng)首先選擇模擬施工荷載，本設(shè)計中豎向荷載計算如圖3.3所示。圖3.3 總信息圖3.3.5 梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)在豎向荷載作用下，鋼筋混凝土框架梁設(shè)計允許考慮

18、混凝土的塑性變形內(nèi)力重分布，適當(dāng)減小支座負(fù)彎矩，相應(yīng)增大跨中正彎矩，梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)可在0.81.0范圍內(nèi)取值，本設(shè)計中取0.85，如圖3.4所示。3.3.6 梁活荷載內(nèi)力放大系數(shù)該系數(shù)只對梁在滿布活載下的內(nèi)力(包括彎矩、剪力、軸力)進(jìn)行放大，然后與其他荷載工況進(jìn)行組合，而不再乘在組合后的彎矩設(shè)計值。一般工程建議取值1.11.2，如果已經(jīng)考慮活荷載不利布置，則應(yīng)填1，具體如圖3.4所示。3.3.7 梁扭矩折減系數(shù)對于現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu),當(dāng)采用剛性樓板假定時，可考慮樓板對梁抗扭的作用而對梁的扭矩進(jìn)行折減。折減系數(shù)可在0.41.0范圍內(nèi)取值。若考慮樓板的彈性變形，梁的扭矩不應(yīng)折減，具體如圖3.4所示。

19、3.3.8 連梁剛度折減系數(shù)多、高層建筑中允許連梁開裂，開裂后連梁的剛度有所降低，程序中通過連梁剛度折減系數(shù)來反映開裂后的連梁剛度。為避免連梁開裂過大，此系數(shù)不宜取值過小，一般不宜小于0.55，具體如圖3.4所示。3.3.9 中梁剛度增大系數(shù)程序中框架梁是按矩形部分輸入截面尺寸并計算剛度的，對于現(xiàn)澆樓板，在采用剛性樓板假定時，樓板作為梁的翼緣，是梁的一部分，在分析中可用此系數(shù)來考慮樓板對梁剛度的貢獻(xiàn)。梁剛度增大系數(shù)bk可在1.02.0范圍內(nèi)取值。本設(shè)計考慮情況如圖3.4所示。圖3.4 調(diào)整信息圖3.3.10 混凝土結(jié)構(gòu)的容重查表可知混凝土容重一般取。但是在計算時我們還必須考慮梁、柱、墻面層的抹

20、灰。為了方便計算，可采用加大容重的方法，本設(shè)計中是取混凝土容重為，見圖3.5。圖3.5 材料信息圖3.4 pkpm電算流程pmcad是整個結(jié)構(gòu)cad的核心，是剪力墻、樓梯施工圖、高層空間三維分析和各類基礎(chǔ)cad的必備接口軟件。用電算程序做房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計，通常要經(jīng)歷三個步驟：建模、計算和繪制施工圖。具體建模步驟見下述流程圖1。圖3.6 pkpm電算流程圖3.5 pkpm電算成果根據(jù)計算結(jié)果見附圖3附圖4，判斷結(jié)構(gòu)方案是否合理，并且進(jìn)行構(gòu)件的優(yōu)化計算，即調(diào)整構(gòu)件截面使其滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要求，謀求結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計。對于計算結(jié)果的分析主要包括：（1）梁、柱的計算結(jié)果的分析，以第三層為例，

21、見附圖3。（2）板的計算結(jié)果的分析，以第三層為例，見附圖4。從計算結(jié)果看，板的配筋滿足了構(gòu)造要求，梁的配筋率均大于最小配筋率滿足設(shè)計要求；柱的軸壓比也均小于0.8，滿足三級抗震等級下軸壓比限值0.85，所以本方案基本合理。4 單榀框架設(shè)計框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱連接而成的,梁柱交接處的框架節(jié)點(diǎn)應(yīng)為剛接，構(gòu)成雙向梁柱抗側(cè)力體系。將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進(jìn)行分析計算。由于通常橫向框架的間距相同，作用于各橫向框架上的荷載相同，框架的抗側(cè)剛度相同，因此，各榀橫向框架都將產(chǎn)生相同的內(nèi)力與變形，結(jié)構(gòu)設(shè)計時一般取中間有代表性的一榀橫向框架進(jìn)行分析即可。4.1 計算簡圖的確定取6軸一榀框架進(jìn)行計算，根據(jù)地

22、質(zhì)資料，確定基礎(chǔ)頂面離室外地面為，由公式：底層柱高=底層層高+室內(nèi)外高差+基礎(chǔ)頂面至室外地面高度，求得底層柱高為。各梁柱構(gòu)件的線剛度經(jīng)過計算后列于圖4.1，其中在求梁截面慣性矩時考慮到現(xiàn)澆樓板的作用 6，本設(shè)計中，中框架框架梁取（為不考慮樓板翼緣作用的梁截面慣性矩）。ab跨梁：bc跨梁：24層柱： 底層柱：注：圖中數(shù)字為線剛度，單位： 圖4.1 結(jié)構(gòu)計算簡圖4.2 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算作用于框架結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平荷載兩種。豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重及樓（屋）面活荷載，一般為分布荷載，有時也有集中荷載。水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用，一般均簡化成作用于框架節(jié)點(diǎn)的水平集中力。4.2.1 恒荷載

23、標(biāo)準(zhǔn)值計算框架梁上的線荷載主要包括：梁自重（包括粉刷），梁上墻（窗）重，樓面（屋面）傳來自重等。具體計算過程如下：（1）屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值 剛性防水混凝土面層 sbs瀝青防水卷材八層做法 50厚聚乙烯泡沫塑料板保溫層 120厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 20厚板底抹灰 屋面恒載 ab跨框架梁自重 框架梁梁側(cè)粉刷 cd跨跨框架梁自重 框架梁梁側(cè)粉刷 因此，作用在頂層框架梁上的線荷載為： 三角形荷載1：，三角形荷載2： 頂層框架梁線荷載見圖4.2。圖4.2 頂層框架梁線荷載圖()（2）一般樓面框架梁線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 大理石樓面 120厚鋼筋混凝土樓板 15厚板底抹灰 樓面恒載 樓面活載 （3）走廊樓面荷載計算 水

24、磨石樓面 120厚鋼筋混凝土樓板 15厚板底抹灰 恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 ab跨框架梁自重 框架梁梁側(cè)粉刷 bc跨跨框架梁自重 框架梁梁側(cè)粉刷 因此，作用在層框架梁上的線荷載為： 三角形荷載1：，三角形荷載2：， 23層框架梁線荷載見圖4.3。圖4.3 23層框架梁線荷載圖()（4）屋面框架節(jié)點(diǎn)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算（a）a節(jié)點(diǎn)： a節(jié)點(diǎn)： 主梁的自重 主梁的粉刷 板傳給主梁的荷載 800高女兒墻及壓頂自重 女兒墻及壓頂粉刷 頂層a節(jié)點(diǎn)集中荷載 同法可得b節(jié)點(diǎn)集中荷載為，c節(jié)點(diǎn)集中荷載為，ab中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)集 中荷載為。（5）24層樓面框架節(jié)點(diǎn)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 計算方法同屋面。 23層a軸節(jié)點(diǎn)集中荷載

25、 23層b軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 23層c軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 23層ab軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 恒荷載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖4.4，未繪制的荷載分布同底層。圖4.4 恒荷載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖(均布力單位，集中力單位)4.2.2 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算屋面設(shè)計為不上人屋面，活荷載??；樓面有區(qū)分，門廳、走廊取，其他取。（1）屋面框架梁線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 作用在頂層框架梁上的線荷載為： 三角形荷載1：，三角形荷載2： 頂層框架梁線荷載見圖4.5。圖4.5 頂層框架梁線荷載圖()（2）樓面框架梁線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 作用在23層框架梁上的線荷載為： 三角形荷載1：，三角形荷載2： 23層框架梁線荷載見圖4.6。圖4.6 24層框架梁線荷載圖

26、()（3）屋面框架節(jié)點(diǎn)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值,算法同恒荷載。 頂層a節(jié)點(diǎn)集中荷載 頂層b節(jié)點(diǎn)集中荷載 頂層d軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 頂層ab軸中點(diǎn)集中荷載 （4）24層樓面框架節(jié)點(diǎn)集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值 計算方法同屋面。 24層a軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 24層b軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 24層c軸節(jié)點(diǎn)集中荷載 24層ab軸中點(diǎn)集中荷載 活荷載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖4.7，未繪制的荷載分布同底層。 圖4.7 活荷載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖(均布力單位，集中力單位)4.3 豎向荷載的內(nèi)力計算框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力，一般采用三種計算方法，即分層法、迭代法、彎矩二次分配法?？蚣艿慕Y(jié)構(gòu)與荷載沿高度比較均勻時可采用分層法，然而分層法計算所得的框

27、架節(jié)點(diǎn)處的彎矩之和常常不等于零；當(dāng)計算有側(cè)移、不規(guī)則的框架較常用迭代法，但其計算過程比較繁瑣；彎矩二次分配法可用于無側(cè)移、規(guī)則的框架，精度比分層法高，本次設(shè)計采用彎矩二次分配法。彎矩二次分配法具體計算步驟： （1）根據(jù)各桿件的線剛度計算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)，并計算豎向荷載作用下各跨梁的固端彎矩； （2）計算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，并對所有節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時進(jìn)行第一次分配（其間不進(jìn)行彎矩傳遞）； （3）將所有桿端的分配彎矩同時向其遠(yuǎn)端傳遞（對于剛接框架，傳遞系數(shù)均取1/2）； （4）將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。至此，整個彎矩分配和傳遞過程即

28、告結(jié)束； （5）將各桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩疊加，即得各桿端彎矩。4.3.1 荷載簡化當(dāng)一跨框架梁上分布一個梯形荷載或三角形荷載時，在求固端彎矩時，根據(jù)固端彎矩相等的原則，將梯形荷載或三角形荷載化作等效均布荷載7。由等效原則有：，式中為梯形的高和下底的比值。（1）屋面： ab跨： bc跨：（2）樓面： ab跨：，bc跨：。經(jīng)計算后等效均布荷載計算簡圖 如圖4.8所示，未繪制的荷載分布同底層。圖4.8 荷載簡化后恒荷載作用下計算簡圖（均布力單位，集中力單位)4.3.2 計算彎矩分配系數(shù)由圖4.1知梁、柱的相對線剛度，彎矩分配系數(shù)按下式計算。 圖4.9節(jié)點(diǎn)編號 經(jīng)計算后彎矩分配系數(shù)見表4

29、.1。表4.1 彎矩分配系數(shù)節(jié)點(diǎn)編號100.63300.367120.5360.15300.311130.331000.66914004620.2690.269150.4060.1160.2350.235160.19800.4010.4011700.46202690.269180.4060.1160.2350.235190.19800.4010.40111000.4980.2890.2131110.4360.1250.2530.1861120.22200.4490.32914.3.3 恒荷載作用下框架梁固端彎矩計算計算各桿端的固端彎矩值9，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，按式，彎矩值以順時針轉(zhuǎn)動為正。計算結(jié)

30、果見表4.2。表4.2 固端彎矩值1節(jié)點(diǎn)右2節(jié)點(diǎn)左2節(jié)點(diǎn)右3節(jié)點(diǎn)左4節(jié)點(diǎn)右5節(jié)點(diǎn)左5節(jié)點(diǎn)右6節(jié)點(diǎn)左-123.71123.71-6.076.07-91.9291.92-5.665.667節(jié)點(diǎn)右8節(jié)點(diǎn)左8節(jié)點(diǎn)右9節(jié)點(diǎn)左10節(jié)點(diǎn)右11節(jié)點(diǎn)左11節(jié)點(diǎn)右12節(jié)點(diǎn)左-91.9291.92-5.665.66-91.9291.92-5.665.664.3.4 二次彎矩分配法求內(nèi)力恒荷載作用下彎矩計算10過程見圖4.10。求得桿端內(nèi)力后，通過靜力平衡條件，可求得相應(yīng)的剪力和軸力，見圖4.13、4.14、4.15。 圖4.10 恒荷載下彎矩二次分配法求桿端彎矩4.3.5 恒荷載作用下最大彎矩計算以第四層ab跨梁舉

31、例計算。圖4.11 橫向主梁支座反力計算簡圖（）求支座反力fa和fc，令,且彎矩逆時針方向?yàn)檎航獾?，得圖4.12 橫向主梁跨中彎矩計算簡圖（）為方便計算，近似認(rèn)為跨中即最大彎矩處。 同理，可計算出其他梁的跨中彎矩。圖4.13 恒荷載作用下的彎矩圖（）圖4.14 恒荷載作用下的剪力圖()4.15 恒荷載作用下的軸力圖()4.3.6 活載簡化本設(shè)計活荷載簡化方法同恒荷載，具體簡化結(jié)果見圖4.16，未繪制的荷載分布同底層。圖4.16 荷載簡化后活荷載作用下計算簡圖(,)4.3.7 彎矩分配系數(shù)由圖4.1知梁、柱的相對線剛度，彎矩分配系數(shù)計算結(jié)果見表4.1。4.3.8 活荷載作用下框架梁固端彎矩計算

32、活荷載作用下的框架梁固端彎矩計算與恒荷載作用下的框架彎矩計算方法相同，故略。計算各桿端的固端彎矩值9，彎矩值以順時針轉(zhuǎn)動為正。計算結(jié)果見表4.3。表4.3 固端彎矩值1節(jié)點(diǎn)右2節(jié)點(diǎn)左2節(jié)點(diǎn)右3節(jié)點(diǎn)左4節(jié)點(diǎn)右5節(jié)點(diǎn)左5節(jié)點(diǎn)右6節(jié)點(diǎn)左-3.193.19-0.360.36-15.9015.90-1.801.807節(jié)點(diǎn)右8節(jié)點(diǎn)左8節(jié)點(diǎn)右9節(jié)點(diǎn)左10節(jié)點(diǎn)右11節(jié)點(diǎn)左11節(jié)點(diǎn)右12節(jié)點(diǎn)左-15.9015.90-1.801.80-15.9015.90-1.801.804.3.9二次彎矩分配法求內(nèi)力活荷載作用下彎矩計算過程見圖4.17。求得桿端內(nèi)力后，通過靜力平衡條件，可求得相應(yīng)的剪力和軸力，見圖4.18、4

33、.19、4.20。圖4.17 活荷載下二次彎矩分配法求桿端彎矩圖4.18 活荷載下的彎矩圖（）圖4.19 活荷載下的剪力圖() 圖4.20 活荷載下的軸力圖()第 86 頁 共 103 頁本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）4.4 風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計算風(fēng)荷載是水平荷載的一種，是空氣流動對工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力，其在整個結(jié)構(gòu)物表面是不均勻分布的，并隨著建筑物體型、面積和高度的不同而變化，對建筑的影響是使建筑產(chǎn)生側(cè)向變形，風(fēng)大時產(chǎn)生振動，主要受基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)，風(fēng)荷載體形系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)影響，這些系數(shù)與所在地風(fēng)的大小、建筑高度、建筑外形、地區(qū)粗糙程度有關(guān)。4.4.1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算作用在屋面梁和樓

34、面梁節(jié)點(diǎn)處的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：， ，其中，為風(fēng)振系數(shù)，因房屋高度小于30m，所以風(fēng)振系數(shù)取1.0；為風(fēng)荷載體型系數(shù)，對于矩形平面1.3；為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，地面粗糙度為c類；為基本風(fēng)壓（其中南京地區(qū)基本風(fēng)壓）；為迎風(fēng)面寬度，本設(shè)計選擇一榀框架簡便計算，因此取框架兩邊跨度的一半的和，即為下層層高；為上層層高，對頂層取女兒墻高度的2倍；為一榀框架各層節(jié)點(diǎn)的受風(fēng)面積。將風(fēng)荷載換算成作用于框架每層節(jié)點(diǎn)上的集中荷載，計算過程如表4.4所示。表中a為一榀框架各層節(jié)點(diǎn)的受風(fēng)面積，計算結(jié)果如表4.4所示。表4.4 橫向風(fēng)荷載計算層次頂層1.01.30.650.411.74.153層1.01.30.650.416

35、.25.452層1.01.30.650.416.25.45底層1.01.30.650.418.06.064.4.2 風(fēng)荷載作用下的位移計算（1）計算簡圖風(fēng)荷計算，以左風(fēng)為例，其計算簡圖見圖4.21。圖4.21 左風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖（2）梁、柱線剛度由圖4.1可得到出梁、柱的線剛度。（3）及的值對于一般層有 ，對于底層有 ， 經(jīng)計算，和結(jié)果見表4.5。表4.5 及的數(shù)值樓層a軸柱b軸柱c軸柱25層1.720.462.220.530.490.20底層2.340.653.020.70 0.670.44（4）抗側(cè)剛度抗側(cè)剛度，經(jīng)計算，其結(jié)果見表4.6。表4.6 框架柱d值（）a軸b軸c軸25層底

36、層（5）風(fēng)荷載所引起的側(cè)向位移由彎曲和剪切變形產(chǎn)生的位移 4層：3層：2層：底層： ，滿足要求11。4.4.3 風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計算框架在風(fēng)荷載下的內(nèi)力計算方法可采用反彎點(diǎn)法和d值法。反彎點(diǎn)法假定梁柱之間的線剛度之比為無窮大，并假定柱的反彎點(diǎn)高度為一定值，使計算結(jié)果帶來一定的誤差。在本次設(shè)計中，梁柱的線剛度較為接近，風(fēng)荷載下的內(nèi)力采用d值法,以左風(fēng)荷載計算為例。d值法計算步驟為： 求各柱反彎點(diǎn)處的剪力值； 求各柱反彎點(diǎn)的高度； 求各柱的桿端彎矩及梁端彎矩； 求各柱的軸力和剪力。（1）框架各柱的桿端彎矩、梁端彎矩計算 框架各柱的桿端彎矩、梁端彎矩按下式計算： 框架柱 其中為反彎點(diǎn)高度，（2）風(fēng)

37、載下框架柱的剪力計算計算結(jié)果見表4.7。表4.7 左風(fēng)荷載下框架柱剪力（）樓層a軸b軸c軸44.150.381.580.451.870.170.7139.60.383.670.454.320.171.63215.050.385.720.456.770.172.56121.110.367.600.398.230.255.28(3)框架柱反彎點(diǎn)位置框架柱的反彎點(diǎn)位置取決于該柱上、下端轉(zhuǎn)角的比值，考慮梁柱線剛度比、結(jié)構(gòu)總層數(shù)及該柱所在的層次、柱上、下橫梁線剛度比、上層高度的變化、下層高度的變化等影響，求出柱底端至柱反彎點(diǎn)的距離。風(fēng)荷載分布較接近于均布荷載。，反彎點(diǎn)高度計算結(jié)果見表4.8。表4.8 反

38、彎點(diǎn)高度計算樓層柱4a 1.72 0.3861.00.000.01.00.00.386b2.220.4111.00.000.01.00.00.411c0.490.2451.00.000.01.00.00.2453a1.720.4361.00.01.00.01.00.00.436b2.220.4611.00.01.00.01.00.00.461c0.490.3501.00.01.00.01.00.00.3502a1.720.4501.00.01.00.01.360.00.450b2.220.5001.00.01.00.01.360.00.500c0.490.4551.00.01.00.01.36

39、0.020.4571a2.320.5361.00.00.730.000.00.536b 3.020.5501.00.00.730.000.00.550c0.670.7051.00.00.730.000.00.705（4）風(fēng)荷載下的內(nèi)力計算分析框架在風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力，并得到相應(yīng)的彎矩圖、剪力圖和軸力圖，具體見圖4.22、4.23、4.24。圖4.22 左風(fēng)荷載作用下的彎矩圖()圖4.23 左風(fēng)荷載作用下的剪力圖()圖4.24 左風(fēng)荷載作用下的軸力圖()4.5 地震作用下的內(nèi)力及位移計算地震作用與一般荷載不同，它不僅取決于地震烈度大小和建筑物場地類別，而且與建筑結(jié)構(gòu)的動力特性有密切關(guān)系，因此確定

40、地震作用比確定一般荷載復(fù)雜得多。南京地區(qū)屬于7度抗震地區(qū)，可不考慮豎向地震作用。水平地震作用計算方法有底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法和時程分析法，對于本設(shè)計，總高度，且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻，可采用底部剪力法計算水平地震作用力，以左震為例，由于柱距較均勻，可取一榀框架兩側(cè)一半近似計算 13。4.5.1 重力荷載代表值計算計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。其中雪荷載組合值系數(shù)取0.5，樓面活荷載組合值系數(shù)取0.5。計算結(jié)果見表4.9。表4.9 重力荷載代表值樓層自重標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載組合值重力荷載代表值4503.5713.16516.73348

41、3.8986.40527.092483.8986.40527.091524.0386.40567.234.5.2 自振周期計算按頂點(diǎn)位移法計算，考慮輕質(zhì)填充墻對剛度的影響，取基本周期調(diào)整系數(shù)。計算公式為，式中為頂點(diǎn)位移（單位為），按d值法計算，見表4.10。表4.10 橫向框架頂點(diǎn)位移計算層次頂層516.73516.7331.381030.01630.21373層527.091040.8231.381030.03320.19742層527.091567.9131.381030.05000.16421層567.232135.1418.691030.11420.11424.5.3 橫向地震作用地震

42、作用按7度ii類場地,地震動參數(shù)區(qū)劃的特征周期分組按第一組（0.1g）考慮，則,采用底部剪力法計算。由于,因此可以要考慮頂部附加地震作用。由于，所以結(jié)構(gòu)底部剪力為：結(jié)構(gòu)頂部附加作用 因此，結(jié)構(gòu)頂層地震作用為：計算結(jié)果列于表4.11。表4.11 各層地震作用及樓層地震剪力層次4層3.615.7516.738065.010.37240.2540.253層3.612.1527.096377.790.29423.6463.892層3.68.5527.094480.270.20616.5680.451層4.94.9567.232779.430.12810.2990.74橫向框架各層水平地震作用和地震剪力

43、如圖4.25所示。圖4.25 水平地震作用()4.5.4 變形驗(yàn)算結(jié)果列于表4.12。表4.12 變形驗(yàn)算層次層間相對彈性轉(zhuǎn)角頂層40.2531.381030.001083.6108/3600003層63.8931.381030.001933.6193/3600002層80.4531.381030.002523.6252/360000底層90.7418.691030.004864.4486/360000層間相對彈性轉(zhuǎn)角均滿足的要求。4.5.5 地震作用下內(nèi)力計算地震作用力沿豎向呈倒三角形分布,內(nèi)力計算也采用d值法。（1）地震作用下框架柱剪力計算地震作用下框架柱的剪力計算結(jié)果見表4.13。表4.

44、13 地震作用下框架柱剪力a軸b軸c軸樓層440.250.3815.300.4518.110.176.84續(xù)表4.13 地震作用下框架柱剪力a軸b軸c軸樓層363.890.3826.900.4531.850.1711.93280.450.3834.100.4540.380.1715.26190.740.3636.390.3939.420.1717.18（2）框架柱反彎點(diǎn)位置框架柱的反彎點(diǎn)高度，計算結(jié)果見表4.14。表4.14 反彎點(diǎn)高度計算樓層柱4a1.720.4361.00.000.01.00.00.436b2.220.4501.00.000.01.00.00.450c0.490.2951.

45、00.000.01.00.00.2953a1.720.4501.00.01.00.01.00.00.450b2.220.4611.00.01.00.01.00.00.461c0.490.4001.00.01.00.01.00.00.4002a1.720.5001.00.01.00.01.360.00.500b2.220.5001.00.01.00.01.360.00.500c0.490.5001.00.01.00.01.360.020.5201a2.320.5501.00.00.730.000.00.550b 3.020.5501.00.00.730.000.00.550c0.670.7001.00.00.73