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五层框架结构教学楼毕业设计计算书


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要 ..................................................................................... 3

绪论 ...............................

........................................................ 5 1 建筑设计理念及设计依据 ................................................................... 6 1.1 设计理念 ............................................................................. 6 1.2 工程概况 ............................................................................. 6 1.3 设计依据 ............................................................................. 7 2 建筑设计 ................................................................................. 8 2.1 平面设计 ............................................................................. 8 2.2 立面设计 ............................................................................. 9 2.3 建筑剖面设计 ........................................................................ 10 2.4 其它部分详细做法和说明 .............................................................. 10 3 截面尺寸初步估计 ........................................................................ 12 3.1 柱截面设计 .......................................................................... 12 3.2 梁的截面设计 ........................................................................ 12 4 框架侧移刚度的计算 ...................................................................... 13 4.1 横梁线刚度 I B 的计算 ................................................................. 13 4.2 柱线刚度 I C 的计算 ................................................................... 14 4.3 各层横向侧移刚度计算 ................................................................ 14 5 竖向荷载及其内力计算 .................................................................... 16 5.1 计算单元的选择确定 .................................................................. 16 5.2 竖向荷载统计 ........................................................................ 16 5.3 竖向荷载内力计算 .................................................................... 18 5.2 重力荷载代表值计算及荷载汇总 ........................................................ 30 6 水平荷载计算 ............................................................................ 33 6.1 风荷载计算 .......................................................................... 33 6.2 地震荷载计算 ........................................................................ 36 7 框架的内力组合 .......................................................................... 42 7.1 梁柱的内力组合 ...................................................................... 42 7.2 柱端弯矩设计值的调整 ................................................................ 47 8 截面设计 ................................................................................ 48 8.1 框架梁截面设计 ...................................................................... 48 8.2 框架柱截面设计 ...................................................................... 50
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XXXX 学士学位论文 8.3 楼板设计 ............................................................................ 56 9 楼梯计算 ................................................................................ 59 9.1 示意图 .............................................................................. 59 9.2 荷载计算 ............................................................................ 59 10 基础设计 ............................................................................... 61 10.1 荷载设计值 ......................................................................... 61 10.2 A、D 柱独立基础的计算 ............................................................... 61 10.3 B、C 柱基础配筋..................................................................... 64 毕业设计总结 .............................................................................. 67 致谢 ...................................................................................... 71

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根据教学楼设计规范和其它相关标准,以及设计要求和提供的地质资料,设计该框架结构 教学楼。 按照先建筑后结构, 先整体布局后局部节点设计步骤设计。 主要内容包括: 设计资料、 建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明,以及其它部分的设计说明;结构平面 布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截 面设计和配筋计算、次梁截面设计配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计,基础设计等。其中 附有风荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图;纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩、剪力 和轴力图;恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。

关键词:框架、重力荷载代表值;现浇钢筋混凝土结构;内力组合;弯矩调幅。

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Abstract
According: to building design specifications and other relevant standards and design requirements and provide geological data, the design of the framework of the classroom building. After the first building in accordance with the structure and layout of the overall after the first local node design steps design. Main contents include : design, architectural design of the total shows that the construction of the plane, Facade, profile design specifications, , and other parts of the design; structural layout and schematic calculation of identification, load, stress, the combination of internal forces, Main beam reinforcement design and calculation, frame-section design and reinforcement, meeting beam reinforcement design, floor and roof design, stair design, infrastructure design. Enclosing wind load under the framework moment, shear and axial bid; vertical and horizontal seismic loads under the framework of the moment, shear and axial bid; Constant load and live load under the framework moment, shear and axial trying to internal forces and the combination of beam-column table.

Key Words:frame, Gravity load charecter value , cast-in-place reinforced concrete structure , internal force make up , curved square amplitude modulation.

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绪论
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓 宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。 本组毕业设计题目为——XXXX 大学土木工程学院教学楼。在毕设前期,我温习了《结构 力学》《钢筋混凝土设计》《建筑结构抗震设计》等书籍,并借阅了《抗震规范》《混凝土规 、 、 、 范》《荷载规范》等规范。在毕设中期,我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行 、 建筑、结构设计。在毕设后期,主要进行设计手稿的电脑输入,并得到老师的审批和指正,使 我圆满的完成了任务,在此表示衷心的感谢。 毕业设计的三个月里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算、论文撰写以及外 文的翻译,加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分 析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时,进一步了解了 Excel。在绘图时熟练掌握了 AutoCAD、 天正、 探索者等绘图软件,以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。 框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主,辅以一些计算软件的校正。 由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指正。

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1 建筑设计理念及设计依据
1.1 设计理念
教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。 纵观教学建筑的发展历史, 无不体现 着人 类文化、 文明的历史进程和时代特征。 教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点, 也有许多不同的特点和要求。随着时代的发展,办公楼的内容和形式都在不断发生变化。因此, 我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细研究,经过一番思考,我认为本设计应该具有以 下 特点: (1)弹性。从设计、结构到服务功能都应做到开放性,以适应时空的变化。 (2)紧 凑性。教室以及其它辅助用房的空间布置要做到紧凑合理。 (3)易接近性。从楼外到楼内,从 入口到各个部门,要规划得合理,要设计一个良好的导引系统。 (4)可扩展性。在未来扩展时 可灵活延伸,将损失减小到低程度。 (5)舒适性。在环境、通风、温湿度、光线等方面要柔和、 协调,尽量借用外部的自然环境。 (6)环境的稳定性。 (7)安全性。建筑安全防护措施做到不 仅满足规范要求而且更加人性化。 (8)济性。把建设和维护一座教学楼所需要的经费和人员控 制在最低限度。 在整个设计过程中,我本着―安全,适用,经济,美观‖的原则,在满足设计任务书提出的 功能要求前提下,完成了建筑设计这一环节,合理的选择框架,并为以后的结构设计打下了良 好的基础。

1.2 工程概况
本设计教学楼位于 XXXX,用地 755 方米,红线范围为 50m× 20m。该地段地势平坦,环 境较好,在选址和环境营造方面,注意自然景色的优美,也重学习环境各交通条件的因素,更 强调人与自然环境的协调统一,比较适合教学楼功能的充分利用。 根据设计资料的规划要求,本教学楼建筑要求的主要功能有:门卫室,教师休息室,大教 室,小教室,多媒体教室等。 设计标高:室内外高差:450mm。 墙身做法: 墙身采用 250 厚的加气混凝土块。 内粉刷为混合沙浆浆底, 纸筋抹灰面, 20mm, 厚 内墙涮两度涂料,外墙贴砖。 楼面做法:楼面(大理石楼面) ,100 厚现浇钢筋砼楼板,20 厚板底抹灰。 屋面做法(上人屋面) :见建筑设计部分。 门窗做法:塑钢窗和木门。 地质资料:工程地质和水文地质 建筑场地的地质钻孔资料如下表:

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表 1 地质资料 岩土名称 杂填土 粘土 土层厚度(m) 0.5 1.3 层底高程(m) -0.5 -1.8 承载力特征值 ?aka(Kpa) 80 280

场地土的特征周期(卓越周期)为 0.30s,勘测时间,勘测范围内未见地下水。 地震烈度:7 度,设计基本地震加速度为 0.1g,Ⅱ类场地,设计地震分组为第一组,抗震 等级三级。 基本风压: ? 0 =0.40KN/m2 雪压:0.30 KN/m2,地面粗糙度类别为 B 类。 上人屋面活荷为 2.0KN/m2,走廊、楼梯活荷载为 2.5KN/m2,卫生间楼面活荷载为 2.0KN/ KN/m2,教室楼面活荷为 2.0KN/ KN/m2。

1.3 设计依据
(1) XXXX 大学土木工程教学楼毕业设计(论文)任务书 (2) XXXX 大学土木工程教学楼毕业论文开题报告 (3) 相关建筑设计规范

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2 建筑设计
2.1 平面设计
该建筑物总长度为 42.4m,总宽度为 17.8m,共五层,总建筑面积为 3773.6m2,主体结构采 用现浇钢筋混凝土框结构。

图 2-1

建筑平面图

2.1.1 使用部分的平面设计
使用房间面积的大小,主要由房间内部活动的特点,使用人数的多少以及设备的因素决定 的,本建筑物为教学楼,主要使用房间为教室,各主要房间的具体设置在下表一一列出,如下 表: 表 2-1 房间设置表
序号 1 2 3 4 5 7 房间名称 大教室 小教室 教师休息室 门房 储藏室 洗手间 数量 29 5 5 1 1 5 单个面 积 64.8 43.2 43.2 10.8 10.8 43.2

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2.1.2 门的宽度、数量和开启方式
房间平面中门的最小宽度是由通过人流多少和搬进房间家具设备的大小决定的,如果室内 人数多于 50 人,或房间面积大于 60 m2 时,按照防火要求至少要设两个门,分别设在两端,以 保证安全疏散,在进出人流频繁的地方,应使用弹簧门。 教室设置两扇 900 宽的门,门扇开向室外。为了在发生危险时便于疏散,正面大门采用两 扇宽为 1.8m 的双扇门,走廊两端的采用 0.75m 的双扇门,均向外开。

2.1.3 窗的大小和位置
房间中窗的大小和位置主要是根据室内采光通风要求来考虑。采光方面,窗的大小直接影 响到室内照明是否充足。各类房间照明要求是由室内使用上直接影响到室内是用上精确细密的 程度来确定的。通常以窗口透光部分的面积和房间地面的采光面积比来初步确定或检验面积的 大小。 教室采光面积比为 1/6~1/8,走廊和楼梯间大于 1/10。 教室采光面积比为 楼梯间:
1.8 ? 1.8 ? 0.33 ,在范围之内 3.3 ? 3.0

1.8 ? 1.2 ? 0.22 3.3 ? 3.0

均满足要求。

2.1.4 辅助房间的平面设计
通常根据各种建筑物的使用特点和是用人数的多少,先确定所需设备的个数,建筑物中公 共服务的卫生间应设置前室,这样使得卫生间比较隐藏,又有利于改善通向卫生间的走廊或过 厅的卫生条件。为了节省交通面积,并使管道集中,采用套间布置。 在本设计中,每层大约有 400 人上课,按规范规定: 男卫生间:大便器 5 具/80 人,设 5 具;小便器 1 具/40 人,设 10 具; 女卫生间:大便器 1 具/40 人,设 10 具; 洗手盆 :1 具/200 人 ,设 2 具。

2.1.5 交通部分的平面设计
走廊的应符合人流通畅和建筑防火要求,通常单股人流的通行宽度约为 500~600mm。由于 走廊两侧设房间,走廊宽度采用 3000mm,根据建筑物的耐火等级为二级,层数五层,走廊通 行人数为 60 人,防火要求最小宽度为 1m,符合要求。 楼梯是房屋个层间的垂直交通部分,各楼层人流疏散的必经通路。楼梯设计主要根据使用 要求和人流通行情况确定梯段和休息平台的宽度,梯段的宽度通常不小于 1100mm~1200mm。

2.2 立面设计
结构韵律和虚实对比,是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件或
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门窗作用有规律的重复和变化, 给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受效果。 在本设计中,正立面中所有的窗尺寸都是一样的,给人以特别整齐的感觉! 房屋外部形象反映建筑类型内部空间的组合特点,美观问题紧密地结合功能要求,同时, 建筑物所在地区的气候、地形、道路、原有的建筑物以及绿化等基地环境,也是影响建筑物立 面设计的重要因素。

2.3 建筑剖面设计
为防止室外雨水流入室内,并防止墙身受潮,将使内地坪提高到室外地坪 450mm。首 层、标准层与顶层层高均为 3.3m。

2.4 其它部分详细做法和说明
根据《设计规范》 ,采用如下设计 (1). 基础(墙基)防潮层: 在-0.045 以下基础两侧均用防水水泥砂浆防潮,20 厚的 1:2 水泥砂浆掺 5%避水浆,位置 一般在-0.045 标高处,适用于砖墙墙身。 (2).地面:人造大理石板地面 20 厚 1:2 水泥砂浆找平层 100 厚 C30 混凝土 100 厚素土夯实 (3).楼面:人造大理石板地面 20 厚 1:2 水泥砂浆找平层 100 厚钢筋混凝土楼板 20 厚底板抹灰 (3).踢脚台度做法: 釉面瓷砖踢脚台度 5 厚釉面砖(白瓷砖)水泥擦缝 5 厚 1:1 水泥细砂结合层 12 厚 1:3 水泥砂浆打底 (4).内墙面做法: 水泥砂浆粉面:刷(喷)内墙涂料 10 厚 1:2 水泥砂浆抹面 15 厚 1:3 水泥砂浆打底 (5).外墙面: 用 15 厚 1:3 水泥沙浆找平,200× 高级无釉质瓷砖饰面。 60 (6).a、五层上人屋面做法: 小瓷砖面层
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高聚物改性沥青防水层 1:8 水泥砂浆找坡层 20 厚 1:2 水泥砂浆找平层 150 厚水泥蛭石保温层 20 厚底板抹灰 (7). 水泥台阶: 花岗岩面层 20 厚 1:25 水泥砂浆抹面压实抹光 素水泥浆一道 70 厚 C15 号混凝土(厚度不包括踏步三角部分)台阶面向外坡 1% 200 厚碎石或碎砖石灌 M2.5 号混合砂浆 素土夯实(坡度按工程设计) (8).散水做法: 20 厚 1:2 水泥砂浆抹面、压实抹光 60 厚 C15 混凝土 素土夯实向外坡 4% 备注:① 散水宽度应在施工图中注明 ② 每隔 6m 留伸缩缝一道,墙身与散水设 10 宽,沥青砂浆嵌缝。 ③ 600~900mm 宽 ④ 坡度 3~5% (9).主体为现浇钢筋混凝土框架结构,楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构。 整个设计过程中,在满足设计任务书提出的功能要求前提下,同时遵循―安全,适用, 经济,美观‖的 原则,结构布置合理,房间利用率比较高,适用性很强,同时又不失美观。

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3 截面尺寸初步估计
3.1 柱截面设计
该结构选用 C30 的混凝土 fc ? 14.3N / mm2 ,选用二级钢筋 HRB335 f y ? 300N / mm2 。 结构抗震等级为三级,由公式
N Afc

??
式中

(3-1)

? 取 0.8
fc 取 14.3× 3 kN/m2 10

N=15× A 从而得到 N=15× ( 3× 可得 A=

(其中 15 为面荷载)

1 1 × 7.2+ × 3.0)=230KN 2 2

230 ? 5 nN = =0.101m2 =101000mm2 ? fc 0.8 ?14.3 ?103

b=h= A =317mm. 取 b=h=400mm.

3.2 梁的截面设计
梁的截面宽度 b: 框架梁取 300mm,楼面连系梁取 200mm。 梁的截面高度 h 取值如下: 框架梁:
1 1 h1=( ~ )L 8 12
1 7200 L= =600mm 12 12

(3-2) 取 h1=600mm

AB、CD 跨: h1=

BC 跨:在 AB 和 CD 之间,考虑到整体性,故也取 h1=600mm 连系梁: H2 ?
1 L 12

h2=

1 3000 L= =250mm,k 12 12

取 h2=400mm。 综上可知,各梁的截面如下: 框架梁: 连楼面系梁: b1× 1=300mm× h 6000mm(AB 跨、BC 跨、CD 跨) b3× 3=200mm× h 400mm

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4 框架侧移刚度的计算
根据规范可知,对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正: 边框架梁
中框架梁

I =1.5 I 0
I =2 I 0

取结构图中 5 号轴线的一榀框架进行计算

图 4-1 框架示意图

4.1 横梁线刚度 i b 的计算
表 4-1 横梁线刚度 ib 计算表 类别 Ec b h 2 (N/mm ) (mm) (mm) 300 300 600 400 3.0 ? 104 I0 (mm4) 5.4 ? 109 1.6 ? 109 l (mm) 7200 3000 EcI0/l (kN· m) 2.25 ? 1010 1.6 ? 1010 1.5EcI0/l (kN · m) 4.5 ? 1010 3.2 ? 1010 2EcI0/l (kN· m)

AB、CD 跨 3.0 ? 104 BC 跨

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4.2 柱线刚度 i c 的计算
表 4-2 柱线刚度 ic 计算表 层次 1 2~4 Ec (N/mm2) 3.0 ? 104 3.0 ? 104 b 400 400 h 400 400 hc (mm) 4500 3300 Ic (mm ) 2.1 ? 109 2.1 ? 109
4

EcIo/l (kN· m) 1.4 ? 1010 1.9 ? 1010

(mm) (mm)

图 4-2

线刚度示意图

4.3 各层横向侧移刚度计算

4.3.1 底层
A、D 柱 i=2.37 αc=(0.5+i)/(2+i)=0.66 D11=αc× ic/h2 12× =0.66× 1.9× 10/33002 12× 10 =13818

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B,C 柱 i=(4.5+3.2)/1.9=6.18 αc=(0.5+i)/(2+i)=0.82 D12=αc× ic/h2 12× =0.82× 1.9× 10/33002 12× 10 =17168

4.3.2 第二层
1,4 号柱 i=4.5× 2/(1.9× 2)=2.37 αc=i/(2+i)=0.54 D21=αc× ic/h2 12× =0.54× 1.9× 10/33002 12× 10 =11305 2,3 号柱 i=4.5× 2+3.2× 2/(1.9× 2)=4.05 αc=i/(2+i)=0.67 D22=αc× ic/h2 12× =0.67× 1.9× 10/33002 12× 10 =14028

4.3.3 三、四、五层
三层,四层和五层的计算结果与二层相同 D31=D34=11305 D32=D33=14028 D41=D44=11305 D42=D43=14028 D51=D54=11305 D52=D53=14028 表 4-3 横向侧移刚度统计表
层次 ∑Di(N/mm) 1 61972× 15=929580 2 50666× 15=759990 3 759990 4 759990 5 759990

该框架为横向承重框架,不计算纵向侧移刚度。 ∑D1/∑D2=929580/759990>0.7,故该框架为规则框架。
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5 竖向荷载及其内力计算
5.1 计算单元的选择确定

5-1 计算单元 计算单元宽度为 7.2m, 4 轴线至 6 轴线间, 故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴 影所示。

5.2 竖向荷载统计
5.2.1 屋面及楼面恒载
屋面: 小瓷砖层: 高聚物改性沥青防水层: 20 厚水泥砂浆找平: 1:8 水泥砂浆找坡层: 150 厚水泥蛭石保温层: 100 厚钢筋混凝土结构层: 20 厚底板抹灰: 0.55 0.5 0.02× 20=0.4 1.44 0.15× 5=0.75 0.1× 25=2.5 0.02× 17=0.34 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2

?? 6.48
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楼面: 12 厚人造大理石板面层 100 厚砼板: 20 厚板底抹灰: 0.012× 28=0.336 0.34 kN/m2 kN/m2 kN/m 0.10× 25=2.5 kN/m2

?? 3.567
5.2.2 屋面及楼面活载
楼面活载: 教室: 厕所: 走廊、门厅、楼梯: 屋面活载: 上人屋面:

2.0 kN/m2 2.0 kN/m2 2.5 kN/m2 2.0 kN/m2
r

雪载: 本题目基本雪压:S0=0.3 kN/m2 ,屋面积雪分布系数 ?

=1.0

屋面水平投影面积上的雪荷载标准值为:SK= ? r S0 =1.0× 0.3=0.3 kN/m2

5.2.3 梁荷载标准值
框架梁 梁自重 b1× 1=300× h 600 mm2 0.3× (0.60-0.1)× 25=3.75kN/m

10 厚水泥石灰膏砂浆 0.01× (0.6-0.1)× 14=0.14 kN/m 2×

? ? 3.89 kN/m
纵向连系梁 b2× 2=200× h 400 mm2 梁自重 0.2× (0.4-0.1)× 25=1.50 kN/m kN/m 10 厚水泥石灰膏砂浆 0.01× (0.4-0.1)× 14=0.084 kN/m 2×

?? 1.58

5.2.4 墙荷载标准值
外: 250mm 厚加气混凝土砌块 0.25 × =1.75 7 20 厚底板抹灰: 6 厚外墙贴面砖 0.006× 19.8 =0.1188 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 0.02× 17=0.34

?? 2 . 2 1
内: 250mm 厚加气混凝土砌块 20 厚底板抹灰: 20 厚水泥粉刷墙面 0.25 × =1.75 7

0.02× 17=0.34 kN/m 0.02× 17=0.34 kN/m2 kN/m2

?? 2.43
女儿墙:
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6 厚水泥砂浆罩面 12 水泥砂浆打底 240 粘土空心砖 6 厚外墙贴砖

0.006× 20=0.12 0.012× 20=0.24 0.24× 11=2.64 0.006× 19.8 =0.119

kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2 kN/m2

? ? 3.119
门,窗及楼梯间荷载 门窗荷载标准值: 塑钢玻璃窗单位面积取 0.4 KN/m2 ,木门取 0.2 KN/m2 塑钢玻璃门取 0.40KN/m2。 楼梯荷载标准值: 楼梯底板厚取为 100 ㎜,平台梁截面尺寸为 200 ㎜× 400 ㎜ 楼梯板自重 人造理石面层 板底 20 厚纸筋抹灰 合 计

0.5× (0. 074+0.15+0.074)× 0.3× 0.3=3.73KN/m2 25÷ (0.3+0.15)× 0.336÷ 0.3=0.504 KN/m2 0.34× 0.02× 0.3=0.36 KN/m2 12÷ 4.594 KN/m2

平台梁两端搁置在楼梯间两侧的梁上,计算长度取 l=3300-300=3000 ㎜ ,其自重 =0.3× 0.2× 3.0× 25=4.5KN,

5.3 竖向荷载内力计算

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图 5-2 荷载示意图

5.3.1 恒载作用下柱的内力计算
恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示:

图 5-3 恒荷载作用下的荷载分布图 对于第 5 层, q1″表横梁自重,为均布荷载形式。 q1 =3.89KN/m q2 分别上人屋面板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。 q2=6.48× 3.0=19.44KN/m P1 、P2 分别由边纵梁、中纵梁、边纵梁直接传给柱的恒载,PE 是由纵向次梁直接传给横 向主梁的恒载,它们包括主梁自重、次梁自重、楼板重、及女儿墙等重力荷载,计算如下: P1 = (1.5× 1.5× 1/2)× 3.567+1.58× 2× 3.0+3.119× 3.0× 1.4=25.87 P2 =(1.5× 1.5× 1/2)× 3.567 +1.58× 4× 3.0=20.79 KN 集中力矩 M1=PBeB =25.87× (0.4-0.2)/2 =2.59 KN· m M2=PDeD =20.79× (0.4-0.2)/2 =2.08 KN· m 对于 1-4 层, q1″是包括梁自重和其上部墙重,为均布荷载,其它荷载的计算方法同第 5 层。 q1 =3.89KN/m ″ q2、q2 和 q2,分别为楼面板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。 q2,=3.567× 3.0=10.70 KN/m 外纵墙线密度[(3.0× 2.9-1.8× 1.8)× 2.21+1.8× 1.8× 0.4]/3.0=4.45 KN/m 内纵墙线密度[(3.0× 2.9)× 2.43]/3.0=7.05 KN/m
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P1= P4= (1.5× 1.5× 1/2)× 3.567+1.58× 2× 3.0+4.45× 3.0=26.12 P2 = P3 =(1.5× 1.5× 1/2)× 3.567 +1.58× 4× 3.0+7.05× 3.0=41.94 KN 集中力矩 M1=PBeB =26.12× (0.4-0.2)/2 =2.61 KN· m M2=PDeD =41.94× (0.4-0.2)/2 =4.19 KN· m

5.3.2 恒荷载作用下梁的固端弯矩计算
等效于均布荷载与梯形、三角形荷载的叠加。 梯形:q =(1-2α?+α?)q2 三角形:q =0.625 q2, 对于第 5 层, AB,CD 跨梁: q=0.92× 19.44+3.89=21.77KN/m BC 跨:q″=0.625× 19.44+3.89=16.04KN/m AB,CD 跨梁端弯矩:-MAB= MB A=ql2AB/12 =21.77× 2/12 7.2 =94.05 (KN.m) BC 跨梁端弯矩:-MBC= MCB=ql2AB/12 =21.77× 2/12 3.0 =16.33 (KN.m) 对于第 1-4 层, AB,CD 跨梁: q=0.92× 10.70+3.89=13.73KN/m BC 跨:q,=0.625× 10.70+3.89=10.58KN/m AB,CD 跨梁端弯矩:-MBD= MDB=ql2BD/12 =13.73× 2/12 7.2 =59.31 (KN.m) BC 跨梁端弯矩:-MBC= MCB=ql2AB/12 =10.58× 2/12 3.0 =7.94 (KN.m) 本设计中 AB,CD 跨 α=1.5/7.2=0.21 q =0.92q2

5.3.3 恒载作用下框架的弯矩计算
分配系数的计算: ?i ? 其中 S i 为转动刚度

Si

?S

i

采用分成法计算时,假定上下柱的远端为固定时与实际情况有出入。因此,除底层外,其余
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各层的线刚度应乘以 0.9 的修正系数,其传递系数由 0.5 改为 0.33。

图 5-4 恒载作用下弯矩分配图

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图 5-5 恒载弯矩图

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5.4.4 活载作用下柱的内力计算
活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图所示:

图 5-6 活荷载作用下的荷载分布图 对于第 5 层, q1=2.0× 3.0=6.0 KN/m P1 = (1.5× 1.5× 1/2)× 2.0+1.58× 2× 3.0=9.24 KN P2 =(1.5× 1.5× 1/2)× 2.0 +1.58× 4× 3.0=13.74 KN 集中力矩 M1= M4=PBeB =9.24× (0.4-0.2)/2 =0.92 KN· m M2= M3=PDeD =13.74× (0.4-0.2)/2 =1.37 KN· m 同理,在屋面雪荷载的作用下: q1=0.3× 3.0=0.9 KN/m P1 = (1.5× 1.5× 1/2)× 0.3+1.58× 2× 3.0=5.42 KN P2 =(1.5× 1.5× 1/2)× 0.3 +1.58× 4× 3.0=6.09 KN 集中力矩 M1 =PBeB =5.42× (0.4-0.2)/2 =0.54 KN· m M2 =PDeD =6.09× (0.4-0.2)/2 =0.61 KN· m 对于第 1-4 层, q1=2.0× 3.0=6.0 KN/m q2=2.5× 3.0=7.5 KN/m P1 = (1.5× 1.5× 1/2)× 2.0+1.58× 2× 3.0=9.24 KN P2 =(1.5× 1.5× 1/2)× 2.0+(1.5× 2× 1.5× 1/2)× 2.5+1.58× 2× 3.0=14.87 KN
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集中力矩 M1=PBeB =9.24× (0.4-0.2)/2 =0.92 KN· m M2=PDeD =14.87× (0.4-0.2)/2 =1.49 KN· m 将计算结果汇总如下两表: 表 5-1 横向框架恒载汇总表
q1 层 次 KN/m q2 KN/m P1P4 KN P2 P3 K N 5 1-4 3.89 3.89 19.44 10.70 25.87 26.12 20.79 41.94 2.59 2.61 2.08 4.19 M1 M4 KN· m M2 M3 KN· m

表 5-2 横向框架活载汇总表
q1 层 次 KN/m q2 KN/m P1P4 KN P2 P3 K N 5 1-4 6.0 6.0 6.0 7.5 9.24 9.24 13.74 14.78 0.92 0.92 1.37 1.48 M1 M4 KN· m M2 M3 KN· m

5.4.5 活荷载作用下梁的内力计算
对于第 5 层, AB,CD 跨梁: q=0.92× 6.0=5.52KN/m BC 跨:q″=0.625× 6.0=3.75KN/m AB,CD 跨梁端弯矩:-MAB= MB A=ql2AB/12 =5.52× 2/12 7.2 =23.85 (KN.m) BC 跨梁端弯矩:-MBC= MCB=ql2AB/12 =3.75× 2/12 3.0 =2.81 (KN.m) 对于第 1-4 层, AB,CD 跨梁: q=0.92× 6.0=5.52KN/m
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BC 跨:q,=0.625× 7.5=4.69KN/m AB,CD 跨梁端弯矩:-MBD= MDB=ql2BD/12 =5.52× 2/12 7.2 =23.85 (KN.m) BC 跨梁端弯矩:-MBC= MCB=ql2AB/12 =4.69× 2/12 3.0 =3.52 (KN.m)

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图 5-7 活载作用下弯矩分配图

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图 5-8 活载弯矩图

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5.4.6 跨中弯矩计算
恒载作用下梁的跨中弯矩,按实际荷载利用两端带弯矩的简支求得。 以下结果为弯矩调幅后的结果。 对于 5 层:MAB 中 =M0-(M 左+ M 右)× 0.8/2=96.16KN· m MBC 中=M0-(M 左+ M 右)× 0.8/2=-26.51KN· m 对于 4 层:MBD 中 =52.54KN· m ME =-7.48KN· m 对于 3 层:MBD 中 =53.88KN· m ME =-7.98KN· m 对于 2 层:MBD 中=65.88KN· m ME=-7.98KN· m 对于 1 层:MBD 中 =55.19KN· m ME =-8.53KN· m 对梁弯矩进行调幅,调幅系数为 β,取 0.8。 调幅后:梁端弯矩 M’1 =βM1 M’2=βM2 跨中弯矩:M’中=M 中-(M’1 + M’2)/2 注:这里弯矩带正负号,梁上边受拉为负,下边受拉为正。 活荷载作用下的梁跨中弯矩,利用两端带弯矩的简支求得。 对于 5 层:MAB 中 =M0-(M 左+ M 右)× 0.8/2=24.27KN· m MBC 中=M0-(M 左+ M 右)× 0.8/2=-5.27KN· m 对于 4 层:MBD 中 =21.52KN· m ME =-2.91KN· m 对于 3 层:MBD 中 =21.66KN· m ME =-2.96KN· m 对于 2 层:MBD 中=21.66KN· m ME=-2.96KN· m 对于 1 层:MBD 中 =22.19KN· m ME =-3.18KN· m 又考虑荷载最不利位置,将跨中弯矩乘以 1.1,计算结果如下: 对于 5 层:MAB 中 = 24.27× 1.1=26.70KN· m MBC 中= -5.27× 1.1=-5.80KN· m 对于 4 层:MBD 中 =21.52× 1.1=23.68KN· m ME =-2.91× 1.1=-3.20KN· m 对于 3 层:MBD 中 =21.66× 1.1=23.82KN· m ME =-2.96× 1.1=-3.26KN· m 对于 2 层:MBD 中=21.66× 1.1=23.82KN· m
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ME=-2.96× 1.1=-3.26KN· m 对于 1 层:MBD 中 =22.19× 1.1=24.41KN· m ME =-3.18× 1.1=-3.50KN· m

5.4.7 梁端剪力和柱轴力的计算
恒载作用下:

表 5-3 恒载作用下梁端剪力及柱轴力(KN)
层 次 5 4 3 2 1 荷载引起的剪力 弯矩引起的剪力 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 VA=VB 78.372 49.43 49.43 49.43 49.43 VB=VC 24.06 15.87 15.87 15.87 15.87 VA=-VB VB=VC -5.04 -1.61 -1.95 -1.95 -2.23 0 0 0 0 0 总剪力 AB 跨 BC 跨 VA 73.33 47.82 47.48 47.48 47.20 VB 83.41 51.04 51.38 51.38 51.66 VB=VC 24.06 15.87 15.87 15.87 15.87 Nu 99.20 185.94 272.34 358.74 444.86 柱轴力 A柱 Nb 112.00 198.74 285.14 371.54 457.66 Nu 128.26 234.09 340.26 446.43 552.88 B柱 Nb 141.06 246.89 353.06 459.23 565.68

表 5-4 活载作用下梁端剪力及柱轴力(KN)
层 次 5 4 3 2 1 荷载引起的剪力 弯矩引起的剪力 AB 跨 BC 跨 AB 跨 BC 跨 VA=VB 19.87 19.87 19.87 19.87 19.87 VB=VC 5.63 7.04 7.04 7.04 7.04 VA=-VB VB=VC -1.18 -0.77 -0.81 -0.81 -0.92 0 0 0 0 0 总剪力 AB 跨 BC 跨 VA 18.69 19.10 19.06 19.06 18.95 VB 21.05 20.64 20.68 20.68 20.79 VB=VC 5.63 7.04 7.04 7.04 7.04 Nu 27.93 69.07 110.17 151.27 192.26 柱轴力 A柱 Nb 40.73 81.87 122.97 164.07 205.06 Nu 40.42 95.77 151.16 206.55 262.05 B柱 Nb 53.22 108.57 163.96 219.35 274.85

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5.2 重力荷载代表值计算及荷载汇总
5.2.1 第一层重力荷载代表值计算及荷载汇总
梁、柱: 表 5-5 梁重力统计
类别 横梁 纵向连系梁 合计 净 跨 (mm) 7200 3000 3000 截 面 300× 600 300× 600 200× 400 荷载标准
2

数 量 (根) 30 15 56

单 重 (KN) 28.01 11.67 4.74

总 重 (KN) 840.3 175.05 256.44 1271.49

(mm) 值 (KN/m ) 3.89 3.89 1.58

表 5-6 柱重力统计
类别 柱 合计 计算高度 (mm) 3200 截 面 密 度
3

体 积 (m ) 0.512
3

数 量 (根) 60

单 重 (KN) 12.8

总 重 (KN) 768 768

(mm) (KN/m ) 400× 400 25

内外填充墙重的计算: 表 5-7 柱重力统计
类别 外墙 内墙 72.8 合 计 2.9 0.25 7 369.46 1346.59 总计算长度 (m) 120.4 86.4 墙计算高度 墙厚计算值 (m) 2.7 2.7 (m) 0.25 0.25 荷载标准值 (KN/m ) 7 7
2

总 重 (KN) 568.89 408.24

楼板恒载、活载计算(楼梯间按楼板的 1.2 倍计算) : 楼板面积:42.4× 17.8 – 6.0× 7.2–7.2× 3.0× 2=668.32(m2) 楼梯面积: 6.0× 7.2+3.0× 7.2× 2=86.4(m2) 恒载=楼梯恒载+楼板恒载:86.4× 3.567× + 668.32× 1.2 3.567=2753.7KN 活 载 : 2.5×( 6.0× 7.2+3.0× 7.2× ) × 2 1.2+2.0×( 542.4× 17.8 – 6.0× 7.2–7.2× 3.0× ) 2 =1595.84KN

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由以上计算可知,一层重力荷载代表值为 G1=G 恒+0.5× 活 G =768× 1.05 + 1271.49 +1346.59 + 2753.7 + 1595.84× 0.5= 6976.1KN 注:柱剩上粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数 1.05。

5.2.2 第二层至第四层重力荷载代表值计算及荷载汇总
第二层至四层的重力荷载代表值同第一层的计算差异不大,仅多一面内墙 ,所以: 二层、三层、四层的重力荷载代表值为 G2=7006.55KN G3=7006.55KN G4=7006.55KN

5.2.3 第五层重力荷载代表值计算及荷载汇总
梁重力荷载(同一层) :1271.49KN 柱重力荷载(同一层) :768KN 内外填充墙及女儿墙重的计算: 表 5-8 墙重力统计
类别 女儿墙 外墙 内墙 合计 总计算长度 墙计算高度 墙厚计算值 荷载标准值 (m) 120.4 120.4 86.4 78.8 (m) 1.4 2.7 2.7 2.9 (m) 0.24 0.25 0.25 0.25 (KN/m ) 11 7 7 7
2

总 重 (KN) 445.00 568.89 408.24 399.91 1822.04

屋面板及楼板恒载、活载计算同一~四层 楼板恒载、活载计算(楼梯间按楼板的 1.2 倍计算) : 楼板面积:42.4× 17.8 – 6.0× 7.2–7.2× 3.0× 2=668.32(m2) 楼梯面积: 6.0× 7.2+3.0× 7.2× 2=86.4(m2) 恒载=楼梯恒载+楼板恒载:86.4× 3.567× + 668.32× 1.2 6.48=4638.9KN 活 载 : 2.5×( 6.0× 7.2+3.0× 7.2× ) × 2 1.2+2.0×( 542.4× 17.8 – 6.0× 7.2–7.2× 3.0× ) 2 =1595.84KN 雪载:403.2× 0.4=161.28KN 由以上计算可知,五层重力荷载代表值为 G5=G 恒+0.5× 活 G =768.00× 1.05 + 1271.49 + 1458.78 + 4638.9 + 1595.84× 0.5= 9336.75KN 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值 G i 的计算结果如下图所示:

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图 5-9 重力荷载代表值

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6 水平荷载计算
6.1 风荷载计算
垂直作用在建筑物表面的风荷载 按下式计算:

Wk = ? z ? s ? z Wo
式中 ; Wk —风荷载标准值(kN/m2)

(6-1)

? z —高度 z 处的风振系数;
? s —风荷载体型系数;

? z —风压高度变化系数;
。 Wo —基本风压 (kN/m2) 根据所给条件:基本风压 Wo =0.4 kN/m2 。 则 风压高度变化系数 ? z 由《建筑结构荷载规范》确定 横向风荷载的标准值 Wk 为: Wk= ?
z

? s ? zWo

表 6-1 Wk 值计算表
离地高度 16.50 13.20 9.90 6.60 3.30 Uz 0.77 0.74 0.74 0.74 0.74 Bs 1.75 1.62 1.47 1.31 1.16 Us 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 Wo 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 hi 3.30 3.30 3.30 3.30 3.30 hj 2.80 3.30 3.30 3.30 3.30 Wk 6.411405 6.187896 5.593302 4.998708 4.404114

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图 6-1 风荷载示意图 表 6-2 侧移值计算表
Wk 6.411405 6.187896 5.593302 4.998708 4.404114 Vj 6.41 12.60 18.19 23.19 27.59 ED 50666.00 50666.00 50666.00 50666.00 61972.00 △u 0.00013 0.00025 0.00036 0.00046 0.00045 △u/h 0.000008 0.000019 0.000036 0.000069 0.000135

框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算: Vij=DijV i /∑Dij M bij=Vij× yh M uij=Vij(1-y)h y=yn+y1+y2+y3 注:yn 框架柱的标准反弯点高度比。 y1 为上下层梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值。 y2、y3 为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 y 框架柱的反弯点高度比。 第 1 层 A、D 柱的反弯点高度为: 查表得 y0=0.55 y1=0 y2=0 y3=0 所以 y=0.55 同理可算出各层的反弯点高度,各层的反弯点高度详见弯矩计算表中。 (6-3) (6-4) (6-5) (6-6)

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表 6-3
层号 hi /m 5 4 3 2 1 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 K 2.37 2.37 2.37 2.37 2.37 V 6.41 12.60 18.19 23.19 27.59 ∑Dij 50666 50666 50666 50666 61972

A、D 柱弯矩计算表
Di 0.223 0.223 0.223 0.223 0.223 Vi 1.43 2.81 4.06 5.17 6.15 y 0.42 0.45 0.50 0.50 0.55 yh 1.39 1.49 1.65 1.65 1.82 Mc 上 Mc 下 2.74 5.10 6.70 8.54 9.14 1.98 4.17 6.70 8.54 11.17 Mb 总 14.78 7.09 10.87 15.23 17.67

Di/∑Dij 11305 11305 11305 11305 13818

表 6-4
层号 hi /m 5 4 3 2 1 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 K 4.05 4.05 4.05 4.05 6.18 V 6.41 10.46 14.51 18.56 24.74 ∑Dij 50666 50666 50666 50666 61972

B、C 柱弯矩计算表
Di 0.277 0.277 0.277 0.277 0.277 Vi 1.77 2.90 4.02 5.14 6.85 y 0.45 0.50 0.50 0.50 0.55 yh 1.49 1.65 1.65 1.65 1.82 Mc 上 Mc 下 3.22 4.78 6.63 8.48 10.18 2.64 4.78 6.63 8.48 12.44 Mb 总 3.22 7.41 11.41 15.11 18.66

Di/∑Dij 14028 14028 14028 14028 17168

表 6-5
层次 5 4 3 2 1 M
1

风载作用下柱端剪力和轴力计算图
BC 梁剪力计算 VA,D 0.64 1.59 2.44 3.34 3.97 M3 1.34 3.08 4.75 6.29 7.76 M4 1.34 3.08 4.75 6.29 7.76 l 3 3 3 3 3 柱轴力计算 VB,C A,D 柱轴力 B,C 柱轴力 0.89 2.06 3.16 4.19 5.18 -0.64 -2.23 -4.66 -8.00 -11.97 -0.25 -0.72 -1.45 -2.30 -3.51

AB,CD 梁剪力计算 M
2

l 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2

2.74 7.09 10.87 15.23 17.67

1.88 4.33 6.66 8.82 10.90

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图 6-2 风荷载作用下框架的弯矩剪力及轴力图

6.2 地震荷载计算
6.2.1 横向自振周期的计算
横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。 基本自振周期 T1(s)可按下式计算: T1=1.7ψT (uT)1/2 移。 ψT 结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数,取 0.6。 uT 按以下公式计算: VGi=∑Gk (△u)i= VGi/∑D ij uT=∑(△u)k 注: ∑D ij 为第 i 层的层间侧移刚度。 (△u)i 为第 i 层的层间侧移。 (△u)k 为第 k 层的层间侧移。 s 为同层内框架柱的总数。
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(6-7)

注:uT 假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值 Gi 作为水平荷载而算得的结构顶点位

(6-8) (6-9) (6-10)

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结构顶点的假想侧移计算过程见下表,其中第四层的 Gi 为 G4 和 Ge 之和。 表 6-6 结构顶点的假想侧移计算
层次 5 4 3 2 1 Gi(KN) 9336.75 7006.55 7006.55 7006.55 6976.10 ∑D i(N/m) 759990 759990 759990 759990 929580 △ui(m) 12.28× 10 9.22× 10 9.22× 10 9.22× 10 7.50× 10
-3 -3 -3 -3 -3

ui(m)
-3 -3 -3 -3

47.44× 10

35.16× 10 25.94× 10 16.72× 10 7.50× 10

-3

T1=1.7ψT (uT)1/2 =1.7× 0.6× 47.44×10 3)1/2 ( =0.222(s)


6.2.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算
本结构高度不超过 40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底 部剪力法计算水平地震作用,即: 结构等效总重力荷载代表值 Geq Geq=0.85∑Gi =0.85× (9336.75+7006.55×3+6976.10) =31732.63(KN) 计算水平地震影响系数 а1 查表得二类场地近震特征周期值 Tg=0.35s。 查表得设防烈度为 7 度的 аmax=0.08 结构总的水平地震作用标准值 FEk FEk=а1Geq =0.08× 31732.63 =2538.61(KN) 因 1.4Tg=1.4× 0.35=0.49s>T1=0.216s,所以不考虑顶部附加水平地震作用。 各质点横向水平地震作用按下式计算: Fi=GiHiFEk(1-δn)/(∑GkHk) 地震作用下各楼层水平地震层间剪力 Vi 为 Vi=∑Fk(i=1,2,…n) 计算过程如下表: (6-12) (6-11)

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表 6-7 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表 层次 5 4 3 2 1 ∑ Hi(m) 16.5 13.2 9.9 6.6 3.3 Gi(KN) GiHi(KN· GiHi/∑GjHj m) 9336.75 7006.55 7006.55 7006.55 6976.10 154056.3 8 92486.46 69364.85 46243.23 23021.13 381418.1 6 Fi (KN) 1025. 36 615.5 6 461.6 7 307.7 8 153.2 2 Vi (KN) 1025. 36 1640. 92 2102. 60 2410. 38 2563. 60

0.404 0.242 0.182 0.121 0.060

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下图:

图6-3 水平地震剪力作用分布

6.3.3 多遇水平地震作用下的位移验算
水平地震作用下框架结构的层间位移(△u)i 和顶点位移 u i 分别按下列公式计算: (△u)i = Vi/∑D ij u i=∑(△u)k (6-13) (6-14)

各层的层间弹性位移角 ζe=(△u)i/hi,根据《抗震规范》 ,考虑砖填充墙抗侧力作用的框
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架,层间弹性位移角限值[ζe]<1/550。 计算过程如下表:

表 6-8 横向水平地震作用下的位移验算
层次 5 4 3 2 1 Vi(KN) ∑D(N/mm)△ui (m) i 1025.36 1640.92 2102.60 2410.38 2563.60 759990 759990 759990 759990 929580 0.00135 0.00216 0.00277 0.00317 0.00276 ui(m) 0.01221 0.01086 0.00870 0.00593 0.00276 hi(m) 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 ζe=(△u)i /hi 1/2446 1/1528 1/1193 1/1040 1/1197

由此可见,最大层间弹性位移角发生在第二层,1/1040<1/550,满足规范要求。

6.3.4 水平地震作用下框架内力计算
计算 5 号轴线横向框架的内力: 表 6-9 各层柱端弯矩及剪力计算(A、D 柱)
1,4 号柱 层次 hi(m) Vi ∑D ij Di1 (N/ mm) 5 4 3 2 1 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 1025.36 1640.92 2102.60 2410.38 2563.60 759990 759990 759990 759990 929580 11305 11305 11305 11305 13818 Vi1 (K N) 19.22173 33.68042 44.52444 51.75378 55.31332 2.37 2.37 2.37 2.37 2.37 k y ( m) 0.4 2 0.4 5 0.5 0 0.5 0 0.5 5 56.59 69.16 59.16 59.16 51.61 51.61 44.30 36.25 29.19 21.14 M · m)


M · m)



(KN) (N/mm)

(KN

(KN

表 6-10
层 次 hi Vi ∑D ij

各层柱端弯矩及剪力计算(B、C 柱)
2,3 号柱 Di2 (N/mm) Vi2 (KN) k y (m) M


(m) (KN) (N/mm)

M下 (KN· m)

(KN· m)

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XXXX 学士学位论文 5 3.3 4 3.3 3 3.3 2 3.3 1 3.3 759990 759990 759990 759990 929580 14028 14028 14028 14028 17168 4.0 18.93 30.29 38.81 44.49 47.35 5 4.0 5 4.0 5 4.0 5 4.0 5 0.45 0.50 0.50 0.50 0.55

1025.36 1640.92 2102.60 2410.38 2563.60

34.35 49.98 64.04 73.41 70.31

28.11 49.98 64.04 73.41 85.93

梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按以下公式计算: M l b=i l b(Mbi+1,j + M u i,j)/(i l b+ i r b) M r b=i r b(Mbi+1,j + M u i,j)/(i l b+ i r b) V b=(M l b+ M r b)/ l Ni=∑(V l b- V r b)k 具体计算过程见下表: 表 6-11 梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算
AB 梁 BC 梁 层次 M1b 5 4 3 2 1 29.19 65.44 87.85 110.77 115.75 M2b 20.06 45.60 66.58 80.27 83.93 l 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2 Vb 6.84 15.42 21.45 26.53 27.73 M3b 14.29 32.48 47.43 57.18 59.79 M4b 14.29 32.48 47.43 57.18 59.79 l 3 3 3 3 3 Vb 9.53 21.65 31.62 38.12 39.86 边柱 N -6.84 -22.26 -43.71 -70.25 -97.98 中柱 N -2.69 -8.92 -19.09 -30.67 -42.80 BC 梁 柱轴力

(6-15) (6-16) (6-17) (6-18 )

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图 6-4 地震荷载作用下框架的弯矩剪力及轴力图

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7 框架的内力组合
结构抗震等级: 根据《抗震规范》 ,本方案为三级抗震等级。 框架梁内力组合: 本 方 案 考 虑 了 七 种 内 力 组 合 , 即 1.2SGk+1.4SQk ,1.2*SGk+1.4*SWk , 1.2*SGk+1.4*0.9*(SQk+SWk),

1.2*SGk+1.3*SEk, 1.35*SGk+1.4*(0.7*SQK+0.6*SWK) , 考虑到钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布的性质, 在竖 向荷载下可以适当降低梁端弯矩,进行调幅(调幅系数取 0.8) ,以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。 εvb 梁端剪力增大系数,三级取 1.1。

7.1 梁柱的内力组合

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表 7-1 梁的内力组合
截面位 层次 内力 置 AB 左 AB 中 5 AB 右 BC 左 BC 中 AB 左 AB 中 4 AB 右 BC 左 BC 中 AB 左 AB 中 3 AB 右 BC 左 BC 中 AB 左 AB 中 2 AB 右 BC 左 BC 中 M V M M V M V M M V M M V M V M M V M M V M V M M V M M V M V M SGk -29.02 73.33 96.16 -60.80 83.41 -41.95 24.06 -26.51 -31.14 47.82 52.54 -41.73 51.04 -19.38 15.87 -7.48 -29.18 47.48 53.88 -41.01 51.38 -19.89 15.87 -7.98 -29.18 47.48 65.88 -41.01 51.38 -19.89 15.87 -7.98 SQk -7.82 18.69 -26.70 -15.17 21.05 -9.49 5.63 -5.80 -11.87 19.10 23.68 -16.62 20.06 -8.19 7.04 -3.20 -11.67 19.06 23.82 -16.55 20.68 -8.24 7.04 -3.26 -11.67 19.06 23.82 -16.55 20.68 -8.24 7.04 -3.26 SEk(1) 29.19 -6.84 20.06 -6.84 14.29 -9.53 65.44 -15.42 45.60 -15.42 32.48 -21.65 87.85 -21.45 66.58 -21.45 47.43 -31.62 110.77 -26.53 80.27 -26.53 57.18 -38.12 SEk(2) -29.19 6.84 -20.06 6.84 -14.29 8.53 -65.44 15.42 -45.60 15.42 -32.48 21.65 -87.85 21.45 -66.58 21.45 -47.43 31.62 -110.77 26.53 -80.27 26.53 -57.18 38.12 SWk(1) 14.78 -2.31 1.88 -2.31 1.34 -0.89 7.09 -1.59 4.33 -1.59 3.08 -2.06 10.87 -2.44 6.66 -2.44 4.75 -3.16 15.23 -3.34 8.82 -3.34 6.29 -4.19 SWk(2) -14.78 2.31 -1.88 2.31 -1.34 0.89 -7.09 1.59 -4.33 1.59 -3.08 2.06 -10.87 2.44 -6.66 2.44 -4.75 3.16 -15.23 3.34 -8.82 3.34 -6.29 4.19 1.2*SGk+ 1.4*SQk -50.71 114.16 149.79 -95.08 129.56 -60.68 36.75 -35.39 -60.33 84.12 106.64 -28.64 89.33 -31.99 28.90 -10.66 -56.15 83.66 108.35 -27.41 90.61 -33.04 28.90 -11.60 -56.15 83.66 108.35 -27.41 90.61 -33.04 28.90 -11.60 1.2*SGk+ 1.4*SWk -17.78 84.76 -70.69 96.86 -46.15 27.63 -32.06 55.16 -47.07 59.02 -17.00 16.16 -23.05 53.56 -42.44 58.24 -15.61 14.62 -16.95 52.30 -39.42 56.98 -13.45 13.18 -59.16 91.23 -75.95 103.33 -49.90 30.12 -51.91 59.61 -59.20 63.47 -25.62 21.93 -53.49 60.39 -61.09 65.07 -28.91 23.47 -59.59 61.65 -64.12 66.33 -31.07 24.91 1.2*SGk+ 1.4*0.9*(SQk+SWk) -30.86 108.63 -90.53 123.70 -57.73 34.84 -49.56 79.45 -25.63 84.52 -27.05 25.32 -40.66 77.92 -21.45 84.64 -25.98 23.93 -35.17 76.78 -18.73 83.50 -24.04 22.64 -68.11 114.46 -95.27 129.53 -61.10 37.09 -67.43 83.45 -36.54 88.53 -34.81 30.51 -68.05 84.07 -38.24 90.79 -37.95 31.90 -73.55 85.20 -40.96 91.92 -39.89 33.19 1.2*SGk+1.3*SEk -0.52 79.10 -47.24 91.20 -29.45 16.48 43.08 37.34 6.14 41.20 20.91 -9.10 75.94 29.09 34.79 33.77 39.40 -22.06 105.73 22.49 52.58 27.17 52.07 -30.51 -76.42 96.89 -99.40 108.98 -66.60 39.96 -127.06 77.43 -112.42 81.29 -63.54 47.19 -152.47 84.86 -138.32 89.54 -83.92 60.15 -182.27 91.47 -156.12 96.15 -96.59 68.60 1.35*SGk+ Mmax 1.4*(0.7*SQK+ 及相应 V 0.6*SWK) -64.26 119.25 149.79 -99.29 135.17 -64.01 38.75 -66.03 84.61 -46.27 89.90 -34.04 30.05 -64.70 84.83 -46.78 91.68 -36.58 30.98 -68.36 85.58 -48.60 92.44 -37.87 31.84 43.08 37.34 106.64 6.14 41.20 20.91 -9.10 75.94 29.09 108.35 34.79 33.77 39.40 -22.06 105.73 22.49 108.35 52.58 27.17 52.07 -30.51 Mmin 及相应 V -76.42 96.89 -99.40 108.98 -66.60 39.96 -35.39 -127.06 77.43 -112.42 81.29 -63.54 47.19 -10.66 -152.47 84.86 -138.32 89.54 -83.92 60.15 -11.60 -182.27 91.47 -156.12 96.15 -96.59 68.60 -11.60 Vmax 及相应 M -64.26 119.25 -99.29 135.17 -66.60 39.96 -66.03 84.61 -28.64 89.33 -63.54 47.19 -152.47 84.86 -46.78 91.68 -83.92 60.15 -182.27 91.47 -156.12 96.15 -96.59 68.60

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续表 7-1 梁的内力组合
层次 截面位 内力 置 AB 左 AB 中 1 AB 右 BC 左 BC 中 M V M M V M V M 1.2*SGk+ 1.4*SQk -51.17 83.17 110.76 -26.63 91.10 -34.62 28.90 -13.34 1.2*SGk+ 1.4*SWk -10.15 51.08 -35.04 56.43 -12.48 11.79 -59.62 62.20 -65.56 67.55 -34.20 26.30 1.2*SGk+ 1.4*0.9*(SQk+SWk) -27.27 75.51 -15.26 83.19 -23.72 21.39 -71.80 85.52 -42.73 93.19 -43.27 34.44 1.35*SGk+ Mmax 1.4*(0.7*SQK+ 及相应 V 0.6*SWK) -65.48 115.59 85.63 22.15 110.76 -49.18 58.81 93.45 25.94 -40.67 54.39 32.67 -32.77 Mmin 及相应 V -185.36 91.13 -159.41 98.04 -101.07 70.86 -13.34 Vmax 及相应 M -185.36 91.13 -159.41 98.04 -101.07 70.86

SGk -27.31 47.20 55.19 -40.21 51.66 -20.43 15.87 -8.53

SQk -10.92 18.95 24.41 -16.24 20.79 -8.46 7.04 -3.50

SEk(1) 115.75 -26.53 83.93 -27.73 59.79 -39.86

SEk(2) -115.75 26.53 -83.93 27.73 -59.79 39.86

SWk(1) 17.67 -3.97 10.90 -3.97 7.76 -5.18

SWk(2) -17.67 3.97 -10.90 3.97 -7.76 5.18

1.2*SGk+1.3*SEk 115.59 22.15 58.81 25.94 54.39 -32.77 -185.36 91.13 -159.41 98.04 -101.07 70.86

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表 7-2 A、D 柱的内力组合
层次 截面位 内力 置 柱顶 5 柱底 M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V SGk 36.28 99.20 18.68 -20.35 112.00 18.68 18.58 185.94 10.78 -16.93 198.74 10.78 19.54 272.34 11.28 -16.93 285.14 11.28 19.54 358.74 11.74 -17.85 371.54 11.74 16.30 444.86 6.18 -8.15 457.66 6.18 SQk 9.78 27.93 5.49 -7.17 40.73 5.49 7.66 69.07 4.51 -6.84 81.87 4.51 7.76 110.17 4.56 -6.84 122.97 4.56 7.76 151.27 4.74 -7.21 164.07 4.74 6.44 192.26 2.35 -3.22 205.06 2.35 SEk(1) -29.19 -6.84 15.25 21.14 -6.84 15.25 -44.30 -22.26 24.41 36.25 -22.26 24.41 -51.61 -43.71 31.28 51.61 -43.71 31.28 -59.16 -70.25 35.85 59.16 -70.25 35.85 -56.59 -97.98 38.11 69.16 -97.98 38.11 SEk(2) 29.19 6.84 -15.25 -21.14 6.84 -15.25 44.30 22.26 -24.41 -36.25 22.26 -24.41 51.61 43.71 -31.28 -51.61 43.71 -31.28 59.16 70.25 -35.85 -59.16 70.25 -35.85 56.59 97.98 -38.11 -69.16 97.98 -38.11 SWk(1) -2.74 -2.31 1.43 1.98 -2.31 1.43 -5.10 -3.90 2.81 4.17 -3.90 2.81 -6.70 -6.33 4.06 6.7 -6.33 4.06 -8.54 -9.68 5.17 8.54 -9.68 5.17 -9.14 -13.64 6.15 11.17 -13.64 6.15 SWk(2) 2.74 2.31 -1.43 -1.98 2.31 -1.43 5.10 3.90 -2.81 -4.17 3.90 -2.81 6.70 6.33 -4.06 -6.7 6.33 -4.06 8.54 9.68 -5.17 -8.54 9.68 -5.17 9.14 13.64 -6.15 -11.17 13.64 -6.15 1.2*SGk+ 1.4*SQk 59.42 158.14 30.11 -40.36 191.42 30.11 30.65 319.83 19.25 -32.87 353.11 19.25 32.87 481.05 19.92 -32.87 514.33 19.92 32.87 642.27 20.73 -32.87 675.55 20.73 24.01 803.00 10.70 -11.31 836.28 10.70 1.2*SGk+ 1.4*SWk 41.57 115.81 24.42 -26.23 131.17 24.42 13.22 217.67 16.88 -16.51 233.03 16.88 12.96 317.95 19.23 -12.96 333.31 19.23 10.39 416.94 21.33 -10.39 432.30 21.33 3.52 514.74 16.03 7.48 530.10 16.03 49.24 122.27 20.42 -31.78 137.63 20.42 27.50 228.59 9.01 -28.18 243.95 9.01 31.72 335.67 7.86 -31.72 351.03 7.86 34.30 444.04 6.85 -34.30 459.40 6.85 29.12 552.93 -1.19 -23.80 568.29 -1.19 1.2*SGk+ 1.4*0.9*(SQk+SWk) 54.57 151.32 31.14 -36.73 182.81 31.14 23.20 305.24 22.16 -26.57 336.73 22.16 23.38 457.65 24.40 -23.38 489.13 24.40 21.06 608.89 26.58 -21.06 640.38 26.58 11.72 758.89 18.12 3.08 790.38 18.12 61.47 157.14 27.53 -41.72 188.63 27.53 36.05 315.07 15.08 -37.07 346.56 15.08 40.26 473.60 14.17 -40.26 505.09 14.17 42.58 633.29 13.55 -42.58 664.77 13.55 34.75 793.27 2.62 -25.07 824.75 2.62 1.2*SGk+ 1.3*SEk 7.46 110.15 42.25 -1.52 125.51 42.25 -37.23 194.19 44.67 24.78 209.55 44.67 -44.75 269.99 54.20 44.75 285.35 54.20 -54.56 339.16 60.70 54.56 354.52 60.70 -57.25 406.46 56.96 81.75 421.82 56.96 83.36 127.93 2.59 -56.49 143.29 2.59 77.95 252.07 -18.79 -69.47 267.43 -18.79 89.44 383.63 -27.12 -89.44 398.99 -27.12 99.25 521.81 -32.52 -99.25 537.17 -32.52 89.89 661.21 -42.12 -98.07 676.57 -42.12 1.35*SGk+ Mmax 及相 Nmax 及相 Nmin 及相 1.4*(0.7*SQK+ 应 V,N 应 V,M 应 V,M 0.6*SWK) 63.20 83.36 63.20 7.46 163.23 127.93 163.23 110.15 29.40 2.59 29.40 42.25 -42.24 -56.49 -42.24 -1.52 193.06 143.29 193.06 125.51 29.40 2.59 29.40 42.25 34.40 77.95 85.44 -37.23 321.98 252.07 315.07 194.19 16.62 -18.79 15.08 44.67 -36.01 -69.47 -37.07 24.78 351.81 267.43 346.56 209.55 16.62 -18.79 15.08 44.67 38.13 89.44 40.26 -44.75 480.94 383.63 473.60 269.99 16.29 -27.12 14.17 54.20 -38.13 -89.44 -40.26 44.75 510.77 398.99 505.09 285.35 16.29 -27.12 14.17 54.20 39.68 99.25 42.58 -54.56 640.67 521.81 633.29 339.16 16.15 -32.52 13.55 60.70 -39.68 -99.25 -42.58 54.56 670.50 537.17 664.77 354.52 16.15 -32.52 13.55 60.70 31.42 89.89 34.75 -57.25 800.43 661.21 793.27 406.46 5.48 -42.12 2.62 56.96 -20.77 -98.07 -25.07 81.75 830.26 676.57 824.75 421.82 5.48 -42.12 2.62 56.96

柱顶 4 柱底

柱顶 3 柱底

柱顶 2 柱底

柱顶 1 柱底

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表 7-3 B、C 柱的内力组合
层次 截面位 内力 置 柱顶 5 柱底 M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V M N V SGk -23.56 128.26 12.46 12.96 141.06 12.46 -14.97 234.09 7.86 11.11 246.89 7.86 -15.30 340.26 8.04 11.11 353.60 8.04 -15.30 446.43 8.25 11.46 459.32 8.25 -13.29 552.88 4.52 4.97 565.68 6.65 SQk -7.10 40.42 3.74 4.64 53.22 3.74 -5.91 95.77 3.20 4.45 108.57 3.20 -5.94 151.16 3.22 4.45 163.96 3.22 -5.94 206.55 3.30 4.59 219.53 3.30 -5.14 262.05 1.81 2.57 274.85 1.81 SEk(1) -34.35 -2.69 18.93 28.11 -2.69 18.93 -49.98 -8.92 30.29 49.98 -8.92 30.29 -64.04 -19.09 38.81 64.04 -19.09 38.81 -73.41 -30.67 44.49 73.41 -30.67 44.49 -70.31 -42.80 47.35 85.93 -42.80 47.35 SEk(2) 34.35 2.69 -18.93 -28.11 2.69 -18.93 49.98 8.92 -30.29 -49.98 8.92 -30.29 64.04 19.09 -38.81 -64.04 19.09 -38.81 73.41 30.67 -44.49 -73.41 30.67 -44.49 70.31 42.80 -47.35 -85.93 42.80 -47.35 SWk(1) -3.22 -1.42 1.77 2.64 -1.42 1.77 -4.78 -0.95 2.90 4.78 -0.95 2.90 -6.63 -0.22 4.02 6.63 -0.22 4.02 -8.48 0.63 5.14 8.48 0.63 5.14 -10.18 1.83 6.85 12.44 1.83 6.85 SWk(2) 3.22 1.42 -1.77 -2.64 1.42 -1.77 4.78 0.95 -2.90 -4.78 0.95 -2.90 6.63 0.22 -4.02 -6.63 0.22 -4.02 8.48 -0.63 -5.14 -8.48 -0.63 -5.14 10.18 -1.83 -6.85 -12.44 -1.83 -6.85 1.2*SGk+ 1.4*SQk -39.14 210.50 20.19 27.49 243.78 20.19 -22.55 414.99 13.91 23.36 448.27 13.91 -23.36 619.94 14.16 23.36 653.86 14.16 -23.36 824.89 14.52 23.74 858.53 14.52 -17.50 1030.33 7.95 8.75 1063.61 7.95 1.2*SGk+ 1.4*SWk -34.20 151.92 17.43 23.36 167.28 17.43 -21.90 279.58 13.49 22.62 294.94 13.49 -25.21 408.00 15.28 25.21 424.01 15.28 -27.80 536.60 17.09 27.80 552.07 17.09 -26.18 666.02 15.01 23.38 681.38 15.01 -25.18 155.90 12.48 15.97 171.26 12.48 -8.51 282.24 5.37 9.23 297.60 5.37 -6.64 408.62 4.02 6.64 424.63 4.02 -4.05 534.83 2.70 4.05 550.30 2.70 2.32 660.89 -4.17 -11.45 676.25 -4.17 1.2*SGk+ 1.4*0.9*(SQk+SWk) -81.47 201.45 43.52 62.13 232.94 43.52 -84.79 390.34 51.63 85.59 421.83 51.63 -103.31 574.72 62.61 103.31 606.86 62.61 -115.11 757.32 70.11 115.45 789.15 70.11 -105.53 939.71 67.36 116.74 971.20 67.36 5.09 208.23 -4.18 -8.71 239.72 -4.18 41.16 412.82 -24.70 -40.36 444.31 -24.70 58.08 622.83 -35.19 -58.08 654.96 -35.19 69.88 834.61 -42.00 -69.54 866.44 -42.00 71.65 1047.57 -51.96 -99.80 1079.06 -51.96 1.2*SGk+ 1.3*SEk -74.34 150.42 39.56 56.21 165.78 39.56 -80.18 269.31 48.81 80.90 284.67 48.81 -99.18 383.50 60.10 99.18 399.50 60.10 -111.36 495.85 67.74 111.36 511.31 67.74 -103.33 607.82 66.97 117.67 623.18 66.97 14.97 157.41 -9.65 -16.88 172.77 -9.65 49.77 292.50 -29.94 -49.05 307.86 -29.94 67.33 433.13 -40.80 -67.33 449.14 -40.80 79.51 575.59 -47.94 -79.51 591.06 -47.94 79.48 719.10 -56.13 -105.75 734.46 -56.13 1.35*SGk+ Mmax 及相 Nmax 及相 Nmin 及相 1.4*(0.7*SQK+ 应 V,N 应 V,M 应 V,M 0.6*SWK) -37.31 -81.47 -37.31 -74.34 213.96 201.45 213.96 150.42 19.00 43.52 19.00 39.56 25.39 62.13 25.39 56.21 243.78 232.94 243.78 165.78 19.00 43.52 19.00 39.56 -18.23 -84.79 41.16 -80.18 410.67 390.34 412.82 269.31 11.31 51.63 -24.70 48.81 19.10 85.59 23.36 80.90 440.50 421.83 448.27 284.67 11.31 51.63 13.91 48.81 -17.55 -103.31 58.08 -99.18 607.67 574.72 622.83 383.50 10.63 62.61 -35.19 60.10 17.55 103.31 -58.08 99.18 638.23 606.86 654.96 399.50 10.63 62.61 -35.19 60.10 -16.00 -115.11 -27.80 -111.36 804.57 757.32 536.60 495.85 10.05 70.11 17.09 67.74 16.26 115.45 -69.54 111.36 834.69 789.15 866.44 511.31 10.05 70.11 -42.00 67.74 -8.77 -105.53 71.65 -103.33 1001.66 939.71 1047.57 607.82 2.12 67.36 -51.96 66.97 -1.79 116.74 -99.80 117.67 1031.48 971.20 1079.06 623.18 2.12 67.36 -51.96 66.97

柱顶 4 柱底

柱顶 3 柱底

柱顶 2 柱底

柱顶 1 柱底

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7.2 柱端弯矩设计值的调整
7.2.1 A、D 柱弯矩值调整
第 5 层,按《抗震规范》 ,无需调整。 第 4 层,柱顶轴压比[uN] = N/Ac fc=346.56× 3/14.3/4002 10 =0.151>0.15 可知,1、2、3、4 层柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求: ΣMc=εcΣMb 注:ΣMc 为节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和。 上下柱端的弯矩设计值可按弹性分析分配。 ΣMb 为节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和。 εc 柱端弯矩增大系数,三级取 1.1 表 7-4 横向框架 A、D 号柱柱端组合弯矩设计值的调
层次 截面 εcM N 柱顶 85.71 252.07 4 柱底 -76.42 267.43 柱顶 98.38 383.63 3 柱底 -98.33 398.99 柱顶 109.18 521.81 2 柱底 -109.18 537.17 柱顶 98.88 661.21 1 柱底 -107.87 676.57

7.2.2 B、C 柱弯矩值调整
第 4 层,柱顶轴压比[uN] = N/Ac fc=448.27× 3/14.3/4002 10 =0.201>0.15 可知,1、2、3、4 层柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求: ΣMc=εcΣMb 表 7-5 横向框架 B、C 号柱柱端组合弯矩设计值的调
层次 截面 εcM N 柱顶 -93.27 390.34 4 柱底 94.15 421.83 柱顶 -113.64 574.72 3 柱底 113.64 606.86 柱顶 -126.62 757.32 2 柱底 127.00 789.15 柱顶 -116.09 939.71 1 柱底 128.42 971.20

(7-1)

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8 截面设计
8.1 框架梁截面设计
以第 1 层 AB 跨框架梁的计算为例。 梁的最不利内力: 经以上计算可知,梁的最不利内力如下: 跨间: Mmax= 149.79KN· m 支座 A: Mmax=-76.4 KN· m 支座 B:Mmax=-99.40 KN· m

8.1.1 梁正截面受弯承载力计算
抗震设计中,对于楼面现浇的框架结构,梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量。跨中正弯矩按 T 形截面 计算纵筋数量,跨中截面的计算弯矩,应取该跨的跨间最大正弯矩或支座弯矩与 1/2 简支梁弯矩之中的较大者, 依据上述理论,得: 考虑跨间最大弯矩处: 按 T 形截面设计,翼缘计算宽度 bf 按跨度考虑,取 bf =L/3=7.2/3=2.4m=2400mm,梁内纵向钢筋选 II 级 热扎钢筋, y=fy =300N/mm2) h0=h-a=600-35=565mm, (f , 因为 fcm bf hf( h0- hf /2) =14.3× 2400× 100× (565-100/2) =1733.16KN· m>149.79 KN· 属第一类 T 形截面。下部跨间截面按单筋 T 形截面计算: m αs=M/(fcmbf h02)=149.79× 6/14.3/2400/5652=0.014 10 ξ=1-(1-2αs)1/2=0.014 As=ξfcmbf h0/fy=0.014× 14.3× 2400× 565/300=311.6mm2 实配钢筋 3Ф20,As=942 mm2。 ρ=942/300/565=0.56 %>ρmin=0.215%,满足要求。 对于第一类 T 型截面, ξ<ξb 均能满足,可不用验算。 考虑两支座处: 将下部跨间截面的 3Ф20 钢筋伸入支座,作为支座负弯矩作用下的受压钢筋,As =942 mm2,再计算相应 的受拉钢筋 As,支座 A 上部: αs=-M/(fcmbf h02) =61.14/14.3/300/5652 =0.045 ξ=1-(1-2αs)1/2=0.046 可近似取 As=ξfcmbf h0/fy =0.046× 14.3× 300× 565/300=369.12mm2
48
, , , , , , , , , , ,

XXXX 学士学位论文 实配钢筋 2Ф16,As=402 mm2。 支座 B 上部, αs=-M/(fcmbf h02) =79.52/14.3/300/5652 =0.058 ξ=1-(1-2αs)1/2=0.060 可近似取 As=ξfcmbf h0/fy =0.060× 14.3× 300× 565/300=483.62mm2 实配钢筋 3Ф16,As=603 mm2。 ρ=603/300/565=0.4%>ρmin=0.3%,
, ,

8.1.2 梁斜截面受剪承载力计算
验算截面尺寸: hw=h0=565mm hw/b=565/300=1.88<4,属厚腹梁。 0.25fcmbh0=0.25× 14.3× 300× 565 =605.96KN>V=135.17KN 可知,截面尺寸符合条件。 验算是否需要计算配置箍筋: 0.07fcmbh0=0.07× 14.3× 300× 565 =169.67N>V=135.17KN 可知,需按构造配箍。

8.1.3 箍筋选择
梁端加密区箍筋取 Ф8@150,箍筋用 I 级 Q235 热扎钢筋,fyv=210N/mm, 加密区长度取 0.90m,非加密区箍筋取 Ф8@250。箍筋配置,满足构造要求。

49

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表 8-1 梁的配筋计算
层次 截面

M 或? RE M KN ?M
A B -61.136 -79.52 149.79 -53.28 -35.39 -101.648 -89.936 106.64 -50.832 -10.66 -122.192 -110.576 108.35 -67.136 -11.6 -145.816 -124.896 108.35 -77.248 -11.69 -148.288 -127.528 110.76 -80.856 -13.34

αs 0.045 0.058 0.014 0.039 0.026 0.074 0.066 0.010 0.037 0.008 0.089 0.081 0.010 0.049 0.008 0.106 0.091 0.010 0.056 0.009 0.108 0.093 0.010 0.059 0.010

ξ 0.046 0.060 0.014 0.040 0.026 0.077 0.068 0.010 0.038 0.008 0.094 0.084 0.010 0.050 0.009 0.113 0.096 0.010 0.058 0.009 0.115 0.098 0.010 0.061 0.010

As' /mm2 369.12 483.62

As /mm2

Amin /mm2 360 360

实配钢筋 As /mm2 2Φ16 (402) 3Φ16 (603) 3Φ20 (942) 2Φ16 (402) 2Φ16 (402) 2Φ20 (628) 3Φ16 (603) 3Φ18 (763) 2Φ16 (402) 2Φ16 (402) 3Φ18 (763) 3Φ18 (763) 3Φ18 (763) 3Φ14 (461) 2Φ16 (402) 3Φ20 (942) 3Φ20 (942) 3Φ18 (763) 2Φ18 (509) 2Φ16 (402) 3Φ 20 (942) 3Φ 20 (942) 3Φ 18 (763) 2Φ 18 (509) 2Φ 16 (402)

支 座
5

AB、CD 跨间 支座 B、C BC 跨间 A 支 座 B

890 320.7 212 623.77 549.27 632 305.68 63 756.29 681.07 642 406.3 69 911.71 773.92 642 469.37 69 928.17 791.11 657 492.01 79

360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360

4

AB、CD 跨间 支座 B、C BC 跨间 A 支 座 B AB、CD 跨间 支座 B、C BC 跨间 A 支 座 B AB、CD 跨间 支座 B、C BC 跨间 A 支 座 B AB、CD 跨间 支座 B、C BC 跨间

3

2

1

根据抗震规范,沿梁全长顶面和底面的配筋,一、二级不应少于 2φ 14,且分别不应少于梁两 端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的 1/4,三、四级不应少于 2φ 12。所以梁全长顶面除负弯 矩筋外任需设置 2Φ 12 的钢筋。

8.2 框架柱截面设计
8.2.1 剪跨比和轴压比计算
根据《抗震规范》 ,对于三级抗震等级,应满足以下要求:剪跨比宜大于 2、轴压比宜小于 0.9。下表 给出了框架柱各层剪跨比和轴压比计算结果,注意,表中的 M、V 和 N 都不应考虑抗震调整系数,由表 可见,各柱的剪跨比和轴压比均满足规范要求。

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表 8-2 柱的剪跨比和轴压比验算
柱号 层次 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 b /mm 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 h0 /mm 360 360 360 360 360 360 360 360 360 360 fc /(N/mm2) 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3 14.3

M 83.36 77.95 89.44 99.25 98.07 81.47 85.59 103.31 115.11 116.74

V 42.25 44.67 54.20 60.70 56.06 41.80 39.56 48.81 60.10 66.97

N 193.06 351.81 510.77 670.5 830.26 243.78 448.27 654.96 866.44 1079.06

M/Vh0 5.48>2 4.85>2 4.58>2 4.54>2 4.76>2 5.72>2 4.87>2 4.77>2 4.72>2 4.84>2

N/fcbh 0.08<0.8 0.15<0.8 0.22<0.8 0.29<0.8 0.36<0.8 0.11<0.8 0.2<0.8 0.29<0.8 0.38<0.8 0.47<0.8

A

B

例:第 5 层A、D号柱: 柱截面宽度:b=400 mm 柱截面有效高度:h0=400-40=360 mm 混凝土轴心抗压强度设计值:fcm=14.3 N/mm2 柱端弯矩计算值:M 取上下端弯矩的最大值。 M=83.36*0.75=62.52(KN· m) 柱端剪力计算值:Vc =42.25 KN 柱轴力 N 取柱顶、柱底的最大值:N=193.06 KN 剪跨比:Mc/Vch0=83.36*103/42.25/360=5.48>2 轴压比:N/fcmbh0=193.06*103/14.3/400/360=0.08<0.8

8.2.2 柱正截面承载力计算
先以第 5 层 A、D 号柱为例, 最不利组合一(调整后) max=62.52KN· :M m,N=108.52 KN,轴向力对截面重心的偏心矩 e0=M/N=62.52× 6/(108.52× 3)=576.13 mm,附加偏心矩 ea 取 20mm 和偏心方向截面尺寸的 1/30 10 10 两者中的较大值,即 400/30=13.3mm,故取 ea=20mm。柱的计算长度,根据《抗震设计规范》 ,对 于现浇楼盖的顶层柱,l0=1.0H=3.3m, 初始偏心矩:ei=e0+ea=576.13+20=596.13mm,增大系数 ε,
0.5 f cm A 0.5 ?14.3 ? 4002 ? =10.54>1.0, N 108.52 ?103

?1 ?

取 ?1 ? 1.0 ,又 l0/h<15,取 ?2 ? 1.0 ,

51

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得? ?

l 1 1 3.3 ( 0 )2 ?1?2 ? ( )21?1 ? 1.03 1400ei / h0 h 1400 ? 596.12 / 360 4
h ? as 2 =1.03× 596.13+400/2-40 =773.63 mm

轴向力作用点至受拉钢筋 As 合力点之间的距离
e ? ? ei ?

对称配筋:

??

N 108.52 ?103 ? ? 0.05 <0.55 fcmbh0 14.3 ? 400 ? 360
2 Ne ? ?1 fcbh0 ? (1 ? 0.5? ) ' f y' (h0 ? a0 )

为大偏心受压情况。

As ? As' ?
?

108.52 ?103 ? 773.63 ? 1?14.3 ? 400 ? 3602 ? 0.05 ? (1 ? 0.5 ? 0.05) 300 ? (360 ? 40) ? 478.29(mm)
最不利组合二:Nmax=193.06KN, M=42.24KN· m 此组内力是非地震组合情况 ,故不必进行调整。轴向力对截面重心的偏心矩 e0=M/N=42.24× 6/(1193.0× 3)=218.79mm 初始偏心矩:ei=e0+ea=218.79+20=238.79mm 增大系数 10 10 ε:
0.5 f cm A 0.5 ?14.3 ? 4002 ? =5.93>1.0 N 193.06 ?103

?1 ?

取 ?1 ? 1.0 又 l0/h<15,取 ?2 ? 1.0 得? ?
l 1 1 3.3 ( 0 )2 ?1?2 ? ( )21?1 ? 1.07 1400ei / h0 h 1400 ? 238.79 / 360 4

轴向力作用点至受拉钢筋 As 合力点之间的距离
e ? ? ei ? h ? as 2 =1.07× 238.79+400/2-40 =416.29 mm

对称配筋:

??

N 193.06 ?103 ? ? 0.09 <0.55 fcmbh0 14.3 ? 400 ? 360
为大偏心受压情况。

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As ? As' ?
?

2 Ne ? ?1 fcbh0 ? (1 ? 0.5? ) ' f y' (h0 ? a0 )

193.06 ?103 ? 416.29 ? 1?14.3 ? 400 ? 3602 ? 0.09 ? (1 ? 0.5 ? 0.09) 300 ? (360 ? 40) ? 147.15(mm)
选 3Ф16,As,=As=603mm2,总配筋率 ρs=3× 603/400/360=0.84%>0.8%。

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表 8-3 柱的配筋计算表
层 M(kN.m) 次 62.52 42.24 7.46 62.36 37.07 37.23 71.55 40.26 44.75 79.40 42.58 54.56 78.46 25.07 57.25 61.10 25.39 74.34 68.47 23.36 80.18 82.65 58.08 99.18 92.09 69.54 111.36 93.39 99.80 103.33

柱号

N(kN) 108.52 193.06 110.15 201.66 346.56 194.19 319.19 509.09 269.99 429.74 664.77 339.16 541.26 824.75 406.46 151.09 243.78 150.42 337.46 448.27 269.31 485.49 654.96 383.50 605.86 866.44 495.85 776.96 1079.06 607.82

H(m) 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3

h(mm) 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400

e0 ? M / N ea (mm) e ? e ? e (mm) i 0 a ( mm )
576.13 218.79 67.73 309.24 106.97 191.72 224.17 79.08 165.75 184.76 64.05 160.87 144.95 30.40 140.85 404.42 104.15 494.22 202.90 52.11 297.72 170.24 88.68 258.62 152.00 80.26 224.58 120.20 92.49 170.00 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 596.13 238.79 87.73 329.24 126.97 211.72 244.17 99.08 185.75 204.76 84.05 180.87 164.95 50.40 160.85 424.42 124.15 514.22 222.90 72.11 317.72 190.24 108.68 278.62 172.00 100.26 244.58 140.20 112.49 190.00

ψu 0.84 0.84 0.84 0.49 0.49 0.49 0.49 -

ψl 0.84 0.84 0.00 0.49 0.49 0.49 0.00 -

l0 3.30 3.30 3.30 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 3.72 4.13 4.13 4.13 4.13 4.13 3.79 4.13 4.13 3.79 4.13 4.13 3.79 4.13 4.13 3.54 4.13 4.13

δ1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

δ2 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

??

l 1 ( 0 ) 2 ?1? 2 e 1400ei / h0 h

h ? ? ei ? ? as e 2
773.63 416.29 265.23 516.59 314.31 399.07 431.60 286.43 373.09 392.20 271.40 368.21 347.14 237.74 348.20 611.76 311.50 701.56 405.93 259.46 505.07 373.26 296.02 465.96 355.02 287.61 431.93 320.37 299.83 377.35

ξ 0.05 0.09 0.05 0.10 0.17 0.09 0.16 0.25 0.13 0.21 0.32 0.16 0.26 0.40 0.20 0.07 0.12 0.07 0.16 0.22 0.13 0.24 0.32 0.19 0.29 0.42 0.24 0.38 0.52 0.30

As ? As' ?

Ne ? ?1 f cbh02? (1 ? 0.5? ) As,min; 实配钢筋 As ' f y' (h0 ? a0 ) As',min /mm2
478.29 147.15 -97.69 365.95 -55.57 113.36 330.83 -154.16 103.20 312.29 -211.15 133.76 194.26 -430.96 100.46 417.02 -69.05 555.79 265.14 -286.51 473.01 281.69 -45.88 557.22 302.81 30.18 595.40 228.94 383.94 446.23 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400 400

5

1.03 1.07 1.20 1.08 1.22 1.13 1.11 1.28 1.15 1.13 1.33 1.15 1.13 1.54 1.17 1.06 1.22 1.05 1.10 1.38 1.09 1.12 1.25 1.10 1.13 1.27 1.11 1.14 1.24 1.14

4

4Φ16 (804)

AD

3

2

1

4Φ14 (615)

5

4

4Φ16 (804)

BC

3

2

1

4Φ14 (615)

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8.2.3 柱斜截面受剪承载力计算
以第 5 层 AD 号柱为例, 查表可知:框架柱的剪力设计值 V c=42.25KN 剪跨比 λ=45.48>3,取 λ=3 考虑地震作用组合的柱轴向压力设计值 N=110.15KN<0.3fcmbh=0.3× 14.3× 2/103=686.40KN 400 故取 N=110.15KN
V? 1.75 f bh ? 0.07 N ? ? 1.0 t 0

1.75 1 . 4 3 4 0?0 3 ? 0 ? 6 3? 1 . 0 ?97. 80 故该层柱应按构造配置箍筋。 ?
550mm。

0?. 0 7 1 1 0 . 1 5

柱端加密区的箍筋选用 2 肢 Ф8@100, 加密区的长度底层柱为 1100mm,其余各层柱为 查表得,最小配筋率特征值 λv=0.06,则最小配筋率 ρvmin=λvfcm/fyv=0.06× 14.3/210=0.4%

A l 柱箍筋的体积配筋率 ?v ? ? svi i ? 52.8 ? 400 ? 8 ? 1.06% >0.6%,符合构造要求。 Acor s 100 ? 400 ? 400
注:Asvi、li 为第 i 根箍筋的截面面积和长度。 Acor 为箍筋包裹范围内的混凝土核芯面积。 s 为箍筋间距。 非加密区还应满足 s<10d=200mm,故箍筋配置为 4Ф8@200。
其它各层柱的配筋计算见下表:

表 8-4 柱的配筋计算表
层 γ V 0.25fcβcbh0 RE /kN 柱 次 5 42.25 514.8 4 44.67 514.8 A D 3 54.20 514.8 2 60.70 514.8 1 56.96 514.8 5 39.56 514.8 4 48.81 514.8 3 60.10 514.8 BC 2 67.74 514.8 1 66.97 514.8
N /kN 110.15 194.19 269.99 339.16 406.46 150.42 269.31 383.50 495.85 607.82 0.3fcA /kN 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 686.40 N 实际 取值 110.15 194.19 269.99 339.16 406.46 150.42 269.31 383.50 495.85 607.82 V 97.80 103.68 108.99 113.83 118.54 100.62 108.94 116.94 124.80 132.64 Asv/S /mm <0 <0 <0 <0 <0 <0 <0 <0 <0 <0 λvfc/fyv /% 0.409 0.409 0.409 0.409 0.477 0.409 0.409 0.409 0.477 0.613 实配箍筋 (ρv%) 加密区@100 非加密区@200 4? (1.06%) 4?8 (0.52%) 8 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%) 4?8 (1.06%) 4?8 (0.52%)

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8.3 楼板设计
8.3.1 楼板类型及设计方法的选择
对于楼板,根据塑性理论,l02/l01<3 时,在荷载作用下,在两个正交方向受力且都不可 忽略,在本方案中,l02/l01=2.4,故属于双向板。设计时按塑性铰线法设计。

8.3.2 设计荷载
对于 1-5 层楼面,活载: 恒载: 对于 6 层屋面, 活载: 恒载: 计算跨度: 内跨:l0=lc-b (lc 为轴线长、b 为梁宽) 边跨:l0=lc-250+50-b/2 楼 板 采 用 C30 混 凝 土 , 板 中 钢 筋 采 用 I 级 钢 筋 , 板 厚 选 用 100mm , h/ l01=100/3000=1/30≥1/50。符合构造要求。 办公室: q=2.0 KN/m2, 走廊 q=2.5 KN/m2 g=3.567KN/m2 q=2.0 KN/m2 g=6.48 KN/m2

8.3.3 弯矩计算
首先假定边缘板带跨中配筋率与中间板带相同, 支座截面配筋率不随板带而变, 取同一数值, 跨中钢筋在离支座 l1/4 处间隔弯起。 取 m2=аm1, а=1/n2=1/1=1 (其中 n 为长短跨比值) 取 β=2,然后利用下式进行连续运算: 2Mx+2My+ MxI+MxII+MyI+ MyII=Pu l012(3 ly- lx)/12 对于 1-5 层楼面, A 区板格: Lox=3000-300 =2700 mm Loy=3000-200*2+100 =2700mm а=1/n2=1/4=1.00 Mx=mx(l0y-l0x/4) = mx(2.8-2.8/4) =2.03mx My=3аmxl0x/4 = 3*0.93*2.7m/4 =2.03mx

56

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MxI= MxII=βmxloy=2mx× 2.8=5.6mx I II My = My =βmxl0x=2mx× 2.8=5.6mx 将以上数据代入公式 2M1u+2M2u+ M1uI+M1uII+M2uI+ M2uII=Pu l012(3 l02- l01)/12 得 2× 2.03mx+2× 2.03mx+2× 5.6mx+2× 5.6mx =0.8*6.067× 2× 2.7 (3× 2.7-2.7)/12 mx=0.75 KN· m my=1.00*0.75=0.75 KN· m/m I II mx =mx =2*0.75=1.50 KN· m/m I II my =my =2*0.75=1.50 KN· m/m 对其它区格板,亦按同理进行计算,详细过程从略,所得计算结果列于下表: 表 8-5 按塑性铰线法计算弯矩表(KN· (1-4 层楼面) m)
标准层 区隔板 A 区隔板 B 区隔板 C 区隔板 D Lox Loy 2.70 2.85 2.70 2.85 2.70 2.70 7.20 7.20

?
1.00 1.11 0.14 0.16

Mx 2.03 1.99 6.53 6.49

My 2.03 2.38 0.28 0.33

Mx'

Mx''

My' 5.40 5.70 2.89 0.00

My'' 5.40 5.70 0.00 2.97

p 4.85 6.07 5.57 5.57

mx
0.54 0.94 1.41 2.64

my
0.54 1.04 0.20 0.41

m'x
1.07 1.87 2.82 5.28

m'y
1.07 2.09 0.40 0.83

5.40 5.40 0.00 2.89 14.40 14.40 0.00 10.16

同理,对 5 层屋面,有下表:

表 8-6 按塑性铰线法计算弯矩表(KN· (5 层屋面) m)
顶层 区隔板 A 区隔板 B 区隔板 C 区隔板 D Lox Loy 2.70 2.85 2.70 2.85 2.70 2.70 7.20 7.20

?
1.00 1.11 0.14 0.16

Mx 2.03 1.99 6.53 6.49

My 2.03 2.38 0.28 0.33

Mx'

Mx''

My' 5.40 5.70 1.46 0.00

My'' 5.40 5.70 0.00 4.13

p 6.78 8.48 8.48 8.48

mx
0.75 1.30 2.22 3.19

my
0.75 1.45 0.31 0.50

m'x
1.50 2.60 4.44 6.38

m'y
1.50 2.90 0.62 1.00

5.40 5.40 0.00 3.02 14.40 14.40 0.00 15.98

8.3.3 板截面设计
受拉钢筋的截面积按公式 As=m/(rsh0fy) ,其中 rs 取 0.95。对于四边都与梁整结的板,中 间跨的跨中截面及中间支座处截面,其弯矩设计值减小 20%。钢筋的配置:符合内力计算的假 定,全板均匀布置。 以第 5 层 A 区格 lox 方向为例,截面有效高度
6 2

h01=h-20=100-20=80 mm,

As=m/(rsh0fy)=0.54× /0.95/210/80=33.59 mm ,配筋 φ8@300,实有 As=168 mm2 10

57

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对于 1-4 层楼面,各区格板的截面计算与配筋见下表: 表 8-7 按塑性铰线法计算的截面计算与配筋表
标准层双向板配筋计算 截面 A 区格 B 区格 跨中 C 区格 D 区格 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 A-B A-C B-D C-D m 0.54 0.54 0.94 1.04 1.41 0.20 2.64 0.41 1.07 1.07 2.09 2.82 ho 80 70 80 70 80 70 80 70 80 80 80 80 As 33.59 38.39 58.90 74.26 88.35 14.67 165.41 29.26 67.18 67.18 130.69 176.76 实际配筋面积 Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251)

支座

同理,对于 5 层屋面,各区格板的截面计算与配筋见下表: 表 8-8 按塑性铰线法计算的截面计算与配筋表
顶层双向板配筋计算 截面 A 区格 B 区格 跨中 C 区格 D 区格 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 Lox 方向 Loy 方向 A-B A-C B-D C-D m 0.75 0.75 1.30 1.45 2.22 0.31 3.19 0.50 1.50 1.50 2.90 4.44 ho 80 70 80 70 80 70 80 70 80 80 80 80 As 46.99 53.71 81.45 103.83 139.10 22.20 199.87 35.80 93.98 93.98 181.70 278.20 实际配筋面积 Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8@200 (251) Φ8/10@200 (322)

支座

58

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9 楼梯计算
9.1 示意图

图 9-1 楼梯示意图

9.2 荷载计算
踏步高度: = 0.15 m, h 踏步宽度: = 0.30 m, b 计算跨度为 L0 = L1+b1/2-b = 3.00+0.20/2-0.30 = 2.80 m,则梯段板与水平方向夹角余弦值:cosα = 0.894 荷载计算( 取 B = 1m 宽板带): 梯段板: 面层:gkm = (B+B· h/b)qm = (1+1× 0.15/0.30)× 1.70 = 2.55 kN/m 自重:gkt = Rc·B·(t/cosα+h/2) = 25× (0.10/0.89+0.15/2) = 4.67 kN/m 1× 抹灰:gks = RS·B·c/cosα = 20×1×0.02/0.89 = 0.45 kN/m 恒荷标准值:Pk = gkm+gkt+gks+qf = 2.55+4.67+0.45+0.20 = 7.87 kN/m 恒荷控制: Pn(G) = 1.35gk+1.4· B· = 1.35× 0.7· q 7.87+1.4× 0.7× 2.50 = 13.07 kN/m 1× 活荷控制:Pn(L) = 1.2gk+1.4· q = 1.2× B· 7.87+1.4× 2.50 = 12.94 kN/m 1× 荷载设计值:Pn = max{ Pn(G) , Pn(L) } = 13.07 kN/m 正截面受弯承载力计算: 左端支座反力: Rl = 18.30 kN 右端支座反力: Rr = 18.30 kN 最大弯矩截面距左支座的距离: Lmax = 1.40 m 最大弯矩截面距左边弯折处的距离: x = 1.40 m Mmax = Rl· max-Pn·2/2 L x = 18.30× 1.40-13.07× 1.402/2
59

XXXX 学士学位论文 = 12.81 kN· m 相对受压区高度:δ= 0.151429 配筋率:ρ= 0.010312 纵筋(1 号)计算面积:As = 824.93 mm2 支座负筋(2、3 号)计算面积:As'=αAs = 0.25× 824.93 = 206.23 mm2 1 号钢筋计算结果(跨中),计算面积为 As: 824.93 mm2 采用方案:d12@100 实配面积:1130.97 mm2 2/3 号钢筋计算结果(支座) 计算面积 As': 206.23 mm2 采用方案:d6@100 实配面积:282.74 mm2 4 号钢筋计算结果 采用方案:d6@250 实配面积:113.10 mm2

所以

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10 基础设计
设计基础的荷载包括: a.框架柱传来的弯矩、 轴力和剪力 (可取设计底层柱的相应控制内力) ; b.基础自重,回填土的重量。

表 10-1 基础平面布置图

10.1 荷载设计值
外柱基础承受的上部荷载 框架柱传来: M1 ? 25.07kN.m, N1 ? 824.75kN ,V1 ? 2.62kN 内柱基础承受的上部荷载 框架柱传来: M1 ? 99.80kN.m, N1 ? 1079.06kN ,V1 ? 51.96kN 该工程框架层数不多,地基土较均匀且柱距较大,可选择独立柱基础,据地质报告基础埋深 需在杂填土一下。 取基础混凝土的强度等级为 C15, GBJ10-89, 2.1,c=7.2N/mm2; ft=0.9 N/mm2. 查 表 f

10.2 A、D 柱独立基础的计算
10.2.1 初步确定基底尺寸
选择基础的埋深 d=1.80m(大于建筑物高度的 1/15) 地基承载力的深度修正(基础的埋置深度大于 0.5m) 根据设计资料提供,基底以下为粘土,查表知承载力修正值: ?b ? 0.15;?d ? 1.4.。 重度计算:杂填土

? 1 ? 16.5kN / m 3
h1 ? 0.5m
61

XXXX 学士学位论文 粘土

? 2 ? 19kN / m3
h2 ? 1.8 ? 0.5 ? 1.3m

则基础底面以上土的加权平均重度:

?0 ?

? 1h1 ? ? 2 h2
h1 ? h2

?

16.5 ? 0.5 ? 19 ?1.3 ? 18.31kN / m3 1.8

(先不考虑对基础宽度进行修正)

f ? f k ? ?b? (b ? 3) ? ?d ? 0 (d ? 0.5) ? 280 ? 1.4 ?18.31? (1.8 ? 0.5) ? 313.32kPa( kN / m2 ) ? 1.1 f k ? 1.1? 280 ? 308kPa

10.2.2 基础底面尺寸
先按照中心荷载作用下计算基底面积:

A' ?

N 824.75 ? ? 2.97m2 f ? rG d 313.32 ? 20 ?1.8

但考虑偏心荷载作用应力分布不均匀,故将计算出的基底面积增大 1.2~1.4,取 1.2。 选用矩形:a:b=1.5~2.0,即:宽× 长=1.6m× 2.4m,A=3.84m2(满足要求)b ? 3m 满足要求,地基承载力不必对宽度 进行修正。

A ? 1.2 A' ? 1.2 ? 2.97 ? 3.57m2

10.2.3 地基承载力验算
基础底面的抵抗弯矩: W ?

1 2 1 bh ? ?1.5 ? 2.52 ? 1.67m3 6 6 M 25.07 b e? ? ? 0.03 ? ? 0.27 F ? G 824.75 ? 36 6

作用于基底中心的弯矩轴力分别为:

M ? 25.07 kN .m N ? 824.75kN 基础底面边缘的压力设计值: Pmax N ? G M 824.75 ? 20 ? 1.8 25.07 245.57 ? ? ? ? ? 229.5 ? 16.07 ? kN / m3 Pmin 213.43 A W 3.84 1.67 Pmax ? 245.57kPa ? 1.2 f ? 1.2 ? 313.32 ? 375.98kPa Pmin ? 213.43kPa ? 0 Pmax ? Pmin ? 229.5kPa ? f ? 313.32kPa 2 故承载力满足要求 P?
?

10.2.4 基础剖面尺寸的确定
采用台阶式独立柱基础 构造要求:一阶台阶宽高比 ? 1.75,二阶宽高比 ? 1.0。阶梯形每阶高度益为 300~500,当 h>900 时, 采用三阶,阶梯得水平宽度和阶高尺寸均为 100mm 的倍数。 基底垫层在底板下浇筑一层素混凝土,垫层的厚度为 100mm,两边伸出基础底板为 100mm. 初步选择基础高度 h=600mm,从下至上分 350,250 两个台阶。h0=550mm

62

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10.2.5 土净反力 Fl 的计算
Pn max ? N M 824.75 25.07 ? ? ? ? 247.09kN / m 2 A W 3.84 1.67

(不包括基础及回填土自重)
2 ?? l ac ? ? b bc ? ? Fl ? pn max ?? ? ? h0 ? b ? ? ? ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ? 247.09 ? ??1.20 ? 0.2 ? 0.55 ? ?1.5 ? ? 0.70 ? 0.2 ? 0.55 ? ? ? ? ? 185.32kN a ? ab 0.4 ? 0.4 ? 0.55 ? 2 am ? t ? ? 0.95 m 2 2

破坏锥面上的承载力设计值[Fl]按《规范》法计算: 变阶处抗冲切验算

[Fl ]=0.7f t a mh0 =0.7 ? 910 ? 0.95 ? 0.55=332.83kN>Fl =185.32kN
2 ?? l ac ? ? b bc ? ? Fl ? pn max ?? ? ? h0 ? b ? ? ? ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ? 247.09 ? ??1.2 ? 0.6 ? 0.30 ? ?1.6 ? ? 0.80 ? 0.40 ? 0.30 ? ? ? ? ? 71.66kN a ? ab 0.8 ? 0.8 ? 0.30 ? 2 am ? t ? ? 1.10 m 2 2

破坏锥面上的承载力设计值[Fl]按《规范》法计算:

[Fl ]=0.7f t a mh0 =0.7 ? 910 ?1.10 ? 0.30=210.21kN>Fl =71.66kN

10.2.6 基础底面配筋计算
选用 HPB235 钢筋,fy=210N/mm2 基础上部结构传来的荷载与土壤净反力的共同作用下,可把它到过来,视为一均部荷载作用下支承于柱上 的悬臂板。 基础长边方向 柱边截面 柱边净反力

l ? ac ( pn,max ? pn,min ) 2l 2.4 ? 0.4 ? 213.43 ? ? (245.57 ? 213.43) 2 ? 2.4 ? 232.18 pn,l ? pn,min ?
悬臂部分净反力平均值:

1 ( pn ,max ? pn ,l ) ? 0.5 ? (245.57 ? 232.18) ? 238.87 2
弯矩

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Ml ? ?

1 pn,max ? pn,l ( )(l ? ac )2 (2b ? bc ) 24 2

1 ? 238.87 ? (2.4 ? 0.4) 2 ? (2 ?1.6 ? 0.4) 24 ? 143.32 MI 143.32 ?106 AsI ? ? ? 1378.74mm2 0.9h0 f y 0.9 ? 550 ? 210
变阶处截面

l ? aI ( pn ,max ? pn ,min ) 2l 2.4 ? 1.2 ? 213.43 ? ? (245.57 ? 213.43) 2 ? 2.4 ? 237.54 ? pn,l 1 p M III ? ( n,max )(l ? ac )2 (2b ? bc ) 24 2 1 245.57 ? 237.54 ? ?( ) ? (2.4 ? 1.2) 2 ? (2 ?1.6 ? 0.8) 24 2 ? 57.96 MI 57.96 ?106 As , III ? ? ? 989.25mm2 0.9h0 f y 0.9 ? 310 ? 210 pn, III ? pn ,min ?
由以上计算结果可得:比较 AS , I 和AS , III ,应按 AS , I 配筋,实际配 10Φ14,AS=1539mm2 基础短边方向 因该基础受单向偏心荷载作用,所以,在基础短边的基底反力可按均匀分布计算,取

1 pn, II ? ( pn,max ? pn,min ) 2 ? 229.5KPa

与长边配筋计算方法相同,可得Ⅱ 截面(柱边)的计算配筋值 AS,Ⅱ=385.3mm; Ⅳ 截面(柱边)的计算配筋值 -Ⅱ -Ⅳ AS,Ⅲ=349.1mm 由以上计算结果可得:比较 AS , II 和AS , IV ,应按 AS ,II 配筋,实际配 10Φ14,AS=1539mm2

10.3 B、C 柱基础配筋
10.3.1 初步确定基底尺寸
选择基础埋深(同外柱)d=1800mm,地基承载力对深度修正(同外柱)f=308kPa。 基础底面尺寸,按中心荷载作用下计算基础底面积:
A' ? N 1079.06 ? ? 3.97m2 f ? ? G d 308 ? 20 ?1.8

但考虑偏心荷载作用应力分布不均匀,故将计算出的基底面积增大 1.2~1.4,取 1.2。
A ? 1.2 A' ? 1.2 ? 3.97 ? 4.76m2
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选用矩形:a:b=1.5~2.0,即:宽× 长=1.8m× 2.7m,A=4.86m2(满足要求)b ? 3m 满足要求,地基承 载力不必对宽度进行修正。 选用矩形基础:b:l=1.5~2.0; A=4.86m2>4.76m2(满足)

10.3.2 地基承载力验算
1 1 基础底面的抵抗弯矩: W ? bh 2 ? ? 1.8 ? 2.7 2 ? 2.19m3 6 6 e? M 99.80 b ? ? 0.09 ? ? 0.30 F ? G 1079.06 ? 36 6

作用于基底中心的弯矩轴力分别为:
M ? 99.80kN .m N ? 1079.06kN 基础底面边缘的压力设计值: Pmax N ? G M 1079.06 ? 20 ? 1.8 99.80 274.97 ? ? ? ? ? 229.40 ? 45.57 ? kN / m3 Pmin 183.83 A W 4.86 2.19 Pmax ? 274.97kPa ? 1.2 f ? 1.2 ? 313.32 ? 375.98kPa Pmin ? 183.83kPa ? 0 Pmax ? Pmin ? 229.4kPa ? f ? 313.32kPa 2 故承载力满足要求 P?
?

基础剖面尺寸的确定采用台阶式独立柱基础

10.3.3 构造要求
一阶台阶宽高比 ? 1.75,二阶宽高比 ? 1.0。阶梯形每阶高度益为 300~500,当 h>900 时,采 用三阶,阶梯得水平宽度和阶高尺寸均为 100mm 的倍数。 基底垫层在底板下浇筑一层素混凝土,垫层的厚度为 100mm,两边伸出基础底板为 100mm. 初步选择基础高度 h=600mm,从下至上分 350,250 两个台阶。h0=550mm

10.3.4 土壤净反力 Fl 的计算
Pn max ? N M 1079.06 99.80 ? ? ? ? 267.60kN / m 2 A W 4.86 2.19

(不包括基础及回填土自重)
2 ?? l a ? ?b b ? ? Fl ? pn max ?? ? c ? h0 ? b ? ? ? c ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ? 267.60 ? ??1.35 ? 0.2 ? 0.55? ? 1.8 ? ? 0.90 ? 0.2 ? 0.55? ? ? ? ? 282.99kN a ? ab 0 . 4 0 ? 4 0?. 5 5 2 ? . am ? t ? ? 0.95 m 2 2

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破坏锥面上的承载力设计值[Fl]按《规范》法计算:

[Fl ]=0.7f t a mh0 =0.7 ? 910 ? 0.95 ? 0.55=332.83kN>Fl =282.99kN
变阶处抗冲切验算
2 ?? l ac ? ? b bc ? ? Fl ? pn max ?? ? ? h0 ? b ? ? ? ? h0 ? ? ? ?2 2 ? ? ?? 2 2 ? ? 2 ? 267.60 ? ??1.35 ? 0.7 ? 0.30 ? ?1.8 ? ? 0.90 ? 0.45 ? 0.30 ? ? ? ? ? 162.57 kN a ? ab 0 . 9 0 ? 9 0?. 3 0 2 ? . am ? t ? ? 1.20 m 2 2

破坏锥面上的承载力设计值[Fl]按《规范》法计算:

[Fl ]=0.7f t a mh0 =0.7 ? 910 ?1.20 ? 0.30=229.31kN>Fl =162.57kN
地基承载力验算及柱边基础截面抗冲切验算均满足条件.

10.3.5 基础的配筋计算
与 A D 柱配筋计算方法相同,可得Ⅰ 截面(柱边)的计算配筋值 AS,Ⅰ=2167.6mm;Ⅲ 截面(变 -Ⅰ -Ⅲ 阶处)的计算配筋值 AS,Ⅲ=1475.4mm;Ⅱ 截面(柱边)的计算配筋值 AS,Ⅱ=542.4mm; Ⅳ 截面(变阶处) -Ⅱ -Ⅳ 的计算配筋值 AS,Ⅲ=464

66

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毕业设计总结
我本次设计的课题是―XXXX 大学土木工程教学楼‖,根据设计任务书和设计资料的要求同 时,在马老师的指导下,我认真参阅有关规范,建筑书籍等资料,并结合自己所学到的专业知识, 逐步完成建筑设计,结构设计和配筋计算的全过程。
工程名称:

XXXX 大学土木工程教学楼 工程概况: 该建筑采用全现浇混凝土框架结构,层数为主体 4 层局部五层,层高均为 3.6 米,室内外高 差为 0.45 米。
基本设计资料:

基本风压:0.40KN/mm2, 基本雪压:0.30 KN/mm2, 地震烈度:7 度,设计基本地震加速度为 0.1g,II 类场地,设计地震分组为第二组 地面粗糙度类别:B 类 建筑设计 整个设计过程中,在满足设计任务书提出的功能要求前提下,同时遵循―安全,适用,经济, 美观‖的 原则,完成了建筑设计这一环节,合理地确定柱网尺寸、选择计算的框架,为以后的结 构设计打下了良好的基础。
结构设计

结构设计主要是进行结构的内力计算,严格按照《荷载规范》《混凝土结构设计规范》 、 ,查阅 了《结构力学》《抗震结构设计》《钢筋混凝土结构设计》等中的设计方法对本工程进行结构设 、 、 计。在计算过程中,充分利用了 Excel 进行计算及结构力学求解器等进行电算,保证了计算的准 确性。结构计算主要包括以下几个步骤: (1)确定柱网尺寸及结构布置: 该结构采用全现浇混凝土框架结构,根据结构框架的布置要求及建筑平面布置的原则来确定 柱网尺寸。选柱网尺寸为 7.2× ㎡和 7.2× ㎡。 6 7.5 (2)梁、柱截面尺寸及板厚的确定: 梁截面尺寸的确定:主梁高度为跨度的 1/8~1/12,宽为高的 1/4~1/2;次梁高度为跨度的 1/18~1/12,宽为高的 1/3~1/2。 柱截面尺寸由轴压比确定:即按公式:N/fcAc<0.9(三级抗震)来确定柱截面尺寸。 单向板板厚由 h.>1/40L 来确定,双向板板厚由 h.>1/50L 来确定。 (3)水平荷载计算: 包括横向框架地震荷载和风荷载的计算,纵向框架的地震荷载和风荷载的计算。
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(4)横向框架地震荷载和风荷载的计算 根据荷载规范算出各楼层的自重。 计算梁、柱线刚度:在框架结构内力与位移计算中,现浇楼面可视作框架梁的有效翼缘,框 架边梁惯性矩取矩形梁的 1.5 倍,框架中梁惯性矩取矩形梁的 2 倍。 在地震荷载作用下,用 D 值法计算结构的自震周期,然后用底部剪力法计算剪力,计算横向 各层等效地震力,根据计算结果,必须考虑顶部附加水平地震作用力的影响。 (5) 横向框架的地震荷载和风荷载的计算: 横向框架取 12 轴线的一榀为计算单元, 其水平荷载和竖向荷载的计算方法同横向框架, 根据 水平荷载和竖向荷载,采用电算得出纵向梁、柱的配筋,及梁柱的箍筋。 (6) 竖向荷载计算: 包括横向框架的竖向恒载和活载的计算,纵向框架的竖向恒载和竖向活载的计算。 恒载由构件自重、装修等材料的重量,按一定的传力途径计算出框架的横梁上的线荷载及柱 上的集中力,求出梁的固端弯矩,然后用二次弯矩分配法计算梁、柱的弯矩,用弯矩分配法时采 用分层法计算各层弯矩,再进行叠加,求出最后平衡弯矩,再由平衡条件求出梁柱剪力和轴力。 活载计算过程同恒载。 (7) 内力组合: 考虑七种荷载组合: 内力组合时,应考虑内力调整。因在前面进行的设计均为弹性设计,而混凝土为弹塑性材料, 故应采用概念设计,这样在地震荷载作用下,框架就具有一定的延性,可吸收消耗一部分地震力, 抵抗地震作用的能力较高这就需要进行弯矩调幅,降低负弯矩,以减少配筋面积。此结构为现浇 框架结构,支座弯矩调幅系数取 0.85,跨中弯矩由平衡条件得。 支座弯矩和剪力设计值,应取支座边缘得数值,同时,梁两端支座截面常是最大负弯矩及最 大剪力作用处。在水平荷载作用下,端截面还有正弯矩,而跨中控制截面常是最大正弯矩作用处, 因而要进行内力换算求得梁边缘截面处的弯矩和剪力。 框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截面,支座处一般产生-Mmax 和 Vmax,跨中截面产 生 Mmax。柱的控制截面在柱的上、下端。恒载、活载、风载和地震荷载都分别按各自规律布置 进行内力分析,恒载,活载取支座上部弯矩为负,下部弯矩为正;风载、地震荷载均考虑左右两 个方向,然后取出各个构件控制截面处的内力,最后在若干组不利内力中选取几组最不利的内力 作为构件截面的设计内力。 柱的最大弯矩值出现在柱两端,剪力和轴力值在同一楼层内变化很小,因此,柱的设计控制 截面为上、下两端截面,即梁的上、下边缘。所以,在轴线出的计算内力也要换算成梁的上、下 边缘处的柱截面内力。 (8) 梁、柱、板、楼梯、基础配筋: 抗震结构要求设计成延性结构,其结构应有足够的延性,设计应考虑构件强柱弱梁、强剪弱 弯、强结点强锚固等原则。
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在梁的配筋计算中,分为正截面计算和斜截面计算。正截面计算主要是取梁端最大负弯矩、 跨中最大正弯矩来配梁的纵筋。斜截面计算主要是取梁端最大剪力来配梁的箍筋,同时考虑地震 剪力的影响。梁端箍筋加密区也要按构造要求来配置。 柱的正截面计算中。柱的弯矩和轴力组合共考虑了三种组合,即|M|max 及相应的 N;Nma 及相应的 M;Nmin 及相应的 M,取配筋最大的为最终配筋依据。 板分为单向板和双向板进行配筋,单向板按塑性内力重分布设计。 由于层高有变化,楼梯按梁式楼梯、板式楼梯和折线形板式楼梯进行计算配筋。 基础按柱下独立基础设计。先进行地基变形验算,然后进行基础设计。 设计总结 在几个月的设计过程中,我把大学四年中所学到的专业知识及在设计过程中所学到的知识联 系起来,并把以前的一些模糊知识重新加以思考、理解,现以熟悉建筑设计的全过程,对在设计 中具体应注意的事项及易出现错误的地方,通过这次毕业设计已能有一个比较深的认识。这次毕 业设计使我受益匪浅,为我以后的工作学习奠定了坚实的基础。

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参考文献
[1] 现行建筑设计规范大全.北京:中国建筑工业出版社,2001. [2] 建筑结构荷载规范(GB50009—2001)北京:中国建筑工业出版社,2001. [3] 混凝土结构设计规范(GB50011—2001)北京:中国建筑工业出版社,2001. [4] 建筑抗震设计规范(GB50011—2001)北京:中国建筑工业出版社,2001. [5] 建筑地基处理规程(JCJ79—2002)北京:中国建筑工业出版社,2001. [6] 龙驭球、包世华.结构力学教程. 北京:高等教育出版社,2001. [7] 刘立新.砌体结构. 武汉:武汉理工大学出版社,2001. [8] 赵明华.基础工程武汉:武汉理工大学出版社,2000. [9] 沈蒲生.混凝土结构设计.北京:高等教育出版社,2005. [10] 李必瑜.房屋建筑学.武汉:武汉理工大学出版社,2000. [11] 龙炳煌.建筑抗震减震原理.武汉:湖北科学技术出版社,2000. [12] Newmark (Newmark, N.M.), Luosenbuleishi (Rosenblueth, E.). Earthquake Engineering Principles (U.S.). Beijing : China Building Industry Press, 1986.10. [13] Tomatoes (Wiegel, R.L.). Earthquake Engineering (U.S.). Beijing: Science Press, 1978.3 [14] (U.S.) The United States Green Building Committee. Green Building Assessment System (2nd Edition). Beijing: Science Press, 1988.2.

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致谢
致谢 毕业设计已经接近尾声了,意味着我的四年大学生活将要结束了,借此机会我对在这四年里 给过我帮助和关心的人表示感谢。 首先要感谢的是四年以来那些教过我或者没有教过我的老师们, 因为你们给我们创造了这样一个学习和向上的氛围,让我在这里茁壮成长。另外还要感谢我的同 窗好友以及师兄师姐学弟学妹们,四年里是你们陪伴我成长。 本次设计编撰过程中得到很多老师和同学的帮助,在此向他们表示诚恳的感谢。特别感谢张 来仪老师的指导和帮助,他对我的这次毕业设计提出了很多宝贵的意见。不管我什么时候遇到了 困难都可以找马老师帮助指导解决,正是由于在张老师的认真帮助我的毕业设计才顺利完成. 在本次设计的编写过程中,我虽力求系统性、准确性和科学性,但由于水平有限,设计中不 妥之处在所难免,恳请各位老师批评指正。 于娜
二零零八年六月十二号

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