5层框架结构教学楼毕业设计（附全套） - 图文

石家庄铁道大学毕业设计

四方学院教学楼建筑结构设计

The design of architecture and structure for

SiFang college teaching building

2012 届 土木工程 学院 专 业 土木工程 学 号 20080431 学生姓名 指导老师

完成日期 2012 年 5 月 25 日

毕业设计成绩单

学生姓名 学号 20080431 班级 土0801-13 专业 土木工程 毕业论文题目 指导教师姓名 指导教师职称 评 定 成 绩 指导教师 评阅人 答辩小组组长 成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日 得分 得分 得分

毕业设计任务书

题 目 学生姓名 学号 四方学院教学楼建筑结构设计 班级 导师 姓名 专业 土木工程 导师 职称 副教授 高级工程师 承担指导任务单位 土木工程学院 1、建设地点：河北省邯郸市（抗震设防烈度7度，0.15g）；根据当地的条件选取相应的气候和荷载参数；结构形式采用增加少量剪力墙的框架结构；地基承载力?=160kPa。 2、占地面积和建筑面积要求：占地面积为20m×50m，教室按照60人的标准设计。五层均为内走廊教学楼。 3、建筑层数：地上5层； 4、层高和总高要求：层高为3.6m～4.5m； 5、建筑部分要求满足教学楼的功能要求，可考虑作一部分效果以满足美观要求，另外考虑楼梯间、卫生间、办公室等的设置；其余灵活掌握； 6、设计工作量要求：（1）独立完成建筑方案的确定，绘制全部建筑施工图（平面、立面、剖面、节点大样、设计说明、工程做法等）；（2）手工计算一榀框架在无墙情况下的竖向及地震作用的内力计算、内力组合及配筋设计；一块现浇板的配筋设计；一根连续次梁的设计；一根柱下独基设计。（3）其他部分及考虑抗震墙与框架协同抗震影响等采用PKPM软件进行程序设计计算；（4）翻译本专业相关论文不少于3000字；（5）完成楼盖、框架、次梁、基础、楼梯等主要构件的结构施工图绘制。 7、应收集的资料及参考文献： （1）有关建筑设计要求方面的资料。 （2）有关钢筋混凝土结构及构件设计及计算方面的资料。 （3）有关建筑建筑物抗震及计算方面的资料。 （4）有关PKPM软件操作方面的资料。 8、进度计划 第1～2周 ：查阅文献并外文翻译。 第3～4周 ：确定建筑设计方案并完成建筑施工图的绘制。 第5～8周 ：确定结构设计方案并进行结构及构件的手算部分计算。 第9～12周 ：用PKPM结构设计软件进行结构计算。 第13～14周 ：绘制结构施工图，完成论文。 第15周 ： 整理计算书，答辩. 教研室主任签字 时 间 年 月 日

毕业设计开题报告

题 目 学生姓名 一、研究背景 随着我国经济的飞速发展和人们的生活水平不断提高，人们忙于建造各种功能的建筑，以满足生活和生产的需要，而在多层教学楼结构设计中，对于抗震性能高于砌体结构的框架结构在当代适用最为广泛。框架结构是由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构。我国大部分教学楼结构都采用这种结构；但是汶川地震后框架结构的教学楼震害较大，对此抗震设计规范建议设置少量剪力墙增加框架结构的多道抗震设防线，减少侧移，增加抗侧刚度。 二、国内现状 随着建筑业的发展，目前多层和高层建筑逐渐增多，钢筋混凝土框架结构是其主要形式，虽说它的钢筋及水泥用量都比较大，造价也比混合结构高，但它具有梁柱承重，墙体只起分隔和围护的作用，房间布置比较灵活，门窗开置的大小、形状都较为自由的特点。人们可以根据自己的喜好充分利用其使用空间，满足了使用者在使用上的不同要求。因此，框架结构房屋越来越多的受到人们的青睐。 框架结构是由梁和 柱 组成承重体系的结构。主梁、柱和基础构成平面框架，各平面框架再由联系梁连接起来而形成框架体系。框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工，建筑的内外墙处理十分灵活，应用范围很广。这种结构形式虽然出现较早，但直到钢和钢筋混凝土出现后才得以迅速发展。根据框架布置方向的不同，框架体系可分为横向布置、纵向布置及纵横双向布置三种。横向布置是主梁沿建筑的横向布置，楼板和连系梁沿纵向布置，具有结构横向刚度好的优点，实际采用较多。纵向布置同横向布置相反，横向刚度较差，应用较少。纵横双向布置是建筑的纵横向都布置承重框架，建筑的整体刚度好，是地震设防区采用的主要方案之一。 三、设计内容

学号 四方学院教学楼建筑结构设计 班级 土0801-13 专业 土木工程 1、根据建筑方案确定结构方案布置，确定柱、墙、梁、板的布置和截面假定。 2、荷载计算和竖向、风荷载及地震作用下的内力计算。 3、按照协同工作原理计算框架和剪力墙的内力。 4、采用软件分析少量抗震墙框架结构的内力分布及配筋。 5、结构构件的延性设计。 6、构件的截面配筋设计和绘制施工图。 7、整理计算数据，按照设计思路撰写设计说明书。 四、采用的方法 查阅相关资料，根据教学楼的相关设计标准和设计要求，确定教学楼的施工方法、施工工序、监控测量等。荷载采用pkpm计算软件，计算结构荷载，验算教学楼的结构要求 。 五、计划进度 第1-2周 查阅文献并外文翻译。 第3-4周 确定建筑设计方案并完成建筑施工图的绘制。 第5-8周 确定结构设计方案并进行结构及构件的手算部分计算。 第9-12周 用PKPM结构设计软件进行结构计算。 第13-14周 绘制结构施工图，完成论文。 第15周 整理计算书， 答辩。 指导教师签字 时 间 年 月 日

摘 要

结构设计中框架结构是现代化教学楼广泛应用的结构，它具有灵活布置建筑平面的优点，利于安排需要较大空间的建筑，比较适用于教学楼。但是汶川大地震中框架结构教学楼震害较大，因此，要加少许剪力墙来增加框架结构的抗震设防线，增加抗侧刚度，减少侧移。

本设计包过建筑设计和结构设计。教学楼共5层，60人的标准教室，建筑总面积4233m2。利用Auto CAD及天正建筑，对教学楼进行了平面、立面、剖面即整体布局的建筑设计。利用PKPM软件来验算结构布置的合理性，进而对教学楼在无墙情况下的总荷载计算，达到确定建筑结构中一榀框架的配筋计算，确定楼板，联系梁和柱下独立基础的设计。通过PKPM软件来对加少许剪力墙框架结构进行设计，并绘制出结构的主要施工图，完成教学楼的总体结构设计。

关键词：少许剪力墙框架结构 建筑设计 结构设计 抗震设计

Abstrack

Teaching building of the structure design of the frame structure is widely used in the modern teaching building structure, it has more flexible with the advantages of building layout.To arrange the large space building structure.Compared to the teaching building.But after the Wenchuan earthquake frame structure teaching building seismic damage is bigger, therefore, to add a little shear wall frame structure to increase the multi-channel seismic fortification lines, reduce the lateral displacement, increased lateral stiffness.

The teaching building of 5 floors , 60 standard classrooms , a total construction area of 4233m2.This design including the architecture design and structure design, using Auto CAD and it is building, on the teaching building for the plane, elevation, section whereby the overall layout design.Using PKPM software to calculate the structural layout is reasonable, and the teaching building is in the free wall under the condition of total load calculation, to determine the structure of a frame reinforcement calculation, determine the floor, Tie beam independent foundation design.Through the PKPM software to add a little shear wall frame structure design, and draw the structure of the main construction graph, complete the teaching building of the overall structure.

Keywords: Frame structure Architectural design Structural design Anti-seismic design

目 录

第1章 绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 选题背景 ............................................................................................................... 1 1.2 国内外现状 ........................................................................................................... 1 1.3 研究的内容和方法 ............................................................................................... 1

1.3.1 研究内容 ..................................................................................................... 1 1.3.2 采用的方法 ................................................................................................. 2 1.4 成果及意义 ............................................................................................................ 2

1.4.1 成果 ............................................................................................................... 2 1.4.2 意义 ............................................................................................................... 2

第2章 设计概括 ............................................................................................................... 3

2.1 设计题目 ............................................................................................................... 3 2.2 设计目的 ............................................................................................................... 3 2.3 设计规模 ............................................................................................................... 3 2.4 设计资料 ............................................................................................................... 3 2.5 各部分工程构造 ................................................................................................... 3

2.5.1 屋面做法 ..................................................................................................... 3 2.5.2 楼面 ............................................................................................................. 4 2.5.3 厕所 ............................................................................................................. 4 2.5.4 墙体 ............................................................................................................. 4 2.5.5 门窗 ............................................................................................................. 4 2.6 设计要求 ............................................................................................................... 4

2.6.1 建筑部分 ..................................................................................................... 4 2.6.2 结构部分 ..................................................................................................... 4

第3章 建筑设计 ............................................................................................................... 6

3.1 建筑功能 ............................................................................................................... 6

3.1.1 建筑功能要求 ............................................................................................. 6 3.2 平面设计 ............................................................................................................... 6

3.2.1 建筑造型 ..................................................................................................... 6 3.2.2 布置原则 ..................................................................................................... 6

3.3 立面设计 ............................................................................................................... 7 3.4 剖面设计 ............................................................................................................... 7 3.5 交通联系部分 ....................................................................................................... 7

3.5.1 楼梯 ............................................................................................................. 7 3.5.2 走廊 ............................................................................................................. 8 3.5.3 出入口及门厅 ............................................................................................. 8

第4章 结构方案设计 ....................................................................................................... 9

4.1 工程简介 ............................................................................................................... 9 4.2 框架结构承重方案的选择 ................................................................................... 9 4.3 初估梁柱截面 ..................................................................................................... 10

4.3.1 柱截面 ....................................................................................................... 10 4.3.2 梁截面 ....................................................................................................... 11

第5章 荷载计算 ............................................................................................................. 12

5.1 恒载标准值的计算 ............................................................................................. 12

5.1.1 屋面 ........................................................................................................... 12 5.1.2 各层楼面 ................................................................................................... 12 5.1.3 梁自重 ....................................................................................................... 12 5.1.4 柱自重 ....................................................................................................... 13 5.1.5 外纵墙自重 ............................................................................................... 13 5.1.6 内纵墙自重 ............................................................................................... 13 5.1.7 内隔墙自重 ............................................................................................... 13 5.1.8 外隔墙自重 ............................................................................................... 14 5.2 活荷载标准值计算 ............................................................................................. 14

5.2.1 屋面和楼面荷载标准值 ........................................................................... 14 5.2.2 雪荷载 ....................................................................................................... 14 5.3 竖向荷载下框架受荷总图 ................................................................................. 15

5.3.1 在A - B 及C -- D轴板 .............................................................................. 15 5.3.2 在A -B 轴间框架梁 ................................................................................. 15 5.3.3 在B- C轴间框架梁 ................................................................................... 16 5.3.6 A轴柱纵向集中荷载的计算 .................................................................... 18 5.3.7 B轴柱纵向集中荷载的计算 .................................................................... 18 5.3.8 C轴柱纵向集中荷载的计算与B轴柱的相同 ........................................ 18 5.3.9 D轴柱纵向集中荷载的计算与A轴柱的相同 ....................................... 18

5.4 风荷载计算 ......................................................................................................... 19 5.5 水平地震作用 ..................................................................................................... 20

5.5.1 重力荷载代表值的计算 ........................................................................... 20 5.5.2 框架柱抗侧移刚度和结构基本自震周期计算： ................................... 22

第6章 内力计算 ............................................................................................................. 26

6.1 恒载作用下的框架的内力 ................................................................................. 26

6.1.1 弯矩分配系数 ........................................................................................... 26 6.1.2 杆件固端弯矩 ........................................................................................... 27 6.2 活载作用下的框架的内力 ................................................................................. 32

6.2.1 弯矩分配系数 ........................................................................................... 32 6.2.2 杆件固端弯矩 ........................................................................................... 33 6.3 风载作用下的框架的内力计算 ......................................................................... 38 6.3

地震作用下的框架的内力计算 .................................................................... 43

第7章 内力组合 ............................................................................................................. 47

7.1 恒荷载作用下内力调幅 ..................................................................................... 47

7.1.1 梁端柱边剪力计算 ................................................................................... 47 7.1.2 梁端柱边剪力梁端柱边弯矩计算 ........................................................... 47 7.1.3 弯矩调幅 ................................................................................................... 47 7.2 活荷载作用下内力调幅 ..................................................................................... 48

7.2.1 梁端柱边剪力计算 ................................................................................... 48 7.2.2 梁端柱边剪力梁端柱边弯矩计算 ........................................................... 48 7.2.3 弯矩调幅 ................................................................................................... 49 7.3 风荷载作用下的梁端柱边内力 ......................................................................... 49 7.4 水平地震作用下的梁端柱边内力 ..................................................................... 50 第8章 内力组合表 ......................................................................................................... 51 第9章 配筋计算 ............................................................................................................. 58

9.1.1 框架梁正截面承载力 ............................................................................... 58 9.1.2 框架梁斜截面配筋计算 ........................................................................... 59 9.2 柱截面设计和配筋 ............................................................................................. 62

9.2.1 柱正截面受弯承载力计算： ................................................................... 62 9.2.2 斜截面承载力计算 ................................................................................... 74

第10章 连系梁设计 ....................................................................................................... 76

10.1 荷载计算 .................................................................................................... 76

10.2 内力计算 .................................................................................................... 76 10.3 截面承载计算 ............................................................................................ 76

第11章 屋面板及楼面板的设计 ................................................................................... 78

11.1 屋面设计 ........................................................................................................... 78

11.1.1 屋面 B板荷载计算 ................................................................................ 78 11.1.2 判断B板的计算类型 ............................................................................. 78 11.1.3 按弹性理论进行计算 ............................................................................. 79 11.1.4 B板正截面受弯承载力计算 ................................................................ 79 11.1.5 屋面A板荷载计算 ................................................................................. 80 11.1.6 判断A板的计算类型 ............................................................................. 80 11.1.7 A板正截面受弯承载力计算 ................................................................ 81 11.2 楼面板设计 ....................................................................................................... 81

11.2.1 楼面B板荷载计算 ................................................................................. 81 11.2.2 判断B板的计算类型 ............................................................................. 81 11.2.3 按弹性理论进行计算 ............................................................................. 81 11.2.4 正截面受弯承载力计算 ......................................................................... 82 11.2.5 楼面A板荷载计算 ................................................................................. 83 11.2.6 判断板的计算类型 ................................................................................. 83 11.1.7 正截面受弯承载力计算 ........................................................................... 84

第12章 基础设计 ........................................................................................................... 85

12.1 荷载计算 ........................................................................................................... 85 12.2 确定基础尺寸 ................................................................................................... 86

12.2.1 初步确定基础底部尺寸 ......................................................................... 86 12.2.2 验算基础底部尺寸 ................................................................................. 87 12.2.3 抗震验算 ................................................................................................. 87 12.2.4 基础结构设计 ......................................................................................... 88

第13章 电算结果 ........................................................................................................... 90

13.1 结构设计总信息 ............................................................................................... 90

13.1.1 结构材料信息 ......................................................................................... 90 13.1.2 风荷载信息 ............................................................................................. 90 13.1.3 地震信息 ................................................................................................. 91 13.1.4 活荷载信息 ............................................................................................. 91 13.1.5 调整信息 ................................................................................................. 92

13.1.6 配筋信息 ................................................................................................. 92 13.1.7 设计信息 ................................................................................................. 92 13.1.8 荷载组合信息 ......................................................................................... 93 13.1.9 剪力墙底部加强区信息 ......................................................................... 93 13.1.10 计算成果 ............................................................................................... 93 13.2 周期、阵型、地震力 ....................................................................................... 97 13.3 结构位移 ......................................................................................................... 103 第12章 结论与展望 ..................................................................................................... 108 参考文献 ........................................................................................................................... 109 致谢 ................................................................................................................................... 110 附录A 外文翻译 ............................................................................................................ 111

A1 外文 .................................................................................................................... 111 A2 译文 ................................................................................................................... 121 附录B 电算信息图 ........................................................................................................ 126

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第1章 绪论

1.1 选题背景

世界上的教学楼一般为多层建筑，其结构一般为砌体结构和框架结构。但是现代化教学楼一般都需要较大空间来满足各种功能教室，因此砌体结构就不能适用了，而框架结构正好有这优点，而且框架结构具有自重轻，节省材料，空间分隔灵活等优点。在现代化教学楼结构设计中大部分都采用这结构。但是我国是多发地震的国家，而框架结构教学楼震害较大，所以需要加少许剪力墙来增加教学楼的抗侧刚度，减小侧移，为教学楼增加了多道抗震设防线，减少结构受地震破坏，因此，建议框架结构教学楼得加少许剪力墙。

1.2 国内外现状

随着建筑业的发展，目前多层和高层建筑逐渐增多，钢筋混凝土框架结构是其主要形式，虽说它的钢筋及水泥用量都比较大，造价也比混合结构高，但它具有梁柱承重，墙体只起分隔和围护的作用，房间布置比较灵活，门窗开置的大小、形状都较为自由的特点。人们可以根据自己的喜好充分利用其使用空间，满足了使用者在使用上的不同要求。因此，少许剪力墙框架结构房屋越来越多的受到人们的青睐。

少许剪力墙框架结构的设计主要有电算软件设计，辅助以简单的计算软件，以及手工计算。电算软件又分为专业软件与通用软件。国内比较常见的专业电算软件是PKPM，其次广厦、Midas Building 等也有应用。通用软件有ANSYS、Midas Gen等。。另外，探索者等小型软件可以方便的进行简单计算和绘图。

1.3 研究的内容和方法

1.3.1 研究内容

1、建筑设计：建筑规模：场地尺寸为20×50平方米；建筑层高3.6m-4.5m，层

数5层。应满足教学楼的功能要求，可作一部分效果以满足美观要求。

2、结构设计：结构体系采用少许剪力墙结构体系，根据建筑方案进行结构设计。包括：（1）结构布置与构件截面尺寸的确定；荷载统计；一榀框架的内力计算和截面设计满足构造要求。（2）利用PKPM进行结构设计、绘制部分施工图。

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1.3.2 采用的方法

结构设计采用手算和电算两种方法。电算采用PKPMCAD建立建筑模型，SATWE结构计算，墙梁柱施工图软件绘制。手算时，根据楼层的整体建筑做法和结构布置来确定荷载种类和大小，恒载和活载采用结构力学中弯矩分配法来计算；风载和地震作用采用抗震设计中的底部剪力法来计算，并考虑强剪弱弯，强柱弱梁的方法来计算配筋。

1.4 成果及意义 1.4.1 成果

图纸8张2#图，包括建筑图和结构图。

建筑：建筑平面图两张（首层、标准层）、立面图一张、剖面图一张、节点大样一张。工程做法等。

结构：按PKPM计算结果出图，包括基础施工图包过设计说明、标准层柱配筋图平法表达）、标准层梁配筋图、楼板的施工图（两张）、及楼梯的施工图。另外手画一张手算结果的一榀框架施工图。 计算书不少于1万字。

1.4.2 意义

本次毕业设计，目的是培养我们综合运用所学的基础理论知识、专业知识和基本技能，提高我们分析与解决实际问题的能力，为即将从事实际工作打下了扎实的基础。从此次毕业设计中，我们要锻炼和学习以下能力（1）查阅中外文文献和查阅相关规范，资料的能力。（2）工程设计中的实际问题实际分析，独立思考的能力。(3)运用PKPM，天正建筑，Auto-CAD等专业软件的能力。（4）形成了一个专业的思维来看待实际工程的能力（5）解决实际问题中增进团队合作的能力。

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第2章 设计概括

2.1 设计题目

四方学院教学楼建筑结构设计

2.2 设计目的

能够把所学的基本理论和基本专业知识综合用来分析和解决土木建筑工程设计问题，掌握工程项目的基本设计思路、方法、计算结果分析和成果内容、表达方式等，同时也能锻炼我们理论联系实际及动手能力。

2.3 设计规模

建筑地点：邯郸市 建筑场地面积：20m×50m

层数：结构共5层，层高均为3.9m，室内外高差0.450m，室外地面标高-0.450m。

2.4 设计资料

地基承载力特征值?=160KPa，基本风压为0.3kN/m2,基本雪压为0.4kN/m2，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g。

2.5 各部分工程构造

2.5.1 屋面做法

选用河北工程做法 98ZJ001-屋面17，高聚物改性沥青土木防水屋面。 蛭石保护层

4厚高聚物改性沥青涂膜防水层一道 20厚水泥砂浆找平层

1：6水泥焦渣找2％坡，最薄处30厚结构找坡 保温层取A现浇屋面板50厚 120厚钢筋混凝土基层

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2.5.2 楼面

（选用河北工程做法，98JZ001楼面6，预制水楼石楼面) 铺25厚预制水磨石楼面，稀水泥浆擦缝 撒素水泥面（洒适量清水） 30厚1：4干硬性水泥砂浆结合层 40厚C20细石混凝土垫层（后浇层） 120厚钢筋混凝土楼板 （100厚钢筋混凝土楼板）

2.5.3 厕所

地面低于同层楼地面30mm，向地漏找坡1％，地面采用防滑地砖，墙面采用防水砂浆。

2.5.4 墙体

陶粒空心砌块 （390mm×290mm×190mm）容重γ=6KN/m3。内墙面采用河北98JZ001内墙3（水泥砂浆墙面），外墙面采用外墙4（水泥砂浆墙面）。

2.5.5 门窗

门厅处为铝合金门，其他均为木门。

2.6 设计要求

2.6.1 建筑部分

设计并绘制以下建筑施工图。

平面图：首层、标准层、顶层 、节点大样、设计说明、工程做法。 立面图：正立面、背立面。 剖面图：选择楼梯进行剖切。

2.6.2 结构部分

（1）手算部分

手工计算一榀框架在无墙情况下的竖向及地震作用的内力计算，内力组合及配筋设计，一块现浇板的配筋设计，一根连续次梁的设计，一根柱下独立基础设计。

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（2）PKPM软件计算

其它部分及考虑抗震墙与框架协同抗震影响等采用PKPM软件进行程序设计计算。

（3）图纸部分 结构设计总说明。

完成楼盖、框架、次梁、基础、楼梯等主要结构施工图绘制。

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第3章 建筑设计

3.1 建筑功能

3.1.1 建筑功能要求

（1）教学用房，教学辅助用房应分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰。平面组合应功能分区明确，联系方便，有利于交通疏散。

（2）教室内课座椅的布置： 课座椅的排距不宜小于900mm，纵向走道宽度不小于550mm，教室后设置600mm的横向走道，应满足60人的标准设计。

3.2 平面设计

3.2.1 建筑造型

根据设计原则，本设计采用“一”字型结构体系，这种结构体系符合简单，对称，规则的原则。

3.2.2 布置原则

本设计在力求平面对称，对称平面易于保证质量中心和刚度中心重合，避免结构在水平作用下扭转。结构平面布置如图3-1

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图3-1 标准层平面图

3.3 立面设计

立面设计时首先推敲各部分总的比例关系，考虑建筑物整体的几个方面的统一。相邻里面的连接与协调，然后着重分析各里面上墙面的处理，门窗的调整和安排。最后对入口、门厅、走廊等进一步进行处理，里面的节奏感在门窗的排列组合，墙面的构件划分中表现比较突出。

3.4 剖面设计

剖面设计主要分析建筑物各部分应有的高度、层数、建筑空间的组合利用以及建筑剖面中的结构、构造关系。建筑物的平面和剖面是紧密联系的，在本设计中，学校一至五层层高均为3.9m，总高19.5m。

3.5 交通联系部分

3.5.1 楼梯

本工程主要垂直交通工具是两部双跑楼梯：开间进深分别为3300mm×7000mm，3600mm×7000mm和双分对折楼梯：6600mm×7000mm；满足人流通行要求。

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3.5.2 走廊

走廊起到连接水平方向各个分区的联系作用，考虑到建筑物的耐火等级、层数及走廊通行人数等因素，走廊宽3000mm。

3.5.3 出入口及门厅

因室外地坪标高设计为-0.450m，故从室外进大门门厅设三级台阶，门厅宽敞明亮满足交通和防火要求。

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第4章 结构方案设计

4.1 工程简介

（1）建筑地点：邯郸市

（2）建筑类型：五层学校.少许剪力墙框架结构。

（3）建筑介绍：楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土楼盖，楼板厚度取120mm（100mm），外填充墙采用290厚的陶粒空心砌块，内墙采用190厚的陶粒空心砌块，楼梯采用现浇板式楼梯。

（4）工程地质条件：

自然地表0.8m内为填土，填土下层为4.5m厚亚粘土，再下为细沙层，亚粘土允许承载力按设计任务书。

地下水位：地下水在自然地表10m以下，无侵蚀性。

地震设计烈度按设计任务书，III类场地，地表海拔高度为80.5m。 建筑物耐久等级：2级。 （5）材料情况

混凝土采用C30，梁柱纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，梁柱箍筋采用HRB335钢筋，基础采用HRB335级钢筋。

（6）施工：梁柱板均为现浇。 （7）柱网布置如图4-1

图4-1 柱网布置

4.2 框架结构承重方案的选择

本方案采用的是纵横向承重体系。

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竖向荷载的传递路径：楼板的均布荷载和活载传给横向次梁和横向框架梁。横向次梁荷载传给纵向框架梁-再传给柱；横向框架梁的荷载直接传给柱。柱荷载再传给基础。

4.3 初估梁柱截面

4.3.1 柱截面

根据柱支承的楼板面积计算竖向荷载作用下的轴力，并按轴压比控制估算柱截面面积，估算柱截面时，楼层荷载一般按ｇE=11-14kN/m2计算。本工程ｇE=14kN/m2。计算负荷面积F=6.6×(7/2+3/2)=33m2（中柱）；对于边柱F=6.6×（7/2）=23.1 m2。如图4-2

图4-2 柱负荷面积

根据轴压比设计值 NV=βF gEε

β-边柱取1.3，不等跨内取1.25 ，gE各层重力荷载代表值取 14kN/m2。 本工程为框架三级抗震（7度设防，高度≤30m），柱轴压比控制值μN=0.9

AC≥N/μNFC 边柱 AC1≥βF gEη/μNFC=

1.3?23.1?14?103?514.3?0.9=163×103m2

1.25?33?14?103?5中柱 AC≥βF gEη/μNFC==224×103m2

14.3?0.910

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住截面分别为α=AC=403mm,473mm 根据设计柱截面取值为500mm×500mm

1Ib=bh3=500×5003/12 12柱高度：二至五层柱高度即为层高取3.9m，低层柱高度从基层顶面取至一层板底h1=3.9+0.45+0.55=4.9m

4.3.2 梁截面

框架梁截面的确定h=（1/12-1/8）L，b=（1/2.5-1/1.5）h。且b不小于0.5倍柱宽，不小于250mm。

L1：柱距6.6m，纵向框架梁。

h=（1/12-1/8）L=(550-825)mm取h×b=600mm×300mm。 L2: 边跨横向框架梁。

h=（1/12-1/8）L=(583-875)mm 取h×b=600mm×300mm。 L3：中跨横向框架梁。 取h×b=550mm×250mm 。 L4：联系次梁。

h=（1/15-1/10）L=（426-700）mm 取h×b=550mm×250mm。

11

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第5章 荷载计算

5.1 恒载标准值的计算

5.1.1 屋面

河北98ZJ001-屋面17

蛭石保护层

4厚高聚物改性沥青涂膜防水层一道 0.35kN/m2 20厚水泥砂浆找平层 0.02×20= 0.4kN/m2 1：6水泥焦渣找2％坡，最薄处30厚结构找坡 0.15×14=1.75kN/m2 (2％×(7+1.5)=0.17m)，（0.17+0.03+0.03）/2=0.15m

保温层取A现浇屋面板50厚 0.05×30= 1.5kN/m2 120厚钢筋混凝土基层 0.12×25= 3kN/m2 总计 7kN/m2

5.1.2 各层楼面

河北98ZJ001-楼面6 0.65 kN/m2 结构层：120厚现浇钢筋混凝土板(边跨) 0.12×25= 3.0 kN/m2 100厚现浇钢筋混凝土板（中跨） 0.1×2= 2.5 kN/m2 抹灰层：12厚混合沙浆 0.24 kN/m2 总计： 3.89 kN/m2 3.39 kN/m2

5.1.3 梁自重

b×h=300mm×600mm（边跨）

梁自重 0.6× 0.3×26 = 4.68kN/m b×h=250mm×550mm(中跨)

梁自重 0.55× 0.25×26 = 3.58 kN/m b×h=250mm×550mm（联系次梁）

梁自重 0.55× 0.25×26 = 3.58 kN/m

12

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5.1.4 柱自重

b×h=500mm×500mm

柱自重 0.5× 0.5×26= 6.5 kN/m

5.1.5 外纵墙自重

标准层

下部纵墙： 钢塑窗： 上部纵墙 贴瓷砖外墙面： 混合砂浆内墙面： 总计 底层

纵墙： 钢塑窗： 贴瓷砖外墙面： 混合砂浆内墙面： 总计 5.1.6 内纵墙自重

标准层（底层）

纵墙： 混合砂浆内墙面： 总计 5.1.7 内隔墙自重

标准层

内隔墙： 混合砂浆内墙面： 总计 底层

0.9×0.29×6=1.62kN/m 1.8×0.35=0.63 kN/m （3.9-1.8-0.9-0.6）×0.29×6=1.08 kN/m （3.9-1.8）×0.6=1.26 kN/m （3.9-1.8）×0.34=0.71 kN/m 5.3 kN/m （3.9+0.45-1.8）×0.29×6=4.59 kN/m 1.8×0.35=0.63 kN/m （3.9+0.45-1.8）×0.6=1.53 kN/m （3.9+0.45-1.8）×0.34=0.87 kN/m 7.62kN/m

(3.9-0.6)×6×0.19=3.96kN/m (3.9-0.6)×0.34×2=2.24kN/m 6.2kN/m

(3.9-0.6)×0.19×6=3.96kN/m (3.9-0.6)×0.34×2=2.24kN/m 6.2kN/m 13

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内隔墙： （4.9-0.6-0.45）×0.19×7=4.62 kN/m 混合砂浆内墙面： （4.9-0.6-0.45）×2×0.34=2.61kN/m 总计 7.23kN/m

5.1.8 外隔墙自重

标准层

外隔墙： (3.9-0.6)×0.29×6=5.74kN/m 混合砂浆内墙面： (3.9-0.6)×0.34×2=2.24kN/m 总计 7.96kN/m 底层

外隔墙： （3.9+0.45-0.6）×0.29×7=6.75 kN/m 混合砂浆内墙面： （4.9+0.45-0.6）×2×0.34=2.55kN/m 总计 9.3kN/m

5.2 活荷载标准值计算

5.2.1 屋面和楼面荷载标准值

根据<<建筑结构荷载规范>>（GB50009-2001）查得： 不上人的屋面： 0.5 kN/m2 楼 面：教室 2.0 kN/m2 走廊 2.5 kN/m2 厕所 2.5 kN/m2

5.2.2 雪荷载

S??S=1.0×0.35=0.35kN/m2

kr0

屋面或荷载与雪荷载不同时考虑，俩者中取大值。

14

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5.3 竖向荷载下框架受荷总图 5.3.1 在A - B 及C -- D轴板

在A-B轴内：

L17= 2 按单向板计算。 L23.3在B-C轴内：

L16.6= 2 按单向板计算。 L235.3.2 在A -B 轴间框架梁

板传至梁上荷载都为均布荷载，荷载的传递示意图如图5-1所示。

图5-1 框架梁上板传荷载示意图 屋面板传递荷载

恒载： 7×3.3=23.1kN/m

活载： 0.5×3.3=1.65 kN/m 楼面板传递荷载

15

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恒载： 3.89×3.3=12.8kN/m 活载： 2.0×3.3=6.6 kN/m

梁自重： 4.68kN/m 在A- B 轴间框架梁均布荷载为：

屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载= 4.68+23.1=27.78kN/m 活载=板传荷载=1.65kN/m

楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 4.68+12.8=17.48kN/m 活载=板传荷载=6.6kN/m

5.3.3 在B- C轴间框架梁

屋面板传递荷载

恒载： 0 活载： 0

梁自重： 3.58kN/m 楼面板传递荷载

恒载： 0 活载： 0 在B- C 轴间框架梁均布荷载为

屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载 = 3.58kN/m 活载=板传荷载=0 kN/m

楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 3.58kN/m 活载=板传荷载=0kN/m

梁自重： 3. 58kN/m

5.3.4 C- D轴间框架梁同A- B 轴间框架梁 5.3.5 A- B ，C- D轴间联系次梁

16

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图5-2次梁上的板传荷载示意图

屋面板传递荷载

恒载： 7×3.3=23.1kN/m

活载： 0.5×3.3=1.65kN/m 楼面板传递荷载

恒载： 3.89×3.3=12.8kN/m 活载： 2×3.3=6.6 kN/m

梁自重： 3.58kN/m 在A- B 轴间框架梁均布荷载为

屋面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 23.1+3.58=26.68kN/m 活载=板传荷载= 1.65 kN/m

楼面梁 恒载=梁自重+板传荷载= 12.8+3.58=16.38kN/m 活载=板传荷载= 6.6kN/m

17

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5.3.6 A轴柱纵向集中荷载的计算

顶层柱

女儿墙自重（做法：墙高600 mm） 0.25×0.6×6+0.6×（0.6×2+0.25）=1.77kN/m 顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载

=1.77×6.6+4.68×（6.6-0.5）+2×［3.3×7+3.58×（7-0.5）］×1/4

=63.43kN

顶层柱活载=板传荷载= 3.3×0.5×1/2×7=5.775kN 标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载

= 5.3×6.6+4.68×（6.6-0.5）+2×［3.3×3.89+3.58×（7-0.5）］×1/4 =117.62kN

标准层柱活载=板传荷载= 3.3×2×7×1/2=23.1kN

5.3.7 B轴柱纵向集中荷载的计算

顶层柱恒载=梁自重+板传荷载

=4.68×（6.6-0.5）+1/2×3×6.6×7+2×［3.3×7+3.58×（7-0.5）］×1/4

=132.47kN

顶层柱活载=板传荷载

=0.5×3×6.6×1/2+5.77=10.725kN

标准层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重

= 4.68×（6.6-0.5）+1/2×3×6.6×3.39+2×［3.3×

3.89+3.58×（7-0.5）］×1/4+6.2×6.6=120.03kN

标准层柱活载=板传荷载

=2.5×3×6.6×1/2+23.1=42.9kN

5.3.8 C轴柱纵向集中荷载的计算与B轴柱的相同 5.3.9 D轴柱纵向集中荷载的计算与A轴柱的相同

框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图5-3所示（图中数值均为标准值）

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图5-3 竖向荷载受荷总图

注：1图中各单位为kN 2 图中数值都为标准值

5.4 风荷载计算

作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值见表5-1

wk=μzμSβZω0

?h?h?Bij2

本地区基本风压为：w0=0.3

μZ— 风压高度变化系数.地面粗糙度为C类

μS— 风荷载体型系数。根据建筑物的体型查的μS=1.3 βZ —以为房屋总高度小于30米所以βZ=1.0 hi —下层柱高

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hj — 上层柱高，对顶层为女儿墙的2倍 B — 迎风面的宽度B=6.6m.

表5-1 集中风荷载标准值

离地高度（Z/m） 19.95 16.05 12.15 8.25 4.35

μZ 1.25 1.16 1.06 1.0 1.0

βZ 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

μS 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

w0 (kN/m) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

2

hi(m)

3.9 3.9 3.9 3.9 4.35

hj(m)

1.2 3.9 3.9 3.9 3.9

Wk（KN）

8.2 11.65 10.64 10.04 10.62

5.5 水平地震作用

该建筑物的高度为19.95米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度均匀分布，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。

5.5.1 重力荷载代表值的计算

屋面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×雪荷载标准值。 楼面处重力荷载代表值=结构和构配件自重标准值+0.5×楼面活荷载标准值。 其中结构和构配件自重取楼面上下各半层高范围内（屋面处取顶层的一半）的结构及构配件自重。

5.5.1.1 屋面处重力荷载代表值标准值计算

G女儿墙=1.77×（49.8+17）×2=236.47 kN 屋面板结构层及构造层自重标准值： G屋面板=7×（49.8×17）=5926.2kN

G梁=4.68×（6.6-0.5）×28+4.68×（7-0.5）×18+3.58×（7-0.5）×14=1672.68kN G柱=6.5×（1.95-0.12）×36=428.22 kN 顶层墙重：

G墙=1/2［5.3×（6.6-0.5）×14+5.3×（3.6-0.5）×2］+1/2［6.2×（6.6-0.5）×12.5+6.2×（3.6-0.5）］+1/2×［6.2×（7-0.5）×17］+1/2［6.2×（3-0.5）×2］=242.74+245.98+342.55+15.5=846.77kN

20

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G屋顶= G女儿墙+G屋面板+G梁+G柱+G墙

=236.47+5926.2+1672.68+438.22+846.77=9110.34kN 5.5.1.2 其余各层楼面处重力荷载标准值计算

G墙=1693.54kN

G楼板=3.89×7×49.8×2+3.39×49.8×3=3248.45kN G梁=1672.68kN

G柱=6.5×(3.9-0.12)×36=884.52kN G标准层=G墙+ G楼板+ G梁+ G柱

=1693.54+3248.45+1672.68+884.52=7499.19kN 5.5.1.3 底层楼面处重力荷载标准值计算

G墙=1/2×［7.62×(6.6-0.5)×14+7.62×(6.6-0.5)×2］+1/2×［6.2×(6.6-0.5)×11.5+6.2×(3.6-0.5)］

+1/27.23×14×(7-0.5)+1/2×9.3×(17-1.5)×2 =371.85+227.07+328.96+144.15+846.77=1918.8kN G楼板=3.89×7×49.8×2+3.39×49.8×3=3248.45kN G梁=1672.68kN

4.9/2?3.9/2-0.12G柱=884.52×=1001.52kN

3.9-0.12G标准层=G墙+ G楼板+ G梁+ G柱

=1918.8+3248.45+1672.68+1001.52=7841.45kN 5.5.1.4 屋面雪荷载标准值计算

Q雪=q雪×S=0.35×49.8×17=296.31kN 5.5.1.5 楼面活荷载标准值计算

Q

楼面

=3.5×7×(6.6+3.3+3.6)+2.5×(3×49.8+6.6×7)+2×(49.8×

17-290.1)=330.75+489+1113=1932.75kN 5.5.1.6 总重力荷载代表值的计算

GEW=屋面处结构和构件自重+0.5?雪荷载标准值 =9110.34+0.5?296.31=9258.5kN

中间层

GEi=楼面处结构和构件自重+0.5?活载标准值

21

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=7499.19+0.5?1932.75=8465.6KN

底层楼面处：

GEi =楼面处结构和构件自重+0.5?活载标准值

=7841.45+0.5?1932.75=8807.8KN

5.5.2 框架柱抗侧移刚度和结构基本自震周期计算：

5.5.2.1 横向D值的计算：

在计算梁、柱线刚度时，应考虑楼盖对框架梁的影响，在现浇楼盖中，中框架梁的抗弯惯性矩取I=2I0；边框架梁取I=1.5I0,I0为框架梁按矩形截面计算的截面惯性矩。横梁，柱的线刚度见表

表5-2 横梁、柱线刚度

杆件

截面尺寸 B(mm) H(mm)

边跨框架梁 中跨框架梁 中框架梁 中框架梁 底层柱 中层柱

300 250 300 250 500 500

22

EC （kN/mm2）

30 30 30 30 30 30

I0 （mm4） 5.4×109 3.46×109 5.4×109 3.46×109 5.2×109 5.2×109

I （mm4）8.1×109 5.19×109 10.8×109 6.92×109 5.2×109 5.2×109

L (m) 7 3 7 3 4.9

EIi=

L3.45×107 5.175×107 4.6×107 6.9×107 3.2×107

相对刚度 1 1.5 1.33 2 0.93 1.16

600 550 600 550 500 500

3.9 4.0×107

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表5-3 框架柱横向侧移刚度D值（KN/mm）

层数 柱类型

i?K=

C2?iZi?(一般层)K=

iZC(底层)

K 2?K0.5?KаC=

2?KаC=

0.3 0.52 0.36 0.59 0.51 0.68 0.56 0.73

D=12а?iZ/H

C

2

根数

二～五层

边框架边柱 边框架中柱 中框架边柱 中框架中柱

0.86

2.16

1.15 2.87 1.08 2.69 1.43 3.58

9.46 16.4 11.35 18.6 10.2 13.6 11.2 14.6

4 4 14 14 4 4 14 14

低层 边框架边柱 边框架中柱 中框架边柱 中框架中柱

低层 ?D=4×(10.2+13.6)+14×(11.2+14.6)=446.8kN/mm

二至五层 ? D=4×（9.46+16.4）+14×（11.35+18.6）=522.74kN/mm

5.5.2.2 结构基本地震周期的计算

用假想顶点位移?T计算结构基本自振周期，计算过程见表4-4

表5-4 假想顶点位移?T计算结果

层数 5 4 3 2 1

Gi（kN） 9258.5 8465.6 8465.6 8465.6 8807.8

?G（kN） ?D（kN/m）

i

??i（m）

0.0177 0.0339 0.0501 0.0663 0.0972

?i（m）

0.2652 0.2475 0.2136 0.1635 0.0972

9258.5 17724.1 26189.7 34655.3 43463.1

522740 522740 522740 522740 446800

结构基本自振周期考虑非结构墙影响折减系数?T=0.6，则结构的基本自振周期为 T1=1.7ψT?T=1.7×0.6×0.2652=0.52S 23

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5.5.2.3 多遇水平地震作用计算

由于该工程所在地区抗震设防烈度为7度，场地为III类，设计地震分组为第一组，由表查得 ?MAX=0.12 Tg=0.45s

Geq?0.85GE=0.85×43463.1=36943.6kN

?Tg?由于Tg=0.45S

?T1?r式中 r— 衰减系数，在Tg?T1?5Tg的区间取0.9S

?2— 阻尼调整系数相应的?2=1.0 纵向地震影响系数

?Tg?0.450.9

?1????2?max=()×1×0.12=0.1

0.52T?1?rT1=0.52S<1.4Tg=0.63S

不需要考虑顶部附加水平地震作用的影响，即顶部附加地震作用系数： ?n?0

如图4-3对于多质点体系，对于多质点体系结构底部总纵向水平地震作用标准值：

FEK= а1Geq=3694.36kN

Fi?GiHiFEK

?GiHi

图5-4

质点i的水平地震作用标准值，楼层地震剪力及数层层间位移的计算过程见表5-5

24

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表5-5 Fi，vi，Δui的计算过程

层

Gi（kN） Hi（m） GiH（ikN.m) 5 4 3 2 1

9258.5 8465.6 8465.6 8465.6 8807.8

20.5 16.6 12.7 8.8 4.9

189799.25 140528.96 107513.12 74497.28 43158.22

?GHii

Fi(kN) 1262.27 934.6 715.02 495.45 287.04

Vi(kN) 1262.27 2196.87 2911.89 3407.34 3694.38

?D

522.74 522.74 522.74 522.74 446.8

Δui(mm) 2.41 4.20 5.57 6.52 8.27

555496.83 555496.83 555496.83 555496.83 555496.83

楼层最大位移与楼层层高之比

Δμi0.0082711== 满足位移要求 h4.959255025

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第6章 内力计算

6.1 恒载作用下的框架的内力

6.1.1 弯矩分配系数

根据结构力学的原则，可计算出本例横向框架各杆件的杆端弯矩分配系数，由于该框架为对称结构，取框架的一半进行简化计算，如图5-1.

节点 A1: SA1A0=4iA1A0=4×0.93=3.72 ; SA1B1=4iA1B1=4×1.33=5.32 SA1A2=4iA1A2=4×1.16=4.64 分配系数 μ

A1A0=

SA1A03.72??0.272 S3.72?5.32?4.64?A μA1B1=

SA1B1?0.339 ; μA1A2=0.389 ?SA节点B1:SB1D1=iB1D1=2×2=4

?S=3.72+5.3+24.+64=4

1BSB1B03.72==0.21,同理 μB1A1=0.3，μB1D1=0.227 μB1B0=

?S17.68BμB1B2=0.263

节点A2:SA2A1=4×1.16=4.64; SA2A3=4.64; SA2B2=4×1.33=5.32

?S=4.64+A2A1=

4.6+45.=32

A2A3=0.318;μA2B2=0.364

A μ

SA2A14.64==0.318;μ?S14.6A 节点B2:SB2D2=2×2=4; μ

?S=14.6+4=18.6

BB2D2=0.215;μB2B3=0.249;μB2B1=0.249;μB2A2=0.287

节点A3B3，A4B4同A2B2 节点A5

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石家庄铁道大学毕业设计

μA5B5=

节点B5

μB5D5=

5.324.64=0.534;μA5A4==0.466

5.32+4.645.32+4.64

45.32=0.287;μB5A5==0.381；

5.32+4.64+45.32+4.64+44.64=0.332. μB5B4=

5.32+4.64+46.1.2 杆件固端弯矩

杆端弯矩以顺时针为正 （一）横梁固端弯矩

1）顶层横梁 MA5B5=－MB5A5=－

121ql=－?21.78?72??113.4kN.m 1212

1MB5D5=－ql2=－1/3×3.58×1.52=-2.7kN.m

31 MD5B5=MB5D5=-1.35kN.m

2 2)其他层横梁固端弯矩

1117.4872=-71.4kN.m MA4B4=－MB4A4=－ql2=－创12121MB4D4=－ql2=－1/3×3.58×1.52=-2.7kN.m

31 MD4B4=MB5D5=-1.35kN.m

2 （1－4层固端弯矩值相同） 3）跨中弯矩值

166+94.64=170.15-80.32=89.83kN.m 顶层边跨：M0=ql2-82

q=21.78kN/m

顶层中跨：M0=41.27kN.m

156.54+61.1=48.24 ，q=17.48kN/m 二～四层：M0=ql2-82 中跨 ： M0=16.26kN.m

151.19+62.2=50.36KN.m ，q=17.48kN/m 低层 ：M0=ql2-82M0=17.95kN.m

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图6-1 荷载弯矩分配过程 28

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