某综合楼设计

安徽建筑大学

毕业设计（论文）

课程名称： 某综合楼设计 姓 名： 学 号： 专 业： 土木工程 指导老师： 完成时间：

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目录

某综合办公楼的设计 ........................................................... 4 摘要 ......................................................................... 4 第一篇 结构设计 .............................................................. 6 1 结构设计技术条件 ........................................................... 6 1.1 工程概况 ................................................................. 6 1.2 设计依据 ................................................................. 6 1.3 荷载取值 ................................................................. 7 1.4 结构总体布置 ............................................................. 9 1.5 主要承重构件及墙体截面尺寸 ............................................... 9 1.6 基础 ..................................................................... 9 1.7 材料 ..................................................................... 9 1.8结构计算原则和方法 ...................................................... 10 2 结构方案 .................................................................. 10 2.1 结构体系 ................................................................ 10 2.2 结构布置 ................................................................ 10 2.3 计算简图 ................................................................ 13 3 框架侧移刚度计算 .......................................................... 14 3.1 梁柱线刚度计算 .......................................................... 14 3.2 柱侧移刚度D值计算 ...................................................... 14 4 重力荷载计算 .............................................................. 16 4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 .............................................. 16 4.2 屋面及楼面可变荷载标准值 ................................................ 17 4.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算 .......................................... 17 4.4重力荷载代表值计算 ...................................................... 19 5 横向水平地震作用下框架内力和侧移计算 ...................................... 21 5.1 横向自振周期计算 ........................................................ 21 5.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 .......................................... 22 5.3 水平地震作用下的位移验算 ................................................ 23 5.4 水平地震作用下框架内力计算 .............................................. 24 6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 .......................................... 29 6.1 计算单元 ................................................................ 29 6.2 荷载计算 ................................................................ 29 7 内力组合 .................................................................. 46 7.1 组合原则 ................................................................ 46 7.2 框架梁内力组合 .......................................................... 48 7.3框架柱内力组合 .......................................................... 52 8 截面设计 .................................................................. 58

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8.1 框架梁截面设计 .......................................................... 58 8.2 框架柱截面设计 .......................................................... 61 9 基础设计 .................................................................. 68 9.1 基础参数选取 ............................................................ 68 10板的设计 ................................................................. 67 11楼梯设计 75 参考文献 .................................................................... 77

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某综合办公楼的设计

摘 要

本工程为某市拟建一栋综合办公楼，结构形式为现浇钢筋混凝土框架结构，屋盖及楼盖采用现浇式钢筋混凝土结构。总长度为57.0m，总宽度为17.4m, 总高度为16.20m，共四层，一层高为3.9m，其它层层高均为3.6m。

本毕业设计主要完成以下内容： 一、建筑设计

根据建筑的使用功能进行建筑的平面布置及建筑造型设计，并确定建筑材料及绘制建筑施工图。

1.各层会议室和办公室共约3600m2； 2.楼梯、走道、厕所等部分约400m2； 3.屋面：柔性防水屋面；

4.墙面：外墙为240mm厚空心砖；内墙为200mm厚空心砖或轻质隔墙； 5.装修：

外墙：面砖、涂料、石材、集石、喷涂等； 内墙：卫生间瓷砖，其余房间普通粉刷； 楼地面：地砖或石材；

顶棚：门厅宜吊顶，其他均为普通粉刷； 门窗：喷塑铝合金窗等。 二、结构设计

1.结构布置及结构计算简图； 2.确定梁、柱截面尺寸；

3.荷载计算，包括重力荷载、水平地震作用等； 4.荷载效应组合； 5.梁、柱配筋计算； 6.基础设计； 7.绘制结构施工图；

8.利用计算机程序进行结构分析。

关键词：钢筋混凝土；框架结构；抗震设计；结构计算

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Some office building design

This project for some office building, the main body structure uses the cast-in-place reinforced concrete portal frame construction, the total length is 57.0m, the overall width is 17.4m, the gross altitude is 15.42m, altogether four, one high is 3.9m, other building store heights are 3.6m.

The purpose of the graduation design including the following contents: I. Architecture Design

according the building function to arrange the rooms of the building, determine the architectural style and the material of the building and draw the architectural working drawing.

1. The meeting room and office, a total of about 3600 m2 of each layer;

2. The stairs, corridor, toilets etc. Part of about 400 m2; 3. The roof: flexible waterproof roofing;

4. Metope: exterior wall is 240 mm thick hollow bricks; Interior wall is 200 mm thick hollow bricks or light weight partition wall; 5. Repair:

Exterior wall: face brick, coating, stone, stone, spraying, etc.; Interior walls, bathroom tile, ordinary paint the rest of the room; Floors: floor tile or stone;

Ceiling: appropriate condole carries on the hallway, the other for ordinary paint; Doors and Windows, plastic spraying aluminium alloy window, etc.

II. Strcture Design

1. Determine the construction arrangement and the calculate concise picture. 2.Determine beam、column cross-section size.

3. Load calculate. Including gravity load、horizontal earthquake load and so on. 4. Load effect combination.

5. Calculate the required reinforcing bar of the beam and column. 6. Foundation design

7. Draw the working drawing of building structure. 8. Strcture analysis by computer program.

Key words

reinforced concrete； frame structure；anti-seismic design； structure calculation

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第一篇 结构设计

1 结构设计技术条件

1.1 工程概况

项目名称：某综合办公楼 建设地点：某市 建筑面积：4038.85 m2 建筑高度：16.20m

层 高：一层3.9m，二~ 四层3.6m 层 数：4层

1.2 设计依据

1.2.1 国家标准

（1） （2） （3） （4） （5） （6） 国家标准. 建筑结构荷载规范（GB 50009－2001）2006 国家标准. 建筑抗震设计规范（GB 50011－2001） 国家标准. 建筑工程抗震设防分类标准（GB 50223－2004） 国家标准. 混凝土结构设计规范（GB 50010－2002） 国家建筑标准设计图集. 建筑物抗震构造详图（03G329－1） 国家标准. 建筑地基基础设计规范（GB 50007－2002） 1.2.2 地质勘察报告 （一）场地与环境

1）场地标高35.28--35.00m。 2）工程地质

根据钻孔实测结果，地下水位在32.85--32.59，对混凝土无浸蚀作用 3）拟建楼区地基土情况如下：

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1层为杂填土：厚1.6m左右，层底标高33.40m以上，构成比较复杂，力学性质差异明显，不宜直接作为地基使用。

2层为粘土：平均厚度6m左右，曾底标高均在27.00米--28.00米，fk=180Kpa，液性指

数为0.75，孔隙比e=0.85. （二）结论及建议

1）1层土：工程地质条件差，应清除。

2）建议选用2层粘土为持力层，基础选用天然浅基础。如下独立基础、联合基础或条形基础。 （三）技术条件

1）、拟建工程位于市区。

2）、气象质料：（1）基本雪压0.5KN/M2;(2)基本风压 0.35KN/M2；（3）主导风向：东南风。 3）、耐火等级：一级。 4）、抗震设防要求：7度设防。 1.2.3结构设计参数

技术指标 建筑结构安全等级 设计使用年限 抗震设防烈度 建筑抗震设防类别 设计基本地震加速度 设计地震分组 场地类别 房屋抗震等级 1.2.4 抗震设计参数

地震影响 多遇地震 罕遇地震 水平地震影响 系数最大值 ?max??max?技术条件 二级 50年 7度 丙类 0.05g 第一组 Ⅱ类 四级 取值依据 《建筑结构可靠度设计统一标准》 《建筑结构可靠度设计统一标准》 《建筑抗震设计规范》 《建筑工程抗震设防分类标准》 《建筑抗震设计规范》 《建筑抗震设计规范》 《建筑抗震设计规范》 《建筑抗震设计规范》 特征周期 取值依据 0.08 Tg?0.35 《建筑抗震设计规范》 0.50 1.3 荷载取值

1.3.1 风荷载、雪荷载

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荷载类型 基本风压 基本雪压 取值（kN/m2） 0.35 0.5 取值依据 《建筑结构荷载规范》 《建筑结构荷载规范》 1.3.2 楼面、屋面活荷载标准值

荷载类型 房间 卫生间 走廊、门厅、楼梯 屋面 取值（kN/m2） 2.0 2.0 2.0 0.5 《建筑结构荷载规范》 取值依据 1.3.3 结构重要性系数、荷载分项系数、可变荷载组合值系数等系数取值

非抗震设计

极限状态 系数名称 系数取值 取值依据 《建筑结构可靠度设计统一标准》 结构重要性系数 当其效由可变荷载效应承载能力 永久 应对结控制的组合 ??0?1.0 ?G?1.2 《建筑结构可靠度设计荷载 构不利由永久荷载效应分项 系数 当其效应对结构有利时 ?G时 控制的组合 G?1.35 统一标准》 ?1.0 续表

极限状态 系数名称 系数取值 取值依据 承载能力 可变荷当其效应对结构不利时 分项系数 当其效应对结构有利时 ?Q＝1.4 《建筑结构可靠度设计统一标准》 ?Q＝0 正常使用

楼面活荷载组合值系数 屋面活荷载组合值系数 8

?ci＝0.5 《建筑结构荷载规范》 ＝0 《建筑结构荷载规范》 ?ci

风荷载组合值系数

?ci＝0 《建筑结构荷载规范》 抗震设计

系数名称 系数取值 梁（受弯）：0.75 取值依据 承载力抗震调整系数 轴压比小于0.15的柱：0.75 《建筑抗震设计规轴压比不小于0.15的柱：0.8 各类构件（受剪）：0.85 范》 重力荷载分项系数 水平地震作用分项系数 竖向地震作用分项系数 ?G＝1.2 ＝1.3 ＝0 《建筑抗震设计规范》 ?Eh?Ev1.4 结构总体布置

（1）平面、立面布置

结构平面布置规则、对称，质量和刚度变化均匀。 （2）柱网布置

采用大柱网，柱网尺寸（7.5m+2.4m+7.5m）×7.2m。

1.5 主要承重构件及墙体截面尺寸

（1）柱： 500mm×500mm；

（2）梁：AB(CD)跨横梁300mm×700mm，次梁250mm×550mm， 纵梁300mm×700mm；

（3）楼盖、屋盖：现浇混凝土楼（屋）盖，板厚100mm；

1.6 基础

（1）基础形式：柱下独立基础； （2）基础埋深：2.0m；

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1.7 材料

混凝土强度等级

梁、板 柱 基础 钢筋

一～四层：C20 一～四层：C25 C25 构件 板 梁 柱 基础 受力钢筋 HPB235 HRB335 HRB335 HRB335 箍筋或构造钢筋 HPB235 HPB235 HRB335 HPB235 1.8结构计算原则和方法

1.8.1 手算：

采用简化方法计算结构内力和位移，即沿结构纵横两主轴方向，按平面抗侧力结构计算结构的内力和位移。 1.8.2 电算：

(1) 软件名称：PKPM (2) 版 本：2005.08

(3) 编制单位：中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部 2 结构方案

2.1 结构体系

本建筑为综合楼，内设有会议室、办公室等，房间使用面积变化大，故选择建筑平面布置比较灵活的框架结构体系，框架结构建筑立面容易处理，结构自重较轻。且本建筑楼层数为四层，选用钢筋混凝土框架结构能够获得较好的经济效益。

2.2 结构布置

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2.2.1 结构平面布置图

根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求，进行了建筑平面、立面及剖面设计，其标准层建筑平面图、剖面图分别见建筑设计部分图1.2和图1.3。根据建筑平面图可知采用大柱网较为经济合理，拟定柱距为7.2m，跨度为7.5m+2.4m+7.5m。 2.2.2 构件材料及尺寸

（1）现浇板

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，因板长边与短边之比为7.5/3.6>2.0，所以本设计按短边方向受力的单向板计算，沿长边方向布置足够数量的构造钢筋。根据工程经验，板厚h应满足：

h?l40?360040?90mm

h?hmin?70mm故取h?100mm。

（2）框架几何尺寸 1) 横向框架梁

h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×7500=938～625mm 取h=700mm b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×700=350～233mm 取b=300mm 中间框架梁由于跨度较小，截面尺寸取200×500 mm 2) 纵向框架梁

h=(1/8～1/12)l=(1/8～1/12) ×7200=600～900mm 取h=700mm b=(1/2～1/3)h=(1/2～1/3) ×700=233～350mm 取b=300mm 3) 框架柱

柱高h=(1/6～1/12)H,H 为层高且不宜小于400mm 柱宽b=(1～1/1.5)h，且不宜小于250mm

根据上述结果并综合考虑其他因素，本设计柱截面尺寸取值如下： 500 mm×500 mm 4) 次梁

h=(1/14～1/18)l=(1/14～1/18) ×7500 取h=550mm b=(1/2～1/3)h取b=250mm

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图置布面平构结 1.2图

2.3 计算简图

本设计基础底面标高为－2.35 m，基础高度为1.0m，则底层柱高度h1=3.3＋2.35－1.0＝4.65m。

其他柱高取层高即3.0m。本结构横向框架计算简图如图2.2所示。

图2.2 横向框架计算简图

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3 框架侧移刚度计算

3.1 梁柱线刚度计算

梁的线刚度Ib＝EcIb/l。其中Ec为混凝土弹性模量；l为梁的计算跨度；lb为梁截面惯性矩，本结构为现浇式楼盖，故考虑楼板的影响，对于中框架梁（T形截面），取Ib＝2.0I0；对于边框架梁（倒L形截面），取Ib＝1.5I0；对于楼电梯间梁，取Ib＝I0。其中I0为梁矩形部分的截面惯性矩。

柱的线刚度Ic＝EcIc/h，其中Ic为柱的截面惯性矩，h为框架柱的计算高度。 横梁线刚度计算过程见表3.1，柱线刚度计算过程见表3.2。

表3.1 横梁线刚度ib计算表

类 别 Ec b×h I0 /mm4 l /mm EcI0/l /N·mm 1.5EcI0/l /N·mm 2EcI0/l /N·mm /(N/mm2) /mm×mm AB跨横梁 3.00×104 300×700 8.575×109 7500 3.43×1010 5.145×1010 6.86×1010 BC跨横梁 3.00×104 300×700 8.575×109 2400 3.334×1010 2.001×1010 2.668×1010 表3.2 柱线刚度ic计算表

层 次 1 2~4 hc 4650 3000 Ec 3.00×104 3.00×104 b×h 500×500 500×500 Ic 5.208×1010 5.208×1010 EcIc/hc 3.36×1010 5.208×1010 3.2 柱侧移刚度D值计算

柱的侧移刚度D值按下式计算：

D??c12ich2

式中，?c为柱侧移刚度修正系数，对不同情况按下式计算： 一般层：?c?K2?K

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?0.5?K2?K底 层：?c

其中K表示梁柱线刚度比。

根据梁柱线刚度比K的不同，图2.1中的柱可分为中框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等。现以第2~4层C－1柱的侧移刚度计算为例，说明计算过程，其余柱的计算过程从略，计算结果分别见表3.3~3.6。

第2~4层C－1柱及与其相连的梁的相对线刚度如图3.1所示，图中数据取自表3.1和表3.2。则可得梁柱线刚度比为：

K?i1?i2?i3?i42ic?3.43?1.334?3.43?1.3342?5.208?0.915

?c?0.9152?0.915?0.314

10D?0.314?12?5.208?1030002?21804N/mm

图3.1 C－1柱及与其相连的梁的相对线刚度

表3.3 中框架柱侧移刚度D值（N/mm）

边柱（18根） 层次 K 中柱（18根） Di1?c K ?c Di2 ?Di 1 2~4 2.042 1.317 0.629 0.397 23289 27568 2.836 1.829

0.690 0.478 25547 33192 1074392 1336720 表3.4 边框架柱侧移刚度D值（N/mm）

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A-1,A-12 层次 K

B-1,B-12 Di1 ?c K ?c Di2? Di 1 2~4 1.531 0.988 0.575 0.331 21289 22985 2.127 1.372

0.658 0.407 24362 28262 182604 204988 表3.5 中楼梯间框架柱侧移刚度D值（N/mm） C-6,C-7 层次 KD-6,D-7 Di1 ?c K ?c Di2? Di 1 2~4 1.021 0.659 0.503 0.248 18623 17221 1.418 0.915 0.561 0.314 20771 21804 157576 15610

将上述不同情况下同层框架柱侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移侧度?3.7。

表3.7 横向框架侧移刚度(N/mm)

层 次 ∑Di 1 1414572 2 1697808 3 1697808 4 1697808 Di，见表

由表3.7可见，底层刚度最小，其层间刚度与上一层层间刚度之比

?D1/?D2?0.833?0.7

且底层与其上相邻三个楼层侧向刚度平均值之比

?故该框架为规则框架。

D1/?Di?0.833?0.8

4 重力荷载计算

4.1 屋面及楼面的永久荷载标准值

屋面及楼面的恒荷载包括结构构件自重和构造屋重量等重力荷载，其标准值按结构构件的设计算尺寸、构造层的材料及设计厚度以及材料容重标准值计算，计算结构如下：

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屋面（不上人）： 三毡四油铺小石子 20厚水泥砂浆找平层 50厚聚苯板保温 1:10水泥珍珠岩找坡（3%） 20厚水泥砂浆找平 15厚顶棚抹灰层 100厚现浇楼板 合计 1~4层楼面： 瓷砖地面（包括水泥砂浆打底） 100厚钢筋混凝土板 15厚顶棚抹灰 合计 0.55 kN/m2 0.40 kN/m2 20 ×0.02 = 0.40 kN/m2 0.50 kN/m2 1.2 kN/m2 0.40 kN/m2 17 ×0.015 = 0.26 kN/m2 25×0.1 = 2.5 kN/m2 5.66 kN/m2 25 ×0.1 = 2.50 kN/m2 17 ×0.015 = 0.26 kN/m2 3.31 kN/m2 4.2 屋面及楼面可变荷载标准值

本建筑为民用建筑，楼面活荷载标准值根据房间用途按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表4.1.1的规定采用；屋面活荷载根据屋面类别按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)表4.3.1的规定采用；屋面水平投影面上的雪荷载标准值按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)式6.1.1计算，结果如下。屋面活荷载与雪荷载不同时考虑。

不上人屋面均布活荷载标准值 0.5 kN/m2 楼面活荷载标准值 2.0 kN/m2 屋面雪荷载标准值

sk??r?s0?1.0?0.45?0.45 kN/m2

式中：?r为屋面积雪分布系数，本建筑为平屋顶，故取?r＝1.0。So代表雪压，本设计查《建筑结构荷载规范》知湖南湘潭基本雪压为0.45 kN/m2。

4.3 梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算

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梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷层等计算出单位长度上的重力荷载；本设计为现浇板肋梁楼盖，因板自重已计入楼面（屋面）的恒载之中，故计算梁自重时梁截面高度取梁原截面高度减去板厚。具体计算过程及结果见表4.1。

表4.1 梁、柱重力荷载标准值

b 层次 构件 /m 边横梁 中横梁 1 0.3 0.3 /m 0.7 0.7 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 h γ /(kN/m) 2g β (kN/m) li /m n Gi /kN ∑Gi /kN 1.05 4.725 7.260 16 548.856 1.05 4.725 1.05 3.281 1.05 4.725 1.1 6.875 2.160 8 27.216 1458.12 次梁(三跨) 0.25 0.55 纵梁 柱 边横梁 中横梁 0.3 0.5 0.3 0.3 0.7 0.5 0.7 0.7 3.360 28 148.176 16.68 7 383.090 1023 1023 4.650 32 1.05 4.725 1.05 4.725 1.05 3.281 1.05 4.725 1.1 6.875 7.260 16 548.856 2.160 8 27.216 1458.12 2~4 次梁(三跨) 0.25 0.55 纵梁 柱

0.3 0.5 0.7 0.5 3.360 28 148.176 16.68 7 383.090 660 660 3.000 32 注：表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。

墙体重量根据其厚度及材料容重标准值计算，其两侧的粉刷层（或贴面）重量应计入墙自重内。

本设计外墙体为240mm厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖(0.5kN/m2)，内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位面积重力荷载为：

0.5+0.5×0.24+17×0.02＝2.16kN/m2

内墙面为240mm厚加气混凝土砌块，两侧均为20mm厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为：

5.5×0.24+17×0.02×2＝2.00kN/m2

女儿墙为240mm厚加气混凝土砌块，外墙面贴瓷砖(0.5kN/m2)，内墙面为20mm厚水泥砂浆抹面，则女儿墙单位面积重力荷载为：

0.5+5.5×0.24+17×0.02＝2.16kN/m2

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(GB50009-2001)表A.1查取单门、窗等自重可根据其材料种类，按《建筑结构荷载规范》位面积重量进行计算。

钢铁门（包括玻璃门）单位面积重力荷载取0.45kN/m2； 铝合金窗单位面积重力荷载取0.4kN/m2。 墙、门、窗等重力荷载汇总见表4.2。

4.4重力荷载代表值计算

集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。计算Gi时，各可变荷载的组合值系数按《建筑抗震设计(GB 50011-2001)表5.1.3的规定采用。由于前面已经计算出结构和构配件的重力荷载标规范》

准值，故下面仅以集中于一层楼板处的重力荷载代表值G1的计算为例说明计算过程，计算结果见表4.3。

表4.2 墙、门、窗等重力荷载标准值汇总 q 层次 构件 外墙 内墙 1 楼梯间 门 窗 外墙 内墙 2~4 楼梯间 门 窗 1~4层楼面 其它 4层屋面 女儿墙 /(kN/m2) 2.16 2.00 4.96 0.45 0.4 2.16 2.00 4.96 0.45 0.4 3.31 5.66 2.16 A /m2 322.68 459.3 54.00 60.12 40.5 314.04 599.1 54.0 53.34 70.2 876.96 876.96 81.36 Gi /kN 696.989 918.6 267.054 27.054 16.2 678.326 1198.2 267.84 24.003 28.08 2902.738 4963.5936 175.7376 2902.7376 4963.5936 175.7376 2196.4494 192.6828 ∑Gi /kN

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雨篷

25.950 25.950 注：表中q为相应构件的单位面积重力荷载标准值，其中楼梯间面荷载取楼面荷载1.5倍，7层屋面板考虑压檐墙取屋面荷载1.2倍，A表示单层内构件所占总面积。电梯机房设备近似按50kN计算。

G1＝G楼面板?G梁?G柱?G墙?G门?G窗?G雨篷?G活＝2902.7376?1458.12?1986.826210232?2317.7932??25.950?17.4?50.4?2.0?6602

＝8935.02kN

表4.3 各层重力荷载代表值

层次 Gi

1 8935.02 2 9074.55 3 9074.55 4 ∑Gi 9074.55 36158.67

图4.1 各质点重力荷载代表值

20

Mlb

，Mbr分别表示节点左、右梁的弯矩。

梁端剪力根据梁的两端弯矩，按下式计算：

Vb＝Mlb?Mlrb

由梁端剪力叠加便可求得框架柱轴力，其中边柱为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为两侧梁端剪力之差，亦按层叠加。具体计算过程及结果见表5.6。

表5.6 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算

边横梁 层次 Mlb中横梁 l Vb 23.48 29.30 33.97 36.79 Mlb柱轴力 l Vb 26.73 边柱N 中柱N -45.5 -74.8 -108.77 -145.56 -5.83 -9.21 -13.98 -18.38 Mrb Mrb 4 3 2 1 93.57 118.92 135.27 151.02 注：

82.50 100.80 119.54 124.93 7.5 7.5 7.5 7.5 32.08 39.21 46.49 49.43 32.08 39.21 46.49 49.43 2.4 2.4 32,.68 2.4 2.4 38.74 41.19 1)柱轴力中的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压。 2)表中M单位为kN·m，V单位为kN，N单位为kN，l单位为m。

水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力及柱轴力图如图5.2、图5.3所示。

26

图5.3 水平地震作用下框架弯矩图(kN·m)

27

图5.4 水平地震作用下梁端剪力及柱轴力图(kN)

28

6 竖向荷载作用下框架结构的内力计算

6.1 计算单元

4轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为6.6m，即一个柱距宽，如图6.1所示。由取○

于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。

图6.1 横向框架计算单元

6.2 荷载计算

6.2.1恒载计算

恒载作用下各层框架梁上的荷载分布如图6.2所示。在图6.2中，q1，q1'代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第4层：

29

q1＝4.725kN/m q1'＝4.725kN/m

q2和q2'分别为房间和走道板传给横梁的均布荷载和三角形荷载，由图6.1所示几何关系

可得：

图6.2 各层梁上作用的恒载

q2＝5.66?3.6＝20.376kN/m q2'?5.66?2.4＝13.584kN/m P1、P2分别为由边纵梁，中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙等

的重力荷载，计算如下：

P1?3.75?3.6?5.66?4.725?7.2?3.281?3.6?0.6?7.2?2.16?108.89kN/m

P2??3.75?3.6??3.6?3.6?1.2??1.2??5.66?4.725?7.2?3.281??1.2?3.75??144.74kN/m

对于2~3层：由纵梁传给柱的恒载除梁自重和楼板重外，还应考虑梁上填充墙等的重力荷载，其它荷载计算方法同4层，计算如下：

q1＝4.725kN/m q1'＝4.725kN/m

q2＝3.31?3.6＝11.92kN/m q2'＝3.31?2.4＝7.94kN/m

P1?3.75?3.6?5.66?4.725?7.2?2.16???7.2?0.5???3.0?0.4??3.0?0.422.1?1.8?2??0.45?2.1?1.8?2?3.281?3.75?2.0?7.5??144.25kN

30

p2??3.75?3.6??3.6?3.6?1.2??1.2??5.66?4.725?7.2?2.00??7.2?0.5???3.0?0.4??3.281??3.75?1.2??2.00?7.5??205.46kN3.0?0.42

对于1层：

q1＝4.725kN/m q1'＝1.575kN/m q2＝11.92kN/m q2'＝7.94kN/m

P1?3.75?3.6?5.66?4.725?7.2?2.16???7.2?0.5???3.3?0.4??3.3?0.422.1?1.8?2??0.45?2.1?1.8?2?3.281?3.75?2.00?7.5??150.84kN

p2??3.75?3.6??3.6?3.6?1.2??1.2??5.66?4.725?7.2?2.00??7.2?0.5???3.3?0.4??3.281??3.75?1.2??2.00?7.5??212.14kN3.3?0.42

框架计算简图

31

屋面上线荷载：

q1＝q1?q2?4.725?20.376?25.10kN/m

楼面梁上线荷载：

q1'＝q1'?q2'?3.5?4.725?3.31?3.6?3.5?20.14kN/m

q3'＝4.725?5?8?13.585?10.06kN/m q4'＝4.725?5?8?3.31?2.4?6.54kN/m

固端弯矩计算

固端弯矩计算表

边跨框架梁 中间跨框架梁 ±1／12ql2 顶层 =1／12×25.10×7.52 =±117.66 kN·m ±1／12ql2 底层及标准层 =1／12×20.14×7.52 =±94.41 kN·m 节点分配系数μ计算 μμμμ

±1／12ql2 =1／12×10.06×2.42 =±4.83 kN·m ±1／12ql2 =1／12×6.54×2.42 =±3.14 kN·m A6B6

=

4?6.864?6.86?4?3.364?3.364?6.86?4?3.364?6.86?0.67?0.33

?0.53?0.21A6B5=

B6A6

= =

4?6.86?4?3.36?4?2.6684?2.6684?6.86?4?3.36?4?2.668

32

B6C6

A6B6=

4?3.364?6.86?4?3.36?4?2.668?0.26μ

顶层分配系数计算过程如下（其它层计算方法相同），见下表

顶层分配系数计算表

节点A各杆端分配系数μ 节点B各杆端分配系数μ A6B6 0.67 B6A6 0.53 顶层 A6A5 0.33 B6C6 0.21 B6B5 0.26 A5B5 0.50 B5A5 0.42 A5A4 标准层 A5A6 0.25 B5B4 0.21 0.25 B5B6 0.21 B5C5 0.16 A1B1 0.44 B1A1 0.38 A1A2 底层 A1A0 0.22 B1C1 0.15 0.34 B1B0 0.29

B1B2 0.18 33

风荷载及内力分析 风荷载计算

基本风压值：w0=0.35 kN/m2

Βz值由于建筑物总高度不超过30m，所以Βz=1.0

查《荷载规范》得μs，迎风面μs=0.8，背风面μs=-0.5，所以取μs=1.3 查表得μz值，一层μz=0.74，二～四层μz=0.84 得风荷载标准值wk

一层wk=Βzμzμs w0=1.0×0.74×1.3×0.35 kN/m2=0.37 kN/m2 二～四层wk=Βzμzμs w0=1.0×0.84×1.3×0.35 kN/m2=0.38 kN/m2 风荷载的线荷载标准值qk:

一层qk=wk×7.2=0.37×7.2 kN/m=2.7 kN/m 二～四层qk=wk×7.2=0.38×7.2 kN/m=2.7 kN/m

为简化计算，将矩形分布的风荷载折算成节点集中力Fik 第四层2.7 kN/m×3／2×2m=8.1 kN 第三层2.7 kN/m×（3／2+3／2）m=8.1 kN 第二层2.7 kN/m×3／2×2m=8.1 kN 第一层2.7 kN/m×（3／2+3.3／2）m=8.5kN 风荷载作用下荷载分布图如下图所示：

34

图6.1 风荷载作用下荷载分布图

各柱的D值及剪力分配系数y计算

风荷载作用下需考虑框架节点的侧移，采用D值法，各柱的D值及剪力分配系数见表6.1

表6.1 各柱的D值及剪力分配系数

层次及 层高 柱号 A 二～四层（3.6m） B C D A 一层（3.9m） B C D K ?c D ΣD Y= D／ΣD 0.227 1.317 0.397 1.829 0.478 1.829 0.478 1.317 0.397 2.042 0.629 2.836 0.690 2.836 0.690 2.042 0.629 2.7568×106 3.3192×10 3.3192×10 2.7568×106 2.3289×106 2.5547×106 2.5547×10 2.3289×106 66612.152×10 40.273 0.273 0.227 0.238 9.7672×10 40.262 0.262 0.238 各柱的D值及剪力分配系数y值计算

风荷载作用下需考虑框架节点的侧移，各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩见表6.2

表6.2各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩

层号 ΣD ΣDi Vi kN 4.79 Y1 M底 M顶 kN·m 7.90 0.17 9.50 10.54 0.24 柱号 ηc kN/m kN/m 21.1 Y0 y2 y3 0.45 0 0.45 0 0.47 0 0.49 0 0.50 0 y kN·m 0.45 6.47 0.45 7.78 0.47 9.35 Δi mm M mm 四 A（D） 0.227 12.152B（C） 0.273 ×10 A（D） 0.227 12.152三 B（C） 0.273 ×10 二 A（D） 0.227 12.152B（C） 0.273 ×10 一 A（D） 0.238 9.7672B（C） 0.262 ×10 44445.76 6.63 29.2 7.97 8.47 37.3 0.49 11.72 12.19 0.50 12.71 12.71 0.31 0.50 15.27 15.27 0.55 19.78 16.19 0.47 0.55 21.78 17.82 10.18 0.50 0 10.90 0.55 0 45.8 12.00 0.55 0 由表中数据可知,最大层间弹性位移转角发生在第一层，满足《建筑抗震设计规范》的要求，框架抗侧移刚度满足要求。

35

第四层A节点已知MA4A5=3.72kN·m ， MA4A3=7.90kN·m,则MA4B4=11.62kN·m B节点已知MB4B5=4.96kN·m MB4B3= 9.50 kN·m,则 MB4A4=10.22kN·m MB4C4=3.97kN·m

第三层A节点已知MA3A4=6.47kN·m ， MA3A2=10.54kN·m,则MA3B3=17.01kN·m B节点已知MB3B4=7.78kN·m MB3B2= 12.19 kN·m,则 MB3A3=14.38kN·m MB3C3=5.59kN·m

第二层A节点已知MA2A3=9.35kN·m ， MA2A1=12.71kN·m,则MA2B2=22.06kN·m B节点已知MB5B6=1.57kN·m MB5B4= 5.96 kN·m,则 MB2B3=11.72kN·m MB2C2=7.56kN·m

第一层A节点已知MA1A2=12.71kN·m ， MA1A0=16.19kN·m,则MA1B1=28.9kN·m B节点已知MB1B2=15.27kN·m MB1B0= 17.82 kN·m,则 MB1A1=23.82kN·m MB1C1=9.27kN·m

风荷载作用下弯矩图，根据上述计算可得风荷载作用下的弯矩图

36

风荷载作用下的弯矩图

6.2.2活载计算

活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图6.3所示。 对于第4层： 在屋面活荷载作用下

37

q2＝0.5?3.6＝1.8kN/m q2'＝0.5?2.4＝1.2kN/m p1=3.75?3.6?0.5?6.75kN

p2=?3.75?3.6??3.6?3.6-1.2??1.2??0.5?10.35kN

图6.3 各层梁上作用的活载

在屋面雪荷载作用下

q2＝0.45?3.6＝1.62kN/m q2'＝0.45?2.4＝1.08kN/m p1=3.75?3.6?0.45?6.075kN

p2=?3.75?3.6??3.6?3.6-1.2??1.2??0.45?6.5475kN

对于2~3层和第1层：

q2＝2.0?3.6＝7.2kN/m q2'＝2.0?2.4＝4.8kN/m p1=3.75?3.6?2.0?27.00kN

p2=?3.75?3.6??3.6?3.6-1.2??1.2??2.0?41.4kN

将以上计算结果汇总，见表6.1、表6.2和表6.3。

表6.1 横向框架恒载汇总表

38

层次 4 3 2 1 q1

q1' q2 q2' P1 /kN 144.25 144.25 144.25 150.84 P2 /kN 205.46 205.46 205.46 212.14 /(kN/m) /(kN/m) /(kN/m) /(kN/m) 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 11.92 11.92 11.92 11.92 7.94 7.94 7.94 7.94

表6.2 横向框架活载汇总表

层次 4 3 2 1

表6.3 横向框架重力荷载代表值汇总表

层次 4 3 2 1 q1 q1' q2 q2' P1 /kN 157.75 157.75 157.75 164.34 P2 /kN 226.16 226.16 226.16 232.84 q2 /(kN/m) 7.2 7.2 7.2 7.2 q2' /(kN/m) 4.8 4.8 4.8 4.8 P1 /kN 27 27 27 27 P2 /kN 41.4 41.4 41.4 41.4 /(kN/m) /(kN/m) /(kN/m) /(kN/m) 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 4.725 15.52 15.52 15.52 15.52 10.34 10.34 10.34 10.34 6.2.3内力计算 梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算。由于结构和荷载对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图6.4、图6.5和图6.6所示，所得弯矩图如图6.7、图6.8和图6.9所示。

39

上柱00下柱0.3338.819.86.2右梁0.67-117.6678.8-29.913.5

左梁0.53上柱0下柱0.26右梁0.21117.660-59.839.4-22.7-4.83-29.3-22.6-7.911.3-11.1-9.055.20.2519.519.4-3.40.2519.59.8-3.4-55.20.50-78.039-15.7-6.874.60.420.21-48.325.10.210.1678.0-31.4-15.719.5-1.2-14.7-0.6-3.14-15.7-12.0-7.96.0-0.6-0.535.50.2519.59.8-1.025.90.2519.59.8-1.0-61.50.50-78.03915.7-2.064.90.42-31.00.21-24.2-9.640.210.1678.0-31.4-15.719.5-4.1-7.9-2.6-3.14-15.7-12.0-7.96.0-2.0-1.628.30.2519.59.8-1.028.30.2519.59.8-1.0-56.70.50-78.03915.7-2.062.00.42-5.20.21-5.20.21-10.740.16 78.0-31.4-15.719.5-4.1-7.9-2.6-3.14-15.7-12.0-7.96.0-2.0-1.628.30.2519.59.8-0.728.30.2519.58.6-0.7-56.70.50-78.03915.7-1.362.00.42-5.20.21-5.20.21-10.740.1678.0-31.4-15.719.5-7.9-4.5-2.3-3.14-15.7-12.0-6.86.0-2.3-1.728.60.2217.29.81.027.40.3426.5-56.00.44-78.034.3-14.261.60.3878.0-28.417.2-5.7-25.90.18-13.5-7.9-2.7-24.80.29-21.7-10.840.15-3.14-11.25.61.51.9-4.3-2.228.028.0-56.061.1-24.1-26.0-10.9414.0-13.0图6.4 恒载作用下的弯矩二次分配

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