实验楼计算书

高校实验楼毕业设计

苏州科技学院成教院

毕 业 设 计

题目： 高校实验教学楼设计

姓名： 周 宇 学号： 年级： 09土木工程 指导教师： 殷志文 时间： 2011年11月

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目 录

前言┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1 毕业设计任务书┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2 毕业设计中英文摘要┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5 工程概况┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6 设计主要依据及资料┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 结构设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 一、框架结构布置及截面选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 二、材料选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄9 三、荷载计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10 四、竖向荷载作用下内力计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄14 五、水平地震力作用下框架的侧移验算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄18 六、框架梁柱的内力组合┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄23 七、双向板的配筋计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄36 八、梁配筋计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄44 九、柱配筋计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄54 十、柱斜截面计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄60 十一、节点设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄62 十二、楼梯配筋计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄65 十三、基础配筋计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄71

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前 言

本毕业设计书系根据此次苏州科技学院成教院毕业设计任务书的要求编写的,具体的题目是：高校实验教学楼设计。本次毕业设计的内容包括：建筑设计和结构设计。

此稿是根据我国的《建筑设计防火规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《建筑地基基础设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构通用图集》、《建筑结构构造资料集》、《建筑施工手册》、《建筑工程预算定额》、《混凝土结构质量验收规范》及教科书《房屋建筑学》、《钢筋混凝土结构》、《建筑抗震》、《建筑施工》编写的，方法可靠，实践性较强，资料可靠，针对性强，条理清晰，概念清楚，实用性强。

本次毕业设计凝结了个人的汗水和心血，由于时间较为紧张，设计书中的不完善之处，请老师指正。

2011年11月

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中 文 摘 要

本次毕业设计的设计题目为高校实验教学楼工程，包括建筑、结构两方面的设计，建筑面积6415.2m2，层数为5层，总高度19.8m。结构形式采用钢筋混凝土框架结构，，隔墙用轻质混凝土砌块填充墙。建筑平面设计中充分考虑了教学楼建筑的功能分区及各种功能房间之间的联系，房间的布置备尽量满足其功能的需要；立面设计充分体现了建筑物的现代风格。

在结构设计中，依照6度设防烈度进行抗震设计，用底部剪力法计算水平地震作用，用弯矩二次分配法计算结构在竖向荷载作用下的内力，用《建筑抗震设计规范》规定的方法进行内力组合，求一榀框架的内力设计值并配筋。

关键词 教学楼设计 ， 框架结构 ， 结构计算

ABSTRACT

The title of this graduation design is Experimental teaching building, including the design of architecture and structure .The total architectural area of this building，which is sevenfloored, is7348m2, and the height is25.8m. The structure system is frame structure of concrete cast in site, using lateral and longitudinal frame jointly to carry the loads. In order to reduce the dead weight of the structure, the partition wall is made of lightweight concrete masonry unit．During the design of the architectural plan, the functional zoning partition and the connection between different zoning are taken into special consideration, and the layout of the rooms is elaborately designed to satisfy its functional requirement．

The elevation of this building is schemed to take on a modernistic look. The seismic degree for design is 7°.In the structural design， the bottom shear method is used to calculate the action of horizontal seismic, and the moment quadratic distribution method is used to calculate the internal force of the structure under vertical loads．After all this work has been done, the method provided by the code for the design of anti－seismic structure is used to combine the inertial force and calculate the reinforcement of one lateral frame．

Keywords teaching-building ,Frame structure , structural calculation

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工程概况：

苏州科技学院成教院高校实验教学楼工程座落于苏州市新区。该工程占地面积1283平方米，建筑面积6415.2平方米，平面形状呈“一”字形，东西方向长64.8米，南北方向长19.8米，建筑物共5层，层高3.5米，总高度20.50米。室内外高差0.3米。

该工程基础为条形基础，主体为框架结构，地面为防滑耐磨地砖，顶棚、墙面装饰材料采用涂料粉刷，外墙要求采用彩色涂料刷面，颜色自定；铝合金窗、木门。抗震设计烈度6度，建筑物所在场地为Ⅲ类，土质均匀，建筑物防火等级为Ⅱ级。 设计依据：

a) 国家及江苏省现行的有关结构设计规范、规程及规定。 b) 苏州科技学院成教院毕业设计任务书

c) 本工程的活载取值严格按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）执行。 柱截面尺寸的确定

柱截面高度可以取h??1/15?1/20?H，H为层高；柱截面宽度可以取为b??1?2/3?h。选定柱截面尺寸为600 mm×600mm 梁尺寸确定

框架梁截面高度取梁跨度的l/8~l/12。该工程框架为纵横向承重，根据梁跨度可初步确定框架梁650mm×400mm 楼板厚度

楼板为现浇双向板，根据经验板厚取120mm。 基本假定与计算简图 1) 基本假定

第一：平面结构假定：该工程平面为正交布置，可认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力。

第二：由于结构体型规整，布置对称均匀，结构在水平荷载作用下不计扭转影响。 2) 计算简图

在横向水平力作用下，连梁对墙产生约束弯矩，因此将结构简化为刚结计算体系。

荷载计算

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作用在框架结构上的荷载通常为恒载和活载。恒载包括结构自重、结构表面的粉灰重、土压力、预加应力等。活荷载包括楼面和屋面活荷载、风荷载、雪荷载、安装荷载等。

竖向荷载主要是结构自重（恒载）和使用荷载（活载）。结构自重可由构件截面尺寸直接计算，建筑材料单位体积重量按荷载规范取值。使用荷载（活荷载）按荷载规范取值，楼面活荷载折减系数按荷载规范取用。 侧移计算及控制

框架结构的侧移由梁柱杆件弯曲变形和柱的轴向变形产生的。在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。在近似计算中，一般只需计算由杆件弯曲引起的变形。 当一般装修标准时，框架结构在地震作用下层间位移和层高之比、顶点位移与总高之比分别为1：650，1：700。

框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550的限值。 内力计算及组合

1) 竖向荷载下的内力计算

竖向荷载下内力计算首先根据楼盖的结构平面布置，将竖向荷载传递给每榀框架。框架结构在竖向荷载下的内力计算采用分层法计算各敞口单元的内力，然后在将各敞口单元的内力进行叠加；连梁考虑塑性内力重分布而进行调幅，按两端固定进行计算。 2) 水平荷载下的计算

利用D值法计算出框架在水平荷载作用下的层间水平力，然后将作用在每一层上的水平力按照该榀框架各柱的刚度比进行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的弯矩，利用节点平衡求出梁端弯矩。 3) 内力组合

第一：荷载组合。荷载组合简化如下：

（1）恒荷载+活荷载、（2）恒荷载+风荷载、（3）恒荷载+活荷载+风荷载、（4）恒荷载+地震荷载+活荷载。

第二：控制截面及不利内力。框架梁柱应进行组合的层一般为顶上二层，底层，混凝土强

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度、截面尺寸有改变层及体系反弯点所在层。

框架梁控制截面及不利内力为：支座截面，－Mmax，Vmax，跨中截面，Mmax。

框架柱控制截面为每层上、下截面，每截面组合：Mmax及相应的N、V，Nmax及相应M、V，Nmin及相应M、V。 基础设计

在荷载作用下，建筑物的地基、基础和上部结构3部分彼此联系、相互制约。设计时应根据地质资料，综合考虑地基——基础——上部结构的相互作用与施工条件，通过经济条件比较，选取安全可靠、经济合理、技术先进和施工简便的地基基础方案。根据上部结构、工程地质、施工等因素，优先选用整体性较好的独立基础。 施工材料

第一：本工程中所采用的钢筋箍筋为Ⅰ级钢，fy=210N/m㎡,主筋为Ⅲ级钢， fy=400N/m㎡。

第二：柱梁钢筋混凝土保护层为35mm,板为15mm。 第三：钢筋的锚固和搭接按国家现行规范执行。 第四：本工程所有混凝土强度等级均为C30。

第五：墙体外墙及疏散楼梯间采用240厚蒸压灰砂砖。

第六：当门窗洞宽≤1000mm时,应采用钢筋砖过梁,两端伸入支座370并弯直钩;门窗洞宽≥1000mm时,设置钢筋混凝土过梁。 施工要求及其他设计说明

第一：本工程上部楼板设计时未考虑较大施工堆载（均布），当外荷载达到3.0Kn/m时，应采取可靠措施予以保护。

第二：本工程女儿墙压顶圈梁为240mm×120mm，内配3φ12，?φ6@200，构造柱为240mm×240mm，内配4φ12，φ6@200，间隔不大于2000mm

第三；施工缝接缝应认真处理，在混凝土浇筑前必须清除杂物，洗净湿润，在刷2度纯水泥浆后，用高一级的水泥沙浆接头，再浇筑混凝土。

第四：未详尽说明处，按相关规范执行。 设计计算书 设计原始资料

（1）.全年平均风速3.9m/s，30年一遇最大风速 25.3m/s;全年最多风向东南。

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(2).常年地下水位天然地面以下3米，水质对混凝土没有侵蚀作用。

(3).最大积雪厚度16m，基本雪压SO=0.4KN/M2,基本风压WO=0.4 KN/M2,土壤最大冻结深度0.09m。

(4).抗震设防烈度6度，设计地震分组第一组. (5).地质条件

建筑场地地基土层可分为五层，自上而下为： 序号 1 2 3 4 5 结构布置及计算简图

根据该房屋的使用功能及建筑设计的需求，进行了建筑平面、立面、及剖面设计其各层建筑平面剖面示意图如建筑设计图，主体结构5层，层高均为3.5m。

填充墙面采用240 mm厚的灰砂砖砌筑，门为木门，窗为铝合金窗，门窗洞口尺寸见门窗表。 楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚度取120mm，梁载面高度按梁跨度的1/12~1/8估算，由此估算的梁载面尺寸见表1，表中还给出柱板的砱强度等级。C30（fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2）

表1 梁截面尺寸 横梁（b?h） 层次 砼强度 AC跨 1-5 柱载面尺寸可根据式N=βFgEn Ac≥N/[UN]fc估算表2查得该框架结构在30m以下，地震震级为三级，其轴压比值[UN]=0.9

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岩石名称 表层杂填土 淤泥质粘土 粉质粘土 粉土 粉砂 厚度（m） 0.3 0.8~1.2 3~4.5 5~6 未穿透 Fak(MPa) --- 80 210 220 220 纵梁(b?h) CD跨 DF跨 400?650 C30 400?650 400?650 400?650 高校实验楼毕业设计

表2 抗震等级分类

结构类型 6 框架结构

表3 轴压比限值 抗 震 等 级 结构类型 一 框架结构 0.7 二 0.8 三 0.9 框架 剧场、体育等 四 三 三 三 二 二 二 一 一 一 一 高度/m 烈 度 7 8 9 ≤25 ≤30 ＞30 ≤30 ＞30 ≤30 ＞30 柱截面尺寸：柱截面高度可取h=（1/15-1/20）H，H为层高；柱截面高度可取b=（1-2/3）h，并按下述方法进行初步估算。

a） 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2-1.4的放大系数。

b） 对于有抗震设防要求的框架结构,为保证柱有足够的延性,需要限制柱的轴压比,柱截面面积应满足下列要求。

A?N/?fc

c) 框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比不宜大于4。

根据上述规定并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值统一取600?600mm。

基础采用柱下条形基础，基础+距离室外地平3m，室内外高差为0.3m,框架结构计算简图如图所示，取顶层柱的形心线作为框架柱的轴线，梁轴线取至板底，2-5层柱高度即为层高3.5m，底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=5.5+2.8=8.3m。框架计算简图见图1。

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图1 框架计算简图

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荷载计算 恒载标准值计算 屋面及楼面恒载

屋面：

高聚物改性沥青防水层： 0.5 kN/m2 20厚水泥砂浆找平： 0.02×20=0.4 kN/m2 150厚水泥蛭石保温层: 0.15×5=0.75 kN/m2 120厚钢筋混凝土结构层: 0.12×25=3 kN/m2 20厚底板抹灰： 0.02×17=0.34 kN/m2

4.99kN/m2

楼面：

防滑耐磨地砖 0.012×28=0.336 kN/m2 120厚砼板： 0.12×25=3 kN/m2 20厚板底抹灰： 0.34 kN/m2

3.676kN/m

屋面及楼面活载

楼面活载： 教室： 2.0 kN/m2 厕所： 2.0 kN/m2 走廊、门厅、楼梯: 2.5 kN/m2 屋面活载： 不上人屋面: 1.5 kN/m2 雪载： 本题目基本雪压：S0=0.3 kN/m2 ,屋面积雪分布系数?r =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 梁荷载标准值

框架梁 b1×h1=400×650 mm2 梁自重 0.4×（0.65-0.1）×25=5.5kN/m

10厚水泥石灰膏砂浆0.01×（0.65-0.1）×2×14=0.154kN/m

5.654kN/m

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墙荷载标准值

外： 250mm厚加气混凝土砌块 0.25 ×7 =1.75 kN/m2

20厚底板抹灰 0.02×17=0.34 kN/m2

6厚彩色涂料 0.006×19.8 =0.1188 kN/m2 2.209 kN/m2 内： 250mm厚加气混凝土砌块 0.25 ×7 =1.75 kN/m2

20厚底板抹灰： 0.02×17=0.34 kN/m

20厚水泥粉刷墙面 0.02×17=0.34 kN/m2 2.43 kN/m2

女儿墙：

6厚水泥砂浆罩面 0.006×20=0.12 kN/m2 12水泥砂浆打底 0.012×20=0.24 kN/m2 240粘土空心砖 0.24×11=2.64 kN/m2 20厚水泥粉刷墙面 0.02×17=0.34 kN/m2 3.119 kN/m2 门,窗及楼梯间荷载 门窗荷载标准值：

铝合金窗单位面积取0.35 KN/m2 ，木门取0.2 KN/m2 楼梯荷载标准值：

楼梯底板厚取为120㎜，平台梁截面尺寸为240㎜×240㎜

楼梯板自重 0.24×（0. 074＋0.15＋0.074）×0.24×25÷0.3=3.73KN/m2 人造大理石面层 （0.3＋0.15）×0.336÷0.3=0.504 KN/m2 板底20厚水泥抹灰 0.34×0.02×12÷0.3=0.36 KN/m2 合 计 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=3600－300=3300㎜ ，其自重 =0.3×0.2×3.3×25=4.95KN，

竖向荷载内力计算

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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：

恒荷载作用下的荷载分布图

对于第4层，

q1″表横梁自重，为均布荷载形式。 q1 =3.89KN/m

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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)×2×3.567+1.58×3.0+3.119×3.0×1.4=25.87 P2 =(1.5×1.5×1/2)×4×3.567 +1.58×3.0=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1-3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 P1= P4= (1.5×1.5×1/2)×2×3.567+1.58×3.0+4.45×3.0=26.12 P2 = P3 =(1.5×1.5×1/2)×4×3.567 +1.58×3.0+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 =（1-2α2+α3）q2 本设计中AB,CD跨α=1.5/7.2=0.21 q =0.92q2

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三角形：q =0.625 q2， 对于第4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 =21.77×7.22/12 =94.05 （KN.m） BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =21.77×3.02/12 =16.33 （KN.m） 对于第1-3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 =13.73×7.22/12 =59.31 （KN.m） BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =10.58×3.02/12 =7.94 （KN.m） 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Si为转动刚度

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。

Si

?S

i 15

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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

5.4.4 活载作用下柱的内力计算

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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)×2×2.0+1.58×3.0=9.24 KN P2 =(1.5×1.5×1/2)×4×2.0 +1.58×3.0=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)×2×0.3+1.58×3.0=5.42 KN P2 =(1.5×1.5×1/2)×4×0.3 +1.58×3.0=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

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q2=2.5×3.0=7.5 KN/m

P1 = (1.5×1.5×1/2)×2×2.0+1.58×3.0=9.24 KN

P2 =(1.5×1.5×1/2)×2×2.0+(1.5×1.5×1/2)×2×2.5+1.58×3.0=14.87 KN 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 5 1-4

3.89 3.89

表5-2 横向框架活载汇总表 q1

层次 5 1-4

6.0 6.0

6.0 7.5

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

q2 P1P4 P2

P3 KN

M1 M4

M2 M3

KN/m KN/m KN

KN·m KN·m 2.59 2.61

2.08 4.19

19.44 25.87 20.79 10.70 26.12 41.94

q2 P1P4 P2

P3 KN

9.24 13.74 9.24 14.78

M1 M4

M2 M3

KN/m KN/m KN

KN·m KN·m 0.92 0.92

1.37 1.48

AB,CD跨梁端弯矩：-MAB= MB A=ql2AB/12

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=5.52×7.22/12 =23.85 （KN.m） BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =3.75×3.02/12 =2.81 （KN.m） 对于第1-4层，

AB,CD跨梁： q=0.92×6.0=5.52KN/m BC跨：q，=0.625×7.5=4.69KN/m AB,CD跨梁端弯矩：-MBD= MDB=ql2BD/12 =5.52×7.22/12 =23.85 （KN.m） BC跨梁端弯矩：-MBC= MCB=ql2AB/12 =4.69×3.02/12 =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

23

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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 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）

荷载引起的剪弯矩引起的剪层

力

力

AB跨 VA

VB

BC跨 VB=VC 24.06 15.87 15.87 15.87

Nu 99.20

A柱

Nb

Nu

B柱

Nb

总剪力

柱轴力

次 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨

VA=VB VB=VC VA=-VB VB=VC 5 78.372 24.06 4 3 2 1

49.43 49.43 49.43 49.43

15.87 15.87 15.87 15.87

-5.04 -1.61 -1.95 -1.95 -2.23

0 0 0 0 0

73.33 83.41 47.82 51.04 47.48 51.38 47.48 51.38

112.00 128.26 141.06

185.94 198.74 234.09 246.89 272.34 285.14 340.26 353.06 358.74 371.54 446.43 459.23 444.86 457.66 552.88 565.68

47.20 51.66 15.87

表5-4 活载作用下梁端剪力及柱轴力（KN）

荷载引起的剪弯矩引起的剪层

力

力

AB跨 VA

VB

BC跨 VB=VC

Nu A柱

Nb

Nu

B柱

Nb

总剪力

柱轴力

次 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨

VA=VB VB=VC VA=-VB VB=VC 5 4

19.87 19.87

5.63 7.04

-1.18 -0.77

0 0

18.69 21.05 5.63 19.10 20.64 7.04

27.93 40.73 40.42 53.22 69.07 81.87 95.77 108.57

24

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3 2 1

19.87 19.87 19.87

7.04 7.04 7.04

-0.81 -0.81 -0.92

0 0 0

19.06 20.68 7.04 19.06 20.68 7.04 18.95 20.79 7.04

110.17 122.97 151.16 163.96 151.27 164.07 206.55 219.35 192.26 205.06 262.05 274.85

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

净 跨

截 面

荷载标准

数 量

单 重

总 重

（mm） （mm） 值（KN/m2） (根) 7200 3000 3000

300×600 300×600 200×400

3.89 3.89 1.58

30 15 56

（KN） （KN） 28.01 11.67 4.74

840.3 175.05 256.44 1271.49

横梁 纵向连系

梁 合计

表5－6 柱重力统计

类别 柱 合计

25

计算高度截 面 密 度体 积 数 量 单 重 总 重

（mm） （mm） （KN/m3） （m3） 3200

400×400

25

0.512

（根） （KN） （KN） 60

12.8

768 768

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内外填充墙重的计算：

表5－7 柱重力统计

类别

外墙

内墙

总计算长度 （m） 120.4 86.4 72.8

合 计

墙计算高度

（m） 2.7 2.7 2.9

0.25 0.25 0.25

7 7 7

568.89 408.24 369.46 1346.59

墙厚计算值 荷载标准值 （m）

（KN/m2）

总 重 （KN）

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:86.4×3.567×1.2 + 668.32×3.567=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

由以上计算可知，一层重力荷载代表值为 G1=G 恒+0.5×G活

=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

26

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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

总计算长

类别

度 （m）

女儿墙 外墙 内墙 合计

120.4 120.4 86.4 78.8

1．4 2.7 2.7 2.9

0．24 0.25 0.25 0.25

11 7 7 7

445.00 568.89 408.24 399.91 1822.04

墙计算高度 墙厚计算荷载标准值

（m） 值（m） （KN/m2）

总 重 （KN）

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:86.4×3.567×1.2 + 668.32×6.48=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×G活

=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：

27

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图5-9 重力荷载代表值

28

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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?zWo (6-1)

式中 Wk —风荷载标准值（kN/m2）；

?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

29

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图6-1 风荷载示意图

表6-2 侧移值计算表

Wk Vj ED △u △u/h 6.411405 6.41 50666.00 0.00013 0.000008 6.187896 12.60 50666.00 0.00025 0.000019 5.593302 18.19 50666.00 0.00036 0.000036 4.998708 23.19 50666.00 0.00046 0.000069 4.404114

27.59

61972.00 0.00045

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。

30

(6-3) (6-4) (6-5) (6-6)

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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。

表6-3 A、D柱弯矩计算表

hi

层号 5 4 3 2 1

表6-4 B、C柱弯矩计算表

hi

层号 5 4 3 2 1

表6-5 风载作用下柱端剪力和轴力计算图

层次 5

AB,CD梁剪力计算 M1

M2

l

VA,D

BC梁剪力计算 M3

M4

l

柱轴力计算

/m 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3

K 4.05

V 6.41

∑Dij Di/∑Dij 50666

Di

Vi

y 0.45 0.50 0.50 0.50 0.55

yh 1.49 1.65 1.65 1.65

Mc上 Mc下 Mb总 3.22 4.78 6.63 8.48

2.64 4.78 6.63 8.48

3.22 7.41 11.41 15.11

14028 0.277 1.77 14028 0.277 2.90 14028 0.277 4.02 14028 0.277 5.14 17168 0.277 6.85

/m 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3

K 2.37

V 6.41

∑Dij Di/∑Dij 50666

Di

Vi

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 Mb总 2.74 5.10 6.70 8.54

1.98 4.17 6.70 8.54

14.78 7.09 10.87 15.23 17.67

11305 0.223 1.43 11305 0.223 2.81 11305 0.223 4.06 11305 0.223 5.17 13818 0.223 6.15

2.37 12.60 50666 2.37 18.19 50666 2.37 23.19 50666 2.37 27.59 61972

9.14 11.17

4.05 10.46 50666 4.05 14.51 50666 4.05 18.56 50666 6.18 24.74 61972

1.82 10.18 12.44 18.66

VB,C A,D柱轴力 B,C柱轴力

-0.64

-0.25

2.74 1.88 7.2 0.64 1.34 1.34 3 0.89

31

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4 3 2 1

7.09 4.33 7.2 1.59 3.08 3.08 10.87 6.66 7.2 2.44 4.75 4.75 15.23 8.82 7.2 3.34 6.29 6.29 17.67 10.90 7.2 3.97 7.76 7.76

3 2.06 3 3.16 3 4.19 3 5.18

-2.23 -4.66 -8.00 -11.97

-0.72 -1.45 -2.30 -3.51

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 (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：

32

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VGi=∑Gk (6-8) （△u）i= VGi/∑D ij (6-9)

uT=∑（△u）k

(6-10)

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。

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

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

33

Gi（KN） ∑D i（N/m） 9336.75 7006.55 7006.55 7006.55 6976.10

△u（ im）ui（m）

759990 12.28×10－3 47.44×10－3 759990 9.22×10－3

－

759990 9.22×103

35.16×10－3 25.94×103

－

759990 9.22×10－3 929580 7.50×10－3

16.72×10－3 7.50×10－3

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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） (6-11) 地震作用下各楼层水平地震层间剪力Vi为

Vi=∑Fk（i=1，2，…n） (6-12) 计算过程如下表：

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

Hi（m） Gi（KN） GiHi（KN·m） GiHi/∑GjHj

16.5 13.2 9.9 6.6 3.3

9336.75 7006.55 7006.55 7006.55 6976.10

154056.38 92486.46 69364.85 46243.23 23021.13 381418.16

0.404 0.242 0.182 0.121 0.060

Fi

（KN）

1025.36 615.56 461.67 307.78 153.22

Vi

（KN）

1025.36 1640.92 2102.60 2410.38 2563.60

5 4 3 2 1 ∑

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：

34

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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 (6-13) u i=∑（△u）k (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

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 Vi（KN） 5 4

1025.36 1640.92

∑D i（N/mm）

759990 759990

△ui （m） ui（m）

0.00135 0.00216

0.01221 0.01086

hi（m） ζe=（△u）i /hi

3.3 3.3

1/2446 1/1528

35

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3 2 1

2102.60 2410.38 2563.60

759990 759990 929580

0.00277 0.00317 0.00276

0.00870 0.00593 0.00276

3.3 3.3 3.3

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

hi（m）

（KN） （N/mm） 次

Vi

∑D ij

Di1 （N/mm）

53.3 43.3 33.3 23.3 13.3

表6-10 各层柱端弯矩及剪力计算（B、C柱）

层

hi

Vi

∑D ij

2，3号柱

759990 759990 759990 759990 929580

Vi1 （KN）

k

y （

M 上 （KN·m）

M 下 （KN·m）

m）

0.

1025.36 1640.92 2102.60 2410.38 2563.60

11305 2.37

19.22173 42 11305 2.37 33.68042 45 11305 2.37 44.52444 50 11305 2.37 51.75378 50 13818 2.37 55.31332 55

29.19 44.30 51.61 59.16 56.59

21.14 36.25 51.61 59.16 69.16

0.0.0.0.

36

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次 （m） （KN） （N/mm）

Di2 （N/mm）

Vi2 （KN）

4.

18.93 05

4.

30.29 05

4.

38.81 05

4.

44.49 05

4.

47.35 05

k

y （m） 0.45 0．50 0.50 0．50 0.55

M 上M下

（KN·m） （KN·m）

5 3.3

1025.36

759990 14028

34.35 28.11

4 3.3

1640.92 2102.60

759990 14028

49.98 64.04

49.98 64.04

3 3.3 759990 14028

2 3.3

2410.38 2563.60

759990 14028

73.41 70.31

73.41 85.93

1 3.3

929580 17168

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） (6-15) M r b=i r b（Mbi+1，j + M u i，j）/（i l b+ i r b） (6-16) V b=（M l b+ M r b）/ l (6-17) Ni=∑（V l b- V r b）k (6-18 ) 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

层次

M1b 5 4 3 2 1

29.19 65.44 87.85

M2b 20.06 45.60 66.58

l 7.2 7.2 7.2 7.2 7.2

Vb 6.84

M3b

M4b

l 3 3 3 3 3

Vb 9.53

AB梁 BC梁

BC梁

边柱N -6.84

柱轴力 中柱N -2.69

14.29 14.29

15.42 32.48 32.48 21.45 47.43 47.43 26.53 57.18 57.18 27.73 59.79 59.79

21.65 -22.26 -8.92 31.62 -43.71 -19.09 38.12 -70.25 -30.67 39.86 -97.98 -42.80

110.77 80.27 115.75 83.93

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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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