某六层框架结构学生宿舍楼设计

摘 要

本设计题目为某六层框架结构学生宿舍楼设计，设计中选取结构方案中横向一榀框架第6轴为计算单元。建筑主体共六层，每层层高3.3m，总建筑面积为4500m2，建筑总高度为20.07m，抗震设防烈度为8度，抗震等级为二级，结构采用钢筋混凝土框架形式及桩基础。

本设计包括建筑设计和结构设计两部分。在建筑设计部分主要进行了总体方案设计、平立剖面设计及屋面、楼梯、墙体构造设计，在确定框架布局之后，先进行了层间荷载代表值的计算,由于计算时需考虑抗震要求;抗震设防目标即小震不坏，中震可修，大震不倒;还需考虑抗震设计原则即强柱弱梁，强剪弱弯原则,所以接着进行了结构方案中横向框架A、B、C、D轴框架的抗震设计,利用顶点位移法求出自振周期，进而按底部剪力法计算水平地震荷载作用下大小，进而求出在水平荷载作用下的结构内力（弯矩、剪力、轴力）。结构设计部分选择了一榀典型框架计算恒载及活载作用下的内力和内力组合，通过最不利内力组合计算结构配筋、绘制各主要承重构件结构施工图。

关键词： 建筑设计 结构设计 框架结构 桩基 荷载计算

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Abstract

The purpose of the design is a six-story students’ dormitory portal frame construction design. In the design,to do the antiseismic design in the longitudinal frames of axis 6 for computing element.The architecture has six stories . Its whole floorage is 4500m2, its top is 20.07m high. The earthquake intensity is 8. Style of the building is totally frame structure of reinforced concrete. The foundation of the building is the pile foundation.

The design includes architectural design and structural design of two parts. In some of the major architectural design for the overall program design, flat vertical profile design and roof, stairs, wall structural design, in determining the frame layout, the first carried out on behalf of the interlayer load value is calculated, due to be considered when calculating the seismic requirements; fortification goal that no damage in small earthquake,can repair in moderate earquake, no collapse in large earthquake; seismic design principles, namely the need to consider weak beam, strong shear weak bending principles, followed by a horizontal frame structure programs A, B, C, D axis seismic design framework, by using the vertex displacement method for vibration period, thus calculated according to the level of the base shear under seismic load size, and then find in the structure under horizontal load force (moment, shear axial force). Some chose a design framework for calculating typical specimens of dead load and live load combination of internal forces and internal forces, through the most unfavorable combination of computational structural reinforcement force to draw the main load-bearing components construction drawing.

Keywords: Architectural design, Structural design,

Construction management design, Pile foundation Load calculation

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目 录

第一章 绪论 ..................................................................................................................... 1 第二章 建筑设计说明 ..................................................................................................... 4 第三章 结构设计计算 ..................................................................................................... 5 第一节 梁、柱截面及柱高的确定 ............................................................................... 5 第二节 重力荷载计算 ................................................................................................... 7 一、屋面荷载（不上人） ......................................................................................... 7 二、楼面荷载 ............................................................................................................. 8 三、卫生间荷载 ......................................................................................................... 8 四、墙体重力荷载 ..................................................................................................... 9 五、梁柱重力荷载 ..................................................................................................... 9 六、女儿墙重力荷载 ................................................................................................. 9 七、门重力荷载 ....................................................................................................... 10 八、窗重力荷载 ....................................................................................................... 10 九、墙体自重 ........................................................................................................... 10 第四章 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移计算 ........................................... 16 第一节 框架侧移刚度的计算 ..................................................................................... 16 一、梁的线刚度 ....................................................................................................... 16 二、柱的线刚度 ....................................................................................................... 16 三、柱的侧移刚度 ................................................................................................... 16 第二节 框架自振周期的计算 ..................................................................................... 17 第三节 各质点水平地震作用计算及弹性位移验算 ................................................. 17 第三节 水平地震作用下框架内力的计算 ................................................................. 18 第五章 竖向荷载作用下的内力计算 ........................................................................... 23 第一节 横向框架计算单元的确定 ............................................................................. 23 第二节 竖向荷载计算 ................................................................................................. 23 一、恒载计算 ........................................................................................................... 23 二、活载计算 ........................................................................................................... 25 三、内力计算。 ....................................................................................................... 26 第六章 横向框架内力组合 ........................................................................................... 31 第七章 截面计算 ........................................................................................................... 40

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第一节 框架梁设计 ..................................................................................................... 40 第二节 框架柱设计 ..................................................................................................... 43 一、剪跨比和轴压比验算 ....................................................................................... 43 二、A柱正截面承载力计算。 ............................................................................... 44 三、B柱正截面承载力计算 ................................................................................... 46 第三节 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算 ............................................................. 49 第四节 罕遇地震作用下弹塑性变形验算 ................................................................. 51 一、罕遇地震作用下的楼层剪力 ........................................................................... 51 二、楼层受剪承载力计算 ....................................................................................... 51 第五节 基础设计 ......................................................................................................... 54 一、已知条件 ........................................................................................................... 54 二、尺寸的确定 ....................................................................................................... 54 三、桩身配筋 ........................................................................................................... 55 四、桩基承载力 ....................................................................................................... 56 五、桩身承载力 ....................................................................................................... 58 第六节 板的计算 ......................................................................................................... 59 一、AB跨间板的计算 ............................................................................................. 59 二、屋面板的计算 ................................................................................................... 60 三、楼面板的计算 ................................................................................................... 61 结论 ................................................................................................................................... 63 致谢 ................................................................................................................................... 65 参考文献 ........................................................................................................................... 66 附录：外文文献翻译 ....................................................................................................... 67

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第一章 绪论

现今社会高层建筑得到广泛的应用。建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，这样可以部分解决城市用地紧张和地价高涨的问题；建造高层建筑能够提供更多的休闲地面，将这些休闲地面用作绿化和休息场地，有利于美化环境，并带来更充足的日照、采光和通风效果；从城市建设和管理的角度来看，建筑物向高空延伸，可以缩小城市的平面规模等等这些高层建筑的优点使其应用广泛。高层建筑采用的结构可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造高层建筑的一个重要方面。经过结构论证以及设计任务书等实际情况，以及本建筑自身的特点，决定采用钢筋混凝土结构。

框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。本建筑的高宽比H/B小于5，抗震设防烈度为8度，所以选用框架结构体系。但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制。

框架结构抗侧刚度较小，在水平力作用下将产生较大的侧向位移。由于框架构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震下结构整体位移都较大，容易发生震害。此外，非结构性破坏如填充墙、建筑装修和设备管道等破坏较严重。因而其主要适用于非抗震区和层数较少的建筑。

设计的基本要求和做法:建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，还应

考虑建筑与结构，建筑与各种设备等相关技术的综合协调，以及如何以更少的材料，劳动力，投资和时间来实现各种要求，使建筑物做到适用，经济，坚固，美观，这要求建筑师认真学习和贯彻建筑方针政策，正确学习掌握建筑标准，同时要具有广泛的科学技术知识。设计是在规划的前提下，根据任务书的要求综合考虑基地环境，使用功能，结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果。各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。建筑设计包括总体设计和个体设计两部分。

自然条件:建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依

据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；在确定建筑

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物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。

地形、地质及地震烈度:基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。

地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不考虑抗震措施，9度以上地区，地震破坏力很大，一般应尺量避免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点时7、8、9度地震烈度的地区。

技术要求:设计标准化是实现建筑工业化的前提。因为只有设计标准化，做到构件定

型化，使构配件规格，类型少，才有利于大规模采用工厂生产及施工的机械化，从而提高建筑工业化的水平。

除此以外，建筑设计应遵照国家制定的标准，规范以及各地或各部门颁发的标准执行。如：建筑放火规范，采光设计标准，住宅设计规范等。

本建筑的结构设计采用的钢筋混凝土结构有以下的一些优点：

第一：合理的利用了钢筋和混凝土两种材料的受力性能特点，可以形成强度较高、刚度较大的结构构件。这些构件在有些情况下可以用来代替钢构件，因而能够节约刚材，降低造价。

第二：耐久性和耐火性较好，维护费用低。

第三：可模性好，结构造型灵活，可以根据使用需要浇注成各种形状的结构。 第四：现浇钢筋混凝土结构的整体性好，又具备必要的延性，适于用作抗震结构；同时它的防震性和防辐射性也好，亦适于用作防护结构。

第五：混凝土中占比例较大的砂、石材料便于就地取材。

因为钢筋混凝土具有这些特点，所以在建筑结构、地下结构、桥梁、隧道、铁路等土木工程中得到广泛应用。混凝土以成为当今世界上用量最大的建筑材料。但是，钢筋混凝土也存在一些缺点，如自重过大，抗裂性能较差，隔热隔声性能不好，浇注混凝土时需要模板和支撑，户外施工受到季节条件限制，补强修复比较困难。这些缺点在一定程度上限制了钢筋混凝土的应用范围。

框架结构体系一般用于钢结构和钢筋混凝土结构中，由梁和柱通过节点构成承载结构，框架形式可灵活布置建筑空间，使用较方便。

但是随着建筑高度的增加，水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加，从而导致梁柱截面尺寸和配筋量增加，到一定程度，将给建筑平面布置和空间处理带来困难，影响建筑空间的正常使用，在材料用量和造价方面也趋于不合理。因此在使用上层数受到限制，正是因为本设计采用的是小高层，建筑的高宽比H/B小于5，抗震

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设防烈度为6度，建筑高度小于55m，所以选用框架结构体系 。

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第二章 建筑设计说明

工程名称：某六层学生宿舍楼设计 工程位置：兰州市

工程总面积：4500㎡，共六层，矩形，每层层高均为3.3ｍ 结构形式：框架结构 项目简介：

本工程为位于XXXX高校校区内，用于向全院学生提供住宿服务，结构形式为框架结构。 设计条件： 1.场地为Ⅱ类

2.抗震设防烈度：8度，抗震等级：二级。设计地震加速度为0.2g。故设计地震参数为α

max

=0.08,Tg=0.4s

3.基本风压：0.3kN/㎡ 4.基本雪压：0.15kN/㎡ 5.冻土深度：-1.03ｍ

6.楼面活载：寝室、活动室、 2.0 kN/㎡

走廊、厕所、楼梯 2.5 kN/㎡

设计要点: 建筑平面设计：

1.根据建筑功能的要求，确定柱网的尺寸，然后逐一确定各房间的开间和进深。 2.根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸。 3.确定墙体所用材料和厚度，以及门窗的型号和尺寸。 建筑立面设计：

确定门窗的立面形式。 建筑剖面设计：

1.根据建筑物空间组合情况，确定剖面位置在门厅部位。

2.根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯在高度方向上的梯段的尺寸。

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第三章 结构设计计算

第一节 梁、柱截面及柱高的确定

本房屋主体结构为6层,层高均为3.3m。填充墙采用200mm厚陶粒混凝土空心砌块。门为铝合金门，洞口尺寸为1.8m32.1m。窗为塑钢窗。洞口尺寸为1.8m31.8m。楼盖及屋盖采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚为100mm。梁截面高度按跨度的1/12~1/8估算，宽度按高度的1/2~1/3估算。梁、柱采用混凝土的设计强度为C35（fc=16.7 N/mm2,ft=1.67 N/mm2）。梁的截面尺寸如表1

表1 梁的截面尺寸（mm?mm）

混凝土强度 等级 C35 横梁（b3h） AB跨、CD跨、 2503500 BC跨 2503400 纵梁 （b3h） 3003700 次梁1 次梁2 （b3h） （b3h） 2503450 2003450 ??柱的截面有公式

NAfc估算。由该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值

[μ]=0.75，一~六层采用C35混凝土。各层重力荷载代表值近似取13KN/m2。由图2知可知边柱及中柱的负载面积分别为7.232.7m2和7.233.75m2。故第一层柱的截面面积为

1.3?7.2?2.7?13?103?6?147546mm2 边柱Ac?0.8?16.71.25?7.2?3.75?13?103?6?197043mm2 中柱Ac?0.8?16.7柱截面采用正方形，则边柱和中柱截面分别为384mm3384mm和443mm3443mm。 故柱采用正方形截面，边柱和中柱截面分别为450mm3450mm和450mm3450mm。 基础采用独立基础，基础埋深为1.20m。

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图1 结构平面布置图

框架结构计算简图如图3所示。取柱的形心线作为柱的轴线;两轴线取至板底，2~6层柱

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的高度即为层高。底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即 H=3.3+0.05+0.7=4.05m。

图2 横向框架计算简图

第二节 重力荷载计算

一、屋面荷载（不上人） （一）屋面永久荷载标准值:

40厚C30细石混凝土刚性层 2530.04＝1.00 kN/㎡

防水卷材一道 0.15 kN/㎡ 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02320＝0.4 kN/㎡ 120厚泡沫混凝土保温层 430.12＝0.48 kN/㎡ 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.02320＝0.4 kN/㎡ 100厚现浇钢筋混凝土屋面板 0.1325＝2.5 kN/㎡

12厚水泥砂浆吊顶 0.012320＝0.24 kN/㎡

合计 5.17 kN/㎡

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（二）屋面可变荷载标准值:

不上人屋面均布活荷载标准值 0.5kN/㎡ 屋面雪荷载标准值: 0.15kN/㎡

二、楼面荷载

（一）楼面永久荷载标准值:

15厚1:2水泥砂浆 2030.015=0.23 kN/㎡ 20厚1:3水泥砂浆找平层 0.025320=0.5 kN/㎡ 100厚现浇混凝土楼板 0.1325=2.5 kN/㎡

12厚水泥砂浆吊顶 0.012320＝0.24 kN/㎡

合计 = 3.47 kN/㎡

（二）楼面活荷载标准值：

寝室，过道： 2.0 kN/㎡

三、卫生间荷载

永久荷载标准值：

地面砖 0.65 kN/㎡

20厚1：3水泥砂浆搓麻 0.02320=0.4 kN/㎡ 20厚水泥砂浆防水保护层 0.02320＝0.4 kN/㎡ 100厚现浇钢筋混土楼板 0.1325＝2.5 kN/㎡ PVC吊顶 0.2 kN/㎡

10厚水泥砂浆 0.01320＝0.2 kN/㎡

恒载总计: 4.35 kN/㎡ 活荷载标准值： 2.5 kN/㎡

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四、墙体重力荷载

外墙:300mm厚加气混凝土墙，内外墙分别为20mm厚抹灰层，单位面积重力荷载为

7.530.30+1730.0232=2.93 kN/㎡

内墙：200mm厚加气混凝土墙，内外墙分别为20mm厚抹灰层，单位面积重力荷载为

7.530.20+1730.0232=2.18 kN/㎡ 五、梁柱重力荷载 梁柱重力荷载计算见表2。

表2.梁柱重力荷载标准值

层次 构件 b/m 0.25 0.25 0.25 0.25 0.2 0.3 0.45 0.25 0.25 0.25 0.25 0.2 0.3 0.45 0.25 0.25 0.25 0.25 0.2 0.3 0.45 h/m r/(kN/m3) 0.4 0.3 0.35 0.35 0.35 0.6 0.45 0.4 0.3 0.35 0.35 0.35 0.6 0.45 0.4 0.3 0.35 0.35 0.35 0.6 0.45 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 β 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.1 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.1 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.1 g'/(kN/m) 2.625 1.969 2.297 2.297 1.838 4.725 5.569 2.625 1.969 2.297 2.297 1.838 4.725 5.569 2.625 1.969 2.297 2.297 1.838 4.725 5.569 li/m 4.95 1.65 5.25 6.7 1.308 6.75 4.05 4.95 1.65 5.25 6.7 1.308 6.75 3.3 4.95 1.65 5.25 6.7 1.308 6.75 3.6 n 12 6 10 5 8 20 24 12 6 10 5 8 20 24 12 6 10 5 8 20 24 Gi/kN ∑Gi/kN 边横梁 中横梁 次梁CL1（1） 1 次梁CL1（2） 次梁CL2 纵梁 柱 边横梁 中横梁 （1） 2次梁CL1-次梁CL1（2） 5 次梁CL2 纵梁 柱 边横梁 中横梁 次梁CL1（1） 6 次梁CL1（2） 次梁CL2 纵梁 柱 155.925 19.493 120.593 1030.069 76.950 19.233 637.875 541.307 155.925 19.493 120.593 1030.069 76.950 19.233 637.875 441.065 155.925 19.493 120.593 1030.069 76.950 19.233 637.875 481.162 六、女儿墙重力荷载

60厚EPS板保温层 0.0630.5＝0.03 kN/㎡ 100厚现浇钢筋混土 0.1325＝2.5 kN/㎡

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60厚水泥砂浆 0.06320＝1.2 kN/㎡ 60厚粘土实心砖 0.06318＝1.08 kN/㎡

合计： 4.81 kN/㎡

七、门重力荷载

八、窗重力荷载

九、墙体自重

一层高为4.05m。其余各层高为3.3m。 第一层： 外墙：

2503500梁下墙

墙高 4.05／2＋3.3／2－0.5＝3.175 m 墙长（5.4＋5.4－0.4532）32＝19.8 m 自重 2.9333.175319.8＝184.194 kN 2503400梁下墙

墙高 4.05／2＋3.3／2－0.4＝3.275 m 墙长 （2.1－0.45）32＝3.3 m 自重 2.9333.27533.3＝31.666 kN 内墙：

2503500梁下墙

墙高 4.05／2＋3.3／2－0.5＝3.175 m 墙长 （5.4－0.45）38=39.6 m 自重 2.1833.175339.6＝274.091 kN 3003700梁下墙 墙高 2.975 m

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0.2 kN/㎡

0.2 kN/㎡

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墙长 （7.2－0.5）38＝54 m 自重 2.1832.975354＝385.533 kN 2503450梁下墙

墙高 4.05／2＋3.3／2－0.45＝3.225 m 墙长（7.2－0.2）＋（5.4+0.45-0.5）38＝49.8m 自重 2.1833.225349.8＝350.119 kN 2003450梁下墙

墙高 4.05／2+3.3／2－0.45＝3.225 m 墙长 （1.548－0.12）38+2.138＝28.224m 自重 2.1833.225328.224＝198.429 kN

门窗洞口所占墙体面积 外墙 70.68 ㎡ 内墙 63.87 ㎡ 所占墙体重量

外墙 207.092 kN 内墙 139.237 kN 门窗自重 38.25kN

综上所述：

G1=184.19+31.666+588.381+274.091+385.533+350.119+198.429-207.092-139.237+38.25＝1704.33kN

第二～五层： 外墙：

2503500梁下墙

墙高 3.30－0.50＝2.80 m 墙长 19.8m

自重 2.9332.80319.8＝162.439 kN 2503400梁下墙

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墙高 3.3－0.4＝2.90 m 墙长 3.3m

自重 2.9332.9033.3＝28.040 kN 3003700梁下墙

墙高 3.30－0.70＝2.60 m 墙长 67.5m

自重 2.9332.60367.5＝514.215 kN 内墙：

2503500梁下墙

墙高 3.3－0.50＝2.80 m 墙长 39.6 m

自重 2.1832.80339.6＝241.718 kN 2503400梁下墙

墙高 3.30－0.4＝2.90 m

墙长 （7.2-0.45）39= 60.75 m 自重 2.1832.90360.75＝384.062 kN 2503450梁下墙

墙高 3.30－0.45＝2.85 m

墙长 （7.2-0.2）+（5.4+0.45-0.5）39= 55.15m 自重 2.1832.85355.15＝342.647 kN 2003450梁下墙

墙高 3.30－0.45＝2.85 m

墙长 （1.548-0.12）38+2.138= 28.224 m 自重 2.1832.85328.224＝175.356 kN

门窗洞口所占墙体重量：294.312 kN 门窗自重 35.526 kN

综上所述：G2＝G3＝G4＝1589.691 kN

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第六层： 外墙：

2503500梁下墙

墙高 3.60/2－0.50＝1.3 m 墙长 19.8 m

自重 2.9331.3319.8＝75.418 kN 2503400梁下墙

墙高 3.6/2－0.4＝1.4 m 墙长 3.3 m

自重 2.9331.433.3＝13.537 kN 3003700梁下墙

墙高 3.60/2－0.70＝1.1 m 墙长 67.5m

自重 2.9331.1367.5＝217.533 kN 内墙：

2503500梁下墙

墙高 3.60/2－0.50＝1.3 m 墙长 39.6m

自重 2.1831.3339.6＝112.226 kN 2503400梁下墙

墙高 3.6/2－0.40＝1.4 m 墙长 60.75 m

自重 2.1831.4360.75＝185.409 kN 2503450梁下墙

墙高 3.60－0.45＝1.35 m 墙长 55.15m

自重 2.1831.35355.15＝162.306 kN 2003450梁下墙

墙高 3.60－0.45＝1.35 m

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墙长 28.224 m

自重 2.1831.35328.224＝83.063 kN 综上所述：G6＝590.726 kN 楼板：

楼板面积（除卫生间和洗漱间外） 458.812㎡

自重 3.473458.812＝1592.078 kN 活载 2.03458.812＝917.624 kN 卫生间和洗漱间面积

22.936㎡

自重 4.35322.936＝99.772 kN

活载 2.5322.936＝57.34 kN

图3 各质点的重力荷载代表值(mm)

14

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G1?(541.307?441.065)/2?1030.069?1592.078?99.772?1704.33?0.5(917.624?57.34)?5404.917kN

G2?G3?G4?441.065?1030.069?1589.691?99.772?1704.33?0.5?(917.624?57.34)?5353.409kN

G5?(481.162?441.065)/2?1589.691?1030.069?99.772?1704.33?0.5(917.624?57.34)?5372.458kN

G6?481.162/2?1030.069?590.726?1592.078?99.772?0.5(917.624?57.34)?335.353?93.559?4469.620kN

15

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第四章 水平地震力作用下框架结构的内力和侧移计算

第一节 框架侧移刚度的计算

梁、柱采用C35混凝土。由于采用现浇钢筋混凝土板中框架的惯性矩增大系数为2.0，边框架增大系数为1.5。 一、梁的线刚度

表3 框架梁线刚度计算 类别 边横梁 中横梁 Ec /(N/mm2) 3.153104 3.153104 b3h/mm3mm 2503500 2503400 EcI0/l/N.ml/mm m 2.6043109 5400 15.193 1.3333109 2100 20 I0 /mm4 边框架梁 1.5EcI0 /l /N.mm 2.27931010 331010 中框架梁 2EcI0 /l /N.mm 3.03931010 431010 二、柱的线刚度

表4 柱线刚度计算 层次 1 2—5 6 Ec /(N/mm2) 3.153104 3.153106 3.153107 b3h I0 /mm4 /mm3mm 4503450 4503451 4503452 h/mm EcI0 /h/N.mm 3.4173109 4050 2.65831010 3.4173109 3300 3.26231010 3.4173109 3600 2.9931010 三、柱的侧移刚度

表5 中框架柱侧移刚度D值 层次 边柱 α 0.337 0.318 0.523 D 9330 11430 10170 K 1.177 1.079 2.648 中柱 α 0.37 0.35 0.677 D 10244 12581 13165 K 6 1.016 2-5 0.932 1 1.143 ∑Di 156592 192088 186680

层次 6 2-5 1

表6 边框架柱侧移刚度D值 A-5，A-10，D-5，D-10 B-5，B-10，C-5，C-10 K α D K α D 0.762 0.276 7641 0.883 0.306 8472 0.699 0.259 9310 0.809 0.288 10352 0.857 0.475 9237 1.986 0.624 12134 16

∑Di 64452 78648 85484 兰州交通大学毕业设计（论文）

第二节 框架自振周期的计算

假想将各层的重力荷载代表值作为水平荷载作用于各层处，计算顶点位移。

层次 6 5 4 3 2 1 Gi 4469.62 5372.458 5352.409 5352.409 5352.409 5404.917 表7 基本周期T的计算 ∑Di ui 221044 4469.62 0.020 270736 9842.078 0.036 270736 15194.49 0.056 270736 20546.9 0.076 270736 25899.31 0.096 272164 31304.22 0.115 ui 0.399 0.379 0.343 0.287 0.211 0.115 Giui 1784.50 2036.33 1834.15 1533.76 1127.55 621.57 Giui2 712.47 771.83 628.52 439.51 237.53 71.48 按如下公式计算，其中?T的量纲为m,取?T=0.6，则 T1?1.7?0.6?2358.81?0.68s

8187.4第三节 各质点水平地震作用计算及弹性位移验算

由工程概况和规范知，本场地设防烈度为8度，设计地震加速度为0.2g时， α

max

=0.16。设计地震分组为第二组，Ⅱ类场地，Tg=0.4s。故

?1?(TgT10.9)?max?0.099 因T1=0.68s＞1.4Tg=1.4?0.4=0.56s

故需考虑顶部附加水平地震作用；因Tg=0.4s>0.35s,顶部地震作用系数为

?n?0.08T1?0.01?0.08?0.68?0.01?0.0644

顶部附加水平地震作用

?Fn??nFEK?0.0644?0.099?0.85?31304.222?169.651kN

其中底部剪力Fek??1Geq?0.099?0.85?31304.222?2634.3kN 由公式Fi?GH?GHiinj?1j(1??n)Fek计算结果如表8所示。

j

17

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表8 各质点横向水平地震作用下的位移验算

层次 6 5 4 3 2 1 Gi 4469.62 5372.458 5352.409 5352.409 5352.409 5404.917 Hi 20.85 17.25 13.95 10.65 7.35 4.05 GiHi ∑GiHi Fi Fn 93191.58 606.403 92674.9 603.041 74666.11 485.857 378765.9 169.65 57003.16 370.923 39340.21 255.989 21889.91 142.439 Vi Di 776.053 221044 1379.094 270736 1864.950 270736 2235.873 270736 2491.862 270736 2634.301 272164 ue 0.00151 0.00109 0.00189 0.00126 0.00120 0.00168

图4 水平地震作用分布

图5 层间剪力分布

水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按公式???G和公式 ?Di(m)计算。 ?i???ii因此最大层间位移弹性角发生在第一层，其值为1/595< 1/550故满足规范要求

n第三节 水平地震作用下框架内力的计算

取图1中的⑥ 轴线横向框架内力为例，说明计算方法。框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算：

柱端弯矩：上端 Mc?Vi?(h?y) 下端 Mc?Vi?y 柱端剪力 Vi?luDiV?Dii

各柱反弯点高度比y按公式y?(y0?

y?y?y)h确定。本结构底层柱需考虑修正值

12318

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y2，第二层柱需考虑修正值

y3，其余柱不需修正。具体计算过程及结果间表11,表

12。

梁端弯矩 Mb?(Mc?Mc)梁端弯矩 Mb?(Mc?Mc) Mb?(Mc?Mc)梁端剪力 Vb?rullullulK1?K2K1?K2K1?K2K2KK1

1 l柱轴力 边柱为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧剪力之差，亦按层叠加。

表9 水平地震作用下框架柱剪力（KN） Mb?Mblr柱 层 6 5 4 h 3.6 3.3 3.3 3.3 3.3 4.05 3.6 3.3 3.3 3.3 3.3 4.05 vi ∑D D 9330 11430 11430 11430 11430 10170 13165 12581 12581 12581 12581 10244 D/∑D Vi 776.053 221044 1379.094 270736 1864.95 270736 2235.873 270736 2491.862 270736 2634.301 272164 776.053 221044 1379.094 270736 1864.95 270736 2235.873 270736 2491.862 270736 2634.301 272164

0.042 32.594 0.042 57.922 0.042 78.328 0.042 93.907 0.042 104.658 0.037 97.469 0.060 46.563 0.046 63.438 0.046 85.788 0.046 102.850 0.046 114.626 0.038 100.103 边柱 3 2 1 6 5 4 中柱 3 2 1 19

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表10 柱反弯点高度的计算（查规范）

6 n=6 j=6 K=1.016 y0=0.351 y=y0=0.351 n=6 j=6 K=1.177 y0=0.359 y=y0=0.359 5 n=6 n=6 K=0.932 j=5 K=1.079 j=5 α1=1 αy0=0.40 α2=3.6/3.3=0.917 α1=y0=0.404 y1=y2=y3=0 α3=1 y1=y2=y3=0 2=3.6/3.3=0.917 α3=1 y=y0=0.40 y=y0=0.404 4 n=6 j=4 K=0.932 y0=0.45 α1=1 α2=1 α3=1 y1=y2=y3=0 y=y0=0.351 n=6 j=4 K=1.079 y0=0.45 y=y0=0.45 y1=y2=y3=0 3 n=6 j=3 K=0.932 y0=0.45 α1=1 α2=1 α3=1 y=y0=0.351 y1=y2=y3=0 n=6 j=3 K=1.079 y=0.454 y0=0.454 2 n=6 J=2 K=0.932 y0=0.5 α1=1α2=1αy1=y2=0 3=4.05/3.3=1.227 y3=0.007 y=y0+y3=0.507 n=6 j=2 y0=0.5 K=1.079 y1=y2=0 α3=4.05/3.3=1.227 y3=0.007 y=0.507 1 n=6 j=1 K=1.143 y0=0.636 α2=3.3/4.05=0.815 y1=y2=y3=0 y=0.636 n=6 j=1 K=2.648 y0=0.558 α2=3.3/4.05=0.815 y1=y2=y3=0 y=0.558

20

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表11 柱端弯矩标准值（kN） 层层高 次 6 5 4 3 2 1

边柱 Vi 32.594 57.922 78.328 93.907 104.658 97.469 y 0.351 0.4 0.45 0.45 0.507 0.636 M下 41.186 76.457 M上 76.153 114.686 Vi 46.563 63.438 85.788 102.85 y 中柱 M下 60.178 84.576 M上 107.449 124.770 3.6 3.3 3.3 3.3 3.3 4.05 0.359 0.404 0.45 0.454 0.507 0.558 116.317 142.165 139.452 170.441 127.395 155.705 154.090 185.315 191.781 186.485 226.223 179.194 175.103 170.268 114.626 251.061 143.689 100.103 表12 水平地震作用下梁端剪力及柱轴力标准值（kN）

AB跨梁端剪力 层次 l ME左 ME右 VE=（ME左l +ME右）/l BC跨梁端剪力 ME左 ME右 VE=（ME左+ME右）/2 41.195 柱轴力 边柱 中柱 6 3.6 76.153 32.898 20.195 2.1 43.255 43.255 20.195 21.001 5 3.3 155.872 79.898 43.661 2.1 105.051 105.051 100.049 63.856 77.388 4 3.3 218.758 103.801 59.733 2.1 136.480 136.480 129.981 123.589 147.636 3 3.3 286.758 135.091 78.120 2.1 177.619 177.619 169.161 201.709 238.677 2 3.3 309.720 147.128 84.601 2.1 193.447 193.447 184.235 286.311 338.310 1 4.05 265.048 160.261 78.761 2.1 210.714 210.714 200.680 365.071 460.229

21

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图6 左地震作用下框架弯矩图（kN）

22

兰州交通大学毕业设计（论文） 第五章 竖向荷载作用下的内力计算

第一节 横向框架计算单元的确定

取⑥轴线横向框架进行计算，计算单元为宽度为7.2m，如图所示。由于房间内有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示，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由集中力矩。

图7 横向框架计算单元

第二节 竖向荷载计算

一、恒载计算

恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图：

23

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图8 各层梁上作用的恒载

在图中，对于第6层，q1,q1'代表横梁的自重，为均布荷载形式。

q1?2.625kN/m

q1'?1.969kN/m

'q2和q2分别为房间板和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载，由几何关系可得

q2?5.17?3.6?18.612kN/m

'q2?5.17?2.1?10.857kN/m

p1、p分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁的自重、楼板重和女儿

2墙等的重力荷载，计算如下

??1?1.8?5.4??3.6?1.8??2??1.8??5.17??????????p1????2?2???

???????????????4.81?7.2?131.47k???1?1.8?5.4?3.6?2.55??3.6?1.8??2??1.8??1.05?2p2??????????5.17222???????????????????????集中力矩

5.4?????????N2

M1?p1e1?131.74?0.452?0.3?9.86??N?m

对于1-5层，q1,q1'代表梁的自重和以上横墙自重

q1?2.625?2.18?(3.3?0.5)?8.729kN/m，

q1'?1.969kN/m

q2?3.47?3.6?12.49kN/m，

'q2?3.47?2.1?7.29kN/m

pp

1?(3.6?1.8?2)?3.47?4.725?7.2?2.297?2.7?(3.6?1.8?2?6?1.05)?3.47?4.725?7.2

?2.93?(6.75?2.6?1.5?1.8?2)?0.4?1.5??2?122.95kN2

?2.297?2.7?2.18?2.6?(7.2?0.45)?145.31kN24

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则集中力矩为

M1?p1e0.45?0.31?122.95?2?9.22??N?m

M0.32?p2e2?145.31?0.45?2?10.90kN?m 二、活载计算

活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如图

图9 各层梁上作用的活载

对于第6层，

qm，q'2?0.15?3.6?0.18KN/2?0.15?2.1?0.315kN/m p1??3.6?1.8?3.6?1.8??0.15???????

p2??3.6?1.8?2?6?1.05??0.15???????

集中力矩

M1?p1e1?1.94?0.075?0.146kN?m

M2?p2e2?2.89?0.07?50k.N2?1m?7

对于1-5层，

q2?2?3.6?7.20kN/m

q'2?2?2.1?4.2kN/m

p1??3.6?1.8?3.6?1.8???????????

p2??3.6?1.8?2?6?1.05???????????

集中力矩

Mp0.4?50.31?1e1?25.92?2?1.k9N4?4m

M2?p2e2?38.52?0.07?5k2N.?8m8 9将以上计算结果汇总，见表22和表23

25

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表22 横向框架恒载汇总表 层次 6 1-5 q1?kN/m? q1'?kN/m?1.969 1.969 q2?kN/m?12.49 'q2?kN/m?7.29 P1?kN? P2?kN? M1?kN?m? M2?kN?m? 2.625 8.729 18.612 10.857 131.47 140.61 122.95 145.31 9.86 9.22 10.55 10.90 表23 横向框架活载汇总表 层次 6 1-5 q2?kN/m?0.18 7.2 'q2?kN/m?0.315 4.2 P1?kN? P2?kN? M1?kN?m? M2?kN?m? 1.94 25.92 2.89 38.52 0.146 1.944 0.217 2.889 三、内力计算。

梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配计算，由于结构和荷载对称，故计算时可用半框架。弯矩计算过程如图所示，弯矩如图。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底轴力还需考虑柱的自重，如表24和表25所列。

表24 恒载作用下梁端剪力及轴力(KN) 荷载引起剪力 弯矩引起剪力 总剪力 柱轴力 层 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 AB跨 B跨 A柱 B柱 次 VA?VBVB?VCV??VVB?VCVA VB VB?VCN顶 N底 N顶 N底 6 40.59 8.88 5 46.05 6.74 4 46.05 6.74 3 46.05 6.74 2 46.05 6.74 1 46.05 6.74 -1.42 0 -0.28 0 AB 39.17 42.01 8.88 45.77 46.33 6.74 45.66 46.44 6.74 45.66 46.44 6.74 45.67 46.43 6.74 45.51 46.59 6.74

170.64 190.69 191.5 211.55 359.41 377.79 409.93 428.31 546.40 564.78 626.80 645.18 733.39 751.77 843.67 862.05 920.39 938.77 1060.5 1078.9 1107.2 1129.8 1277.5 1300.1 -0.39 0 -0.39 -0.38 -0.54 0 0 0 26

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表25 活载作用下梁端剪力及轴力(kN) 荷载引起剪力 弯矩引起剪力 总剪力 层 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 AB跨 BC跨 次 VA?VBVB?VCVA??VBVB?VCVA VB VB?VC 6 5 4 3 2 1 柱轴力 A柱 N顶=N底 B柱 N顶=N底 0.324 0.189 -0.05 0 12.96 2.52 12.96 2.52 12.96 2.52 12.96 2.52 12.96 2.52 -1.84 0 0.274 0.374 0.189 11.12 14.8 2.52 2.214 39.25 77.24 116.28 155.32 194.36 3.453 59.29 114.18 168.02 221.86 275.7 -0.89 0 +0.16 +0.16 +0.16 0 0 0 12.07 13.85 2.52 13.12 12.80 2.52 13.12 12.80 2.52 13.12 12.80 2.52 27

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图10 恒载作用下的弯矩二次分配（M 单位:kN?m）

28

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图11 竖向荷载作用下的弯矩二次分配（M 单位:kN?m）

29

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（a）恒载作用下 (b) 活载作用下

图12竖向作用下框架弯矩图(kN.m)

30

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第六章 横向框架内力组合

1.2S?1.4S1.35S?1.0S一、本设计中考虑四种内力组合，即，，

1.3S?1.2(S?0.5S)1.2S?0.9?1.4(S?S)，各层梁的内力组合结果见表26，

GKQKGKQKEKGKQKGKGKWK表中恒载和活载的梁端弯矩需乘以0.8的调幅系数。 二、本工程的框架为二级抗震等级。 三、M以下部受拉为正，V以向上为正。

四、计算跨间最大弯矩时，可根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件来确定。

图13均布和梯形荷载下的计算图形

VA???1???lq MA?MB1?q1l?2l221说明x??l，其中x为最大正弯矩截面至A支座的距离，则x可?2q1?q2??l?0，

2由下式求解：

1x2VA?q1x?q2?0

2?l将求得的x值代入下式即可得跨间最大正弯矩值

q121x3q2 MMax?MA?VAx?x?26?l1若VA??2q1?q2??l?0，说明x??l，则

2?lVA?q22 x?q1?q2若VA?Mmax?MA?VAx?111?x??l? ?q1?q2?x2?q2?l??223??若VA?0,则

Mmax?MA

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图14 均布和三角形荷载下的计算图形

同理，可求的三角形分布荷载和均布荷载作用下的VA、x和Mmax的计算公式

M?MB11VA??A?q1l?q2l

l24

x由下式解得：

x2xq1?q2?VA

lMmaxq11x3?MA?VAx?l?q2

23l下面以AB跨梁考虑地震作用的组合为例，说明各内力的组合方法。 本例中，梁上荷载设计值为

q1?1.2?8.729?10.47kN/m

q2?1.2??12.49?0.5?7.2??19.32kN/m

左震

301.25?254.0511?1.8?VA????10.47?5.4???1???5.4?19.32??39.79kN?0

5.422?5.4?

则Mmax发生在左支座。

Mmax?1.3MEK?1.0MGE?1.3?265.08?(31.13?0.5?9.94)?308.46kN?m ?REMmax?0.75?308.46?231.35kN?m

右震

387.88?162.6211?1.8???10.47?5.4???1? VA???5.4?19.32?164.99kN

5.422?5.4?111VA??2q1?q2??l?164.99???2?10.47?19.32???5.4?144.86?0

223

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x?VA??l2q1?q2q2164.99??1.8?19.322?6.12m?5.4m 10.47?19.32说明Mmax发生在右支座。

Mmax?1.3?160.26?(33.48?0.5?9.23)?170.24kN?m

?REMmax?0.75?170.24?127.68kN?m

剪力计算：AB净跨

l?5.4?0?.5m4.9 n

k8N 左震:Vbl??39.90kN Vbr?165.9

l?301.2?5 Mb39?.900?.225kN29?m 20?.2?25kN2m 1?6254.0?5 Mbr??165?.988N 右震:Vbl?164.87kN Vbr??38.k

l??387.8?8 Mb164?.873?8.80?.2?25kN3m 5?0 Mbr?162.6?20?.225kN15?m 3350?.78kN15?3m. 8l?Mbr?292.2?7 Mb21?6.70?508.9?7 VGb? 则

1??4.95?4.95?1.8?2??10.47?4.95?19.32?????56.34kN 2?2????508.97?56.34?178.68kN 4.95504.67 VA?1.2??56.34?178.68kN

4.95 VBl?1.2?VA?0.85?178.?681k5N ?RE 1.VB??179.?731k5N ?RE 2.l0.85 33

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