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1、精选优质文档-倾情为你奉上框架在地震和重力作用下内力计算学生姓名：张育霜 学号：指导老师：专心-专注-专业目 录1建筑说明1.1 工程概况本建筑位于北京市某高校内，六层现浇钢筋混凝土框架结构，房间开间7.2米，层高3.6米。长64.8米，宽17.0米，高25.95米。总建筑面积7385.2平方米。1.2 设计资料1) 本建筑设计使用年限为50年.2) 耐火等级为2级.3) 基本风压=0.45 KN/M2，基本雪压=0.40KN/M2.4) 建筑结构安全等级为二级；抗震设防烈度为8度；建筑场地类别为类，建筑抗震设防类别为丙类.1.3 总平面设计总平面布置的基本原则：1) 应根据一栋楼或一个建筑群
2、的组成和使用功能，结合所处位置和用地条件、有关技术要求，综合研究新建的、原有的建筑物、构筑物和各项设施等相互之间的平面和空间关系，充分利用土地，合理进行总体布局，使场地内各组成部分成为有机的整体，并与周围环境相协调而进行的设计。2) 应结合地形、地质、气象条件等自然条件布置，有效组织地面排水，进行用地范围内的竖向布置。3) 建筑物的布置应符合防火、卫生等规范及各种安全要求，并应满足交通要求。4) 建筑物周围布置应与城市主干道及周围环境相协调，合理组织场地内的各种交通流线（含人流、车流、货流等），并安排好道路、出入口，并考虑风向及人员出入的便利。1.4 主要房间设计主要房间是各类建筑的主要部分，
3、是供人们学习、生活的必要房间，由于建筑物的类别不同，使用功能不同，对主要房间的设计也不同。但主要房间设计应考虑的基本因素仍然是一致的，即要求有适宜的尺寸，足够的使用面积，适用的形状，良好的采光和通风条件，方便的内外交通联系，合理的结构布置和便于施工等。因此，本建筑的柱网横向尺寸7.2m+2.1m+7.2m，纵向尺寸7.2m9m。1.5 辅助房间设计在本建筑中，辅助房间主要为卫生间。卫生间的设计在满足设备布置及人体活动的前提下，应设在人流交通线上与走道楼梯间相连处，如走道尽端，楼梯间即出入口或建筑物转角处，为遮挡视线和缓冲人流。在本建筑中，每层设男、女卫生间各1间。设在楼梯的两边，卫生间单间尺寸
4、为3.6m7.2m.1.6 交通联系空间的平面设计主要房间和辅助房间都是单个独立的部分，而房间与房间的水平与垂直方向上的联系、建筑物室内外之间的联系，都要通过交通联系来实现。交通联系空间按位置可分为水平交通空间（走廊），垂直交通空间（楼梯，坡道）和交通枢纽空间（门厅，过厅）。交通联系空间形状、大小、部位主要决定于功能关系及建筑空间处理的需要，设计时应主意：交通流线简洁明确，对人流起导向作用。良好的采光、通风。安全防火，平时人流畅通，联系方便；交通联系空间的面积大，要有适当的高度和宽度。1) 水平交通空间的平面设计走廊起着联系各个房间的作用，走廊宽度的确定，应符合防火、疏散和人流畅通的要求，本建
5、筑走廊轴线尺寸为2100mm。走廊要求有良好的采光，本建筑设计采用内廊式，为便于有充足的采光，采取：依靠走廊尽端的开窗（尺寸21002100mm）；利用门厅采光；灯光照明。2) 垂直交通空间的平面设计楼梯是多层房屋的垂直联系和人流疏散的主要措施。由于该建筑物是办公楼，按防火要求和疏散人流，该建筑物设双跑楼梯。3) 交通枢纽空间门厅作为交通枢纽，其主要作用是集散人流，转换人流方向，室内外空间的过渡或水平与垂直交通空间的衔接等。门厅一般应面向主干道，使人流出入方便，有明确的向导性，同时交通流线组织应间明醒目。所有的窗户均采用铝合金窗，门为木门（大门除外）。1.7 剖面设计1) 层高的确定层高是剖面
6、设计的重要依据，是工程常用的控制尺寸，同时也要结合具体的物质技术、经济条件及特定的艺术思路来考虑，既满足使用又能达到一定的艺术效果。本建筑为六层，主要为教室，层高确定为4.2m，这样的房间高度比较合适些，给人一正常的空间感觉。2) 室内外高差的确定为防止室内受室外雨水的流渗，室内与室外应有一定的高差，且高差不宜过大，若过大便不利于施工和通行，故设计室内外高差为0.45m。3) 屋面排水设计本建筑设计中屋面利用材料找坡（2），采用有组织排水（女儿墙外排水），为了满足各个落水管的排水面积不大于200m2, 公设8个落水管。因21/12，故为平屋顶。4) 楼梯剖面设计所有楼梯均采用现浇钢筋混凝土结构
7、，其具有整体性好，坚固耐久，刚度好等特点。楼梯踏步面层要求耐磨、美观、防滑，便于清扫，踏步高为300mm,宽为150mm。1.8 立面设计建筑立面可以看成是由许多构件组成，如墙体、梁柱、门窗及勒角、檐口等，恰当地确定立面中这些构件的比例、尺寸，运用节奏、韵律、虚实、对比等规律，已达到体型完整，形式和内容的统一。本结构是钢筋混凝土框架，具有明快、开朗、轻巧的外观形象，不但为建筑创造了大空间的可能性，同时各种形式的空间结构也大大丰富了建筑的外部形象，立面开窗自由，既可形成大面积独立窗，也可组成带形窗等。1) 体型建筑体型设计主要是对建筑物的轮廓形状、体量大小、组合方式及比例尺的确定。本建筑根据场地
8、和周围环境的限制，整栋建筑物采用“一”字型，结构和经济方面都容易满足。2) 墙体MU10蒸压砂灰砖120厚，内砌250厚加气混凝土、小型砌块。内墙做法：240厚加气混凝土小型砌块3) 门厅门厅为建筑物的主要出入口，门厅的装饰要能体现建筑物的性质及气势。门厅做的与一层同高，门厅尺寸为3900mm3600mm。1.9 构造设计构造设计主要包括楼地面设计、屋面设计、女儿墙设计等。地面设计应根据房间的使用功能和装修标准，选择适宜的面层和附加层，从构造设计到施工质量上确保地面具有坚固、耐磨、平整、不起灰、易清洁、防火、保温、隔热、防潮、防水、防腐蚀等特点。2 框架结构布置取一榀横向平面框架计算，见图2.
9、1图2.1框架平面布置与计算单元简图2.1 计算单元取相邻两个柱距的各1/2宽作为计算单元。计算框架几何尺寸。2.2 框架截面尺寸横向框架梁 h= (1/10 1/18)L=（1/10 1/18）7.2m=0.400 0.72m 取h=0.6m b=（1/2 1/3）h= （1/2 1/3）0.6m= 0.2 0.3m 取b=0.25m 中间框架梁由于跨度小，截面尺寸取为0.25m0.45m纵向框架梁 h= (1/10 1/18)L=（1/10 1/18） 7.2m=0.40 0.72m b=（1/2 1/3）h= （1/2 1/3） (0.40 0.72)m=0.20 0.24m 综合建筑工
10、程中设计情况取b h=0.25m 0.40m框架柱 b=h=(1/8 1/12)H=(1/8 1/12) 4.2m=0.525 0.35m 取b*h=0.45m0.45m楼板厚度（采用双向板） h=L/40=3.6m/40=0.09m 综合建筑工程中设计情况取板厚为100mm。见图2.2， 图2.3。2.3 梁柱的计算高度（跨度）梁柱的跨度，取轴线间距，边梁跨为7.2m，中间梁跨度为2.1m底层柱高，设底层柱高为4.95m, 其它层柱高为4.2m 图2.2框架几何尺寸图 图2.3框架几何尺寸图2.4 框架计算简图框架在竖向荷载作用下，可忽略节点侧移，按刚性方案设计，在水平荷载作用下，不能忽略节
11、点侧移，按弹性方案设计.相对线刚度计算如下：柱线惯性矩：Ic=a4/12=0.454/12m4=0.0034m4底层柱线刚度：ic1=EcIc/H=28109N/M2 0.0034M4/4.95M=1.92107NM其余各层柱线刚度：ic1=EcIc/H=28109N/M2 0.0034M4/4.2M=2.64107NM边跨梁的惯性矩：Ib1=2bh3/12=20.25M0.63M3/12=0.009M4 边跨梁的线刚度：ib1=EcIb1/L=25.5109N/M20.009M4/7.2M=3.NM中间跨梁的惯性矩：Ib2=2*bh3/12=20.250.453M3/12=0.0038M4中
12、间跨梁的线刚度：ib2=EcIb2/L=25.5109N/M2 0.0038M4/2.1M=3.46107NM设ib1=3.N. M=1，则ib2=3.46107N.M/3.N. M=0.90ic1=1.92107N/M/3.N. M=0.50 ic2=2.64107N.M/3.N. M=0.69详见计算简图2.4 图2.4 框架计算简图 3 恒荷载及其内力分析3.1 屋面恒荷载三毡四油上铺小石子 0.4 KN/M220mm厚水泥沙浆找平 20KN/M30.02M= 0.4 KN/M250mm厚苯板保温 0.5 KN/M2 1：10水泥珍珠岩找（坡度3%） 1/214.8M3%1/211KN/
13、M3= 1.2 KN/M2一毡二油隔气层 0.1KN/M220mm厚水泥沙浆找平 0.4 KN/M2 现浇楼板（100mm） 0.1M25KN/M3= 2.5 KN/M2天棚抹灰（15mm） 0.015M17KN/M3= 0.26 KN/M2 屋面恒荷载标准值 5.8 KN/M23.2 楼面恒荷载12mm厚大理石地面 0.012M28KN/M3= 0.34 KN/M230mm厚细石混凝土 0.03M24KN/M3= 0.72 KN/M2现浇楼板（120mm） 0.1M25KN/M3=2.5KN/M2 天棚抹灰（15mm） 0.015M17KN/M3= 0.3 KN/M2楼面恒荷载标准值 3.8
14、6KN/M23.3 构件自重 横向框架梁自重（边跨） 0.25M0.6M25KN/M3= 3.75 KN/M （中跨） 0.25M0.45M25KN/M3= 2.81KN/M 纵向框架梁自重 0.25M0.4M25KN/M3 = 2.5KN/M 框架柱自重（二至六层） 0.45M0.45M25KN/M33.6M=18.225 KN （底层） 0.45M0.45M25KN/M34.95M=25.06 KN 外墙重 0.25M6.5KN/M3+0.12M19KN/M3=3.9 KN 内墙重 0.15M6.5KN/M33.6M= 3.5 KN/M 屋顶女儿墙 0.24M19KN/M31.5M= 6.
15、84 KN/M 铝合金窗 0.5 KN/M2 木门 0.2 KN/M2边跨框架梁承担的由屋面板、楼面板传来的荷载为梯形，如下图3.1，为计算方便，按支座弯矩等效原则，将其化为矩形分布，其中=a/l=3.9/4m/6m=0.16 图3.1梯形荷载分布等效图屋面梁上线荷载： q1=(1-22+3)q+3.75KN/M=(1-20.162+0.163) 5.8KN/M23.6M+3.75KN/M =23.6KN/M 楼面梁上线荷载：q2= (1-22+3)q+3.75KN/M+3.5KN/M = (1-20.162+0.163)3.86KN/M23.6M+3.75KN/M+3.5KN/M = 20.
16、5KN/M框架梁中各层恒荷载作用分布图如图3.2所示， 图3.2恒荷载作用分布图3.4 固端弯矩计算表3-1边跨框架梁中间框架梁顶层1/1223.6KN/M7.22M2= 70.8KN.M1/122.81KN/M2.12M2= 1.84KN.M底层及标准 层1/1220.5KN/M7.22M2= 61.5KN.M1/122.81KN/M2.12M2= 1.84KN.M3.5 节点分配系数计算顶点分配系数计算过程如下：节点A：=41/(41+40.69)=0.59 =40.69/(41+40.69)=0.41=41/4(1+0.69+0.69)=0.42=40.69/4(1+0.69+0.69)
17、=0.29=40.69/4(1+0.69+0.69)=0.29=41/4(1+0.5+0.69)=0.45=40.69/4(1+0.69+0.5)=0.32=40.5/4(1+0.69+0.5)=0.23节点B ：=41/4(1+0.69+0.9)=0.39 =40.9/4(1+0.69+0.9)=0.35 =40.69/4(1+0.69+0.9)=0.27=41/4(1+0.69+0.69+0.9)=0.31=40.69/4(1+0.69+0.69+0.9)=0.21=40.69/4(1+0.69+0.69+0.9)=0.21=40.9/4(1+0.69+0.69+0.9)=0.27=41/
18、4(1+0.69+0.5+0.9)=0.32=40.9/4(1+0.69+0.5+0.9)=0.29=40.5/4(1+0.5+0.69+0.9)=0.16=40.69/4(1+0.69+0.5+0.9)=0.23其余各层计算结果见下表：表3-2 节点分配系数计算表层 数节点A各杆端分配系数节点B各杆端分配系数顶 层A6B60.59B6A60.38A6A50.41B6C60.35B6B50.27标 准 层A5B50.42B5A50.31A5A40.29B5B40.21A5A60.29B5B60.21B5C50.27底 层A1B10.45B1A10.32A1A20.32B1C10.29A1A00
19、.23B1B00.16B1B20.233.6 恒荷载作用下内力分析恒荷载作用下内力分析采用力矩二次分配法，计算图见图3.3 ，图3.4。图3.3恒荷载作用下内力计算过程 图3.4恒荷载作用下内力图4 活荷载及其内力分析4.1 屋面活荷载屋面不上人时活荷载为0.5KN/M2 边跨（AB、CD）框架梁承受的由屋面板、楼面板传来的活荷载形式为梯形，与恒荷载相同，为计算方便，可按支座弯矩等效原则将其简化为矩形分布，得屋面梁上线荷载： q1= (1-22+3)q=（1-20.162+0.162）0.5KN/M23.6M=1.72KN/M4.2 楼面活荷载办公楼楼面活荷载为2.0KN/M2 同屋面荷载的简
20、化方法，可得楼面梁上的线荷载：q2= (1-22+3)q=（1-20.162+0.162）2.0KN/M23.6M=6.86KN/M框架各层活荷载作用分布图见下图：4.3 内力分析框架结构在楼屋面活荷载作用下采用满布荷载法，其内力计算方法与恒荷载相同，采用力矩二次分配法，对跨中弯矩计算结果需进行调整，分配系数同恒荷载。表4-1 活荷载作用下固端弯矩计算表边跨框架梁中间跨框架梁顶层1/121.72KN/M62M2=5.16KN.M0底层及标准层1/126.86KN/M62M2=20.58KN.M0 其内力分布图，计算过程、内力图见图4.1 图4.2 图4.3。 图4.1 活荷载作用分布图图4.2
21、 活荷载作用下内力计算过程图4.3活荷载作用下内力图 5 重力荷载及水平振动计算5.1 重力荷载代表值计算 恒荷载取全部，活荷载取一半及上下半层的建筑结构重量计算，各层重力荷载集中于楼层标高处，建筑物各层重力荷载代表值分别为：六层为5032KN,五至二层为5810KN,一层为5915KN。简化为作用在一榀框架上的重力荷载代表值，分别为：G6=503KN, G5=G4=G3=G2=581KN, G1=591.5KN,则=503+5814+591.5=3200KN表5-3 柱的D值计算：二-六层柱底层柱边柱内柱边柱内柱2089620187117081369482166508045.2 水平地震作用
22、计算5.2.1 结构自振周期，采用假想顶点位移法，取=0.7,框架假想顶点位移计算见表5-4：表5-4层号65035038216600070166558110848216600130159458116658216600190146358122418216600270127258128278216600340100159233565040400660066=1.70.7=0.505.2.2 地震作用影响系数，8度抗震设防，=0.16, , 取结构阻尼比为，则5.2.3 水平地震作用及框架侧移验算计算顶部附加水平地震作用系数为结构总水平地震作用标准值为：可得各层水平地震作用标准值为： =2.4KN
23、 =5.3KN =7.3KN =9.5KN =11.7KN =16KN表5-5 水平地震作用下框架层间侧移计算表相对值限值5050821660.60.000341/550（000182）1262821660.750.000211071821660.90.000247.3788216610.000275.383.3821661.020.000282.386821661.70.00034层间位移满足侧移要求，不需要调整截面。5.2.4 水平地震作用下框架内力计算框架各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩计算见表5-6表5-6层号柱号DKN/M/KNM底KN.MM顶KN.M六A、D0.231.335012
24、.0.37518.727B、C0.27130.42519.325五A、D0.231.3362150.4323.133.4B、C0.27160.4526.528.2四A、D0.231.3371170.4532.632.6B、C0.27 180.4831.531.5三A、D0.231.3378190.483636B、C0.27200.503534.7二A、D0.231.3383200.5038.338.3B、C0.27210.5037.137.1一A、D0.230.66486190.55552.242B、C0.2723.30.56565.250梁端弯矩的计算（节点平衡理论）：第六层 A节点：已知=
25、27KN.M,则=27KN.M B节点：已知=25KN.M,则第五层 A节点 已知 则 B节点 已知 则 第四层 A节点 已知 则 B节点 已知 则 第三层 A节点 已知 则 B节点 已知， 则 第二层 A节点 已知 则 B节点 已知 则 第一层 A节点 已知 则 B节点 已知 则 水平地震弯矩图见图5.3：图5.3水平地震作用下框架内力图5.2.5 重力荷载代表值作用下结构内力计算 重力荷载代表值在框架上的分布与恒荷载在框架上的分布相同，据重力荷载的计算式：对于楼面为，与恒荷载的比例系数为；对于屋面，由于只考虑雪荷载而不考虑活荷载，故其比例系数较小，为简化计算，可直接利用恒荷载作用下的计算结
26、果乘以，即为重力荷载代表值产生的内力:为屋面： KN/M2 =12 KN/M2 所以： =对于屋面、由于只考虑雪荷载而不考虑活荷载，故其比例系数较小，为简化计算可直接利用恒荷载作用下的计算结果乘以系数1.226，即为重力荷载代表值产生的内力。 则：对底层框架梁，重力荷载代表值产生的内力设计值为： MA=1.22643=52.7 MB左=1.22651=62.5 MB右=1.22615=18.4 AB跨中M1=1.22645=55.2 BC跨中M2=1.22612=14.7 VA=1.2266.02=17.4 VB左=1.22663=77.2 VB右=1.22617.8=21.8 对于底层框架柱
27、产生的内力设计值： 边柱：MA上=1.22614=17.2 MA下=1.2267.2=8.8 VA=1.2264.3=5.3 内柱：MB上=1.22612=14.7 MB下=1.2266.1=7.5 VB=1.2263.7=4.56 内力组合计算6.1 框架梁内力组合 将内力计算图中梁的弯矩、剪力标准值填入内力组合表，对于活荷载作用下跨中弯矩须乘以内里调整系数1.2，再进行内力组合。因标准层荷载、截面均相同，故只取首层、标准层，顶层的边跨梁和中间跨梁组合计算见表6-1表6-1梁截面内力恒载活载重力荷载水平地震1.2+1.41.2+0.9*1.41.35+0.7*1.41.2+1.3A6B6A6
28、B6MKN.M-39.-4.3-48.6-27-54-57.9-57.7-93.4VKN68.35.183.76.789.189.697.2109.2跨中MKN.M58.73.2726.974.977.782.495.4B6A6MKN.M-55.3-4.7-67.8-13.2-73-74.7-79.3-98.5VKN73.35.289.86.79575.8104116.6B6C6B6C6MKN.M-23.1-1-28.3-11.8-29.1-31.1-32.2-49.3VKN506.138.467.56.7518.3跨中MKN.M20-124.5022.622.72629.4C6B6MKN.M
29、-23.1-1-28.3-11.8-29.1-31.1-32.2-49.3VKN506.138.467.56.7518.3A3B3A3B3MKN.M-48.4-16.4-59-68.6-81.3-121.1-81.4-160.3VKN60.720.474.417.2101.4109.3101.9112跨中MKN.M421451.116.97079.470.483.8B3A3MKN.M-53.4-17.7-65.5-34.8-88.9-107.9-89.4-124VKN62.320.876.417.2103.9111.7104.5114B3C3B3C3MKN.M-12-3.5-14.7-31.4
30、-19.3-38.2-19.6-58.5VKN506.122.4619.96.7536.5跨中MKN.M9-3.51105.96.411.1713.2C3B3MKN.M-12-3.5-14.7-31.4-19.3-38.2-19.6-58.5VKN506.122.4619.96.7536.5A1B1A1B1MKN.M-43.1-14.5-52.8-80.2-72-139.8-72.4-167.6VKN60.25.173.82179.496.686.3115.9跨中MKN.M4515.255.217.175.38775.688.5B1A1MKN.M-51-16.9-62.5-46-84.9-12
31、1.2-85.4-134.8VKN63217721105120105119.7B1C1B1C1MKN.M-15-4.6-18.4-41.3-24.4-58.6-24.8-75.8VKN506.129.5630.86.7545.7跨中MKN.M12-4.614.7088.611.717.6C1B1MKN.M-15-4.6-18.4-41.3-24.4-58.6-24.8-75.8VKN506.129.5630.86.7545.76.2 框架柱内力组合 框架柱在恒荷载、活荷载作用下的轴力应包括纵向框架梁、横向框架梁传来的剪力和框架柱自重。6.2.1 框架边柱（A、D）在恒载作用下的轴力1）恒载作用
32、下梁端剪力见内力图3.42）纵向框架梁传来的轴力按实际荷载分布（梯形或三角形）计算 第六层： 柱上端：女儿墙重 1.5M0.24M19KN/M33.9M=26.7KN 屋面三角形部分荷载 40.5（3.6/2）2M25.8KN/M2=37.6KN 屋面梯形部分荷载 6/23.6-1/21.8225.8KN/M3=43.8KN 纵向框架梁重 0.25M0.4M25KN/M33.9M=9.8KN总和： 26.7+37.6+43.8+9.8=117.9KN柱下端柱自重 0.45M0.45M25KN/M33.6M=18.3KN总和： 117.9+18.3=136.2KN第五层：柱上端：楼面三角形部分荷
33、载 41/21.823.86KN/M2=25KN 楼面梯形部分荷载 6/23.6-1/21.8223.86KN/M3=29.2KN 纵向框架梁重 0.25M0.4M25KN/M33.9M=9.8KN 外墙及窗重 （3.9M3.6M2.1M2.4M）3.9KN/M2+2.1M2.4M0.5KN/M2=37.62KN总和： 136.2+25.1+29.7+9.8+37.62=237.8KN柱下端：柱自重 0.45M0.45M25KN/M33.6M=18.225KN总和： 237.8+18.225=256KN第四层：柱上端： 256+25.01+29.2+9.8+37.62=357.6KN柱下端：
34、357.6+18.225=357.6KN第三层：柱上端： 375.8+25.01+29.2+9.8+37.62=477.5KN柱下端： 477.5+18.225=495KN 第二层：柱上端： 495+25.01+29.2+9.8+37.62=596.6KN柱下端： 596.6+18.225=614.9KN第一层：柱上端： 614.9+25.01+29.2+9.8+37.62=716.5KN 柱下端： 716.5+0.4504.5254.95=741.5KN6.2.2 框架中柱（B、C）在恒载作用下的轴力1）恒载作用下梁端剪力见内力图3.42）纵向框架梁传来的轴力按实际荷载分布（梯形或三角形）第六层：柱上端：屋面三角形部分荷载 40.5（3.6/2）2M25.8KN/M2=37.6KN屋面梯形部分荷载 6/23.6-1/21.8225.8KN/M3=43.8KN屋面走廊矩形部分荷载 2.8M1/23.9M5.8KN/M2=31.7KN纵向框架梁重 0.25M0.4M25KN/M33.9M=9.8KN总和： 37.6+43.8+31.7+9.8=122.18KN柱下端：柱自重 0.45M0.45M25KN/M33.6M=18.3KN总和 122.18+18.3=140.48KN第五层：柱上端：楼面三角形部分荷载 41/21.823.86KN/M2=25.0