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摘 要
本設(shè)計分為兩部分：第一部分是建筑設(shè)計，包括該教學(xué)樓所處位置的總平面設(shè)計，建筑的平面設(shè)計、立面設(shè)計、剖面設(shè)計。第二部分為結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合青島當(dāng)?shù)厍闆r，查找《建筑荷載規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，確定設(shè)計的荷載及抗震等級等初步資料。然后根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗(yàn)，初步確定梁、柱、板的截面尺寸，確定計算簡圖。然后計算各層重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值和代表值。接著計算梁柱的相對線剛度和側(cè)移剛度，利用頂點(diǎn)位移法求出自震周期，并且對風(fēng)荷載進(jìn)行了計算和統(tǒng)計，分別進(jìn)行了風(fēng)荷載和地震荷載作用下結(jié)構(gòu)的水平位移驗(yàn)算。進(jìn)而按底部剪力法計算水平地震荷載作用的大小和風(fēng)荷載作用的大小，進(jìn)而求出在水平荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力（彎矩、剪力、軸力）。接著計算豎向荷載（恒載及活載）作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。找出最不利的一組或幾組內(nèi)力組合。 選取最安全的結(jié)果計算配筋、驗(yàn)算截面并繪圖。此外還進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方案中的基礎(chǔ)設(shè)計，完成了基礎(chǔ)的配筋計算及施工圖繪制。
關(guān)鍵詞：框架；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震設(shè)計；風(fēng)格
Abstract
This design is divided into two parts: the first is the architectural design, including the teaching building where the total plane design, architecture of graphic design elevation design profile design. The second part is the structure design, combining qingdao local conditions, load code for seismic design of building construction norms related standard, to determine the design load and the seismic grade the preliminary material and then according to standards and experience determined primarily, the section size of beam column board, sure calculation diagram and then calculate the gravity load and representatives of the standard of value and the relative line stiffness calculation beam-column and lateral stiffness.Then calculated according to the level of the bottom shear size of the earthquake load and wind load size,and then calculate the level of load in the structure of internal forces (bending moment, shear, axial force). Then calculate vertical load (dead load and live load) structure under the action of internal forces. Identify the most unfavorable internal force of a group or several groups of combinations. Select the most secure on the results of reinforcement checking section and graphics. In addition, the structure of the program for the interior design of the foundation. complete the foundation reinforcement of calculation and construction drawings.
Keywords: framework; structural design; seismic design?;style
II
目 錄
摘 要 I
Abstract I
1 建筑設(shè)計 1
1.1 設(shè)計的有關(guān)資料 1
1.2 建筑設(shè)計 2
1.2.1 建筑平面設(shè)計 2
1.2.2 建筑立面設(shè)計 2
1.2.3 建筑剖面設(shè)計 2
1.2.4 屋面做法 3
1.2.5 樓面做法 3
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
2.1 結(jié)構(gòu)布置及有關(guān)尺寸的初步估算 6
2.1.1 結(jié)構(gòu)布置及梁,柱截面尺寸的初選 6
2.1.2 荷載計算 8
2.2 結(jié)構(gòu)的線剛度與橫向側(cè)移剛度計算 11
2.2.1 結(jié)構(gòu)的線剛度計算 11
2.2.2 結(jié)構(gòu)的橫向側(cè)移剛度計算 12
2.3 框架的風(fēng)荷載、地震荷載集中于各樓層標(biāo)高處的重力荷載代表值Gi 13
2.3.1地震荷載作用下的梁、柱、墻、門、窗重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值 13
2.3.2 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算及位移驗(yàn)算 19
2.4 地震荷載與風(fēng)荷載的內(nèi)力計算 20
2.4.1水平地震荷載作用下的內(nèi)力計算 20
2.4.2風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計算 23
2.5 豎向荷載下的框架內(nèi)力計算 25
2.5.1框架結(jié)構(gòu)的荷載計算 25
2.5.2 恒荷載作用下的框架內(nèi)力計算 30
2.5.3 活荷載作用下的框架內(nèi)力計算 37
2.6 內(nèi)力組合 43
2.6.1荷載調(diào)幅 43
2.6.2 內(nèi)力組合 44
2.7 框架梁、柱配筋計算 50
2.7.1 框架柱配筋計算 50
2.7.2 框架梁設(shè)計 52
2.8 樓板配筋計算 54
2.8.1 樓板配筋計算 54
2.8.2 板的配筋計算 55
2.9 基礎(chǔ)配筋計算 60
參考文獻(xiàn) 62
圖紙目錄 62
致謝 64
1
I
1 建筑設(shè)計
1.1 設(shè)計的有關(guān)資料
一. 工程名稱：青島理工大學(xué)黃島校區(qū)教學(xué)樓設(shè)計。
二. 工程概況：建筑面積約為6000m2，是一幢五層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系的建筑物，首層層高4.5m,其余層高均為3.6m,室內(nèi)外高差為0.60m。
三. 設(shè)計條件：
（1）氣象條件：夏季極端最高溫33度，冬季極端最低-9度。
（2）主導(dǎo)風(fēng)向:全年為西北風(fēng)夏季為東南風(fēng)，基本風(fēng)壓w0=0.60kN/m2。
（3）雪條件：基本雪壓為0.20kN/m2
其他條件：
（1）建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計正常使用年限為50年。
（2）抗震設(shè)防烈度6度0.05g三組，場地為2類場地，設(shè)防烈度類別為乙類。
四. 材料使用：
（1）鋼筋：縱向受力鋼筋采用熱軋鋼筋HRQ335,其余采用熱軋鋼筋HPQ235。
（2）混凝土：梁柱板均使用P30類型的混凝土。
（3）墻體：
① 外墻全部使用300mm厚的灰砂磚，γ=18kNγ/m3，,一側(cè)為20mm的厚抹灰層，γ=17kN/m2，一側(cè)墻體為水刷石墻面，γ=0.5kN/ m2；
② 隔墻使用300mm厚的灰砂磚，γ=18kN/m3,兩側(cè)均為20mm厚的抹灰層。衛(wèi)生間墻的兩側(cè)均是貼瓷磚，γ=0.5kN/ m2
③ 女兒墻使用300mm厚的蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊，γ=5.5kN/m3，兩側(cè)均為20mm厚的抹灰，墻高設(shè)計為900mm，另外上面為100厚混凝土蓋頂。
④ 門窗類型：大門均為玻璃門，γ=0.45kN/m2，辦公室均為木門，γ=0.2kN/m2；窗戶均為鋁合金窗，γ=0.35kN/m2。
五．其他結(jié)構(gòu)選型
（1）屋面：使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板作為承重結(jié)構(gòu)，屋面板按上人屋面的使用荷載選用。
（2）樓面：使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，板厚為120mm。
（3）基礎(chǔ)：使用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。
（4）屋頂：建筑造型使用鋼結(jié)構(gòu)制作，在此不作考慮。
1.2 建筑設(shè)計
1.2.1 建筑平面設(shè)計
（1）主要功能房間布局
辦公樓的平面組合采用綜合式組合，有走道，套間，大廳的綜合組合形式，內(nèi)部空間要解決辦公室，會議室，檔案室的布置問題，解決人員的辦公活動。以及通風(fēng)和采光問題,解決好了各種流線問題，各功能應(yīng)分區(qū)明確合理。有較好的疏散方式，滿足防火要求，立面及造型應(yīng)反映新時代辦公樓建筑的形式。該辦公樓的平面尺寸為:長為43.4m,寬為17.6m。
（2）主要房間的平面設(shè)計
對于底層，因?yàn)橛幸粋€大廳，每天的人流量比較大，考慮到這方面，大門的設(shè)計就要充分滿足人員的疏散要求。于是大門的尺寸為2.7m×2.7m，大門的類型是辦公樓一般使用的旋轉(zhuǎn)玻璃門，另外在門的兩側(cè)各加開一扇雙開玻璃門，尺寸都是2.4m×2.7m，這樣辦公樓的入口有了三扇門，滿足了一定的大人流的疏散要求。
走廊的兩側(cè)，由于考慮到要有很好的采光要求，所以各開有一個鋁合金的推拉窗，尺寸為2.1m×1.8m。
樓梯：為使人流盡早分散，避免底層走廊過于擁擠，所以在每層的兩邊各設(shè)置一部雙跑樓梯，滿足安全疏散的要求。
（3）門窗的尺寸
門：
M1：2.7m×2.7m M2：0.9m×2.1m M3：1.8m×2.7m
M4：1.8m×2.1m M5：2.4m×2.7m
窗：
P1：1.8m×1.8m P2：2.1m×1.8m P3：2.4m×1.8m
P4：1.8m×3.4m
1.2.2 建筑立面設(shè)計
本辦公樓建筑采用了對稱設(shè)計，入口大廳設(shè)置于建筑的中軸線中間，走廊設(shè)置在建筑物的中間。該辦公樓的南立面是其主要立面，即營業(yè)大廳的進(jìn)門設(shè)在南立面。該立面圖中表示了立面上門窗位置、形式、外墻引條線、外墻勒腳、雨水管以及東、西門進(jìn)口踏步、雨篷等的位置，屋頂還表示出了女兒墻的形式，以及外墻、引條線、窗臺、雨水管的材料作法。并且標(biāo)出了各樓層、進(jìn)門臺階、雨篷的標(biāo)高。
1.2.3 建筑剖面設(shè)計
（1）建筑物高度尺寸的確定
該建筑物為5層，各層均為3.4m。因梁高未定，室內(nèi)凈高未最終確定，待結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束后，再確定樓層凈高。
（2）室內(nèi)外高差的確定
為了防止室外雨水流入室內(nèi)，防止建筑因?yàn)椴痪鶆虺两凳沟孛娼档?，為了滿足建筑使用的要求，取室內(nèi)外高差為450mm。
（3）屋面設(shè)計
本辦公樓設(shè)計為上人屋面，所以在剖切面上，要顯示出來。并且樓梯的材料，扶手以及剖切到的梁都要明確表示出來。由于建筑物總寬度大于12m，故采用雙坡排水。屋面采用剛性防火屋面，其構(gòu)建簡單，施工方便，造價較低。
1.2.4 屋面做法
防水層（剛性）30厚P20細(xì)石混凝土
防水層（柔性）三氈四油上面鋪小石子
找平層：15厚水泥砂漿
找坡層：40厚水泥石灰焦渣砂漿找坡
保溫層：80厚礦渣水泥
結(jié)構(gòu)層：120厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板
抹灰層：10厚混合砂漿
1.2.5 樓面做法
標(biāo)準(zhǔn)層樓面：
大理石面層
20厚1：3干硬性水泥砂漿
結(jié)構(gòu)層：120厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板
抹灰層：10厚混合砂漿
衛(wèi)生間樓面：
2厚水泥砂漿貼10厚300 ×300防滑地磚
20厚水泥細(xì)砂漿面層
30厚水泥砂漿找坡
15厚水泥砂漿找平
結(jié)構(gòu)層：120厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土板
抹灰層：10厚混合砂漿
65
圖1 一層平面圖
圖2 正立面圖
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 結(jié)構(gòu)布置及有關(guān)尺寸的初步估算
2.1.1結(jié)構(gòu)布置及梁,柱截面尺寸的初選
項(xiàng)目情況：該工程為青島理工大學(xué)黃島校區(qū)教學(xué)樓設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)的建筑面積約為6000m2，總共5層，首層層高4.5 m，其余層高均為3.6 m。平面尺寸為58.6m×18.3m，室內(nèi)地坪為0.000m，室內(nèi)外高差為0.60m?？蚣芷矫媾c柱網(wǎng)布置圖如下圖3。
圖3 結(jié)構(gòu)平面布置圖
板厚取80 mm，。
一、確定計算簡圖
假定框架柱與基礎(chǔ)頂面接觸，框架梁與柱剛接，設(shè)計時為了計算的方便，使每個柱子的尺寸不變，于是梁的跨度和柱截面形心線之間的距離相等。將基礎(chǔ)頂面距離室外地坪的高度設(shè)為0.6m，室內(nèi)外高差為0.6m，所以底層的柱子高度h=4.5+0.6+0.60=5.7m，其余各層竹篙從露面算到上一層樓面，所以都是3.4m,于是框架的計算見圖為下圖4表示。
圖4 框架計算簡圖
二.梁、柱截面尺寸的估算：
（1）梁截面
1.RQ跨：
主梁：L =7800mm
h=（～）L=650mm～975mm,取h=700mm
b=（～）h=217mm～488mm，取b=300mm
故該框架的橫梁初步設(shè)計截面尺寸為b×h=300mm×700mm。
次梁：L=7800㎜
h=（～）L=433mm～650mm,取h=500mm
b=（～）h=144mm～325mm，取b=300mm
故框架的次梁初步設(shè)計截面尺寸為b×h=300mm×500mm。
2.QP跨：
主梁：L=2700mm
h=（～）L=225mm～338mm,取h=500mm
b=（～）h=75mm～169mm，取b=300mm
故框架梁的初步設(shè)計截面尺寸為b×h=300mm×500mm。
3.縱梁：
縱梁：L =6000mm
h=（～）L=500mm～750mm,取h=600mm
b=（～）h=167mm～375mm，取b=300mm
故該框架的縱梁初步設(shè)計截面尺寸為b×h=300mm×600mm。于是計算結(jié)果歸納于下表1：
表1估算梁的截面尺寸，單位為mm
層數(shù)
混凝土
強(qiáng)度等級
橫梁（b×h）
縱梁
（b×h）
次梁
（b×h）
RQ,PM跨
QP跨
1～5
C30
300×700
300×500
300×600
300×500
(2)柱截面尺寸的估算
框架柱截面尺寸根據(jù)柱的軸壓比限制，按下式計算：
式中：
：為考慮地
震作用組合后柱軸力壓力增大系數(shù)，邊柱取1.3，等跨內(nèi)柱取1.2,不等跨取1.25；
: 為按照簡支狀態(tài)計算柱的負(fù)荷面積；
：為折算后在單位面積上的重力荷載代表值，近似取14kN/m3
: 為驗(yàn)算截面以上樓層層數(shù)；
則底層中柱的軸力設(shè)計值為
N=1.2×14×7.8×(7.8+2.7)/2×5=3439.80kN
該項(xiàng)目工程柱全部使用C40的混凝土, 查表的fC=19.1N/mm2，首先假定該層柱截面尺寸b×h=500mm×500mm，則柱的軸壓比為：
，滿足要求。
故該框架柱的估計尺寸符合要求，確定為b×h=500mm×500mm。并且為了施工的方便性，可以使得各層的所有柱子的截面尺寸都保持不變。
2.1.2 荷載計算
1. 構(gòu)件自重統(tǒng)計
（1）6軸框架1~5層自重計算
1）板：10mm厚陶瓷地磚 0.01*20=0.2
5mm厚水泥膠結(jié)合層 0.005*16=0.08
15mm厚1:3水泥砂漿找平層 0.015*20=0.3
80mm厚鋼筋混凝土樓面板 0.08*25=2.0
15mm厚石灰砂漿抹灰頂棚 0.015*17=0.255
小計 2.84
2） 橫向框架梁以及橫向次梁：
邊跨（7800,700）：
鋼筋混凝土梁 0.3*（0.7-0.08）*25=4.65
石灰砂漿頂棚 0.01*（0.7-0.08）*17*2=0.21
小計 4.86
中跨（2700,700）：
鋼筋混凝土梁 0.3*（0.5-0.08）*25=3.15
5mm厚混合砂漿抹灰 0.005*（0.5-0.08）*17*2=0.07
小計 3.22
次梁（7800,700）：
鋼筋混凝土梁 0.3*（0.5-0.08）*25=3.15
石灰砂漿頂棚 0.01*（0.5-0.08）*17*2=0.14
小計 3.29
3）縱向框架梁：
1邊梁（2700,700）：
鋼筋混凝土梁 0.3*（0.6-0.08）*25=3.90
內(nèi)墻涂料 （0.6-0.08）*0.28=0.15
外墻涂料 （0.6-0.08）*0.24=0.12
小計 4.17
中梁（7800,700）：
鋼筋混凝土梁 0.3*（0.6-0.08）*25=3.90
內(nèi)墻涂料 （0.6-0.08）*0.28*2=0.29
小計 4.19
4） 柱：
1邊柱（2700,700）：
鋼筋混凝土柱 0.5*0.5*3.6*25=22.50kN
內(nèi)墻涂料 [0.5+(0.5-0.2)*2]*3.6*0.28=1.11kN
外墻涂料 0.5*3.6*0.24=0.43kN
小計 24.04kN
1中柱（2700,700）：
鋼筋混凝土柱 0.5*0.5*3.6*25=22.50kN
內(nèi)墻涂料 [0.5*2+(0.5-0.2)*2]*3.6*0.28=1.61kN
小計 24.11kN
5) 墻：
漿砌焦渣磚內(nèi)墻（200mm）：
砌體 （3.6-0.7）*0.2*14=8.12kN
內(nèi)墻涂料 （3.6-0.7）*0.28*2=1.62kN
小計 9.74kN
漿砌焦渣磚外墻（200mm）：
砌體 （3.6-0.6）*0.2*14=8.40kN
內(nèi)墻涂料 （3.6-0.6）*0.28=0.84kN
內(nèi)墻涂料 （3.6-0.6）*0.24=0.72kN
小計 9.96kN
（2） 頂層自重計算：
1） 板：
防水屋面 3.61kN
80厚鋼筋混凝土樓板 0.08*25=2.00kN
石灰砂漿頂棚 0.255kN
小計 5.87kN
2）女兒墻：
砌體 0.6*0.2*14=1.68kN
外墻涂料 0.6*0.24=0.14kN
內(nèi)墻20厚水泥粉刷 0.6*0.02*20=0.24kN
小計 2.06kN
（3） 門窗
1）木門0.2
2）鋼鐵門0.4
3）鋁合金窗0.4
2恒載計算
（1） 中間層梁、柱恒載計算
1） 邊跨梁上線荷載計算
邊跨梁上線荷載=邊跨梁自重+板重+墻重，其值為：
4.86+2*2.84+9.74=20.28
2） 中跨梁上線荷載計算
中跨梁上線荷載=中跨梁自重+板重，其中板自重按45o分配。
最大值:3.22+2.7/2*2.54=6.65
最小值：3.22
3） 邊柱集中力計算
邊柱集中力=邊柱自重+縱向框架梁承受的荷載
縱向框架梁承受的荷載=部分板重+橫向次梁自重+縱向框架梁自重+外墻重，其值為：
3.29*（7.8+0.5-2*0.3）+2.84*2*（7.8+0.5）+4.17*（6-0.3）+9.96*（6-0.5）+24.04=175.07
4） 中柱集中力計算：
同理：中柱集中力為：
（6*2-2.2）*2.2*0.5*0.5*2.54+（6-0.5）*4.19+3.29*（7.8+0.5-2*0.3）+2.84*2*（7.8+0.5）+9.74*（6-0.5）+24.11=186.89
5） 邊柱與梁交點(diǎn)處彎矩
（柱內(nèi)側(cè)受拉）
6）中柱與梁交點(diǎn)處彎矩
（柱靠室內(nèi)一側(cè)受拉）
(2) 頂層梁、柱恒載計算
1） 邊跨梁上線荷載計算
4.86+5.87*2=16.60
2） 中跨梁上線荷載計算
最大值:3.22+2.7*5.87=19.07
最小值：3.22
3） 邊柱集中力計算
3.29*（7.8+0.5-2*0.3）+5.87*2*（7.8+0.5）+4.17*（6-0.3）+2.06*（6-0.3）+24.04=182.33
4） 中柱集中力計算：
（6*2-2.2）*2.2*0.5*0.5*5.87+（6-0.5）*4.19+3.29*（7.8+0.5-2*0.3）+5.87*2*（7.8+0.5）+24.11=201.57
5）邊柱與梁交點(diǎn)處彎矩
（柱內(nèi)側(cè)受拉）
6) 中柱與梁交點(diǎn)處彎矩
（柱靠室內(nèi)一側(cè)受拉）
3.活載計算
通過查閱《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009—2012（以下簡稱《荷載規(guī)范》），將本次計算所要用到的活載類型匯總，如下表所示。
類型
標(biāo)準(zhǔn)值（）
組合值系數(shù)
頻遇值系數(shù)
準(zhǔn)永久值系數(shù)
教室
2.5
0.7
0.6
0.5
走廊
3.5
0.7
0.5
0.3
（1） 頂層梁、柱活載計算：
不上人屋面活載：2.0
雪荷載：
活載取2.0
1） 邊跨梁上線荷載計算:
2.0*2=4.0
2）中跨梁上線荷載計算:
最大值:2.0*2.2=4.4
最小值：0
3）邊柱集中力計算:
2.0*2*（7.8+0.5）=33.2
4）中柱集中力計算：
（6*2-2.2）*2.2*0.5*0.5*2.0+2.0*2*（7.8*0.5）=43.98
5）邊柱集中力矩
6)中柱集中力矩:
（2） 中間層框架梁、柱活載計算：
1）邊跨梁上線荷載計算：
2.5*2=5.0
2）中跨梁上線荷載計算：
最大值:3.5*2.2=7.7
最小值：0
3）邊柱集中力計算:
2.5*2*（7.8+0.5）=41.50
4）中柱集中力計算：
（6*2-2.2）*2.2*0.5*0.5*3.5+2.5*2*（7.8*0.5）=60.36
5）邊柱集中力矩:
6)中柱集中力矩:
2.2 結(jié)構(gòu)的線剛度與橫向側(cè)移剛度計算
2.2.1 結(jié)構(gòu)的線剛度計算
在框架結(jié)構(gòu)中，為了增大梁的有效翼緣，增大梁的有效剛度，減少框架的側(cè)移，現(xiàn)澆樓板的樓可以作為梁的有效翼緣。為考慮這一有利的作用，在計算梁的截面慣性矩的時候，對于中框架取I=2Io（Io為梁的截面慣性矩），邊跨梁I=1.5Io
梁采用P30混凝土，查表的，其彈性模量
i邊＝EI/L=
中跨梁：
i中＝EI/L=
底層柱：
i底＝EI/L=
其余各層柱：
i上＝EI/L=
令i上＝1.0,則其余各桿件的相對線剛度為：
i邊＝
i中＝
i底＝
則該框架的相對線剛度如下圖5所示：
圖5 框架梁柱的相對線剛度
2.2.2 結(jié)構(gòu)的橫向側(cè)移剛度計算
底層： R、E柱
Q、P柱
標(biāo)準(zhǔn)層： R、E柱
Q、P柱
計算結(jié)果見下表2：
表2 橫向側(cè)移剛度統(tǒng)計表
層號
1
2
3
4
5
∑D
72517.98
89430.4
89430.4
89430.4
89430.4
∑D1/∑D2=72517.98/89430.4=0.81＞0.7 故框架為規(guī)則框架
2.3風(fēng)荷載、地震荷載集中于各樓層標(biāo)高處的重力荷載代表值Gi
2.3.1地震荷載作用下的梁、柱、墻、門、窗重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值
2.3.1.1 梁、柱、墻、門、窗重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值
一．梁、柱重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值
表3梁、柱重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值
層次
構(gòu)件
Q/m
h/m
/(kN/m3)
g/(kN/m)
/m
n
Gi/kN
∑Gi/kN
1
邊橫梁
0.30
0.70
25
1.05
5.513
6.400
16
564.531
2064.635
中橫梁
0.30
0.50
25
1.05
3.938
2.800
8
88.211
次梁
0.30
0.50
25
1.05
3.938
6.850
14
377.654
縱梁
0.30
0.70
25
1.05
5.513
6.700
28
1034.239
柱
0.50
0.50
25
1.10
6.875
4.850
32
1067
2～5
邊橫梁
0.30
0.70
25
1.05
5.513
6.400
16
564.531
2064.635
中橫梁
0.30
0.50
25
1.05
3.938
2.800
8
88.211
次梁
0.30
0.50
25
1.05
3.938
6.850
14
377.654
縱梁
0.30
0.70
25
1.05
5.513
6.700
28
1034.239
柱
0.50
0.50
25
1.10
6.875
3.400
32
748
二．墻自重
外墻作法：全部使用300mm厚的灰砂磚，=18kN/m3，,一側(cè)為20mm的厚抹灰層，=17kN/㎡，一側(cè)墻體為水刷石墻面，=0.5kN/㎡；
則外墻的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：
18×0.3m+17×0.02m+0.5 =6.24
內(nèi)墻使用300mm厚的灰砂磚，=18kN/m3,兩側(cè)均為20mm厚的抹灰層，則內(nèi)墻的單位面積重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：
18×0.3m+17×0.02m×2=5.74
三．門窗單個重力荷載計算
除大門為玻璃門，辦公室為木門
窗：全部使用鋁合金玻璃窗
2.3.1.2 重力荷載代表值
重力荷載代表值指該建筑物的相關(guān)構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值和可變荷載組合值之和。
5.水平地震作用的計算
（1）計算重力荷載代表值
本設(shè)計中，主樓和附樓在結(jié)構(gòu)上是斷開的（包括基礎(chǔ)），并且選取計算的一榀橫向框架是主樓的第號軸線，因此可以只計算主樓的重力荷載代表值。
Gi=恒載+0.5×活載
1） 中間層（二、三、四層）
樓蓋面積（扣除柱所占的面積）為：
（18.3+0.5）×（58.2+0.5）-0.5×0.5×39-9×8.1+7.6×1.85+3×7.4-39.73=1017.44
梁柱自重
橫向框架梁：
4.86×[(7.8-0.5) ×19]+（2.7-0.5）×10=696.08 kN
縱向框架梁：
（58.2-0.5*10）*4.17+（58.2-0.5*10）*2*4.19+（58.2-0.5*9）*4.17=891.59 kN
附加次梁：
（7.8+0.5-2*0.3）*26*3.29+12*3.29=698.14 kN
柱：
24.04*19+24.11*20=938.96 kN
標(biāo)準(zhǔn)層梁柱自重為：696.08+891.59+698.14+938.96=3224.77 kN
填充墻、門窗自重
外墻門窗面積：
[4.8*13+1.8*9+2.1*3+2.7*3+1.2*1]*2.1+3.6*6=219.42
外墻門窗自重：0.4*219.42=87.77 kN
外墻面積：
[(52.8-10*0.5)+(18.8-0.5*4)*2+(49.6-0.5*9)+1.85*2+3*2]*(3.6-0.6)-197.82=210.78
外墻自重：9.96*210.78/（3.6-0.6）=699.79
內(nèi)墻門窗面積：
2.1*1.5*12+1.8*0.5*10+2.4*3+0.9*2.1*7+1.2*2.1*2=72.27
內(nèi)墻門窗自重：0.2*72.27=14.45
內(nèi)墻面積：
[(43.6-0.5*8)+(49.6-0.5*9)+5.35*2+7.4]*(3.6-0.6)+[(7.8-0.5)*13-4.8-2.7-2.1]*(3.6-0.6)-72.27=492.03
內(nèi)墻自重：9.74*492.03/（3.6-0.7）=1652.54
活荷載
走廊、樓梯等活載：
3.5*[(2.7-0.5)*58.6+7.2*10+3.6*7.8+3*7.2+9*7.8]=1122.8
教室等活載：
2.5*[1057.17-(2.7-0.5)*58.6-7.2*10-3*7.2-3.6*7.8-9*7.8-0.2*(7.8-0.5)*17-0.2*(52.8+49.6+43.6+49.6)]=1681.08
綜上所述，中間層重力荷載代表值為：
GE2~4=∑GKi+0.5∑QKi=2889.52+3224.77+87.77+699.79+14.45+1652.54+
0.5*(1122.8+1681.08)=9970.78
2)一層
為簡化計算，一層重力荷載代表值為：
GE1=∑GKi+0.5∑QKi
=2889.52+5.7/3.6*（3224.77+87.77+699.79+14.45+1966.91）+0.5*（1122.8+1681.08）=13781.47
3）頂層
屋蓋面積為：1017.44+39.73=1057.17
屋蓋自重為：5.87*1057.17=6205.58
女兒墻自重
2.06*（61.6*2-9+20.65*2）=320.33
梁柱自重3224.77
填充墻、門窗自重
外墻門窗自重為：87.77
外墻自重為：699.79
內(nèi)墻門窗自重為：14.45
內(nèi)墻自重為：1652.54
活荷載
2*[1057.17-(61.6*2-9+20.65*2)*0.2]=2052.14
綜上所述：
GE5=∑GKi+0.5∑QKi
=6205.58+320.33+3224.77+87.77+699.79+14.45+1652.54+0.5*2052.14=13231.30
所以，地震荷載集中于各樓層標(biāo)高處的重力荷載代表值Gi，可由下圖6表示：
圖6 地震荷載集中于各樓層標(biāo)高處的重力荷載代表值Gi
（2）梁柱剛度計算
1）梁的線剛度計算見下表 ，其中，在計算梁的線剛度時，考慮到現(xiàn)澆樓板對梁的約束作用（現(xiàn)澆板相當(dāng)于框架梁的翼緣），對于兩側(cè)都有現(xiàn)澆板的梁（如：中橫梁），其線剛度取I=2I0。對于一側(cè)有現(xiàn)澆板的梁（如：邊橫梁、樓梯間橫梁），其線剛度取I=1.5I0。
（C30混凝土：E=3.0*107 ）
截面
（）
跨度
（）
慣性矩
（）
邊框架梁
中框架梁
=
（）
（）
=
（）
（）
0.3×0.7
7.8
8.58×10-3
12.87×10-3
4.95×104
17.16×10-3
6.60×104
0.3×0.5
2.7
3.13×10-3
4.70×10-3
5.22×104
6.26×10-3
6.96×104
2）柱的側(cè)移剛度D值
柱號
截面（㎡）
柱高度h（m）
慣性矩
線剛度
（m4）
（kN·m）
0.5×0.5
5.7
5.2×10-3
2.96×104
0.5×0.5
3.6
5.2×10-3
4.69×104
4.3 橫向框架柱的側(cè)移剛度D值
對于高度小于50m且高寬比小于4的建筑物，僅考慮柱彎曲變形引起的柱側(cè)移剛度，忽略柱的軸向變形。橫向框架柱側(cè)移剛度D值計算見表3。
表3 橫向框架柱側(cè)移剛度D值計算
項(xiàng)目
根數(shù)
柱層
類型
底
層
左邊柱
2.23
0.64
6997
10
左中柱
4.58
0.77
8418
10
右中柱
4.58
0.77
8418
10
右邊柱
2.23
0.64
6997
9
301303
2～6
層
左邊柱
1.41
0.41
17805
10
左中柱
2.89
0.59
25621
10
右中柱
2.89
0.59
25621
10
右邊柱
1.41
0.41
17805
9
850715
5.7.1 橫向框架的自振周期
按頂點(diǎn)位移法計算框架的自振周期
頂點(diǎn)位移法是求結(jié)構(gòu)基本頻率的一種近似方法。將結(jié)構(gòu)按質(zhì)量分布情況簡化為無限質(zhì)點(diǎn)的懸臂直桿，導(dǎo)出以直桿頂點(diǎn)位移表示的基頻公式。這樣，只要求出結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)水平位移，就可以按下式求得結(jié)構(gòu)的基本周期：
式中：——基本周期調(diào)整系數(shù)?？紤]填充墻對框架自振周期影響的折減系數(shù)，框架結(jié)構(gòu)取0.6—0.7，該框架取0.6。
——框架結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)假想位移。
在未求出框架的周期前，無法求出框架的地震力及位移，是將框架的重力荷載視為水平作用力，求得的假想框架頂點(diǎn)位移。然后由求出，再用求出框架結(jié)構(gòu)的底部剪力。進(jìn)而求出框架各層剪力和結(jié)構(gòu)真正的位移。
橫向框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想位移計算見表9。
表9 橫向框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想位移
層次
（）
（）
（）
層間相對位移
5
13231.3
13231.3
850715
0.016
0.322
4
9970.78
23202.08
0.027
0.306
3
9970.78
33172.86
0.039
0.279
2
9970.78
43143.64
0.051
0.240
1
13781.47
56925.11
301303
0.189
0.189
根據(jù)橫向框架自震周期公式得：
=1.7×0.6×=0.58s
(4) 地震作用的計算
1） 水平地震影響系數(shù)
該教學(xué)樓所在場地屬于Ⅱ類三組場地，6度設(shè)防設(shè)計，查《抗規(guī)》，在多遇地震下，水平地震影響系數(shù)最大值，。
已經(jīng)求出，由于， ，一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，故：
2） 利用底部剪力法求各樓層水平地震作用：
結(jié)構(gòu)等效總重力荷載：
則結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值
為了考慮高振型對水平地震作用沿高度分布的影響，需在頂部附加一集中水平力，由于，故不考慮頂部附加地震作用系數(shù)。
樓層處的水平地震作用：
由于本結(jié)構(gòu)高度不超過40m，變形以剪切型為主的且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻，故使用底部剪力法計算水平地震作用。結(jié)構(gòu)總的橫向水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：
計算結(jié)果見表5：
表5各質(zhì)點(diǎn)橫向水平地震作用下樓層地震剪力計算表
層次
Hi／m
Gi／kN
GiHi／kN·m
Fi／kN
Vi／kN
5
20.10
13231.30
265949.13
0.364
563.80
563.80
4
16.50
9970.78
164517.87
0.225
348.77
912.57
3
12.90
9970.78
128623.06
0.176
272.68
1185.25
2
9.30
9970.78
92728.25
0.127
196.58
1381.83
1
5.70
13781.47
78554.38
0.108
166.53
1548.36
各質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用下的樓層地震剪力沿著房屋高度的布設(shè)情況見圖7所示：
(R)橫向地震作用下荷載分布 （Q）每層之間剪力分布
圖7 橫向水平地震作用及樓層地震剪
2.3.1.5 水平地震作用下的位移驗(yàn)算
橫向水平地震作用下的該一榀框架結(jié)構(gòu)的每層間位移和頂點(diǎn)位移各按下面兩式計算：
計算結(jié)果見表6所示，表中的層間彈性位移角=/。
表6橫向水平地震作用下的位移驗(yàn)算
樓層
水平地震力
層間剪力
層間剛度
層高+
層間相對
彈性轉(zhuǎn)角
5
563.80
563.80
850715
0.0007
3.6
1／5143
4
348.77
912.57
850715
0.0011
36.
1／3273
3
272.68
1185.25
850715
0.0014
3.6
1／2571
2
196.58
1381.83
850715
0.0016
3.6
1／2250
1
166.53
1548.36
301303
0.0051
5.7
1／1118
由上表可知，該框架的最大層間位移角位于在第一層，其為1/1118＜[/h]= 1/550，滿足要求。
2）《抗規(guī)》5.2.5規(guī)定：“抗震驗(yàn)算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合：
,查《抗規(guī)》表5.2.5，取0.016。
則：
均滿足規(guī)范要求。
（6） 軸號橫向框架水平地震的計算
上面計算的水平地震作用，是每個結(jié)構(gòu)層所承受的總的荷載；進(jìn)行框架計算時，需要按照各榀框架的抗側(cè)移剛度D將層間水平地震作用分配到每榀框架上去。由于本設(shè)計中手算只計算第6軸線的橫向框架，故這里也只計算號軸線框架上分配的水平地震作用。
一榀框架每層的分配系數(shù)為：
式中，為層號，為本榀框架柱數(shù)目，為本層總的柱數(shù)目。
將D代入可分別計算出軸號橫向框架各層的分配系數(shù)：
軸號橫向框架各層所分配的水平地震作用：
將軸號橫向框架的地震作用標(biāo)繪于計算簡圖上，如圖所示。
第6軸橫向框架地震作用計算簡圖
2.3.2 風(fēng)荷載計算
計算資料：
本建筑位于城市郊區(qū)，屬B類場地；基本風(fēng)壓。對于“U”形平面建筑，風(fēng)載體形系數(shù)。因結(jié)構(gòu)高度，可取
風(fēng)壓：
將風(fēng)荷載換算成作用于第軸橫向框架的線荷載：
標(biāo)準(zhǔn)高度風(fēng)載計算
4.8
1.000
5.04
24.19
8.4
1.000
5.04
18.14
12.0
1.056
5.32
19.15
15.6
1.533
7.73
27.83
19.2
1.612
8.13
29.27
由此繪出第軸橫向框架風(fēng)載圖。
第軸橫向框架風(fēng)載計算簡圖
內(nèi)力計算
1. 恒載內(nèi)力
（1） 梁、柱參數(shù)匯總
根據(jù)前文表 中梁柱截面參數(shù)計算，現(xiàn)將第軸橫向框架梁、柱相關(guān)參數(shù)作一匯總列表計算見表 ，其中第軸橫向框架為中框架，故折算慣性矩。
第軸橫向框架梁幾何參數(shù)
斷面
跨度
截面慣性矩
第軸橫向框架梁
0.30*0.70
7.80
0.30*0.50
2.70
第軸橫向框架柱幾何參數(shù)
柱類別
層次
斷面
邊柱
0.50*0.50
3.60
1.41
0.41
17805
1
0.50*0.50
5.70
2.23
0.64
6997
中柱
0.50*0.50
3.60
2.89
0.59
25621
1
0.50*0.50
5.70
4.58
0.77
8418
（2） 彎矩計算
利用力矩二次分配法計算恒載作用下框架的彎矩。
1） 計算桿固端彎矩：
將三角形分布荷載按固端彎矩等效的原則折算成均布荷載：
1頂層中跨等效均布荷載：
2中間層中跨等效均布荷載：
由以上所求均布荷載，各桿固端彎矩計算如圖 所示：
恒載彎矩二次分配計算簡圖
注：圖中單線條表示第一次分配結(jié)束，雙線條表示第二次分配結(jié)束，虛線表示固端彎矩，粗實(shí)線表示最終桿端彎矩。節(jié)點(diǎn)外彎矩以順時針為正，逆時針為負(fù)，標(biāo)繪于計算簡圖上。
恒載作用下彎矩圖（單位：）
(3) 剪力計算
為方便恒載作用下梁、柱端剪力計算，特將梁上的分布荷載折算成集中力：
1頂層邊跨：
2頂層中跨：
3中間層邊跨：
4中間層中跨：
分別取各個梁、柱作為隔離體，分別對兩端取矩，列出力矩平衡方程，便可得該梁端、柱端剪力。計算簡圖見圖 ，以KL1-4QR端為例，計算如下：
剪力計算簡圖
對R端取矩：
所以：
與此同時，可將梁的跨中彎矩一并計算出來：
對跨中截面取矩：
注意，計算跨中彎矩時，近似按折算后的均布荷載計算：
按以上方法，將第6軸橫向框架各個桿端剪力與跨中彎矩計算出來，列表計算如表所示： 恒載作用下軸線處梁端剪力與跨中彎矩
梁類型
層號
梁長
外荷
固端彎矩
桿端剪力
跨中彎矩
左
右
左
右
軸邊跨
5
7.80
129.48
-55.89
85.58
60.93
-68.55
55.51
4
7.80
158.18
-83.72
97.30
77.35
-80.83
63.72
3
7.80
158.18
-82.14
99.97
76.80
-81.38
63.18
2
7.80
158.18
-81.42
99.85
76.73
-81.45
63.60
1
7.80
158.18
-74.18
100.47
75.72
-82.46
66.91
軸邊跨
5
7.80
129.48
-85.58
55.89
68.55
-60.93
55.51
4
7.80
158.18
-97.30
83.72
80.83
-77.35
63.72
3
7.80
158.18
-99.97
82.14
81.38
-76.80
63.18
2
7.80
158.18
-99.85
81.42
81.45
-76.73
63.80
1
7.80
158.18
-100.47
74.18
82.46
-75.72
66.91
中跨
5
2.70
30.09
-45.13
45.13
15.05
-15.05
-33.17
4
2.70
7.85
-46.47
46.47
3.93
-3.93
-41.59
3
2.70
7.85
-43.50
43.50
3.93
-3.93
-38.62
2
2.70
7.85
-41.78
41.78
3.93
-3.93
-36.90
1
2.70
7.85
-49.40
49.40
3.93
-3.93
-44.52
注：彎矩和剪力均以使梁順時針轉(zhuǎn)動為正，跨中彎矩以使梁下表面受拉為正。
已知柱的兩端彎矩，且柱高范圍內(nèi)