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    本科生毕业论文(设计) 题题 目目 某市中学教学楼框架某市中学教学楼框架结结构构设计设计 专业专业代代码码 土木工程(土木工程(080703) ) 作者姓名作者姓名 宋宋 金金 超超 学学 号号 单单 位位 聊城大学建筑工程学院聊城大学建筑工程学院 指指导导教教师师 杨杨 秀秀 英英 图书分类号 密 级 某市中学教学楼框架结构设计 作者姓名 宋金超 学 历 类 别 本科 学科专业 土木工程 入 学 时 间 2006.09 指导教师姓名 杨秀英 指导教师职称 讲师 毕业设计(论文)完成日期 毕业设计(论文)答辩日期 聊城大学建工程学院 聊城大学本科毕业设计 1 原创性声明 本人郑重声明所提交的学位论文是本人在导师指导下, 独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,论 文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为 获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明 确方式标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名 日期 指导教师签名 日期 聊城大学本科毕业设计 1 前前 言言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶 段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总 结。通过毕业设计,使我在大学期间学到的知识贯穿起来,对于我今后的工作奠 定了良好的基础。 我的毕业设计题目为某市中学教学楼框架设计 。在毕业设计前期,我温 习了结构力学 、 钢筋混凝土 、 建筑结构抗震设计等知识,并借阅了抗 震规范 、 混凝土规范 、 荷载规范 、 混凝土结构设计规范等规范。在毕业 设计中期,我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。 在毕业设计后期,主要进行设计手稿的电脑输入。在整个设计期间我严格按照计 划进行设计工作,在杨秀英老师的耐心和细致的辅导下,使我圆满完成了毕业设 计任务。 在整个毕业设计期间,我在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算, 加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解,巩固了专业知识、提高了综合 分析、解决问题的能力。在进行内力组合的计算时,进一步了解了 Excel。在绘 图时熟练掌握了 AutoCAD,天正 CAD,PKPM 等设计软件,以上所有这些从不同方 面达到了毕业设计的目的与要求。 框架结构设计的计算工作量很大,在计算过程中以手算为主,辅以一些计算 软件的校正。由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指 正。 聊城大学本科毕业设计 2 摘摘 要要 本设计主要进行了结构方案中横向框架 10 轴框架的抗震设计。在确定框架 布局之后,先进行了层间荷载代表值的计算,接着利用顶点位移法求出自震周期, 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) 。接着计算竖向荷载(恒载及活荷载)作用下的 结构内力。最后找出最不利的一组或几组内力组合。选取最安全的结果计算配筋 并绘图。此外还进行了结构方案中的室内楼梯的设计。完成了平台板,梯段板, 平台梁,斜梁等构件的内力和配筋计算及施工图绘制。选取部分梁、板、柱进行 了构件的内力和配筋计算。 整个结构在设计过程中,严格遵循相关的专业规范的要求,参考相关资料和 有关最新的国家标准规范,对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。总之, 适用、安全、经济、使用方便是本设计的原则。 关键词关键词 框架;结构设计;抗震设计 聊城大学本科毕业设计 3 Abstract The purpose of the design is to do the anti-seismic design in the longitudinal frames of axis 10. When the directions of the frames is determined, firstly the weight of each floor is calculated .Then the vibrate cycle is calculated by utilizing the peak- displacement method, then making the amount of the horizontal seismic force can be got by way of the bottom-shear force method. The seismic force can be assigned according to the shearing stiffness of the frames of the different axis. Then the internal force bending moment, shearing force and axial force in the structure under the horizontal loads can be easily calculated. After the determination of the internal force under the dead and live loads, the combination of internal force can be made by using the Excel software, whose purpose is to find one or several sets of the most adverse internal force of the wall limbs and the coterminous girders, which will be the basis of protracting the reinforcing drawings of the components. The design of the stairs is also be approached by calculating the internal force and reinforcing such components as landing slab, step board and landing girder whose shop drawings are completed in the end. The whole structure of the design process, in strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information and the latest national standards and specifications, and design of the various components of a comprehensive scientific considerations. In short, application, security, economic and user-friendly design is the principle. Key words frames;structural design;anti-seismic design 聊城大学本科毕业设计 1 目目 录录 建筑部分建筑部分 1 1 总平面设计总平面设计1 2 2 平面设计平面设计1 2.1 交通联系部分的设计.1 2.1.1 走廊水平交通.1 2.1.2 楼梯垂直交通.2 2.2 卫生间的平面设计.2 3 3 立面设计立面设计2 4 剖面设计剖面设计2 4.1 层数的确定3 4.2 层高的确定3 4.3 室内外高差3 5 建筑构造设计建筑构造设计.3 5.1 墙体3 5.2 屋面结构3 5.3 雨水口构造3 6 结构选型及平面布置结构选型及平面布置4 结构部分 7 设计原始资料设计原始资料5 8 结构设计方案及布置结构设计方案及布置5 9 构件初估构件初估6 9.1 柱截面尺寸的确定.6 9.2 梁尺寸确定.6 9.3 楼板厚度.6 聊城大学本科毕业设计 2 10 基本假定与计算简图基本假定与计算简图6 10.1 基本假定.6 10.2 计算简图.6 11 结构布置及计算简图结构布置及计算简图6 12 荷载计算荷载计算8 12.1 恒载标准值计算.8 12.2 活荷载标准值计算 .10 12.3 竖向荷载下框架受荷总图 .10 12.4 重力荷载代表值计算 .16 13 地震作用计算地震作用计算18 13.1 横向框架侧移刚度计算.18 13.2 横向自振周期计算20 13.3 横向水平地震力计算21 13.4 水平地震作用下的位移验算 .23 13.5 水平地震作用下框架内力计算 .24 14 竖向荷载作用框架内力计算竖向荷载作用框架内力计算29 14.1 梁柱端的弯矩计算 .30 14.2 梁端剪力和轴力计算 .41 15 风荷载计算风荷载计算44 15.1 风荷载侧移计算44 15.2 风荷载内力计算45 16 内力组合内力组合47 16.1 荷载组合.47 16.2 控制截面及不利内力.47 16.3 计算结果47 16.3.1 框架内力计算47 16.3.2 框架柱内力计算结果及框架柱内力组合49 17 截面设计截面设计51 17.1 框架梁的配筋计算.52 17.1.1 正截面受弯承载力计算.52 17.1.2 斜截面受弯承载力计算.53 聊城大学本科毕业设计 3 17.1.3 裂缝宽度控制验算.55 17.1.4 受弯构件的挠度验算.56 17.2 框架柱配筋计算.58 17.2.1 轴压比验算B 轴柱58 17.2.2 正截面受弯承载力计算.58 17.2.3 斜截面受剪承载力计算.60 18 楼板设计楼板设计61 18.1 设计荷载.61 18.2 计算跨度L0的求解 62 18.3 弯矩的求解62 18.4 截面设计.65 1919 楼梯设计楼梯设计66 19.1 踏步板计算66 19.1.1.荷载计算.66 19.1.2.内力计算.66 19.1.3.受弯承载力计算.66 19.2 斜梁设计.67 19.2.1 截面设计.67 19.2.2 荷载计算.67 19.2.3 内力计算.68 19.2.4 承载力计算.68 19.3 平台板设计.69 19.3.1 计算单元的选取.69 19.3.2 荷载计算.69 19.3.3 内力计算.69 19.4 平台梁的设计.70 19.4.1 平台梁截面尺寸的选取.70 19.4.2 平台梁荷载计算.70 19.4.3 平台梁内力计算.70 19.4.4 截面设计.71 19.4.5 吊筋计算.72 基础部分 2020 基础设计资料基础设计资料73 20.1 设计说明73 20.2 荷载计算.73 20.3 地基承载力设计值的确定.73 2121 边柱独立基础设计边柱独立基础设计73 聊城大学本科毕业设计 4 21.1 荷载计算.74 21.2 基底尺寸的确定.74 21.3 持力层强度验算.74 21.4 柱底对基础抗冲切验算.75 21.5 内力计算与配筋.75 22 中柱联合基础设计中柱联合基础设计77 22.1 荷载计算.77 22.2 基底尺寸的确定.77 22.3 持力层强度验算.77 22.4 柱底对基础抗冲切验算.78 22.5 内力计算与配筋.78 参考文献参考文献80 附录附录81 致谢致谢82 聊城大学本科毕业设计 1 某市中学教学楼框架结构设计某市中学教学楼框架结构设计 建筑部分建筑部分 1 1 总平面设计总平面设计 本工程为教学楼,其采用框架结构,层高均为 3.9 米。总高 18.9 米,总建筑 面积约为 4340.75m2 左右。 在建筑设计过程中兼顾安全,适用,经济,美观四个原则,并依据建筑设计 资料集进行详细说明。总平面设计要求综合总体规划,基地环境等具体条件合理 分区,妥善解决平面各组成部分之间的相互关系,选择合适的交通联系方式。并 且简捷明快,管理方便,满足人在心理,视觉和其它各种使用上的要求,按照建 筑性质,规划和基地,确定平面形式,使布局紧凑,节约用地,并且为立面设计 创造有利条件,考虑合理性及经济。 2 2 平面设计平面设计 建筑平面是建筑在水平方向房间各部分的组合关系。本设计中,考虑各房间 的使用要求以及合理性不止,综合建筑物框架结构特点,初步确定柱网的布置。 2.12.1 交通联系部分的设计交通联系部分的设计 交通联系部分是人流通行和集散不可缺少的内容,这部分设计的主要内容有 (1)交通路线简捷,明快,联系方便。 (2)人流通畅,紧急疏散时迅速安全。 (3)满足一定的采光和通风要求。 (4)力求节省交通面积,同时应考虑空间处理等问题。 结合本建筑的具体要求,设置以下交通联系部分 2.1.1 走廊水平交通 本设计中走廊为宽 3.0m 内走廊,在建筑物中延长向布置,同时满足功能使 聊城大学本科毕业设计 2 用要求和防火疏散规定。 2.1.2 楼梯垂直交通 楼梯设计主要依据使用要求和人流通行情况确定梯段宽度和休息平台的宽 度,选择适当的楼梯形式,考虑整幢建筑的楼梯数量,以及楼梯间的平面位置 和空间组合。 楼梯的位置应布置均匀,导向明确,显明易找,因考虑到建筑面积不大,房 间少,故在建筑物中间布置一双跑式楼梯,以便满足行走和防火要求,楼梯踏步 为 150mm270mm。 2.22.2 卫生间的平面设计卫生间的平面设计 卫生间在满足设备布置及人体活动要求的前提下,力求布置紧凑,节约面积, 使管道集中,并尽可能有自然采光和通风条件。 根据本建筑设计的类型和使用的人数,每层在建筑物的中间部分设男、女厕 所各一间。 平面的组合形式详见建筑施工图。 3 3 立面设计立面设计 建筑立面设计是满足房屋使用要求和技术经济条件的前提下,运用建筑物造 型和里面构图的一些规律,紧密结合平面布置,剖面的内部空间组合条件而进行 设计。联系建筑平面及剖面建筑体型组合,运用建筑形式美的一些基本规律,使 他在满足使用要求的前提下,适应环境条件,符合美学的基本规律,也更加富有 现代气息和艺术的感觉。本设计中,外立面上采用大面积的铝合金门窗,充分显 示框架结构中,框架的特点。外墙采用乳白色面砖贴面。 建筑物室内地坪和室外地坪相差 450mm,设四个台阶150mm300mm 。 建筑立面效果见建筑施工图。 4 剖面设计剖面设计 建筑剖面图是表示建筑物在垂直方向房屋各部分的组合关系,剖面设计主要 分析建筑物各部分应有的高度,建筑物的层数,空间的组合和利用,以及在建筑 聊城大学本科毕业设计 3 物剖面中的结构和构造的关系等。 4.14.1 层数的确定层数的确定 根据建筑物的使用要求,城市规划要求,进而确定大楼为五层建筑物。 4.24.2 层高的确定层高的确定 根据使用要求,采光、通风、感观和模数,确定第一层层高为 3.6m, 第二、三、四层层高为 3.6 m,顶层层高为 3.6m,设女儿墙为 0.9m。 4.34.3 室内外高差室内外高差 为防止室外雨水倒流入室内及建筑物沉降使室内地坪标高过低,同时也增强 了建筑物的立面效果,故取室内外高差 450mm。 见建筑施工图。 5 建筑构造设计建筑构造设计 5.15.1 墙体墙体 墙体的厚度应满足强度、稳定性,保温隔热、防火隔音等方面的要求,结 合设计资料,统一取外墙为 240mm 厚,内墙为 240mm 厚,采用外墙空心砖,内墙 砌体填充。 5.25.2 屋面结构屋面结构 该层面上设女儿墙,且为上人屋面。四屋面防水及排水 采用柔性防水,屋面用细石砼?;?,防水采用改性油毡(SBS)防水。屋面 排水采用有组织排水,即屋面雨水顺坡流入雨水管,再散水流入排沟。 屋面泛水做法 将油毡直接引申到墙面,并在墙面上做水泥沙浆滴水线,泛水的高度取 250mm,它满足大于 150mm 的规范要求。 5.35.3 雨水口构造雨水口构造 雨水口是屋面雨水汇集并排出至落水管的关键部位,构造上要求排水通畅, 防止渗漏和堵塞。雨水口四周须铺一层油毡,并铺到漏斗口内,用沥青胶贴牢。 采用铸铁漏斗形的定型件用水泥沙浆埋嵌牢固,缺口及交接处等薄弱环节可用油 膏嵌缝,再用蓖网铁置压盖。 聊城大学本科毕业设计 4 6 结构选型及平面布置结构选型及平面布置 1结构体系选型选用钢筋混凝土现浇框架结构体系。 2屋面结构采用现浇钢筋混凝土屋盖,刚柔性相结合的屋面,屋面板厚 120mm。 3楼面结构全部采用现浇钢筋混凝土楼盖,板厚 120mm。 4楼梯结构采用钢筋混凝土梁式楼梯。 5结构平面布置如图 6.1 所示 图 6.1 结构平面布置图 聊城大学本科毕业设计 5 结构设计结构设计 7 设计原始资料设计原始资料 (1).冬季主导风向东北平均风速 2.6 m/s,夏季主导风向东南平均风速 2.6 m/s,最大风速 23.7 m/s。 2.常年地下水位低于-1.3m,水质对混凝土没有侵蚀作用。 3.最大积雪厚度 0.32m,基本雪压 SO0.35KN/M2,基本风压 WO0.45 KN/M2,土 壤最大冻结深度 0.09m。 4.抗震设防烈度 7 度,设计地震分组第三组. 5.地质条件如表 7.1 表表 7.17.1 序号岩石名称厚度 FakMPa 1 耕土 1.1--- 2 黏土 2.8250 3 黏土 9.4110 8 结构设计方案及布置结构设计方案及布置 钢筋混凝土框架结构是由梁,柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平 荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用??蚣芙峁咕哂薪ㄖ矫娌贾昧榛?, 室内空间大等优点,广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办 公、商业、旅馆等民用建筑。因此这次设计的成集中学教学楼采用钢筋混凝土框 聊城大学本科毕业设计 6 架结构。按结构布置不同,框架结构可以分为横向承重,纵向承重和纵横向承重 三种布置方案。 本次设计的教学楼采用横向承重方案,竖向荷载主要由横向框架承担,楼板为预 制板时应沿横向布置,楼板为现浇板时,一般需设置次梁将荷载传至横向框架。 横向框架还要承受横向的水平风载和地震荷载。在房屋的纵向则设置连系梁与横 向框架连接,这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架,承受平行于房屋纵向的水 平风荷载和地震荷载。 9 构件初估构件初估 9.19.1 柱截面尺寸的确定柱截面尺寸的确定 柱截面高度可以取 ?? 0 1/15 1/ 20 lh ?? , 0 l 为梁的计算跨度;柱截面宽度可以取为 ??1/ 2 1/ 4bh?? 。选定柱截面尺寸为 500 mm500mm 9.29.2 梁尺寸确定梁尺寸确定 框架梁截面高度取梁跨度的 l/8l/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 300mm600mm 9.39.3 楼板厚度楼板厚度 楼板为现浇双向板,根据经验板厚取 120mm。 10 基本假定与计算简图基本假定与计算简图 10.110.1 基本假定基本假定 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。 10.210.2 计算简图计算简图 在横向水平力作用下,连梁梁对墙产生约束弯矩,因此将结构简化为刚结计算体 系,计算简图如后面所述。 聊城大学本科毕业设计 7 11 结构布置及计算简图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,主体结构为局部 5 层,层高均为 3.6m。 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 1/121/8 估算,由此估算的梁载面尺寸见表 11.1。 表表 11.111.1 梁截面尺寸梁截面尺寸 横梁(b?h) 层次砼强度 AB 跨BC 跨CD 跨 纵梁b?h 1-5C30300?600300?500300?600300?600 柱载面尺寸可根据式 NβFgEn Ac≥N/[UN]fc 估算表 11.2 查得该框架结构在 30m 以下,抚震得级为三级,其轴压比值[UN]0.9 表表 11.211.2 抗震等级分类抗震等级分类 烈 度 结构类型 6789 高度/m ≤30 >30 ≤30 >30 ≤30 >30 ≤25 框架四三三二二一一框架结构 剧场、体育等三二一一 表表 11.311.3 轴压比限值轴压比限值 抗 震 等 级 结构类型 一二三 框架结构 0.70.80.9 柱截面尺寸柱截面宽度可取 b(1/12-1/18)H,H 为层高;柱截面高度可取 h (1-2)b,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 聊城大学本科毕业设计 8 柱验算??悸堑酵渚赜跋?,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。 /ANfc?? 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 500?500mm。 基础采用柱下条形基础,基础距离室外地平 0.5,室内外高差为 0.45,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- 4 层柱高度即为层高为 3.6m,底层柱高度从基础顶面取至一层板底,即 h13.60.450.54.55m??蚣芗扑慵蛲既缤?11.1 所示。 图图 11.111.1 框架计算简图框架计算简图 聊城大学本科毕业设计 9 12 荷载计算荷载计算 12.112.1 恒载标准值计算恒载标准值计算 (1)屋面 防水层(刚性)30 厚 C20 细石混凝土防水 1.0kN/m2 防水层(柔性)三毡四油铺小石子 0.4kN/m2 找平层15 厚水泥砂浆 0.02m20 kN/m30.4kN/m2 找坡层40 厚水泥石灰焦渣砂浆 2找平 0.04m14 kN/m30.56 kN/m2 保温层80 厚矿渣水泥 0.08m14.5 kN/m31.16 kN/m2 结构层120 厚现浇钢筋混凝土板 0.12m25 kN/m33kN/m2 抹灰层10 厚混合砂浆 0.01m17 kN/m30.17kN/m2 合计 6.59kN/m2 (2)楼面 水磨石地面10mm 面层,20mm 水泥砂浆打底,素水泥打底 0.65kN/m2 120 厚钢筋砼板 250.123kN/m2 12 厚水泥沙浆 0.012202.5kN/m2 合计 3.89kN/m2 (3)梁自重 边跨梁 bh300600mm 梁自重 250.30.6-0.123.6kN/m 抹灰层12 厚水泥砂浆 ﹝0.0120.6-0.1220.0120.3﹞20=0.298kN/m 合计 3.898kN/m2 (4)柱自重 bh500500mm 柱自重 250.500.506.25kN/m 抹灰层12 厚水泥砂浆 0.0120.50420=0.48kN/m 合计 6.73kN/m (5)外纵墙自重 标准层 聊城大学本科毕业设计 10 纵墙(240 灰砂砖) 183.6-0.6-1.80.245.18kN/m 铝合金门窗 0.351.8 0.63kN/m 瓷砖外墙面 0.363.60-1.800.648kN/m 水泥粉刷内墙面 0.363.60-1.800.648kN/m 合计 7.106kN/m2 底层 纵墙(240 灰砂砖) 184.55-1.80-0.60-0.400.247.56kN/m 铝合金门窗 0.351.80.63kN/m 瓷砖外墙面 0.54.55-1.80-0.501.125kN/m 水泥粉刷内墙面 0.756kN/m 合计 10.071kN/m 内纵墙自重 标准层 纵墙(240 灰砂砖) 183.60-0.600.2412.96kN/m 瓷砖墙面 0.363.60-0.602.002.16kN/m 合计 15.12kN/m2 底层 纵墙(240 灰砂砖) 184.55-0.60-0.400.2415.336kN/m 瓷砖墙面 0.363.6022.592kN/m 合计 17.928kN/m 12.212.2 活荷载标准值计算活荷载标准值计算 第一面和楼屋面活荷载标准值 根据荷载规范查得 上人屋面 2.0 kN/m2 楼面教室 2.0 kN/m2 走道 2.5 kN/m2 第二雪荷载 0.4 kN/m2 屋面活荷载与雪荷载不同时考虑,两者中取大值。 聊城大学本科毕业设计 11 12.312.3 竖向荷载下框架受荷总图竖向荷载下框架受荷总图 本次设计的教学楼纵向柱距为 7.20m,横梁跨度为 5.40m,单区格板为 7.20m5.40m。L1/L21.3T10.27S,则 n ? 取为 0 FI 1 i EKn jj j G Hi F G H ? ? (1-δn) 各层横向地震作用及楼层地震剪力计算见表 13.6 表表 13.613.6 各层横向地震作用及楼层地震剪力各层横向地震作用及楼层地震剪力 层次 hiHiGiGiHi ? ? S j ii ii HG HG 1 FiVi 53.618.959850186657.50.3261047.761047.76 43.615.359604147421.40.258829.211876.97 33.611.7596041128470.197633.162510.13 23.68.15960478272.60.137440.322950.49 14.554.5510300468650.082263.55 3214.00 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如图 13.2,13.3 聊城大学本科毕业设计 23 图图 13.213.2 水平地震作用分布水平地震作用分布 图图 13.313.3 层间剪力分布层间剪力分布 13.413.4 水平地震作用下的位移验算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 i ?? 和顶点位移 μi 分别按式 1 i n i ij i V u D ? ?? ? 和 μ ? n k和 1 Δμk 计算 计算过程见表 13.7,表中还计算了各层的层间弹性位移角 e ? Δμi/hi 表表 13.713.7 横向水平地震作用下的位移验算横向水平地震作用下的位移验算 层次 ViDi△μi/mmμi/mmhi/m θe i i h ?? 51047.768699461.2012.463.61/2989 41876.978699462.1611.263.61/1669 32510.138699462.899.103.61/1248 22950.498699463.396.213.61/1061 1 3214.00 11397102.822.824.551/1277 由表 13.7 可见,最大层间弹性位移角发生在第 2 层,其值为 1/1061<1/550 满 足式 Δμe≤[θe]h 的要求,其中[Δμ/h]1/550 由表查得。 聊城大学本科毕业设计 24 13.513.5 水平地震作用下框架内力计算水平地震作用下框架内力计算 水平地震作用下的内力采用改进的反弯点法??蚣苤思舻都暗染胤直鸢词?Vij 和V D D i S j和 ij ij ? 1 b ij MyhVij·? 计算,其中 Dij 取自表∑Dij 取自表 5,层间剪刀取 自表 7,各柱反弯点高度比 y 按式 yyny1y2y3 确度,各修正值见表 10,各层 柱剪力计算见表 13.8。 表表 13.813.8 柱剪力计算柱剪力计算 层次A 轴柱B 轴柱 C 轴 柱 D 轴 柱 第五 层 13824 0.016 869946 D D ?? ? 0.016 1047.7616.65VKN??? 25719 0.030 869946 D D ?? ? 0.030 1047.7631.43VKN??? 同 B 柱 同 A 柱 第四 层 13824 0.016 869946 D D ?? ? 0.016 1876.9730.03VKN??? 25719 0.030 869946 D D ?? ? 0.030 1876.6956.3VKN??? 同 B 柱 同 A 柱 第三 层 13824 0.016 869946 D D ?? ? 0.016 2510.1340.16VKN??? 25719 0.030 869946 D D ?? ? 0.030 2510.1375.30VKN??? 同 B 柱 同 A 柱 第二 层 13824 0.016 869946 D D ?? ? 0.016 2950.4947.21VKN??? 25719 0.030 869946 D D ?? ? 0.030 2950.4988.51VKN??? 同 B 柱 同 A 柱 第一 层 21982 0.019 1139710 D D ?? ? 0.025 321480.35VKN??? 30823 0.027 1139710 D D ?? ? 0.027 321486.78VKN??? 同 B 柱 同 A 柱 框架柱反弯点位置,y y0y1y2 y3 ,计算结果如表 13.9 聊城大学本科毕业设计 25 表 13.9 各柱的反弯点高度 表表 13.9.a13.9.a A A 轴框架柱反弯点位置轴框架柱反弯点位置 层号 h/miy0y1y2y3y 53.61.050.350000.35 43.61.050.400000.40 33.61.050.450000.45 23.61.050.500000.50 14.553.550.650000.65 表表 13.9.b13.9.b B B 轴框架柱反弯点位置轴框架柱反弯点位置 层号 h/miy0y1y2y3y 53.63.550.450000.45 43.63.550.480000.48 33.63.550.500000.50 23.63.550.500000.50 14.554.440.550000.55 C 轴框架柱反弯点位置与 B 柱相同,A 轴框架柱反弯点位置与 D 柱相同。 框架各柱的杆端弯矩、梁端剪力及柱轴力发别按下式计算 imC V 1Myh??? 上 im V y h C M?? 下 中柱处的梁 b bjCj bb i M ii M? ? 左 C 下j 1左上 右左 (M) , b bjCj bb i M ii M? ? 右 C 下j 1右上 右左 (M) 中柱处的梁 bCj MM? C 下j 1总上 (M) 聊城大学本科毕业设计 26 表表 13.1013.10 横向水平地震作用下横向水平地震作用下 A A 轴框架柱剪力和弯矩的计算轴框架柱剪力和弯矩的计算 层号 Vim/kNyh/m Mc 上/(kNm)Mc 下/(kNm)Mc 总/(kNm) 516.651.2638.9620.9838.96 430.031.4464.8643.2485.84 340.161.6279.5265.06122.76 247.211.884.9884.98150.04 180.352.96127.96237.64212.94 表表 13.1113.11 横向水平地震作用下横向水平地震作用下 B B 轴框架柱剪力和弯矩的计算轴框架柱剪力和弯矩的计算 层号 Vim/kNyh/m Mc 上/(kNm)Mc 下/(kNm)Mc 总/(kNm) 531.431.6262.2350.9262.23 456.31.728105.3997.29156.3102 375.31.8135.54135.54232.8264 288.511.8159.32159.32294.858 186.782.5025177.68217.17337.0001 结果如图 13.4,图 13.5,图 13.6 聊城大学本科毕业设计 27 图图 13.413.4 地震作用下的框架弯矩图地震作用下的框架弯矩图 聊城大学本科毕业设计 28 图图 13.513.5 地震作用下的框架剪力图地震作用下的框架剪力图 图图 13.613.6 地震作用下的框架轴力图地震作用下的框架轴力图 聊城大学本科毕业设计 29 14 竖向荷载作用框架内力计算竖向荷载作用框架内力计算 竖向荷载作用下的内力一般可采用近似法,有分层法,弯矩二次分配法和迭代法。 当框架为少层少跨时,采用弯矩二次分配法较为理想。这里竖向荷载作用下的内 力计算采用分层法。 竖向荷载作用下,框架的内力分析除活荷载较大的工业与民用建筑.可以不考虑 活荷载的不利布置,这样求得的框架内力,梁跨中弯距较考虑活载不利布置法求得 的弯局偏低,但当活载占总荷载的比例较小时,其影响很小.若活荷载占总荷载的 比例较大时,可在截面配筋时,将跨中弯距乘以 1.11.2 的较大系数。 框架横梁均布恒荷载、活荷载可从前面荷载计算中查得。具体数值见图 14.1。 图图 14.114.1 横向框架荷载作用图横向框架荷载作用图 聊城大学本科毕业设计 30 由于柱纵向集中荷载的作用,对柱产生偏心。在恒荷载和活荷载的作用下的偏心 矩如图 14.2,14.3 所示。 图图 14.214.2 竖向恒载引起的偏心弯矩竖向恒载引起的偏心弯矩 图图 14.314.3 竖向活载引起的偏心弯矩竖向活载引起的偏心弯矩 14.114.1 梁柱端的弯矩计算梁柱端的弯矩计算 梁端柱端弯矩采用弯矩分配法计算。计算步骤为 聊城大学本科毕业设计 31 将原框架分为 5 个敞口单元,除底层柱外的其于各层柱的相对线刚度乘以 0.9。 用弯矩分配法计算每一个敞口单元的杆端弯矩,底层柱的传递系数为 0.5,其余 各层柱的传递系数为 1/3。 将分层法所得到的弯矩图叠加,并将节点不平衡弯矩进行再分配。 梁端固定弯矩计算 恒载 屋面 22 AB 11 31.34 7.2135.39 1212 MglkN m? ?? ???? ?? 135.39 BA MkN m?? 22 11 23.67 317.75 1212 BC MglkN m? ?? ???? ?? , 17.75 CW BW g MkN m?? 22 11 31.34 7.2135.39 1212 CD MglkN m? ?? ???? ?? , 135.39 DW CW g MkN m?? 楼面 22 11 35.22 7.2152.15 1212 AB MglkN m? ?? ???? ?? 152.15 BA MkN m?? 22 11 30.69 323.02 1212 BC MglkN m? ?? ???? ?? 152.15 BC MkN m?? 135.39 CD MkN m? ?? 135.39 DC MkN m?? 活载 屋面 22 11 8.33 7.235.99 1212 AB MqlkN m? ?? ???? ?? 35.99 BA MkN m?? 22 11 7.5 35.625 1212 BC MqlkN m? ?? ???? ?? 聊城大学本科毕业设计 32 5.625 CB MkN m?? 22 11 8.33 7.235.99 1212 CD MqlkN m? ?? ???? ?? 35.99 DC MkN m?? 楼面 22 11 8.33 7.235.99 1212 AB MqlkN m? ?? ???? ?? 35.99 BA MkN m?? 22 11 9.37 37.03 1212 BC MqlkN m? ?? ???? ?? 7.03 CB MkN m?? 22 11 8.33 7.235.99 1212 CD MqlkN m? ?? ???? ?? 35.99 DC MkN m?? 竖向均布活荷载作用下的框架内力计算方法同上,分层法计算见图 14.4、14.5、14.6。 图图 14.4.a14.4.a 顶层弯矩分配图顶层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 33 131.05 72.05 72.05 74.60 56.45 47.97 24.0218.82 图图 14.4.b14.4.b 顶层弯矩图顶层弯矩图 图图 14.5.a14.5.a 标准层弯矩分配图标准层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 34 59.23 106.95 47.72 147.97 64.97 49.30 30.44 15.9116.43 33.7 19.74 11.23 图图 14.5.b14.5.b 标准层弯矩图标准层弯矩图 图图 14.6.a14.6.a 底层弯矩分配图底层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 35 64.04 103.81 39.77 148.00 67.86 44.26 33.33 13.2614.75 35.88 21.35 11.96 图图 14.6.b14.6.b 底层弯矩图底层弯矩图 竖向均布活荷载作用下的框架内力计算方法同上,结果见图 11.7、11.8、11.9、11.10、11.11。 图图 14.7.a14.7.a 顶层弯矩分配图顶层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 36 34.96 19.69 19.69 20.14 14.82 11.69 6.564.94 图图 14.7.b14.7.b 顶层弯矩分配及弯矩图顶层弯矩分配及弯矩图 图图 14.8.a14.8.a 标准层弯矩分配图标准层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 37 13.64 25.64 12.00 35.20 16.46 11.16 5.91 4.003.72 7.58 4.55 2.53 图图 14.8.b14.8.b 标准层弯矩图标准层弯矩图 图图 14.9.a14.9.a 底层弯矩分配图底层弯矩分配图 聊城大学本科毕业设计 38 14.7 24.82 10.12 35.22 17.311 10.03 6.56 3.373.34 8.07 4.9 2.69 图图 14.9.b14.9.b 底层弯矩图底层弯矩图 对节点不平衡弯矩进行再次分配,以恒荷载作用下五层左上节点为例 91.79 72.05 图图 14.1014.10 弯矩二次分配图弯矩二次分配图 0.42 72.0572.0581.68/ 0.420.4 0.4 91.7991.7972.0581.68/ 0.420.4 MkN m MkN m ????? ? ????? ? 梁 柱 (91. 79) () 聊城大学本科毕业设计 39 其余各节点弯矩分配见图中数据?;詈稍刈饔孟轮屑浣诘阃渚叵嗖畈淮?,不在分 配。 本设计中梁端弯矩的调幅系数取 0.8。调幅结果表见 14.1。 表表 14.114.1 梁端弯矩的调幅梁端弯矩的调幅 AB 跨BC 跨CD 跨 调幅前调幅后调幅前调幅后层次 梁左梁右梁左梁右梁左梁右梁左梁右 五层 72.05131.0581.68132.7274.674.666.6466.64 四层 106.95147097122.01153.9364.9764.9736.5736.57 三层 106.95147.97119.22153.6264.9764.9738.0638.06 二层 106.95147.97119.78153.6264.9764.9738.0638.06 恒 载 一层 103.81148109.78149.7764.9764.9756.5656.56 五层 19.6934.9622.0235.3420.1420.1418.3518.35 四层 25.6435.2029.4636.1716.4616.4611.8211.82 三层 25.6435.2028.5836.0216.4616.4612.5812.58 二层 25.6435.2028.7036.0216.4616.4612.5812.58 活 载 一层 24.8235.2226.3235.7217.1117.1114.7314.73 同 AB 跨 竖向均布荷载作用下的框架弯矩图为图 14.11,14.12。 聊城大学本科毕业设计 40 14.7513.26 42.58 44.75 70.82 38.06 153.62 36.57 70.52 46.84 153.93 35.22 56.85 119.22 63.45 68.90 122.01 53.11 109.78 74.37 50.63 149.77 56.56 66.64 132.72 81.68 81.68 66.09 70.82 44.75 55.77 119.78 62.92 153.6238.06 14.7513.26 42.58 44.75 70.82 38.06 153.62 36.57 70.52 46.84 153.93 35.22 56.85 119.22 63.45 68.90 122.01 53.11 109.78 74.37 50.63 149.77 56.56 66.64 132.72 81.68 81.68 66.09 70.82 44.75 55.77 119.78 62.92 153.62 38.06 图图 14.1114.11 竖向均布恒载作用下的框架弯矩图竖向均布恒载作用下的框架弯矩图 聊城大学本科毕业设计 41 12.92 26.32 17.27 11.31 35.72 14.73 18.35 35.34 22.02 22.02 16.99 12.91 10.52 13.75 28.70 14.72 36.02 12.58 3.3413.26 9.65 10.52 12.91 12.58 36.02 11.82 12.76 11.59 36.17 8.98 13.98 28.58 14.84 16.56 29.46 12.92 26.32 17.27 11.31 35.72 14.73 18.35 35.34 22.02 22.02 16.99 12.91 10.52 13.75 28.70 14.72 36.02 12.58 3.3413.26 9.65 10.52 12.91 12.58 36.02 11.82 12.76 11.59 36.17 8.98 13.98 28.58 14.84 16.56 29.46 图图 14.1214.12 竖向均布活载作用下的框架弯矩图竖向均布活载作用下的框架弯矩图 14.214.2 梁端剪力和轴力计算梁端剪力和轴力计算 梁端剪力 qm VVV?? 2 2 qq mm ql VV MM VV ? ? ? 左 梁上均布荷载引起的剪力 右 梁端弯矩引起的剪力 柱轴力 N VP?? V P 梁端剪力 柱顶竖向集中荷载 具体计算结果见表 14.2,14.3,14.4,11.5,14.6,14.7。 聊城大学本科毕业设计 42 表表 14.214.2 恒载作用下恒载作用下 ABAB 梁端剪力计算梁端剪力计算 层 号 qkN/mlmql/2 kN ∑M/lkN VA ql/2- ∑M/lkN VB ql/2∑M/lkN 531.347.2112.827.09105.73119.91 435.227.2126.794.43122.36131.22 335.227.2126.794.78122.01131.57 235.227.2126.794.70122.09131.49 135.227.2126.795.56121.23132.35 表表 14.314.3 恒载作用下恒载作用下 BCBC 梁端剪力计算梁端剪力计算 层号 qkN/mlm ql/2 kN ∑M/lkN VA ql/2- ∑M/lkN VB ql/2∑M/lkN 523.673.029.99029.9929.99 430.693.029.99029.9929.99 330.693.029.99029.9929.99 230.693.029.99029.9929.99 130.693.029.99029.9929.99 表表 14.414.4 活载作用下活载作用下 ABAB 梁端剪力计算梁端剪力计算 层号 qkN/mlmql/2 kN ∑M/lkN VA ql/2- ∑M/lkN VB ql/2∑M/lkN 523.677.235.51035.5135.51 430.697.246.04046.0446.04 330.697.246.04046.0446.04 230.697.246.04046.0446.04 130.697.246.04046.0446.04 表表 14.514.5 活载作用下活载作用下 BCBC 梁端剪力计算梁端剪力计算 聊城大学本科毕业设计 43 层号 qkN/mlmql/2 kN ∑M/lkN VA ql/2- ∑M/lkN VB ql/2∑M/lkN 57.503.011.25011.2511.25 49.373.014.06014.0614.06 39.373.014.06014.0614.06 29.373.014.06014.0614.06 19.373.014.06014.0614.06 表表 14.614.6 恒载作用下的剪力和轴力恒载作用下的剪力和轴力 总剪力柱轴力 AB 跨BC 跨A 柱B 柱层次 VAVBVBVC N 顶N 底N 顶N 底 5105.73119.9129.99216.25250.38230.43264.56 4122.36131.
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