【四層】5000平米框架結構高校教學樓（設計建筑圖、結構圖、計算書）

【四層】5000平米框架結構高校教學樓（設計建筑圖、結構圖、計算書）,【溫馨提示】壓縮包內含CAD圖有預覽點開可看。打包內容里dwg后綴的文件為CAD圖,可編輯,無水印,高清圖,壓縮包內文檔可直接點開預覽,需要原稿請自助充值下載,所見才能所得,請細心查看有疑問可以咨詢QQ：11970985或197216396 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁 共 I 頁 目 錄 1 緒論 .1 2 建筑設計說明 .2 2.1 建筑物功能與特點 .2 2.2 建筑做法 .5 3 PKPM 設計 8 3.1 確定結構布置及構件的截面尺寸 .8 3.2 輸入荷載的計算 11 3.3 PMCAD 參數選取 13 3.4 PKPM 電算流程 .14 3.5 計算結構分析 15 4 一榀框架設計 16 4.1 計算單元的選擇： 16 4.2 一榀框架計算簡圖確定 17 4.3 豎向荷載標準值計算 17 4.4 橫向荷載作用下的內力計算 36 4.5 內力組合 49 5 基礎設計與計算 67 5.1 柱下獨立基礎設計 67 5.2 墻下條形基礎設計 71 6 零星構件的設計與計算 72 6.1 次梁的設計與計算 72 6.2 樓板的設計與計算 75 6.3 樓梯的設計與計算 76 結束語 .81 致 謝 .82 參 考 文 獻 83 附圖 1 三層梁柱尺寸 .84 附圖 2 樓面荷載 .85 附圖 3 樓板面積圖 .86 附圖 4 梁柱配筋 .87 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 87 頁 1 緒論 本設計的課題是常州市某職業(yè)技術學院教學樓建筑與結構設計，建筑面積 ，結構為 4 層。建筑標高為 ，標準層層高為 ，底層層高為24.53m16.m3.9m ，室內外高差為 。建筑設計等級為三級，根據建筑結構可靠度設計統(tǒng)90.5 一標準 （GB50068-2001） ，使用年限為 50 年，建筑結構安全等級為二級。相關設 計技術參數如下： (1)工程氣象條件： 基本風壓為 ；基本雪壓為20.4kN20.35kN (2)工程地質條件：該場地平整，場地土類型為中硬場地土，建筑場地類別為 類。場地內第一層土為素填土，0.45-0.85m，平均 0.5m，不均質，為不良工程地質 層，第二層為中等壓縮性中低強度粉土，分布均勻穩(wěn)定，地基土承載力特征值 ，可為持力層；地下水位埋深 3.974.03 米，地下水對混凝土無腐蝕190akfP 性，對鋼結構有弱腐蝕性。 (3)工程抗震信息：該工程位于抗震設防區(qū)，抗震設防烈度為 7，設計基本加 速度為 0.1g，地震分組為第一組。 (4)荷載取值：按建筑結構荷載規(guī)范 （GB50009-2001 ）確定。 結構形式：本設計采用框架結構。對于框架結構，其特點有：框架結構是由鋼 筋混凝土主梁、次梁和柱形成的框架作為建筑物的骨架，梁和柱之間的連接為剛性 結點。屋蓋、樓板上的荷載通過板傳遞給梁，由梁傳遞到柱，由柱傳遞到基礎?？?架結構的墻體全部為自承重墻，只起分隔和圍護作用，磚墻的重量通過梁、板傳給 柱。有時填充墻的剛度大于豎向柱的剛度，對結構抗震極為不利，所以宜采用焦渣 磚作填充墻，減少結構的自重和荷載，減弱隔墻的剛度。框架結構的特點是不受樓 板跨度的限制，能為建筑提供靈活的使用空間?？蚣芙Y構中梁柱構件截面較小，因 此框架結構的承載力和剛度都較低，它的受力特點類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越 高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個方向都承受很大的水平力，這時現(xiàn)澆樓面 也作為梁共同工作的，裝配整體式樓面的作用則不考慮。為了增強結構的抗震能力， 設計時遵循以下原則：“ 強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件” ?？蚣芙Y構構成：屋 蓋與樓板、框架梁、框架柱、柱下獨立基礎。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 87 頁 2 建筑設計說明 建筑設計是一項以人為本的設計工作，設計中應以實用為基礎，充分考慮功能 上的實用要求，包括功能分區(qū)、人體尺度、家具尺度、空間設計、流線組織等，滿 足人們居住、生活、工作、學習等不同需要，真正做到合理、舒適、可行 1。建筑 物的設計和建造直接受到自然環(huán)境條件的影響和制約，這也是決定建筑設計的一個 重要方面，關系到建筑物的平面布置、形體組合、立面造型等。 2.1 建筑物功能與特點 建筑功能是指建筑的使用要求。不同的建筑有各自不同的使用要求。隨著社會 的發(fā)展和人類物質文化生活水平的不斷提高，建筑的功能要求也在日益復雜化。滿 足建筑物的功能要求，為人們的工作和生活創(chuàng)造良好的環(huán)境，是建筑設計的首要任 務。例如本設計的是學校教學樓，首先要考慮滿足教學活動的需要，教室設置應分 班合理，采光通風良好，同時還要合理安排教師備課、辦公、儲藏和廁所等行政管 理和輔助用房。 2.1.1 建筑平面設計 建筑平面設計主要應考慮建筑物所處的環(huán)境及其功能要求，同時又要兼顧結構 平面布置的規(guī)則和合理；此外，考慮到抗震設計的一些要求，建筑物應力求規(guī)則 2。 因此，本次設計在平面上采用“凹”字形、內廊,外廊相結合式的平面布置。具體布 置見建筑平面圖 2.1。對該平面設計作如下說明：本設計柱網上采用 6.3m8.1m 和 8.1m8.4m。走廊采用了內廊外廊相結合式結構布置。內廊寬 3.3m，外廊寬 3.6m 以滿足人流要求。同時設有兩部樓梯，兼做消防樓梯。其平面圖詳見建施圖-02。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 87 頁 圖 2.1 建筑平面圖 2.1.2 立面設計 結合平面設計中框架柱的布置，立面上主要采用豎向劃分，外觀上顯得大方、 挺拔、氣派；同時，考慮到框架結構的優(yōu)點，柱間全開窗不用墻，使窗與柱形成了 有節(jié)奏的虛實對比，顯得明快、活潑，同時也得到了良好的采光效果。大門設于正 中間，使整個建筑物顯得美觀大方。大門設有左右兩扇門，使整個大門顯得大氣； 雨蓬的運用，和大門的設置一同起到了突出主要入口功能，起到了吸引人流導向的 作用，具體見圖 2.2。 圖 2.2 建筑立面圖 2.1.3 剖面設計 該建筑為教學樓，對采光、層高要滿足一定的要求。通過剖面設計來確定建筑 物各部分的高度，建筑層數，如圖 2.3。一般的剖面設計包括：確定房間的剖面形 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 87 頁 狀、尺寸及比例關系；確定房屋的層數和各部分的標高；解決天然采光、自然通風 等建筑構造方案；進行房間豎向空間的組合，研究建筑空間的利用。 圖 2.3 建筑剖面圖 2.1.4 屋面 屋頂采用現(xiàn)澆混凝土結構平屋頂，屋頂設計為不上人屋頂，檐口采用 1.2m 高 女兒墻。其排水方式采用有組織排水：采用保溫層找坡，坡度取 2%，設計為內排 水，雨水經由天溝、雨水口、雨水管等排水裝置引導至地面管溝。如圖 2.4。防水 構造：采用不上人屋面，剛性、柔性防水綜合使用。保溫構造：采用 30 厚的綠豆 砂保溫。 圖 2.4 屋面平面圖 2.1.5 防火 根據使用性質、重要程度及火災危險性等方面綜合考慮，本設計的學校教學樓 可采用三級耐火等級。防火等級為二級，根據GB 50045-95DE的規(guī)定，按建筑 的使用功能、建筑規(guī)模、滿足安全疏散距離房門至外部出口或封閉樓梯間最大距離 小于 ，房間設前后兩個門，滿足防火要求；室內消火栓設在走廊兩側,每層兩側m35 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 87 頁 及中間設 3 個消火栓，最大間距 ,滿足間距 的要求 3。m2550 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 87 頁 2.2 建筑做法 工程做法是建筑工程中十分重要的內容之一，它詳細介紹了建筑中主要構件的 做法，具體包括屋面做法，樓面做法，內外墻做法，散水做法等 4。一般建筑工程 對地面及墻面都要進行裝飾，裝飾面多用抹灰砂漿，而且是分層抹上去。底層（也 叫找平層）中層（也叫結合層）表層（也叫裝飾層） ，結合層就是承下啟下的作用， 連接底層與面層的作用，一般施工對結合層砂漿要求比較粘稠。 (1)屋面、樓面做法 屋頂是房屋最上部起覆蓋作用的外部圍護結構，其主要作用是用以抵御自然界 的風霜雨雪、日曬、氣溫變化和其他外界的不利因素，以使屋頂覆蓋下的空間有一 個良好的使用環(huán)境。本設計中采用柔性防水，具體做法如下： (a)磚墩漿砌架空隔熱 35mm 厚鋼筋混凝土板 (b)20mm 厚水泥砂漿抹面 (c)一氈二油上鋪小石子（約厚 15mm） (d)高分子卷材（4mm ） (e)20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平壓光 (f)30mm 厚綠豆砂保溫層 (g)120mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土 (h)V 型輕鋼龍骨吊頂 因為教學樓中的機房、語音室里面機器比較多，對溫度、灰塵等要求嚴格，所 以設計中樓面選用了雙層橡膠軟木地板，頂棚采用了 V 型輕鋼龍骨吊頂，具體做法 如下： (a)雙層橡膠軟木地板 (b)20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平壓光 (c)120 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 (d)V 型輕鋼龍骨吊頂 教學樓中其它的用房如教室、教師休息室、值班室、實驗室等采用了鋪地面磚， 衛(wèi)生間、開水房做法同教室但是考慮到對防水的特殊要求多了一道 20 厚素混凝土 剛性防水層，具體做法如下： (a)10 厚陶瓷地磚樓面，水泥砂漿擦縫 (b)20 厚 1:2 水泥砂漿結合層 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 87 頁 (c)20 厚 1:3 水泥砂漿找平層 (d)120 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板 (e)20 厚石灰砂漿抹底 (2)內、外墻面做法 本設計中的內墻主要起分隔作用，從環(huán)保和經濟的角度考慮，選用了新型建材 焦渣磚，衛(wèi)生間、開水房的內墻考慮防水要求，多了一道防水砂漿防潮層。具體做 法如下： 紙筋（麻刀）灰墻面 (a)20 厚石灰砂漿抹底 (b)2 厚紙筋（麻刀）灰抹面 (c)加氣混凝土界面處理劑一道 (d)刷內墻涂料 外墻主要抵御自然界風、雨、雪等的襲擊，防止太陽輻射和噪聲的干擾等，具 體做法如下： (a)20 厚石灰砂漿抹底 (b)刷聚合物水泥漿一道 (c)建筑涂料兩遍 (3)為防水雨水對建筑物墻基的侵蝕，在外墻做散水，以便將地面的雨水排至遠 處，具體做法如下： 混凝土散水 (a)20 厚 1:2 水泥砂漿壓實趕光 (b)80 厚 C10 混凝土 (c)素土夯實向外坡 4% (4)門窗 門窗屬于房屋建筑中的圍護及分隔構件，不承重。其中門的主要功能是提供交 通出入及分隔聯(lián)系建筑空間，帶玻璃或亮子的門也可以起到通風采光的作用； 窗的主要功能是采光通風及觀望。另外，門窗對建筑物的外觀及室內裝修造型影 響也很大，它們的大小比例尺度位置數量材質形狀組合是決定建筑視 覺效果的非常重要的因素之一。本設計中門選用標準圖集中的木門，窗選用鋁合金 窗。詳見門窗表 2.1。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 87 頁 表 2.1 門窗表 洞口尺寸 編號 寬高 樘數 備注 C1 18002100 24 鋁合金窗 C2 25003500 6 鋁合金窗 C3 30003500 8 鋁合金窗 C4 57003500 52 鋁合金窗 C5 75003500 40 鋁合金窗 M1 9002100 16 單開木門 M2 20002700 68 雙開木門 M3 30003650 8 卷簾門 M4 27003000 2 雙開木門 M5 36003000 1 雙開玻璃門 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 87 頁 3 PKPM 設計 PMCAD 軟件采用人機交互方式引導用戶逐層布置樓面，再輸入層高就建立起 一套描述建筑整體結構的數據。 PMCAD 是整個結構 CAD 的核心，是剪力墻、樓梯施工圖、高層空間三維分 析和各類基礎 CAD 的必備接口軟件。 3.1 確定結構布置及構件的截面尺寸 結構體系確定后，應當密切結合建筑設計進行結構總體布置，使建筑物具有良 好的造型和合理的傳力路線。結構體系受力性能與技術經濟指標能否做到先進合理， 與結構總體布置密切相關。 建筑結構的總體布置，是指其對高度、平面、立面和體型等的選擇，除應考慮 到建筑使用功能、建筑美學要求外，在結構上應滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。地 震區(qū)的建筑，在結構設計時，還應保證建筑物具有良好的抗震性能。結構總體布置 原則，包括：控制高寬比、減少平面和豎向布置的不規(guī)則性、變形縫的設置?？蚣?結構體系布置：結構平面形狀和立面體型宜簡單、規(guī)則，各部分剛度均勻對稱，減 少結構產生扭轉的可能性；控制結構高寬比，以減少水平荷載下的側移。 3.1.1 結構布置 多層框架結構主要承受豎向荷載。柱網布置時既要滿足生產工藝和建筑平面的 布置要求，又要考慮到結構在豎向荷載作用下內力分布均勻合理，使構件材料強度 均能充分利用，施工方便 5。所以根據建筑方案的設計要求，采用內廊外廊相結 合的方式，對稱布置，確定結構平面布置，如圖 3.1 所示。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 87 頁 圖 3.1 結構平面布置圖 3.1.2 確定梁柱板截面尺寸 (1)確定梁的截面尺寸 框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸應該根據承受豎向荷載的大小、梁的跨度、 框架的間距、是否考慮抗震設防要求以及選用的混凝土材料強度等諸多因素綜合考 慮確定。 一般情況下，框架梁的截面尺寸可參考受彎構件按下式估算：梁高 ，其中 為梁的跨度。梁寬 。在抗震結構中，梁截面寬度不1()28hll 1()32bh 宜小于 200mm，梁截面的高寬比不宜大于 4，梁凈跨與截面高度之比不宜小于 4。 具體計算如下： 主梁的尺寸： KL1： 11()()80675m10228hl 60m ()()332bh 25 06 KL2： 11()()3275m418hl 45m 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 87 頁 11()()450m2532bh 50m KL3： 11()()840710528hl 60 ()()62m33bh 25m 0 次梁的尺寸： KL4： 11()()8045m6782hl 450m ()()1232bh 2 504 (2)柱截面尺寸 框架柱截面尺寸：框架柱的截面形式通常大多為方形、矩形。柱截面的寬與高 一般取層高的 1/151/20，同時滿足 hl0/25、bl 0/30， 為柱計算長度。多層房屋中，ol 框架柱截面的寬度和高度不宜小于 300mm；高層建筑中，框架柱截面的高度不宜小 于 400mm，寬度不宜小于 350mm。柱截面高度與寬度之比為 12。柱凈高與截面 高度之比宜大于 4。 在計算中，還應注意框架柱的截面尺寸應符合規(guī)范對剪壓比(V C/fcbchc)、剪跨比 、軸壓比 限值的要求，如不滿足應隨時調整截面尺寸，(/)cMVh(/)Ncfbh 保證柱的延性?？拐鹪O計中柱截面尺寸主要受柱軸壓比限值的控制，如以 表示柱 軸壓比的限值，則柱截面尺寸可用如下經驗公式粗略確定； ，23(0.1)cGnFAafw 其中 G = n = 4 F = 214kNm5.924Nmc0.9w1 A柱截面面積 ； 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 87 頁 n驗算截面以上樓層層數； F驗算柱的負荷面積，可根據柱網尺寸確定 ；2m 砼軸心抗壓強度設計值；cf 框架柱最大軸比限值，一級框架取 0.7，二級框架取 0.8，三級框架取w 0.9； 地震及中、邊柱的相關調整系數，7 度中間柱取 1，邊柱取 1.1； G結構單位面積的重量（豎向荷載） ，根據經驗估算鋼筋砼高層建筑約為 12-18 2kN/m 取 60bh (3)樓板尺寸 /453/7ml 取 in12060hh 梁柱截面尺寸詳見附圖 1。 3.2 輸入荷載的計算 荷載輸入分為恒荷載輸入和活荷載輸入兩個部分，其中恒荷載輸入包括梁間荷 載輸入和樓面、屋頂恒荷載輸入，活荷載輸入則包括樓面活荷載和屋頂活荷載 6。 梁間荷載計算的是墻體荷載，需要把墻面抹灰和門窗的荷載考慮在內。 (1)屋面、樓面荷載計算 屋面荷載計算： 磚墩漿砌架空隔熱 35mm 厚鋼筋混凝土板 2250.3.875/kNm 20mm 厚水泥砂漿抹面 2204/kNm 一氈二油上鋪小石子（約厚 15mm） 20.3/k 高分子卷材（4mm） 2.5/Nm 20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平壓光 204/k 30mm 厚綠豆砂保溫層 2309/kNm 120mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土 251 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 87 頁 V 型輕鋼龍骨吊頂 20.5/kNm 合計： 26.18/kNm 恒載標準值： 2./kg 活載標準值： 20.5/kqNm 樓面荷載計算 四層樓面： 雙層橡膠軟木地板面層 21.4/kNm 20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平壓光 2204/kNm 120mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土 25.13/ V 型輕鋼龍骨吊頂 20.5/kNm 合計： 25.0/kNm 恒載標準值： 2./kg 活載標準值： 2.0/kqNm 三層樓面： 雙層橡膠軟木地板面層 21.4/kNm 20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平壓光 2204/kNm 120mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土 2250.13/k 20mm 厚水泥砂漿抹灰 74Nm 合計： 25.14/kNm 恒載標準值： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 87 頁25.14/kgNm 活載標準值： 2.0/kq 二層樓面： 陶瓷地磚（約 10mm） 20./kNm 20mm 厚 1:2 水泥砂漿結合層 24/ 20mm 厚 1:3 水泥砂漿找平層 220/kNm 120mm 厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土 25.13/ 20mm 厚水泥砂漿抹灰 2170.2.34/kNm 合計： 24.36/kNm 恒載標準值： 2./kg 活載標準值： 2.0/kqNm （2）梁間荷載計算 對于梁間荷載的計算，應考慮計算跨度內所有的自重，包括墻、裝飾層、門、 窗，對于有門窗洞口的墻體，近似的按均布考慮，以第四層的的 F 軸線的梁 間荷載為例，具體布置見圖 3.2： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 87 頁 圖 3.2 梁間荷載布置圖 玻璃鋼窗自重： 0.45182.35.10kN 墻自重： 2.0.68(.406)3.182.345.792kN 求得梁間線荷載： 45.792.1036.5/8qkm 具體荷載布置見附錄中構建荷載布置附圖 2。 3.3 PMCAD 參數選取 本設計中板厚為 120mm，梁、板、柱都采用現(xiàn)澆所以都用 C30 混凝土，具體 參數見圖 3.3。 圖 3.3 標準層信息 本設計中根據所在地區(qū)抗震設防烈度為 7 度，房屋高度小于 30 米，確定框架 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 87 頁 結構的抗震等級為三級，詳見圖 3.4。 圖 3.4 地震信息 本設計所在地區(qū)屬于 B 類，基本風壓是 0.40kN/m2，詳見圖 3.5。 圖 3.5 風荷載信息 3.4 PKPM 電算流程 用電算程序做房屋結構設計，通常要經歷三個步驟：建模、計算和繪制施工圖。 具體建模步驟見下述流程圖 3.6。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 87 頁軸 線 輸 入網 格 生 成構 件 定 義荷 載 定 義樓 層 組 裝 保 存 文 件設 計 參 數樓 層 定 義1PM交 互 式 數 據 輸 入 柱 定 義梁 定 義墻 定 義洞 口 定 義構 件 清 理荷 載 定 義荷 載 輸 入刪 除 荷 載 節(jié) 點 對 齊軸 線 命 名 網 點 編 輯清 理 網 點偏 心 對 齊本 層 修 改布 置 墻布 置 主 梁布 置 柱本 層 信 息換 標 準 層輸 入 縱 向 、 橫 向 、 斜 向 軸 線 及 圓 弧確 定 標 準 層 、 荷 載 層 的 層 數 、 層 高 及 各 樓 層 的 歸 屬確 定 總 信 息 、 材 料 信 息 、 地 震 信 息 、 風 信 息 及 繪 圖 參 數 等承 重 墻 或 剪 力 墻墻 洞 ， 不 是 樓 面 開 洞輸 入 第 一 荷 載 標 準 層 的 荷 載 信 息插 入 一 個 新 的 荷 載 標 準 層刪 除 一 個 荷 載 標 準 層 2、 次 梁 輸 入 拷 貝 前 層改 墻 材 料修 改 板 厚次 梁 布 置設 懸 挑 板 可 以 修 改 任 何 一 塊 樓 板 的 厚 度在 主 梁 之 間 布 置 次 梁可 以 設 置 陽 臺 、 雨 篷 、 檐 口 等 懸 挑 板可 以 修 改 任 何 一 片 墻 的 材 料在 第 2-n標 準 層 輸 入 前 層 信 息3、 輸 入 荷 載 信 息 按 層 號 輸 入 、 修 改 各 自 然 層 （ 甚 至 每 個 房 間 ） 的 荷 載 信 息4、 平 面 荷 載 顯 示 校 核 次 梁 荷 載梁 墻 荷 載樓 面 荷 載節(jié) 點 荷 載豎 向 荷 載 顯 示 、 校 核 已 輸 入 的 各 層 各 類 荷 載 ， 最 終 確 認 或 修 改 并 向 下 傳 導5、 TA 轉 入 結 構 分 析 計 算6、 形 成 PK文 件 可 以 形 成 框 架 、 連 續(xù) 梁 .等 的 PK數 據7、 畫 結 構 平 面 圖 按 層 號 繪 制 各 層 結 構 平 面 圖 圖 3.6 PKPM 建模流程圖 3.5 計算結構分析 從梁的配筋率圖上可以看出梁的配筋率基本在 0.71.3 之間，結果比較合理。 從柱的軸壓比圖上可以看出柱的軸壓比基本在 0.9 以下，結果比較合理。板的配筋 按照構造配筋，滿足設計要求和規(guī)范要求。由 TAT 得出梁的配筋率圖和柱的軸壓 比圖詳見附圖 3，附圖 4。梁板柱的計算結果詳見結施圖 04-06。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 87 頁 4 一榀框架設計 框架結構是空間整體體系，pkpm 中的 TAT 模塊是按空間桿系結構進行計算， 手算時為了簡化，選取一榀框架進行平面分析，包括計算單元的選擇，確定計算簡 圖，荷載計算，內力分析，內力組合，配筋計算，構造要求。 在一榀框架的設計中，為了方便常忽略結構縱向和橫向之間的空間聯(lián)系，忽略 個構件的抗扭作用，將橫向框架和縱向框架分別按平面框架進行分析計算。通常， 橫向框架的間距和荷載都相同，因此取出有代表性的一榀中間橫向框架作為計算單 元。中列柱縱向框架的計算單元寬度可各取為兩側跨度的一半，樓面分布荷載一般 可按角平分線傳至兩側相應的梁上，對圖 4.1 所示的梯形豎向分布荷載往往可簡化 成均布豎向荷載，水平荷載則簡化成節(jié)點集中力。 圖 4.1 橫向框架、縱向框架的荷載從屬面積 4.1 計算單元的選擇： 根據以上原則選取軸線處的橫向框架為計算單元，在軸軸和軸軸 各取一半作為計算單元，其寬度為 6.3m。詳見圖 4.2 中陰影部分所示。 圖 4.2 計算單元 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 87 頁 4.2 一榀框架計算簡圖確定 取一榀框架進行計算，此計算說明書所取框架為軸框架。 根據地質資料，確定基礎頂面離室外地面為 ，由此求得底層柱高為450m 。在 3.1 中已確定好的構件截面尺寸，計算出各梁柱構件的線剛度后列于圖4.90m 4.15 中。其中在計算框架梁截面慣性矩 時應考慮到現(xiàn)澆樓板的影響 5。在框架梁I 兩端節(jié)點附近，梁承受負彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對梁的截面彎曲剛度影響較 小 7；而在框架梁的跨中，梁承受正彎矩，樓板處于受壓區(qū)形成 形截面梁，樓板T 對梁的截面彎曲剛度影響較大，設計中對邊跨梁取 ，中跨梁取oI5.1 （ 為不考慮樓板翼緣作用的梁截面慣性矩） 8。所選取的橫向框架見圖oI2 4.3。 圖 4.3 橫向框架計算簡圖 4.3 豎向荷載標準值計算 豎向荷載分為豎向恒荷載和豎向活荷載兩種類型。建筑結構的豎向恒荷載包括 結構的自重和附加在結構上的恒荷載（如構件自重、門窗自重、設備重力等） 。豎 向活荷載標準值根據建筑結構荷載規(guī)范查得。 框架結構在豎向荷載作用下的內力計算可近似地采用彎矩分配法，梁上分布荷 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 87 頁 載由矩形和梯形兩部分組成，在求解固端彎矩時可直接根據梁上實際荷載計算，也 可以根據固端彎矩相等的原則，先將梯形分布荷載及三角形分布荷載，轉化為等效 均布荷載，接著將所有節(jié)點的彎矩進行分配給上、下樓層柱，再傳遞到柱的遠端， 很顯然，疊加框架內各節(jié)點彎矩并不一定能達到平衡。 必須注意，在求出結構的梁端支座彎矩后，如欲求梁跨中彎矩，則需根據求得 的支座彎矩和各跨的實際荷載分布按平衡條件計算，而不能按等效分布荷載計算。 框架梁在實際分布荷載作用下按簡支梁計算跨中彎矩。 考慮梁端彎矩調幅，并將梁端節(jié)點彎矩換算至梁端柱邊彎矩值，以備內力組合 時用。 4.3.1 恒荷載作用下的內力計算 樓面，屋面的恒載計算數值在 3.2 以給出詳細過程,在這里給出個四層計算詳細 過程。直接傳給該框架的屋面荷載如圖中豎向陰影部分所示。樓板按 45塑性鉸將 板得面荷載分別傳遞給相臨的梁，所以作用在梁上的梯形或三角形為板傳遞過來的， 而矩形則是梁本身的自重。由于縱向框架梁的中心線與柱子的中心線不重合，因此 在框架節(jié)點上還作用有集中力矩，以四層為例，具體見圖 4.4。 圖 4.4 計算單元及荷載傳遞圖 恒荷載作用下各層框架梁上的荷載分布如下圖 4.5 所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 87 頁 圖 4.5 各層梁上作用的恒荷載 (1)梁恒荷載計算 邊跨梁自重： 0.2563.75/kNm 梁側粉刷： (.1)0.2.3/ 合計： 4.08/kN 中跨梁自重： .252.81/km 梁側粉刷： (0.4)0.7.2/N 合計： 3./kN 次梁自重： 0.2542.81/km 梁側粉刷： (.)0.7.2/N 合計： 3.0/kN (2)四層恒載計算： 次梁恒載計算：次梁上作用著樓面?zhèn)鬟^來的梯形荷載和自重矩形荷載，詳見 圖 4.6。 26.18350.219.47/qkNm 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 87 頁13.0/qkNm 圖 4.6 次梁計算簡圖 求支座反力：將梁視為簡支梁，求出支座反力。 (4.9581).47053.810.57.9F kN 框架梁恒載計算：板傳過來的兩個三角形，自重矩形和次梁傳過來的集中力， 詳見圖 4.7。 26.18350.973/qkNm47.9Fk 圖 4.7 框架梁計算簡圖 求支座反力：將梁視為簡支梁，求出支座反力。 1(0.539.728.5637.9)0.58.F kN 框架梁恒載計算：板傳過來的兩個三角形和梯形，自重矩形和次梁傳過來的 集中力，詳見圖 4.8。 36.180.512/qkNm297/kN14.5F 圖 4.8 框架梁計算簡圖 求支座反力：將梁視為簡支梁，求出支座反力。 2(0.5319.724.086375.9(6.3)10.25).89.7F kN 框架梁恒載計算：板傳過來的梯形，自重矩形和兩邊的框架梁傳過來的集中 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 87 頁 力，由于縱向框架梁的中心線與柱子的中心線不重合，因此在框架節(jié)點上還作用有 集中力矩，因為計算單元左右對稱所以荷載都乘以 2，詳見圖 4.9。219.47/qkNm08.35.017e1282MFkNm.9.3.4 圖 4.9 框架梁計算簡圖 框架梁恒載計算：樓面?zhèn)鬟^來的三角形和自重矩形，詳見圖 4.10。2104/qkNm3/ 圖 4.10 框架梁計算簡圖 一到三層計算方法同四層，計算結果如下圖 4.11 所示。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 87 頁 圖 4.11 恒荷載作用下結構計算簡圖 (3)荷載等效： 將梯形或三角形分布荷載按固端彎矩等效的原則轉化成均布荷載，轉化原理見 圖 4.12： 圖 4.12 豎向荷載等效 梯形荷載折算公式： 231()epp 其中： ； 為梯形分布荷載的最大值。012l 三角形荷載折算公式： 58ep 其中： 為三角形分布荷載的最大值。p 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 87 頁 以四層 CD 跨為例計算：1350.19482234.(0.)19.472./ep kNm 四層中跨： 53.0.178/8e kNm 其它層荷載等效同理，等效后具體數值見圖 4.13： 圖 4.13 恒載作用下荷載等效圖 (4)桿的固端彎矩 的計算 由以上所求均布荷載，可按下式求各桿固端彎矩 9： 兩端固支： 其中 與 意義見下圖 4.14： 2,1ABqlmABm 圖 4.14 固端彎矩計算 由此，可計算各個桿件固端彎矩，標繪于計算簡圖 4.17 上。 (5)分配系數 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 87 頁 梁線剛度計算： 3122OCbhiIEl 邊跨梁線剛度： 330.56.10()8Ci Em 中跨梁線剛度： 331.24.5CiE 柱線剛度計算： 312OCbhiIl 二到四層柱線剛度： 3310.62.710()29C CiEEm 底層柱線剛度： 334i 為了計算方便采用相對線剛度，設邊跨梁線剛度為 1 來計算，詳見圖 4.15。 圖 4.15 相對線剛度 單位： 310CEm 由圖 4.15 知梁、柱的相對線剛度，彎矩分配系數按下式計算。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁 共 87 頁iii左 梁梁 左 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 iii右 梁梁 右 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 iii上 柱柱 上 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 iii下 柱柱 下 右 梁左 梁 上 柱 下 柱 0.1柱 下柱 上梁 右梁 左 經計算后彎矩分配系數見圖 4.17 所示。 (6)彎矩分配法求桿端彎矩（左右對稱取一半）詳見圖 4.16。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁 共 87 頁 圖 4.16 彎矩分配 (7)跨中彎矩的計算 四層邊跨梁跨中彎矩計算：計算時候把彎矩分配后的彎矩作用在梁兩端，再將 荷載布置上，先求出支座反力，近似的認為最大彎矩出現(xiàn)在跨中，在跨中處用截面 法求出跨中彎矩 10，詳見圖 4.17、圖 4.18。219.47/qkNm081.5M27k 圖 4.17 邊跨梁計算簡圖 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁 共 87 頁 求支座反力： 0CM2 218.75.1(4958.)1.47058.17.5408.15DR3kN0yF(4.9581).4705.81.378.96c kNM中 221.57108.750.1579.4(.4)39480.89605M中.kNm中 圖 4.18 梁跨中計算簡圖 四層中跨梁跨中彎矩計算：計算原理同邊跨。 20.4/qkNm13.7M 求支座反力： (0.532.403.)521.83DER kN中 2. .23.47. . .30.564M 中08MkNm中 同理，可計算出其他梁的跨中彎矩，結果見表 4.1： 表 4.1 恒荷載作用下的跨中彎矩和梁端剪力 層號 CD 跨中彎矩 CRDDE 跨中彎矩 ER 4 71.95 kNm78.96 k81.13 kN-0.83 km21.83 kN 3 85.65 109.12 10.21.9 18.75 2 86.89 109.98 111.17 1.79 18.99 1 84.03 k101.64 k103.45k-2.12 k16.87k 恒荷載作用下的彎矩圖 4.19 如下所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁 共 87 頁 圖 4.19 恒荷載作用下的彎矩圖 注： 1.結構荷載為左右對稱，左側數值為梁端彎矩，右側數值為柱端彎矩。 2.附加彎矩已經加在柱端。 (8)梁端、柱的桿端剪力 上面在求解跨中彎矩時候計算得出的支座反力就是梁中的剪力，已經列在表 4.1 中。 已知柱的兩端彎矩，且柱高范圍內無其他橫向力?？梢愿鶕韵鹿接嬎阒?桿端剪力 ，結果見表 4.2。nbcMVl 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁 共 87 頁 表 4.2 恒載作用下軸線處柱端剪力 固端彎矩（ ）kNm桿端剪力（ ）kN 柱類型 層號 柱高 （m ） 上 下 上 下 4 3.9 80.75 67.98 -38.14 -38.14 3 3.9 63.35 65.2 -32.96 -32.96 2 3.9 65.76 77.59 -36.76 -36.76 C 軸柱 1 4.9 38.72 19.36 -11.85 -11.85 4 3.9 -62.67 -52.97 29.65 29.65 3 3.9 -52.14 -52.66 26.87 26.87 2 3.9 -52.87 -60.1 28.97 28.97 D 軸柱 1 4.9 -31.84 -15.92 9.75 9.75 恒荷載作用下的剪力圖 4.20 如下所示： 圖 4.20 恒荷載作用下的剪力圖 (9)軸力計算 根據配筋計算需要，只需求出柱的軸力即可，而不需求出梁軸力。以第四層框 架柱邊柱（C 柱）的柱軸力為例： 柱自重： 0.63.925.1kN 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁 共 87 頁 作法： 0.346.93.18kN 合計： 512 底層柱： 0.6.924. 四層柱頂軸力：上部結構傳來的集中力和梁端剪力： 178.960238.9PkN 柱底軸力：加上柱自重： 237.4 三層柱頂軸力：再加上上部結構傳來的集中力和梁端剪力： 37.4109.2510.36PkN 柱底軸力：加上柱自重： 45.684 二層柱頂軸力：再加上上部結構傳來的集中力和梁端剪力： 5.109.3.78.PkN 柱底軸力：加上柱自重： 678.2. 一層柱頂軸力：再加上上部結構傳來的集中力和梁端剪力： 7.01.643.81042.PkN 柱底軸力：加上柱自重： 82.9. 其他層梁端剪力和柱軸力見下表 4.3： 表 4.3 恒載作用下柱中軸力 梁端剪力（kN） 柱中軸力（kN） 柱類型 層號 柱頂集中 力（kN） 左梁 右梁 柱頂 柱底 4 160 78.96 0 238.96 277.24 3 124 109.12 0 510.36 548.64 2 130.18 109.98 0 788.8 827.08 C 柱 1 113.48 101.64 0 1042.2 1090.3 4 179.58 81.13 21.83 282.54 320.82 3 199.78 110.2 18.75 649.55 687.83 2 202.04 111.17 18.99 1020.03 1058.31 D 柱 1 184.16 103.45 16.87 1362.79 1410.89 恒荷載作用下的軸力圖 4.21 如下所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁 共 87 頁 圖 4.21 恒荷載作用下的軸力圖 4.3.2 活荷載作用下的內力計算 本設計中計算活荷載時候根據建筑荷載規(guī)范查得：不上人屋面的活荷載標 準值為 、樓面為 、走廊為 等；在這里給出個四層計20.5/kNm2.0/kNm2.5/kNm 算過程。計算方法同恒荷載，但不考慮結構自重 11。 (1)四層活載計算： 次梁活載計算：荷載布置見圖 4.22。 13.0/qkNm 求支座反力： (4.958)1.70.5.14FkN 圖 4.22 次梁計算簡圖 框架梁活載計算：荷載布置見圖 4.23。10.57.9/qkNm4Fk 求支座反力： 1(0.5.796325.14)0.381kN 圖 4.23 框架梁計算簡圖 框架梁活載計算：荷載布置見圖 4.24。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁 共 87 頁10.79/qkNm253.0825/k.4F 求支座反力： 23.81(6.)0825.5.73kN 圖 4.24 框架梁計算簡圖 框架梁活載計算：荷載布置見圖 4.25。1.57/qkNm0e12.153.8MFkNm72.01 圖 4.25 框架梁計算簡圖 框架梁活載計算：荷載布置見圖 4.26。10.531.6/qkNm 圖 4.26 框架梁計算簡圖 一到三層計算方法同四層，計算結果見表 4.4： 表 4.4 橫向框架活載匯總表 邊跨梁活荷載 中跨梁活荷 載 樓 層 1 (/)qkNm12()Fk2()FkNem1()Mk2()kNm1(/)qk 四 層 1.575 7.62 11.5 0.175 1.33 2.01 1.65 三 層 6.3 30.48 49.66 0.175 5.33 8.69 8.25 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 35 頁 共 87 頁 續(xù)表 4.4 橫向框架活載匯總表 邊跨梁活荷載 中跨梁活荷 載 樓 層 1 (/)qkNm12()Fk2()FkNem1()Mk2()kNm1(/)qk 二 層 6.3 30.48 49.66 0.175 5.33 8.69 8.25 一 層 6.3 30.48 49.66 0.175 5.33 8.69 8.25 (2)荷載等效 計算原理及方法同恒荷載，下面舉四層為例說明。 四層邊跨： 1350.194823().571.46/ep kNm 四層中跨： 51.60/8ekNm 其它層荷載等效同理，計算結果詳見表 4.5： 表 4.5 橫向框架活載的等效均布荷載 樓層 四層 三層 二層 一層 邊跨 ep(/)kNm1.46 5.86 5.86 5.86 中跨 1.03 5.16 5.16 5.16 桿的固端彎矩的計算,分配系數（計算原理同恒載） 。 (3)彎矩二次分配（左右對稱取一半）：計算結果見圖 4.27。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 36 頁 共 87 頁 圖 4.27 彎矩分配 (4)跨中彎矩的計算 方法同恒荷載作用下的跨中彎矩計算結果見表 4.6。 表 4.6 活荷載作用下的跨中彎矩和梁端剪力 層號 CD 跨中彎矩 RC RD DE 跨中彎矩 RE 4 3.96kNm5.08k5.2 kN0.41 km1.36 kN 3 18.5 20.31 20.8 1.6 6.81 2 17.55 20.34 20.77 1.93 6.81 1 18.45k20.24k20.87 k1.23 k6.81 k 活荷載作用下的彎矩圖 4.28 如下所示： 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 37 頁 共 87 頁 圖 4.28 活荷載作用下的彎矩圖 注： 1.結構荷載為左右對稱，左側數值為梁端彎矩，右側數值為柱端彎矩。 2.附加彎矩已經加在柱端。 (5)梁端、柱的桿端剪力 梁端剪力計算方法與恒荷載的相同數據見上表 4.6。 柱的桿端剪力方法同恒荷載作用下的計算，具體數值見表 4.7。 表 4.7 活載作用下軸線處柱端剪力 固端彎矩 桿端剪力 柱類型 層號 柱高（m） 上 下 上 下 4 3.9 6.74 11.92 -4.78 -4.78 3 3.9 12.33 12.4 -6.34 -6.34 2 3.9 12.92 15.86 -7.38 -7.38 C 軸柱 1 4.9 8.15 4.08 -2.5 -2.5 4 3.9 -5.11 -7.63 3.27 3.27 3 3.9 -9.56 -8.78 4.7 4.7 2 3.9 -9.04 -10.71 5.06 5.06 D 軸柱 1 4.9 -5.87 -2.94 1.8 1.8 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 38 頁 共 87 頁 活荷載作用下的剪力圖如圖 4.29 所示： 圖 4.29 活荷載作用下的剪力圖 (6)軸力計算 計算方法同恒荷載，不考慮柱子的自重，柱軸力沿每層柱高保持不變 12，詳見 表 4.8。 表 4.8 活載作用下柱中軸力 梁端剪力（ ）kN柱中軸力（ ）kN 柱類型 層號 柱頂集中 力（ ）kN左梁 右梁 柱頂 柱底 4 7.62 5.08 0 12.7 12.7 3 30.48 20.31 0 63.49 63.49 2 30.48 20.34 0 114.31 114.31 C 柱 1 30.48 20.24 0 165.03 165.03 4 11.5 5.2 1.36 18.06 18.06 3 49.66 20.8 6.81 95.33 95.33 2 49.66 20.77 6.81 172.57 172.57 D 柱 1 49.66 20.87 6.81 249.91 249.91 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 39 頁 共 87 頁 活荷載作用下的軸力圖如下圖 4.30 所示： 圖 4.30 活荷載作用下柱的軸力圖 4.4 橫向荷載作用下的內力計算 橫向荷載包括水平風荷載和水平地震作用。在抗震設防區(qū)，多高層建筑還要考 慮地震作用，一般情況下應允許在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算； 89 度設防時，多高層建筑中大跨度和長懸臂結構應考慮豎向地震作用 13；9 度設 防區(qū)應計算豎向地震作用。 4.4.1 橫向風荷載作用下框架結構內力和側移計算 在水平風荷載作用下，其荷載一般都可化為受節(jié)點水平集中力的作用。各桿的 彎矩圖都是直線，每個立柱一般都有一個反彎點。當然各柱的反彎點未必相同。各 柱的上下端既有水平位移，又有角位移。內力計算采用 D 值法。 (1)風荷載標準值計算 基本風壓為 0.4 ，由荷載規(guī)范查得 =0.8（迎風面）和 =-0.5（背2/kNmss 風面） 。 作用在屋面梁和樓面梁節(jié)點處的集中荷載標準值： 2/0BhwPjizsw 其中基本風壓： ；2/40.ko 風壓高度變化系數，地面粗糙度為 B 類；z 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 40 頁 共 87 頁 風荷載體型系數，對于矩形平面 1.3；ss 為風振系數，因房屋高度小于 ，所以 風振系數取 1.0；z30mz 下層層高；ih 上層層高，對頂層為女兒墻高度的 2 倍；j B 迎風面的寬度， 。6.3B 將風荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中荷載，計算過程如表 4.9 所示。 表 4.9 橫向風荷載計算 層次 zs)(mzz)/(2mkNo)(2A)(kNPw 頂層 1.0 1.3 15.6 1.15 0.4 19.85 11.87 3 層 1.0 1.3 11.7 1.05 0.4 24.57 13.42 2 層 1.0 1.3 7.8 1.0 0.4 24.57 12.78 底層 1.0 1.3 3.9 1.0 0.4 24.57 12.78 風荷載下的位移計算 (2)風荷載計算簡圖見圖 4.31。 圖 4.31 風荷載作用下結構計算簡圖 抗側剛度的計算：柱的抗側剛度就是柱抵抗側向位移的能力，以下為求解過程。 梁、柱線剛度 在恒荷載計算時候以給出詳見圖 4.15。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 41 頁 共 87 頁 及 的值Kc 對于一般層有 ，ci2431Kc2 對于底層有 ，ci15.0 經計算， 和 結果見表 4.10。K 表 4.10 各柱 值和 值Kc A 軸/C 軸柱 B 軸/D 軸柱 樓層 c c 4 層 0.4 0.17 0.816 0.29 3 層 0.4 0.17 0.816 0.29 2 層 0.4 0.17 0.816 0.29 1 層 0.51 0.4 1.03 0.5 抗側剛度 ，經計算，其結果見表 4.11。21jcjhiD 表 4.11 框架柱 D 值（ ）mkN/j C 軸 D 軸 jD 4 層 31.460319.0360.18 3 層 2 層 3. 3. 3. 1 層 124016580594610 (3)風荷載所引起的側向位移 由彎曲和剪切變形產生的位移 MV 4 層： 331.870.1960MV m 3 層： 33254 2 層： 338.70.61601MV 底層： 335594m3.MVm 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 42 頁 共 87 頁 ，滿足要求。 32.101560H (4)風荷載作用下的內