东南大学横向框架计算书.docx

第一部分 设计条件一、工程名称洪泽县文化中心二、建筑设计资料本建筑为洪泽县文化中心。采用钢筋砼全现浇框架结构，共五层楼，底层层高4.5m，二五层层高为4.2m。本建筑总长为59.0m，总宽为21.0m，总高为21.3m。 建筑平面如下图所示：三、基本数据1、工程地质报告摘要建筑场地表层为素填土，厚为1.8m，其下为粉质粘土层，厚度为1.1m，再下为中密卵石土层，厚1m，再下依次为：2.4m稍密卵石土层；2.3m中密卵石土层；1.9m密实卵石土层；0.9m中密卵石土层；2.5m密实卵石土层；1.0m稍密卵石土层；1.6m密实卵石土层地下水位在地表以下3m处 (二)、气象条件摘要主导风象：东南风基本风压： W0=0.7KN/m2基本雪压： S0=0.40KN/m2(三)、活荷载 查建筑结构荷载规范可知楼面活荷载为5.0KN/m2，楼梯活荷载为3.5m2。第二部分 结构方案的选型及布置一、确定结构体系本工程采用框架承重，现浇整体式钢筋砼楼板，墙体240厚KP1空心砖墙。二、梁柱截面的确定1、横向框架梁(1)、截面高度h框架梁的高度可按照高跨比来确定，即梁高h=L。h=L1=7200583875mm 取h=700mm (2)、截面宽度b=h=700280350mm取b=300mm2、纵向框架梁(1)、截面高度h=L1=7200583875mm 取h=700mm (2)、截面宽度b=h=700280350mm取b=300mm3、框架柱按轴心受压公式轴压比计算中柱N=1.25147.07.05=4287.5 b=534mm边柱N=1.251.05147.03.55=2251 b=387.0mm故 取中柱截面600600mm，取边柱截面450450mm。三、横向框架的布置标准层底层四、横向框架的跨度和柱高1、框架的跨度框架的跨度应取柱形心间的距离。2、框架底层柱的高度框架的底层柱高取基础扩大面至二层楼板顶面间的距离。根据地质资料综合分析，假定基础高度为1.5m，确定基础顶面标高为-0.60，二层板顶的标高为4.5，所以底层柱高应取为5.1m。3、其余各层柱高除底层柱外的其余各层柱的柱高均取层高，故本设计其余各层柱高均为4.2m。第三部分 横向框架内力计算一、水平地震荷载下的横向框架(KJ-5)内力计算(一)、地震作用的计算地震作用的计算即地震荷载的计算。按建筑抗震设计规范规定，本设计的结构底部总剪力(即总地震荷载)可以按公式FEK=1Geq来计算，其中1=max。1、产生地震荷载的建筑物总质量Geq的计算(1)、作用于房屋上的恒载标准值、屋面荷载防水层 三毡四油热铺绿豆砂一层 0.4 KN/找平层 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02*20=0.4 KN/保温层 70厚水泥防水珍珠岩块保温层 0.07*4=0.28 KN/找平层 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02*20=0.4 KN/结构层 100厚现浇钢筋砼屋面板 0.1*25=2.5 KN/粉刷层 10厚1：3水泥砂浆粉平顶 0.01*20=0.2 KN/ =4.18 KN/、楼面荷载面 层 15厚1：2水泥白石子 0.015*16=0.24 KN/找平层 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02*20=0.4 KN/垫 层 30厚C20细石砼 0.03*18.5=0.555 KN/防水层 1.5厚水乳型橡胶沥青防水涂料 0.0015*10=0.015 KN/找平层 20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02*20=0.4 KN/结构层 100厚现浇钢筋砼楼板 0.1*25=2.5 KN/粉刷层 10厚1：3水泥砂浆粉平顶 0.01*20=0.2 KN/ =4.31 KN/、框架梁、柱重量a、700mm高横向框架梁0.3*0.7*25+(0.6*2+0.3)*0.02*20=5.85 KN/mb、框架柱 0.6*0.6*25+0.6*4*0.02*20=9.96 KN/m0.45*0.45*25+0.45*4*0.02*20=5.78KN/mc、门过梁 0.2*0.1*25+(0.2*2+0.1)*0.02*20=0.70KN/m(2)、质点质量Gi的计算决定多层框架的地震荷载时，结构的计算简图可以认为是一多质点体系，产生地震荷载的建筑物重量集中于各层的楼盖处，各质点质量还应包括上下各半层范围内的恒载，50%的雪载或50%的楼面等效均布活荷载。、集中于屋盖平面处的质点质量G雪载（50%） 0.5*0.4*59*14=165.2KN屋面恒载 4.18*59*14=3452.68KN700高横向框架梁 5.85*(7.0-0.6/2-0.45/2)*20=757.575KN700高纵向框架梁 5.85*(7.0-0.6)*8+5.85*（3-0.6）*1+5.85*(7.0-0.45)*8*2+5.85*（3-0.45）*2=957.1KN门过梁 0.7*1*17=11.9KN1m高女儿墙 0.24*1* (59+14)*2*19=665.76kN外墙 0.24*(2.1-0.7)*(59+14)*2-3-3*19=893.76kN 内墙 0.24*(2.1-0.7)*5*7+7*7+7-2+2+(7-1)*12+(4-1)*19=1059.74kN柱 9.96*2.1*10+5.78*2.1*20=451.92KN 合计：=7553.64KN、集中于四层顶盖处的质点质量G4楼面活载（50%） 0.5*5.0*59*14 =2065KN楼面恒载 59*14*4.31=3560.06 KN700高横向框架梁 757.57KN700高纵向框架梁 957.10KN过梁 11.9KN外墙0.24*(4.2-0.7)*(59+14)*2-3-3*19=2234.4kN内墙 0.24*(4.2-0.7)*5*7+7*7+7-2+2+(7-1)*12+(4-1)*19=2649.36kN柱 9.96*4.2*10+5.78*4.2*20=903.84KN 合计:=13130.23KN、集中于二、三层顶盖平面处的质点质量G2=G3 = G4= 13130.23KN、集中于一层顶盖处的质点质量G1楼面活载 2065KN雪载（50%） 0.5*0.4*59*7=82.6KN楼面恒载 3560.06 KN屋面恒载 4.18*59*7=1726.34700高横向框架梁 5.85*(7.0-0.6/2-0.45/2)*30= 1136.46KN700高纵向框架 5.85*(7.0-0.6)*16+5.85*(3-0.6)*2+5.85*(7.0-0.45)*8*2+5.85*（3-0.45）*2=1270KN柱 9.96*(2.1+2.55)*20+5.78*(2.1+2.55)*20=1463.82KN外墙 0.24*2.1*(59+14)*2-3-3*19+0.24*(2.55-0.7)*(59+21)*2-4*6-2*6-7*19=2327.652KN设计时底层没有布置内隔墙，取底层内墙荷载为2.5kN/m2;则内墙荷载为2.5/2*59*21+0.24*(2.1-0.7)*5*7+7*7+7-2+2+(7-1)*12+(4-1)*19=2608.49 合计：G1=16240.42KN整个建筑物的重力荷载代表值如下图所示：2、梁和柱刚度的计算本工程柱、梁的砼均采用C35，EC=3.15*107KN/m2。(1)、梁和柱的线刚度计算、梁的线刚度计算在计算框架梁的惯性矩时，考虑梁为矩形截面。框架梁截面的折算惯性矩计算时，对于现浇整体式结构，中框架的折算系数为2，边框架的折算系数为1.5。类型截面积b*h跨度截面惯性矩中 框 架边 框 架IB=2I0iBIB=1.5I0iB700高0.3*0.77.08.575*10-316.15*10-37267512.86*10-357870注：表中iB = (KNm)、柱的线刚度计算a、中柱（6003600mm）层 次层 高 (m)截面积 b*h (m2) 截面惯性矩 IC= bh3线刚度iC底 层5.10.6*0.610.8*10-366706其余层4.20.6*0.610.8*10-381000注：表中iC = (KNm)b、边柱（4503450mm）层 次层 高 (m)截面积 b*h (m2) 截面惯性矩 IC= bh3线刚度iC底 层5.10.45*0.453.42*10-321106其余层4.20.45*0.453.42*10-325628注：表中iC = (KNm)(2)、柱的侧移刚度D值的计算a、中框架中柱(C柱)侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=50.6*0.64.2810001.0540.3451901040.6*0.64.2810001.0540.3451901030.6*0.64.2810001.0540.3451901020.6*0.64.2810001.0540.3451901010.6*0.65.1667062.1790.64119727注：底层=，=；非底层=4*42675/(2*81000)=1.054，=b 中框架边柱（D柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=50.45*0.454.2256282.8360.5861021640.45*0.454.2256282.8360.5861021630.45*0.454.2256282.8360.5861021620.45*0.454.2256282.8360.5861021610.45*0.455.1211063.4430.7247050注：底层=，=；非底层=，=c 中框架边柱（B柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=50.45*0.454.2256282.8360.5861021640.45*0.454.2256282.8360.5861021630.45*0.454.2256282.8360.5861021620.45*0.454.2256284.2540.681185510.45*0.455.1211065.6720.8047829注：底层=，=；非底层=，=d 中框架边柱（A柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=10.45*0.455.1211063.4430.7247050e 边框架中柱（C柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=50.6*0.64.2810001.4230.4162292240.6*0.64.2810001.4230.4162292230.6*0.64.2810001.4230.4162292220.6*0.64.2810001.4230.4162292210.6*0.65.1667061.7350.59818404注：底层=，=；非底层=，=e 边框架边柱（D柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度D=50.45*0.454.2256282.2580.530924040.45*0.454.2256282.2580.530924030.45*0.454.2256282.2580.530924020.45*0.454.2256282.2580.530924010.45*0.455.1211062.7420.6486310注：底层=，=；非底层=，=f 边框架边柱（B柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=50.45*0.454.2256282.2580.530924040.45*0.454.2256282.2580.530924030.45*0.454.2256282.2580.530924020.45*0.454.2256283.3870.6291096510.45*0.455.1211065.4840.7807595注：底层=，=；非底层=，=f 边框架边柱（A柱）侧移刚度D值的计算层次截面 (m2) 层高 (m)线刚度KD=10.45*0.455.1211062.7420.6846660 (3)、各层柱侧移刚度之和(层间刚度)的计算层次中框架中柱中框架边柱边框架中柱边框架边柱D5 19010*8 =15208010216*8*2=16345622922*2= 458449240*2*2= 36960152080+163456+45844+36960= 3983404152080163456458443696039834031520801634564584436960398340215208011855*8*2=1896804584410965*2*2=43860431464119727*8 =157816 7050*8+7829*8+7050*8=17543218404*2+7595*2=519986310*2+6660*2=259404111863、结构基本自振周期T1的计算层次各层重量(KN)总重量(KN)层间刚度Diui=um=ui57553.647553.643983400.0190.418413130.2320683.873983400.0520.399313130.2333814.13983400.0850.347213130.2346944.334314640.1090.262116240.4263184.754111860.1540.154T1=1.7*T*=1.7*0.6* =0.659(s) Tg=1.4*0.4=0.56(s)注：上式中，对于民用建筑取T=0.60. 8，本设计取T=0.6；对于类场地土近震取特征周期值Tg=0.4(s) 4、横向水平地震作用的计算本设计的建筑为7近震，地震影响系数max=0.08，则相应于基本自振周期的1值为：1max()0.9=0.08*()0.9=0.0510所以结构总水平地震作用值为：FEK=1Geq=0.0510*0.85*63184.75=2739.06KN因为T11.4 Tg，由于高振型影响，根据对大量结构的地震反应直接动力分析证明，计算时结构顶部的地震剪力偏小，故须进行调整。方法是将结构的总地震作用的一部分作为集中力，作用于结构顶部，再将余下的地震作用按倒三角形分配给各质点。对于多层钢筋砼房屋，顶部附加地震作用系数n可以按照特征周期Tg及结构的基本周期T1来确定，当Tg=0.30.4s时，n=0.08T1+0.01=0.08*0.659+0.01=0.0627故附加的集中水平地震作用为：Fn=n*FEK=0.0627*2663.87=167.0KN则各质点分配的地震作用为： Fi=*FEK (1-n)层 次层 高(m)高 度(m)重 量 (KN)Fi= FEK (1-n)剪力 Vi54.221.97553.640.212076544.4672711.467244.217.713130.230.297946764.9231476.3934.213.513130.230.227247583.4162059.80624.29.313130.230.156548401.9092461.71515.15.116240.420.106184272.60842734.324(二)、水平地震荷载作用下的结构变形验算根据建筑抗震设计规范的要求，本结构须进行多遇地震作用下的抗震变形验算，要对结构的变形加以限制，使其层间弹性位移以及结构顶点位移不超过一定的限值。对于砌体填充墙的框架结构，其层间弹性位移限值为，其顶点弹性位移变形限值。 本结构变形计算如下表所示：层次剪力 Vi刚度 Di层间位移 Ui=iiDViihUDUi5711.46723983400.0017861/2351.5180.02301941476.393983400.0037061/1133.1880.02123332059.8063983400.0051711/812.2260.01752622461.7154314640.0057051/736.13270.01235512734.3244111860.006651/631.59350.00665由上表可知，结构层间相对位移ihiUD均小于，故其层间弹性位移满足要求。结构的顶点位移为=，故也满足要求。(三)、地震荷载作用下的横向框架内力计算由底部剪力法计算出来的每层的地震剪力，按照每榀框架的刚度比值分配到每榀框架上，而每榀框架的地震剪力按柱的刚度比值分配到每一根柱上，最后以反弯点法求结构的内力。现以KJ-5为例，其内力的计算如下：1、地震剪力的分配在每层结构中，KJ-5的地震剪力分配系数为：底层第二层其他层故地震剪力分配为： 第五层 =711.47*0.0990=70.44KNB柱 (D柱)C柱V=Vim*70.44=18.24KN*70.44=33.95KN第四层 =1476.39*0.0990=146.16KNB柱 (D柱)C柱V=Vim*146.16=37.86KN*146.16=70.45KN第三层 =2059.81*0.0990=203.92KNB柱 (D柱)C柱V=Vim*203.92=52.82KN*203.92=98.28KN第二层 =2461.72*0.0952=234.36KNB柱C柱D柱V=Vim*234.36=67.63KN*234.36=108.45*234.36=58.28第一层 =2734.32*0.1013=276.99KNA柱B柱V=Vim*276.99=46.88KN*276.99=52.06KNC柱D柱V=Vim*276.99=131.17KN*276.99=46.88KN2、柱的反弯点高度计算位置系数BCDA第五层m=5n=5h=4.2m2.8361.054同B柱y00.4420.353I11y1002y2311y3001.8561.483第四层m=5n=4h=4.2m2.8361.054同B柱y00.450.403I11y100211y200311y3001.891.693位置系数BCDA第三层m=5n=3h=4.2m2.8361.054同B柱y00.50.453I11y100211y200311y3002.11.90第二层m=5n=2h=4.2m4.2541.0542.836y00.500.500.5I111y10002111y200031.2141.2141.214y30002.12.12.1第一层m=5n=1h=5.1m5.6722.1793.4433.443y00.5500.6456320.550.55Iy1000020.8240.8240.8240.824y200003y300002.8053.2742.8052.805 注：1. y0由m、n及查表得到。 2. y1由1及查表得到，1=；当i1+i2i3+i4时，1取倒数，即1=并且y1值取负号“-”。 3. y2由2及查表得到，2=h上/h本。 4. y3由3及查表得到，3= h下/h本。 5.=(y0+y1+y2+y3)h 。 3、柱端弯矩计算 设地震荷载从左向右作用柱下端弯矩 M下=*V柱上端弯矩 M上=(h-)*V柱端弯矩计算结果如下图所示：4、梁端弯矩计算根据节点平衡来计算第五层：MDC=MBC=42.75KNm MCD=MCB=0.5*92.24=46.12KNm第四层：MDC=MBC=33.85+87.46=121.31KNm MCD=MCB=0.5*(176.62+50.35)=113.49KNm第三层：MDC=MBC=71.56+110.92=182.48KNm MCD=MCB=0.5*(119.27+226.04)=172.66KNm第二层：MDC=142.02+110.92=252.94KNm MBC=110.92+122.39=233.31KNm MCD=MCB=0.5*(227.75+186.73)=207.24KNm第一层：MDC=142.02+107.59=249.61KNm MAB=107.59KNm MCD=MCB=0.5*(227.75+239.52)=233.64KNm MBC=MBA=0.5*(122.39+119.48)=120.94KNm5、水平地震作用下的框架内力图(左向)框架的弯矩图由柱端弯矩和梁端弯矩可以直接做出，弯矩图画在构件的受拉边，不标正负号。框架的剪力图根据框架弯矩图，通过对梁或柱取脱离体，求某一点M=0，则可以求出梁端和柱端剪力，然后即可做出剪力图。框架轴力图即柱轴力图，根据框架剪力图，取节点脱离体，求Y=0，即可求出柱的轴力图，轴力以柱受压为正。 M图 (KNm) V图 (KN)N图 (KN)二、风荷载作用下的横向框架(KJ-5)内力计算(一)、风荷载计算 (假定风从左向右吹)垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应为：WK=ZSZw0。因结构高度H=21.9m30m，故取Z=1.0；对于矩形截面，S=1.3，本建筑物所在的地面粗糙度为有密集建筑群的大城市市区，故属C类。将风荷载换成作用于框架每层节点上的集中荷载，如下表：层次ZSZ (m)Zw0 (KN/m2)A (m2)PW (KN)51.01.321.90.870.3514.75.8241.01.317.70.740.3529.49.9031.01.313.50.740.3529.49.9021.01.39.30.740.3529.49.9011.01.35.10.740.3532.5510.96注：表中A为各层框架节点的受风面积。故风荷载下的计算简图为： (二)、风荷载下的横向框架内力计算D值法1、风荷载下各柱剪力的分配： 层数B柱C柱D柱A柱5=1.51=2.81同B柱4=4.07=7.583=6.54=12.352=10.25=16.44*35.52=8.831*46.48=8.74*46.48=22.01*46.48=7.87同D柱2、柱的反弯点高度计算位置系数BCDA第五层m=5n=5h=4.2m2.8361.054同B柱y00.4420.353I11y1002y2311y3001.8561.483第四层m=5n=4h=4.2m2.8361.054同B柱y00.450.403I11y100211y200311y3001.891.693位置系数BCDA第三层m=5n=3h=4.2m2.8361.054同B柱y00.50.453I11y100211y200311y3002.11.90第二层m=5n=2h=4.2m4.2541.0542.836y00.500.500.5I111y10002111y200031.2141.2141.214y30002.12.12.1第一层m=5n=1h=5.1m5.6722.1793.4433.443y00.5500.6450.550.55Iy1000020.8240.8240.8240.824y200003y300002.8053.2902.8052.805注：1. y0由m、n及查表得到。 2. y1由1及查表得到，1=；当i1+i2i3+i4时，1取倒数，即1=并且y1值取负号“-”。 3. y2由2及查表得到，2=h上/h本。 4. y3由3及查表得到，3= h下/h本。 5.=(y0+y1+y2+y3)h。3、柱端弯矩计算 设风荷载从左向右作用柱下端弯矩 M下=*V柱上端弯矩 M上=(h-)*V柱端弯矩计算结果如下图所示：(C柱和A柱相同)4、梁端弯矩计算根据节点平衡来计算第五层：MDC=MBC=3.54KNm MCD=MCB=0.5*7.63=3.82KNm第四层：MDC=MBC=2.80+9.40=12.20KNm MCD=MCB=0.5*(11.80+19.00)=15.4KNm第三层：MDC=MBC=7.69+13.73=21.42KNm MCD=MCB=0.5*(12.83+28.41)=20.62KNm第二层：MDC=13.73+21.53=35.26KN MBC=13.73+18.54=32.27KN MCD=MCB=0.5*(23.47+34.52)=29.00KN第一层：MDC=21.53+20.05=41.58KNm MAB=18.06KN MCD=MCB=0.5*(34.52+50.51)=42.52KNm MBC=MBA=0.5*(18.54+18.06)=18.30KNm5、风荷载作用下的框架内力图(左向)框架的弯矩图由柱端弯矩和梁端弯矩可以直接做出，弯矩图画在构件的受拉边，不标正负号。框架的剪力图根据框架弯矩图，通过对梁或柱取脱离体，求某一点M=0，则可以求出梁端和柱端剪力，然后即可做出剪力图。框架轴力图即柱轴力图，根据框架剪力图，取节点脱离体，求Y=0，即可求出柱的轴力图，轴力以柱受压为正。 M图 (KNm) V图 (KN)N图 (KN)三、竖向恒载作用下的横向框架(KJ-5)内力计算(一)、竖向恒载计算1、屋面框架梁荷载标准值屋面恒载为4.18KN/m2主梁自重(含粉刷)为： 5.85KN/m次梁自重(含粉刷)为： 7*0.2*(0.4-0.1)*25)+(0.3*2+0.2)*0.02*20=12.74KN