毕业设计风荷载计算书.doc

七、水平荷载（风荷载）计算
1、设计资料
基本风压：，地面粗糙度类别为C 类。房屋高度H=21.9m。
2、荷载计算
风荷载近似按阶梯形分布，首先应将其简化为作用在框架节点上的节点荷载。
作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值：

式中 ——风荷载标准值（KN/m²）；
——高度z处的风振系数，结构高度H=21.9m＜30m，故取βZ=1.0；
——风荷载体型系数，对于矩形截面=1.3；
——风压高度变化系数（地面粗糙度类别为C类）；
——基本风压（KN/m²）；
风压高度变化系数可查荷载规范取得。将风荷载换算成作用与框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积
表4.1
层次

A(m2)
PK(kN)=
A×
6
1.0
1.3
0.35
1.00
0.46
5.85
2.69
5
1.0
1.3
0.35
0.84
0.38
14.63
5.56
4
1.0
1.3
0.35
0.84
0.38
16.88
6.41
3
1.0
1.3
0.35
0.74
0.34
16.2
5.51
2
1.0
1.3
0.35
0.74
0.34
16.2
5.51
1
1.0
1.3
0.35
0.74
0.34
24.3
8.26

故风荷载下的计算简图为：

图4.13 风荷载计算简图
3. 风荷载下的横向框架内力计算—反弯点法
3.1各柱剪力按刚度分配法计算公式为：

式中，——为该平面框架i层总剪力；
——为i层第j根柱分配到的剪力；
——为i层第j根柱的抗侧刚度；
——为i层s根柱的抗侧刚度之和。

3.2各层柱的剪力分配和柱端弯距的计算
第六层： V=2.69KN

G柱： KN/M
H柱： KN/M
J柱： KN/M

L柱： KN/M
KN/M
G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：
第五层： V=3.34+5.56=8.25KN
G柱： KN/M
H柱： KN/M
J柱： KN/M

L柱： KN/M
KN/M
G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：
第四层： V=2.69+5.56+6.41=14.66KN
G柱： KN/M
H柱： KN/M
J柱： KN/M

L柱： KN/M
KN/M

G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：
第三层： V=2.69+5.56+6.41+5.51=20.17KN
G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：

第二层： V=2.69+5.56+6.41+5.51+5.51=25.68KN
G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：
第一层： V=2.69+5.56+6.41+5.51+5.51+8.26=33.94KN
G 柱： KN/M
H 柱： KN/M
J 柱： KN/M

L柱： KN/M
KN/M
G柱剪力：
H柱剪力：
J柱剪力：
L柱剪力：

3.3水平风荷载作用下楼层层间位移验算

表4.2
层次

6
2.69
2.69
134800
0.012
2600
1/216666
5
5.56
8.25
46000
0.073
3900
1/53424
4
6.41
14.66

57200
0.170
3600
1/21176
3
5.51
20.17
57200
0.267
3600
1/13483
2
5.51
25.68
57200
0.363
3600
1/9917
1
8.26
33.94
57800
0.502
4600
1/9163
最大层间弹性位移角=1/9163＜1/550，满足规范要求。

3.4 风荷载框架内力计算
近似取上部各层柱子的反弯点在柱子中点，因为底层柱的底端为固定端，底层反弯点设在处。
根据各柱分配到的剪力及反弯点位置yh计算第i层第j个柱端弯矩
上端弯矩： M=Vh（1-y） 下端弯矩： M= Vhy
各柱柱端弯距见下表：（单位：KN·m）
表4.3
层次
端点
G柱
H柱
J柱
L柱
6
上
0.41×1.3
=0.53
0.94×1.3
=1.22
0.94×1.3
=1.22
0.41×1.3
=0.53
下
0.41×1.3
=0.53
0.94×1.3
=1.22
0.94×1.3
=1.22
0.41×1.3
=0.53
5
上
1.35×1.95
=2.63
2.78×1.95
=5.42
2.78×1.95
=5.42
135×1.95
=2.63
下
1.35×1.95
=2.63
2.78×1.95
=5.42
2.78×1.95
=5.42
1.35×1.95
=2.63
4
上
2.36×1.8
=4.25
4.90×1.8
=8.82
4.90×1.8
=8.82
2.36×1.8
=4.25
下
2.36×1.8
=4.25
4.90×1.8
=8.82
4.90×1.8
=8.82
2.36×1.8
=4.25
3
上
3.24×1.8
=5.83
6.84×1.8
=12.31
6.84×1.8
=12.31
3.24×1.8
=5.83
下
3.24×1.8
=5.83
6.84×1.8
=12.31
6.84×1.8
=12.31
3.24×1.8
=5.83
2
上
4.13×1.8
=7.43
8.71×1.8
=15.68
8.71×1.8
=15.68
4.13×1.8
=7.43
下
4.13×1.8
=7.43
8.71×1.8
=15.68
8.71×1.8
=15.68
4.13×1.8
=7.43
1
上
6.12×1.2
=7.34
10.86×1.2
=13.03
10.86×1.2
=13.03
6.12×1.2
=7.34
下
6.12×2.4
=14.69
10.86×2.4
=26.06
10.86×2.4
=26.06
6.12×2.4
=14.69

当计算出了框架在水平力作用下的柱端弯矩值后，求梁端弯矩时，由柱端弯矩，并根据节点平衡来求。
对于边跨梁端弯矩：M=M+M
对于中跨，由于梁的端弯矩与梁底线刚度成正比，因此，
M=（M+M） M=（M+M）

表4.4
层次
GH跨
HJ跨
JL跨
左端
右端
左端
右端
左端
右端
6
0.53

1.22-
0.28= 0.94
1.22-
0.28= 0.94

0.53
5
0.53+
2.63
=3.16

1.22+
5.42-
1.51=
5.13
1.22+
5.42-
1.51=
5.13

0.53+
2.63
=3.16
4
2.63+
4.25
=6.88

5.42+
8.82-
3.23=
11.01
5.42+
8.82-
3.23=
11.01

2.63+
4.25
=6.88
3
4.25+
5.83
=10.08

8.82+
12.31-
4.79=
16.34
8.82+
12.31-
4.79=
16.34

4.25+
5.83
=10.08
2
5.83+
7.43
=13.26

12.31+
15.68-
6.35=
21.64
12.31+
15.68-
6.35=
21.64

5.83+
7.43
=13.26
1
7.43+
7.34
=14.77

15.68+
13.03-
6.51=
22.2
15.68+
13.03-
6.51=
22.2

7.43+
7.34
=14.77

图4.14 左风荷载弯矩图（单位：KN·m）

剪力计算
表 4.5
层次
梁
柱
GH跨
HJ跨
JL跨
G
H
J
L
6
(0.53+
0.28）/7.8= 0.10
（0.94+0.94）/2.4=
0.78
(0.53+
0.28）/7.8= 0.10
0.53×2/2.6
=0.41
1.22×2/2.6
=0.94
1.22×2/2.6
=0.94
0.53×2/2.6
=0.41
5
（3.16+
1.51）/7.8= 0.60
（5.13+5.13）/2.4=
4.28
（3.16+
1.51）/7.8= 0.60
2.63×2/3.9
=1.35
5.42×2/3.9
=2.78
5.42×2/3.9
=2.78
2.63×2/3.9
=1.35
4
（6.88+3.23）/7.8=
1.30
（11.01+11.01）/2.4=9.16
（6.88+3.23）/7.8=
1.30
4.25×2/3.6
=2.36
8.82×2/3.6
=4.90
8.82×2/3.6
=4.90
4.25×2/3.6
=2.36
3
（10.08+4.79）/7.8=
1.91
（16.34+16.34）/2.4=13.62
（10.08+4.79）/7.8=
1.91
5.83×2/3.6
=3.24
12.31×2/3.6
=6.84
12.31×2/3.6
=6.84
5.83×2/3.6
=3.24
2
（13.26+6.35）/7.8=
2.51
（21.64+21.64）/2.4=18.03
（13.26+6.35）/7.8=
2.51
7.43×2/3.6
=4.13
15.68×2/3.6
=8.71
15.68×2/3.6
=8.71
7.43×2/3.6
=4.13
1
（14.77+6.51）/7.8=
2.73
（22.20+22.20）/2.4=18.5
（14.77+6.51）/7.8=
2.73
（7.34+14.69）/3.6
=6.12
（13.03+26.06）/3.6
=10.86
（13.03+26.06）/3.6
=10.86
（7.34+14.69）/3.6
=6.12

图4.15 左风荷载剪力图（单位：KN）
柱的轴力以受压为负，受拉为正：表4.6
层次
柱
G
H
J
L
6
0.10
0.10-0.78=-0.68
0.78-0.10=0.68
0.10
5
0.10+0.60=0.70
-0.68+0.60-4.28=-4.36
0.68+4.28-0.60=4.36
0.10+0.60=0.70
4
0.70+1.30=2.00
-4.36+1.30-9.16=-12.22
4.36+9.16-1.30
=12.22
0.70+1.30=2.00
3
2.00+1.91=3.91
-12.22+1.91-13.62=-23.93
12.22+13.62-1.91
=23.93
2.00+1.91=3.91
2
3.91+2.51=6.42
-23.93+2.51-18.03
=-39.45
23.93+18.03-2.51
=39.45
3.91+2.51=6.42
1
6.42+2.73=9.15
-39.45+2.73-18.50=-55.22
39.45+18.50-2.73 =55.22
6.42+2.73=9.15

图4.16 左风荷载轴力图（单位：KNm
注：右风荷载作用下的内力与左风荷载下的内力大小相等方向相反