某四层教学楼结构设计

毕业设计(论文)
某四层教学楼结构设计
系别：机械与电子工程系
专业（班级）：11级土木工程班
作者（学号）：
指导教师：）
完成日期： 2015年5月10日
目录
中文摘要 (2)
英文摘要 (3)
1 引言 (4)
1.1 结构设计 (4)
1.2结构平面布置 (4)
1.3各梁柱截面寸 (5)
1.4结构计算简图 (5)
2 屋面的设计 (6)
2.1 屋面荷载计算 (6)
2.1屋面板设计 (7)
3 楼面的设计 (10)
3.1设计所需的资料 (10)
3.2楼面结构的平面图 (11)
3.3求楼面板的荷载 (12)
3.4板面内力计算 (12)
4 楼梯的设计 (15)
4.1 梯段板的设计 (16)
4.2楼梯中的平台板的配筋设计 (17)
5 次梁的设计 (18)
4.1 估计次梁的截面尺寸 (18)
4.2估算柱截面尺寸 (18)
4.3屋面下次梁配筋计算 (18)
4.4次梁的配筋计算 (21)
6 竖向荷载求解 (23)
6.1 首层竖向荷载求解 (23)
6.2 二至五层竖向荷载求解 (24)
6.3 顶层竖向荷载求解 (26)
7 水平方向荷载下框架内力与侧移大小的计算 (28)
7.1 计算构件线刚度 (28)
7.2 计算建筑自震周期 (31)
7.3水平方向地震求解 (32)
7.4 做抗震变形方面验算 (33)
7.5 地震中框架的内力分析 (33)
7.6 地震作用下框架内力图 (35)
8竖向荷载下框架内力分析 (37)
8.1荷载计算 (37)
8.2 框架恒载图 (41)
8.2 框架恒载图 (41)
8.3框架图 (42)
8.4求弯矩大小 (42)
8.5梁端剪力及柱轴力计算 (46)
9 竖向荷载下框架内力分析 (52)
9.1框架梁内力组合 (52)
10 框架梁正截面与斜截面的设计 (57)
10.1横向框架梁正截面设计 (57)
10.1横向框架梁斜截面设计 (61)
11 框架梁柱截面的设计 (67)
(57)
11.1承载力抗震调整系数RE
11.2框架柱正截面设计 (57)
11.2框架柱斜截面设计 (57)
12 基础设计 (67)
12.1基础顶面内力组合值 (57)
12.2外柱基础设计 (57)
12.2内柱基础设计 (57)
致谢 (81)
参考文献 (82)
某四层教学楼结构设计
摘要：此次毕业设计的标题为教学楼的结构设计，设计的形式为现浇的混凝土形
m，此建筑一共有四式，建筑的尺寸为66.5m×16.5m，总的面积是43892
层，每层的层高均取做 3.3m，设计为三跨的跨架结构，设计跨度分别是7m， 2.5m，7m。

结构的纵向柱子的距离是3.5m，建筑内部和外部的高度相差
0.45m，考虑教学楼应尽可能的利用公共设施，因此采用内廊式的结构。

本次设计有两个主要部分：建筑设计、结构设计。

设计时要全面考虑各个学
科的的知识应用，严格的遵守各种规范的要求，在满足了适用性、耐久性要
求的同时尽量考虑经济方面的效益。

设计的过程主要包含计算内容为，荷载、
简图、内力及其组合还有变形等方面的计算，最后画出建筑设计图及结构施
工图。

关键词：教学楼;建筑设计;结构设计;荷载设计
A four-storey building structure design
Abstract：The title of the graduation design for the building structure design,design the form of a cast-in-place concrete form,the size of the building is 66.5 m * 16.5
m.The total area is 4389,The building has a total of four layers,Each layer of
the height are 3.3 m.Design of three spans across the frame structure,Design
span are 7 m, 2.5 m, 7 m.Vertical pillars of the structure of distance is 3.5
m.The height of the building elevation difference of inside and outside is 0.45
meters Considering the building should be as far as possible use of public
facilities,so the inside structure of existent.
This design has two main parts:Architectural design, structural design.When
the design should fully consider various disciplines of knowledge
application.Strictly comply with the requirements of various specifications
of .At the same time of satisfying the requirements of applicability and
durability consider economic benefit as far as possible.Design content mainly
includes the process of calculation for,Load, diagram, the internal force and
deformation of combination and the aspects of calculation,Finally draw the
construction drawings and structural drawings.
Key words：Teaching building, Seismic design, Architectural design, Structural design
某四层教学楼结构设计
1 引言
土木工程专业是当今社会与我们的生活息息相关的一个工程学科，它是一个综合性的学科，包含了很多小的工程方向比如我们平时讲到的道桥、市政等小的学科。

它是国民经济增长的重要支柱同时也改善了我们的生活条件，让我们的生活质量有了很大的提高。

随着社会的发展与进步，人们现在不仅仅要求建筑数量的增长而且更加注重建筑的结构的质量以及建筑美观和舒适性等方面的要求。

因此建筑装修得到了很快的发展。

1.1 结构设计
此教学楼框架结构体系，查找相关要求，采用三跨的框架结构，设计跨度分别为7m，2.5m，7m。

纵向柱距均为3.5m，建筑总66.5×16.5m。

柱的截面选用0.6m ×0.6m 的矩形柱。

1.2 结构平面布置如下图所示
1.3 各梁柱截面尺寸
查找相关的规范
1.次梁尺寸：h=
11
1812
⎛⎫
⎪
⎝⎭
n
l=
25007000
1812
⎛⎫
⎪
⎝⎭
=139～583mm区间内，在此范围内
取得次梁高度h=0.5m,次梁截面宽度取b=0.25m。

2.主梁尺寸：h=
11
1510n
l
⎛⎫
=
⎪
⎝⎭
70007000
1510
⎛⎫
=
⎪
⎝⎭
=467～700mm区间内，在此范围
内取得主梁高度用h=0.6m，主梁截面宽度用b=0.3m。

3.双向板板厚根据h≥1
45
短板的跨度，即h≥
1
45
=0.0555m。

取双向板板厚为
h=0.1m。

1.4 结构计算简图
1. 建筑结构竖向荷载的传力路径：
建筑结构楼板的恒荷载和均布活载首先传到次梁，荷载到达次梁后在传到主梁，之后次梁与主梁上的荷载通过主梁在传到柱，然后以上荷载在传到基础。

建筑承重方式取为横向承重。

采用此种布置方式的优点是避免了结构横向和纵向刚度差距较大的弊端，并且结构联系梁的高度往往比主梁小，这样做的好处就是可以使教室的采光效果更好，可以吧采光的构建做的大一些，这样也可以是空气的流通更加顺畅。

一品框的计算简图如图所示：
建筑结构内部和外部的高度相差是0.45m，底层柱子的高度为3.75m，因此第一层柱
高度为3.75m，其余珠子的高度为3.6m，如上图所示。

2. 屋面设计
2.1 屋面荷载计算
1. 设计资料
屋面组成设计 1.防水层沥青，
2.水泥砂浆找平层，
3.保温层，
4.石灰抹面。

5.材料：选用C30级混凝土，板面受力筋与其余钢筋筋均应用强度等
级为HRB335级钢。

2. 屋面恒荷载标准值
刚性防水层30厚C20混凝土防水层 1.0kN/m2
柔性防水层 0.4kN/m2
保温层应用厚度为0.07m厚矿渣水泥 0.07×14.5= 1.01 kN/m2 0.1m厚板面重 0.10× 25 = 2.5kN/m2
底层抹灰重 0.015×17=0.255kN/m2
合计 5.175kN/m2
屋面恒荷载设计值 5.175×1.2 = 6.21kN/m2
3. 屋面活荷载
查询荷载规范
没有人活动的顶层屋面活荷载值为： 0.5kN/m2
屋面上的活荷载设计值求得结果为： 0.50×1.4 = 0.70kN/m2
2.2 屋面板设计
1. 板的布置简图
2. 板的设计
取板WB-A 区格的计算为例：区格板WB-A 的计算简图是四边固支的, 如图示：
板的计算简图 根据弹性理论进行设计
荷载的设计值
g 等于6.21kN/m2，q 等于0.70kN/m2
6.210.3/2/2/5 6.5622
kN m kN m k q
g N m +=+= 0.70.352
2q ==kN/m2 g+q=6.21kN/m2+0.7kN/m2=6.27kN/m2 板中弯矩的大小计算： L1=3.5m L2=7.0m
L1/L2=0.5
L2/L1=7/3.5=2<3所以此板为双向板，按双向板计算查相应表格，各弯矩为：
查相应表格，各弯矩为：
屋面板的配筋计算如下，
根据公式:
y
s f h M A 095.0=
计算
L1方向的截面01
h =100-20=80mm ，
L2方向的截面02h
=100-30=70mm ，
支座的截面的0h
=80mm 。

区隔板求得的配筋如下表：
根据弹性理论计算得截面配筋
截面 目标
0h
)(m kN M ⋅
)(2mm A s
配筋方式
实际的配筋
)(2mm A s
跨中
配筋
板A L1方向 80 3.838 159.91 8@250 201 L2方向 70 1.7776 89.2 6@250 113 板B
L1方向 80 1.547 61.06 6@250 113 L2方向 70 0.838 42.01 6@200 113
截面 目标
0h
)(m kN M ⋅
)(2
mm A s
配筋方式
实际配筋
)(2mm A s
支座配筋
A-支座B 80.0mm -5.58 195.78 8@200
2522mm
A-A 支座
80.0mm -7.02 246.3 8@200
2522
mm
B-B 支座
80.0mm -4.14 145.3 6@200
1422mm
3.0 楼面的设计
3.1设计所需的资料
1.楼面的结构成份共三层分别为：水泥砂浆面层，现浇的钢筋混凝土板，混合砂浆抹底层面。

2.所用的施工材料：选用C30级混凝土C30，板面受力筋与其余钢筋筋均应用强度等级为HRB335级钢。

3.2楼面结构的平面图
1.楼面平面的布置图如图所示：
查找相关的规范
1.次梁尺寸：h=111812⎛⎫ ⎪⎝⎭ n l =250070001812⎛⎫
⎪⎝⎭
=139～583mm 区间内，在此范围
内取得次梁高度h=0.5m,次梁截面宽度取b=0.25m 。

3.主梁尺寸：h=111510n l ⎛⎫= ⎪⎝⎭ 7000700015
10⎛⎫
= ⎪⎝⎭ =467～700mm 区间内，在此范围内取得主梁高度用h=0.6m ，主梁截面宽度用b=0.3m 。

3.双向板板厚根据h≥1
45
短板的跨度，即h≥
1
45
=0.0555m。

取双向板板厚为
h=0.1m。

3.3求楼面板的荷载
1. 楼面板上面的恒荷载
厚度为30mm的水泥砂浆的面层 0.030×20 kN/m2= 0.60kN/m2 现浇形式的板面重力荷载值为22
25/ 2.5
0.10/
KN m KN m
⨯=
混合砂浆抹底层荷载值22
17/0.17
0.00/
1KN m KN m
⨯=
总合计： 3.27kN/m2 楼面板的恒荷载的设计值 1.2×3.27 = 3.92kN/m2
2. 楼面板上的活荷载
楼面板上面的活荷载标准值取 2.00kN/m2 楼面板上的活荷载设计值 1.4×2.00 = 2.80kN/m2
3.4板面的内力计算
取板WB-A区格的计算为例：
区格板WB-A的计算简图是四边固支的,
如图示：
根据弹性理论进行设计
荷载的设计值
g 等于3.kN/m2，q 等于2.8kN/m2
3.92 1./2/2/4 5.3222
kN m kN m k m g N q
+=+= 22.8/2 1.4/2q
KN m == g+q=3.92kN/m2+2.8kN/m2=6.72kN/m2 板中弯矩的大小计算： L1=3.5m L2=7.0m L1/L2=0.5
L2/L1=7/3.5=2<3所以此板为双向板，按双向板计算 查相应表格，算的各弯矩为：
根据弹性理论得计算的截面配筋为
截面目标
)
(
mm
h)
(m
kN
M⋅)
(2
mm
A
s
配筋
实际配筋
)
(2
mm
A
s
支座A-B 80 -4.14 187.578 8@200 252 A-A 80 -7.02 307.89 10@200 393 B-B 80 -2.453 107.45 6@200 142
截面目标
)
(
mm
h)
(m
kN
M⋅)
(2
mm
A
s配筋
实际配
筋
)
(2
mm
A
s
跨中A
L1方向80 3.818 142.337 6@200 142
L2方向70 1.196 59.949 6@200 142 B
L1方向80 2.200 96.491 6@200 142
L2方向70 0.971 48.671 6@200 142
4.楼梯设计1设计成板式楼梯，画出计算简图为；
4.1 梯段板的设计
踏步板的形式取为300mm*150mm ，cos θ=
()
2
2300
300
0.894335
150
(300)=
=+取板的厚度h = 0.12m ，大概是为斜板长度的1/30。

取板宽为1m 带进行计算；
1. 荷载计算 材料的信息：
混凝土的强度级别: C30 混凝土抗拉2/3.14mm N f c = 2
/43.1mm N f t =
钢筋选用: HRB335 （
y
f = 300N/mm2）
抹灰的厚度为：c = 20.0 mm 保护层混凝土厚度为：as = 20 mm
水磨石重力荷载 0.45×0.65 / 0.3=0.98kN /m 踏步板上所具有的的荷载 0.5×0.3×0.15× 25 / 0.3 = 1.88kN /m 混凝土斜板的重力荷载 0.12× 25 / 0.89 = 3.40kN /m 板底抹灰重力荷载 0.02×17 / 0.89 = 0.382kN /m 总的合计值 6.64kN /m 板面上的的恒荷载的设计值 6.64×1.2 = 7.968kN /m 根据楼梯的活荷载的设计值 2.5kN /m 楼梯上活载的标准设计值 2.5×1.4 = 3.5kN /m 合计值 7.968+3.5=11.468 kN /m
2. 楼梯截面的设计
板的水平方向的计算跨长取3300n l mm =则设计值弯矩为
2
2max 11()(7.968 3.5) 3.3012.491010
n M q g l kN m =
+=⨯+⨯=⋅， 板面的有效计算的高度；012020100h mm mm mm =-=
6
max 12
1012.49100.08731.014.31001001000s c M f bh αα⨯===⨯⨯⨯⨯
116
2
1101(112)0.954
2
12.4910436.410.954300100
s s s s y M A mm f h γαγ=⨯+-=⨯===⨯⨯
板的最终配筋筋为B10@150,其总面积为21550.0s A mm = 验算钢筋的配筋是否超筋少筋
10min105500.550%10.45;0.2%0.307%1000100s t y A f Max bh f ρρ⎧⎫⎪⎪
=
==>==⎨⎬⨯⎪⎪⎩⎭
由以上的计算可知计算求得的配筋是安全的，还要布置相应的分布筋选取B8@200的钢筋做为班的分布筋。

4.2 楼梯中的平台板的配筋设计
计算时取宽度为1m 的平台板进行计算，并且其厚度为0.1m ；
平台板上的荷载的取值
楼梯平台板中的恒荷载大小计算，
水磨石装修层荷载 0.60kN /m 0.1m 厚混凝土板的荷载 0.1× 25.0kN /m = 2.5kN /m 板底抹灰层的重力荷载 0.020×17.0 kN /m= 0.34kN /m 合计值 3.44kN /m 平台板上面的恒荷载的取值 3.44×1.2 = 4.128kN /m 平台板面取移动荷载的标准值 2.5kN /m 平台板面移动荷载设计值 2.5×1.4 = 3.5kN /m
5. 次梁的设计
5.1 估计梁截面的尺寸形式
梁的截面尺寸估算取值为 CL:取h =0.6m,b =0.3m
5.2 根据估算确定柱截面的尺寸面积
根据轴压比大概估算，计算如下：求柱组合压力的设计值公式为n Fg N E β=,取柱截面尺寸形式为0.6m×0.6m 的方形柱。

第一层柱高为3.75m ，以上各层为3.3m 。

5.3 屋面下次梁的配筋面积计算
1. 屋面连系梁
屋面板板面A 传递的是三角形荷载 计算如下
, 6.91 3.5212.1/A p KN m =⨯÷=
5
12.17.56/8
eA p KN m =⨯=
屋面板板面B 传递的是梯形荷载计算如下
, 6.91 2.528.64/B p KN m =⨯÷=
α011021 2.5=0.50.3572 3.5
l l =⨯=
αα32,11(12) 6.83/eB b p p KN m =+-=
8.64 6.8315.4/p KN m =+=
屋面板的计算图为
2. 连系梁的受力计算
弯矩所求设计值（注释：因为是对称，只要取其中一半进行计算进行计算）： 1M =0.078（g+q)20l =0.078⨯15.40⨯23.5=14.7m kN ⋅ B M =-0.105(g+q)20l =-0.105⨯15.4⨯23.5=-19.80m kN ⋅
2M = 0.033(g+q)20l =0.033⨯15.4⨯23.5=6.23m kN ⋅ C M =-0.079(g+q)20l =-0.079⨯15.4⨯23.5=-14.90m kN ⋅ 3M = 0.046(g+q)20l =0.046⨯15.4⨯23.5=8.68m kN ⋅
剪力所求设计值（注释：因为是对称的，固只要取其中一半进行计算）： A V =0.395(g+q)0l =0.394⨯15.4⨯3.5=21.2kN Bl V =-0.605(g+q)0l =-0.605⨯15.4⨯3.5=-32.61kN Br V =0.524(g+q)0l =0.526⨯15.4⨯3.5=28.35kN Cl V =-0.475(g+q)0l =-0.474⨯15.4⨯3.5=-25.55kN Cr V =0.501(g+q)0l =0.501⨯15.4⨯3.5=26.95 kN
1. 连系梁正截面所具有的承载力值计算 求解联系梁受弯承载力时，验算截面是T 型，T 截面翼缘'3500/31167f b mm ==按一排纵筋布置钢筋。

有效截面高度()01600350.565h mm mm m =-=，则得出配筋方案如下；
受压区高度都小于0.35，满足内力重分布原则。

验算截面是否少筋，bh A s
=452600*300
==0.2511%大于0.45
y
t
f f =0.22%>0.2%,也是满足要求的。

2.承受剪切的承载力值
截 面 1 B 2 C 3
弯矩求得的设计值(m kN ⋅) 14.70 -19.80 6.23 -14.90 8.68 2
01bh f M c s αα=
0.012 0.015 0.006 0.012 0.008 s αξ211--= 0.012 0.015 0.006 0.012 0.008
y
c S f f bh A 10αξ=
88.9 121.18 40.39 89.0 56.56 配置的钢筋 4B12 4B12 4B12 4B12 4B12
实配截面中配筋面筋（2
mm ） 452 452 452 452 452
10f h h h =-=0.565m-0.1m=0.456m ，·
10.465 1.6 4.00.3
h b ==< 判断剪力0.2500.250.25*14.3*300*565606.0c c f bh kN β==>max V 满足要求
腹筋：因为max V <0
7.0bh f t ，配筋秩序满足构造要求，配用钢筋选用Φ8@200。

5.4 次梁配筋
, 6.72 3.5211.16/A p KN m
=⨯÷=5
11.167.35/8
eA p KN m =⨯=
板B 为梯形传递荷载
, 6.72 2.528.4/B p KN m =⨯÷=
α01
102
=0.5
0.35l l = αα23'
11(12+) 6.70/eB b p p KN m =-=
6.70
7.3514.05/p KN m =+=
计算简图：
1. 梁中内力求解
弯矩大小（因为对称，固一半计算）：
1M =0.078*（g+q)*20l =0.078⨯14.05⨯23.5=13.42m kN ⋅
B M =-0.105*(g+q)*20l =-0.105⨯14.05⨯23.5=-18.07m kN ⋅ 2M = 0.033*(g+q)*20l =0.033⨯14.05⨯23.5=5.68m kN ⋅
C M =-0.079*(g+q)*20l =-0.079⨯14.05⨯23.5=-13.60m kN ⋅ 3M = 0.046*(g+q)*20l =0.046⨯14.05⨯23.5=7.92m kN ⋅ 剪力
A V =0.394*(g+q)*0l =0.394⨯14.05⨯3.5=18.82kN Bl V =-0.606*(g+q)*0l =-0.606⨯14.05⨯3.5=-28.95kN Br V =0.526*(g+q)*0l =0.526⨯14.05⨯3.5=25.13kN Cl V =-0.474*(g+q)*0l =-0.474⨯14.05⨯3.5=-22.64kN Cr V =0.500*(g+q)*0l =0.500⨯14.05⨯3.5=23.89kN
(1) 连系梁正截面所具有的承载力值计算 求解联系梁受弯承载力时，验算截面是T 型，T 截面翼缘'3500/31167f b mm ==按一排纵筋布置钢筋。

有效截面高度()01600350.565h mm mm m =-=，则得出配筋方案如下；
受压区高度都小于0.35，满足内力重分布原则。

验算截面是否少筋，bh A s
=
452
600*300
==0.2511%大于0.45
y
t
f f =0.22%>0.2%,也是满
截 面 1 B 2 C 3 弯矩求得的设计值(m kN ⋅)
13.42 -18.07
5.68
-13.60
7.92
20
1bh f M
c s αα=
0.012 0.014 0.005 0.012 0.007 s αξ211--=
0.012
0.014
0.005
0.012 0.007 y
c
S f f bh A 10αξ=
80.80 105.03 32.32
80.84
48.50
配置的钢筋 4B12 4B12 4B12 4B12 4B12 实配截面中配筋面筋（2
mm ）
452
452
452
452
452
足要求的。

3.承受剪切的承载力值
10f h h h =-=0.565m-0.1m=0.456m ，·
10.465 1.6 4.00.3
h b ==< 判断剪力0.2500.250.25*14.3*300*565606.0c c f bh kN β==>max V 满足要求
腹筋：因为max V <0
7.0bh f t ，配筋只需满足构造要求，配用钢筋选用Φ8@200。

6. 竖向荷载求解
6.1 首层竖向荷载求解
1. 梁、柱重力计算 计算如表
表6-1 梁、柱自重 类别
净跨/柱高 （ mm ）
截面（ mm ） 密度
（3m N k ）
体积
（3
m ） 数量 （个） 单重 ( kN ) 总重
( kN )
横梁
7000 250×
500 25 0.875 40 21.87 875
2500 200×
400 25 0.2 20 5.0 100
纵梁 3500 300×
600 25 0.64 76 15.80 1198
柱 3750 600×
600
25 1.35 80 33.75 2700
合计4870kn
1.2 填充墙重力的计算
类 型
轴线 编号 计算
长度 （mm ） 计算高度 （mm ）
墙厚 （mm ） 密度
（3m N k ）
体积
（3
m ）
数
量 （个） 单重 （kN ） 总重
（kN ）
横墙
A-B 7000 2800 240 8.0 4.7 11 38 418
B-C
2500 2900
240
8.0
1.74
2
13.92 27.84
C-D 7000 2800 240 8.0 4.7 11 38 418 纵墙
3500 2700
240
8.0
2.27
76 18.16
1380.16
总重2244kN ，减去门装洞口荷载为1963KN
1.3 楼板面恒、活载计算
楼板的净面积为10192m
恒载：3.2710193334N ⨯= 活载:2.010192038kN ⨯=
有以上可知，一层重力荷载代表值为：
111120.54870 1.0519630.8333420380.511037kN G G G =+=⨯+⨯++⨯= 固总重为11037KN
6.2 二至五层数竖向荷载
1. 梁、柱自重的计算
表6-1 梁、柱自重 类别
净跨/柱高 （ mm ）
截面（ mm ） 密度
（3m N k ）
体积
（3
m ） 数量 （个） 单重 ( kN ) 总重
( kN )
横梁
7000 250×50
0 25 0.875 40 21.87 875
2500 200×40
0 25 0.2 20 5.0 100
纵梁 3500 300×60
0 25 0.64 76 15.80 1198
柱 3300 600600
⨯
25 1.188 80 29.7 2377
总重4548kn
1.2 填充墙重力的计算
类 型
轴线 编计算长
计算高度 （mm ）
墙厚 （m 密度（
体积（3
m ） 数量 （单重 （kN ） 总重 （kN ）
号
度 （m m ） m ）
3
m N k ）
个） 横墙
A-B
7000 2800 240 8.0 4.7
11 38
418 B-C
2500 2900 240 8.0 1.74 2 13.92
27.84 C-D
7000 2800 240 8.0 4.7
11 38
418 纵墙
3300
2700
240 8.0 2.27 76
18.1
6
1380.16
总重2244kN 减去门装洞口荷载为1963KN
1.3 板恒、活载
楼板的净面积为10192
m 恒载3.2710193334N ⨯= 活载:2.010192038kN ⨯=
有以上可知，一层重力荷载代表值为：
111120.54548 1.0519630.8333420380.510699kN G G G =+=⨯+⨯++⨯= 固总重为10699KN 取2310699G G kN ==
6.3 顶层竖向荷载
1. 梁、柱自重的计算
梁、柱自重 类别
净跨/柱高 （ mm ）
截面（ mm ） 密度
（3m N k ）
体积
（3
m ） 数量
（个）
单重 ( kN ) 总重 ( kN ) 横梁
7000 250×50
0 25 0.875 40
21.87 875 2500 200×40
0 25 0.2 20
5.0 100 纵梁
3500 300×60
25 0.64 76
15.80
1198
柱1650 600×60
25 1.188 80 14.58 1188
总重3360kn
2.填充墙重力的计算
类型轴线
编号
计算
长度
（mm
）
计算高度
（mm）
墙厚
（mm
）
密度
（
3
m
N
k
）
体积
（3m）
数
量
（
个
）
单重
（kN
）
总重
（kN
）
横墙A-B 7000 1400 240 8.0 4.7 11 38 209 B-C 2500 1450 240 8.0 1.74 2 13.92 13.92 C-D 7000 1400 240 8.0 4.7 11 38 209
纵墙3500 1350 240 8.0 2.27 76 18.16 690.1 总重1122kN
女儿墙自重：（7.0*4+2.5*2+66.5*2）*0.24*0.9*8=286.8KN
合计重量：1409kN,
3. 屋面恒、活载计算
屋面面积为10192
mm
恒载：5.1710195268kN
⨯=
活载:0.51019595
⨯=kN
因此可以得到，楼顶重力取得的荷载代表值为：
60.53360 1.0514090.852685950.510200kN
G G G
=+=⨯+⨯++⨯=
取
610200
G kN
=
5,
7. 水平方向荷载下框架内力与侧移大小的计算
7.1计算构件的线刚度
柱
柱构件
截面尺寸 ( m )
柱的计算
高度 ( m ) 惯性矩c I
(4m ) 线刚度c K (m
kN ⋅)
一层柱 0.60.6⨯
3.750 21008.1-⨯ 48.6410⨯ 其它柱
0.60.6⨯
3.300
21008.1-⨯
49.8010⨯
梁
梁截面尺梁的梁的边上框架梁
中间框架梁
寸( m )
跨度( m ) 惯性
矩
0I (4
m )
)(5.140m I I b = )(m kN l EI k b
b ⋅= )(0.24
0m I I b = )(m kN l EI k b
b ⋅=
0.250.5⨯
7 3
106.2-⨯
3109.3-⨯ 41.6710⨯ 3102.5-⨯ 42.210⨯ 0.20.4⨯
2.5
3
101.1-⨯
3107.1-⨯
42.0410⨯
3102.2-⨯
42.6410⨯
中间框架的梁与柱的线刚度
边上梁柱线刚度
框架柱D 值的计算
边框架柱的抗侧刚度D 值
楼层构件类
型)
(
2
)
(
其余层
底层
∑
∑
=
=
c
b
c
b
K
K
K
K
K
K
)
2(
)
2(
)5.0
(
K
K
K
K
+
=
+
+
=
α
α
)
(
122
m
kN
h
K
D
c
α
=
柱数
一层
边框架
边柱
0.194 0.316 23298 4 边框架
中柱
0.429 0.382 28164 4 中框架
边柱
0.255 0.330 24330 36 中框架
中柱
0.560 0.414 30523 36 2180556
7.2 计算建筑自震周期
根据顶点位移法求解计算结构的位移，当考虑建筑结构填充墙的作用时，取到的基本周期调整系数大小为6.00=α，公式T T ∆=017.1α，
T ∆：顶点位移（单位是米），用D 值发求解
横向框架顶点位移i ∆计算
类型
i
G
（单位：kN ） ∑n
i
i
G
（单位：kN ）
i
D
（单位：kN/m ） 层与层间位移
i
i i D G /∑=δ
i
∆
四 10200 10200 1237488 0.0082 0.070 三 10699 20899 1237488 0.0169 0.0619 二 10699 31589 1237488 0.0255 0.045 一
11037
42635
2180556
0.0195
0.0195
1.70.60.30.559i T s =⨯⨯=
7.3 水平方向地震求解
本建筑场地的形式类别是Ⅱ类，抗震所取烈度定为7度，第一组。

查找相应的设
其余层
边框架边柱 0.170 0.078 8423 4 边框架中柱 0.379 0.159 17170 4 中框架边柱 0.234 0.111 10910 36 中框架中柱 0.473
0.191
20625
36
1237488
计规范可确定结构特征周期
s
T g 35.0=，水平地震影响系数最大值08.0max =α。

根据底
部剪力法求解，求地震影响系数：0.92max 0.35()() 1.00.080.05240.559
g r T T
αηα==⨯⨯=，由于T=0.559s>1.4Tg=0.49s ，所以要把顶点附加地震作用考虑进去。

因为
s
T g 35.0=，所以顶部附加地震作用系数
10.080.070.080.5590.070.115n T δ=+=⨯+=。

结构底部剪力： 6
1
0.850.8542635362397.5eq i i G G kN ===⨯=∑
0.0524362397.51899EK eq F G kN α=⋅=⨯=
顶点附加地震作用：
0.1151899218.3n n EK F F kN δ∆==⨯= 所有楼层地震作用于地震剪力求解如图； 层次
)
(m h i )(m H i )(kN G i i i H G
∑i i i
i H G H G )(kN F i
)(kN V i
4 3.3 13.6
5 10200 139230 0.379
6 639.59 857.89 3 3.3 10.35 10699 110734.
7 0.3019 507.4 1365.3 2 3.3 7.05 10699 7542
8 0.2056 343.71 170
9 1
3.75
3.75
11037 41388.8
0.1128
189.57
1899
（注：n F ∆只加入主体的顶层；)1(1
n EK n
i i
i
i
i i F H
G H G F δ-=
∑=）
水平地震作用及地震剪力
7.4 做抗震变形方面验算
楼层 层间剪力
)(kN V i 层间刚度
i D
)(m D V
u i
i e =∆
层高
)(m h i 层间相对 弹性转角 注明
4 857.89 1237488 0.00069 3.3 0.00021 层间相对 转角全都满足
5501][=<e e θθ 要求
3 1365.3 1237488 0.0011 3.3 0.00033 2 1709 1237488 0.00138 3.3 0.00041 1 1899
1237488 0.001535
3.75
0.00042
7.5 地震中框架的内力分析
采用D 值法
调整反弯点的位置3210y y y y y +++=
层次 0y
1y
2y
3y
y
4 0.17
5 0 0 0 0.175 3 0.35 0 0 0 0.35 2 0.575 0 0 0 0.575 1
0.9
-0.05
0.895
层次
0y 1y
2y
3y
y
4 0.3 0 0 0 0.3 3 0.4 0 0 0 0.4 2 0.
5 0 0 0 0.5 1 0.73 0
-0.01
0.072
地震下框架弯矩剪力求解
楼
层 层高
)(m h i
层间剪力
)(kN V i
∑D
im D
∑D
D im
im V
y
t c M
b c M b M
4 3.3 857.89 1237488 10906 0.009 7.72 0.17
5 21.02
4.46 21.02
3 3.3 1365.3 1237488 10906 0.009 12.29 0.35 26.36 14.19 30.82 2
3.3 1709
1237488 10906 0.009 15.38 0.575 21.57 29.19 35.76 1 3.75 1899
2180556
24330 0.011
20.89 0.895
8.23 70.11 37.42
（注：表中3210y y y y y +++=；h y V M yh V M D D V V im t
c im b c i im i im )1(;;-===。

）
楼
层 层高
)
(m h i
层间剪力
)(kN V i ∑D
im D ∑D
D im
im V
y
t c M b c M b M
l b M r
b M
4 3.3
857.
89 1237488 206
25 0.017 14.58 0.3
33.68 14.43 33.68 15.16 18.5
2 3 3.3
1365
.3
1237488
20625 0.017 23.21 0.4
45.96 30.64 79.64 35.8
4 43.8
2 3.
3 1709 1237488 206
25
0.017 29.05 0.5
47.93 47.93 78.57 35.4
43.1
7 1 3.75 1899
2180556
30523
0.014 26.586
0.71
28.92 70.8
76.85 34.6
42.2 5
（注：表中3210y y y y y +++=；h y V M yh V M D D V V im t
c im b c i im i im )1(;;-===。

）
楼层 AB 跨
BC 跨
柱轴力
L l M r M
b V
L
l M r M b V A N
B N
4 7 21.02 15.16 -5.17 2.
5 18.52 18.52 14.82 5.17 9.65
3 7 30.82 35.8
4 -9.52 2.5
43.8
43.8
35.04 14.69 35.17 2 7 35.76 35.4 -10.17 2.5 43.17 43.17 34.54 24.86 59.54 1
7
37.42 34.6 -1029 2.5 42.25 42.25
33.8 35.15 83.05
7.6 地震作用下框架内力图 框架弯矩图如下图所示；
地震作用下框架剪力
梁柱端剪力大小
地震作用下框架柱轴力
8. 竖向荷载下框架的内力分析8.1 荷载计算
计算简图如图所示
AB、CD 跨：
0110211 3.5
0.25227
l l α=⨯
=⨯= '01
()
1.75()2
l p g q g q =+=+ 梯形荷载传递 23'11(12) 1.56()e p p g q αα=-+=+ 三角形荷载传递 '
5 1.09()8
e p p g q ==+ BC 跨：
0110211 2.5
0.35722 3.5
l l α=⨯
=⨯= '01
()
1.25()2
l p g q g q =+=+ 梯形荷载传递 23'11(12)0.988()e p p g q αα=-+=+ 三角形荷载传递 '
50.781()8
e p p g q ==+ 计算荷载简图
恒载计算简图
活载计算简图
1. 顶层屋面重力荷载
恒荷载：
均布线荷载
AB、CD 跨
屋面均荷传递到梁 5.17 1.56216.13k N m
⨯⨯=
横梁自重 0.25×0.4×25+0.4×2×0.02×20=2.82kN/m 总受力 18.95kN/m
BC 跨
屋面均匀荷载传递到梁 5.170.7828.05k N m
⨯⨯=
横梁自重 0.2×0.3×25+0.3×2×0.02×20=1.74kN/m 合计 9.79kN/m
集中荷载
边柱
屋面荷载通过纵梁 5.17 1.09 1.75219.72kN
⨯⨯⨯=
纵梁自己的重量[0.3(0.60.1)250.02(0.60.1)202] 3.514.53kN
⨯-⨯+⨯-⨯⨯⨯=
女儿墙重量0.240.9 4.287.26kN
⨯⨯⨯=
总受力41.51kN 中柱
屋面荷载通过纵梁 5.17(1.090.988) 1.75237.6kN
⨯+⨯⨯=
纵梁自重[0.3(0.60.1)250.02(0.60.1)202] 3.514.53kN
⨯-⨯+⨯-⨯⨯⨯=
合计52.13kN
活荷载
均布
AB、CD 跨
屋面均荷传递到梁0.5 1.562 1.56k N m
⨯⨯=
BC 跨
屋面均荷传给梁0.50.7820.78k N m
⨯⨯=
集中
边柱
屋面荷载通过纵梁0.5 1.09 1.752 1.91kN
⨯⨯⨯=
中柱
2. 楼面竖向荷载
恒载：
均布线荷载
AB、CD 跨
楼板均荷传递到梁 1.56 3.27210.02k N m
⨯⨯=
横梁重量 0.25×0.4×25+0.4×2×0.02×20=2.82kN/m 横墙重量 3.50.24 3.18.018.82k N m
⨯⨯⨯=
总受力 31.84kN/m
BC 跨
楼面均布荷传递到梁 3.27×0.78×2=5.10kN/m
横梁重量 0.2×0.3×25+0.3×2×0.02×20=1.74kN/m 合计 6.8kN/m
集中传荷
边柱
楼面荷载通过纵梁 3.27 1.09 1.75212.48kN
⨯⨯⨯=
纵梁重量[0.3(0.60.1)250.02(0.60.1)202] 3.5114.53kN
⨯-⨯+⨯-⨯⨯⨯=
纵墙重量0.24 2.7 3.58.018.14kN
⨯⨯⨯=
总重力45.15kN
中间柱
楼面荷载经过纵梁 3.27(1.090.988) 1.75223.78kN
⨯+⨯⨯=
纵梁重量[0.3(0.60.1)250.02(0.60.1)202] 3.514.53kN
⨯-⨯+⨯-⨯⨯⨯=
纵墙重量0.24(3.60.6) 3.58.018.4kN
⨯-⨯⨯=
总受力56.45kN
3. 活荷载
均荷
AB、CD 跨
⨯⨯=
楼面均布荷载传给梁 1.56 2.0 3.510.92k N m
BC 跨
⨯⨯=
楼面均布荷载传给梁0.5 2.022k N m
集中荷载
边柱
中柱
楼面荷载通过纵梁 2.0(1.090.988) 1.75214.55kN
⨯+⨯⨯=
8.2 框架恒载图
布置如图所示
8.3 框架图
布置如图所示；
8.4 求解固定端弯矩
恒荷载下求解的固端弯矩如表所示
楼层
简图
弯矩)(m kN ⋅
顶层
74.22AB M =- 74.22AB M =-
5.10BC M =- 5.10BC M =-
一到五层
130.0AB M =- 130.0AB M =-
3.54BC M =- 3.54BC M =-
活载下的 弯矩如表所示
楼层
简图
弯矩
)(m kN ⋅
六层
6.37AB M =- 6.37AB M =-
0.39BC M =- 0.39BC M =-
一到五层
55.41
AB M =- 55.41AB M =-
0.96BC M =- 0.96CB M =
计算横在下框架弯矩值，根据弯矩分配法计算如图
恒载情况下弯矩图
活荷载作用下弯矩图：
活荷载作用下弯矩图
8.5 梁端剪力及柱轴力计算
框架梁两端的剪力大小：
l
M M ql V V V m q 右左左按简支梁计算均布荷载用，集中荷载弯矩引起剪力荷载引起剪力）+-=+=)(21
)
((
l
M M ql V V V m q 右左右按简支梁计算均布荷载用，集中荷载弯矩引起剪力荷载引起剪力）++=+=)(21
)(( 柱子上所受轴力=梁端产生的剪力+节点集中荷载的力+柱子自身重力
8.5 恒荷载情况下梁端剪力和柱子轴力计算
计算流程如下表；
恒荷载情况下梁端剪力
楼层
荷载情况下的剪力弯矩情况下的剪力A-B跨B-C跨C-D跨A-B跨B-C跨C-D跨VA VB VB VC VC VD VA VB VB VC VC VD
4 66.33 66.33 12.3
4
12.3
4
66.33 66.33 0.3 0.3 0 0 0.3 0.3
3 111.4
4 111.44 4.43 4.43 111.44 111.44 0.02 0.02 0 0 0.02 0.02 2 111.44 111.44 4.43 4.43 111.44 111.44 0.09 0.09 0 0 0.09 0.09 1 111.44 111.44 4.43 4.43 111.44 111.44 0.2 0.2 0 0 0.2 0.2
恒荷载情况求得总剪力
楼层
总剪力
AB跨BC跨CD跨
VA VB VB VC VC VD
4 66.03 66.63 12.34 12.34 66.63 66.03
3 111.42 111.46 4.43 4.43 111.46 111.42
2 111.35 111.35 4.4
3 4.43 111.53 111.53
1 111.24 111.64 4.43 4.43 111.64 111.24
恒载情况下柱子轴力求解如下表
柱子自重：
四层至二层：3.39.3330.79kN
⨯=
底层：3.759.3334.99kN
⨯=
层次A柱B柱C柱D柱
N顶N底N顶N底N顶N底N顶N底
4 107.54 138.33 131.1 161.89 131.1 161.89 107.54 138.33
3 294.9 325.69 334.23 367.82 334.23 367.82 294.9 325.69
2 482.19 512.98 540.2
3 571.02 540.23 571.02 482.19 512.98
1 669.37 704.36 743.54 778.53 743.54 778.53 669.37 704.36 恒载情况下梁剪力、柱子轴力如图所示
恒载情况下梁端剪力图
恒载情况下柱轴力
活荷载情况下梁端点剪力大小和柱子轴力的求解
求解过程见下表；
活载情况下梁端点剪力大小
楼层荷载情况下的剪力弯矩情况下的剪力
AB跨BC跨CD跨AB跨BC跨CD跨
VA VB VB VC VC VD VA VB VB VC VC VD
4 5.46 5.46
1.1 1.1
5.46 5.46
0.05 0.05 0 0 0.05 0.05
3 38.22 38.22
2.5 2.5
38.22 38.22
0.05 0.05 0 0 0.05 0.05
2 38.22 38.22
2.5 2.5
38.22 38.22
0.05 0.05 0 0 0.05 0.05
1 38.2
2 38.22
2.5 2.5
38.22 38.22
0.05 0.05 0 0 0.05 0.05
活载情况下总剪力入下表
层次总剪力
AB跨BC跨CD跨
VA VB VB VC VC VD
4 5.11 5.41 1.1 1.1 5.41 5.11
3 38.17 38.27 2.5 2.5 38.27 38.17
2 38.2 38.24 2.5 2.5 38.24 38.2
1 38.15 38.294 2.5 2.5 38.294 38.15
活载情况下柱子轴力如下表
楼层A柱B柱C柱D柱
N顶N底N顶N底N顶N底N顶N底
4 7.32 7.32 10.2
5 10.25 10.25 10.25 7.32 7.32 3 53.12 53.12 58.65 58.65 58.65 58.65 53.12 53.12 2 98.95 98.95 107.02 107.02 107.02 107.02 98.95 98.95 1 144.73 144.73 155.44 155.44 155.44 155.44 144.73 144.73 活载情况下梁端剪力，柱子轴力图
活载种情况下梁端点剪力图
活载情况下柱子轴力求解
9. 框架受载情况下内力情况
9.1 框架梁内力组合
框架结构在恒载与活载情况下，为了简化计算，假定跨间最大弯矩max M 的位置
大体处于跨中，既可以求出跨中弯矩作为max M 。

(应用公式2
-81
2max 右左M M ql M -=，
其中左M 为梁的左边弯矩值，右M 为梁的右边的弯矩值大小，如果梁截面跨中的弯矩
不大于162ql 时，徐取16
2
ql M =)
把恒载、活载和地震情况下使框架结构产生的内力组合后得到的横框架梁每个控制截面所产生内力计入表，得出横梁内力组合表，如下表。