天津科技大学服务中心建筑结构设计毕业设计

毕业设计(论文) 天津科技大学服务中心建筑结构设计
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2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
摘要
毕业设计是土木工程专业教学中的重要部分。

其主要目的是培养学生综合应用所学基础理论和专业知识、基本技能,进一步提高和训练学生的工程制图、理论分析、结构设计、计算机应用和外文阅读能力。

毕业设计特别应强调理论联系实际,提高学生分析、解决工程实际问题的能力,注重培养学生踏实、细致、严格、认真和吃苦耐劳的工作作风。

此毕业设计包括建筑设计和结构设计两部分。

本教学楼为四层钢筋混凝土框架结构，长73.2m，宽18.9m，高17.7m。

本工程以手算优先，用结构专业辅助软件PKPM进行验算。

根据配筋面积进行绘图。

手算框架部分采用弯矩二次分配法，风荷载计算则采用改进后的Ｄ值法。

这些计算方法的运用，不仅大大提高了运算速度，而且也节省了时间。

同时，在设计计算过程中充分运用的办公软件EXECELL 电子表格，充分发挥了它在计算方面的优势，为整个计算过程提供了强有力的准确性，保证了计算的可信度。

关键词：荷载计算；框架结构；结构配筋
ABSTRACT
Graduate design is the most important step in the teaching of Civil Engineering Major. Its main purpose is to cultivate students' ability of comprehensive application using their basic theory and professional knowledge, basic skills, and to further improve students’ ability of the engineering drawings, theoretical analysis, structural design, computer application and reading ability in foreign language. The graduation design must be paid great attention to link theory with practice and improve students' capability of analysis and solving practical problem about engineering, it also emphasize to train students' working style in down-to-earth effort, attentiveness, strict and hard-work.
The graduation design including two parts: building design and structure design. This teaching building is designed into forth layer reinforced concrete frame structure, 73.2m’ long, 18.9 m’ width, 17.7 m’ high. This project is preferred to hand computation, with the help of auxiliary equipment software PKPM to calculate the whole area of steel bar. The picture is drawled in accordance with the area of rebar frame. Hand calculation of the frame structure utilizes bending two law of assigning.And the calculation of wind loads adopts the improved D value. Making use of these calculations not only improve the rate of evaluating，but also save much time.While calculating，the office software EXCELL electronic has offered powerful accuracy in the whole computational process.And it assures the quality of the calculating.
Key words: Load calculation; Reinforced concrete frame; Structural reinforcement
目录
摘要 (i)
ABSTRACT (ii)
目录 (iii)
1 绪论 (1)
2 工程设计概况 (2)
2.1 设计资料 (2)
2.2计算方法及内容 (7)
3 结构方案选型与结构布置 (9)
3.1柱网布置 (9)
3.2框架结构承重方案的选择 (10)
3.3框架结构的计算简图 (10)
3.4梁、柱截面尺寸的初步确定 (10)
4 荷载计算 (13)
4.1 荷载分类计算 (13)
4.2 重力荷载代表值计算 (15)
5 基本自振周期的计算 (19)
5.1 结构刚度计算 (19)
5.2 自振周期T1的计算 (20)
6 水平地震作用计算 (22)
6.1 水平地震作用影响系数 1 (22)
6.2 水平地震作用标准值 (22)
6.3 框架侧移验算 (24)
6.4 框架剪力标准值 (24)
6.5 水平地震作用下框架内力计算 (25)
7 竖向荷载作用下框架内力计算 (30)
7.1 竖向恒载作用下框架内力计算 (30)
7.2 竖向活载作用下框架内力计算 (43)
8 荷载作用效应组合 (52)
8.1 竖向荷载作用下的基本组合 (52)
8.2 水平地震作用效应与竖向荷载作用效应的基本组合 (57)
9 截面设计 (63)
9.1 框架梁配筋计算 (63)
9.2 框架柱配筋计算 (67)
10 楼面构件及楼梯设计 (73)
10.1 设计参数 (73)
10.2 楼板配筋计算 (73)
10.3 次梁计算 (75)
10.4 楼梯计算 (77)
10.5 平台板计算 (73)
10.6 平台梁计算 (75)
11 施工图绘制 (78)
结论 (79)
致谢 (80)
参考文献 (81)
1绪论
随着当代建筑业的飞速发展，钢筋混凝土多层框架结构的建筑随处可见，土木工程专业学生毕业后参加或从事框架结构设计已成为必须面对的现实之一。

毕业设计是我们在毕业前半年的最后学习和综合训练的实践性环节，是深化、拓宽、综合教学的重要过程，是我们学习、研究与实践成果的全面总结，也是我们综合素质与实践能力培养效果的全面检查,有着其不可替代的地位所在。

它是对我们大学期间所学知识的一次综合性和系统性的运用，要求我们做到知识的系统化、实际化，做到理论联系实际。

此次毕业设计我的做的课题为镇海电子科技有限公司办公楼，我要在设计过程中运用大学期间学到的各项知识，并利用WORD、EXCEL、CAD、天正建筑、天正结构、PKPM等相关软件进行计算，通过这个过程我不仅能学到设计相关的知识，还能了解框架结构的特点和设计方法等。

这对我以后的工作学习有很大的帮助。

可以培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。

毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。

因此毕业设计对于培养我们初步的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。

2设计资料
1．天津科技大学服务中心建筑结构设计，建筑平面、立面、剖面图见图2.1~图2.3。

室内设计标高±0.000，室内外高差600mm。

2．建筑构造做法
楼面及屋面构造做法见表2.1。

墙体构造做法见表2.2。

墙体材料为陶粒混凝土砌块，外墙厚300mm，内墙厚200mm，容重8.5 kN/m3。

顶棚采用轻钢龙骨纸面石膏板吊顶（05J1顶7），自重0.14 kN/m2。

门窗采用塑钢窗（0.10 kN/m2）、木门（0.25 kN/m2）。

表2.1 楼面及屋面构造做法
图2.1 标准层平面图
图 2.2 正立面图
图 2.3 侧立面图、剖面图
屋面：非上人屋面0.5kN/m²；
楼面：办公室2.0kN/m²；走廊、门厅、楼梯、厕所2.5kN/m²；。

4.自然条件
基本风压：0.30kN/m²；基本雪压：0.25kN/m²；最大冰冻深度0.08m。

5．抗震设防
抗震设防烈度为7.5度（0.15g）；设计地震分组为第二组。

6．地质勘探资料
6.1.结构设计使用以下岩土勘察资料。

（1）建筑范围内场地各层土的相关指标如下表2.3所示。

（2）本建筑场地属非液化场地。

场地类别为III类。

（3）本工程浅层地下水主要为潜水，静止水位平均埋深约1.5m。

（4）地下水对混凝土及钢筋无腐蚀性。

6.2．室外设计最低气温：-12。

C。

6.3．冬季起止日期：11月15日~3月15日；雨季起止日期：7月1日~8月13日；
6.4．防火等级：二级。

6.5．建筑抗震设防类别：丙类。

1）混凝土：现浇，强度等级为C30；
2）钢筋：梁柱、基础内受力主筋采用HRB400级钢筋，箍筋采用HRB335级钢筋。

3）填充墙：
室内地面以上填充墙为陶粒混凝土砌块砌体，砌块强度等级为MU5；砂浆采用强度等级为M7.5的水泥混合砂浆。

室内地面以下填充墙为普通粘土砖砌体，粘土砖强度等级为MU10，砂浆采用强度等级为M10的水泥砂浆。

2.2计算方法及内容
1.确定结构构件尺寸；
2.用底部剪力法计算水平地震作用下地震剪力。

并取一榀框架，计算其内力；
3.对上述框架用分层法或二次弯矩分配法计算竖向荷载下构件内力；
4.进行框架内力组合及截面设计；
5.按弹性理论计算板及次梁的内力，并进行截面设计。

3结构方案选型与结构布置
本建筑高H=16.800m，属多层建筑，采用框架结构，现浇梁、板及柱，现浇板式楼梯；根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.2.1条，框架抗震等级为三级。

根据地质报告，拟采用柱下独立基础。

基础埋深-2.50m，基础顶面标高为-1.30m。

混凝土：主体结构梁、柱、板均采用C30级；构造柱、圈梁及过梁均采用C30级。

钢筋：HRB400级钢（）；HRB335级钢（φ）。

焊条：采用E43及E50型。

抗震及抗风措施：填充墙在门口标高处设抗震带一道。

3.1 柱网布置
标准层柱网布置图4.1所示：
3.1 标准层柱网布置图
3.2 框架结构承重方案的选择
竖向荷载的传力途径：楼板的均布活载和恒载经次梁间接或直接传至主梁，再由主梁传至框架柱，最后传至地基。

根据以上楼盖的平面布置及竖向荷载的传力途径，本办公楼框架的承重方案为横向框架承重。

3.3 框架结构的计算简图
图4.2 计算单元平面简图
图4.3 计算单元立面示意图
3.4梁、柱截面尺寸的初步确定
3.4.1框架柱
柱截面尺寸根椐柱的允许轴压比[μc ]按下式计算确定。

[]c c c c c /μμ≤=f A N
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010第6.3.6条，框架抗震等级为三级时柱的轴压比限值为[μc ]=0.85。

为使结构在两个主轴方向的动力特性相近，柱截面采用方柱，柱的轴力设计值N c 按下式估算。

n w S a N ⋅⋅⋅⋅=G c γ
最大负载的柱为6B 、6C 、7B 、7C 处，则其最大轴力估算为：
n w S a N ⋅⋅⋅⋅=G c γ=1.2×1.1×(8.1+2.7)/2×8.1×14×4=3233.26kN
[]()23c 1026603.1485.0/100026.3233/mm f N A c N C ⨯=⨯⨯=≥μ
因此，主楼框架柱截面尺寸确定为：600×600。

3.4.2框架梁
根据《抗震规范》第6.3.1条和第6.3.6条，梁的截面宽度不宜小于200mm ；截面高宽比小于4；梁净跨与截面高度之比宜大于4。

（1）A~D 轴纵向框架梁：
h=(1/8~1/14)l =(1/8~1/14)×8100 =1012~578，取h=800mm ，b=300mm ；
（2）1~12轴AB 段及CD 段横向框架梁：
h=(1/8~1/14)l =(1/8~1/14)×8100=1012~578，取h=800mm ，b=300mm ；
（3）1~12轴BC 段横向框架梁
按与AB 段框架梁线刚度相等计算，即
23221311/121/121l h b l h b =5707500
2700800331212=⨯==l l h h mm 故取h=600mm ，b=300mm ；
（4）楼面次梁
h=(1/12~1/18)l =(1/12~1/18)×8100=675~450，取h=600mm ；b=300mm ； 跨度较小的次梁取h=400mm ；b=200mm 。

（5）现浇板厚
h=(1/30~1/35)l =(1/30~1/35)×4050= 135~116，取h=120mm ；
标准层结构平面布置简图如图4.4所示。

图3.4 标准层结构平面布置简图
4荷载计算
4.1荷载分类计算
4.1.1屋面荷载
屋面恒载按照构造做法计算，列于表5.1中。

分析框架结构在竖向荷载作用下的内力时，屋面活载应取均布活载与雪载之间的较大值，即上人屋面取2.0kN/m2，非上人屋面取0.50kN/m2。

抗震计算时，计算屋面重力荷载代表值时不考虑屋面活载，取雪载0.25kN/m2。

4.1.2楼面荷载
楼面恒载按照构造做法计算，列于表5.2中。

楼面活载：办公室取2.0kN/m2、卫生间取2.5kN/m2；走廊、门厅、楼梯、厕所2.5kN/m2。

4.1.3楼梯间荷载
恒载：水磨石地面 30厚 1.16×(0.3+0.15)/0.3= 1.74 kN/m2
楼梯踏步板 130厚 (0.13/cosα +0.15/2)×25 =5.51 kN/m2
板下抹灰 20厚 0.02×20/cosα =0.45kN/m2
合计： 7.70 kN/m2活载： 2.50 kN/m2
4.1.4墙体荷载
外墙为300厚陶粒混凝土砌块，外侧贴面砖，内侧抹灰。

内墙为200厚陶粒混凝土砌块，双侧抹灰。

考虑到组砌时在洞口处、墙体底部和顶部混砌部分粘土砖，混砌比例取8:2，粘土砖容重取19kN/m3，则砌体容重为：
= 8.5×0.8 +19×0.2=10.6kN/m3
计入面层的做法，求得墙体的单位面积重量为：
外墙：q out=0.3×10.6 + 0.55 + 0.02×20=4.13kN/m2
内墙：q in =0.2×10.6 + 2×0.02×20=2.92kN/m2
4.2重力荷载代表值计算
4.2.1梁的自重计算
表4.3 梁自重计算表格
4.2.2柱的自重计算
表4.4 柱自重计算表格
4.2.3墙体的自重计算 （外墙：2/13.4m kN 内墙：2/92.2m kN ）
（1）第一层
纵墙：
外墙：墙厚0.3m ，计算长度66.3m ，计算高度4.2-0.8=3.4m A 轴线：2m 06.812.422.4-3.42.18-122.42.7-4.33.66=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ D 轴线：2m 38.1398.127.244.22.4-2.4102.7-4.33.66=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯
总 重：kN G w 42.910)38.13906.81(13.41=+⨯= 内墙：墙厚0.2m ，计算长度66.3m ，计算高4.2-0.8=3.4m B 轴线：2m 98.13024.21-84.21.8-)21.83.66(4.3=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯ C 轴线：2m 26.14824.21-44.21.8-)21.83.66(4.3=⨯⨯⨯⨯⨯-⨯ 总 重：kN G w 38.815)26.14898.130(92.22=+⨯= 横墙：
外墙：墙厚0.3m ，计算长度18.9m ，计算高度4.2-0.8=3.4m
2m 78.5114.21.8-4.3)6.04(9.18=⨯⨯⨯⨯⨯ 总 重：kN G w 70.427278.5113.43=⨯⨯=
内墙：墙厚0.2m ，计算长度15m ，计算高度4.2-0.8=3.4m 体 积：2m 6.51712.4.24-3.422-84.3)9.01.8(4.321=⨯⨯⨯⨯⨯+-⨯⨯ 总 重：kN G w 39.15116.51792.24=⨯= kN G G G G G w w w w w 89.36644321=+++=∑ （2）第二至四层
纵墙：与第一层纵墙比较，区别在于：第一层大厅为旋转门，二至五层为4
扇SGC3窗
总 重：kN G G G w w w 28.1953
13.44.321.821'=⨯⨯⨯++= 横墙：与第一层横墙比较，区别在于：第一层传达室有窗SGC4，二至五层
无。

第一层两个侧门M1换为窗SGC2。

总重：
kN
G G G w w w 77.197413.424.28.143'=⨯⨯⨯++=kN G G G
w w w
05.3928''=+=∑
4.2.4门窗的自重计算
（1）第一层
窗户计算（塑钢窗：2/10.0m kN ）
C1:24002700⨯ 数量：22 重量：kN 26.142210.04.27.2=⨯⨯⨯ C2:24002400⨯ 数量：4 重量：kN 30.2410.04.24.2=⨯⨯⨯ C3:24004200⨯ 数量：1 重量：kN 01.1110.04.22.4=⨯⨯⨯
C4:24002700⨯ 数量：4 重量：kN 30.1410.02.17.2=⨯⨯⨯ C5:24002400⨯ 数量：2 重量：kN 15.1210.04.24.2=⨯⨯⨯
门重计算（木门：2/25.0m kN ）
M1:24001800⨯ 数量：10 重量：kN 8.101025.04.28.1=⨯⨯⨯ M2: 24001000⨯ 数量：4 重量：kN 4.2425.04.20.1=⨯⨯⨯ M3:24001800⨯ 数量：5 重量：kN 4.5525.04.28.1=⨯⨯⨯
一层门窗总重：kN G 62.384.54.28.1015.130.101.13.226.14d =+++++++= （2）二至四层
窗户计算（塑钢窗：2/10.0m kN ）
C1:24002700⨯ 数量：22 重量：kN 26.142210.04.27.2=⨯⨯⨯ C2:24002400⨯ 数量：4 重量：kN 30.2410.04.24.2=⨯⨯⨯ C4:24002700⨯ 数量：4 重量：kN 30.1410.02.17.2=⨯⨯⨯ 门重计算（木门：2/25.0m kN ）
M1:24001800⨯ 数量：10 重量：kN 8.101025.04.28.1=⨯⨯⨯ M2: 24001000⨯ 数量：4 重量：kN 4.2425.04.20.1=⨯⨯⨯ 二层门窗总重：kN G 21.324.28.1015.130.13.226.14d =+++++=
4.2.5
楼、屋面恒、活载计算
（1）四层
①恒荷载：
女儿墙自重：（做法：墙高00mm 9，混凝土压顶100mm ，三面粉刷）
m /k 64.35.025.022.1251.025.05.790.025.0N =⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯）（
kN 6.71623.029.183.02.733.02.7383.3=⨯+⨯++++⨯）（
屋面：N =⨯⨯⨯
k 95.87751.21.2-9.182.7335.6）（ ②活荷载（不计屋面雪荷载）：
N =⨯⨯⨯k 02.6912.12.1-9.812.730.5）（
雪荷载：N =⨯-⨯⨯
k 51.3452.12.19.182.730.25）（ （2）一~三层
①恒荷载： 楼面：
N
=⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯k 45.4877)21.81.8(50.505.405.421.81.87.22.7311.405.405.431.805.4101.81.855.3）（）（
②活荷载
N
=+
⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯k 00.240505.405.421.81.87.22.7311.405.405.431.805.4101.81.80.2）（）（ 各层重力荷载代表值汇总于表8。

将表中恒载与活载求和并除以总面积，可得框架单位面积的重量为w= 12.8kN/m ²，说明初选柱截面尺寸时取w= 14kN/m ²是合理的。

5基本自振周期的计算
5.1 结构刚度计算
5.1.1框架梁的惯性矩及线刚度
框架梁、柱的混凝土取C30强度等级，在框架结构中，现浇楼面或预制楼板，但有现浇层的楼面，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减小框架侧移。

为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取0I 5.1I = （0I 为梁的截面惯性矩)，对中框架梁取02I I = 。

先计算矩形截面梁的惯性矩然后考虑楼板的翼缘效应，将梁惯性矩乘以增
大系数，即边梁取I b =1.5I 0，中间梁取I b =2I 0，其中，I 0=1/12×b b ×h b 3。

再求框架梁的线刚度i b =I b /l 。

具体计算结果见表5.6。

5.1.2框架柱的惯性矩及线刚度
I c =1/12×b b ×h b 3，i c =I c /h 。

具体计算结果见表5.2。

5.1.3框架柱的抗推刚度：
各层框架柱的抗推刚度计算见表5.3，表5.4。

5.2自振周期T1的计算
采用能量法进行计算，将集中在各楼层标高处的重力荷载代表值，作为水平荷载作用在该质点处，求得相应的质点水平位移u i，然后按式计算基本自振周期
T 1，结果见表5.5、5.6。

其中，填充墙材料为陶粒混凝土，周期折减系数取φ
T
=0.8。

从表中可以看出，框架在两个方向的基本自振周期相差不多，即两个方向的动力特性相近，满足抗震设计时的要求。

层号 G i (kN) V i (kN) ∑D i (kN/m) i (m) u i (m) G i u i G i u i 2 T 1
4
18935.93
18935.93
9.038×105
0.0209
0.0209
395.761
8.27
∑∑==n
i i
i n
i i i u G u G 11
2T
2φ=0.734
3 13241.35 32177.28 9.038×105
0.0356 0.0565 697.19 39.40
2 13241.35 45418.6
3 9.038×105
0.0501 0.1166 1543.94 180.00
1
12984.60
58403.23
6.31×105
0.0647
0.1713
2224.26
381.00
表5.6 纵 向基本自振周期T 1
层
号 G i (kN) V i (kN) ∑D i (kN/m)
i (m)
u i (m)
G i u i G i u i 2 T 1
4
18935.93
18935.93
14.036×105 0.01349 0.01349
255.45
3.45
∑∑==n
i i
i n
i i i u G u G 11
2T
2φ=0.632
3 13241.35 32177.28 14.036×105
0.02292 0.03639
481.85 17.53
2 13241.35 45418.6
3 14.036×105
0.03235 0.06874
910.21 62.57
1 12984.60 58403.23
6.566×105 0.04160 0.11034
1432.72 158.08
6水平地震作用计算
本工程建筑总高度H ＜40m ，且属于刚度和质量沿高度分布比较均匀的框架结构，所以近似采用底部剪力法进行地震作用计算。

6.1水平地震作用影响系数α1
根据给定条件，抗震设防烈度为7.5度（0.15g ）；设计地震分组为第二组，
场地类别为III 类。

可得计算参数：max 21g 1αηαγ
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=T T ,αmax -地震影响系数最大值；
α1-相应于的地震影响系数；γ-衰减指数，ξ
ξ
γ55.0-05.09.0++
=；当
9.005.0==γξ时，；ξ-阻尼比，除特殊规定外，钢筋混凝土结构高层取0.05；
2η-阻尼调整系数，0.105.0,7.106.0-05.0122==++
=ηξξ
ξ
η时，当。

αmax =0.08，
T g =0.35s ，
横向水平地震作用影响系数α1分别为：
横向：0406.008.0734.035.09
.0max 21g 1=⋅⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛=αηαγ
T T 纵向：0469.008.0632.035.09
.0max 21g 1=⋅⎪⎭⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=αηαγ
T T
6.2水平地震作用标准值
集中在各层楼、屋盖标高处的重力荷载代表值G i 见表8，总重力荷载代表值为：
∑==4
1E i i G G =58403.23kN
结构底部总水平地震作用标准值为：
横向：F Ek =α1G eq = α1·0.85G eq =0.0406×0.85×58403.23=2015.50 kN 纵向：F Ek =α1G eq = α1·0.85G eq =0.0469×0.85×58403.23=2328.25kN 各层楼、屋盖标高处的横向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值如表
6.1。

由于横向基本自振周期T1=0.734s＞1.4T g=0.49s，应考虑顶部附加地震作用系数δ4：
δ4=0.08T1+0.01=0.08×0.734+0.01=0.05536
∆F4= δ4·F Ek=0.05536×2015.50=111.56kN
各层楼、屋盖标高处的纵向水平地震作用标准值及地震剪力作用标准值如表7.2。

由于纵向基本自振周期T1=0.632s＞1.4T g=0.49s，应考虑顶部附加地震作用系数δ5：
δ5=0.08T1+0.01=0.08×0.632+0.01=0.05248
∆F5= δ5·F Ek=0.05248×2328.25=122.19 kN
表6.3 层间侧移 i
层号
横 向纵 向层间侧移允许值V i
(kN)
D i
(kN/m)
i= V i /
D i
(mm)
V i
(kN)
D i
(kN/m)
i= V i /
D i
(mm)
i = H/550
(mm)
4 971.36 9.038×10
5 1.07 1161.03 14.036×1050.82 7.64
3 1449.05 9.038×105 1.60 1718.9
4 14.036×10
5 1.22 7.64
2 1848.14 9.038×105 2.05 2111.84 14.036×105 1.50 7.64
1 2034.91 6.31×105 3.65 2328.25 6.566×105 3.55 10.00 6.3框架侧移验算
由于本工程高宽比小于4，柱轴向变形引起的侧移忽略不计，梁柱弯曲变形引起的层间侧移计算见表17。

从结果看，层间位移均满足要求。

以上结果汇总于图6.1中。

地震作用地震剪力水平侧移地震作用地震剪力水平侧移
横向纵向
图6.1 地震作用、地震剪力与水平侧移
6.4框架剪力标准值
横向共有9榀框架，纵向共有3榀框架，由于每榀框架总刚度不同，应按照各框架柱在总刚度中的比例将层地震剪力分配至各框架柱。

横向3轴框架及纵向B 轴框架的各柱剪力分配计算见表6.4及表6.5。

表7.4 横向4轴框架柱剪力分配
层号
层剪力层抗侧刚度边柱中柱
V i (kN)
D i
(kN/m)
D ij
(kN/m)
V ij= V i·D ij/ D i
(kN)
D ij
(kN/m)
V ij= V i·D ij/ D i
(kN)
横 向3轴
框架4 971.36 9.038×1050.153×10516.44 0.270×10529.02 3 1449.05 9.038×1050.153×10524.53 0.270×10543.29 2 1848.14 9.038×1050.153×10531.92 0.270×10553.21 1 2034.91 6.31×1050.131×10542.25 0.162×10552.24
表6.5 纵向B轴框架柱剪力分配
层号
层剪力层抗侧刚度边柱中柱
V i (kN)
D i
(kN/m)
D ij
(kN/m)
V ij= V i·D ij/ D i
(kN)
D ij
(kN/m)
V ij= V i·D ij/ D i
(kN)
纵 向B轴
框架4 1161.03 14.036×1050.183×10515.14 0.380×10531.43 3 1718.94 14.036×1050.183×10522.41 0.380×10546.54 2 2111.84 14.036×1050.183×10527.62 0.380×10557.17 1 2328.25 6.566×1050.132×10548.71 0.161×10559.41
6.5水平地震作用下框架内力计算
以横向3轴框架为例，采用D值法进行计算。

其计算步骤如下：
6.5.1根据柱剪力及反弯点高度计算柱端弯矩
柱反弯点距柱下端的高度yh按式（5-2-2）计算，即：yh = (y0+y1+y2+y3)h；
柱端弯矩按式（5-2-5）计算。

柱下端弯矩：M b= V ij·yh；柱上端弯矩：
M t =V
ij
·(1-y)h。

计算结果见表6.6。

表6.6 横 向4轴框架柱柱端弯矩计算
层号柱位置
柱剪力反弯点相对高度y柱端弯矩(kN·m)
V ij (kN)K y0y1y2y3y 下端M b上端M t
4 边柱 、
D
16.44 0.826 0.313 0.0
0.0 0.0 0.313
21.62 47.44 中柱 、
C
29.02 2.125 0.406 0.0
0.0 0.0 0.406
49.48 72.40
3 边柱 、
D
24.53 0.826 0.40 0.0
0.0 0.0 0.40
41.21 61.82 中柱 、
C
43.29 2.125 0.45 0.0
0.0 0.0 0.45
81.82 100.00
2 边柱 、
D
31.29 0.826 0.50 0.0
0.0 -0.0333 0.4667
61.33 70.05
中柱 、
C
55.21 2.125 0.50 0.0
0.0 0.0 0.50
115.94 115.94
1
边柱 、
D
42.25 1.100 0.64 —
0.0 —0.64
148.72 83.66 中柱 、
C
52.24 2.834 0.55 —0.0 —0.55 158.03 129.29 6.5.2计算梁端弯矩及梁剪力
利用节点平衡条件，梁端弯矩按式（5-2-6）计算，梁剪力由梁两端的弯矩之和除以梁跨度求得。

计算结果见表7.7。

表6.7 横 向4轴框架梁端弯矩、剪力计算
层号 4 3 2 1 A轴 M Col,A (kN·m) 47.44 83.44 111.26 144.99 L AB
M A= M Col,A47.44 83.44 111.26 144.99
V AB=(M A+ M B,L)/l 9.81 18.57 30.16 31.28 M B,L= M Col,B·i AB/(i AB+i BC) 32.00 66.87 87.38 108.36
B轴 M Col,B (kN·m)72.40 149.48 197.76 245.29 L BC
M B,R= M Col,B·i BC/(i AB+i BC)40.41 83.43 110.38 136.93 V BC=( M B,R+ M C,L)/l29.93 61.80 81.76 101.43 M C,L= M Col,C·i BC/(i BC+i CD)40.41 83.43 110.38 136.93
C轴 M Col,C(kN·m)72.40 149.48 197.76 245.29 L CD
M C,R= M Col,C·i CD/(i BC+i CD)32.00 66.87 87.38 108.36 V CD=( M C+ M D)/l 9.81 18.57 30.16 31.28
M D= M Col,D47.44 83.44 111.26 144.99 D轴 M Col,D(kN·m)47.44 83.44 111.26 144.99 6.5.3根据梁端剪力计算柱轴力
边柱轴力 ∑==n
k k i ij V N ；
中柱轴力 ()∑=-=n
k R k,L k,i
ij V V N 。

计算结果见表6.8。

层号 各梁剪力
各柱轴力
V AB (kN) V BC (kN) V CD (kN) N A N B N C N D 4 9.81 29.23 9.81 -9.81 -20.12 20.12 9.81 3 18.57 61.80 18.57 -28.38 -68.42 68.42 28.38 2 30.16 81.76 30.16 -58.54 -125.64 125.64 58.54 1
31.28
101.43
31.28
-89.82
-202.72
202.72
89.82
6.5.4绘制内力图
左震作用下，横向3轴框架的内力图见图6.2。

右震作用下，内力相同，方向相反。

图6.2 横向3轴框架内力图
7竖向荷载作用下框架内力计算
7.1 竖向恒载作用下框架内力计算
7.1.1竖向恒载作用下框架所受荷载
标准层板传荷载示意图如下图，图8.1所示。

图7.1 标准层板荷载示意图
（1）A ～B 、C ～D 轴间框架梁 ①屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：
25.01.025.2==a
m /k 90.222205.4)25.025.021(35.632N =⨯⨯+⨯-⨯ ②楼面板传荷载：
楼面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：
25.01.025.2==a
m /k 80.122205.4)25.025.021(55.332N =⨯⨯+⨯-⨯ 梁自重：m /k 304.5N
则屋面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）
.
22
+
90
5.25N
=
m
28
k
/
.
15
楼面板传至主梁AB、CD跨的线荷载：（板传荷载+梁自重+墙自重）
=
.5N
-
12
304
（
.
+）
+
⨯
92
18
k
80
m
.
/
.2
28
2/1.8
6.0
（2）B～C轴间框架梁
①屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：
.6N
35
=
⨯
⨯
⨯
2
8/5
k
/
72
.
2/7.2
10
m
②楼面板传荷载：
楼面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：
.4N
11
=
8/5
⨯
⨯
⨯
k
/
m
94
.6
2/7.2
2
梁自重：m
/
4N
.68k
则屋面板传至主梁BC跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）
1
68
+
.72
=
.4N
/
1
k
m
.5
40
楼面板传至主梁BC跨的线荷载：（板传荷载+梁自重）
.6
94
+
=
.4N
68
m
1
/
.62k
1
（3）A、D轴柱纵向集中恒荷载计算
①顶层柱
女儿墙自重：（做法：墙高000mm
1，混凝土压顶100mm，三面粉刷）
+
⨯
⨯
.0N
+
25
=
⨯）
9.0
（
⨯
+
⨯
⨯
.0
1.8
5.0
77
k
m
/
25
.3
1.0
25
25
2.1
2
.0
屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：
35
.4
.6N
=
⨯
⨯
8/5
m
05
/
k
2/
.8
04
梁自重：m
5N
/
.304k
次梁传来集中力：m
22N
.
⨯
90
=
2/1.8
k
75
.
92
/
则顶层柱荷载为：（女儿墙自重＋主梁自重+次梁传来集中力+板传荷载）
92
)6.0
.
75
1.8(
.8
77
.3
04
1.8
.5
304
=
+
-
+
⨯
N
1.8
⨯
228
+
.
19
⨯k
②一~四层柱
楼面板传荷载：
楼面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为：
m /k 45.42/05.48/555.3N =⨯⨯
梁自重：m /.304k 5N 次梁传来集中力：
m /k 60.482/1.880.12N =⨯
则一~四层柱荷载为：（主梁自重+板传荷载+柱自重+次梁传来集中力）
N =+⨯+⨯+-⨯k 23.1626.482.40.91.845.4)6.01.8(304.5
（4）B 、C 轴柱纵向集中恒荷载计算 ①顶层柱 屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边一边为三角形荷载一边为梯形荷载，则三角形转化为均布荷载为：
m /k 14.72/05.48/535.6N =⨯⨯
梯形荷载转化为均布荷载为
167.01.35.1==a
m /k 77.835.1)167.0167.021(35.632N =⨯+⨯-⨯ 梁自重：m /.625k 5N
次梁传来集中力：m /k 025.772/1.854.20N =⨯
则顶层柱荷载为：（主梁自重+板传荷载+次梁传来集中力）
N =+-⨯+⨯+k 86.227025.77)6.01.8(625.51.8)77.814.7(
②一~四层柱
楼面板传至梁上的荷载两边一边为三角形荷载一边为梯形荷载，则三角形 转化为均布荷载为：m /k 62.42/05.48/511.4N =⨯⨯
梯形荷载转化为均布荷载为
167.01.35.1==a
m /k 68.535.1)167.0167.021(11.432N =⨯+⨯-⨯ 梁自重：m /5.625k N
次梁传来集中力：m /k 05.432/1.848.11N =⨯
则一~四层柱荷载为：（内墙自重+主梁自重+板传荷载+柱自重+次梁传来集中
力）
N =
+
⨯
+
⨯
+
+
-
⨯
+
⨯
-
⨯
k
76
.
263
05
.
43
9.3
00
.9
1.8
)
68
.5
62
.4(
)6.0
1.8(
625
.5
9.3
)6.0
1.8(
92
.2
框架在竖向恒荷载作用下的受荷总图如图8.2所示:（图中数值均为标准值）
图7.2 竖向恒荷载作用下受荷总图
7.1.2竖向恒载作用下框架内力计算
梁的固端弯距、剪力、轴力可按如图7.3所示求得：
图7.3 梁内力计算简图
采用二次弯矩分配法。

计算步骤如下：
1．计算竖向荷载作用下各层梁端固端弯矩（表8.1）。

2．根据梁柱线刚度求梁柱转动刚度，并确定各节点处的分配系数，详见图8.4。

∑
=
=
n
1
k
k
k
i
i
i
i
S
S
μ
其中，S i k为节点k第i根杆件的转动刚度， S i k为节点k各杆件的转动刚度之和。

杆件的转动刚度的计算方法如下：
梁柱节点处为刚接，当杆件的另一端为刚节点时，第j根杆件的转动刚度为
S
j
=4i；当利用结构对称性而将杆件的另一端取为定向支座时，第j根杆件的转动刚度为S j=2i，i为杆件的线刚度。

AB 、CD 跨梁的线刚度：m kN i ⋅⨯=5110515.0 BC 跨梁的线刚度： m kN i ⋅⨯=521081.0
柱的线刚度： 二~四层：m kN i ⋅⨯=5310831.0 一层：m kN i ⋅⨯=5410623.0 相对线刚度计算：
令二～四层柱0.1=b i ，则其余各杆件的相对线刚度为：c b i i i = 式中：b i —当前杆件的线刚度；c i —二～五层柱的线刚度。

表7.2 相对线刚度
图7.4 各节点分配系数详图
图7.5 用二次弯矩分配法计算竖向恒载作用下框架弯矩5．根据各梁、柱弯矩计算各梁、柱的剪力。

梁柱剪力按照平衡条件进行计算，结果见表7.3及表7.4。

表7.4 恒载作用下柱端剪力计算
6．柱轴力计算
柱轴力按节点处平衡条件进行计算，如图8.7。

柱顶截面轴力：
()
∑=+++-=
n
i j j j j j
i g V V G
N 1
,R ,L t
柱底截面轴力：
()
∑=++-=
n
i
j j
j j j
i g V V G
N ,R ,L b
式中 gi ——各层柱自重；
Gi ——各层由纵向框架传来的竖向荷载； VL 、VR ——分别为节点左侧、右侧梁剪力； 列表计算，结果见表7.5。

图7.7 柱剪力计算简图
表7.5 恒载作用下柱轴力计算
图7.9 恒荷载作用下弯距图（kN·m）
图7.10 恒荷载作用下剪力图（kN）
图7.11 恒荷载作用下轴力图（kN）
7.2竖向活载作用下框架所受荷载
7.2.1竖向活载作用下框架所受荷载
上人屋面：2/0.2m kN ；办公室：2/0.2m kN ；走廊、门厅、楼梯、厕所2.5kN/m 2。

（1）A ～B 、C ～D 轴间框架梁 ①屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：
0.25/8.1025.21==α
m /k 21.722/05.425.025.021232N =⨯⨯+⨯-⨯）（
②楼面板传荷载：
楼面板传至梁上的荷载两边均为梯形荷载，转化为均布荷载为：
0.25/8.1025.21==α
m /k 21.722/05.425.025.021232N =⨯⨯+⨯-⨯
）（ 则屋面板传至主梁AB 、CD 跨的线荷载：（板传荷载） m /.21k 7N 楼面板传至主梁AB 、CD 跨的线荷载：（板传荷载）m /.21k 7N （2）B ～C 轴间框架梁 ①屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为： m /3.38k /27.22852N =⨯⨯⨯ ②楼面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为： m /3.38k /27.22852N =⨯⨯⨯
则屋面板传至主梁BC 跨的线荷载：（板传荷载）m /3.38k N 楼面板传至主梁BC 跨的线荷载：（板传荷载）m /3.38k N （3）A 、D 轴柱纵向集中恒荷载计算 ①顶层柱 屋面板传荷载：
屋面板传至梁上的荷载两边均为三角形荷载，转化为均布荷载为： m /k 06.5/205.42852N =⨯⨯⨯。