黄埔前进中学实验楼设计计算书

本科毕业设计（论文）题目：黄埔前进中学实验楼设计
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2016年05月
摘要
本设计研究的内容是黄埔前进中学实验楼。

采用现浇钢筋混凝土框架结构，主体结构为五层，主楼层高19.500m，总建筑面积为4995.40m2。

本设计贯彻“实用、安全、经济、美观”的设计原则。

按照建筑设计规范，考虑影响设计的各项因素。

严格遵循相关的专业规范的要求，参考相关资料和有关最新的国家标准规范，对设计的各个环节进行综合全面的科学性考虑。

本设计主要包括建筑设计部分和结构设计部分。

建筑设计部分主要包括建筑平面、立面、剖面的设计。

结构设计方面包括了结构的布置、结构构件的配筋设计，具体有柱梁板设计、楼梯间计算、内力组合、框架配筋等方面。

在确定框架布局之后，计算竖向荷载作用下的结构内力和水平荷载作用下的结构内力。

进行内力组合找出最不利的一组或几组内力组合。

选取最安全的结果计算配筋并绘图。

关键词：框架结构；抗震设计；结构设计；内力计算
Abstract
The design of the study content is Whampoa forward the experimental middle school building. Using cast-in-place reinforced concrete frame structure, main structure for five layer, the main building storey 19.500m, with a total construction area of 4995.40m2. the design implement of "practical, safe, economic, beautiful" design principles. According to the architectural design standard, consider the factors that influence the design of. In strict compliance with the relevant professional standard, reference to relevant information about the latest national standards, each link of the design of comprehensive scientific consideration.
This design mainly includes the architectural design part and the structural design part.
The architectural design part mainly includes the design of the building plane, elevation and section.
Structural design, including the structure of the layout, structural members of the reinforcement design, concrete column beam plate design, staircase calculation, internal force combination, frame reinforcement and so on.
In determining the distribution framework to calculate the internal forces of the structure under the action of vertical load internal force of the structure and the horizontal load under the action of. Combination of internal forces to find the worst of a group or several groups of internal force combination. Select the safety results of the reinforcement and drawing.
Key words: frame structure; structural design; internal force calculation; seismic design;
目录
1 建筑设计 (1)
1.1 建筑概况 (1)
1.2 设计资料及设计依据 (1)
1.2.1 建筑规模 (1)
1.2.2 气象资料 (1)
1.2.3 抗震要求 (1)
1.2.4 地基土承载能力 (1)
1.3 平面设计 (1)
1.4 立面设计 (1)
1.5 剖面设计 (2)
1.6 墙面设计 (2)
1.7 楼梯做法 (2)
1.8 屋面做法 (3)
1.9 其他 (3)
2结构平面布置 (5)
2.1 结构平面布置图 (5)
2.2 框架截面进行尺寸计算 (5)
2.2.1框架梁截面尺寸 (5)
2.2.2框架柱截面尺寸进行计算 (5)
2.2.3截面尺寸楼板柱估算 (7)
3 框架计算简图的确定 (8)
4 框架结构刚度参数计算 (9)
4.1 柱子和梁的线刚度计算 (9)
4.2 柱子的抗侧刚度计算 (10)
5 荷载计算 (11)
5.1 恒载标准值计算 (11)
5.2 活荷载标准值计算 (13)
5.3 荷载分类 (13)
5.4 重力荷载代表值 (14)
6 框架内力计算 (15)
6.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和位移计算 (15)
6.1.1横向自振周期计算 (15)
6.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算 (15)
6.1.3位移验算在水平地震作用下 (16)
6.1.4水平地震作用下框架内力计算 (17)
6.2 横向风荷载作用下内力和位移计算 (20)
6.2.1 各层楼面处集中风荷载标准值的计算 (20)
6.2.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算 (21)
6.2.3横向框架在风荷载作用下的内力计算 (22)
6.3 恒荷载作用下框架结构的内力计算 (24)
6.3.1 计算单元 (24)
6.3.2荷载计算 (24)
6.3.3梁柱弯矩计算 (27)
6.3.4梁柱端剪力计算 (28)
6.3.5梁柱端轴力计算 (29)
6.4 框架结构在活荷载作用下内力计算 (33)
6.4.1活荷载计算 (33)
6.4.2 柱子弯矩、梁弯矩计算 (35)
6.3.3梁柱端剪力计算 (37)
6.3.4梁柱端轴力计算 (38)
7 内力组合 (42)
7.1 框架梁的内力组合 (42)
7.2 框架柱的内力组合 (42)
8 截面设计和配筋计算 (52)
8.1 框架梁截面设计 (52)
8.1.1 框架梁正截面受弯承载力计算 (52)
8.1.2斜截面受剪承载力计算 (57)
8.2 框架柱截面设计 (58)
8.2.1剪跨比及轴压比验算 (58)
8.2.2框架柱正截面受压承载力计算 (58)
8.2.4 框架柱子的斜截面进行受剪承载力计算 (61)
9 楼梯设计 (67)
9.1 梯段板设计 (67)
9.2 平台板设计 (68)
9.3 平台梁设计 (69)
10 楼板截面设计及配筋计算 (71)
10.1 恒荷载标准值计算 (71)
10.2 活荷载标准值计算 (71)
10.3 荷载设计值计算 (71)
10.4 楼面板配筋计算 (72)
10.5 屋面板配筋计算 (75)
致谢 (77)
参考文献 (78)
1 建筑设计
1.1 建筑概况
本设计题目为黄埔前进中学实验楼设计，建筑层数为五层，建筑面积为4995.40m2，建筑总高度为19.500m。

结构类型为现浇混凝土框架结构。

1.2 设计资料及设计依据
1.2.1 建筑规模
本建筑面积为4995.40m2，建筑层数为五层，结构形式为钢筋混凝土框架结构，功能要求符合教学楼使用情况。

1.2.2 气象资料
本地区基本风压值为Wk=0.35kN／m2，本地区最冷月平的温度为最低为-10℃，最高月平的温度：最高温度为35℃，主要主导风向为东北风。

1.2.3 抗震要求
本设计结构的环境类别为地上部分为一类环境，地下部分为二b类环境；抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g；建筑场地类别：Ⅱ类；建筑抗震设防类别：乙类。

1.2.4 地基土承载能力
地基承载力特征值f ak=200kPa。

1.3 平面设计
平面设计是建筑各层的水平剖切图，建筑平面图表示建筑物在水平方向各部分之间的相关关系，还反应各建筑与周围包围它们的垂直构件直接的相互关系。

1.4 立面设计
各主要立面图：图纸比例为1：100。

并绘制出正立面图、侧立面图。

标明立面处理、门窗形式、墙面装饰及雨水管位置等。

立面设计的时候应考虑下面几点
（1）符合基地环境、符合总体规划。

（2）符合建筑物的需求。

（3）符合建筑物的特征。

（4）合理运用视觉、构图的规律
（5）掌握好设计指标和经济指标
1.5 剖面设计
剖面图:比例1：100。

剖切位置可以是楼梯或有代表性的部位，绘制剖面图，表明屋面、楼板、楼梯及各类主要构造，标注标高（以米计）及尺寸。

1.6 墙面设计
在进行墙面设计的时候，要满足下面几点要求：
1.7 楼梯做法
该楼梯为两跑楼梯，采用板式楼梯结构,楼梯间高度 3.9m(标准层)，梯间宽为4.2m，左右梯段宽为1.90m，楼梯井宽为0.16m。

每跑均为13级踏步，踏步高度为150mm,踏步宽度为300mm。

梯段板厚取120mm。

休息平台梁宽为250mm，高为400mm。

楼梯设计应该满足下面几点要求
1.8 屋面做法
自上而下做法为：20厚1;2水泥砂浆暗踢脚线150高；撒干伴1；2水泥，表面压光，30厚c20细石混凝土面层随捣随抹平，现浇混凝土楼板。

对于屋面进行保护层，找坡层，找平层，结合层，防水层，结构层进行设计。

防水层采用SBS防水卷材，结构层现浇混凝土楼板。

1.9 其他
建筑散水宽为600.勒脚要做到散水以下300，散水自上而下做法为70厚c15细石混凝土随捣随抹，80厚碎石垫层，素土夯实，散水与勒脚交接处留缝20mm，每1米设伸缩缝宽20mm缝内灌1：2沥青砂浆。

散水坡度为5%。

建筑门窗应满足以下要求：
2 结构平面布置
2.1 结构平面布置图
（1）主体结构共5层。

（2）本工程主体结构为框架结构。

（3）梁、板、柱均选用C 30。

（4）开间；4200，进深；7500。

图2.1 平面布置图柱网
2.2 框架截面进行尺寸计算
2.2.1 框架梁截面尺寸
截面尺寸进行计算：
纵向位置框架梁的计算：525~350=4200× 1/12)~(1/8 =1/12)L ~(1/8=h L —纵向位置外柱距离为，h=400mm
200~133.3=1/3)h ~(1/2=b ，并考虑构造要求梁宽b=250mm
横向位置边跨梁的计算：937.5~625=7500× 1/12)~(1/8 =1/12)L ~(1/8=h L —纵向位置外柱距离为，h=700mm
350~233.3=1/3)h ~(1/2=b ，b=300mm
横向位置中跨梁的计算：375~250=3000× 1/12)~(1/8 =1/12)L ~(1/8=h L —纵向位置外柱距离，考虑构造要求距离h=400mm 200~133.3=1/3)h ~(1/2=b ，考虑构造要求梁宽b=300mm 2.2.2 框架柱截面尺寸进行计算
[]c c E f n Sg μβ≤
式中： []C μ—，0.85度时时7根据抗震设据抗震设 ，1.25，不等跨内柱取1.3边柱取—β
14kN/m 2取各层层的重力荷载代表—gE
柱的负的负荷—S ，如图2.2所示， 边柱为215.75m =3.75×4.20， 中柱为 22.05m =5.25×4.202
图2.2 柱子的负荷面积图
边柱[]85
.03.145
1475.153.11⨯⨯⨯⨯=≥
c c E C f n Sg A μβ=117.91×103mm 2 中柱[]85
.03.145
1405.2225.12⨯⨯⨯⨯=≥
c c E C f n Sg A μβ=158.73×103mm 2 取柱子的截面为矩形，初步选择柱子截面大小为：
边柱计算为22103mm ×133.64>103mm ×
250.0=500mm ×500mm =h ×b 中柱计算为22103mm ×179.90>103mm ×
250.0=500mm ×500mm =h ×b
2.2.3 截面尺寸楼板柱估算
0.093m =4.20m ×45
1
451=≥l h ，所以楼板厚度为h=100mm
3 框架计算简图的确定
室内外高差假设为1.00m ，一层楼标高为3.900m ，故室内外高差为0.45m ， 所以底层柱子高为 4.90m =3.90+1.00=h ，一楼以上层高均为 3.90m 。

框架计算简图为图3.1.
图3.1 框架截面的尺寸图
4 框架结构刚度参数计算
4.1 柱子和梁的线刚度计算
表4.1 横梁的线刚度b i
计算
表4.2 柱子的线刚度c i
计算
类别
层
次
c E (N/m)
)(mm h b ⨯
)(4
0mm I
l (mm)
l I E c /0
(mm N ⋅)
)
m N (/5.10⋅K l I E c )
m N (/20⋅K l I E c
边横梁
1到5
410×3.0
700×300
109×
8.58
7500
10
10×3.57
51450.0 68600.0
中横梁
1到5
410×3.0
400
×300
9
10×0.16
3000
10
10×1.60
24000.0 32000.0
层次 0h (mm)
)N/mm (2c E
h b ⨯(mm 2
)
0I (mm
4
)
l I E c /0(m ⋅KN )
2到6层 3900 410×3.0 500×500 9100.521⨯ 40064.1 1
4900
410×3.0
500×500
9100.521⨯
31887.8
4.2 柱子的抗侧刚度计算
（1）底层为：c b i i K ∑∑=/，K K c ++=25.0α，2
12h
i D c c ⨯=α （2）标准层为：c b i i K ∑∑=/，K
K
c +=
2α，212h
i D c
c ⨯
=α 表4.3 横向框架侧向D 值计算
构件名称 K
c α
i D
∑i
D
合计
5层
边框梁 A/D 轴柱 1.284 0.391 12360 49439 882930
B/C 轴柱 1.883
0.485
15329
61317
中框梁
A/D 轴柱 1.712 0.461 14579 349904 B/C 轴柱 2.511
0.557
17595
422270
2~3层
边框梁
A/D 轴柱 1.284 0.391 12360 49439 882930
B/C 轴柱 1.883 0.485 15329 61317 中框梁
A/D 轴柱 1.712 0.461 14579 349904 B/C 轴柱 2.511
0.557
17595
422270
1层
边框梁 A/D 轴柱 1.613 0.585 9321 37286 594612
B/C 轴柱 2.366
0.656
10462
41848
中框梁 A/D 轴柱 2.151 0.639 10179 244286 B/C 轴柱
3.155
0.709
11300
271192
5 荷载计算
5.1 恒载标准值计算
（1）屋面没有人的时候标准值：
总计： 2
k N /m 5.09
屋面的面积为：5147.16kN
=5.09×1011.23 m 1011.23=）0.24+18.0（×）0.24+55.2（2
（2）各层走道和楼面： 地板的面层，水泥砂浆摸缝
泥沙浆为30mm 厚，面上撒2mm 厚素水泥 2k N /m 1.16
结构层：钢筋混凝土板100mm 厚 2k N /m 2.50=
0.12×25
抹灰层：混合沙浆10mm 厚 2k N /m 0.17=
0.01×17 总计： 2k
N /m 3.83
一层到四层楼面面积为：
（3）梁和柱子
梁的净跨距离的计算
防水层(刚性)：混凝吐防水味30mm 厚C 20 20.72kN/m =0.030×24 防水层(柔性)：SBS 卷菜防水层 2kN/m 0.40 找平层：水泥沙浆为15mm 厚 2kN/m 0.30=0.015×20
找坡层：水泥石灰沙浆3‰找平为40mm 厚 2kN/m 0.56=14×
0.04 保温层：水泥矿渣为80mm 厚 2kN/m 1.16=0.08×14.3 结构层：现浇钢筋混凝土板为100mm 厚 2kN/m 2.50=0.10×25 抹灰层；混合沙浆为10mm 厚 17×0.01=0.17kN/m 2
3872.99kN
=3.83×1011.23m 1011.23=）0.24+18.0（×）0.24+55.2（2
表5.1 梁重力荷载、柱重力荷载标准值计算结果
层次 构件
/b m /h m
γ3kN/m
β
kN/m)/(g /i l m
n
kN /i G
kN /∑i
G
2~5 边横梁 0.3 0.6 25 1.1 4.95 7.00 28 970.20 1466.52
中横梁 0.3 0.3 25 1.1 2.48 2.50 14 86.63
次 梁
0.2 0.3 25 1.1 1.65 3.90 2 12.87 纵 梁 0.25 0.3 25 1.1 2.06 3.70 52 396.83 柱 0.5 0.5 25 1.2 7.50 3.80
56
1596.00 1596.00
1
边横梁 0.3 0.6 25 1.1 4.95 7.00 28 970.20 1466.52 中横梁 0.3 0.3 25 1.1 2.48 2.50 14 86.63 次 梁 0.2 0.3 25 1.1 1.65 3.90
2
12.87 纵 梁 0.25 0.3 25 1.1 2.06 3.70 52 396.83 柱
0.5
0.5
25
1.2
7.50
4.80 56
2016.00
2016.00 （4）墙
外墙所使用砖为：240mm 烧结砖，内墙所使用的砖为；240mm 混凝土砌块。

①外墙
水刷石外墙面 2
k N /m 0.5 烧结砖240mm 厚 2k N /m 2.35=9.8×
0.24
水泥粉粉刷内墙面 2k
N /m 0.36
合计： 2k N /m 3.21
2 ②内墙
混凝土砌块 240mm 2kN/m 1.32=5.5×0.24
水泥粉粉刷内墙面 2k N /m 0.72=2×
0.36
合计： 2k
N /m 2.04
③女儿墙
水泥粉粉刷外墙面 2k N /m 0.5 普通砖240mm 厚 2k N /m 4.32=18.0×
0.24
防水卷材 2k
N /m 0.10
总计： 2k N /m 4.92
5.2 活荷载标准值计算
（1）屋面活荷载和楼面活荷载标准值在规范查的结果
屋面上没有人恒荷载标准值 0.5 kN/m 2 恒荷载标准值楼面 2.5 kN/m 2 恒荷载标准值走廊 3.5 kN/m 2 恒荷载标准值楼梯 3.5 kN/m 2 2层到5层均布活荷载计算：
（2）活荷载计算屋面：22so k kN/m 0.20=kN/m 0.20×1.0=S ==μ
屋面活荷载计算：195.22=0.20×）0.24-18.00（×）0.24-55.20（kN 。

5.3 荷载分类
表5.2 重力荷载代表值计算表（单位：kN ）
层次 梁
柱 板 墙 门窗 活荷载
ΣG i
5层
1466.52
731.5 5147.16 1249.255 56.885 122.01 8773.33
4层
1466.52
1463 3872.99 1201.99 113.77 1042.19 9160.47
3层
1466.52
1463 3872.99 1201.99 113.77 1042.19 9160.47
2层
1466.52
1463 3872.99 1201.99 113.77 1042.19 9160.47
1层
1466.52
1848 3872.99 1446.11 116.09 1042.19 9160.47
2084.39kN
=2.5×）38.48+2×123.13+4×60.72+429.51+2×27.84（+ 3.5×）38.68+27.84+27.84（+3.5×140.58⨯
5.4重力荷载代表值
图5.1 重力荷载代表值各质点
6 框架内力计算
6.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和位移计算
6.1.1 横向自振周期计算
假设顶点位移为T μ，并且计算结构的基本自振周期，并计算的结果绘制表6.1
表6.1 假定顶点位移μT 计算结果
层次
G i (kN)
∑G i (kN)
∑D (kN/m)
()i u m ∆ ()i u m
5 8773.33 8773.33 900871 0.010 0.177 4 9160.47 17933.80 900871 0.020 0.167 3 9160.47 27094.2
6 900871 0.030 0.14
7 2 9160.47 36254.73 900871 0.040 0.117 1
9791.91
46046.63
601391
0.077
0.077
结构的基本自振周期，我们要考虑非结构墙对其中影响，因为折减系数为
T ψ=0.7，所以结构的基本自振周期计算结果：s 55.0177.07.07.17.11=⨯⨯==T T T μψ 6.1.2 水平地震作用及楼层地震剪力计算
因为该工程所在位置是抗震设防烈度为7度，场地为Ⅱ类，所以设计地震分组为第一组，表查可知道得max α=0.08，
用底部剪力法计算出水平地震作用，即1ER eq F G α=。

39139.64kN =46046.63×0.8585.0∑==i eq G G
0580.008.0)50
.035.0(
)(
9
.0max 9.01
1=⨯==ααT T g 2271.46kN =39139.64×0.05761==eq Ek G F α
因s 49.035.04.14.1=⨯=g T 50.01=<T s ，所以要考虑顶部附加水平地震力作用，
0.110=0.07+0.500×0.08=07.008.01+=T n δ Ek n F F δ=∆=0.1104×
2271.46=249.86kN Ek n F )1(δ-=(1-0.1107)×
227=2021.96kN 各质点在水平地震作用下公式为：)1(1
n Ek n
j j j i
i i F H G H G F δ-=∑=，用公式计算出来的结
果做成表6.2。

各质点在水平地震作用下楼层地震剪力沿房屋高度的分布为图6.1。

表6.2 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算
层次
m /i H kN /i G )kN/m /(i i H G
∑=n
i i
i
i
i H
G H G 1
kN /i F n F ∆ kN /i V
5 20.50 8773.33 179853.27 0.3118 708.21 249.86
1207.65 4 16.60 9160.47 152063.72 0.2636 598.78 1806.43 3 12.70 9160.47 116337.91 0.2017 458.10 2264.54 2 8.80 9160.47 80612.09 0.1397 317.43 2581.96 1
4.90
9791.91
47980.33
0.0832
188.93
2770.90
各质点水平地震作用和楼层地震剪力沿房屋高度的分布图
(Ⅰ)水平地震作用分布 (Ⅱ)层间剪力分布
图6.1 横向水平地震作用及楼层地震剪力
6.1.3 位移验算在水平地震作用下
析层间位移i u ∆公式为∑==∆n
1k ij i i D /u V ，顶点位移i u 公式为∑=∆=n
1
k k i u u ）（计算，层间弹性位移角公式为；/e i i u h θ=∆，计算结果为表6.3。

表6.3 横向水平地震作用下的位移验算
层次 N /i V
)mm /N /(∑i
D
mm /i u ∆ mm /i u mm /i h i i e h u /∆=θ
5 1207650.0 900871 1.3405 13.3330 3900 1/2909 4 1806432.9 900871 2.0052 11.9925 3900 1/1945 3 2264537.9 900871 2.5137 9.9873 3900 1/1551 2 2581964.9 900871 2.8661 7.473
6 3900 1/1361 1
2770897.6
601391
4.6075 4.6075
4900
1/1063
从 6.3中表可以知道，1/1063＜1/550，满足式][h u e e θ≤∆的要求，其中
[]550/1/=∆h u 由规范查的。

6.1.4 水平地震作用下框架内力计算
表6.4 各层柱反弯点位置、剪力、柱梁端弯矩计算表
层 号
柱号
KN
V i /
D
∑D
KN
V im /
m
yh /
m
h y /)
1(⨯- )
(m KN M ⋅柱上 )
(m KN M ⋅柱下 )
(m KN M ⋅梁左 )
(m KN M ⋅梁右
5
边柱
1207.65 14579 900871
19.544 1.504 2.396 45.18 28.35 45.18 34.76
中柱 17595 23.586 1.660 2.240 50.97 37.77 16.21 16.21 4
边柱
1806.43 14579 900871
29.235 1.699 2.201 60.01 46.31 88.36 73.88
中柱 17595 35.281 1.755 2.145 70.57 57.74 34.46 34.46 3
边柱
2264.54 14579 900871
36.648 1.894 2.006 67.60 63.81 113.91 93.44
中柱 17595 44.228 1.950 1.950 79.29 79.29 43.59 43.59 2
边柱
2581.96 14579 900871
41.786 1.950 1.950 74.40 74.40 138.21 115.29
中柱 17595 50.427 1.950 1.950 89.78 89.78 53.78 53.78 1
边柱
2770.90 10179 601391
46.898 2.695 2.205 94.10 115.01 168.49 132.46
中柱
11300 52.063 2.695 2.205 104.46 127.68 61.79 61.79 表6.5 每层地震作用剪力和轴力计算
层号 柱号 柱剪力 梁剪力 跨中弯矩 边柱轴力 5
边柱 18.85 10.66 5.21 10.66 中柱 22.75 10.81 0.00 0.15 4
边柱 27.26 21.63 7.24 32.29 中柱 32.90 22.97 0.00 1.49 3
边柱 33.69 27.65 10.23 59.94 中柱 40.66 29.06 0.00 2.91 2
边柱 38.15 33.80 11.46 93.74 中柱 46.04 35.85 0.00 4.96 1
边柱 42.67 40.13 18.02 133.86 中柱
47.38
41.19
0.00
6.02
图6.2弯矩图(kN·m)
图6.3剪力图（kN）
图6.4柱轴力图（kN）
6.2 横向风荷载作用下内力和位移计算
6.2.1 各层楼面处集中风荷载标准值的计算
集中风荷载标准值见表6.6：
ω μZ μS βZ =w B h h j
i 2
本地区基本风压为：w 0=0.35kN/m 2
μZ — 类B 度为面风压高度变化系数，地
粗糙 μS — 1.3=μS 建筑物的体型查筑风荷载体型系数。

根据 βZ — 1.0=βZ 米所以30以为为房屋总高度小
i h — 下层层柱
j h — 倍2儿墙墙上层层柱高，对顶层为
B — 4.20m =B 迎风风面的宽
表6.6 集中风荷载标准值
层号 离地高度(Z/m) μZ βZ μS w 0 (kN/m 2 ) i h (m) j h (m) ωk (kN) 5 19.95 1.2489 1.00 1.30 0.35 3.90 0.90 6.80 4 16.05 1.1631 1.00 1.30 0.35 3.90 3.90 8.67 3 12.15 1.0602 1.00 1.30 0.35 3.90 3.90 7.90 2 8.25 1.0000 1.00 1.30 0.35 3.90 3.90 7.45 1 4.35
1.0000
1.00
1.30
0.35
3.90
4.35
7.88
计算简图在风荷载作用下：
图6.5荷载分布图在风荷载作用(kN) 6.2.2 横向框架在风荷载作用下的位移计算
（1）梁和柱子线刚度计算
在第4.1节，计算过。

（2）侧移刚度D值的计算
为表6.7
表6.7 各柱D 值及剪力分配系数η表
（3）风荷载作用下侧移计算
根据计算的水平风荷载，由式n
i k k i
V F ==∑计算层间剪力。

再按下面公式分别计算各层的相对侧移和绝对侧移。

k ）u （△∑=i u ， ij D ∑V i/ = ui △
各层的层间弹性位移角e θ=/i i u h ∆。

计算过程见下表：
表6.8 风荷载作用下层间剪力及侧移计算
层号
F i （kN ）
V i （kN ）
∑D i (N/mm)
△u i （mm ）
u i （mm ）
△u i /h i
5 6.80 6.80 64348 0.1057 2.0895 1/36895 4 8.67 15.47 64348 0.2404 1.9838 1/16222 3 7.90 23.37 64348 0.3632 1.7433 1/10738 2 7.45 30.82 64348 0.4790 1.3801 1/8141 1
7.88
38.71
42956
0.9011
0.9011
1/4328
由表6.8可知，最大层间弹性位移角发生在第1层其值为1/4328＜1/550，满足式
][h u e e θ≤∆的要求，其中[]550/1/=∆h u 由《建筑抗震设计规范》表1.21查得。

6.2.3 横向框架在风荷载作用下的内力计算
（1）柱端弯矩计算
层号及层高 柱位置
）
（i i i i i i 一般层柱梁梁梁梁24321+++=
-
)(2
1底层柱
梁梁i i i i +=
-
）
（i
i i i
c c 底层一般层-
-
--
++=
+=25.0)(2αα
)
/(12
2m KN H i D i c 柱
α=
m ）
（KN D D D /22中边
⨯+⨯=
∑ ∑=D
D η 2~5层
（3.9m ） 边柱
1.712 0.461 14579 64348 0.227
中柱 2.511 0.557 17595 64348 0.273 1层
(4.9m) 边柱
2.151
0.639
10179
42956
0.237
中柱
3.155
0.709 11300 42956 0.263
表6.9 各层柱反弯点位置和剪力、柱子梁端弯矩计算表
层号 柱号
KN
V i /
D ∑D
KN
V im /
m
yh /
m
h y /)
1(⨯- )(m kN M ⋅柱上
)
(m kN M ⋅柱下
5 边柱 6.80
14579 64348
1.541 1.504
2.396
3.69 2.32 中柱 17595 1.860 1.660 2.240
4.17 3.09 4 边柱 1
5.47 14579 64348
3.505 1.699 2.201 7.72 5.95 中柱 17595
4.230 1.755 2.145 9.07
7.42
3 边柱 23.37 14579 64348
5.295 1.894 2.006 10.62 10.03 中柱 17595
6.391 1.950 1.950 12.46 12.46 2 边柱 30.82 14579 64348
6.984 1.950 1.950 13.62 13.62 中柱 17595 8.428 1.950 1.950 16.44 16.44 1 边柱 38.71 10179 42956
8.770 2.695 2.205 19.34 23.64 中柱
11300
10.584 2.695 2.205 23.34 28.52
（2）梁柱剪力轴力计算
表6.10 各层风荷载作用下剪力和轴力计算表
层号
柱号 )
(m kN M ⋅梁左
)
(m kN M ⋅梁右
柱剪力 梁剪力 跨中弯矩 柱轴力
5
边柱 3.69 2.84 1.54 0.87 0.43 0.87 中柱 1.33 1.33 1.86 0.88 0.00 0.01 4
边柱 10.03 8.29 3.51 2.44 0.87 3.31 中柱 3.87 3.87 4.23 2.58 0.00 0.15 3
边柱 16.58 13.56 5.30 4.02 1.51 7.33 中柱 6.33 6.33 6.39 4.22 0.00 0.35 2
边柱 23.65 19.71 6.98 5.78 1.97 13.11 中柱 9.19 9.19 8.43 6.13 0.00 0.69 1
边柱 32.96 22.15 11.02 7.35 5.41 20.46 中柱
17.63
17.63
13.30 11.75
0.00
5.10
6.3 恒荷载作用下框架结构的内力计算
6.3.1 计算单元
板传递给梁上的三角形部位或者梯形部位，荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图为图6.9所示。

图6.9 板传荷载示意图
6.3.2 荷载计算
（1）屋面层框架计算简图 1）q AB 计算
板的恒荷载为5.09 kN/m 2，因为传递给AB 段为梯形荷载，所以等效转化为均布荷载为：
21.11kN/m =2×3](2.10/7.5)+2(2.10/7.5)×2-[1×2.10×5.09=)21(32p αα+-
因为梁自重为4.73kN/m ，所以:25.84kN/m =4.73+21.11=q AB 2）q BC 计算
板的恒荷载为5.81 kN/m 2，传递给BC 段为三角形荷载，等效转化为均布荷载为：
10.89kN/m =5/8×1.505.81=8/5⨯p
因为梁自重为2.36kN/m ，所以：13.26kN/m =2.36+10.89=q BC 3）F A 计算
F A 是由KL-A 传来的集中荷载，由三部分组成，一部分来自KL-A 自重，一部分来自板传荷载q 1，还有一部分来自女儿墙：
7.63kN/m =2.105.81×5/8=q 1⨯
则59.98kN =1.97×0.5)-(4.2+4.20×4.92+4.20×7.63=F A 4）F B 计算
7.63kN/m =2.105.81×5/8=q 1⨯
6.889kN/m =](1.50/4.2)+2.4/50.1×2-[1×50.13.83=q 322）（⨯
则68.24kN =1.97×0.5)-(4.2+4.20×6.89)+(7.63=F B （2）楼面层框架计算简图 1）qAB 计算
板的恒荷载为3.83 kN/m2，转化为均布荷载为：
13.92kN/m =2×](2.10/7.5)+(2.10/7.5)×2-[1×2.10×3.83=)21(3232p αα+-
因为梁自重为4.73kN/m ，所以：18.64kN/m =4.73+13.92=q AB 2）qBC 计算
板的恒荷载为3.83 kN/m2，等效转化为均布荷载为：
7.18kN/m =2×5/8×1.50×3.83=8/5p
因为梁自重为2.36kN/m ，所以：9.54kN/m =2.36+7.18=q BC 3）FA 计算
5.03kN/m =2.10×3.83×5/8=q1
则
2.6×
3.0×0.35+2.6)×3.0-3.5×(3.7×3.212+1.97×0.5)-(
4.2+4.20×
5.03=F A =47.67kN
4）FB 计算
5.03kN/m =2.10×3.83×5/8=q 1
4.54kN/m =](1.50/4.2)+(1.50/4.2)×2-[1×1.50×3.83=q 322
则 1.5)2.1-2.7×1.0-3.5×(3.7×2.04+1.97×0.5)-(4.2+4.20×4.54)+(5.03=F B ⨯ +0.35×2.1×1.5+0.2×1.0×2.7=63.60kN 恒荷载作用下框架最终计算简图为：
图6.10 恒荷载作用下框架最终计算简图
6.3.3 梁柱弯矩计算
表6.12 恒荷载作用下的跨中及固端弯矩表
表6.13 恒载作用下的框架弯矩内力二次分配表
上柱 下柱
右梁
左梁
上柱 下柱
右梁
分配系数 0.369
0.631 0.488 0.285
0.227 固端弯矩
121.11-
121.11
9.94-
第一次分配 44.65 76.46 54.21- 31.66- 25.29- 传递弯矩 11.77 27.11- 38.23 8.89-
第二次分配 5.65
9.68
14.31- 8.36-
6.67-
最终弯矩
62.08
62.08-
90.82
48.91- 41.91-
分配系数 0.269
0.269 0.461
0.380 0.222
0.222
0.177 固端弯矩
87.38- 87.38
7.16-
第一次分配 23.54 23.54 40.31
30.45- 17.78- 17.78- 14.20- 传递弯矩 22.33 11.77 15.23- 20.15 15.83- 8.89-
第二次分配 5.08- 5.08- 8.70- 1.74
1.01
1.01
0.81
最终弯矩
40.78
30.23
71.01-
78.82 32.60- 25.66- 20.55-
分配系数 0.269
0.269
0.461 0.380 0.222
0.222
0.177 固端弯矩
87.38-
87.38
7.16-
线载性质 楼层位置 线载位置
线载大小
)/(m KN q 梁计算长度
l (m)
固端弯矩
)(1212
m kN ql M ⋅=
跨中弯矩
)
(812m kN ql M ⋅=
恒线载
屋面
边跨
25.84 7.50 121.11 181.66 中跨
13.26 3.00 9.94 14.91 楼面
边跨
18.64 7.50 87.38 131.08 中跨
9.54
3.00
7.16
10.74
第一次分配 23.54 23.54 40.31 30.45- 17.78- 17.78- 14.20- 传递弯矩 11.77 11.77 15.23- 20.15 8.89- 8.89-
第二次分配 2.24- 2.24- 3.83-
0.90- 0.52-
0.52- 0.42-
最终弯矩
33.07
33.07 66.14-
76.19
27.20- 27.20- 21.78-
分配系数 0.269
0.269
0.461 0.380 0.222 0.222
0.177 固端弯矩
87.38- 87.38
7.16-
第一次分配 23.54 23.54 40.31 30.45- 17.78- 17.78- 14.20- 传递弯矩 11.77 12.45 15.23- 20.15 8.89- 9.31-
第二次分配 2.42- 2.42- 4.15- 0.74-
0.43-
0.43- 0.34-
最终弯矩
32.88
33.57
66.45-
76.35 27.11- 27.53- 21.71-
分配系数 0.285
0.227
0.488 0.398 0.232
0.185
0.185 固端弯矩
87.38- 87.38
7.16-
第一次分配 24.91 19.83
42.65 31.89- -18.63 14.83- 14.88- 传递弯矩 11.77
15.95- 21.32 8.89-
第二次分配 1.19
0.95 2.04
4.94- 2.89-
2.30- 2.31-
最终弯矩
37.87
20.77 58.64-
71.87
30.41- 17.12- 24.34-
底层弯矩
10.39
8.56-
6.3.4 梁柱端剪力计算
框架为三级抗震等级，根据规范查的 梁剪力设计值：o jik ijk olk lk l M M V V /)(1.1+⨯-=
o jik ijk ork rk l M M V V /)(1.1+⨯-=
柱剪力设计值：n b c t c c H M M V /)(2.1+⨯=
表6.14 恒线载作用下梁端和柱端剪力计算表
6.3.5 梁柱端轴力计算
柱轴力按节点处平衡条件进行计算，如图6.11。

柱顶截面轴力：
()∑=+-=n
i
j j j j i
V V G N ,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：g i ——各层层柱自；
G i ——竖向荷载各层层由纵向框架传来
； V L 、V R ——梁剪力分别别为节点左侧、右
； 列表计算，结果见表6.15。

荷载
性质
层数
边跨梁（kN ） 中跨梁（kN ） 边柱（kN ） 中柱（kN ）
V （左） V （右） V （左） V （右） V （上） V （下） V （上） V （下）
恒 载
5
92.29 101.48- 19.88 19.88- 31.65 31.65 25.08 25.08
4 68.66 71.16- 14.32 14.32- 19.48 19.48 16.27 16.27 3 68.30 71.51- 14.32 14.32- 20.29 20.29 16.71 16.71
2 68.32 71.49- 14.32 14.32- 21.48 21.48 17.45 17.45 1
67.79 72.02- 14.32 14.32-
9.59
9.59 7.90
7.90
图6.11 柱剪力计算简图
表6.15 为A柱的轴力
层号剪力传递纵向集中荷载N顶N底
5 92.2959.98152.26179.08 4 68.6647.67295.40322.22 3 68.3047.67438.18465.00 2 68.3247.67580.99607.80 1 67.7947.67723.26756.95
表6.16 B柱的轴力
层号剪力传递纵向集中荷载N顶N底5 121.3768.24189.61216.43 4 85.4763.60365.50392.31 3 85.8363.60541.73568.55 2 85.8163.60717.95744.76 1 86.3463.60894.70928.38
恒荷载作用下框架内力图如下：
图6.12 恒载作用下M图(kN•m)
图6.13 恒载作用下的V图(单位：kN)
图6.14 恒载作用下N 图(kN)
6.4 框架结构在活荷载作用下内力计算
6.4.1 活荷载计算
（1）框架计算屋面层 1）AB q 计算
活荷载为0.50 kN/m 2 的板，可以把活荷载按均布荷载计算：
0.908kN/m =3](2.10/7.5)+2(2.10/7.5)×2-[1×2.10×0.50=)21(32p αα+-
所以: 1.82kN/m =2×0.908=q AB 2）BC q 计算
活荷载为0.50 kN/m 2的板，可以把活荷载按均布荷载计算：
0.469kN/m =5/8×1.50×0.50=8/5p
所以：0.94kN/m =2×0.469=BC q
3）A F 计算
F A 是由KL-A 传来的集中荷载，来自板传荷载q 1：
0.656kN/m =2.10×0.50×5/8=q 1
则 2.76kN =4.20×0.656=F A 4）F B 的计算
F B 是由KL-B 传来的集中荷载，来自板传荷载q 1：
0.656kN/m =2.10×0.50×5/8=q 1
0.593kN/m =](1.50/4.2)+(1.50/4.2)×2-[1×1.50×0.50=q 322
则 5.25kN =4.20×0.593)+(0.656=F B （2）框架计算楼面层 1）AB q 计算
活荷载为2.5 kN/m 2的板，可以把活荷载按均布荷载计算为：
4.542kN/m =](2.10/7.5)+(2.10/7.5)×2-[1×2.10×2.50=)21(3232p αα+-
因为左右两边板传递荷载，所以：9.08kN/m =2×4.542=q AB 2）BC q 计算
活荷载为3.5 kN/m 2的板，可以把活荷载按均布荷载计算为：
3.281kN/m =5/8×1.50×3.5=8/5p
所以： 6.56kN/m =23.251=q ⨯BC 3）A F 计算
F A 是由KL-A 传来的集中荷载，来自板传荷载q 1：
3.281kN/m =2.10×2.5×5/8=q 1
则13.78kN =4.203.281=F A ⨯ 4）F B 的计算
F B 是由KL-B 传来的集中荷载，来自板传荷载q 1：
3.281kN/m =2.10×2.50×5/8=q 1
则31.21kN =4.20×4.15)+(3.281=F B 又以上结果算得到的框架简图6.15：
6.4.2 柱子弯矩、梁弯矩计算
表6.17跨中及固端弯矩在活线载作用下计算表
线载性质楼层位置线载位置
线载大小
)
/
(m
KN
q
梁计算长度
l(m)
固端弯矩
)
(
12
1
2
m
kN
ql
M
⋅
=
跨中弯矩
)
(
8
1
2
m
kN
ql
M
⋅
=
活线载
屋面
边跨82
.150
.725
.877
.
12中跨94
.000
.370
.005
.1楼面
边跨08
.950
.758
.
4287
.
63中跨56
.600
.392
.438
.7
表6.17 框架弯矩内力在活载作用下二次分配表
上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁369
.0631
.0488
.0285
.0227
.0
8.52
-8.520.70
-
3.14 5.38 3.81
- 2.23
- 1.78
-
4.28 1.91
- 2.69 4.17
-
0.88
- 1.50
-0.720.420.34
6.54 6.54
-8.12 5.98
- 2.14
-
0.2010.2690.4610.3800.2220.2220.177
42.58
-42.58 4.92
-
8.5611.4719.6414.29
-8.35
-8.35
- 6.67
-
1.57 5.747.15
-9.82 1.11
- 4.17
-
0.03
-0.04
-0.07
- 1.72
- 1.00
- 1.00
-0.80
-
10.1017.1630.16
-36.3910.47
-13.53
-12.39
-
0.2690.2690.4610.3800.2220.2220.177
42.58
-42.58 4.92
-11.4711.4719.6414.29
-8.35
-8.35
- 6.67
-
5.74 5.74 7.15- 9.82 4.17- 4.17-
1.16- 1.16- 1.99- 0.56- 0.33-
0.33-
0.26-
16.04
16.04
32.08-
37.55 12.85- 12.85- 11.85-
0.269
0.269
0.461 0.380 0.222 0.222 0.177
42.58-
42.58
4.92- 11.47 11.47 19.64 14.29- 8.35- 8.35- 6.67-
5.74
6.07
7.15- 9.82
4.17- 4.17-
1.25- 1.25-
2.15-
0.48- 0.28-
0.28-
0.23-
15.95
16.29 32.24-
37.62 12.81- 13.00- 11.82-
0.285
0.227
0.488 0.398 0.232
0.185
0.185
42.58- 42.58
4.92- 12.14 9.66
20.78 14.97- 8.74- 6.96-
6.98-
5.74
7.49- 10.39
4.17-
0.50 0.40 0.85
2.47- 1.44- 1.15- 1.15-
18.37
10.06 28.43-
35.53 14.36- 8.11- 13.06-
5.03
4.05-
6.3.3 梁柱端剪力计算
表6.20 活线载作用下梁端和柱端剪力计算表
荷载
性质
层数
边跨梁剪力（kN ） 中跨梁剪力（kN ） 边柱剪力（kN ）
中柱剪力（kN ）
V （左） V （右） V （左） V （右） V （上） V （下） V （上） V （下） 活
载
5层 6.560 7.070- 1.410 1.410- 5.120 5.120 5.060 5.060 4层
33.070 35.060- 9.840 9.840- 10.220
10.22 8.120 8.120
3层 33.190 34.940- 9.840 9.840- 9.840 9.840 7.890 7.890 2层 33.200 34.930- 9.840 9.840- 10.420 10.420 8.240 8.240
1层
32.930 35.200- 9.840 9.840- 4.640 4.640 3.740 3.740
6.3.4梁柱端轴力计算
列表计算，结果见表6.20和表6.21。

表6.20轴力
层号A柱剪力传递A柱纵向集中荷载A柱N顶A柱N底
5 6.560 2.760 9.320 9.320
4 33.070 13.780 56.170 56.170
3 33.190 13.780 103.140 103.140
2 33.200 13.780 150.120 150.120
1 32.930 13.780 196.840 196.840
表6.21轴力
层号B柱剪力传递B柱纵向集中荷载B柱N顶B柱N底
5 8.470 5.250 13.720 13.720
4 44.910 31.20 89.830 89.830
3 44.780 31.20 165.830 165.830
2 44.770 31.20 241.810 241.810
1 45.040 31.20 318.070 318.070 活荷载作用下框架内力图如下：
图6.16活载作用下M图(kN•m)
图6.17活载作用下的V图(单位：kN)
图6.18 活载作用下N图(kN)
7 内力组合
7.1 框架梁的内力组合
计算结果见表7.1。

7.2 框架柱的内力组合
计算结果见表7.2。

表7.1框架梁内力组合表
楼层
梁位
置截面
位置
内力
种类
恒载活载最大值地震荷载
永久荷载
组合
抗震组合
可变荷载
组合
最大控制
内力调幅前①调幅后②调幅前③调幅后④左震⑦右震⑧
1.2*②+1.
4*④
1.2*(②+
0.5*④)+1
.3*⑦
1.2*(②+0
.5*④)+1.
3*⑧
1.35*②+1.
4*0.7*④
max
5 左边
跨梁
左支
座
M -62.08 -52.77 -6.54 -5.56 45.18 -45.18 -71.11 -7.92 -125.39 -76.80 -125.39
V 92.29 92.29 6.56 6.56 -10.66 10.66 119.93 100.83 128.54 131.15 131.15 跨中M 105.22 121.00 5.44 6.26 5.21 -5.21 153.96 155.73 142.18 169.61 169.61 右支
座
M -90.82 -77.19 -8.12 -6.90 -34.76 34.76 -102.29 -141.96 -51.59 -111.11 -141.96
V -101.48 -101.48 -7.07 -7.07 -10.66 10.66 -131.67 -139.88 -112.16 -144.07 -144.07
中跨
梁
左支
座
M -41.91 -35.62 -2.14 -1.82 16.21 -16.21 -45.29 -22.76 -64.91 -49.91 -64.91
V 19.88 19.88 1.41 1.41 -10.81 10.81 25.83 10.65 38.76 28.25 38.76 跨中M -26.99 -31.04 -1.09 -0.92 0.00 0.00 -38.54 -37.80 -37.80 -42.83 -42.83 右支
座
M -41.91 -35.62 -2.14 -1.82 -16.21 16.21 -45.29 -64.91 -22.76 -49.91 -64.91
V -19.88 -19.88 -1.41 -1.41 -10.81 10.81 -25.83 -38.76 -10.65 -28.25 -38.76 右边
跨梁
左支
座
M -90.82 -77.19 -8.12 -6.90 34.76 -34.76 -102.29 -51.59 -141.96 -111.11 -141.96
V 101.48 101.48 7.07 7.07 -10.66 10.66 131.67 112.16 139.88 144.07 144.07 跨中M 105.22 121.00 5.44 6.26 -5.21 5.21 153.96 142.18 155.73 169.61 169.61
43
右支座M -62.08 -52.77 -6.54 -5.56 -45.18 45.18 -71.11 -125.39 -7.92 -76.80 -125.39 V -92.29 -92.29 -6.56 -6.56 -10.66 10.66 -119.93 -128.54 -100.83 -131.15 -131.15
4 左边
跨梁
左支
座
M -71.01 -60.36 -30.16 -25.64 88.36 -88.36 -108.32 27.06 -202.68 -107.12 -202.68
V 68.66 68.66 33.07 33.07 -21.63 21.63 128.69 74.11 130.35 125.76 130.35 跨中M 56.16 64.59 30.60 35.19 7.24 -7.24 126.77 108.03 89.20 122.38 126.77 右支
座
M -78.82 -67.00 -36.39 -30.93 -73.88 73.88 -123.70 -194.99 -2.91 -121.37 -194.99
V -71.16 -71.16 -35.06 -35.06 -21.63 21.63 -134.47 -134.55 -78.30 -131.12 -134.55
中跨
梁
左支
座
M -20.55 -17.47 -12.39 -10.53 34.46 -34.46 -35.71 17.52 -72.09 -34.12 -72.09
V 14.32 14.32 9.84 9.84 -22.97 22.97 30.96 -6.78 52.95 29.17 52.95 跨中M -9.82 -8.34 -5.01 -4.26 0.00 0.00 -15.97 -12.57 -12.57 -15.52 -15.97 右支
座
M -20.55 -17.47 -12.39 -10.53 -34.46 34.46 -35.71 -72.09 17.52 -34.12 -72.09
V -14.32 -14.32 -9.84 -9.84 -22.97 22.97 -30.96 -52.95 6.78 -29.17 -52.95
右边
跨梁
左支
座
M -78.82 -67.00 -36.39 -30.93 73.88 -73.88 -123.70 -2.91 -194.99 -121.37 -194.99
V 71.16 71.16 35.06 35.06 -21.63 21.63 134.47 78.30 134.55 131.12 134.55 跨中M 56.16 64.59 30.60 35.19 -7.24 7.24 126.77 89.20 108.03 122.38 126.77 右支
座
M -71.01 -60.36 -30.16 -25.64 -88.36 88.36 -108.32 -202.68 27.06 -107.12 -202.68
V -68.66 -68.66 -33.07 -33.07 -21.63 21.63 -128.69 -130.35 -74.11 -125.76 -130.35
3 左边左支M -66.1
4 -56.22 -32.08 -27.27 113.91 -113.91 -105.64 64.26 -231.91 -103.16 -231.91
44。