框架剪力墙结构毕业设计

河北工业大学廊坊分校教师公寓设计（方案一）
作者王飞
指导教师李巧燕
摘要根据相关建筑设计规范要求，设计此六层住宅楼，结构形式为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。

本次设计主要包括建筑设计和结构设计两方面的内容，在建筑设计中，本着“安全，适用，经济，美观”的原则，进行了建筑平、立、剖面设计，并用天正CAD绘制了建筑平面图、立面图和剖面图。

在结构设计中，选取一榀框架进行手算，通过荷载统计、内力计算、内力效应组合及配筋计算得出此榀框架柱和梁的配筋，最后利用pkpm建模计算绘制整个建筑的结构施工图。

通过本次设计了解了建筑设计和结构设计流程，巩固了专业知识，达到了毕业设计的要求。

关键词：框架-剪力墙;现浇钢筋混凝土结构;梁柱配筋;pkpm计算
Abstract According to relevant architecture design specification requirements, design this six-story residential building, structure form for cast-in-situ reinforced concrete frame shear wall structure. This design includes architecture design and structure design of two contents, in architecture design, in "safety, applicable, economy, beautiful" principle, the construction plan, elevation, section design, and drawn tianzheng CAD floor-plans, elevation and section. In structural design, selection of investigated.one is on hand, through the internal force calculation, load statistics, the internal force effect combination and calculated the reinforcement of the column and beam investigated.one reinforcement, finally, using the PKPM modeling calculation draw the entire building structure construction drawings. Through this design understand architectural design and structure design process, consolidate the professional knowledge, reached the graduation design requirements.
KeyWords：frame-shear wall;cast-in-situ reinforced concrete structure; Beam-column reinforcement; PKPM calculation
目录
引言 (1)
1 建筑设计 (2)
1.1设计理念 (2)
1.2工程概况 (2)
1.3设计依据 (2)
1.4平面设计 (3)
1.5立面设计 (3)
1.6剖面设计 (3)
2 结构布置及截面尺寸初步估计 (7)
2.1结构布置 (7)
2.2柱截面设计 (7)
2.3梁截面设计 (8)
2.4剪力墙截面设计 (8)
3 结构计算简图及刚度参数计算 (8)
3.1结构计算简图 (8)
3.2梁线刚度IB (9)
3.3柱线刚度IC (9)
3.4框架柱抗推刚度 (10)
3.5剪力墙抗弯刚度计算 (11)
3.6铰结体系结构刚度特征值计算 (11)
4 竖向荷载及其内力计算 (12)
4.1计算单元的选择确定 (12)
4.2竖向恒载统计 (13)
4.3竖向活载统计 (15)
4.4恒载作用下的内力计算 (17)
4.5活载作用下的内力计算 (23)
5 横向水平地震作用下的内力计算 (29)
5.1重力代表值计算 (29)
5.2总地震作用计算 (31)
5.3地震作用下剪力墙内力计算 (34)
5.4地震作用下框架内力计算 (34)
6 荷载效应及内力组合 (37)
6.1梁柱内力调整 (37)
6.2荷载效应组合 (41)
7 截面设计 (46)
7.1框架梁配筋计算 (46)
7.2框架柱配筋计算 (49)
7.3楼板配筋计算 (52)
8 框剪结构设计（电算） (54)
8.1荷载统计 (54)
8.2配筋面积计算 (56)
8.3结构设计信息 (58)
8.4周期、地震力与振型 (67)
8.5结构位移 (68)
总结 (72)
致谢 (73)
参考文献 (74)
引言
我的毕业设计题目为河北工业大学廊坊分校教师公寓设计（方案一）。

在毕业设计前期，我温习了《钢筋混凝土结构设计原理》、《建筑结构抗震设计》等专业课，查阅了《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》等设计规范，到图书馆借阅了框架剪力墙设计相关的书籍。

在毕业设计中期，我利用所学的基本理论、专业知识和基本技能进行建筑、结构设计。

在毕业设计后期，在老师的审批和指正下，修改手算稿并进行pkpm建模计算绘制结构施工图。

毕业设计的几个月里，在指导老师和同学的帮助下，经过查阅资料、设计计算，加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，同时也巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。

在制作电子手稿时，进一步熟练了Word和Excel。

在绘图建筑图和结构图时熟练掌握了AutoCAD、天正、pkpm等绘图设计软件。

以上这些工作基本上达到了毕业设计的目的和要求。

在计算过程中选取了一榀框架进行手算，其他榀框架和剪力墙用pkpm软件进行计算。

在整个毕业设计过程中，得到了老师和同学指正帮助，在此表示衷心的感谢。

1 建筑设计
1.1 设计理念
“住”是与人类的生活息息相关的，而住宅楼是为人们生活提供最为良好环境的建筑。

随着时代的发展，生活的内容和形式都在不断发生变化。

住宅楼设计应该具有以下特点：（1）舒适性。

保持良好的通风，足够的光线，温湿度适合，层高较高没有压抑感。

（2）实用性，尽量使室内有足够的空间，满足对各种家具和电器的需求，同时符合当地居住习惯，使之更人性化。

（2）安全性。

建筑严格按照当地抗震设防标准设计，充分考虑地震作用的影响。

（4）经济性，在保证安全的前提下，应严格控制建设经费。

在整个设计过程中，我本着“安全，适用，经济，美观”的原则，在满足住宅设计功能要求的前提下，完成了建筑设计这一环节，合理的选择框架-剪力墙，并为以后的结构设计打下了良好的基础。

1.2 工程概况
本设计住宅楼位于廊坊市，占地463.32平方米。

该地段地势平坦，环境较好。

根据设计资料的规划要求，本住宅楼建筑共六层，无地下室，两个单元，一梯两户，户型三室。

室内外高差：750mm。

墙身做法：墙身采用240mm厚普通烧结砖，用M5混合砂浆砌筑。

内粉刷为混合砂浆浆底，纸筋抹灰面，厚20mm, 内墙涮两度涂料,外墙贴砖。

楼面做法：楼板顶面为20mm水泥砂浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆加“108”胶水着色粉面层；楼板底面为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。

屋面做法（上人屋面）：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层，1:2水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。

门窗做法：塑钢窗和木门。

1.3设计依据
(1) 河北工业大学廊坊分校教师公寓设计（方案一）的任务书
(2) 毕业设计开题报告
(3) 住宅设计规范、民用建筑设计通则、建筑设计防火规范、屋面工程技术规范及建筑地面设计规范等相关建筑设计规范
1.4 平面设计
平面设计如图1.1
该建筑物总长度为39.6m，总宽度为11.7m，共六层，总建筑面积为2779.32m2。

住宅楼平面设计主要是设计各个房间的开间进深，以及房间之间的组合关系。

同时设计时应注意居民的生活起居要求，考虑到当地居民的生活习惯，应为生活提供方便。

房间平面形状和尺寸主要是综合考虑家具布置、房间组合、技术经济条件和总体上节约用地等多方面因素来确定的，同时房间的开间和进深要符合建筑模数。

门窗的大小和位置，应考虑房间的出入方便，疏散安全，采光通风良好。

各主要房间的具体尺寸和面积一一列出，见表1.1：
表1.1 房间尺寸和面积
序号房间名称尺寸面积（m2）
1 卧室A 3300×4200 13.87
2 卧室B 2700×5100 14.04
3 卧室C 3300×5100 16.83
4 起居室3900×6600 25.82
5 餐厅2700×5100 13.77
7 厨房2700×2700 7.02
5 洗手间2700×2400 6.75
7 楼梯间2400×5100 12.24
1.5 立面设计
立面设计如图1.3
建筑立面设计需要考虑室外门窗洞口的位置、大小及排列方式，考虑外墙的外装饰效果及建筑整体效果，使之能够充分体现建筑的美，给人以美的感受。

1.6 剖面设计
立面设计如图1.2
本方案中每层层高均为3m。

窗台的高度都采用0.9m。

出于采光方面的考虑，窗户的高度设为1.5m。

本建筑设计底层室内相对标高±0.000，室外地面标高为-0.750m。

图1.1 建筑首层平面图
4
图1.2 建筑1-1剖面图
5
图1.3 建筑立面图
6
2 结构布置及截面尺寸初步估计
2.1结构布置
结构体系：采用钢筋混凝土现浇框架-剪力墙结构；
屋面结构：采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖，屋面板厚100mm ； 楼面结构：全部采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖，板厚100mm ； 楼梯结构：采用现浇钢筋混凝土板式楼梯。

混凝土强度等级均为：C30
剪力墙布置在楼梯间周围，标准层结构布置平面图如图2.1所示：
图2.1 结构平面布置图
2.2柱截面设计
选择首层负荷面积最大的柱子，按轴压比限值考虑。

该结构选用C30的混凝土
214.3/c f N mm =，选用二级钢筋HRB3352300/y f N mm =。

框
架结构抗震等级为二级，轴压比限值N μ=0.85，楼层总荷载标准值k q =12KN/m 2，楼层数n=6，弯矩影响调整系数α=1.1，恒载与活载的荷载分项系数的加权平均值_
γ=1.25。

柱的负荷面
积A=)1.52
1
6.621(3.3⨯+⨯⨯=19.305mm 2。

由公式
c
n k c f n
A q A μγα⨯⨯⨯⨯=
_
可得：c A =157000mm 2 b=h=c A =396mm.
考虑到个柱子的尺寸不宜相差过大以及柱子抗侧移刚度应有一定的保证，因此初选柱截面尺寸为： 450mm ×450mm 2.3梁截面设计
横向框架梁：取AC 跨，跨度： m
l b 600.6=,梁高取
m
l h b b 660.0~367.0)10/1~18/1(==,
初选
mm
h b 500=；梁宽度
)
2/1~4/1(b h b =,初选mm b 250=。

按简支梁满载时的max
)8.0~6.0(M 验算，
取
2
/12m KN q k =，
KNm
M M 8.2548/1)6.6129.325.1(8.08.02max =⨯⨯⨯⨯⨯==
选用HRB335，混凝土50C ≤，
550.0=b ξ，按单筋梁估算，
KNm M KNm bh f b b o c 8.2542.308)2/55.01(55.04652503.141)5.01(221=>=-⨯⨯⨯⨯⨯=-ξξα
于是初选梁截面为：250mm ×500mm 。

对纵向框架梁作与横向类似的计算，为了便于施工，纵向框架梁也取250mm ×500mm 。

2.4剪力墙截面设计
剪力墙截面面积w A 与楼面面积f A 之比按3%~4%考虑，且纵横连个方向剪力墙截面积应大致相同，即纵、横向各应有w A =（1.5%~2%）7.116.39⨯⨯=6.94~9.26,初选剪力墙厚200mm,粗算得w A =(6.6+5.1+5.1)⨯0.2⨯2=8.4 m 2,满足要求。

按图示布置的剪力墙也满足剪力墙壁率不小于5cm/ m 2的要求。

3结构计算简图及刚度参数计算
3.1 结构计算简图
框架剪力墙的计算简图可简化为铰结体系和刚结体系两种，在铰结体系中，框架和剪力墙之间通过楼板联系或虽有连梁但刚度很小，其对墙肢的约束很弱，在计算简图中总剪力墙和总框架之间可以简化为铰结连杆；在刚结体系中，框架和剪力墙之间通过连梁联系，
连梁对墙和柱都产生约束作用，但对柱的约束作用将反映在柱的D 值中，因而计算简图中，连梁与总剪力墙相连端处理为刚结，而与总框架相连端为铰结，根据以上所述及结构平面布置图，在横向水平力作用下，框架和剪力墙之间是通过楼板联系的，故简化为铰结体系。

计算简图如图3.1。

图3.1 结构计算简图
3.2梁线刚度IB
根据规范可知，对于现浇楼板其梁的线刚度应进行修正： 边框架梁 I =1.50I
中框架梁 I =20I
表3.1 框架梁线刚度
位置 跨 度
截面(m ⨯m)
)(12/143
m h b I b b o =
边跨 中跨
o b I I 5.1= )
m (/KN l EI i b b b =
o b I I 0.2= )m (/KN l EI i b b b =
AD 跨 6.6 m
0.25⨯ 0.50 31060.2-⨯ 31090.3-⨯ 41095.1⨯
31020.5-⨯
41036.2⨯ DE 跨 5.1 m
41030.2⨯ 41006.3⨯
注：C30混凝土E=/100.3m KN ⨯ 3.3柱线刚度IC
表3.2 框架柱线刚度
轴号 层号 截面 层高 )(12/143
m h b I b b o = )m (/KN l EI i b b c =
A 、D 、E
1 0.45×0.45 4.3 0.0034 41038.2⨯
2-6
0.45×0.45
3.0
0.0034
41042.3⨯
注：C30混凝土E=2
7
/100.3m KN ⨯
3.4框架柱抗推刚度
3.4.1 横向2-6层框架柱D 值计算（边框架）
表3.3 2-6层框架柱D 值（边框架）
2-6层轴1与轴17边框架：∑=++=4.378026.114452.169636.9393D KN/m 3.4.2 横向2-6层框架柱D 值计算（中框架）（见表3.4）
表3.4 2-6层框架柱D 值（中框架）
2-6层轴2、轴3、轴7、轴8、轴19、轴10、轴11、轴15、轴16中框架 各榀框架的抗侧刚度：∑=++=8.459644.140902.201552.11719D KN/m 3.4.3 横向底层框架柱D 值计算（边框架）（见表3.5）
表3.5 底层框架柱D 值（边框架）
2-6层轴1与轴17边框架：=++=1.238870.76476.92135.7026D KN/m 3.4.4 横向底层框架柱D 值计算（中框架）（见表3.6）
表3.6 底层框架柱D 值（中框架）
2-6层轴2、轴3、轴7、轴8、轴19、轴10、轴11、轴15、轴16边框架 各榀框架的抗侧刚度：∑=++=7.262135.84227.100665.7724D KN/m 3.4.5 横向楼层总抗侧刚度计算
2-6层：∑=⨯+⨯=48928898.4596424.37802D KN/m 1层：∑=⨯+⨯=28369897.2621321.23887D KN/m 4.4.6 楼层平均抗侧刚度
1.519538)3.428369836489288(3
.191
16
1
=⨯+⨯⨯=
=
∑=-
i i i h D H
D KN/m 3.4.7 总框架平均每层架抗推刚度 平均层高：22.36
3
.19==
-
h 总框架平均每层抗推刚度：167291322.31.519538=⨯=⨯=-
-
h D C f KN
3.5 剪力墙抗弯刚度计算
为了便于计算，略去纵向剪力墙的作用。

剪力墙厚度：200mm ，混凝土等级：C30 剪力墙等效抗弯刚度公式：)91/(2
H A I EI EI w w
w eq μ+
= 其中：μ——剪应力沿截面分布不均匀系数，矩形截面取1.2:；H ——剪力墙总高度；w A ——各墙肢截面面积之和；E ——混凝土的弹性模量；w I ——剪力墙截面惯性矩。

AD 跨单片剪力墙77310785.1610395.62.012/1⨯=⨯⨯⨯⨯=w EI 2m KN ⋅ AD 跨单片剪力墙等效抗弯刚度71015⨯=eq EI 2m KN ⋅
DE 跨单片剪力墙7731006.410333.42.012/1⨯=⨯⨯⨯⨯=w EI 2m KN ⋅ DE 跨单片剪力墙等效抗弯刚度71088.3⨯=eq EI 2m KN ⋅
总剪力墙的等效抗弯刚度：7771052.4541088.321015⨯=⨯⨯+⨯⨯=eq EI 2m KN ⋅ 3.6 铰结体系结构刚度特征值计算
17.11052.451672913
3.197
=⨯⨯
=⨯
=eq
w f I E C H λ
4 竖向荷载及其内力计算
4.1计算单元的选择确定
图4.1 楼板荷载传递简图
取9轴为计算框架
计算单元宽度为3.3m，8轴线至10轴线间，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影所示，如图4.1。

4.2竖向恒载统计
4.2.1 竖向恒载作用简图（如图4.2）：
图4.2 竖向恒载作用简图
4.2.2 屋面框架梁线荷载标准值
20厚水泥砂浆找平：0.02×20=0.4 kN/m2
100~140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩: 1/2（0.1+0.14）×7=0.84 kN/m2 100厚钢筋混凝土结构层: 0.1×25=2.5 kN/m2
15厚底板抹灰：0.15×16=0.24 kN/m2
屋面恒荷载
∑=98.3 kN/m 2
AD 跨与DE 跨梁自重+梁侧粉刷： 0.25×0.5×0.25+2×（0.5-0.1）×0.02×17=3.4 kN/m 2 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： 梁自重荷载：m KN g g DE AD /4.31616==
板传到梁上的荷载：m KN g g DE AD /13.133.398.32626=⨯== 4.2.3 楼面框架梁线荷载标准值
25厚水泥砂浆找平： 0.25×20=0.5 kN/m 2 100厚钢筋混凝土结构层: 0.1×25=2.5 kN/m 2 15厚底板抹灰： 0.15×16=0.24 kN/m 2 屋面恒荷载
∑=24.3 kN/m2
AD 跨与DE 跨梁自重+梁侧粉刷： 0.25×0.5×0.25+2×（0.5-0.1）×0.02×17=3.4 kN/m2 填充墙自重+墙面粉刷： 0.24×（3.0-0.5）×19+2×（3.0-0.5）×0.02×17=13.1kN/m2
因此，作用在标准层框架梁上的线荷载为：
梁自重+填充墙荷载： m KN g g DE AD /5.161.134.311=+== 板传到梁上的荷载： m KN g g DE AD /69.103.324.322=⨯== 4.2.4 屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重+粉刷： 0.25×0.5×3.3×25+2×（0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN 女儿墙自重+粉刷： 1×0.02×0.24×19+1×0.02×2×17×3.3=17.29 kN 连系传来屋面自重： 0.5×0.5×3.3×3.3×3.98=10.84 kN 顶层边节点集中荷载
34
.3966==E A G G kN
中柱连系梁自重+粉刷： 0.25×0.5×3.3×25+2×（0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN 连系传来屋面自重： 0.5×0.5×3.3×3.3×3.98×2=21.68 kN 顶层中节点集中荷载 89
.326=D G kN
4.2.5楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重+粉刷： 0.25×0.5×3.3×25+2×（0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN 钢窗自重： 1.5×1.8×0.45=1.22kN
窗下墙体自重+粉刷： 0.24×0.9×（3.3-0.45）×19+2×（3.3-0.45）×0.02×17×0.9=13.44
kN
窗边墙体自重+粉刷： 0.24×（1.5-0.45）×（3.0-0.5-0.9）×19+0.02×2×（1.5-0.45）×（3.0-0.5-0.9）×19=5.91 kN
框架柱自重+粉刷： 0.45×0.45×3.0×25+（0.45×4-0.24×3）×0.02×17×3.0=16.29 kN
连系传来楼面自重： 0.5×0.5×3.3×3.3×3.24=8.82 kN
标准层边节点集中荷载： 78.59==E A G G kN
边柱连系梁自重+粉刷： 0.25×0.5×3.3×25+2×（0.5-0.1）×0.02×17×3.3=11.21 kN 内纵墙自重+粉刷： 0.24×3.0×（3.3-0.45）×19+2×（3.3-0.45）×0.02×17×3.0=44.80 kN
框架柱自重+粉刷： 0.45×0.45×3.0×25+（0.45×4-0.24×3）×0.02×17×3.0=16.29 kN
连系传来楼面自重： 0.5×0.5×3.3×3.3×3.24=8.82 kN 标准层中节点集中荷载： 94.89=D G kN 4.3竖向活载统计
活荷载：屋面活荷载：2 kN/m 2，楼面活荷载：2 kN/m 2
4.3.1竖向活载作用简图见图4.3：
图4.3 竖向活载作用简图
4.3.2 作用在顶层框架梁上的线荷载为：
m KN p p DE AD /6.63.30.266=⨯==
4.3.3 作用在顶层节点上的集中荷载
KN P P E A 45.50.23.35.03.35.066=⨯⨯⨯⨯== KN P D 9.100.20.23.35.03.35.06=⨯⨯⨯⨯⨯=
4.3.4 作用在楼面框架梁上的线荷载为：
m KN p p DE AD /6.63.30.2=⨯==
4.3.5 作用在标准层节点上的集中荷载
KN P P E A 45.50.23.35.03.35.0=⨯⨯⨯⨯==
防灾科技学院毕业设计
KN P D 9.100.20.23.35.03.35.0=⨯⨯⨯⨯⨯=
4.4恒载作用下的内力计算
恒载作用下的内力计算采用分层法，将框架分成多个独立的单层无侧移框架，用力矩分配法进行计算，求得每层框架的弯矩后再进行叠加，从而得到框架各杆端的弯矩， 4.4.1 框架梁固端弯矩计算 1) 顶层：
AD 跨：25.06.6/65.11==α
m KN g g g AD AD AD /09.1513.13)25.025.021(4.3)21(32263121166=⨯+⨯-+=+-+=αα
AD 跨梁固端弯矩：m KN M AD ⋅=⨯⨯=78.546.609.1512/126 DE 跨：32.01.5/65.11==α
m KN g g g DE DE DE /27.1413.13)32.032.021(4.3)21(32263121166=⨯+⨯-+=+-+=αα
DE 跨梁固端弯矩： m KN M DE ⋅=⨯⨯=93.301.527.1412/126 2) 标准层及底层
AD 跨：25.06.6/65.11==α
m KN g g g AD AD AD /02.2669.10)25.025.021(5.16)21(32231211=⨯+⨯-+=+-+=αα
AD 跨梁固端弯矩：m KN M AD ⋅=⨯⨯=45.946.602.2612/12 DE 跨：32.01.5/65.11==α
m KN g g g DE DE DE /35.2569.10)32.032.021(5.16)21(32231211=⨯+⨯-+=+-+=αα
DE 跨梁固端弯矩： m KN M DE ⋅=⨯⨯=95.541.535.2512/12
4.4.2 利用力矩分配法计算无侧移框架弯矩（见表4.1）
表4.1 恒载作用下无侧移框架弯矩
18
4.4.3 弯矩叠加及不平衡弯矩分配（见表4.2）
表4.2 恒载作用下叠加后的弯矩
19
4.4.4 恒载作用下框架的弯矩图、剪力图及轴力图（分别见图4.4、图4.5、图4.6）
图4.4 恒载作用下框架弯矩图
图4.5 恒载作用下框架剪力图
图4.6 恒载作用下框架轴力图
4.5活载作用下的内力计算
当活载产生远小于恒载及水平力所产生的内力时，可不考虑活载的最不利布置，可把活载同时作用于所有的框架梁上，这样求得的内力与按最不利荷载位置法求的的内力较为接近，可直接进行内力组合，但求得的梁的跨中弯矩却比最不利荷载位置法计算结果要小，因此对跨中弯矩应乘以1..1~1.2系数予以增大。

本工程活载内力计算采用满布荷载计算，梁跨中弯矩都乘以1.2增大系数。

4.5.1 框架梁固端弯矩计算
由于各层梯形荷载相等，故每层各跨的弯矩是相等的。

AD 跨：25.06.6/65.11==α
m KN p p AD AD /88.56.6)25.025.021()21(323121=⨯+⨯-=+-=αα
AD 跨梁固端弯矩：m KN M AD ⋅=⨯⨯=34.216.688.512/12 DE 跨：32.01.5/65.11==α
m KN p p DE DE /46.56.6)32.032.021()21(323121=⨯+⨯-=+-=αα
DE 跨梁固端弯矩： m KN M DE ⋅=⨯⨯=83.111.546.512/12
4.5.2 利用弯矩分配法计算无侧移框架的弯矩（见表4.3）
表4.3 活载作用下叠加后的弯矩
24
4.5.3 弯矩叠加及不平衡弯矩的分配（见表4.4）
25
防灾科技学院毕业设计
4.2.1 活载作用下的弯矩图、剪力图及轴力图（分别见图4.7、图4.8、图4.9）
图4.7 活载作用下框架弯矩图
图4.8 活载作用下框架剪力图
图4.9 活载作用下框架轴力图
5 横向水平地震作用下的内力计算
5.1重力代表值计算
简化计算方法：各层楼面取建筑总面积计算恒载，取楼板净面积计算活荷载；各根梁取梁截面高度减去板厚的尺寸计算梁自重；各根柱取层高减取板厚计算柱自重；各墙断根据门窗的大小采用有门窗的墙体按无洞口墙体重乘以相应的折减系数，外围护墙纵向乘以折减系数0.6，外围护墙横向、内隔墙纵向乘以折减系数0.85；最后按各楼面包括梁及上下各半层的墙柱恒载的100%，楼面活荷载的50%相加算得各楼层重力荷载代表。

计算过程如下：
1) 底层重力荷载代表值1G
外纵墙：单位面积重量：2/18.536.05.01824.0m KN =++⨯ 外纵墙总重：KN 46.89826.0)2/0.32/3.4(6.3918.5=⨯⨯+⨯⨯ 外横墙：KN 82.1272285.0)2/0.32/3.4(6.3918.5=⨯⨯+⨯⨯ 内填充墙：单位面积重量：2/04.521802.01824.0m KN =⨯⨯+⨯ 总重：KN 46.898285.0)2/0.32/3.4(7.1104.5=⨯⨯+⨯⨯ 楼板：KN 16.15016.397.1124.3=⨯⨯
剪力墙：KN 5.701)21.56.6()2/0.32/3.4(72.5=⨯+⨯+⨯
梁：单位长度梁自重：m KN /79.22)1.05.0(36.025)1.05.0(25.0=⨯-⨯+⨯-⨯ 梁总重：
[]KN 68.612)1245.06.39(2)45.0146.39(11)45.06.6(11)45.01.5(79.2=⨯-+⨯⨯-+⨯-+⨯-⨯
柱：各层柱净高去层高减去板厚，为了简化计算，柱单位高度的自重近似取1.1倍柱截面面积和材料单位体积自重的乘积，以考虑粉刷层自重。

单位长度重量：m KN /57.5251.145.045.0=⨯⨯⨯ 柱总重：KN 56.772)121313()2/0.32/3.4(57.5=++⨯+⨯ 活载：KN 64.9266.397.110.2=⨯⨯ 综上所述：
KN G 03.786964.9265.056.77268.6125.70116.150153.164682.127246.8981=⨯+++++++=
2) 标注层重力荷载代表值52~G G
外纵墙： KN 46.73826.00.36.3918.5=⨯⨯⨯⨯
外横墙：KN 15.1046285.00.36.3918.5=⨯⨯⨯⨯ 内填充墙：
KN 3.1353985.00.37.1104.5=⨯⨯⨯⨯
楼板：KN 16.15016.397.1124.3=⨯⨯
剪力墙：KN 58.5762)21.56.6(0.372.5=⨯⨯+⨯⨯
梁： []KN 68.612)1245.06.39(2)45.0146.39(11)45.06.6(11)45.01.5(79.2=⨯-+⨯⨯-+⨯-+⨯-⨯ 柱：各层柱净高去层高减去板厚，为了简化计算，柱单位高度的自重近似取1.1倍柱截面面积和材料单位体积自重的乘积，以考虑粉刷层自重。

单位长度重量：m KN /57.5251.145.045.0=⨯⨯⨯ 柱总重：KN 98.634)121313(0.357.5=++⨯⨯ 活载：KN 64.9266.397.110.2=⨯⨯ 综上所述：
KN G G 63.692664.9265.098.63468.61258.57616.15013.135315.104646.738~52=⨯+++++++=
3) 顶层重力荷载代表值6G
外纵墙： KN 3.236926.0.516.3918.5=⨯⨯⨯⨯ 外横墙：KN 8.0523285.0.516.3918.5=⨯⨯⨯⨯ 内填充墙：
KN 6.6676985.0.517.1104.5=⨯⨯⨯⨯
女儿墙：KN 7.4531.012.711.6398.15=⨯⨯+⨯）（ 屋面板：KN 1.018446.397.1198.3=⨯⨯
剪力墙：KN 9.22882)21.56.6(.5172.5=⨯⨯+⨯⨯
梁： []KN 68.612)1245.06.39(2)45.0146.39(11)45.06.6(11)45.01.5(79.2=⨯-+⨯⨯-+⨯-+⨯-⨯ 柱：各层柱净高去层高减去板厚，为了简化计算，柱单位高度的自重近似取1.1倍柱截面面积和材料单位体积自重的乘积，以考虑粉刷层自重。

单位长度重量：m KN /57.5251.145.045.0=⨯⨯⨯ 柱总重：KN 9.4317)121313(.5157.5=++⨯⨯ 活载：KN 64.9266.397.110.2=⨯⨯ 综上所述：
KN G 3.2562664.9265.08.66129.43179.22881.018446.66768.05233.23696=⨯+++++++=
4) 各层重力荷载代表值（如图5.1）：
图5.1 各层重力荷载代表值
5.2总地震作用计算 5.2.1
采用底部剪力法近似计算地震作用，为此要先确定结构的自振周期。

根据经验公式得：自振周期s T 36.0606.01=⨯=
该工程所在地区抗震设防烈度为8度, Ⅲ类场地类别，设计地震分组第一组，通过查地震规范得知结构特征周期s T g 35.0=，水平地震影响系数最大值16.0max =α，建筑结构阻尼比取0.05。

因为115T T T g <<；所以地震影响系数公式为：max 21
1)(
αηαγT T g =
其中γ为曲线下降的衰减指数，取0.9；2η为阻尼调整系数，取1.0. 则地震影响系数156.016.00.1)36
.035.0(
9
.01=⨯⨯=α
结构等效重力荷载代表值KN G G i i eq 51.3502185.06
1
=⨯=∑=
总的地震作用：KN G F eq EK 36.546351.35021156.01=⨯==α 5.2.2 各层质点水平作用计算（见表5.1）
因为49.035.04.14.136.01=⨯=<=g T T ，所以不考虑定点附加水平地震作用的影响。

楼层质点i 水平地震作用下的公式：EK j j
j
i
i i F H
G H G F ∑==
6
1
将楼层处集中力按基底弯矩折算成倒三角形荷载：
203/13/22/1qH H qH M =⨯=
m KN H M q /98.6003.19/1062.743/32320=⨯⨯==
KN qH V 48.57993.1998.6002/12/10=⨯⨯==
5.2.3 地震作用下结构协同计算及水平位移验算
1) 由于不考虑连梁约束刚度b C 影响时，计算结构内力、位移所用的λ值与计算地震力时相同，
取17.1=λ
倒三角形荷载作用下结构内力计算公式：
202020/)1(/112212/12213/V V V V ch ch sh sh sh V V sh ch ch sh sh M M w F w w --=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-
=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⎪⎭⎫
⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=ξλξλλλλλξλλλλλλξλξλλλλξλλλλλ 倒三角形荷载作用下结构内力计算（见表5.2）：
倒三角形荷载作用下的计算公式：
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎭⎫ ⎝
⎛-+=
612112111120
/)(3222
ξλλξξλλλλξλλλλλξsh ch ch sh sh f y H 其中：)(ξy 为第i 层的水平位移；H f 为剪力墙单独承受倒三角形荷载作用时顶部位移，
w H EI qH f 120/114=。

验算：层间最大相对位移800/11337/13000/244.2<==⎥⎦⎤
⎢⎣⎡∆i i h y 满足要求。

5.3地震作用下剪力墙内力计算
每片剪力墙的内力按照各片剪力墙的等效抗弯刚度进行分配，其计算公式为：
wj i eqi
eqi
wij M EI
EI M ⨯=
∑=6
1
wj i eqi
eqi
wij V EI
EI V ⨯=
∑=6
1
其中：wij M ——第i 片剪力墙j 楼层处的弯矩
wij V ——第i 片剪力墙j 楼层处的剪力
本工程每层横向含有两片AD 跨剪力墙，四片DE 跨剪力墙，每层共六片剪力墙。

地震作用下的剪力和弯矩在单片剪力墙上的分配（见表5.5）：
5.4地震作用下框架内力计算
5.4.1 框架地震剪力F V 在各框架柱间分配（取⑨轴一榀横向框架）
框架剪力调整：由《高层建筑混凝土结构技术规程》可知当02.0V V F <时，取
{}0max 2.0;5.1m in V V V V V F F F ===；当02.0V V F >时，不必调整。

m KN V /1012.048.57992.02.030⨯=⨯=
1-6层各层剪力均大于02.0V ，因此不需要调整。

第i 层第m 柱所分配剪力：i im
im
im V D D V ∑=
框架柱反弯点位置确定（见表5.6）：
5.4.2 横向水平地震作用下框架柱剪力及梁柱端弯矩计算框架柱A计算（见表5.7）：
框架柱D计算（见表5.7）：
框架柱E计算（见表5.9）：
6.4.3横向水平地震作用下框架梁剪力及框架柱轴力计算（见表5.10）
5.4.4 水平地震作用下的弯矩图（如图5.2）
图5.2 地震作用下框架弯矩图
6荷载效应及内力组合
6.1 梁柱内力调整
为了获得梁柱杆端截面的弯矩和剪力，需要将以上计算的节点内力标准值换算为支座边缘的内力标准值。

换算公式：
21b V M M A A A ⋅
-= 21
qb V V A A -
=
柱支座边缘处的弯矩与梁支座边缘弯矩的换算公式相同，由于柱的弯矩图均为直线图形，故柱支座边缘的剪力值仍为节点处的剪力值。

另外内力组合前，对竖向荷载作用下的梁支座边缘处的弯矩需要乘以弯矩调幅系数0.85。

1) 恒载作用下经调幅并算至支座边缘截面的弯矩图（如图6.1）
图6.1 恒载作用下调幅并算至边截面弯矩图
2) 恒载作用下并算至支座边缘截面的剪力图（如图6.2）
图6.2 恒载作用下调幅并算至边截面剪力图3)活载作用下经调幅并算至支座边缘截面的弯矩图（如图6.3）
图6.3 活载作用下调幅并算至边截面弯矩图4)活载作用下并算至支座边缘截面的剪力图（如图6.4）
图6.4 活载作用下调幅并算至边截面剪力图
，
6.2荷载效应组合
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》得知: 对本结构采用EHK GE S S S 3.12.1+=荷载效应组
合。

其中：GE S 为重力荷载代表值产生的效应，QK GK GE S S S 5.0+=;
EHK S 为水平地震作用产生的效应，需考虑正反两个方向的荷载效应。

1) 考虑地震作用框架梁AD 内力组合（见表6.1）
表6.1 考虑地震作用框架梁AD内力组合表
2)考虑地震作用框架梁DE内力合表（见表6.2）
表6.2 考虑地震作用框架梁DE内力组合表
3)考虑地震作用框架柱A内力组合表（见表6.3）
表6.3 考虑地震作用框架柱A内力组合表
4)考虑地震作用框架柱D内力组合表（见表6.4）
表6.4 考虑地震作用框架柱D内力组合表
5) 考虑地震作用框架柱E 内力组合表（见表6.5）
表6.5 考虑地震作用框架柱E 内力组合表
7截面设计
截面设计应该按照 抗震等级的要求进行，本结构框架的抗震等级为二级，剪力墙的抗震等级为一级。

本次手算仅计算⑨轴框架五层AD 梁和框架柱A 。

其他梁柱配筋计算用PKPM 计算。

7.1 框架梁配筋计算
对五层AD 跨梁进行手算，过程如下：
混凝土强度等级C30 ，2/3.14mm N f c =，纵筋为HRB335，2'/300mm N f f y y ==，箍筋HPB235、 ，2/210mm N f yv =。