建筑常用结构计算.docx
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建筑常用结构计算
2常用结构计算
2-1荷载与结构静力计算表
2-1-1荷载
1．结构上的荷载
结构上的荷载分为下列三类：
（1）永久荷载如结构自重、土压力、预应力等。
（2）可变荷载如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪活载等。
（3）偶然荷载如爆炸力、撞击力等。
建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值。
对永久荷载应采用标准值作为代表值。
对可变荷载应根据设计要求，采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。
对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
2．荷载组合
建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。
对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合。
γ0S≤R（2-1）
式中γ0——结构重要性系数；
S——荷载效应组合的设计值；
R——结构构件抗力的设计值。
对于基本组合，荷载效应组合的设计值S应从下列组合值中取最不利值确定：
（1）由可变荷载效应控制的组合
（2-2）
式中γG——永久荷载的分项系数；
γQi——第i个可变荷载的分项系数，其中YQ1为可变荷载Q1的分项系数；
SGK——按永久荷载标准值GK计算的荷载效应值；
SQiK——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1K为诸可变荷载效应中起控制作用者；
ψci——可变荷载Qi的组合值系数；
n——参与组合的可变荷载数。
（2）由永久荷载效应控制的组合
（2-3）
（3）基本组合的荷载分项系数
1）永久荷载的分项系数
当其效应对结构不利时：
对由可变荷载效应控制的组合，应取；
对由永久荷载效应控制的组合，应取；
当其效应对结构有利时：
一般情况下应取；
对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取。
2）可变荷载的分项系数
一般情况下应取；
对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构活荷载应取。
对于偶然组合，荷载效应组合的设计值宜按下列规定确定：
偶然荷载的代表值不乘分项系数；与偶然荷载同时出现的其他荷载可根据观测资料和工程经验采用适当的代表值。
3．民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数（见表2-1）
民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数表2-1
项
次
类别
标准值
（kN/m2）
组合值系数
ψc
频遇值系数
ψf
准永久值系数
ψq
1
（1）住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园
（2）教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室
2
食堂、餐厅、一般资料档案室
3
（1）礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台
（2）公共洗衣房
4
（1）商店、展览厅、车站、港口、机场大厅及其旅客等候室
（2）无固定座位的看台
5
（1）健身房、演出舞台
（2）舞厅
6
（1）书库、档案库、贮藏室
（2）密集柜书库
7
通风机房、电梯机房
8
汽车通道及停车库：
（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）
客车
消防车
（2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6m×6m）
客车
消防车
9
厨房
（1）一般的
（2）餐厅的
10
浴室、厕所、盟洗室：
（1）第1项中的民用建筑
（2）其他民用建筑
11
走廊、门厅、楼梯：
（1）宿舍、旅馆、医院病房托儿所、幼儿园、住宅
（2）办公楼、教室、餐厅、医院门诊部
（3）消防疏散楼梯，其他民用建筑
12
阳台：
（1）一般情况
（2）当人群有可能密集时
注：
1．本表所给各项活荷载适用于一般使用条件，当使用荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采用。
2．第6项书库活荷载当书架高度大于2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于m2确定。
3．第8项中的客车活荷载只适用于停放载人少于9人的客车；消防车活荷载是适用于满载总重为300kN的大型车辆；当不符合本表的要求时，应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则，换算为等效均布荷载。
4．第11项楼梯活荷载，对预制楼梯踏步平板，尚应按集中荷载验算。
5．本表各项荷载不包括隔墙自重和二次装修荷载。
对固定隔墙的自重应按恒荷载考虑，当隔墙位置可灵活自由布置时，非固定隔墙的自重应取每延米长墙重（kN/m）的1/3作为楼面活荷载的附加值（kN/m2）计入，附加值不小于m2。
设计楼面梁、墙、柱及基础时，表2-1中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。
（1）设计楼面梁时的折减系数
1）第1
（1）项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取；
2）第1
（2）~7项当楼面梁从属面积超过50m2时应取；
3）第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取；对单向板楼盖的主梁应取；对双向板楼盖的梁应取；
4）第9~12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。
（2）设计墙、柱和基础时的折减系数
1）第1
（1）项应按表2-2规定采用；
2）第1
（2）~7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；
3）第8项对单向板楼盖应取；对双向板楼盖和无梁楼盖应取；
4）第9~12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。
注：
楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。
活荷载按楼层的折减系数表2-2
墙、柱、基础计算截面以上的层数
1
2~3
4~5
6~8
9~20
＞20
计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数
（）
注：
当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。
楼面结构上的局部荷载可换算为等效均布活荷载。
4．屋面活荷载
水平投影面上的屋面均布活荷载，按表2-3采用。
屋面均布活荷载，不应与雪荷载同时组合。
屋面均布活荷载表2-3
项次
类别
标准值
（kN/m2）
组合值系数
ψb
频遇值系数
ψf
准永久值系数
ψq
1
不上人的屋面
0
2
上人的屋面
3
屋顶花园
注：
1．不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定，将标准值作m2的增减。
2．上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。
3．对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。
4．屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。
5．施工和检修荷载及栏杆水平荷载
（1）设计屋面板、檀条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时，施工或检修集中荷载（人和小工具的自重）应取，并应在最不利位置处进行验算。
注：
①对于轻型构件或较宽构件，当施工荷载超过上述荷载时，应按实际情况验算，或采用加垫板、支撑等临时设施承受。
②当计算挑檐、雨篷承载力时，应沿板宽每隔取一个集中荷载；在验算挑檐、雨篷倾覆时，应沿板宽每隔~取一个集中荷载。
（2）楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆顶部水平荷载，应按下列规定采用：
1）住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，应取m；
2）学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育馆，应取m。
当采用荷载准永久组合时，可不考虑施工和检修荷载及栏杆水平荷载。
6．动力系数
建筑结构设计的动力计算，在有充分依据时，可将重物或设备的自重乘以动力系数后按静力计算进行。
搬运和装卸重物以及车辆起动和刹车的动力系数，可采用~，其动力作用只考虑传至楼板和梁。
直升飞机在屋面上的荷载，也应乘以动力系数，对具有液压轮胎起落架的直升飞机可取；其动力荷载只传至楼板和梁。
7．雪荷载
屋面水平投影面上的雪荷载标准值，按下式计算：
sk＝μrs0（2-4）
式中sk——雪荷载标准值（kN/m2）；
μr——屋面积雪分布系数（表2-4）；
s0——基本雪压（kN/m2）。
基本雪压可按全国基本雪压图（图2-1）近似确定。
图2-1全国基本雪压分布图（单位：
kN/m2）
屋面积雪分布系数表2-4
注：
1．第2项单跨双坡屋面仅当20°≤α≤30°时，可采用不均匀分布情况。
2．第4、5项只适用于坡度α≤25°的一般工业厂房屋面。
3．第7项双跨双坡或拱形屋面，当α≤25°或f/L≤时，只采用均匀分布情况。
4．多跨层面的积雪分布系数，可参照第7项的规定采用。
设计建筑结构及屋面的承重构件时，可按下列规定采用积雪的分布情况：
（1）屋面板和檀条按积雪不均匀分布的最不利情况采用；
（2）屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布的情况和半跨的均匀分布的情况采用；
（3）框架和柱可按积雪全跨的均匀分布情况采用。
8．风荷载
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，按下述公式计算：
（1）当计算主要承重结构时
ωk＝βzμsμzω0（2-5）
式中ωk——风荷载标准值（kN/m2）；
βz——高度z处的风振系数；
μs——风荷载体型系数；
μz——风压高度变化系数；
ω0——基本风压（kN/m2）。
（2）当计算围护结构时
ωk＝βgzμsμzω0（2-6）
式中βgz——高度z处的阵风系数。
基本风压按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）给出的50年一遇的风压采用，但不得小于m2。
2-1-2结构静力计算表
1．构件常用截面的几何与力学特征表（表2-5）
常用截面几何与力学特征表表2-5
注：
1．I称为截面对主轴（形心轴）的截面惯性矩（mm4）。
基本计算公式如下：
2．W称为截面抵抗矩（mm3），它表示截面抵抗弯曲变形能力的大小，基本计算公式如下：
3．i称截面回转半径（mm），其基本计算公式如下：
4．上列各式中，A为截面面积（mm2），y为截面边缘到主轴（形心轴）的距离（mm），I为对主轴（形心轴）的惯性矩。
5．上列各项几何及力学特征，主要用于验算构件截面的承载力和刚度。
2．单跨梁的内力及变形表（表2-6~表2-10）
（1）简支梁的反力、剪力、弯矩、挠度表2-6
（2）悬臂梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-7
（3）一端简支另一端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-8
（4）两端固定梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-9
（5）外伸梁的反力、剪力、弯矩和挠度表2-10
3．等截面连续梁的内力及变形表
（1）等跨连续梁的弯矩、剪力及挠度系数表（表2-11~表2-14）
1）二跨等跨梁的内力和挠度系数表2-11
注：
1．在均布荷载作用下：
M＝表中系数×ql2；V＝表中系数×ql；
。
2．在集中荷载作用下：
M＝表中系数×Fl；V＝表中系数×F；
。
[例1]已知二跨等跨梁l＝5m，均布荷载q＝m，每跨各有一集中荷载F＝，求中间支座的最大弯矩和剪力。
[解]MB支＝（－××52）＋（－××5）
＝（－）＋（）＝－·m
VB左＝（－××5）＋（－×）
＝（－）＋（－）＝－
[例2]已知三跨等跨梁l＝6m，均布荷载q＝m，求边跨最大跨中弯矩。
[解]M1＝××62＝·m。
2）三跨等跨梁的内力和挠度系数表2-12
注：
1．在均布荷载作用下：
M＝表中系数×ql2；V＝表中系数×ql；
。
2．在集中荷载作用下：
M＝表中系数×Fl；V＝表中系数×F；
。
3）四跨等跨连续梁内力和挠度系数表2-13
注：
同三跨等跨连续梁。
4）五跨等跨连续梁内力和挠度系数表2-14
注：
同三跨等跨连续梁。
（2）不等跨连续梁的内力系数（表2-15、表2-16）
1）二不等跨梁的内力系数表2-15
注：
1．M＝表中系数×ql21；V＝表中系数×ql1；
2．（Mmax）、（Vmax）表示它为相应跨内的最大内力。
2）三不等跨梁内力系数表2-16
注：
1．M＝表中系数×ql21；V＝表中系数×ql1；
2．（Mmax）、（Vmax）为荷载在最不利布置时的最大内力。
4．双向板在均布荷载作用下的内力及变形系数表（表2-17~表2-22）
符号说明如下：
刚度
式中E——弹性模量；
h——板厚；
ν——泊松比；
ω、ωmax——分别为板中心点的挠度和最大挠度；
Mx——为平行于lx方向板中心点的弯矩；
My——为平行于ly方向板中心点的弯矩；
Mx0——固定边中点沿lx方向的弯矩；
My0——固定边中点沿ly方向的弯矩。
正负号的规定：
弯矩——使板的受荷面受压者为正；
挠度——变位方向与荷载方向相同者为正。
四边简支表2-17
三边简支，一边固定表2-18
两边简支，两边固定表2-19
一边简支，三边固定表2-20
四边固定表2-21
两边简支，两边固定表2-22
5．拱的内力计算表（表2-23）
各种荷载作用下双铰抛物线拱计算公式表2-23
注：
表中的K为轴向力变形影响的修正系数。
（1）无拉杆双铰拱
1）在竖向荷载作用下的轴向力变形修正系数
式中Ic——拱顶截面惯性矩；
Ac——拱顶截面面积；
A——拱上任意点截面面积。
当为矩形等宽度实腹式变截面拱时，公式I＝Ic/cosθ所代表的截面惯性矩变化规律相当于下列的截面面积变化公式：
此时，上式中的n可表达成如下形式：
下表中列出了矩形等宽度实腹式变截面拱的n值。
f/l
n
2）在水平荷载作用下的轴向力变形修正系数，近似取
K＝1
（2）带拉杆双铰拱
1）在竖向荷载作用下的轴向力变形修正系数
式中E——拱圈材料的弹性模量；
E1——拉杆材料的弹性模量；
A1——拉杆的截面积。
2）在水平荷载作用下的轴向力变形修正系数（略去拱圈轴向力变形影响）
式中f——为矢高；
l——为拱的跨度。
6．刚架内力计算表
内力的正负号规定如下：
V——向上者为正；
H——向内者为正；
M——刚架中虚线的一面受拉为正。
（1）“┌┐”形刚架内力计算（表2-24、表2-25）
“┌┐”形刚架内力计算表
（一）表2-34
“┌┐”形刚架内力计算表
（二）表2-35
（2）“
”形刚架的内力计算（表2-26）
“
”形刚架的内力计算表表2-26
2-2建筑地基基础计算
2-2-1地基基础计算用表
1．地基基础设计等级（表2-27）
地基基础设计等级表2-27
设计等级
建筑和地基类型
甲级
重要的工业与民用建筑物
30层以上的高层建筑
体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物
大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等）
对地基变形有特殊要求的建筑物
复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡）
对原有工程影响较大的新建建筑物
场地和地基条件复杂的一般建筑物
位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程
乙级
除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物
丙级
场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物
根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响程度，地基基础设计应符合下列规定：
（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。
（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。
（3）表2-28所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：
1）地基承载力特征值小于130kPa，且体型复杂的建筑；
2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；
3）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；
4）相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；
5）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。
（4）对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性。
（5）基坑工程应进行稳定性验算。
（6）当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮间题时，尚应进行抗浮验算。
可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围表2-28
地基主要受力层情况
地基承载力特征值
fak（kPa）
60≤fak
＜80
80≤fak
＜100
100≤fak
＜130
130≤fak
＜160
160≤fak
＜200
200≤fak
＜300
各土层坡度（％）
≤5
≤5
≤10
≤10
≤10
≤10
建筑
类型
砌体承重结构、框架结构（层数）
≤5
≤5
≤5
≤6
≤6
≤7
单层排架结构
（6m柱距）
单跨
吊车额定起重量（t）
5~10
10~15
15~20
20~30
30~50
50~100
厂房跨度（m）
≤12
≤18
≤24
≤30
≤30
≤30
多跨
吊车额定起重量（t）
3~5
5~10
10~15
15~20
20~30
30~75
厂房跨度（m）
≤12
≤18
≤24
≤30
≤30
≤30
烟囱
高度（m）
≤30
≤40
≤50
≤75
≤100
水塔
高度（m）
≤15
≤20
≤30
≤30
≤30
容积（m3）
≤50
50~100
100~200
200~300
300~500
500~1000
注：
1．地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b（b为基础底面宽度），独立基础下为，且厚度均不小于5m的范围（二层以下一般的民用建筑除外）；
2．地基主要受力层中如有承载力特征值小于130kPa的土层时，表中砌体承重结构的设计，应符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中第7章的有关要求；
3．表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数；
4．表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。
2．基础宽度和埋深的地基承载力修正系数（表2-29）
承载力修正系数表2-29
土的类别
ηb
ηd
淤泥和淤泥质土
0
人工填土
0
e或IL大于等于的粘性土
红粘土
含水比aw＞
0
含水比aw≤
大面积压实填土
压实系数大于，粘粒含量ρc≥10%的粉土最大干密度大于m3的级配砂石
0
粉土
粘粒含量ρc≥10％的粉土
0
粘粒含量ρc＜10％的粉土
e及IL均小于的粘性土
粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）
中砂、粗砂、砾砂和碎石土
注：
1．强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正；
2．地基承载力特征值按地基基础设计规范附录D深层平板载荷试验确定时ηd取0。
3．建筑物的地基变形允许值（表2-30）
建筑物的地基变形允许值表2-30
变形特征
地基土类别
中、低压缩性土
高压缩性土
砌体承重结构基础的局部倾斜
工业与民用建筑相邻柱基的沉降差
（1）框架结构
（2）砌体墙填充的边排柱
（3）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构
单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm）
（120）
200
桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）
纵向
横向
多层和高层建筑的整体倾斜Hg≤24
24＜Hg≤60
60＜Hg≤100
Hg＞100
体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（mm）
200
高耸结构基础的倾斜Hg≤20
20＜Hg≤50
50＜Hg≤100
100＜Hg≤150
150＜Hg≤200
200＜Hg≤250
高耸结构基础的沉降量（mm）Hg≤100
400
100＜Hg≤200
300
200＜Hg≤250
200
注：
1．本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；
2．有括号者仅适用于中压缩性土；
3．l为相邻柱基的中心距离（mm）；Hg为自室外地面起算的建筑物高度（m）；
4．倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；
5．局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。
4．压实填土的质量控制（表2-31）
压实填土的质量控制表2-31
结构类型
填土部位
压实系数λc
控制含水量（％）
砌体承重结构和框架结构
在地基主要受力层范围内
≥
wop±2
在地基主要受力层范围以下
≥
排架结构
在地基主要受力层范围内
≥
在地基主要受力层范围以下
≥
注：
1．压实系数λc为压实填土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值，wop为最优含水量；
2．地坪垫层以下及基础底面标高以上的压实填土，压实系数不应小于。
5．房屋沉降缝宽度（表2-32）和相邻建筑物基础间的净距（表2-33）
房屋沉降缝的宽度表2-32
房屋层数
沉降缝宽度（mm）
二~三
50~80
四~五
80~120
五层以上
不小于120
相邻建筑物基础间的净距（m）表2-33
被影响建筑的长高比
影响建筑的预估平均沉降量s（mm）
≤L/Hf＜
≤L/Hf＜
70~150
2~3
3~6
160~250
3~6
6~9
260~400
6~9
9~12
＞400
9~12
≥12
注：
1．表中L为建筑物长度或沉降缝分隔的单元长度（m）；Hf为自基础底面标高算起的建筑物高度（m）；
2．当被影响建筑的长高比为＜L/Hf＜时，其间净距可适当缩小。
6．无筋扩展基础台阶宽高比的允许值（表2-34）
无筋扩展基础台阶宽高比的允许值表2-34
基础材料
质量要求
台阶宽高比的允许值
pk≤100
100＜pk≤200
200＜pk≤300
混凝土基础
C15混凝土
1：
1：
1：
毛石混凝土基础
C15混凝土
1：
1：
1：
砖基础
砖不低于MU10、砂浆不低于M5
1：
1：
1：
毛石基础
砂浆不低于M5
1：
1：
-
灰土基础
体积比为3：
7或2：
8的灰土，其最小干密度：
粉土m3
粉质粘土m3
粘土m3
1：
1：
-
三合
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