一榀框架结构计算本科毕业设计(论文)Word文件下载.doc
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20厚水泥砂浆找平层
120厚钢筋混凝土板
15厚天棚抹灰
小计：
（2）2-5层楼面：
12厚1：
2水泥砂浆石子磨光（包括水泥砂浆结合层）
18厚1：
3水泥砂浆找平层（包括素水泥砂浆结合层）
共重：
120厚钢筋混凝土
15厚天棚抹灰
小计：
2、梁、柱、墙、门、窗重力荷载计算
梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，其计算过程详见表2.1。
表2.1梁、柱重力荷载标准值
构件
长跨横梁
0.25
0.48
25
1.05
3.150
5.970
5
94.03
264.34
短跨横梁
0.28
1.838
2.250
20.67
纵梁
0.38
2.494
4.000
15
149.64
1层柱
0.50
1.10
6.875
5.200
1
35.75
248.05
2～5层柱
4.200
4
115.5
0.40
4．4
22.88
4.4
73.92
表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对其重力荷载的增大系数；
n表示构件数量；
g表示单位长度构件的重力荷载；
梁的长度取净长；
柱长度取层高。
仅对第H～M轴交⑨轴线的横向框架进行计算，计算单元宽度为4.5m。
因板的自重已计入楼面（屋面）的恒荷载之中，故计算梁的自重时梁的截面高度应取梁的原高度减去板厚。
外墙体为240mm厚粉煤灰砖（），外墙面两侧均粉石灰砂浆（，厚）。
则外墙单位墙面的重力荷载为：
内墙体为240mm厚粉煤灰砖（），内墙面两侧均粉石灰砂浆（，厚）。
，则内墙单位墙面的重力荷载为：
木门单位面积重力荷载为铝合金窗单位面积荷载为
2.3.2恒载计算
取H～M轴交⑨轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为4.5m，如图2.2所示。
图2.2横向框架计算单元
图2.3双向板导荷示意图
直接传给该框架的楼面荷载如图中水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。
由于该层纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在该层框架节点上还有集中力矩的作用。
各梁上作用的恒载如图2.4所示。
图2.4各梁上作用的恒载计算图
该图中：
、分别代表横梁自重，为均布荷载形式,、分别代表各板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载；
、为等效均布荷载。
由图2.2中的几何关系可得：
1、对于屋面梁：
集中力矩：
2、对于第1-4层框架梁：
、分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载：
包括梁自重、楼板重、外墙等地重力荷载。
集中力矩：
表2.2横向框架恒载汇总表
层次
3.15
19.88
9.11
67.89
72.23
60.56
8.49
9.03
1-4
21.15
14.40
6.6
119.22
138.65
38.09
14.9
17.33
恒载图如下所示：
图2.5恒载图（P：
KN，Q：
KN/m）
2.3.3活载计算
1、屋面及楼面可变荷载标准值如下：
常德市屋面雪载标准值
不上人屋面均布活荷载标准值
楼面均布活荷载标准值
走廊、门厅、楼梯均布活荷载
厕所、盥洗室
2、活载计算
、分别代表各板传给横梁的梯形活荷载和三角形活荷载，、为等效均布荷载。
如图2.6所示。
活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下：
图2.6各梁上作用的活载计算图
由图2.2中的几何关系可得：
（1）对于屋面梁：
同理在屋面雪荷载的作用下：
（2）对于第1-4层框架梁：
将以上计算结果汇总，得到表2.3。
表2.3横向框架活载汇总表
5
1.84（1.84）
0.84
（0.84）
3.16（3.16）
8.81（8.81）
2.49（2.49）
0.395（0.395）
1.10（1.10）
1-4
9.2
4.22
15.82
28.24
12.42
1.98
3.53
活载图如下所示：
图2.7活载图（P：
2.3.4风荷载计算
垂直于建筑物表面上的风荷载应按下式计算：
基本风压
由于该教学楼位于城市中心，地面粗糙度为C类地区。
迎风面，背风面。
忽略梁的轴力，合并得。
由于建筑物总高度H不超过30m，所以。
查《荷载规范》得值：
一至三层，四至五层。
一至三层：
四至五层：
风荷载的线荷载标准值:
框架结构分析时，为简化计算，按静力等效原理将均布风荷载转化为节点集中荷载，如图所示。
其计算过程如下：
图2.8等效节点集中风荷载（单位：
KN）
2.3.5地震荷载
1、基本资料
该教学楼位于7度设防区，基本地震加速度为；
Ⅲ类场地第一组，设计特征周期；
多遇地震时，水平地震影响系数的最大值；
结构的基本周期。
2、底部剪力法的计算
根据本工程的特点，对于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法。
结构总水平地震作用：
相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值；
，因此。
结构等效总重力荷载，式中为集中于质点的重力荷载代表值。
计算地震作用时，建筑物的重力荷载代表值应取结构和构配件的自重荷载标准值和各可变荷载组合值之和，各可变荷载的组合值系数如下：
雪荷载：
0.5
屋面活荷载：
不计入
由表2.4各层柱重，可以算得各层自重标准值：
对于屋面：
对于第2-4层：
对于第1层：
由表2.5可算得各层活荷载标准值，屋面只算雪荷载：
由于各榀框架的线刚度相同，所以将以上计算结果汇总，得到各层重力荷载代表值，详见表2.4。
表2.4计算框架重力荷载代表值
恒载
活载
421.6
28.87
436.04
2-4
632.1
128.59
696.4
641.5
705.8
图2.9结构水平地震作用计算简图
上面已经给出的计算式：
下面计算各个质点的地震作用：
采用底部剪力法时，各个楼层可以仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值应按照下列公式确定：
（表2.5所示）
式中为顶部作用附加系数，多层钢筋混凝土房屋，，因此。
列表求解如下:
表2.5底部剪力法计算地震荷载下的剪力
一榀中
22
9592.88
0.23018
49.309
49.31
17.8
12395.92
0.29743
63.715
113.02
3
13.6
9471.04
0.22725
48.681
161.71
2
9.4
6546.16
0.15707
33.648
195.35
5.2
3670.16
0.08806
18.864
214.22
框架水平地震作用以及层间剪力如图2.10所示。
图2.10用底部剪力法计算的一榀框架水平地震作用和剪力图
2.4内力计算
2.4.1框架计算简图
框架在竖向荷载作用下，可忽略节点侧移，按刚性方案设计。
在水平荷载作用下，不能忽略节点侧移，按弹性方案设计。
相对线刚度计算如下：
柱线惯性矩：
底层柱线刚度：
其它层柱线刚度：
长跨梁的惯性矩：
短跨梁的惯性矩：
长跨梁的线刚度：
短跨梁的线刚度：
设，则，
，，
，，
得计算简图如图2.11所示：
图2.11框架计算简图
2.4.2恒载内力
1、梁弯矩计算：
利用力矩二次分配法计算恒载作用下框架的弯矩。
（1）计算杆固端弯矩：
顶层长跨框架梁：
顶层短跨框架梁：
底层及标准层长跨框架梁：
（2）节点分配系数计算
顶层分配系数计算如下：
节点M：
，
节点L：
节点H：
表2.6节点分配系数计算表
节点H各杆端分配系数
节点L各杆端分配系数
节点M各杆端分配系数
顶层
0.66
0.52
0.34
0.27
0.35
标准层
0.36
0.20
0.32
0.26
底层
0.51
0.30
0.22
0.21
（3）恒载作用下内力分析
恒荷载作用下内力计算采用力矩二次分配法，计算过程见图2.12，内力图如图2.13所示
图2.12恒荷载作用下内力计算分析
图2.13恒荷载作用下弯矩图
2、梁剪力和柱轴力计算
以各杆件为隔离体，利用杆端弯矩，建立力矩平衡方程，可求出各杆杆端剪力。
根据各杆杆端剪力作剪力图，如图2.14所示
图2.14框架左震弯矩图
取节点为隔离体，利用各杆对节点的剪力，建立投影平衡方程，可求出各杆对节点的轴力，从而求得各杆的轴力。
根据各杆杆端轴力作轴力图，如图2.15所示
图2.15恒荷载作用下轴力图
2.4.3活载内力
利用力矩二次分配法计算活载作用下框架的弯矩。
（1）计算杆固端弯矩：
（2）节点分配系数同表2.6。
（3）活载作用下内力分析
活荷载作用下内力计算采用力矩二次分配法，计算过程见图2.16，内力图如图2.17所示
图2.16活荷载作用下内力计算分析
图2.17活荷载作用下弯矩图
根据各杆杆端剪力作剪力图，如图2.18所示
图2.18活荷载作用下剪力图
根据各杆杆端轴力作轴力图，如图2.19所示
图2.19活荷载作用下轴力图
2.4.4风载内力
1、计算原则：
利用D值法计算水平荷载作用下框架的弯矩。
其中：
反映了梁柱线刚度比值对抗侧刚度的影响可按下表计算：
表2.7D值法
楼层
简图
K
α
一般层
根据各柱D值，将该层剪力分配至各个柱的反弯点处，其中反弯点处无弯矩，仅有剪力，由此便可利用求得的剪力与反弯点高度求出柱端弯矩；
然后利用节点平衡，按梁抗弯刚度求出各个梁端弯矩；
最后，利用求得的弯矩，可解出剪、轴力。
以下以底层梁柱为例，计算其弯矩：
2、各住的D值及剪力分配系数计算：
风荷载作用下各柱的D值及家里分配系数见表2.8。
表2.8各柱的D值及剪力分配系数表
层位及层高
柱
号
五层
（4.2m）
H
1.92
0.49
0.12
0.64
0.188
L
1.88
0.469
M
1.1
0.344
二至四层
一层
（5.2m）
2.37
0.09
2.34
0.65
0.438
1.37
0.55
0.18
0.375
3、各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩计算。
表2.9各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯矩
层
五
5.42
1.02
0.396
1.70
2.59
0.85
18.85
2.54
0.394
4.20
6.46
1.86
0.355
2.77
5.04
四
14.16
2.66
0.446
4.98
6.19
2.21
6.64
0.444
12.38
15.51
4.87
0.405
8.28
12.17
三
22.16
4.17
0.496
8.69
8.83
3.46
10.39
0.494
21.56
22.08
7.62
0.455
14.56
17.44
二
29.43
5.53
0.500
11.61
4.60
13.80
28.98
10.12
21.25
一
37.09
6.97
0.550
19.93
16.31
7.73
16.25
46.48
38.03
13.91
0.613
44.34
27.99
（4）、梁端弯矩的计算
梁端弯矩的计算根据节点平衡理论，按各节点上梁的线刚度大小进行分配。
第五层：
H节点：
已知，则；
L节点：
已知，则，
；
M节点：
则;
第四层：
已知，，
则；
则，
；
则；
第三层：
第二层：
第一层：
（5）剪力计算
利用杆件平衡求解杆端剪力。
列力矩平衡方程：
，即
同理：
由此，可将梁柱在风载作用下的杆端剪力计算出来.
（6）轴力计算
柱轴力＝上柱传来集中力＋该层梁端剪力
具体计算方法同恒载与活载作用下柱轴力的计算。
三项一起直接列表计算如下：
表3.0左风载作用下梁端弯距和剪力及柱轴力计算
短边梁
长边梁
柱轴力
H轴柱
L轴柱
M轴柱
2.68
2.7
1.95
3.78
1.34
-1.95
-3.29
-1.34
7.89
8.18
5.95
11.53
14.94
4.01
-7.9
-13.25
-5.35
13.81
14.31
10.41
20.15
25.72
6.95
-18.31
-30.43
-12.3
20.3
20.98
15.29
29.56
35.81
9.9
-33.6
-55.8
-22.2
27.92
27.82
20.64
39.19
49.24
13.40
-54.24
-89.84
-35.6
表中剪力为梁两端剪力的绝对值,柱轴力以拉力为正
（6）、风荷载作用下内力图
根据上述计算可得风荷载作用下的内力图，见图2.2。
图2.2风荷载作用下弯矩图
2.4.5水平地震作用内力
（1）、水平地震作用的计算方法同风荷载完全相同,直接列表求解如下:
表3.1左地震荷载作用下各柱的反弯点位置、剪力、柱端弯距计算
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