一榀框架结构荷载计算书毕业设计doc.docx
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一榀框架结构荷载计算书毕业设计doc
一榀框架结构荷载计算书毕业设计
一框架结构设计任务书
1.1工程概况：
本工程为济南某综合教学楼楼，主体三层，钢筋混凝土框架结构。
梁板柱均为现浇，建筑面积约为3000m2，宽35米，长为60米，建筑方案确定。
建筑分类为乙类公共类建筑，二类场地，抗震等级三级。
图1
1.2设计资料
1）气象条件：
基本风压0.45KN/m2
2）抗震设防：
设防烈度6度
3）屋面做法：
40厚C20钢砼
一层油毡隔离层
40厚挤塑聚苯板保温层
15厚高分子防水卷材
20厚1:
3水泥砂浆找平
1:
6水泥焦渣2%找坡层，最薄处30厚
120厚现浇钢筋混凝土板
4）楼面做法：
8~13厚铺地砖面层
100厚钢筋砼楼板
粉底
底层混凝土强度等级为C30，其余各层为C25，纵筋2级，箍筋1级。
1.3设计内容
1）确定梁柱截面尺寸及框架计算简图
2）荷载计算
3）框架纵横向侧移计算；
4）框架在水平及竖向力作用下的内力分析；
5）内力组合及截面设计；
6）节点验算。
二框架结构布置及结构计算简图确定
2.1梁柱截面的确定
柱：
b×h=500mm×500mm
梁（BC跨）=L/12=6300/12=525mm取h=600mm，b=300mm
梁（CE、EF跨）=L/12=5400/12=450mm取h=500mm，b=300mm
纵梁=L/12=8000/12=666.7mm取h=700mm，b=300mm
现浇板厚取h=100mm
2.2结构计算简图
基础顶面离室外地面为600mm，由此可知底层标高为6.2m。
结构计算简图如下：
边跨梁取I=1.5I0,中跨梁取I=2I0（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。
注：
图中数字为线刚度，单位：
×10-4Em3
图2
EF跨梁：
i=1.5（Ec×0.3×0.53）/（12×4.5）=10.4×10-4Ec
CE跨梁：
i=2（Ec×0.3×0.53）/（12×5.4）=11.6×10-4Ec
BC跨梁：
i=1.5（Ec×0.3×0.63）/（12×6.3）=12.9×10-4Ec
上层柱：
i=（Ec×0.5×0.53）/（12×3.6）=14.5×10-4Ec
底层柱：
i=（Ec×0.6×0.63）/（12×6.2）=17.4×10-4Ec
三荷载计算
3.1恒载标准值计算
1）屋面框架梁线荷载标准值
40厚C20钢砼0.04×25=1KN/M2
一层油毡隔离层0.05KN/M2
40厚挤塑聚苯板保温层0.04×0.5=0.02KN/M215厚高分子防水卷材0.04KN/M2
20厚1:
3水泥砂浆找平0.02×20=0.4KN/M2
1:
6水泥焦渣2%找坡层，最薄处30厚（0.03+0.165）/2×14=1.365KN/M2
120厚现浇钢筋混凝土板0.12×25=3KN/M2
屋面荷载合计：
5.875KN/M2
边跨（EF）框架梁自重0.3×0.5×25=3.75KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.5÷0.12）×0.02×17=0.2584KN/M
合计：
4.0084KN/M
边跨（BC）框架梁自重0.3×0.6×25=4.5KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.6÷0.12）×0.02×17=0.3264KN/M
合计：
4.8264KN/M
中跨（CE）框架梁自重0.3×0.5×25=3.75KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.5÷0.12）×0.02×17=0.2584KN/M
合计：
4.0084KN/M
因此作用在顶层框架梁上的线荷载为：
g6EF1=g6CF1=4.0084KN/M
g6BC1=4.8264KN/M
g6EF2=g6CF2=g6BC2=5.875×4.0=23.5KN/M
2）楼面框架梁线荷载标准值
8~13厚铺地砖面层0.6KN/M2
20厚1:
2水泥砂浆结合层0.02×20=0.4KN/M2
100厚钢筋砼楼板0.1×25=2.5KN/M2
15厚纸筋石灰抹底0.015×16=0.24KN/M2
楼面荷载合计：
3.74KN/M2
边跨（EF）框架梁自重0.3×0.5×25=3.75KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.5÷0.1）×0.02×17=0.272KN/M
合计：
4.022KN/M
边跨（BC）框架梁自重0.3×0.6×25=4.5KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.6÷0.1）×0.02×17=0.3264KN/M
合计：
4.84KN/M
中跨（CE）框架梁自重0.3×0.5×25=3.75KN/M
梁两侧粉刷：
2×（0.5÷0.1）×0.02×17=0.272KN/M
合计：
4.022KN/M
边跨填充墙自重：
0.24×（3.6-0.6）×14=10.08KN/M
墙面粉刷：
（3.6-0.6）×0.02×20=1.2KN/M
11.28KN/M
因此作用在中间层框架梁上的线荷载为：
gEF1=gCF1=4.022KN/M
gBC1=4.84+11.28=16.12KN/M
gEF2=gCF2=gBC2=3.74×4.0=14.96KN/M
3）屋面框架结点集中荷载标准值
F轴节点集中荷载
边柱连系梁自重：
0.3×0.7×8×25=42KN
边柱连系梁粉刷：
0.02×（0.7-0.12）×2×8.0×17=3.155KN
1.5M女儿墙自重：
1.5×8.0×0.12×14=20.16KN
女儿墙粉刷：
2×1.5×8.0×0.02×17=8.16KN
框架梁传来屋面自重：
0.5×4.0×0.5×4.0×5.875=23.5KN
次梁自重：
0.3×0.5×4.5×25=16.875KN
作用在次梁上的屋面自重：
0.5×（4.5+4.5-4）×2×5.875=29.375KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（16.875+29.375）=23.125KN
顶层F轴节点集中荷载：
G6F=120.1KN
E轴节点集中荷载
E轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
框架梁传来屋面自重：
0.5×4×0.5×4×2×5.875=47KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×16.875+（0.3×0.5×5.4×25）×0.5=18.56KN
顶层E轴节点集中荷载：
G6E=110.72KN
C轴节点集中荷载
C轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
框架梁传来屋面自重：
0.5×4×0.5×4×2×5.875=47KN
框架梁传来次梁自重：
（0.3×0.5×5.4×25+0.3×0.5×6.3×25）×0.5=21.94KN
顶层C轴节点集中荷载：
G6C=114.10KN
B轴节点集中荷载
B轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
1.5M女儿墙自重及粉刷：
28.32KN
框架梁传来屋面自重：
0.5×4.0×0.5×4.0×5.875=23.5KN
次梁自重：
0.3×0.5×6.3×25=23.625KN
作用在次梁上的屋面自重：
0.5×（6.3+6.3-4）×2×5.875=50.53KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（23.625+50.53）=37.08KN
顶层B轴节点集中荷载：
G6B=134.06KN
4）楼面框架节点集中荷载标准值
F轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
窗自重：
2×2.7×2.8×0.45=6.804KN
窗下墙体自重：
0.24×（8-0.5）×（3.6-2.8）×14=20.16KN
粉刷：
2×0.02×7.5×0.8×17=4.08KN
窗边墙体自重：
0.24×（8-0.5-2×2.7）×2.8×14=19.76KN
粉刷：
2×0.02×（8-0.5-2×2.7）×2.8×17=4.00KN
框架梁传来楼面自重：
0.5×4×0.5×4×3.74=14.96KN
次梁自重：
16.875KN
作用在次梁上的楼面自重：
0.5×（4.5+4.5-4）×2×3.74=18.7KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（16.875+18.7）=17.79KN
框架柱子自重：
0.5×0.5×3.6×25=22.5KN
粉刷：
[0.5×2+（0.5-0.24）×2]×0.02×3.6×17=1.86KN
2~6层F轴结点集中荷载：
GF=157.07KN
E轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
框架梁传来楼面板自重：
2×0.5×4×0.5×4×3.74=29.92KN
次梁自重：
0.3×0.5×5.4×25+0.3×0.5×4.5×25=37.125KN
作用在次梁上的楼面自重：
[0.5×（4.5+4.5-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×3.74=44.132KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（37.125+44.132）=40.63KN
框架柱自重及粉刷：
22.5+（0.5-0.24）×0.02×4×3.6×17=23.77KN
2~6层E轴结点集中荷载：
GE=139.48KN
C轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
内纵墙自重：
（8-0.5）×（3.6-0.7）×0.24×14=73.08KN
粉刷：
（8-0.5）×（3.6-0.7）×0.02×17×2=14.79KN
扣除门洞重：
2×1.0×2.1×（0.24×14+0.02×17×2）=16.968KN
门自重：
2×1.0×2.1×0.2=0.84KN
框架梁传来楼面自重：
2×0.5×4×0.5×4×3.74=29.92KN
次梁自重：
0.3×0.5×5.4×25+0.5×0.3×6.3×25=43.875KN
作用在次梁上的楼面自重：
[0.5×（6.3+6.3-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×3.74=57.596KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（43.875+57.596）=50.736KN
框架柱自重及粉刷：
22.5+（0.5-0.24）×0.02×4×3.6×17=23.77KN
2~6层C轴结点集中荷载：
GC=221.33KN
B轴框架梁自重及粉刷：
45.155KN
窗自重：
2×2.7×2.8×0.45=6.804KN
窗下墙体自重：
0.24×（8-0.5）×（3.6-2.8）×14=20.16KN
粉刷：
2×0.02×7.5×0.8×17=4.08KN
窗边墙体自重：
0.24×（8-0.5-2×2.7）×2.8×14=19.76KN
粉刷：
2×0.02×（8-0.5-2×2.7）×2.8×17=4.00KN
框架梁传来楼面自重：
0.5×4×0.5×4×3.74=14.96KN
次梁自重：
0.3×0.5×6.3×25=23.625KN
作用在次梁上的楼面自重：
0.5×（6.3+6.3-4）×2×3.74=34.164KN
框架梁传来次梁自重：
0.5×（16.875+34.164）=24.52KN
框架柱子自重：
0.5×0.5×3.6×25=22.5KN
粉刷：
[0.5×2+（0.5-0.24）×2]×0.02×3.6×17=1.86KN
2~6层B轴结点集中荷载：
GB=163.80KN
5）恒荷载作用下的结构计算简图
图3
3.2活载标准值计算
1）屋面框架梁线荷载标准值
p6EF=p6CE=p6BC=2.5×4.0=10KN/M
2）楼面框架梁线荷载标准值
pEF=pCE=pBC=2.0×4.0=8.0KN/M
3）屋面框架节点集中荷载标准值
F轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.5=10KN
由框架梁传来次梁荷载：
0.5×（4.5+4.5-4）×2×2.5=12.5KN
P6F=20+12.5=22.5KN
E轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.5×2=20KN
由框架梁传来次梁荷载：
[0.5×（4.5+4.5-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×
2.5=29.5KN
P6E=20+29.5=49.5KN
C轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.5×2=20KN
由框架梁传来次梁荷载：
[0.5×（6.3+6.3-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×
2.5=38.5KN
P6C=20+38.5=58.5KN
B轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.5=10KN
由框架梁传来次梁荷载：
0.5×（6.3+6.3-4）×2×2.5=21.5KN
P6B=10+21.5=31.5KN
4）楼面框架节点集中荷载标准值
F轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.0=8KN
由框架梁传来次梁荷载：
0.5×（4.5+4.5-4）×2×2.0=10KN
PF=8+10=18.0KN
E轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.0×2=16.0KN
由框架梁传来次梁荷载：
[0.5×（4.5+4.5-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×
2.0=23.6KN
PE=16+23.6=39.6KN
C轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.0×2=16KN
由框架梁传来次梁荷载：
[0.5×（6.3+6.3-4）×2+0.5×（5.4+5.4-4）×2]×
2.0=30.8KN
PC=16+30.8=46.8KN
B轴
由框架梁传来的屋面荷载：
0.5×4.0×0.5×4.0×2.0=8KN
由框架梁传来次梁荷载：
0.5×（6.3+6.3-4）×2×2.0=17.2KN
PB=8+17.2=25.2KN
5）活荷载作用下的结构计算简图
图4
3.3风荷载计算
风压标准值计算公式为wk=βzμsμzw0（4-1）
wk——风荷载标准值
w0——基本风压
μs——风荷载体型系数
μz——风荷载变化系数
βz——Z高度处的风振系数
w0=0.45，因结构高度H=24.2m〈30m，可取βz=1.0；对于矩形平面μS=1.3
μz可查《建筑结构荷载规范》知场地类别为C类。
将风荷载换算成作用于
框架每层节点上的集中荷载。
A为一榀框架各层节点的受风面积，计算过程
如表4-1，结算结果如图5。
表4-2横向风荷载计算
层次
βz
μs
z（m）
μz
w0（kN/m2）
A（m2）
Pw（kN）
6
1.0
1.3
23.6
0.888
0.45
26.4
13.71
5
1.0
1.3
20.0
0.84
0.45
28.8
14.15
4
1.0
1.3
16.4
0.81
0.45
28.8
13.65
3
1.0
1.3
12.8
0.74
0.45
28.8
12.47
2
1.0
1.3
9.2
0.74
0.45
28.8
12.47
1
1.0
1.3
5.6
0.74
0.45
36.8
15.93
图5
1）风荷载作用下位移计算
柱Kc值
表4-2柱Kc值计算
层数
截面
（m2）
混凝土
强度等级
惯性矩Ic
（m4）
（m3）
（KNm）
2~6
0.5×0.5
C25
5.21×10-3
1.45×10-3
40.6×103
1
0.6×0.6
C30
10.8×10-3
1.93×10-3
57.9×103
柱Kb值中框架梁I=2.0I0边框架梁I=1.5I0Kb=EIb/L4-2
EF跨梁：
Ib=1.5×0.3×0.53/12=4.7×10-3m4
BC跨梁：
Ib=1.5×0.3×0.63/12=8.1×10-3m4
CE跨梁：
Ib=2×0.3×0.53/12=6.25×10-3m4
EF跨梁（4.5m）：
Kb=31.3×103KMm
BC跨梁（6.3m）：
Kb=38.6×103KMm
CE跨梁（5.4m）：
Kb=34.7×103KMm
K值及
的值
一般层K=（i1+i2+i3+i4）/2ic4-3
=K/（2+K）4-4
D=12
×ic/h²4-5
首层K=（i1+i2）/ic4-6
=（0.5+K）/（2+K）4-7
D=12
×ic/h²4-8
2~6层
F轴柱：
K=（10.4+10.4）/2×14.5=0.72
=0.72/（2+0.72）=0.26
E轴柱：
K=（11.6+10.4+11.6+10.4）/2×14.5=1.52
=1.52/（2+1.52）=0.43
C轴柱：
K=（12.9+11.6+12.9+11.6）/2×14.5=1.69
=1.69/（2+1.69）=0.46
B轴柱：
K=（12.9+12.9）/2×14.5=0.89
=0.89/（2+0.89）=0.31
底层：
F轴柱：
K=10.4/17.4=0.60
=（0.5+0.60）/（2+0.60）=0.42
E轴柱：
K=（10.4+11.6）/17.4=1.26
=（0.5+1.26）/（2+1.26）=0.54
C轴柱：
K=（12.9+11.6）/17.4=1.41
=（0.5+1.41）/（2+1.41）=0.56
B轴柱：
K=12.9/17.4=0.74
=（0.5+0.74）/（2+0.74）=0.45
值见表4-3
=12
×ic/h²
表4-3框架柱D值计算
F轴
E轴
C轴
B轴
2~6层
3.49×103
5.77×103
6.18×103
4.16×103
19.6×103
底层
2.796×103
3.595×103
3.729×103
2.996×103
13.116×103
框架结构侧移计算△μ
6层：
△μ=13.71/19.6×103=0.699×10-3m
5层：
△μ=27.86/19.6×103=1.421×10-3m
4层：
△μ=41.51/19.6×103=2.117×10-3m
3层：
△μ=53.98/19.6×103=2.754×10-3m
2层：
△μ=66.45/19.6×103=3.390×10-3m
1层：
△μ=82.39/13.116×103=6.280×10-3m
∑△μ=16.661×10-3m
△μ/h=16.661×10-3m/23.6m=0.706×10-3m〈1/500
满足要求
四内力计算
4.1恒荷载作用下的内力计算
计算使用分层法，中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。
1）屋顶层
把梯形荷载化作等效均布荷载
EF跨：
1=0.5×4/4.5=0.444
g'6EF=g6EF1+[1-2（
1）²+（
1）³]×g6EF2=20.30KN/M
BC跨：
1=0.5×4/6.3=0.317
g'6BC=g6BC1+[1-2（
1）²+（
1）³]×g6BC2=24.35KN/M
CE跨：
1=0.5×4/5.4=0.370
g'6CE=g6CE1+[1-2（
1）²+（
1）³]×g6CE2=22.26KN/M
各杆的固端弯矩
M6FE=g'6EF×L²EF/12=34.26KN·M
M6BC=g'6BC×L²BC/12=80.54KN·M
M6CE=g'6CE×L²CF/12=54.09KN·M
弯矩分配法计算过程如图6：
图6
顶层弯矩计算结果如图7：
图7
2）2~6层：
把梯形荷载化作等效均布荷载
EF跨：
1=0.5×4/4.5=0.444
g'EF=gEF1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gEF2=14.39KN/M
BC跨：
1=0.5×4/6.3=0.317
g'BC=gBC1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gBC2=28.55KN/M
CE跨：
1=0.5×4/5.4=0.370
g'CE=gCE1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gCE2=15.64KN/M
各杆的固端弯矩：
MFE=g'EF×L²EF/12=24.28KN·M
MBC=g'BC×L²BC/12=94.43KN·M
MCE=g'CE×L²CF/12=38.01KN·M
弯矩分配法计算过程如图8：
图8
2~6层弯矩计算结果如图9：
图9
3）首层：
把梯形荷载化作等效均布荷载
EF跨：
1=0.5×4/4.5=0.444
g'EF=gEF1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gEF2=14.39KN/M
BC跨：
1=0.5×4/6.3=0.317
g'BC=gBC1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gBC2=28.55KN/M
CE跨：
1=0.5×4/5.4=0.370
g'CE=gCE1+[1-2（
1）²+（
1）³]×gCE2=15.64KN/M
各杆的固端弯矩：
MFE=g'EF×L²EF/12=24.28KN·M
MBC=g'BC×L²BC/12=94.43KN·M
MCE=g'CE×L²CF/12=38.01KN·M
弯矩分配法计算过程如图10：
图10
首层弯矩计算结果如图11：
图11
各层弯矩叠加并修正，其竖向荷载弯矩图如图12：
图12
剪力图：
图13
轴力图：
图14
4.2活荷载作用下的内力计算
1）荷载简化
EF跨：
1=0.5×4/4.5=0.444
P'6EF=[1-2（
1）²+（
1）³]×p6EF=6.93KN/M
P'EF=[1-2（
1）²+（
1）³]×pEF=5.55KN/M
BC跨：
1=0.5×4/6.3=0.317
P'6BC=[1-2（
1）²+（
1）³]×p6BC=8.31KN/M
P'BC=[1-2（
1）²+（
1）³]×pBC=6.65KN/M
CE跨：
1=0.5×4/5.4=0.370
P'6CE=[1-2（
1）²+（
1）³]×p6CE=7.77KN/M
P'CE=[1-2（
1）²+（
1）³]×pCE=6.21KN/M
2）各杆的固端弯矩：
M6EF=P'6EF×L²EF/12=11.69KN·M
MEF=P'EF×L²EF/12=9.37KN·M
M6BC=P'6BC×L²BC/12=27.49KN·M
MBC=P'BC×L²BC/12=21.99KN·M
M6CE=P'6CE×L²CE/12=18.88KN·M
MCE=P'CE×L²CE/12=15.09KN·M
3）顶层弯矩计算
弯矩分配法计算过程：
弯矩计算结果：
4）2
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