1、1框架结构设计计算书1.截面尺寸估算图 1 结构平面布置图横梁 AB 轴的截面尺寸为：h=L/12=6000/12=500mm，取 500mmb=h/3=500/3=167mm，取 250mm横梁 BD 轴的截面尺寸为：h=L/12=8000/12=666mm，取 700mmb=h/3=700/3=233mm，取 300mm纵梁 1-2 轴的截面尺寸为：h=L/12=8100/12=675mm，取 700mmb=h/3=700/3=233mm，取 300mm次梁的截面尺寸为：h=L/18=8100/12=450mm，取 500mmb=h/3=500/3=167mm，取 250mm现浇板厚为：h
2、=L/50=6000/50=120mm柱子的截面尺寸：按层高确定： 底层层高H =3900 mmb =(1/10-1/15)H =390-260 mm按轴压比确定：可根据式 估算。各层的平均荷载设计值近似取14 kN/m2，柱的负载面积为（4+3 ）cfNA28.1m2。由公式可得第一层柱截面面积为：AcN/fc1.414（4+3）8.1 3103/14.3=233144mm2所以b=h482mm，第一、二层柱截面取b=h=500mm第三层柱截面面积为：AcN/fc1.414（4+3）8.1 103/14.3= 77714mm所以b=h278mm，取b=h=400mm柱子的高度：首层柱高3.9
3、m，二、三层柱高3.6m2.框架结构计算简图2.1 框架的线刚度计算取楼层中间的一榀框架进行计算。框架的计算单元如图 2，绘出框架计算简图。图 2 框架计算简图框架梁、柱的混凝土强度等级为 C30，计算梁的截面惯性矩：表 1 横梁线刚度 ib 计算表Ec b h I0 L EcI0/L EcI 0/L梁编号 层次（N/ mm2） (mm) (mm) (mm4) (mm) (N.mm) (N.mm)AB 13 3.00E+04 250 500 2604166667 6000 13020833333 2.60E+10中框架 BD 13 3.00E+04 300 700 8575000000 800
4、0 3.22E+10 6.43E+10AB 13 3.00E+04 250 500 2604166667 6000 1.30E+10 1.95E+10边框架 BD 13 3.00E+04 300 700 8575000000 8000 32156250000 48234375000注： 为梁刚度调整系数表 2 柱线刚度 ic 计算表层次 hc Ec bh Ic EcIc/ hc3(mm) （N/mm 2） (mm2) (mm4) (N.mm)1 3900 3.0104 500500 5.21109 4.0110102 3600 3.0104 500500 5.21109 4.3410103 3
5、600 3.0104 400400 2.13109 1.781010表 3 梁柱相对线刚度 i 计算（底层柱 ic=1.0）iab 0.65 iab 0.048ibd 1.60 ibd 1.20i2 1.08 i2 1.083中框架i3 0.44边框架i3 0.443. 荷载计算3.1 荷载标准值计算3.1.1 屋面恒载（上人）20 厚水泥砂浆找平层 2m/40kN.2.0150 厚水泥蛭石保温层 2m/75kN.01.5120 厚钢筋混凝土板 2/31.520 厚石灰砂浆 k4027合计 2m/.9N屋面均布恒荷载为： 6)6()41.8(3.1.2 楼面恒载：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）
6、2/0.5k120 厚钢筋混凝土板 31220 厚水泥砂浆 2m/4N合计 9楼面均布恒荷载为： k7.5.)6()41.8(3.1.3 屋面活载：屋面为上人屋面，查建筑结构荷载规范得均布荷载标准值为 2.0kN/m2，所以屋面均布荷载标准值为： k20.97.)26()41.8(3.1.4 楼面活载：查建筑结构荷载规范楼面均布活载中：办公室、阅览室、会议活动室为 2.0kN/m2，餐厅为 2.5kN/m2，走廊、门庭、楼梯为 2.5kN/m2，为便于计算，居室中的隔墙，隔断统一不计，楼面均布荷载统一偏大取为 2.5kN/m2。所以楼面均布荷载标准值为：4kN0.1345.2)6()41.8(
7、3.1.5 雪荷载标准值基本雪压为 0.4kN/m2雪荷载标准值 0rkS查建筑结构荷载规范得： 2kr N/m.0S 1.故雪荷载标准值为：3.2 梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算4.8.)26()41.8(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。具体计算过程从略，计算结果见表 3 所示：表 4 梁、柱恒荷载标准值构件 b(m) h(m) (kN.m-3) (kN.m-1) g(kN.m-1) L(m) n Gi(kN)梁 12 0.3 0.7 25 0.340 5.59 8.1 12 543.35梁 BD 0.3 0.7 25 0.34 5.59 8 5 223.6
8、0梁 AB 0.25 0.5 25 0.255 3.38 6 5 101.40次梁 0.25 0.5 25 0.255 3.38 8.1 4 109.512G 977.861 层柱 0.5 0.5 25 0.34 6.59 3.9 15 385.52 2 层柱 0.5 0.5 25 0.34 6.59 3.6 15 355.86 3 层柱 0.4 0.4 25 0.272 4.27 3.6 15 230.69 注：1)表中 为 10mm 厚水泥砂浆抹灰的线密度；g 表示单位长度构件重力荷载；n 为构件数量2）梁长度取计算长度；柱高取层高。内外墙都采用空心砌块，外墙厚 250mm，内墙厚 200
9、mm，墙体抹灰近似按加厚墙体考虑其重量。单位面积墙体自重：外墙： 0.296=1.74kN/m2内墙： 0.246=1.44kN/m2女儿墙：（8.14+6+8）2 1.440.8=106.91kN23 层墙体：外墙：(8.14+6+8) 23.6-8222-21.22 1.74=461.59kN内墙：(8.124+6 32)3.6-4212.1 1.44=498.36kN首层墙体：外墙：(8.14+14) 23.9-7222-32-21.22 1.74=513.51kN内墙：(8.124+6 32)3.9-4212.1 1.44=541.90kN53.3 荷载分层总汇由建筑抗震规范第 5.1
10、.3 条可知，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和：顶层重力荷载代表值包括，屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括，楼面恒载，50%楼面活载，纵横梁自重，楼面上、下各半层的柱子及纵横墙体自重。将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下。第三层：G3=106.91+（461.59+498.36）0.5+181.440.5+230.690.5+2036.66 +977.86=3809.01kN（屋面恒载占 53.46%）第二层：G2=1791.72+461.59+498.36+11340.5+ （23
11、0.69+355.86）0.5+ 977.86=4591.53 kN（楼面恒载占 39.02%，楼面活载占 12.35%）第一层：G1=1791.72+（461.59+498.36）0.5+（513.51+541.9）0.5 +11340.5+（355.86+385.52 ） 0.5 +977.86=4716.69kN（楼面恒载占 37.99%，楼面活载占 12.02%）建筑物总重力代表值 G=G1+G2+G3=13117.23kN3603901G47.kN25189图 3 重力荷载代表值4. 水平地震力作用下框架的侧移计算框架梁、柱的混凝土取 C30 等级，混凝土的弹性模量为 Ec=3107
12、kN/m2。4.1 梁、柱线刚度计算详见章节 1.2.1，此处不再赘述。64.2 横向框架柱的侧移刚度 D 值横向框架柱的侧移刚度 D 值的计算见下表 5表 7：表 5 底层横向框架柱的侧移刚度 D 值编号 cbii25.021chi根数1-A / 5-A 0.48 0.39 12548.20 2边框架边柱1-D / 5-D 1.20 0.53 16810.32 2边框架中柱 1-B / 5-B 1.69 0.59 18764.64 22-A / 3-A / 4-A 0.65 0.43 13717.00 3中框架边柱2-D / 3-D / 4-D 1.60 0.58 18457.58 3中框架
13、中柱 2-B / 3-B / 4-B 2.25 0.64 20466.46 3D 254169.52 15表 6 二层横向框架柱的侧移刚度 D 值编号 cbi2i2chi12根数1-A / 5-A 0.45 0.18 7381.42 2边框架边柱1-D / 5-D 1.11 0.35 14354.50 2边框架中柱 1-B / 5-B 1.56 0.43 17618.73 22-A / 3-A / 4-A 0.60 0.23 9274.09 3中框架边柱2-D / 3-D / 4-D 1.48 0.42 17103.02 3中框架中柱 2-B / 3-B / 4-B 2.08 0.51 204
14、96.37 3 D 219329.79 15表 7 三层横向框架柱的侧移刚度 D 值编号 cbi2i2chi12根数1-A / 5-A 1.09 0.35 5836.28 2边框架边柱1-D / 5-D 2.71 0.57 9475.85 2边框架中柱 1-B / 5-B 3.81 0.65 10796.27 22-A / 3-A / 4-A 1.46 0.42 6959.23 3中框架边柱2-D / 3-D / 4-D 3.61 0.64 10600.40 3中框架中柱 2-B / 3-B / 4-B 5.08 0.71 11812.52 3 D 140333.30 15将上述不同情况下同层
15、框架侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度 Di。由上表可见，D1/ D2=254170/219330 =1.160.7，故该框架为横向规则框架。按顶点位移法计算框架的自振周期 T017.式中： 0 基本周期调整系数。框架结构取 0 =0.75。 7T 框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，T是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由T求出T1，再用T 1求得框架结构的底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。表 8 横向框架顶点位移计算层次 Gi（kN ） Gi（kN） Di（N/mm）层间相对位移Gi / Di（mm ）层间位移（m）
16、三 3809.00 3809.00 140333.30 0.027 0.11二 4591.52 8400.53 219329.79 0.038 0.089一 4716.68 13117.22 254169.52 0.051 0.051将T=0.117m 代入 ，得出 T1=0.407s017.T4.3 横向地震作用计算本方案结构高度小于 40m，质量和刚度沿高度分布较均匀，可用底部剪力法计算水平地震作用。因为是多质点结构，所以 eqG0.85.(3807.459.80471.5)4.38i kN设防烈度按 8 度考虑，场地土 类对应的特征周期值为 Tg=0.45s，水平地震影响系数最大值，结构
17、阻尼比为 0.05，61.maxT 1 Tg 2max0.61.453978.2EKeqFG因为 1.4Tg=1.40.45=0.63T1=0.407，所以不用考虑顶部附加水平地震作用。各质点的水平地震作用： 1 1()783.26i ii nEKn nj jj jHGHFFG 表 9 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次 Hi（m） Gi（kN ） GiHi（kN ） jiHGFi（ kN） Vi （kN ）三 11.1 3809.00 42280.00 0.44 793.01 793.01二 7.5 4591.52 34436.46 0.36 645.90 1438.91一 3.
18、9 4716.68 18395.08 0.19 345.02 1783.948各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布如下图 4： V321F321图 4a 纵向水平地震作用分布 图 4b 层间剪力分布4.4 横向框架抗震变形计算水平地震作用下的位移验算-水平地震作用下框架结构的层间位移 i 和顶点位移 i 按下式计算：，s1j/)(ijiiDVkn1k）（ 各层的层间弹性位移角 ，计算结果如表 8。ieh/表 10 横向水平地震作用下的位移验算层 次层间剪力Vi(kN）层间刚度Di （N/mm）层间相对位移iVi /Di（mm）层间位移i（mm）hi （mm） ieh三 793.01
19、 140333.30 0.0056 0.019 3.6 637.06二 1438.91 219329.79 0.0065 0.013 3.6 548.73一 1783.94 254169.52 0.0070 0.0070 3.9 555.65由表可见，最大层间弹性位移角发生在第二层，其值 1/549，等于 1/550,满足要求,其中/h=1/550 是由弹性层间位移角限值查得。4.5 横向框架水平地震作用下内力计算以 3 轴线框架内力计算，其余框架计算从略。框架柱端剪力及弯矩按下式计算：；is1jjijijVD；yhMijijbijuij）（ 9梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下式计算：；)M(i
20、uijbj,1irlbl ；)(iuijbj,irlbr；LV21b；knikrbli )(N经查标准反弯点修正值表知： 文中所有柱子均无需修正。计算结果见表 9。表 11a 梁柱内力计算表 -柱剪力与反弯点柱 层次 Hi（m ） Vi （kN） Di（ N/mm） Di（ N/mm） Di /Di 剪力 Vij（ kN） 反弯点 y0三 3.6 793.01 6959.23 140333.30 0.049 39.32 0.42二 3.6 1438.91 9274.09 219329.79 0.042 60.84 0.45A轴柱 一 3.9 1783.94 13717.00 254169.52
21、 0.053 96.27 0.7三 3.6 793.01 11812.52 140333.30 0.084 66.75 0.5二 3.6 1438.91 20496.37 219329.79 0.093 134.46 0.5B轴柱 一 3.9 1783.94 20466.46 254169.52 0.080 143.64 0.59三 3.6 793.01 10600.40 140333.30 0.075 59.90 0.45二 3.6 1438.91 17103.02 219329.79 0.077 112.20 0.47D轴柱 一 3.9 1783.94 18457.58 254169.52
22、 0.072 129.54 0.62表 11b 梁柱内力计算表-柱弯矩A 轴柱 B 轴柱 D 轴柱层数 Vij（kN）bijM(kNm)uij(kNm)Vij（ kN）bijM(kNm)uij(kNm)Vij（ kN）bijM(kNm)uij(kNm)一层 96.27 262.83 112.64 143.64 330.53 229.69 129.54 313.24 191.99二层 60.84 98.56 120.46 134.46 242.04 242.04 112.20 189.85 214.08三层 39.32 59.46 82.11 66.75 120.15 120.15 59.90
23、97.04 118.60表 11c 梁柱内力计算表-梁剪力与弯矩AB 轴梁 BD 轴梁层数 VL（kN）MA(kNm)MB(kNm)VL（kN）MB(kNm)MD(kNm)一层 57.86 211.20 135.96 89.70 335.77 381.84二层 47.38 179.93 104.39 71.11 257.80 311.12三层 19.45 82.11 34.63 25.51 85.52 118.6010表 11d 梁柱内力计算表-柱轴力层数 D 轴柱 NL（kN） B 轴柱 NL（kN） A 轴柱 NL（ kN）一层 186.33 -67.68 -124.70二层 96.63
24、-29.78 -66.84三层 25.51 -6.05 -19.455. 横向框架内力计算图 5a 框架弯矩图 图 5b 梁端剪力及柱轴力图 19.457385.6-1247-418.60104.393596381.4285.224957.0410207525.1789.63163-6.05298-6788.682.1041226.8463 4935.1 计算单元取 3 轴线横向框架进行计算，计算单元宽度为 8.1m，如图 9 所示。由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架的楼面荷载如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点
25、上。由于纵向框架的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。5.1.2 荷载计算5.1.2.1 恒荷载计算11图 6 横向框架计算单元2P P11P6060CBA MM q 21q 12 P3 D203q 图 7 各层梁上作用的恒荷载示意图顶层：q 1，q 3 为梁的自重， q1= q3=5.989 kN.m-1，q 2 为房间板传给横梁的三角形荷载，q2=4.496=26.94kN.m-1P1、P 2 分别为由边纵梁直接传给柱与中间次梁传 C-D 主梁的恒载。它包括梁自重、楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下： 11115.978480.3.47(2.)123.6KN222
26、P37()98504集中力矩为柱子与梁偏心引起的附加弯矩 1.6MPe8.m2一二层，q 1 包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载。其它荷载计算方法同第三层：q1= 1.443.6+5.989=11.71 kN.m-1 q2=3.956=23.7kN.m-1 q3=5.989 kN.m-1121P5.978.14.361.85(32.1)56.KN25()3.79.KN集中力矩为柱子与梁偏心引起的附加弯矩 10.63MPe512.48m5.1.2.2 活荷载计算活载作用图与恒载相同，见上图。顶层： q1= q3=0，q 2 为屋面板传给横梁的三角形荷载，q 2=26=12kN.m-1P1、P 2 分别为由边纵梁直接传给柱与中间次梁传 C-D 主梁的活载，计算如下：6(.).6KN2P6(3.1)8.46.KN集中力矩为柱子与梁偏心引起的附加弯矩 03Me.5921 2 层， q1= q3=0，q 2 为楼面板传给横梁的三角形荷载， q2=2.56=15kN.m-1P.5(.1)38.252P.53(1)8.集中力矩为柱子与梁偏心引起的附加弯矩 10.63e8574KN2在雪荷载作用下：q 1= q3=0，q 2 =0.26=1.2kN.m-1P.(.)306KN2P.(.1)08.616Me.42
