《教學(xué)樓設(shè)計(jì)中的荷載計(jì)算(橫向框架)案例》4800字

教學(xué)樓設(shè)計(jì)中的荷載計(jì)算(橫向框架)案例綜述1.1恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算表3-1屋面做法表做法厚度(mm)容重(kN/荷載單位20厚1：3水泥砂漿找平層20200.4kN/25厚1：2.5水泥砂漿保護(hù)層25250.63kN/高分子卷材（一層）//0.05kN/隔離層：（SBS改性瀝青柔性卷）//0.40kN/120厚鋼筋混凝土屋面板120251.00kN/20厚天棚石灰砂漿抹灰20170.34kN/合計(jì)//4.82kN/表3-2樓面做法表做法厚度容重荷載單位1:3水泥砂漿找平層20200.40kN/現(xiàn)澆鋼筋混凝土板120251.00kN/天棚石灰砂漿抹灰20170.34kN/素水泥漿一道//0.19kN/水磨石地面15280.42kN/合計(jì)//4.35kN/1.2活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算表3-3活荷載標(biāo)準(zhǔn)值表荷載種類大小單位走廊2.50kN/屋面荷載2.00kN/樓面荷載2.00kN/查荷載規(guī)范，雪荷載取值為：S當(dāng)雪荷載和活荷載同時(shí)存在時(shí)，選擇數(shù)值最大者進(jìn)行計(jì)算。1.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重計(jì)算1.1.1框架1-2層自重計(jì)算表3-4框架1-2層自重計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工做法計(jì)算自重邊柱內(nèi)墻涂料0.5+0.5?0.25外墻面墻和涂料0.5×3.6×0.45=0.81????鋼筋混凝土柱0.5×0.5×3.6×25=22.5????小計(jì)24.32????中柱內(nèi)墻涂料0.5×2+0.5?0.2鋼筋混凝土柱0.5×0.5×3.6×25=22.5????小計(jì)24.11????外墻（250mm）內(nèi)墻涂料（4.05?0.6）×0.28=0.97kN/m外墻面墻和涂料（4.05?0.6）×0.45=1.55kN/m砌體4.05?0.6小計(jì)14.6kN/m內(nèi)墻（200mm）內(nèi)墻涂料2×（4.05?0.7）×0.28=1.88kN/m砌體4.05?0.7小計(jì)13.61kN/m橫向梁邊跨（7500mm）鋼筋混凝土柱（0.7?0.125）×0.3×25=4.31kN/m石灰砂漿頂棚（0.7?0.125）×0.2×0.24=0.03kN/m小計(jì)4.34kN/m橫向梁中跨（3000mm）鋼筋混凝土梁（0.4?0.125）×0.3×25=2.06kN/m石灰砂漿頂棚（0.4?0.125）×0.2×0.24=0.01kN/m小計(jì)2.07kN/m縱向框架邊梁內(nèi)墻涂料（0.6?0.125）×0.28=0.13kN/m外墻面磚0.6×0.62=0.37kN/m鋼筋混凝土梁（0.6?0.125）×0.3×25=3.56kN/m小計(jì)4.06kN/m縱向框架中梁內(nèi)墻涂料（0.6?0.125）×2×0.28=0.26kN/m鋼筋混凝土梁（0.6?0.125）×0.3×25=3.56kN/m小計(jì)3.82kN/m板120厚鋼筋混凝土屋面板3.00kN/20厚天棚石灰砂漿抹灰0.34kN/20厚水泥砂漿和30厚大理石地面1.20kN/小計(jì)4.54kN/1.1.2框架頂層自重計(jì)算表3-5框架頂層自重計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工做法計(jì)算自重板高分子卷材2.50kN/SBS瀝青柔性卷0.40kN/120厚鋼筋混凝土屋面板3.00kN/20厚天棚石灰砂漿抹灰0.34kN/小計(jì)5.79kN/女兒墻砌體0.8×0.25×14=2.8kN/m內(nèi)墻粉刷0.8×0.02×20=0.32kN/m外墻面磚0.8×0.62=0.50kN/m小計(jì)3.62kN/m1.1.3門墻自重表3-6門墻自重室內(nèi)木門0.3kN/室外鐵門0.4kN/鋁合金門窗0.4kN/1.4恒荷載計(jì)算在豎向荷載計(jì)算時(shí)，對(duì)于樓蓋板為單向板的形式，荷載按對(duì)向傳遞形式計(jì)算，對(duì)于樓蓋板為雙向板的形式，荷載按從角點(diǎn)出引出45度直線作為傳遞荷載的分界線計(jì)算，此荷載傳遞形式圖如圖所示。圖3-1荷載傳遞形式1.4.1頂層梁柱上恒荷載計(jì)算（1）邊跨梁上荷載計(jì)算邊跨梁上荷載=自重+板重，因?yàn)殡p向板的自重按雙向板塑形法分界線形式分配，分配形式如平面荷載傳遞分界線圖示，因此邊跨梁上荷載是由梯形荷載與均布荷載疊加在一起的。求出各頂點(diǎn)的荷載值即求出了邊跨梁上荷載。其中MAX:4.34+3.6×5.79=25.18MIN:4.34（2）中跨梁上荷載計(jì)算中跨梁上荷載=自重+板重，中跨梁上荷載值為一常數(shù)：2.07（3）中柱集中力計(jì)算中柱集中力=自重+縱向框架梁的作用力（縱向框架梁自重+橫向次梁自重+部分板重）綜上，中柱集中力=24.11+5.79×（4）邊柱集中力計(jì)算邊柱集中力=自重+縱向框架梁的作用力（女兒墻自重+縱向框架梁自重+橫向次梁自重+部分板重）綜上所述，邊柱集中力=24.32+5.79×（5）中柱與梁交點(diǎn)處的彎矩：M（6）邊柱與梁交點(diǎn)處的彎矩M1.4.22層梁柱上恒荷載計(jì)算（1）邊跨梁上荷載計(jì)算邊跨梁上荷載=自重+板重，因?yàn)殡p向板的自重按雙向板塑形法分界線形式分配，分配形式如平面荷載傳遞分界線圖示，因此邊跨梁上荷載是由梯形荷載與均布荷載疊加在一起的。求出各頂點(diǎn)的荷載值即求出了邊跨梁上荷載。其中MAX:4.34+3.6×4.54+13.61=34.29kN/mMIN:4.34+13.61=17.95kN/m（2）中跨梁上荷載計(jì)算中跨梁上荷載=自重+板重，中跨梁上荷載值為一常數(shù)：2.07kN/m（3）中柱集中力計(jì)算：中柱集中力=自重+縱向框架梁的作用力（縱向框架梁自重+橫向次梁自重+部分板重+外墻重）綜上，中柱集中力=24.11+4.54×（4）邊柱集中力計(jì)算：邊柱集中力=自重+縱向框架梁的作用力（縱向框架梁自重+橫向次梁自重+部分板重+外墻重）綜上，邊柱集中力=24.32+4.54×（5）中柱與梁交點(diǎn)處的彎矩：M=241.71×0.15=36.26kN?m（6）邊柱與梁交點(diǎn)處的彎矩：M=226.76×0.15=34.01kN?m通過對(duì)各層梁柱上恒荷載計(jì)算，得到橫向框架的恒荷載結(jié)果，從而得到橫向框架的恒荷載圖。圖3-2橫向框架的恒荷載圖1.5活荷載計(jì)算1.5.1一、二層框架梁柱活載計(jì)算樓面活荷載：2kN/走廊活荷載：2.5kN/（1）邊跨梁上線荷載：同恒荷載求解，得：MAX:4.05×2.0=8.10kN/mMIN:0（2）中跨梁上線荷載：同恒荷載求解，其值為一常數(shù):0（3）中柱集中力：（其值等于部分板活荷載傳遞得作用力）F=2.0×（4）邊柱集中力：（其值等于部分板活荷載傳遞得作用力）F=2.0×（5）中柱集中彎矩：（其值等于F×bM=54.34×0.15=8.15kN?m（6）邊柱集中彎矩：（其值等于F×bM=23.97×0.15=3.60kN?m1.5.2頂層框架梁柱活載計(jì)算屋面活荷載：2.0N/（1）邊跨梁上線荷載：同恒荷載求解，得：MAX:4.05×2.0=8.10kN/mMIN:0（2）中跨梁上線荷載：同恒荷載求解，其值為一常數(shù):0（3）中柱集中力：（其值等于部分板活荷載傳遞得作用力）F=2.0×（4）邊柱集中力：（其值等于部分板活荷載傳遞得作用力）F=2.0×（5）中柱集中彎矩：（其值等于F×bM=48.27×0.15=7.24kN?m（6）邊柱集中彎矩：（其值等于F×bM=23.97×0.15=3.60kN?m通過對(duì)各層梁柱上活荷載計(jì)算，得到橫向框架的活荷載結(jié)果，從而得到橫向框架的活荷載圖（如下）。圖3-3橫向框架的活荷載圖1.6風(fēng)荷載計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)中，與地面平行的風(fēng)荷載作用在建筑物的立面上，計(jì)算公式如下：W根據(jù)規(guī)范得：βz風(fēng)壓ω為了方便計(jì)算，近似將風(fēng)荷載看成橫向框架的集中荷載ωkAAA風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz表3-7風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz層數(shù)Z(m)μA(ω14.11.00028.8818.7727.71.00027.0017.56311.31.03611.509.09橫向框架風(fēng)荷載計(jì)算簡圖如下：圖3-4橫向框架風(fēng)荷載計(jì)算1.7地震荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算根據(jù)規(guī)范要求，本教學(xué)樓需要進(jìn)行抗震計(jì)算，從結(jié)構(gòu)布置圖可知，此次設(shè)計(jì)的教學(xué)樓屬于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)：根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，此結(jié)構(gòu)高度不高，因此在計(jì)算水平地震作用下的作用力時(shí)采用底部剪力法。1.7.1重力荷載代表值計(jì)算（G=恒荷載+0.5×活荷載）（1）標(biāo)準(zhǔn)層（二層）1)樓蓋自重：56.7+0.52)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×橫向框架梁：4.34×縱向框架梁：4.06×標(biāo)準(zhǔn)層梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)內(nèi)外墻、門窗自重外墻面積：56.7?0.5×7外墻自重：431.52×外墻門窗面積：2.0×1.8×28外墻門窗自重：129.96×0.4=51.98kN內(nèi)墻面積：[7.5×6×2×2+(8.1?0.5×2)×13×2+4.3×2]×(3.6?0.7)=1006.88內(nèi)墻自重：1006.88×內(nèi)墻門面積：1.0×2.4×13×2=62.4內(nèi)墻窗面積：1.2×1.5×內(nèi)墻門窗自重：27×0.4+62.4×0.3=29.52kN內(nèi)外墻門窗和窗總重：2100.06+129.96+4725.39+29.52=6984.93kN4)活荷載教室、教師休息室等房間的活荷載：2.0×走廊、樓梯活荷載：2.5×綜上，標(biāo)準(zhǔn)層（二層）的重力荷載代表值為：G（2）頂層1)屋面板自重：5.79×女兒墻自重:3.62×2)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×橫向框架梁：4.34×縱向框架梁：4.06×頂層梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)內(nèi)外墻、門窗自重外墻面積：56.7?0.5×7外墻自重：431.52×外墻門窗面積：2.0×1.8×28外墻門窗自重：129.96×0.4=51.98kN內(nèi)墻面積：[7.5×6×2×2+(8.1?0.5×2)×13×2+4.3×2]×(3.6?0.7)=1006.88內(nèi)墻自重：1006.88×內(nèi)墻門面積：1.0×2.4×13×2=62.4內(nèi)墻窗面積：1.2×1.5×內(nèi)墻門窗自重：27×0.4+62.4×0.3=29.52kN內(nèi)外墻門窗和窗總重：2100.06+129.96+4725.39+29.52=6984.93kN4)活荷載教室、教師休息室等房間的活荷載：2.0×屋面活荷載：0.5×[綜上，頂層（三層）的重力荷載代表值為：G（3）底層（一層）1)樓蓋自重：56.7+0.52)梁柱自重柱:24.32×16+24.11×16=774.88kN附加次梁：2.07×橫向框架梁：4.34×縱向框架梁：4.06×標(biāo)準(zhǔn)層梁柱自重：774.88+205.34+527.48+836.86=2344.56kN3)內(nèi)外墻、門窗自重外墻面積：56.7?0.5×7外墻自重：431.52×外墻門窗面積：2.0×1.8×24外墻門窗自重：131.56×0.4=52.62kN內(nèi)墻面積：[7.5×6×2×2+(8.1?0.5×2)×12×2+4.3×2]×(3.6?0.7)=1041.1內(nèi)墻自重：1041.1×內(nèi)墻門面積：1.0×2.4×12×2=57.6內(nèi)墻窗面積：1.2×1.5×內(nèi)墻門窗自重：34.2×0.4+57.6×0.3=30.96kN內(nèi)外墻門窗和窗總重：2100.06+52.62+4885.99+30.96=7069.63kN4)活荷載教室、教師休息室等房間的活荷載：2.0×走廊、樓梯活荷載：2.5×綜上底層（一層）的重力荷載代表值為：G以上對(duì)教學(xué)樓的一二三層分別進(jìn)行層間質(zhì)點(diǎn)重量的計(jì)算，用圖示表示如下：圖3-5層間質(zhì)點(diǎn)重量的計(jì)算簡圖1.7.2框架的線剛度計(jì)算在計(jì)算梁、柱線剛度時(shí)，應(yīng)考慮樓蓋作為翼緣板對(duì)框架梁的影響，在現(xiàn)澆樓蓋中，采用增大梁剛度的方法來考慮，則有中框架梁的抗彎慣性矩取I=2I0；邊框架梁取I=1.5I計(jì)算柱線剛度比i1計(jì)算梁線剛度比i2下面計(jì)算得出各層框架柱線剛度值，如下表：表3-7各層框架柱線剛度值結(jié)構(gòu)桿件截面尺寸b×?高度H/長度L(m)E(kN/m截面慣性矩I(×增大后截面慣性矩I(×線剛度i(kN?m)相對(duì)剛度底層柱500×5004.5531.55.215.213.61×1中層柱500×5001.631.55.125.214.56×1.26頂層柱500×5001.631.55.125.214.56×1.26AB跨框架梁300×7007.531.58.5812.875.41×1.50BC跨框架梁300×4001.031.51.681.23.36×0.93BD跨框架梁300×7007.531.58.5812.875.41×1.50圖3-5一榀框架計(jì)算簡圖1.7.3框架柱的側(cè)移剛度計(jì)算計(jì)算框架柱的側(cè)移剛度：D=α底層：αC=K一般層：α每層框架柱總抗側(cè)移剛度值如下表所示：表3-8框架柱橫向側(cè)移剛度D值樓層柱結(jié)構(gòu)桿件KαD(kN/mm)根數(shù)∑D(kN/mm)底層邊框架邊柱(500×500)1.40.5611.37496520邊框架中柱(500×500)2.180.6312.764中框架邊柱(500×500)1.970.3212.3610263200中框架中柱(500×500)2.920.711.9610二至三層邊框架邊柱(500×500)1.180.3514.874135040邊框架中柱(500×500)1.750.4818.904中框架邊柱(500×500)1.580.4617.6810393800中框架中柱(500×500)2.320.5921.710底層框架柱的側(cè)移剛度：∑D=11.37×4+12.76×4+12.36×10+11.96×10=359.72kN/mm二三層框架柱的側(cè)移剛度6∑D=4×（14.87+18.90）+10×（17.68+21.7）=528.84kN/mm1.7.4框架結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算框架自振周期的計(jì)算中，本教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮地震作用，采用底部剪力法進(jìn)行地震作用力的計(jì)算，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的簡圖，對(duì)各層頂點(diǎn)處的位移用于自振周期的計(jì)算。表3-9框架頂點(diǎn)處假想水平位移Δ計(jì)算值表樓層Gi(kN)∑Gi(kN)∑D(kN/mm)δ=∑Gi/∑D總位移Δ(mm)316615.2716615.27528.8431.42221.32215035.9931651.26528.8459.85189.90115131.7946785.05359.72130.05130.05：框架結(jié)構(gòu)中墻體為填充墻，作為非承重墻，周期需要適當(dāng)調(diào)整，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)取0.6則框架自振周期為： T1.7.5地震作用計(jì)算此次設(shè)計(jì)的三層教學(xué)樓所屬地為Ⅱ類場(chǎng)地土，8度抗震設(shè)防烈度，第一組的設(shè)計(jì)地震分組，由抗震規(guī)范的特征周期Tg=0.35s，水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.16從地震影響系數(shù)曲線中得：由于