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摘要木毕业设计的建筑是徐州开元四季物业管理综合楼，位于江苏省徐州市，总建筑面积约为5000加S总高度为2&95加，共6层，各层高4.5m0在此次毕业设计中，设计内容包括建筑设计、结构设计和专题三部分。建筑设计在整个工程设计中起着主导和先行的作用，着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。结构设计是土木工程毕业设计的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。结构计算的目的在于保证所设计的结构和结构构件在施工和工作过程中能满足预期的安全性和使用性耍求。专题部分的内容是钢框架一中心支撑结构体系设计要点研究。结合本次毕业设计和相关的参考资料，总结出有关中心支撑结构的作用。另外仔细研读了一篇与本专业相关的英文文献，并将其译成中文。关键词：建筑设计结构设计钢框架-中心支撑 ABSTRACTThegraduationdesignisthebuildingofxuzhoukaiyuanseasonscomplexpropertymanagement,whichlocatesinthedowntownareaofXuZhouCityinJiangsuProvince,hasatotalconstructionareaofabout5000squaremeters.Thebuidingiscomposedofsix-story,27.95mhigh,eachstoryis4.5m.Atthegraduationdesign,thedesignincludesthreepartsarchitecturedesign,structuredesignandproject.Architecturedesignplaysaleadingandadvancerole,focusonsolvingavarietyofuseswithinthebuildingfunctionandthereasonablearrangementoftheusespace,architectureandenvironment,andthecoordinationofvariousexternalconditions,theinternalandexternalartisticeffect,eachdetailoftheconstructionmethodsetc.Createscientificandartisticaccordswiththeproductionandlivingenvironment.Civilengineeringstructuredesignisanimportantstageofgraduationdesign,isacomprehensivestudybeforegraduationstage,istodeepen,broaden,theimportanceofintegratedteachingandlearningprocess,andisimportantforcollegemajorknowledgecomprehensivesummary.Thepurposeofthestructurecalculationistoensurethatthedesignedstructureandstructuralcomponentsandworkintheconstructionprocesstomeetdesiredsafetyanduserequirements.Theprojectssectionisthedesignguidelineofsteelframe・centersupportstructuresystem.Combinedwiththisreferencedesignandrelatedgraduate,summeduptheroleofthecentralsupportstructure.Inaddition,anEnglisharticleoncivilengineeringhasbeenresearchedandtranslated.Keyword:architecturaldesign;structuredesign;steelframe・centersupport 气象条件地形、地质及地震烈度水文地质其它资料建筑设计依据11111122222344444444555555555556目录第一部分开元四季小区物业管理综合楼建筑设计建筑设计节设计任务和设计要求….1.1.1设计任务1.1.2设计要求节建筑物所处的口然条件1.2.11.2.21.2.31.2.41.2.51.2.6节建筑物功能与特点节建筑空间组合及房间的确定节建筑的平立面设计1.5.1平面设计1.5.2立而设计1.5.3考虑材料质感和色彩配置节建筑物的防火与疏散节建筑主要构造做法要求1.7.1楼而做法1.7.2屋而做法1.7.3地面做法1.7.4内墙面做法1.7.5外墙面做法1.7.6卫生间做法1.7.7踢脚做法1.7.8墙基防潮1.7.9台阶做法1.7.10散水：宽度900mmf坡度4%的面层..1.7.11排水雨水管：直径1lOznmPVC落水管1.7.12门窗：木门、钢窗1.7.13基础节防水设计1.&1屋面防水61.&2卫生间楼面防水6第二部分开元四季小区物业管理综合楼结构设计 结构形式的选取7节结构设计资料7节结构方案选取71.2.1竖向承重体系选取71.2.2水平向承重体系选取81.2.3基础形式选取91.2.4其他结构形式选取9第2章结构设计计算102.1节框架结构设计1()2.1.1结构和置和计算简图102.1.2构件尺寸及线刚度122.2节荷载计算122.2.1计算单元122.2.2恒载计算132.2.3竖向荷载作用计算152.2.4地震作用计算162.2.5横向梁线刚度182.2.6柱的线刚度计算182.2.7横向框架柱侧移刚度D值计算192.2.8底部剪力法计算水平地震作用202.3节内力计算252.3.1恒载作用下内力计算252.3.2水平地震作用下内力计算342.4节内力计算(PKPM辅助计算)422.4.1建模及相关信息输入422.4.2恒荷载作用下内力输出452.4.3左震作用计算简图482.4.4手算荷载、内力与机算荷载、内力比较分析49第三章构件设计503.1节结构构件验算503.1.1框架柱的验算503.1.1.1框架底层柱Z-1503.1.2框架梁验算533.2节框架连接设计543.2.1主梁与柱的连接：543.2.2主梁与次梁的饺接连接：563.3节柱脚设计583.3.1中柱柱脚的设计583.4节基础设计603.4.1地梁设计603.4.1.1确定DL-1的尺寸及配筋603.4.2设计基础613.5节压型钢板组合楼板的设计653.5.1压型钢板组合楼板验算66 3.6节楼梯设计7()3.6.1楼梯板设计713.6.2平台板设计723.6.3平台梁设计73第二部分钢框架•中心支撑结构体系设计要点研究1、前言731.1钢框架的发展731.2纯钢框架体系阶段731.3支撑钢框架体系阶段2幻731.2.1中心支撑框架结构731.3.2偏心支撑框架结构741.3.3消能支撑框架结构742、国内外应用情况752.1国内钢框架应用情况752.2国外钢框架应用情况753、国内外研究现状753.1理论研究方面753.1.1钢支撑的研究现状753.1.2中心支撑钢框架的研究现状⑴773.2实验结论⑵783.3设计方法783.3.1基于承载力的抗震设计783.3.2基于位移的抗震设计793.3.3基于能量的抗震设计793.3.4基于能力的抗震设计793.3.5基于损伤的抗震设计793.3.6基于功能的抗震设计803.3.7Pushover方法的计算分析模型813.3.8Pushover方法的实施步骤⑶824、目前设计方法存在的问题844.1框架-中心支撐体系研究844.2延性中心支撐框架体系研究855、中心支撑改进856、钢框架与钢框架中心支撑的比较86参考文献：89附录表191致谢错误！未定义书签。 第一■部分开元四季小区物业管理综合楼建筑设计 第1章建筑设计建筑设计是在总体规划的前提下，根据任务书的耍求综合考虑基地环境，使用功能,结构施工，材料设备，建筑经济及建筑艺术等问题。着重解决建筑物内部各种使用功能和使用空间的合理安排，建筑与周围环境，与各种外部条件的协调配合，内部和外表的艺术效果，各个细部的构造方式等。创造出既符合科学性又具有艺术的生产和生活环境。1.1节设计任务和设计要求1.1.1设计任务本设计的主要内容是物业管理综合楼的设计，作为一个办公及生活休闲的空间设计，要在平而规划中自始至终遵循实用、功能需求和人性化管理充分结合的原则。在设计中，考虑科学合理的划分职能区域，也要考虑到能满足办公的需要。1.1.2设计要求此次设计依据建筑法规、规范和一些相应的建筑标准为依据进行设计。建筑设计除了应满足相关的建筑标准、规范等要求Z外，原则上还应符合以下要求：(1)满足建筑功能要求；(2)结构总体布置原则(3)符合所在地规划发展的要求并具有良好的视觉效果；(4)釆用合理的技术措施；(5)提供在投资计划所允许的经济范畴内运作的可行性。1.2节建筑物所处的自然条件L2.1气象条件建设地区的温度、湿度、日照、雨雪、风向、风速等是建筑设计的重要依据，例如：炎热地区的建筑应考虑隔热、通风、遮阳、建筑处理较为开敞；在确定建筑物间距及朝向时，应考虑当地日照情况及主要风向等因素。基木雪压基本风压值0.35kN/m20.35kN/m21.2.2地形、地质及地震烈度基地的地形，地质及地震烈度直接影响到房屋的平面组织结构选型、建筑构造处理及建筑体型设计等。地震烈度，表示当发生地震时，地面及建筑物遭受破坏的程度。烈度在6度以下时，地震对建筑物影响较小，一般可不做抗震计算，9度以上地区，地震破坏力很大，一般应 尺量避免在该地区建筑房屋，建筑物抗震设防的重点时7、8、9度地震烈度的地区。本工程为7度设防，在设计过程中考虑抗震设防各方面的要求。1.2.3水文水文条件是指地下水位的高低及地下水的性质，宜接影响到建筑物基础及地下室。一般应根据地下水位的高低及底下水位性质确定是否在该地区建筑房屋或采用相应的防水和防腐措施。本工程地下水位为浅地下水位，对建筑物的影响很小，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。1.2.4地质场地属废黄河冲积平原高漫滩地貌，场地较为平坦。根据土体的成固时代，物理力学指标等差异，共划为两个工程地质层：①层：素填土黄灰色〜灰色，很湿，以粉土、粉质粘土为主夹植物根系，局部夹较多碎石、碎砖，层厚0.5米左右，该层非均质，低强度。②层：粘土黄色、坚硬、厚度大于4米，该层中低压缩性，中高强度，地基承载力特征值为190炒。o1.2.5其它资料丙类50年二级1.0地面以上I类JGJ67-2006GB50352-2005GB50016-2006GB50068-2001GB50009-2001建筑类别设计使用年限结构安全等级结构重要性系数环境类别1.2.6建筑设计依据《办公建筑设计规范》《民用建筑设计通则》《建筑设计防火规范》国家标准通用图集(建筑、结构)《建筑结构可靠度设计统一标准》《建筑结构荷载规范》1.3节建筑物功能与特点该拟建的建筑位于徐州。设计内容：本设计为六层的开元四季小区物业管理综合楼，此建筑总建筑面积约为50002ITTo(1)满足建筑功能要求。首先考虑到了底层超市及上层综合楼办公活动的需要，办公室设置应分配合理，采光通风良好，同时还要合理安排管理室、职工活动室和厕所等行政管理和辅助用房，并满足结构施工和安全疏散的要求。(2)采用合理的技术措施。正确选用建筑材料，根据空间组合的特点，选择合理的结构、施工方案，使房屋坚固耐久、建造方便。本综合楼采用横向承重体系，选用NALC加气混凝土墙板，施工较为方便。（3）考虑建筑美观以及总体规划的要求。（4）依据人体尺度和人体活动所需的空间尺度，來确定踏步、窗台、栏杆的高度，门 洞、走廊、楼梯的宽度和高度，以及各类房间的高度和面积大小（5）徐州地区气候较为适宜，忽略温度、湿度、口照、风雪、风向、风速等气候的影响。（6）考虑地形、地质条件和地震烈度。本建筑场地较为平整，地质条件较为简单，所以采用全框架结构及独立基础。该建筑属丙类建筑，抗震二级，采取7度抗震设防，在建筑平面及体型上基本没有凹凸。1.4节建筑空间组合及房间的确定（1）本建筑在确定空间组合方式时主要考虑了建筑功能、比例尺度等因索，建筑物各部分组合体的主从关系分明，有较为端正、庄严但乂不失灵活多变的感觉。各组成部分体量较为恰当，完整均衡、比例恰当；主次分明、交接明确。（2）在平面设计时，考虑了使超市、办公用房、活动室、医疗室、辅助用房功能分区明确、布局合理、联系方便、互不干扰，并且使办公用房获得良好的朝向和通风条件。本综合楼采用了分层布置的串联曲线式平面组合方式，即将功能关系紧密的房间布置于同一层内，并形成若干单体房间按一定方向相连接的空间组合，具有良好的使用性和明显的方向性。厕所设在楼道的尽端，避开了人流密集的部位，也避免了气味串入室内。（3）房间的面积、形状和尺寸满足室内使用活动和设备合理布置的要求。（4）门窗尺寸的确定根据建筑图集，并满足采光和通风的要求。①门的位置的确定考虑到了室内交通路线简捷和安全疏散、充分利用使用面积、室内穿堂风通畅的要求。对于普通办公室，为满足走道疏散宽度的要求，采取了向内开启的方式；②窗台的高度取1800/7^,窗高1800mm,使得光线在房间里的照射深度较大，避免了在房间的天棚岀现暗角；整个建筑采用了同一种窗的形式，既满足了建筑美观的要求也最大限度满足了采光和通风的要求。（5）楼梯间的确定该工程中只采用一种楼梯形式，即三跑楼梯。①楼梯踏步尺寸的确定考虑了人们行走的舒适性，取踏面宽300mm,踢面高150mw,楼梯坡度小于30°o②梯段和平台的尺寸梯段宽取决于同时通过的人流的股数及有否经常通过一些设备的需要，再结合本建筑的一些布置特点，取楼梯间宽4500m//?o③楼梯扶手的确定楼梯的扶手应坚I占I适用，且岀于安全因索扶手均自其前缘向前伸岀300/7?/??o（6）厕所各尺寸的确定厕所内设有洗手池。一卫生洁具数量的要求按照《办公建筑设计规范》JGJ67-2006为:男厕每40人设大便器一具；每30人设小便器一具；女厕每20人设大便器一具；洗手盆每40人设一具。实际设计中男厕设有大便器四个，小便器四个，女厕设有大便器四个。洗手池及各卫生洁具的尺寸均按建筑设计图集的要求确定。1.5节建筑的平立面设计1.5.1平面设计建筑朝向为南北向，平面布置满足长宽比小于5,矩形平面布置，东西方向采用纵向7.2加、4.5加、6.3m.9.0m、6.3m、4.5m、7.2m柱距，横向三跨6加的柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。1.5.2立面设计 该建筑立面为了满足采光和美观要求，采用统一的钢窗和木框架们，同时紧密结合房屋内部空间组合的平剖关系。在建筑设计图集中查找相应部位的尺度，如踏步高取150加加，窗台高900mm,楼梯栏杆高900m/77,以满足人们生活习惯和安全的需要。在建筑物的突出部分也尽量使比例协调，满足人们的视觉习惯以及结构上的要求。1.5.3考虑材料质感和色彩配置在里面轮廓的比例关系、门窗排列、构件组合以及墙面划分基本确定的基础上，较为合理地对材料质感和色彩进行了选择和配置，以使建筑立面进一步取得丰富和生动的效果。1.6节建筑物的防火与疏散贯彻“预防为主，防消结合”的方针，采取防火措施，防止和减少火灾危害。本建筑采用一级耐火设计，其构件的燃烧性能和耐火极限不应低于建筑防火设计的规定。本工程中分散设置了两个安全楼梯，底层外加一个紧急疏散通道，满足安全疏散的要求。1.7节建筑主要构造做法要求1.7.1楼面做法(1)0.8mm厚压型钢板(2)100mm厚C25混凝土板(3)厚1：3水泥砂浆找平层(4)3mm厚T910地砖(5)吊顶及吊挂1.7.2屋面做法(1)0.8mm厚压型钢板(2)100mm厚C25混凝土板(3)40mm厚C20防水细石混凝土(4)20mm厚1：2水泥砂浆找平层(5)100mm膨胀珍珠岩保温层(6)30mm厚水泥砂浆找平层(7)4mm厚改性沥青防水层(8)吊顶及吊挂1.7.3地面做法(1)20mm厚1:2水泥沙浆压实抹光(2)60mm厚C15混泥土随捣随抹(3)100mm厚碎石或碎砖夯实(4)素土夯实1.7.4内墙面做法lOOmmNALC加气混凝土墙板 1.7.5外墙面做法150mmNALC加气混凝土墙板1.7.6卫生间做法(1)8mm厚防滑地砖，素水泥浆擦缝(2)20mm厚水泥砂浆保护层(3)1.5mm厚涂膜防水(4)20mm厚1：3水泥砂浆找平层(5)素水泥浆结合层一道(6)压型混凝土楼板1.7.7踢脚做法(1)10厚1：2水泥门石子(或掺有色石子)磨光打蜡(2)12厚1：3水泥砂浆打底(3)刷界面处理剂一道1.7.8墙基防潮20厚1：2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在-0.06m标高处1.7.9台阶做法(1)20mm厚1：2.5水泥砂浆抹面(2)素水泥浆一遍(3)70mm厚C15混凝土(厚度不包括踏步三角形部分)台阶面向外坡1%(4)160mm厚碎石或碎砖石，灌1：5水泥砂浆(5)素土夯实1.7.10散水：宽度900mm,坡度4%的面层(1)40厚C20细石混凝土，撒1：2水泥黄沙压实抹光(2)120厚碎石或碎砖灌M2.5混合砂浆(3)素土夯实，向外坡4%1.7.11排水雨水管：直径llOmmPVC落水管1.7.12门窗：木门、钢窗1.7.13基础采用柱下独立基础，基础采用C30混凝土，有垫层，垫层厚度100加加，垫层混凝土标号为C15。基础具体尺寸与做法详见基础设计。1.8节防水设计1.8.1屋面防水该建筑属一般的民用建筑，防水等级为III级，采用单道设防，防水层耐用年限可达10年。采用三毡四油的沥青防水卷材，四周均贴至泛水高度（450高），所有出屋面竖井及遇阴阳角转弯处应附加一层，并做纤维布加强层（300宽），出屋面管道或泛水以下外墙穿墙处，安装后用细石混凝土封严，管根四周加嵌油膏，与防水层闭合。防水应包裹立管高300mm。1.8.2卫生间楼面防水一卫生间楼面上做20厚1：3水泥砂浆找平，上涂CR65防水宝涂膜，墙角四周及竖管 外壁涂至建筑标高高出200处，上浇40厚C20细石混凝土搓毛，并向地漏方向作1%的泛水。 第1章结构形式的选取1.1节结构设计资料(1)工程名称：徐州开元四季物业管理综合楼工程规模：六层结构类型：钢框架结构工程环境：本工程位于徐州市区抗震设防烈度：7度，第二组别，设计地震基本加速度值为0.lg建筑类别：丙类场地土：II类设计使用年限:50年结构安全等级：二级结构重耍性系数:1.0环境类别：•地面以上I类基础：二at类(2)结构设计依据GB50009-2001GB50017-2003JGJ99-98《建筑结构荷载规范》《钢结构设计规范》《高层民用建筑钢结构技术规程》《钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程》YB9238-92GB50011-2001《建筑抗震设计规范》《建筑地基基础设计规范》GB50007-20021.2节结构方案选取1.2.1竖向承重体系选取选择合理的抗侧力结构体系，进行合理的结构或构件布置，使之具有较大的抗侧刚度和良好的抗风、抗震性能，是结构设计的关键。同时还须综合考虑建筑物高度、用途、经济及施工条件等因素。常见的竖向承重体系包括砖混结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系及筒体结构体系等。砖混结构体系：主要由墙体承受竖向荷载，楼板层承受水平荷载，同时设置构造柱加强墙体的稳定性，设置圈梁增强建筑物的空间刚度及整体性。其自重大，且不利于抗震，加上浪费粘土资源，因此目前限制使用。框架结构体系：由梁柱连接而成，其具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期长，地震反应较小，经合理设计可具有较好的延性性能。其缺点是结构抗侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大。剪力墙结构体系：由剪力墙同时承受竖向荷载和侧向力的结构，剪力墙是利用建筑外墙和内隔墙位置布置的钢筋混凝土结构墙，承受竖向荷载在墙体内产生的向下的压力及侧向力在墙体内产生的水平剪力和弯矩，I大I此剪力墙具有较大的承受侧向力的能力。但墙体太多，混凝土和钢筋的用量增多，材料强度得不到充分利用，既增加了结构自重，又限制了建筑上的灵活多变。 框架-剪力墙结构体系：其既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标。一般10~40层的高层建筑可采用该结构。筒体结构体系：主要有核心筒和框筒结构组成的空间受力结构。筒体结构抗侧刚度大,整体性好；建筑布置灵活，能提供很大的可以自由分隔的使用空间，特别适用于30层以上或100加米以上的超高层建筑。多层民用建筑设计多采用钢筋建结构和砖混结构，很少采用钢结构，钢结构在民用房屋的应用主要还集中在高层建筑上，近年钢结构在民用建筑上的应用越来越多，随着钢结构在实际工程的应用经验和设计理论研究的深入，及钢结构厂家不断推出新的钢结构产品，钢结构在多层民用建筑上的应用□渐增长，相对钢筋径具有较高的经济价值。轧制II型钢的大量生产，楼承板的多样化，防腐涂料及防火涂料的成熟也为多层民用房屋钢结构的应用创造了广阔的空间，多层钢结构有如下特点：(1)质量易控制：钢结构构件工厂加工，节点螺栓连接，生产自动化程度高，精度有保证，干作业，质量易于控制。(2)施工工期短：钢结构工厂化生产，现场安装，工序简单，工作面大，施工速度快。(3)充分利用建筑空间：钢结构相对钢筋妊结构梁柱截面小，可以降低层高，增大有效使用面积，结构布置灵活，容易获得大空间，能够悬挑较大跨度。本综合楼的建筑高度约为27m,共计六层，层高度均为4.5m,在楼层高度及建筑物高度均比较小的情况下，其结构的抗侧刚度及抗震性都较容易满足。根据本楼的功能使用性，要求建筑平面布置比较灵活，可以形成较大的使用空间。经各方案比较筛选，我选用钢框架结构作为该综合楼的竖向承重体系。1.2.2水平向承重体系选取常见的横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。现浇楼盖结构：可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最人限度地节省混凝土和钢筋的用量,能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。其余结构特点不详加说明。叠合楼盖：在预制钢筋混凝土薄板上，再现浇一层钢筋混凝土并使之共同工作的楼盖结构。其优点是整体性好，刚度大，施工方便，节省模板。预制板楼盖：可分为预制预应力大楼板和预制预应力多孔板，其施工方便，工业化程度高，但刚度较小，整体性较差，抗震性弱，在抗震区使用较少。组合楼盖：由底部的压型钢板和上部的混凝土现浇层所组成。其优点是自重轻、楼板厚度小、节省模板、施工方便、施工周期较短。经各方案比较筛选，我选用组合楼盖结构中的肋梁楼盖作为该综合楼的水平向承重体系。1.2.3基础形式选取框架结构柱下基础常见形式有钢筋混凝土独立基础，条形基础，十字形基础，筏板基础等。因该地区工程地质条件较好，地基承载力较高，能满足一般建筑物的要求。加上建筑物柱网布置均匀，平面布置比较对称，故采用独立基础。1.2.4其他结构形式选取(1)楼梯型式选取 楼梯是多层房屋中的重要组成部分。楼梯的平面布置、踏步尺寸、栏杆形式等由建筑设计确定。楼梯常见型式：板式楼梯、梁式楼梯。本设计选取现浇板式楼梯。板式楼梯具有下表面平整，施工支模方便，外观比较轻巧等优点。(1)雨篷雨蓬是建筑物入口处位于上部用以遮挡南水、保护外门免受南水侵害的水平构件，采用预制钢结构雨篷并固定在梁上。由于南蓬板的厚度较薄。采用无组织排水方式，在底板周边设滴水。 第2章结构设计计算1.1节框架结构设计2.1.1结构布置和计算简图(1)柱网布置根据综合楼的功能要求需要大跨度的拄网，采用横向四柱三跨，每跨均6加。水平采用柱间距9加、7.2加、6.3加、4.5m不等。Ef=::E::£311Jp1a11■•1-「11Jr.4穴111lr!i:::E:3:图2.1标准层柱网及次梁布置图(2)承重框架的布置按楼而竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案冇横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等。本设计为横向框架承重。(3)选取计算单元一般情况下，框架结构是一个空间受力体系。为方便起见，常常忽略结构纵向和横向框架的空间联系，忽略个构件的扭转作用，将纵向框架和横向框架分别按平而框架进行分析计算。由于通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各棍横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取屮间冇代表性的一棍横向框架进行分析即可。一棍横向框架计算简图如下图2.2所示： 图2.2框架结构计算简图及梁柱的相对线刚度 梁轴线取至板顶，各层高4.5/770底层柱高度从基础顶面取至一层板顶。基础顶面到室外地面的距离为550mm,室内外高差为450mm,则底层柱高=4.5m+0.45加+0.55m=5.5m,二到五层柱高为4.5m。2.1.2构件尺寸及线刚度本设计构件截面的初步估算，主要是梁柱的断面形状与尺寸的假定。(1)主梁钢梁可选择槽钢、轧制或焊接II型钢截面等。由于工字形梁的截面高而窄，在主轴平面内截面模量较大，楼板可以视为刚性铺板，没有整体稳定性问题，截面只需满足强度、刚度和局部稳定的要求。故本设计的主次梁截面均采用工字形截，并优先选用热轧II型钢。框架主梁的端部约束与梁柱的线刚度之比和柱远端的条件有关，介于饺支和固定之间，另外，框架梁为组合梁，刚度和强度还与混凝土楼板有关，因此，框架梁的截面无法像简支梁那样直接根据刚度和经济性的要求选定高度，需要根据工程经验确定。由于没有工程经验，参照部分工程实例：对于一般的民用建筑，如果采用热轧II型钢，初始梁高叮以根据荷载条件取跨度的1/20〜1/12；主梁在与柱的连接部位柱腹板应设加劲肋以满足传力要求，口加劲肋间距应大于150加加，否则难以施工。I大I此，同一梁柱节点处梁的截面高度若不一致，其差别最好在150”切以上。基于施工方便，本设计梁柱截面高度取为一致。本设计纵向主梁最大跨度1=6000,则主梁的高度可在300mm〜500加加间选取,梁高初步选定为：500mmo梁的翼缘宽度町以取梁高的1/6〜1/2取，即80mm〜250加加间。选用热轧型II型钢，查型钢表(GB/T11263)初步选定主梁的截面尺寸为：IN500x200x10x16。对于轧制II型钢，其翼缘和腹板一般都比较厚，能够保证板件在构件达到承载力前不发生局部用曲，能够满足宽(高)厚比要求。(2)次梁框架结构的楼层平面次梁的布置，可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。其截面根据1/20-1/12跨度确定,并可适当减小截面,初步确定次梁为:HN350X175X7X11。1.2节荷载计算1.2.1计算单元取④-④横向框架进行计算，计算单元宽度为18m0次梁承受板传来的荷载，并通过自身受弯将荷载传递到主梁上，主梁作为次梁的不动支点，承受次梁传来的荷载，并将荷载传递给主梁的支撑——柱。双向板上的荷载，以等角分线为界，分别传至两相邻支座。 图2.3横向框架结构计算单元2.2.2恒载计算(1)楼面恒载0.8mm厚压型钢板O.YlkN]m1100mm厚C25混凝土板25RN//x(0.1+0.075/2)加=3A4kN/m220mm厚1：3水泥砂浆找平层20kN/m3x0.02m=0.4kN/m13〃伽厚T910地砖19.8^//n3x0.003m=0.06^/m2吊顶及吊挂0.3kN1合计：432kN/m2(2)屋面恒载0.8mm厚压型钢板0」2kN/m2 100mm厚C25混凝土板25^/m3x(0」+0.075/2)加=3.44RN//240mm厚C20防水细石混凝土25kN/m^x0.04z7?=.QkN/m220mm厚1：2水泥砂浆找平层20^/m3x0.02/n=OAkN/m2100min膨胀珍珠岩保温层2.5kN/m'xO.bn=0.025kN/ni230mm厚水泥砂浆找平层20kN/tn3x0.03m=0.6kN/m24mm厚改性沥青防水层0.05kN/m2吊顶及吊挂0.30册/莎合计:6A6kN/m2(3)梁自重主梁:IIN500x200x10x16q二89.6Kg/m二0.896Im次梁:HN350X175x7x11q=50Kg/m=0.5kN5⑷墙自重外纵墙自重150mmNALC加气混凝土墙板0.15mX6.5kN'mm"二0.975kN/m2外墙自重(偏安全考虑取4500mm高)0.975kN/m2x4.5^=4.39KN/m内墙自重100〃伽NALC加气混凝土墙板0.10加X6.二0.65kN/m2内墙自重(偏安全考虑取4500呦高)0.65kN/m2X4.5m二2.925灯V/加(6)门、窗自重 钢窗0.4kN/m合计：0.642kN/m2.2.3竖向荷载作用计算恒荷载作用楼面传给次梁及次梁自重：F产耳二1.5X7.65X4.32+7.65X4.39X0.73+0.5X7.65+3.87=81.20kN鸟二耳二氏二3X7.65X4.32+0.5X7.65二102.97kN耳二童二3X7.65X4.32+0.5X7.65+7.65X2.925-(3.38-0.1)X(1.8X2.1+0.9X2)=95.80主梁上墙与主梁自重q二0.896kN/m+2.925观V/加二3.32kNIm屋面传给次梁及梁的口重F产耳二1.5X7.65X6.16+0.5X7.65=74.51kN巴二巳二耳二3X7.65X6.16+0.5X7.65=145.20QVF产耳二3X7.65X6.16+0.5X7.65=145.20kN柱截面的初选木门OAkN/m2(1)取一棍框架计算的边窗自重1.8X1.8X0.4+6.9/2X1.8X0.4二3.78kN窗面枳/墙面枳(不除窗)二0.73内墙门自重0.IX(3.6X2.1/+0.9X2)=0.6^(2)女儿墙自重200高混凝土空心小砌11.8KN/m柱截面一般凭经验确定，也可以通过预先假定长细比的方法来实现。通常50〈入〈150,若选用长细比预估，简单-选择值在100附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,X0・2mX0・20m=0.472RN内墙面20厚抹灰17侶7/亦x0.02mx0.5〃?=0.I7£N/m 可选择钢管或II型钢截面等。事实上对于钢结构而言，柱釆用长细比预估的方法并不准确，由于未考虑水平荷载产生的轴力，其值往往偏小，梁的佔算也不准，我在预选柱截面时是参考和关设计实例，确定柱截面。A"0.8/_=6X002.97x2+95.80+3.82x6）祇二翊"曲0.8x125选取柱型号HW400X400X13X21A二219.5cm22.2.4地震作用计算⑴结构自振周期久计算：①对于质量和刚度沿高度变化比较均匀的框架结构，采用顶点位移法计算基本周期人可按下试计算:£=1.7l//Ty/u^式中：冷—周期调整系数取值0.6~0.7幻——把集中在各楼面处的重力荷载G视为假象水平荷载验算得到得结构顶点位移对于框架结构，血按下试计算：V®=0(&),=%/"•叭達(m)k式小：V。—框架在假想水平荷载5作用下得i层层间剪力5——为集中在'层楼面处的重力荷载代表值Z——作用下得层间位移辺——，层柱的D值之总和②重力荷载代表值计算本建筑高度为27m,平立面均规则，依据《建筑抗震设计规范》5.1.2条规定，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，可采用底部剪力法等简化方法可釆用底部剪力法计算水平地震作用下的荷载效应。重力荷载代表值是指结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值Z和。集小于各质点的重力荷载代表值为计算单元范围内齐层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱等重量。顶层重力荷载代表值包括：屋面板自重、纵横梁自重、半层柱自重、半层墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面板自重、纵横梁自重、楼面上下各半层柱、墙体自重以及上下半层楼梯板和平台梁自重。1）顶层重力荷载代表值G&屋面板恒载g,6.16X7.65X18=848.23kN 纵向框架梁自重g20.5X7.65=3.825kN横向框架梁口重g30.896X18=16.2爼kN柱自重（加防火板）g41.72X4.5+0.5X4.5=9.99kN墙自重g54.39X7.65X2+2.925X(7.65X2+6.9+7.2)-9.1X2-(3.38-0.1)X(1.8X2.1+0.9X2)=120.44kNG6二g]+7g2+g5+g4/2X4+g5/2=959.59^2)中间层及底层重力荷载代表值q=G?二G3=G4=G5楼面横载gl4.32X7.65X18二594.864kN纵向框架梁自重g20.5X7.65二3.825kN横向框架梁自重g30.896X18=1&128kN柱口重（加防火板）g41.72X4.5+0.5X4.5二9.99kN墙自重g54.39X7.65X2+2.925X(7.65X2+6.9+7.2)-9.1X2-(3.38-0.1)X(1.8X2.1+0.9X2)=120.44RNG严G2=Gs=G4二乞为+7g2+g3+4g4+g5=789.168册 (G6-959.59:G5二789.168(GQ789.168CG3='789.168CG2=789.168CG1=789.16J分T图2.4—棉框架重力荷载代表值伙N)2.2.5横向梁线刚度在框架结构屮，通常现浇层的楼板，可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，但是木工程不考虑压型钢板组合楼板和钢梁的组合作用，故在计算梁截面惯性矩吋，不进行惯性矩放大。梁柱线刚度计算如下表所示：表2-1梁线刚度匚的计算表类型层次(N!mm1)hxbxt、xt2(mm)(mm4)I(mm)Egl(N.mm)主梁1〜62.06X105500X200X10X164.78X10'60001.64X1092.2.6柱的线刚度计算柱的线刚度计算结果见表2-2表2-2柱线刚度■的计算表Ed层次(N!mm2)hxhxt}xt2(mm)Ahc{mm)/N.mmx12.06X10'400X400X13X216.69X10855002.76X1093〜52.06X10'400X400X13X216.69X10845003.06X10 2.2.7横向框架柱侧移刚度D值计算表2-3横向屮椎架柱侧移刚度D值计算层号柱号k=^ih■le1+0.5a=2+k.k•leD(•/(kN/加)2+kA1.080.512.76X10'°9320底层B1.080.512.76X1O109320C1.080.512.76X1O109320D1.080.512.76X10'°9320A1.080.353.O6X1O1063582-6层B1.080.353.O6X1O106358C1.080.353.O6X1O106358D1.080.353.O6X1O106358表2-4边框架柱刚度D值计算层号柱号■lc7+0.5kOf—2+E•2+ZlcDi/（kN/tn）A0.540.212.76X10'°6014底层•B0.540.212.76X1O106014C0.540.212.76X1O106014D0.540.512.76X1O106014A0.540.213.O6X1O1038552-6层B0.540.213.O6X1O103855C0.540.213.O6X1O103855D0.540.213.O6X1O103855底层9=Q边+q中+Q冲+Q边二6014+9302+9302+6014=30632kN/m二到六层2二Q边+Q中+2中+2边二貂55+6358+6358+3855二20426kTV/m《建筑抗震设计规范》GB50011-2001表3.4.2-2规定某层刚度小于相邻上层刚度的70%,或小于向上相邻三层刚度平均值的80%,即为侧向刚度不规则。易见，这些规定主要是防止上刚下柔建筑。本工程刚度相关计算如下：0/»2二1・5,其余层刚度均大于上层，可不用验算DJS+Q+Q)/3=1.5,其余层亦不用验算所以木工程侧向刚度规则农2-5框架的侧移验算 层次G"N)VM)KkN/m)^77?)uT(m)6959.59959.59204260.050.775789.17174&76204260.090.724789.172537.93204260.120.633789.173327.10204260.150.512789.174116.27204260.200.361789.174905.44306320.160.16则结构基本自振周期：7；=1.7x0.7xV077=1.0^20.25s2.2.8底部剪力法计算水平地震作用《抗震》第5.1.2条规定底部剪力法适用于高度不超过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本工程为框架结构，建筑高度23.3m,以剪切变形为主关于质量和刚度沿高度分布比较均匀的理解可以参考朱炳寅先生的《建筑结构设计规范说明》第5.1.2条规则与均匀不同，上下冇规律变化为均匀但不一定规则，一般情况下阴根据工程经验确定，当无可靠工程经验时可按下列原则确定：质量沿高度分布比较均匀为任一楼层的质量不小于相邻楼层质量的70%（顶层除外）或不大于相邻楼层的30%。任一楼层的质量不小于相邻三个楼层质量的80%（顶层除外）或不大于相邻三个楼层的20%o本结构可以认作是质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构。故本设计采用底部剪力法计算水平地震作用。本工程楼板上只冇楼梯部分冇开洞，开洞而积远小丁30%,且无较大的楼层错层，屈于楼板连续。侧向刚度已在前文求解框架刚度时验算过，屈丁侧向刚度规则所冇框架柱都是从顶层直仲到基础，柱子未变截而，故而无竖向抗侧力构件不连续和楼层抗剪承载力突变的情况综上，可以认为本结构为平立而规则结构，因而，也不需要按《抗震》第3.4.3条规定进行水平地震作用计算的内力调整。采用底部剪力法计算水平地震作用时，将各楼层荷载分层集中丁楼而或屋而形成质点，即各楼层可仅可按一个口由度计算。作用于结构底部的水平地震剪力，即结构的总水平地震作用标准值为：FEk=ag质点i的水平地震作用标准值为： FekD（'二1,2,・・・，〃）式中：件K—结构总水平地震作用标准值;⑦一相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数，多层钢结构，宜取地震影响系数最大值，查《抗震》表5.1.4-1确定；G“—由于钢结构的基本白振周期大于0.8s,依据高钢规4.3.4-3条规定，结构等效总重力荷载，单质点丿'V取总重力荷载代表值，多质点应取总重力荷载代表值的80%；好一质点'的水平地震作用标准值；Gj、Gj—分别为集中质量J.j的重力荷载代表值，计算见前文重力荷载代表值；比、H.—分别为质点i、J的计算高度；计算各值如下：Geq=0.80^2G,=0.80x（959.59+5x789.17）=3924.35k/V木设计位于徐州地区，抗震设防烈度为7度，设计基木地震加速度值为0.10g,属于第一组。查《抗震》表5.1.4-1水平地震影响系数最人值6Zmax=0.08,按第一组情况下的II类建筑场地，由《抗震》表5.1.4-2查得特征周期值Tv=0.35s,（儿则由《抗震》笫5.1.5条和图5.1.5可知：地震影响系数⑦为：T„ai=（―）'〃2Qjnax‘1式中：结构阻尼比，《抗震》8.2.2规定：钢结构在多遇地震下的阻尼比，对不超过12层的钢结构可采用0.035,对超过12层的钢结构可采用0.02；在罕遇地震下的分析,阻尼比可采用0.05；本设计为6层，§二0.035。了一曲线下降段的衰减指数，"0.9+曙；；二0.92；7—阻尼调整系数，0=1+°・°'一§二1.13；0.06+1.7^ 则：⑦二（丄）「7«nnx=（竺）°"x1.13x0.08=0.0341T}2niax1.0由底部剪力法计算公式：FEk=axGeq=0.034x3924.35二130.03kN顶点附加水平地震作用标准值为：^Fn=8nFEK式中：戈一顶部附加地震作用系数，取值查《抗震》表5.2.1确定;1AT,=1.4x0.35=0.49<7；=1.0Sn=0.087；+0.07=0.08x1.0+0.07=0」5；1-^,=1-0.15=0.85△耳一顶部附加地震作用Fn=SnFEK=0.15x130.03=19.50kN；各质点的水平地震作用式按下式计算：F严”」Fek（U（i二1,2,…，;=1表2-6横向水平地震作用下楼层剪力计算农层次Hi(m)Gi(kN)GiHi(kN.m)GNF/kN)V,kN)工gm628959.5926868.520.3241.6041.60523.5789.1718545.500.2228.6170.21419789.1714994.420.1823.4193.62314.5789.1711442.970.141&20111.82210789.177891.700.0911.70123.5215.5789.174340.440.056.51130.03水平地震作用和层间剪力图如卜•图2.5所示: 70.2193・62—111.82-123.52—130.02—41.6I70,21|93.62|111.82|123.52130.02图2.5水平地震作用和层间剪力图（kN）依据《抗震》第5.2.5条，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式规定：VEKx>^G},其中2可根据《抗震》表5.2.5查取，对于木工程，查表得j=»久二0.016,验算结果如卜•表，可见满足要求表2-7最小地震作川验算层次Vi(kN)G{(kN)VJq641.60959.590.043570.21789.170.089493.62789.170.1193111.82789.170.1422123.52789.170.1571130.03789.170.165本建筑位于抗震设防区，应进行多遇地震作用卜•的抗震变形，由《抗震》表5.5.1可知多层钢结构的弹性层间位移叫限值为［0］取为1/300：英楼层内最人的弹性层间位移应符合下式要求:△叫V［&e%。计算框架在水平地震作用下的侧移计算如表2所示：水平地震作用下框架侧移计算表28地震侧移验算层次hi(mm)Vi(kN)工0(kN1m)(mm)0(=Aw<(/h6450041.60204262.041/2205 5450070.21204263.451/13044450093.62204264.581/98334500111.82204265.741/78324500123.52204266.051/74415500130.03306324.241/1297由表中可知最大弹性层间位移1/639<1/300,满足要求。根据《抗震》第5.5.2条规沱，本工程可不进行罕遇地震下层间弹塑性位移校核。依据《抗震》第3.6.3条规定，当结构在地震作用下的重力附加弯矩人于初始弯矩的10%时，应计入重力二阶效应的影响。重力附加弯矩指任一•楼层以上全部車:力荷载与该楼层地震层间位移的乘积；初始弯矩指该楼层地震剪力与楼层层高的乘积。一般而言，多层混凝土结构的侧移很小，可以不用验算，但对于多层钢结构，侧移较大，因而冇必要对此项进行验算，验算结果如下表，表中(Gj・“)/(V・h)均小于0」，故可不用考虑二阶效应表2-9二阶效M验算层次累积重载Gi(kN)层间位移VJkN层咼(G•“)/(▼・h)6959.590.002041.604.50.0105174&760.003570.214.50.01942537.930.004693.624.50.02733327.100.0057111.824.50.03824116.270.0061123.524.50.04514905.440.0042130.035.50.028 2・3节内力计算2-3.1恒载作用下内力计算图2.6作用在一瓶框架的恒载图 （1）恒载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法。①弯矩二次分配法计算步骤1）计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩，并将各节点不平衡弯矩进行第一次分配。2）将所有杆端的分配弯矩向远端传递，传递系数均取1/2o3）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。4）将各杆端的固端弯矩，分配弯矩和传递弯矩相加，即得各杆端弯矩。②根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端分配系数。框架恒荷载弯矩二次分配计算见下表2-10上柱下柱右梁左梁上柱下柱右梁0.290.0.650.35800.533149-111111.-1.6611.60.72.539.10.00.0017.50.019.6-1.6-11.-24-6.1-5.4-9.6.7-78.130.-11.-178.662214.30.390.390.140.350.550.21660.356082-88.-7788.79.9-035.035.01&7T.3-3.1■3.1.736.317.5-0.79.40.0-1.6-11.-0-21-212-1.1-2.7-2.7.650.331.5-81.95.7-5.8-7.4-891.20.390.390.140.350.550.21660.356082-88.-8788.71.235.035.01&7一1.3一3・1-3.1-0 17.517.5-0.79.4-1.6-1.6-13.-13.-055-7.2-0.9-2.2-2,2.539.039.0-77.95.9-6.9-6.9-891.10.390.390.140.350.550.21660.356082-88.-8788.71.1-035.035.01&7T.3-3.1-3.1.717.517.5-0.79.4-1.6-1.6-13.-13.-055-7.2-0.9-2.2-2.2.539.039.0-77.95.9-6.9-6.9-891.80.390.390.140.350.550.21660.356082-88.-7788.79.9-035.035.01&7~1.3-3.1-3.1.717.517.5-0.79.4-1.6-1.6-13.-13.-055-7.2-0.9-2.2-2.2.539.039.0-77.95.9-6.9-6.9-891.80.190.360.0.410.370.22890.333099-88.-7788.79.9-036.532.819.5-1.7-3.2-2.9.917.5-0.9&0-1.6-0-6.7-6.1-3.6-1.6-3.2-2.7.847.326.773.795.2一&0一5.6-81.613.4—2.8 9COT31.678.6"8.一350.5316.S—.3O.547.85.2OCI—O9.6036106二8—O9.396.966S6—O93-nV93-O96Z7396.O93二8—二86106—OA3-98O93-6.9-6,939.06>LD6二co-39.0■6.9-39.09coI-26.7-8.0-5.65.68.026747.313.42.82.8+134////////////////图2.7荷载弯矩图 （1）恒载作用下梁的剪力以及柱的轴力、剪力计算。1）剪力计算①梁端剪力由两部分组成A.荷载引起的剪力，计算公式为：4〃跨：匕二匕二警十警（1—q）（彳弘分别为矩形荷载和梯形荷载）BC跨：匕=冬=也+也（1—可（/g；分别为矩形荷载和梯形荷载）22CD跨：也+也（1-。）（4%分別为矩形荷载和梯形荷载）B.弯矩引起的剪力，计算原理是杆件弯矩平衡即：M+M佔跨：匕二_Vb=M/'b；MbaM+MBC跨：VB=-Vc=—dCD跨：Vc=VD=0②柱的轴力计算顶层柱顶轴力rti节点剪力和节点集中力叠加得到，底层轴力为柱顶轴力加上柱的自重，其余轴力计算同顶层，但需要考虑该层上部柱的轴力的传递。③柱的剪力计算式中：M,.Mr——分别为经弯矩分配后柱的上下端弯矩层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨匕=-叫v,=-vc匕=%匕675.2975.29-8.6066.69-83.8966.6966.69562.9554.17-2.3060.65-62.2551.8751.87462.9554.17-2.3060.65-62.2551.8751.87 362.9554.17-2.3060.65-62.2551.87L—51.87—为262.9554.17-2.3060.65-62.2551.87柱的51.87长度162.9554.17-3.6059.3一0-66.5550.5750.572.11恒荷载作川卜•梁剪力计算表表2.12恒荷载作用下柱轴力计算层次A柱B柱N顶（如N底(kN)N顶(kN)N底(kN)6141.2170.16295.78305.775293.04303.03515.77525.764444.88454.87735.76745.753596.72606.71955.75965.742748.56758.55175.741185.731900.40910.301395.731405.72 LT>lT>ir>8ir>i•UDs图2丄恒载作用下柱轴力图(kN) 图2.9恒载作用下柱剪力图（kN） 2.3.2水平地震作用下内力计算计算水平荷载作用下的内力一般有两种方法。一种是反弯点法，另一种是D值法。反弯点法在考虑柱侧移刚度时，假设节点转角为°,亦即恒梁的线刚度假设为无穷大。对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随着增大，梁柱相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大，这样，上述假设将产生较大误差。另外，反弯点法计算反弯点高度y时，假设上下节点转角相等，这样误差也较大，特别在最上和最下数层。D值法对框架柱的侧移刚度和调整反弯点高度做了修止。当横梁刚度与柱子线刚度的比不是很大时，柱子两端相差较多，尤其在最上和最下层，其反弯点并不在柱的中央。显然，影响柱子两-端节点转角的主要因素有以下三项：该柱所在楼层的位置，上下梁和对线刚度的比值和上下层层高的变化。本设计采用D值法。在求得框架第，层的层间剪力匕后，i层/柱分配到的剪力匕以及柱上、下端的弯矩M；；、分别按下列各式计算：D岭=亠匕I%7=1耐学=岭（1_曲M.^=V.yhy=yQ+y+旳+儿式中，D.——r层丿•柱的侧移刚度h——为该层柱的计算高度y——反弯点高度比儿一一标准反弯点高比，根据上下梁的平均线刚度几和柱的相对线刚度的比值K，总层数加，该层位置斤，由表查出%——上下梁和对线刚度变化的修正值，根据上下梁和对线刚度比值⑷及斤查得,最下层可不考虑『2——上下层层高变化的修正值，由上层层高对该层层高的比值色及斤查得，对于最上层可不考虑儿——上下层层高变化的修正值。由下层层高对该层层高的比值如及斤查的，对于最下层可不考虑 需要注意的是九是根据表：倒三角形分布水平荷载下各层柱标准反弯点高度比儿查得。（1）求各柱反弯点高度yh表2-13反弯点高度计算表层边柱中柱边柱中柱K=0.54)5二0.27斤二1.08儿二0.36第6ax=1儿二0廿0y=0.27y=0.36层a3=1儿二0a3=1儿二0v=0.27+0+0=0.27y=0.36+0+0=0.36K=0.54yo=0.35斤=1.08儿二0.45第5d]=1%二0⑷=1廿0y=0.35y=0.45层a3=l儿二0叮1儿二0v=0.35+0+0=0.35y=0.45+0+0=0.45K=0.54儿二0・45斤二1.08儿二0.46第=1儿二0Q]=1儿二04层^2=1力=0闵二1『2=°y=0.45y=0.46a3=1儿二0a3=1儿二0y=0.45+0+0=0.45y=0.46+0+0=0.46第K=0.54儿二0.45斤=1.08儿二0.53y=0.45y=0.5层ax=1%二0⑷=1廿0 a2=ly2=0a2=l儿=0a3=1儿=0a3=1儿二0y=0.45+0+0=0.45y=0.5+0<0=0.5K=0.54yo=0.55斤二1.08儿二0.54=1Ji=0Q]=1廿0第2层a2=ly2=oa2=l九二。y二0.55y=0.5a3=1.22儿二0a3=1.22儿二0y=0.55+0+0=0.45y=0.5+0+0二0.5第K=0.54二0.73斤二1.08儿二0.641层a2=0.82y2=0a2=0.82y二0.73y=0.64y=0.73+0+0=0.73y=0.64+0+0=0.64(2)由层间剪力和反弯点高度可以求得框架柱得柱端弯矩，屮柱的计算结果见表2-14,边柱的计算结果见表2-15o表2-14地震作用下4轴框架各层屮柱柱端剪力及弯矩计算表层次h((m)vtm(kN]m)(kN/m)伙N)ymJ64.541.6020426635812.950.3637.3020.9854.570.2120426635821.820.4554.0044.1944.593.6220426635829.020.4670.5260.0734.5111.8220426635836.830.582.8782.8724.5123.5220426635838.290.586.1586.1515.5130.0330632930240.310.6483.44141.89表2-15地震作川下4轴框架各层边柱柱端剪力及弯矩计算表层次hi(m)匕伙N)(kN/m)0(kN/m)岭(kN)y(kN•m)(kN64.541.602042638557.860.2725.829.5554.570.2120426385513.310.3538.9320.9644.593.6220426385517.690.4543.7835.8234.5111.8220426385522.340.4555.2945.24 24.5123.5220426385523.350.5547.2857.7915.5130.0330632601124.570.7336.4990.54(2)由柱端剪力根据节点的弯矩平衡条件求得各梁端弯矩及梁端剪力，其结果见表，再由节点力的平衡条件求得柱的轴力，其结果见表。梁端弯矩Mh、剪力匕.以及柱轴力M分别按下式计算：r1丄(M爲+%)lh+lb>lb+lb,n产k=i式中，i：、i；——分别表示节点左右梁的线刚度M：、M；——分别表示节点左右梁的弯矩N,——为柱在i层的轴力，以受压为正BC中跨AB边跨 M1(kNtn)•ItMr(kN•m)vb(kN)■!rM1(kNm)Mr(kN•m)K(kN)••1]+1「••625.820.51&657.410.518.651&656.2154&480.537.4914.330.537.4937.4912.50464.750.557.3620.350.557.3657.3619.12391.110.571.3927.080.571.3971.3923.80292.520.584.1529.450.584.1584.152&05194.280.584.8029.850.584.8084.802&27表2-16横向水平地震作用下4轴框架各层梁端弯矩剪力计算表表2-17横向水平地震作用下4轴框架各层柱轴力计算表层次AB剪力(kN)BC剪力(kN)边柱轴力(灯V)中柱轴力(kN)67.416.21-7.411.2514.3312.50-21.743.03420.3519.12-42.094.26327.0823.80-69.177.54229.452&05-9&67&72129.852&27-128.5210.3注：柱轴力屮的负号表示拉力。当为左地震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。 图2.10左震作用框架弯矩图(kN・m) -7.41-21.74-42.09-69.17-98.67-128.52Tn?-12-3.03-4.26-7.54-8.72-10.31.27.4121.743.034.267.548.7?10.3TnjT'图2.11左震作川框架轴力图（£N）42.0969.1798.67128.52 ////|//7.416.217.41、/,///////////\14.3312.5014.33////\//////..20.3519.12/20.35////\/八/////1'/27.0823.8027.08////,/,/彳//'//29.4528.0529.45///f///////////29.8528.2729.85//,/Xy/\/77777777777777?777TluTJ图2.12左层作用框架剪力图（kN） 2.4节内力计算(PK/W辅助计算)PKPM系列CAD软件是一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计和概预算报表等于一体的大型综合C4D系统。系统软件采用独特的人机交互输入方式，使用时不必填写繁琐的数据文件。软件有详细的中文菜单指导用户操作，并提供了丰富的图形输入功能，有效地帮助输入。本设计中利用PKPM系列软件对本框架结构进行辅助结构设计，一方面核对手算部分的内容，另一方面锻炼计算机辅助设计的能力和方法，并通过手算和机算间的对比加强对结构设计的理解和分析。2.4.1建模及相关信息输入通过PMCAD对各标准层建模，包括PM交互式数据输入，输入次梁楼板，输入荷载信息，形成PK文件等几个内容。(1)PM交互式数据输入按照木设计中的结构布置，共建立2个标准层。各标准层的完成建模的步骤包括：轴线输入一牛成网格一构件定义一楼层定义一荷载定义一楼层组装。其中，按照主梁的布置进行轴线输入，包括次梁的布置轴线。在构件定义中按照结构构件初佔中的内容定义梁柱截面。楼层定义中按照主梁的轴线布置主梁，对于不规则的次梁如次梁、其上乂布置自次梁的次梁则按主梁布置于和应轴线。考虑到建模中所布置的墙体PKPM均默认为剪力墙或砖墙等承重墙，不符合本设计实际情况，故在建模中不布置墙体，结构中的填充墙在以后的操作中转化为均布荷载形式作用于相应梁上。各层选定的相关参数与前面结构设计内容相符有：板厚为10°加〃?，板混凝土强度为C25,其钢筋保护层厚度为25mm.混凝土容重25kN/m钢柱与梁均采用Q345；结构重要性系数1・1,框架梁端负弯矩调幅系数°用5；输入地震信息包括:设计地震分组第二组，地震烈度为7度(0.lg),二类场地类别，框架抗震等级为二级，计算3个振型，周期折减系数为0.8；风荷载信息包括：修正后的基本风压为0・35规7",C类地面粗糙度，沿高度体型分段数为1,体型系数为1・3。(2)输入荷载信息楼面荷载输入中，没有窗的外墙取4.39KN/M,有门窗的取3.86KN/M,内墙取2.925KN/M主梁和次梁的口重±PKPM自动计算。主梁和次梁梁间恒载输入中需输入梁上轻型挂板：由于PKPM中布置的墙体均默认为剪力墙或砖墙等承重墙，故建模中不布置墙体，结构中的填充墙则以均布荷载的形式布置于主次梁上以符合工程实际结构的受力情况。(3)形成PK文件并对该PK建模选择轴线④一④对应的框架KJ-4形成PK文件。输入空间建模形成的轴线④一④对 应的平而框架模型。地震力计算方法采用振型分解法；荷载分项系数：恒载L2,活载L4,风载1・4,地震1・3；荷载组合系数：活载0.7,风载0.6,地震作用组合吋活荷载组合系数05o检查框架计算简图并输出恒载图、活载图及风荷载图。形成的框架K/-4立面图如图2.13所示： 28000.550045004500450045004500i—1cn[9LS1—1nj11100X400X13X21-0H100X400X13X21-0S}H400X100X13X21-0H400X400X13X21-01MOOX4OOX13X21-O11400X400X13X21-0E2・13^wKJI4aM匝HAOOX2OSEX】6—OroH400X400X13X210一0(H50S20SSX16014一3(=500X200231^0一8一6H350XWS3I7X二0H58X2OSOS6—OH400X400X13X21-011400X400X13X21-07IWOOX^JOOX13X21-05H5O0X2O0X一S一干0H400X400X13X21-011400X400X13X2108H5O0X2OSIOISITIOt—*11400X400X13X21011100X400X13X21-011400X400X13X210H400X400X13X21-0H58X2SXO26—06=53X200=0X1^0H58X2SXS5TQ411400X400X13X210coH4OOX4OOX13X210亠ro~H400X400X13X2106H100X400X13X210H500X200X1S16—0m=5sik28i?usi¥i0qH100X100X13X21-0roH400X100X13X210一4=1581X200X01X16。一5一一畧2sKli02H400X100xl3X21-02H400X100X13X210一8=358一75X7K二0 2.4.2恒荷载作用下内力输出PKPM得到的恒载计算简图及其内力图如图2.14—图2.16所示3」9.卒「ST4CQ8・、9coI-2.4LD05IO98I30.41115.9////1JL7777恒载弯矩图图2.14PKPM框架恒载图 9CLD15.4-0.36.8-0.6恒载剪力图〔kN〉图1.15框架恒载剪力图 (kN)6cu寸OJ6OJ恒難力图2.WPKPM框架恒载轴力图 2.4.3左震作用计算简图CO卜CDCU卜CO图2.1PKPM左震弯炬图 2・4・4手算荷载、内力与机算荷载、内力比较分析(1)恒荷载及其内力分析比较因为PKPM所计算出的荷载只是作用于框架梁上的荷载，即墙体重量及从板传來的荷载，而梁的□重则不以荷载形式在计算简图上表示出來。在进行PKPM辅助设计时，设定口动计算梁柱口重，这样致使PKPM比手算少了抹灰的重量。PKPM计算时考虑了各棍框架空间的相互影响作用。而且PKPM默认的梁的节点是实际节点，而我们手算时用轴线的交点计算。这都会造成误差，但最终手算和PKPM计算得到的内力结果不超过20%。(2)水平荷载及其内力分析比较通过比较可以发现手算水平地震力及其内力均较PKPM计算得到的地震力和内力大，差异明显。分析原因在于其计算方法不同。计算竖向荷载时手算用的弯矩二次分配法与PKPM所用的分层法其实质是一致的，故而所得结果比较一致。而在计算水平地震力及其内力时，手算采用底部剪力法计算门振周期和地震力，采用D值法计算内力，而PKPM则采用振型分解法并考虑三个振型，两者所得的□振周期相差很大，地震力及其内力相差也很大。PKPM计算所得的结果更精确。总的来讲可以认为，PKPM计算方法更精确，所得的结果较手算结果更精确。但是手算结果在课差允许范围Z内，还是可以采用的。 第三章构件设计3.1节结构构件验算本设计内力组合采用PKPM中PK计算书。对PK计算书中给出的齐梁和柱的56种内力组合分析，其中柱最后八种为地震组合，梁第1到3()为梁端弯矩最大组合,其中后四种为地震组合，第31到56组合为梁跨中弯矩最大组合，后四种为地震组合。选取柱1和梁1进行构件设计。其值如卜•所示：钢柱1内力组合和钢梁1的内力组合见附表3.1.1框架柱的验算框架柱的验算包括强度、整体稳定、局部稳定和刚度验算由内力组合结果，需验算底层柱。3.1.1.1框架底层柱Z-1(1)截面特性:柱Z-1的截面为HW400X400X13X21,其截面特性为A=219.5cm2,Ix=66900cm4Iy=22400cm4ir=17.5cmL=10.1cmw=3340cm'W=1120cm3,梁L-l的截面为IIN500X200X10X16,其惯性矩为Z=47800cm4o(2)计算长度系数(心---相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。柱与基础相连时©=10。47800/60066900/550+66900/450=0.29,K2=10查表得Ax=1.42计算长度:/0=aA=1・42x550=78cm(2)控制内力:根据电算结果取最不利组合第44组组合控制内力为：M|=168.97RN•加，7V,=1607.84^M2=m.99kN-m,N?二—1594.50RN第一组满足笫二组一定满足(3)强度验算：截面无削弱，由于压弯构件受压翼缘的口由外伸宽度b于其厚度tZ比考虑抗震故截面塑性发展系数rv=1.0。 亦=413N/E对第一组内力：N.M.1607.84xlO3168.97xlO6__““—c°.°—-H=+=73.25+56.21=129.46N/mm"<413N/mm"AnyWr219.5xl021.0x0.9x3340xl03满足要求(5)弯矩作用平面内稳定计算：则心=中=罟|=44.63,按b类截面查表得=0.856o对于在分析内丿J未考虑二阶效应的无支撑有侧移纯框架取/九=1^-2EA_^2x206x103x219.5x1Q2l.U；~l.lx44.632=2213.20V对第一组内力:N(PA入MN寸)NEX1607.84xIQ30.856x219.5xl0261.0x16&97x101.0x3340x10?x(1-0.8x1607,842213.2=83.24+115.04=198.287V//n/w2<4137V//nm2足要求（6）弯矩作用平面外稳沱计算：人=£=晋=54.5按b类截面查表得（py=0.744对于均匀弯曲的受弯构件,A<120—时，其整体稳定系数％可按照下式计算0=1.07——X-^=1.O7-^^X—=0.98,14400023544000235框架为有侧移框架氐=,截面形状系数〃=1。N,〃久M]_1607.84x1()3168.97x10°乔^bWx~0.835x219.5xl020.98x3340xlO3 (7)局部稳就验算：「max=』+机—1607.84x1?+168.97x10；385=g692+48.62=135.54"AI2219.5xl0266900xlO42•A=87.72+51.62=139.34N/mm2<413N/mm2满足要求NMxhQbmin1607.84x1()3219.5x102168.97x10：孔5二86.92-48.62二38.3N/加加?66900xlO42135.54—38.3八小/2“，2=0.72N/
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