1.1设计初步资料

一. 工程名称：某公寓综合楼

二. 工程概况：建筑面积6550.6 m2，建筑总高为25.2 m，建筑层数为六层，局部为七层，室内外高差为0.30 m。

三．建设地点：南宁市区内。

四. 相对风向：东南风，基本风压0.35 kN/ m2，地面粗糙度为B类。

五. 水文资料：经勘探未发现地下水。

六．地质条件：

1.地震烈度：本工程地震设防烈度为6度，场地类型：Ⅱ类。

2.地质资料：50cm表土以下为亚粘土，地基承载力特征值为200Kpa。

七．施工条件：由省级施工单位施工。

八. 材料使用：

1.混凝土：柱使用C30混凝土，梁板使用C25混凝土。

2.钢筋：纵向受力钢筋采用热轧钢筋HRB335,其余采用热轧钢筋HPB235。

3.墙体：框架填充墙体均采用M7.5混合砂浆砌筑MU5.0砖渣混凝土空心砌块190厚。

4.楼面：所有房间及走廊均为水磨石楼面(卫生间铺防滑地砖)。

5.屋面：采用二毡三油防水卷材，架空隔热陶制大阶砖。

6.门：木门。

7.窗：铝合金窗。

第二章 结构选型与布置

2.1 结构选型

一般的，结构选型包括选择合理结构类型和结构体系，结构的选型应遵循如下的原则：结构方案应满足建筑上的使用要求和结构要求，并且应综合考虑其安全可靠，经济合理，技术先进，施工方便，力学性能，以及工程所在地的可能条件等因素。

2.1.1结构类型

建筑采用的结构可分为砌体结构，钢筋混凝土结构，钢结构，钢-钢筋混凝土组合结构等类型。根据不同结构类型的特点，正确选用材料，就成为经济合理地建造建筑的一个重要方面。

砌体结构是一种古老的结构类型，特别适用于底层的民用建筑，砌体结构可以分为无筋砌体结构，配筋砌体结构，约束砌体结构等，其具有取材方便，具有良好的耐火性能和较好的耐久性能，使用期限较长，施工方法简单快速，节约木材。缺点是砌体的强度较低，导致结构的构件尺寸较大，建筑的自重较大，同时也对抗震不利。

钢筋混凝土结构具有造价较低、取材丰富、并可浇筑各种复杂断面形状，而且强度高、刚度大、耐火性和延性良好，结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，在建筑中得到广泛应用。当前，我国的高层建筑中钢筋混凝土结构占主导地位。到目前为止，我国已建成多幢200m以上的钢筋混凝土建筑。但钢筋混凝土结构的主要缺点是构件占据面积大、自重大、施工速度慢等。　　

钢结构具有强度高、构件断面小、自重轻、延性及抗震性能好等优点；钢构件易于工厂加工，施工方便，能缩短现场施工工期。近年来，随着高层建筑建造高度的增加，以及我国钢产量的大幅度增加，采用钢结构的高层建筑也不断增多。

钢和钢筋混凝土相结合的组合结构和混合结构。这种结构可以使两种材料互相取长补短，取得经济合理、技术性能优良的效果。

    组合结构是用钢材来加强钢筋混凝土构件的强度，钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，成为钢骨（或型钢）混凝土构件，也可在钢管内部填充混凝土，做成外包钢构件，成为钢管混凝土。前者可充分利用外包混凝土的刚度和耐火性能，又可利用钢骨减小构件断面和改善抗震性能，现在应用较为普遍。

混合结构是部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨混凝土结构）。多数情况下是用钢筋混凝土做筒（剪力墙），用钢材做框架梁、柱。混合结构的特点是强度高，施工快，耐久性较好。

结合本工程的特点，综合考虑建筑使用要求，建筑的高度，建筑所处的区域，施工的方便与经济性等因素，选用钢筋混凝土结构是最为合适的，因其可以充分发挥钢筋混凝土结构的优点，易满足各项要求。

2.1.2结构体系：

结构体系是指结构抵抗外部作用的构件总体组成的方式。在建筑中，抵抗水平力成为确定和设计结构体系的的关键问题。建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体以及它们的组合。

    1、框架结构体系

　　框架结构体系是由梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系适用于多层建筑及高度不大的高层建筑。

　　框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。

　　框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。但由于高层框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是框架高度的原因，一般控制在10～15层。

　　框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。

2、剪力墙结构体系

　　剪力墙结构体系是利用建筑物墙体承受竖向与水平荷载，并作为建筑物的围护及房间分隔构件的结构体系。

剪力墙在抗震结构中也称抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好，在水平荷载作用下侧向变形小，抗震性能较强。在国内外历次大地震中，剪力墙结构体系表现出良好的抗震性能，且震害较轻。因此，剪力墙结构在非地震区或地震区的高层建筑中都得到了广泛的应用。在地震区15层以上的高层建筑中采用剪力墙是经济的，在非地震区采用剪力墙建造建筑物的高度可达140m。目前我国10～30层的高层住宅大多采用这种结构体系。剪力墙结构采用大模板或滑升模板等先进方法施工时，施工速度很快，可节省大量的砌筑填充墙等工作量。

　　剪力墙结构的墙间距不能太大，平面布置不灵活，难以满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也比较大。为满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共房间，以及在住宅底层布置商店和公共设施的要求，可将剪力墙结构底部一层或几层的部分剪力墙取消，用框架来代替，形成底部大空间剪力墙结构和大底盘、大空间剪力墙结构；标准层则可采用小开间或大开间结构。当把底层做成框架柱时，成为框支剪力墙。

这种结构体系，由于底层柱的刚度小，上部剪力墙的刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大的内力及塑性变形，致使结构破坏较重。因此，在地震区不允许完全使用这种框支剪力墙结构，而需设有部分落地剪力墙。

3、框架-剪力墙结构体系

　　框架-剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。由于框架结构具有侧向刚度差，水平荷载作用下的变形大，抵抗水平荷载能力较低的缺点，但又具有平面布置较灵活、可获得较大的空间、立面处理易于变化的优点；剪力墙结构则具有强度和刚度大，水平位移小的优点与使用空间受到的缺点。将这两种体系结合起来，相互取长补短，可形成一种受力特性较好的结构体系-框架-剪力墙结构体系。剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置。

4、筒体结构体系

筒体结构为空间受力体系。筒体的基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则成为桁架筒，；如果体系是由上述筒体单元所组成，称为筒中筒或组合筒。通常由实腹筒做内部核心筒，框筒或桁架筒做外筒。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于多功能、多用途，层数较多的高层建筑中。

从本工程来看，其有教室区与宿舍区两部分组成，建筑有六层，局部为七层，建筑总高为25.2 m，教室区需要较大的空间，宿舍区的房间较多，其空间布置较简单，选用框架结构体系较为合理。

2.2 结构布置

2.2.1 结构平面布置

建筑的开间、进深尺寸和选用的构件类型应符合建筑模数，以利于建筑工业化。在一个的结构单元内，宜使结构平面形状和刚度均匀对称。需要抗震设防的建筑，其平面布置应符合下列要求：

　　1．平面宜简单、规则、对称、减少偏心；

　　2．平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过长，值宜满足规范的要求；

　　3．不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。

该结构的平面为矩形，形状规则，长67m,宽17.6m,轴线到轴线为教室区，到轴线为宿舍区。结构的平面不需要进行特殊处理。

2.2.2 结构竖向布置

　　高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要控制因素。而且随着高度增加，倾覆力矩也相应迅速增大。因此，高层建筑的高宽比不宜过大。一般将高宽比控制在5～6以下，当设防烈度在8度以上时， 应更严格一些。

　　建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，这些应遵循《高层规程》中的具体规定。

　  该工程竖向体型简单规则，无任何错层或突变，无须需要特别处理。

2.2.3 变形缝的设置

　　在建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，常隔一定距离设置温度伸缩缝；在高层部分和低层部分之间，由于沉降不同设置沉降缝；在地震区，建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大或有错层时，设置防震缝。温度缝、沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构的部分，成为的结构单元。

该工程因长方向较长，需要考虑温度变化对建筑的影响，需要设置伸缩缝，缝设置在轴线到轴线之间，缝宽为300mm。

2.3构件截面尺寸估算

主体结构共6层，局部7层，层高均为3.6m，内外墙的做法：内外墙均砌190厚空心砌块砖，门窗详见门窗表，楼层屋盖均为现浇钢筋砼结构。

板厚的估算：，现取板厚取100。

2.3.1梁柱截面尺寸初选

一.梁截面尺寸的估算

1.AC，DF跨：

(1).主梁：L=7500

,取700

，取300

故框架横纵梁的截面尺寸为b×h=300×700

(2).一级次梁：L=7500

  ,取500，b取250

故框架一级次梁的截面尺寸为b×h=250×500

(3).二级次粱：L=3000，现取用200×400。

2.BC跨：该跨的跨度较小，有2400，可以将该主梁连通，粱的截面也取用300×700。

表2-1  估算梁的截面尺寸()及各层混凝土强度等级

框架柱截面尺寸根据柱的轴压比，按下式计算：

1.柱组合的轴压比设计值按照公式2－1计算：

                    (2－1)

式中：

F: 为按照简支状态计算柱的负荷面积；

g：为折算后在单位面积上的重力荷载代表值，近似取14 kN/m2;

n: 为验算截面以上楼层层数；

2.框架柱验算

                          (2－2)

式中的轴压比1.05是根据建筑的抗震设防等级确定的。

由计算简图2.1可知边柱和中柱的负载面积可知：

中柱： 

边柱： 

边柱： 

中柱： 

根据上述计算结果，并综合考虑其他因素，取中柱截面为正方形，初步估计柱的尺寸为，边柱的尺寸考虑到框架梁纵向钢筋的锚固要求,框架柱的截面高度h最小为600mm,选其尺寸为。

图2.1 柱轴压比计算图

2.4框架框架计算简图，刚度计算

2.4.1框架计算简图

现取轴线上的框架进行计算，其计算简图如2.2所示。

2.4.2框架刚度计算

在框架结构中，现浇楼板的楼可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架的侧移。为考虑这一有利的作用，在计算梁的截面惯性矩的时候，对于中框架取（为梁的截面惯性矩）:

梁采用C25混凝土，。           

由于左跨梁＝右跨梁：

中跨梁：

柱采用C25混凝土，。

图2.2 框架计算简图

注：室内外高差为0.30m,基础埋深为0.5m,则底层层高为3.6+0.3+0.5=4.4(m)

底层柱：

,轴: 

,轴: 

其余各层柱：

,轴: 

,轴: 

令,则其余各杆件的相对线刚度为：＝    

框架梁柱的相对线刚度如下图2.3所示：

图2.3 框架梁柱的相对线刚度

第三章 荷载计算

3.1屋面楼面重力荷载计算

一.屋面(98ZJ001指的是中南地区建筑配件图集合订本)

40厚370×370陶制大阶砖，1：2水泥砂浆勾缝            

M2.5砂浆顺水方向砌一侧一平砖带，高180，中距380，       

砖带端部砌240×120砖三皮    2.29 kN/m2

二毡三油    (见98ZJ001)

刷冷底子油    

20厚1：3砂浆找平层

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1×25 kN/m3＝2.5 kN/m2

抹灰层：10厚混合砂浆0.01m×17 kN/m3＝0.17 kN/m2

合计                                             4.96 kN/m2

二.各标准层，走廊楼面：水磨石楼面：

10㎜面层    0.65 kN/m2

20㎜水泥砂浆打底                                (见98ZJ001)

素水泥砂浆结合层一道

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m×25 kN/m3＝2.5 kN/m2

抹灰层：10厚混合砂浆0.01m×17 kN/m3＝0.17 kN/m2

合计：                                           3.32 KN/㎡

三.卫生间地面

构造层：

8-10厚地砖铺实拍平，水泥浆擦缝

25厚1：4干硬性水泥砂浆，面铺素混凝土

1：5聚氨酯防水涂料，    2.26    KN/㎡

面上撒黄沙，四周沿上翻150厚                            (见98ZJ001) 

15厚1：2砂浆找平

50厚C20细石混凝土找平

50厚C20细石混凝土找0.5%-1%坡度，最高处小于20 

结构层：100厚现浇钢筋混凝土板0.1m×25 kN/m3＝2.5 kN/m2

抹灰层：10厚混合砂浆0.01m×17 kN/m3＝0.17 kN/m2

合计：                                       5.93 kN/m2

3.2．屋面及楼面活荷载计算

根据《荷载规范》查得 ：

上人屋面：2.0 kN/m2

楼    面：2.0 kN/m2 (教室和宿舍)

走    廊：2.5 kN/m2

3.3．梁，柱，墙，门窗重力荷载的计算

一.梁自重：

1.边横梁，纵梁：b×h=300mm×700mm

梁自重： 2.5 kN/m2×0.3m×(0.7m-0.1m)=4.50 kN/m2

抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×[(0.7m-0.1m)×2+0.30m]×17 kN/m2=0.26 kN/m2

合计：                                         4.76 kN/m2

二．中横梁：b×h=250mm×500mm

梁自重：25 kN/m3×0.25m×(0.50m-0.1m)=2.5 kN/m

抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×[(0.5m-0.1m)×2+0.25m]×17 kN/m3=0.18 kN/m2

合计：                                        2.68 kN/m2

三.次梁：b×h=200mm×400mm

梁自重：25 kN/m3×0.20m×(0.4m-0.1m)=1.50KN/m

抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×[(0.4m-0.1m)×2+0.20m]×17 kN/m3=0.14 kN/m2

合计：                                        1. kN/m2

四.基础梁：b×h=250mm×550㎜

梁自重：25 kN/m3×0.25m×0.55m=3.44KN/m

五.柱自重：

1.柱：b×h=400mm×600mm

柱自重：25 kN/m3×0.4m×0.6m=6KN/m

抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×（0.4m×2+0.6×2）×17 kN/m3=0.34 kN/m2

合计：                                         6.34 kN/m2

2.柱：b×h=550mm×550mm

柱自重：25 kN/m3×0.55m×0.55m=7.56KN/m

抹灰层10厚混合砂浆：0.01m×0.55m×0.55m×2×17 kN/m3=0.37 kN/m2

合计：                                          7.93 kN/m2

六.外纵墙自重：

标准层

纵墙：0.9m×0.19m×11.8 kN/m3=2.018 KN/m

铝合金窗：0.35 KN/㎡×1.95m=0.683 KN/m

水刷石外墙面：（3.6m-1.95m）×0.5 kN/m2=0.825 KN/m

水泥粉刷内墙面：（3.6m-1.8m）×0.36 kN/m2=0.594KN/m

合计：                                         4.12 kN/m2

底层：

纵墙 （4.4m-0.7m-0.55m-1.95m）×0.19m×11.8 kN/m3=2.69 KN/m

铝合金窗：0.35 kN/m2×1.95m=0.683 KN/m

水刷石外墙面：（4.4m-0.7m-0.55m-1.95m）×0.5 kN/m2=0.60KN/m

石灰粗沙刷内墙面：（4.4m-0.7m-0.55m-1.95m）×0.36 kN/m2=0.43KN/m

合计：                                          4.40 kN/m2

七.内横墙自重：

标准层

横墙：（3.6m-0.7m）×0.19m×11.88 kN/m3=6.50 KN/m

水泥粉刷内墙面：2.9 kN/m2×0.36×2=2.09KN/m

合计：                                         8.59 kN/m2

底层：

横墙：（4.4m-0.7m-0.55m）×0.19m×11.88 kN/m3=7.06 KN/m

水泥粉刷内墙面：2.9m×0.36 kN/m2×2=2.09 KN/m

合计：                                         9.15 kN/m2

八.内纵墙自重：

标准层：

内纵墙：0.9×0.19m×11.8 kN/m3=2.018 KN/m

铝合金窗：0.35 kN/m2×1.95m=0.683 KN/m

水泥粉刷内墙面：(3.6m-1.95m)×0.36 kN/m2×2=1.19KN/m

合计：                                          3. kN/m2

底层：

内纵墙：（4.4m-0.7m-0.55m-1.95m）×0.19m×11.8 kN/m3=2.69 KN/m

铝合金窗：0.35 kN/m2×1.95m=0.683 KN/m

水泥粉刷内墙面：(4.4m-0.7m-0.55m-1.95m)× 0.36 kN/m2×2=0.87 KN/m

合计：                                           4.24 kN/m2

九.女儿墙自重：（做法：墙高1300mm,100mm的混凝土压顶）

墙重：1.3×0.19m×11.8 kN/m3=2.91 KN/m

压顶重：0.19 kN/m2×0.1×25m=0.683 KN/m

水泥粉刷内墙面：0.01×1.4×17 kN/m2×2=0.238 KN/m

外侧贴瓷砖：0.5×1.4 KN/m=0.7 KN/m

合计：                                           4.33 kN/m2

第四章 竖向荷载作用下内力计算

4.1 框架结构的竖向荷载计算

4.1.1.板传荷载计算

计算单元如图1所示：

因为楼板为整体现浇，楼板板双向板，可沿四角点沿45°线将区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至二级梁上的三角形荷载可化为一集中力，二级次梁的集中力和板传给一级次梁的梯形荷载以集中力传给纵向框架，纵向框架所承受的各种荷载（梁，墙）最后以集中力传到柱顶。

图4.1框架结构计算单元

图4.2框架梁荷载计算简图

一.A～C, (D～F)轴间框架梁：

1.屋面层：

（1）恒载：

屋面板传荷载：  

楼面板传荷载：（轴右边为卫生间地面，左边为教室地面）:

屋面二级次梁传递的集中力：

楼面二级次梁传递的集中力：

梁自重：4.76KN/m；    墙体自重：8.59KN/m

（2）活载：

楼面板传，屋面板传荷载：  

屋面，楼面二级次梁传递的集中力：

二. C～D轴间框架梁：

1.恒载：

屋面板传递的二个梯形荷载： 

楼面板传递的二个梯形荷载： 

梁自重：4.76KN/m

2.活载：

屋面板传递的二个梯形荷载： 

楼面板传递的二个梯形荷载：

三.A,F轴柱纵向集中荷载计算： 

1.顶层柱：

顶层柱恒载:

二级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：

偏心距：e=0.15m,则偏心

2.标准层柱恒载：

     二级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力： 

                       偏心距：e=0.15m,则偏心

3.屋面，标准层柱活载：

二级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：

偏心距：e=0.15m,则偏心

五.C,D柱纵向集中力计算：

1.顶层柱恒载:

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：

偏心距：e=0.125m,则偏心 

顶层柱活载：

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：   

偏心距：e=0.125m,则偏

2.标准层柱恒载：

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：

偏心距：e=0.125m,则偏心距    

标准层柱活载：

一级次梁传递的集中力： 

一级次梁传递给框架的集中力：

偏心距：e=0.125m,则偏心距

4.2恒荷载作用下框架的内力

4.2.1.恒荷载作用下框架的弯矩计算

一．恒荷载作用下框架的受荷简图如图4-3所示:

二.根据梁，柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数:                   

分配系数如4.4 , 图4.5所示：

A柱：底层： 

标准层： 

顶层：       

图4.3 竖向受荷总图

注：1.图中各值的单位线荷载的单位为KN/m，集中荷载的单位为KN,弯矩的单位为KN·M，

2.图中数值为标准值。

  图4.4 B柱弯矩各层分配系数简图

图4.5 C柱弯矩各层分配系数简图

C柱： 底层：

标准层： 

顶层： 

三.恒荷载作用下的固端弯矩计算.

（1）A,C轴线间梁(计算简图如图4.6)：

图4.6  AC轴框架梁计算简图

固端弯矩的计算可以按照梯形荷载，集中力，均布荷载进行计算，其中梯形荷载可以按照如下三个部分进行计算（先取半结构计算，在由对称性得出结果）：

第一种情况：

第二种情况：

第三种情况：

对于上述的三种情况，可以根据静力计算手册计算出杆件的固端弯矩:

（1）顶层：

  ,

第一种情况：

第二种情况：

第三种情况：

在均布荷载作用下： 

在集中荷载作用下： 

由上述几种情况进行叠加，可得到顶层梁的固端弯矩为：

-8.16-12.01-12.81-1.41-4.05-7.20-22.46-25.94=94.04(KN/m)

(2)标准层：

,

第一种情况：

第二种情况：

第三种情况：

在均布荷载作用下： 

在集中荷载作用下： 

由上述几种情况进行叠加，可得到顶层梁的固端弯矩为：

-7.63-11.22-11.80-1.32-3.78-6.73-63.00-24.66=130.14(KN.m)

2.C,D间轴线（计算简图如图4.7）：

图4.7 CD框架梁计算简图        图4.8 CD框架梁半结构计算简图

固端弯矩的计算可以按照梯形荷载，均布荷载进行计算，其中梯形荷载可以等效成均布荷载计算，公式如下所示：

因取半结构计算，计算简图如图4.8。

则固端弯矩的计算公式为： 

(1)顶层：

（2）.标准层：

四.弯矩分配及传递

弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。在分层法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。所以本框架设计是完全对称的结构，忽略侧移的影响，采用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为1/2。各节点分配两次即可，计算简图如图4.9所示：

图4.9 恒载作用下框架弯矩内力二次分配表(单位KN·M)

图4.10恒荷载作用下的弯矩图（单位：KN.m）

五. 恒载作用下的的框架弯矩图

对于无荷载直接作用的杆件（如柱），将其柱端的弯矩连以直线，即为该杆件的弯矩图；对于有荷载作用的杆件（如AC梁），则以求出杆端弯矩和剪力为基础。由平衡条件求出各截面的弯矩，即为该杆件的弯矩图。对于有荷载作用的杆件（如CD梁），则以杆端弯矩的连线为基线。叠加相应简支梁的弯矩图，即为该杆件的弯矩图，弯矩图见图4.10所示。

图4.11 跨中弯矩计算简图

1.A,C梁跨中弯矩计算：

跨中弯矩的计算简图如上图4.11所示

2.C,D梁跨中弯矩计算：

4.2.2.恒载作用下框架剪力, 轴力计算

图4.12 梁柱剪力轴力计算图

梁：                

柱：                

计算过程见表4.1 ，剪力图与轴力图见图4.13，图4.14：

表4.1 恒载作用下梁端剪力及柱轴力

  图4.13 恒载作用下的剪力图(单位：KN)

注：由于该框架结构左右对称，所以竖向荷载作用下框架剪力图反对称。

图4.14 恒载作用下的柱轴力图（单位KN）代表压力，AC轴与DF轴对称。

4.3活荷载作用下框架的内力

4.3.1.活荷载作用下框架的弯矩计算

一.活荷载作用下的固端弯矩计算，根据如下计算简图

1.A,C轴线间梁（计算简图见图4.15）：

图4.15 AC框架梁计算简图

固端弯矩的计算可以按照梯形荷载，集中力进行计算，其中梯形荷载可以按照如下三个部分进行计算（先取半结构计算，在由对称性得出结果）：

第一种情况：                                    第二种情况：

第三种情况：

对于上述的三种情况，可以根据静力计算手册计算出杆件的固端弯矩:

顶层，标准层：    ,

第一种情况：

第二种情况：

第三种情况：

在集中荷载作用下： 

由上述几种情况进行叠加，可得到顶层梁的固端弯矩为：

-3.29-0.57-4.84-1.63-2.90-5.18-8.75=-27.16(KN.m)

2.C,D间轴线(计算简图见4.16)：

图4.16 CD框架梁计算简图                  图4.17 CD框架梁半结构计算简图

固端弯矩的计算可以按照梯形荷载，均布荷载进行计算，其中梯形荷载可以等效成均布荷载计算，公式如下所示：     

因取半结构计算，计算简图如图4.17。

则固端弯矩的计算公式为： 

(1)顶层：

（2）标准层：

二.弯矩分配及传递

弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。在分层法中，用弯矩分配法计算分层单元的杆端弯矩时，任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。而弯矩二次分配法假定任一节点的不平衡弯矩只影响至与该节点相交的各杆件的远端。因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次分配、一次传递、再一次分配。所以本框架设计是完全对称的结构，忽略侧移的影响，采用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为1/2。各节点分配两次即可，分配过程见图4.18。

三. 活载作用下的的框架弯矩图

对于无荷载直接作用的杆件（如柱），将其柱端的弯矩连以直线，即为该杆件的弯矩图；对于有荷载作用的杆件（如AC梁），则以求出杆端弯矩和剪力为基础。由平衡条件求出各截面的弯矩，即为该杆件的弯矩图。对于有荷载作用的杆件（如CD梁），则以杆端弯矩的连线为基线。叠加相应简支梁的弯矩图，即为该杆件的弯矩图，弯矩图见图4.19。

1.A,C梁跨中弯矩计算：

跨中弯矩的计算简图如图4.20所示。

图4.18恒载作用下框架弯矩内力二次分配表(单位KN·M)

图4.19 活荷载作用下的弯矩图  （单位：KN·m）

图4.20 跨中弯矩计算简图

2.C,D梁跨中弯矩计算：

4.3.1.活载作用下框架剪力, 轴力计算

图4.21 梁柱剪力轴力计算图

梁：                     

柱：                    

计算过程见表4.2 ，剪力图与轴力图见图4.22，图4.23：

表4.2 活载作用下梁端剪力及柱轴力

图4.22 活载作用下的剪力图(单位：KN)

注：由于该框架结构左右对称，所以竖向荷载作用下框架剪力图反对称。

图4.23  活载作用下的柱轴力图（单位：KN）代表压力，AC轴与DF轴对称。

第五章：横向水平荷载作用下框架结构的内力计算

5.1框架柱的侧移刚度D值计算

5.1.1.底层

…………(5-1)               …………(5-2)

由公式（5－1）、（5－2）可求梁柱线刚度为：

1. A,F梁柱线刚度为：  

   （KN/m）

2. C,D梁柱的线刚度为： 

    （KN/m）

  （KN/m）

5.1.2.标准层：

…………(5-3)                        …………(5-4)

由公式（5－3）、（5－4）可求梁柱线刚度为：

1.A,F梁柱的线刚度为： 

  （KN/m）

2.C,D梁柱的线刚度为： 

     （KN/m）

（KN/m）

5.2风荷载作用下框架内力计算

5.2.1．风荷载标准值

《荷载规范》规定，对于框架结构，当自振周期时，应采用风振系数考虑风压脉动影响，设本工程自振周期为：

应考虑风压脉动的影响： 

由得ξ=1.17，由得=0.40。

φz计算过程如表5.1所示：

表5.1振型的计算表格

框架结构分析时，应按静力等效原理将分布荷载转化未节点集中荷载如下图5.1 所示。

 图5.1等效节点集中荷载 单位：(KN/m)

各层的集中荷载F的计算过程如下：计算结果如表5.2所示。

表5.2集中风荷载标准值计算表

   等效节点集中荷载 所示的水平荷载由公式(5-5)计算层间剪力，然后根据轴线，框架的层间侧移刚度，按公式(5-6),(5-7)计算各层的层间位移，相对侧移和绝对侧移，计算结果如表5.3所示。

…………(5-5)   …………(5-6)  …………(5-7)

表5.3 风荷载作用下的框架层间剪力及侧移计算

5.2.3．风荷载作用下的框架结构的内力计算

1.柱反弯点高度：

所取2轴线框架共有2根中柱，2根边柱，先按下面的公式计算反弯点的位置： 

式中，为标准反弯点的高度比，为因上下层梁刚度比变化的修正值，为因上层层高变化的修正值，为因下层层高变化的修正值。

根据上式，反弯点的位置的计算过程如表5.4，5.5所示：

表5.4  A,F轴框架柱反弯点位置计算表

（1）.先求各柱反弯点处的剪力：                    

（2）.求各柱杆端和梁的弯矩：       

（3）.求各梁柱的剪力轴力：        

计算简图5.2，5.3如下所示，结果见表5.6，5.7，5.8

图5.2梁端弯矩，剪力计算简图                     图5.3梁端弯矩，剪力计算简图

表5.6 风荷载作用下A，F框架柱剪力和梁柱端弯矩的计算

3.根据上述的计算结果，可以画出风荷载作用弯矩图，剪力图，如下图5.4，图5.5所示：

图5.4 风荷载作用下框架的弯矩图

图5.5风荷载作用下框架结构梁端剪力，柱轴力图

第六章：横向框架内力组合与截面设计

6.1框架梁，柱内力组合

6.1.1框架梁端弯矩调幅

在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯距进行调幅，调幅系数为现浇框架：0.8-0.9，本设计取0.85。现取底层的框架梁AC进行设计，调幅计算过程如下：

1.恒载作用：

梁两端的弯矩调幅结果如下：

跨间的荷载是对称的，可近似认为跨间弯矩的最大值发生跨中。        

图6.1荷载计算简图

由平衡条件得，剪力

2.活载作用：

由平衡条件得，剪力

同时跨中弯矩还应满足下列要求：

式中  、、分别为调幅后梁梁端负弯矩及跨中正弯矩；为按简支梁计算的跨中弯矩。

6.1.2 框架梁柱内力组合计算

结构在恒荷载，活荷载，风荷载作用下，应考虑以四种种组合形式：

(1)由可变荷载效应控制的组合：        

(2)由永久荷载效应控制的组合：                        

框架梁柱的组合结果见表6.1，6.2所示：

表6.1底层AC梁内力组合表（M单位：kN·m，V单位：kN）

表6.2底层框架柱C内力组合表（M单位：kN·m，V单位：kN）

6.2. 框架梁截面设计

6.2.1 梁的最不利内力：

经以上计算可知，梁的最不利内力如下：

 跨间：  

支座A： 

支座C： 

6.2.2 梁正截面受弯承载力计算：

对于楼面现浇的框架结构，梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量。跨中正弯矩按T形截面计算纵筋数量。翼缘计算宽度按跨度考虑时：

翼缘计算宽度按厚度考虑时：

现综合考虑，取翼缘的计算长度为2510mm进行计算。

梁内纵向钢筋选Ⅱ级热扎钢（）,

砼C25(),,。

下部跨间截面按单筋T形截面计算。

 属第一类T形截面。

实配钢筋418（As=1017mm²）。

梁支座配筋：支座A,C受压弯矩相近，取M=进行计算：

将下部跨间截面的418钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋，。

支座A受拉钢筋：

说明负筋富余，且达不到屈服。   

选配218+222，，配筋率，满足要求。

6.2.3.梁斜截面受剪承载力计算

AC跨：当时， 

截面尺寸满足要求。　

按构造配筋，梁跨中弯矩配筋示意图如6.2所示，梁支座配筋示意图如图6.3所示。　

该建筑属于四级抗震等级，梁端加密区长度为

箍筋的最大间距为

选配8@200，加密区选配8@140。                                                     

            图6.2 跨中截面配筋示意图                图6.3支座截面配筋示意图

6.3框架柱的截面设计

6.3.1底框架柱C截面设计

柱截面设计：

1. 轴压比验算：底层柱： 

则底层柱B的轴压比满足要求。

2. 截面尺寸复核： 取，，

因为，所以

    满足要求.

3. 正截面受弯承载力计算

    根据C轴柱内力组合表，按理也应将支座处的弯矩换算到支座边缘，考虑到本工程的柱端弯矩较小，以支座处的弯矩进行计算偏于安全且偏差不大，不再折算到边缘弯矩，柱同一弯矩分别承受正反向，采用对称配筋。

从柱内力组合表可见:  

三种内力组合为(第二与第三组合的结果是一样的)：  M=18.29KN.M   N=24.42KN    

 M=94.54KN.M    N=1867.93          M=94.54KN.M    N=1867.93

（1）第一种组合：因无水平荷载产生的弯矩，柱子的计算长度为：   

，属于小偏心受力情况。

,考虑偏心矩增大系数

，取，  由于，取

根据对称配筋得：

按构造配筋最小总配筋率查得： 

，所以选用320， 

(2).第二内力组合：

弯矩由风荷载作用产生的弯矩>75%,则柱的计算长度应按下列二式中的较小值选用：

在这里，，， 

则有： 

现取，，取20mm和偏心矩方向截面尺寸的1/30两者中的较大值，550/30=18.3mm，所以，                  

，要考虑偏心矩增大系数：

  ， 取，由于，取

采用对称配筋，            

属于大偏压情况时 ，

配筋要符合最小配筋率要求，四级框架按照建筑抗震设计规范GB50011-2001表6.3.8.1规定受柱纵向钢筋每一侧最小配筋率是0.2%，中柱、边柱全部纵向钢筋最小配筋率是0.6%。

，所以选用218+222， 

4.框架柱斜截面受剪承载力计算：

考虑最不利组合：M=94.54KN.M；N=1867.93；V=42.90KN

剪跨比： 

又因为，所以N=1297.25KN

按构造配筋，选配48@200。框架柱的配筋示意图如图6.4所示。

根据构造要求，加密区的箍筋选配48@100，加密长度底层柱的长度取底层柱净高的1/3=1/34400=1466.7mm。现取用1450mm。

图6.4 框架柱的配筋示意图                        图7.1 楼板计算简图

第七章 楼板配筋计算

7.1设计资料

现取屋面层的2到1/2,D到1/D轴线间的双向板进行计算，计算简图如下图7.1所示：

板厚选用100mm，楼面恒荷载标准值，楼面活荷载标准值：，混凝土为C25 ,。

7.2荷载计算

屋面： 恒载：   活载： 

合计：      8.752 kN/m2  

7.3板的计算

双向板计算按弹性性理论计算：

求各区格板内的跨中弯矩时，按恒载均布和活载棋盘式布置计算，取荷载：

在作用下，各支座均可视为固定，某些区格板跨内最大正弯矩不在板的中心点处，在作用下，各支座均可视为简支，跨内最大弯矩发生在中心处，计算时，可以取二者之和为跨内最大弯矩值。

求各支座最大弯矩（绝对值）时，按恒荷载及活荷载均满布各区格板计算取荷载：

计算过程如下： 

1.跨内：

当泊松比时， 

当泊松比时， 

2.支座：

3.配筋计算：

取，配筋公式为： 

（1）跨中:

方向：   ，按构造选配8@200， =251

方向：   ，按构造选配8@200， =251

(2)支座：

X方向：,    选配8@150， =335

Y方向：   ，选配8@150， =335。

综上所述，结合有关构造要求，楼板的配筋示意如下图7.2所示：

图7.2 楼板的配筋示意图

第八章 电算比较

8.1数据输入

本次设计采用结构设计软件PKPM进行辅助设计，输入数据时采用PK模块,主要参数如下： 

柱砼等级C30               柱梁自重计算信息 算梁与柱

梁砼等级C30               梁支座负弯矩调幅系数1.0    

梁柱主筋级别HRB335       梁惯性矩增大系数2.00

梁柱箍筋级别HRB235       结构重要性系数1.00

柱保护层35                抗震计算：不计算

梁保护层35

框架立面图见附录一，恒载图见附录二，活载图见附录三，左风载图见附录四。

8.2结果输出

框架的恒载弯矩图见附录五，恒载剪力图见附录六，恒载轴力图见附录七，活载弯矩包络图见附录八，活载剪力包络图见附录九，活载轴力包络图见附录十，左风内力图见附录十一，弯矩包络图见附录十二，配筋包络图见附录十三。

8.3结果比较

由计算机所得到的结果可以看出，手算得到的结果与计算机得到的结果大致相同，由恒载弯矩图可以看出，由二次分配法所得到的结构与计算机得到的结果是相近的，两者相差1-2，可见二次分配法用于该工程的计算是比较精确的。但左风荷载的内力图是有差异的，主要发生在结构的顶层，这是由于手算与机算的方法不同的原因。同时在手算中并没有考虑到活载的最不利布置，导致机算的活载内力与手算的不相同。对于截面配筋，计算机所考虑的内力组合比手算考虑的要多，进而使得配筋计算产生了差异差异主要产生载梁端的配筋计算上。

第九章 基础设计计算

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002,知天然地基上的基础埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15,本建筑物高度为25.2m,但同时考虑到基础埋深应尽量浅埋,故取基础埋深为1.5m。

9.1基础尺寸设计及地基承载力验算

9.1.1荷载数据

框架底层的轴的内力基本组合结果表9.1所示，其中活荷载考虑折减系数0.65，考虑基础梁以及墙传来的荷载，可以得到如表9.2的结果。

表9.1底层框架A内力组合表（M单位：kN·m，V单位：kN）

表9.2 计算基础所用的荷载组合表

9.1.2初估基底截面面积和基础高度

基础的覆土层为0.5m,重度为15,覆土层下为粘土层，重度为18,

基础钢筋选用二级钢，C20混凝土，垫层采用C15的混凝土。

地基承载力特征值为200,=1482.25KN, 

地基承载力力特征值先进行深度修正：

估算基底面积，考虑偏心荷载的影响，将基底面积增大20%：

取基础的长边与短边的比值为：，则， 

宽度b<3.0m,故地基承载力不用修正，初步确定基础高度为1000mm。H=1000mm，设为三阶基础，第一，二阶高350mm，第三阶高300mm。

9.1.3验算荷载偏心距和基底最大压力

表9.3 荷载偏心距和基底最大压力验算

9.2.1荷载数据

基础设计的三组不利内力设计值在基底产生的净反力见下表

表9.3不利内力设计值在基底产生的净反力

基础下设100厚C15素混凝土垫层，基础采用C20的混凝土，保护层厚度取40mm。

基础剖面图和平面图如图9.1所示：

图9.1 基础计算简图

9.2.2.柱与基础交接处的冲切强度验算：

矩形基础一般沿柱短边一侧先发生冲切破坏，因此只要验算短边一侧的截面即可：

1.柱边截面： 

因

冲切角锥体的底面积落在基底面积范围内，则按基底最大净反力即来计算， =209.92

冲切力:

抗冲切力：对于基础受冲切承载力截面高度影响系数：

当时，；时，。因基础高度h=1000㎜，则内插得。砼C20，：

满足要求

2.变阶处截面一：

，因

冲切角锥体的底面积落在基底面积范围内，则按基底最大净反力即来计算， =209.92

冲切力:

抗冲切力：

对于基础受冲切承载力截面高度影响系数：

当时，；时，。因基础高度h=1000mm，则内插得。

砼C20，ft=1100kPa：

满足要求

3.变阶截面处二：

，因

冲切角锥体的底面积落在基底面积范围内，则

冲切力（按基底最大净反力即来计算， =209.92）:

抗冲切力：

对于基础受冲切承载力截面高度影响系数：

当时，；时，。因基础高度=350㎜，则内插得。

砼C20，ft=1100kPa：

满足要求

9.2.3底板配筋计算

长边计算Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面，短边计算Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，Ⅵ-Ⅵ截面，见前图（基础平面图）。

1. 基础长边方向配筋计算：

Ⅰ-Ⅰ截面:

Ⅱ-Ⅱ截面：

Ⅲ-Ⅲ截面：

因长边方向弯矩较大，采用二级钢筋=300Kpa,短边方向采用一级钢， =210Kpa。按构造要求，基础的最小配筋率为0.15%，综合考虑长边方向每米宽度内应配2182.3/2.6=839.3mm2，选配14@180(855)。

2. 基础短边方向配筋计算：

Ⅳ-Ⅳ配筋： 

Ⅴ-Ⅴ配筋： 

Ⅵ-Ⅵ配筋： 

根据《建筑地基基础设计规范》扩展基础底板受力钢筋的最小直径不宜小于10 mm，间距不宜大于200 mm，也不宜小于100 mm，取间距150mm, 按构造要求，基础的最小配筋率为0.15%，综合考虑短边方向每米宽度内应配1994.9/4.0=498.7 mm 2，选配10@150 ()。基础配筋示意图如下图9.2所示，基础的配筋详见基础施工图。

图9.2 基础配筋示意图

9.2.4 局部受压取验算

因基础的混凝土强度等级小于柱的混凝土，局部受压区的截面尺寸应符合下列要求：

式中：Fl为局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值；fc为混凝土轴心抗压强度设计值(fc=11.9N/mm2)；βc为混凝土强度影响系数，取βc=1.0；βl为混凝土局部受压时的强度提高系数；Al为混凝土局部受压面积；Aln为混凝土局部受压净面积；Ab为局部受压的计算底面积。 

由以上式子得： 

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