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(1)横向框架梁:
h=(1/10~1/18)L=(1/10~1/18)×
6.3m=0.35~0.63m,取h=0.6m
b=(1/2~1/3)h=(1/2~1/3)×
0.6m=0.2~0.3m,取b=0.3m
中间框架梁由于跨度较小,截面尺寸取为b×
h=0.3m×
0.3m
(2)纵向框架梁:
h=(1/10~1/18)L=(1/10~1/18)×
4.5m=0.25~0.45m
b=(1/2~1/3)h=(1/2~1/3)×
(0.25~0.45)m=0.08~0.23m
结合建筑中墙身的情况,取b×
2、柱的选择
(1)底层框架柱:
h=(1/6~1/12)H=(1/6~1/12)×
3.9m=(0.33~0.65)m
h取0.45m,b×
h=0.45m×
0.45m
(2)标准层框架柱:
3.6m=(0.3~0.6)m
3、板的选择
采用全现浇板,在部分跨度较大处加设次梁;
可根据荷载以及梁的尺寸确定板的厚度为100mm。
2.2楼梯结构布置
采用板式楼梯。
具体情况见第六章楼梯设计及楼梯结构布置图。
2.3基础平面布置
本次设计采用筏板基础,具体的尺寸及配筋将由第七章的基础设计确定。
3框架结构计算简图
3.1计算任务
计算作用于6号轴线的恒载、活载、风荷载以及由这些荷载引起的各层梁、柱的内力。
恒载、活载作用下梁端弯矩计算要求采用弯矩两次分配法,风载作用下的内力计算要求采用D值法。
3.2计算简图的确定
该房屋主体结构共6层,一层层高3.9m,二到六层层高3.6m。
取柱的形心线作为框架柱的轴线,梁的轴线取至板底,该框架结构的计算简图如图下图所示。
屋盖和楼盖均采用现浇钢筋混凝土结构,板厚度取100mm。
梁截面高度按跨度的1/10~1/18估算,而且梁的截面尺寸应满足承载力、刚度以及延性的要求。
梁截面宽度可取1/2~1/3梁高,同时不宜小于1/2柱宽,且不应小于250mm。
1、梁、柱的计算高(跨)度
梁的跨度:
取轴线间距,即边跨梁为6.3m,中间跨为2.4m;
底层柱高:
设基础底面标高为3m,基础高度为1m,则底层柱高3.9m+3.0m-1.0m=5.9m;
其他层柱高:
取层高,即为3.6m。
框架几何尺寸如图1。
2、框架计算简图
框架在竖向荷载作用下,可忽略节点侧移,按刚性方案设计。
在水平荷载作用下,不能忽略节点侧移,按弹性方案设计。
相对线刚度计算如下:
柱线惯性矩:
IC=
/12=
/12=0.0034
底层柱线刚度:
ic1=EcIc/H=(30×
N/m²
×
0.0034
)/5.9m=1.73×
N•m
其他层柱线刚度:
ic2=EcIc/H=(30×
)/3.6m=2.83×
图1框架几何尺寸图
3、框架计算简图
边跨梁的惯性矩:
Ib1=2×
bh³
/12=2×
0.3×
0.6³
m³
/12=0.0108
边跨梁的线刚度:
ib1=EcIb1/L=(30×
0.0108
)/6.3m=5.14×
中间跨梁的惯性矩:
Ib2=2×
0.3³
/12=0.00135
中间跨梁的线刚度:
ib2=EcIb2/L=(30×
0.00135
)/2.4m=1.69×
如图2所示,设ib1=5.14×
N•m=1,
则ib2=1.69×
N•m/5.14×
N•m=0.33
ic1=1.73×
N•m=0.34
ic2=2.83×
N•m=0.55
得计算简图如图2所示
图2框架计算简图
4恒荷载计算及其内力分析
4.1自重计算
1、屋面及楼面永久荷载标准值
屋面(上人):
合成高分子卷材和涂膜防水屋面
8~10厚地砖平拍实
25厚1:
4干硬性水泥砂浆
0.5厚聚乙烯薄膜一层
1.2厚氯化聚乙烯橡胶共混防水卷材
1.5厚聚氨酯防水涂料
20厚1:
2.5水泥砂浆找平层
20厚(最薄处)1:
8水泥珍珠岩找2%坡
50厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板
1.5厚聚氨酯防水涂料隔汽层
总计2.38kN/m²
现浇楼板(100mm)0.1m×
25kN/m³
=2.5kN/m²
天棚抹灰(15mm)0.015m×
17kN/m³
=0.26kN/m²
屋面恒荷载标准值5.14kN/m²
2、楼面恒荷载
25厚大理石面层配水泥砂浆檫缝
30厚1:
2.5干硬性水泥砂浆,面上撒2厚素水泥
水泥浆结合层一道
总计1.66kN/m2
结构层:
100厚现浇钢筋混凝土楼板0.1m×
25kN/m3=2.5kN/m2
抹灰层:
10厚混合砂浆0.01m×
17kN/m3=0.17kN/m2
楼面恒荷载标准值4.33kN/m2
3、梁自重
①纵向梁:
b×
h=300mm×
300mm
梁自重:
25kN/m3×
0.3m×
(0.3m-0.1m)=1.5kN/m
10mm厚混合砂浆:
0.01m×
[(0.3m-0.1m)×
2+0.3m]×
17kN/m3=0.12kN/m
合计:
1.62kN/m
②横向梁(中跨):
③横向梁(边跨):
600mm
(0.6m-0.1m)=3.75kN/m
[(0.6m-0.1m)×
17kN/m3=0.22kN/m
3.97kN/m
4、柱自重
①底层柱:
h=450mm×
450mm
柱自重:
0.45m×
0.45m=5.06kN/m
(0.45m+0.45m)×
2×
17kN/m3=0.31kN/m
5.37kN/m
②标准层柱:
5.37kN/m
5、外墙单位墙面的重力荷载
纵墙:
15kN/m3×
0.24m=3.6kN/m2
水刷石外墙面:
0.5kN/m2
水泥粉刷内墙面:
0.36kN/m2
外墙单位墙面的重力荷载:
4.46kN/m2
6、内墙单位墙面的重力荷载
内隔墙:
0.24m=3.6kN/m2
0.36kN/m2×
2=0.72kN/m2
内墙单位墙面的重力荷载:
4.32kN/m2
7、屋顶女儿墙
女儿墙单位墙面的重力荷载:
8、门窗重力荷载
木门单位面积重力荷载为
铝合金窗单位面积荷载为
4.2恒载计算
取⑥号轴线横向框架进行计算,计算单元宽度为4.5m,如图3所示。
图3横向框架计算单元
图4双向板导荷示意图
直接传给该框架的楼面荷载,计算单元范围内的其余楼面荷载则通过纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架,作用于各节点上。
由于顶层纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合,因此在该层框架节点上还有集中力矩的作用。
1、对于标准层(边跨):
①对于楼面板:
P1=4.33kN/m2×
2.25m×
4.5m×
1/2=21.92kN
②对于梁:
P2=1.62kN/m×
4.5m=7.29kN
③对于墙体:
墙体:
P3=4.46kN/m2×
(3.6m×
4.5m-3m×
1.5m)=52.18kN
窗:
P4=0.4kN/m2×
3m×
1.5m=1.8kN
总合:
P5=P4+P3=52.18kN+1.8kN=53.98kN
集中力:
F1=P1+P2+P5=21.92kN+7.29kN+53.98kN=83.19kN
集中力矩:
M1=F1e=83.19kN×
0.105m=8.73kN·
m
2、对于标准层(中跨):
[2.25m×
1/2+(2.1+4.5)m×
1.2m×
1/2]=39.07kN
P3=4.32kN/m2×
3.6m×
4.5m=69.98kN
F1=P1+P2+P3=39.07kN+7.29kN+69.98kN=116.34kN
M1=F1e=116.34kN×
0.105m=12.22kN·
3、对于顶层(边跨):
①对于楼面板及女儿墙:
1/2+4.32kN/m×
1.2m=27.10kN
4.5m-3.0m×
1.5m)=60.48kN
P5=P4+P3=60.48kN+1.8kN=62.28kN
F1=P1+P2+P5=27.10kN+7.29kN+62.28kN=96.67kN
M1=F1e=96.67kN×
0.105m=10.15kN·
4、对于顶层(中跨):
F1=P1+P2+P3=39.07kN+7.29kN+69.98kN=106.34kN
M1=F1e=106.34kN×
0.105m=11.17kN·
框架梁承担的由屋面板、楼面板传来的荷载形式为梯形,如图5,为计算简便,按支座弯矩等效原则,将其简化为矩形分布。
其中,α=a/L=2.25/6.3=0.36
图5梯形荷载分布等效图
屋面梁上线荷载:
q1=(1-2α²
+α³
)q’+3.97kN/m
=(1-2×
0.36²
+0.36³
)×
5.14kN/m²
4.5m+3.97kN/m
=22.18kN/m
1~3、5层楼面梁上线荷载:
q2=(1-2α²
)q’+3.97kN/m+4.32kN/m²
3.6m
4.33kN/m²
4.5m+3.97kN/m+4.32kN/m²
=34.87kN/m
4层楼面梁上线荷载:
)q’+3.97kN/m
=19.31kN/m
框架中各层恒荷载作用分布图如图6所示。
4.3固端弯矩计算
表1固端弯矩计算表
边跨框架梁
中间跨框架梁
顶层
±
1/12ql²
=±
1/12×
22.18kN/m×
6.3²
m²
=±
73.36kN·
m
1.62kN/m×
2.4²
0.78kN·
1~3、5层
34.87kN/m×
115.33kN·
4层
19.31kN/m×
63.87kN·
图6恒荷载作用分布图
4.4节点分配系数μ计算
顶层分配系数计算过程如下(其他层计算方法相同,见表2)
节点A:
μA6B6=(4×
1)/(4×
1+4×
0.55)=0.65
μA6A5=(4×
0.55)/(4×
0.55)=0.35
节点B:
μB6A6=(4×
0.55+4×
0.33)=0.53
μB6C6=(4×
0.33)/(4×
0.33)=0.18
μB6B5=(4×
0.33)=0.29
表2节点分配系数μ计算表
节点A各杆端分配系数μ
节点B各杆端分配系数μ
A6B6
0.65
B6A6
0.53
A6A5
0.35
B6C6
0.18
B6B5
0.29
标准层
A5B5
0.48
B5A5
0.41
A5A4
0.26
B5B4
0.23
A5A6
B5B6
B5C5
0.14
底层
A1B1
B1A1
0.45
A1A2
B1C1
0.15
A1A0
B1B0
B1B2
0.25
4.5恒荷载作用下内力分析
恒荷载作用下内力计算采用力矩二次分配法,计算过程见图7
恒荷载作用下弯矩图见图8,恒荷载作用下剪力图见图9
图7恒荷载作用下内力计算分析
图8恒荷载作用下弯矩图
图9恒荷载作用下剪力图
5活荷载及其内力分析
屋面及楼面可变荷载标准值如下:
上人屋面均布活荷载标准值2.0kN/m²
不上人屋面均布活荷载标准值(电梯间)0.5kN/m²
电梯机房7.0kN/m²
一般楼面(办公室、会议室等)均布活荷载标准值2.0kN/m²
一般资料档案室均布活荷载标准值2.5kN/m²
走廊、门厅、楼梯均布活荷载2.5kN/m²
厕所、盥洗室2.0kN/m²
5.1屋面活荷载
屋面上人时活荷载为:
2kN/m²
边跨(AB、CD)框架梁承受的由屋面板、楼面板传来的活荷载形式仍为梯形,与恒荷载相同,为计算简便,可按支座弯矩等效原则将其简化为矩形分布,得屋面梁上线荷载:
+α³
)q′
0.36²
+0.36³
2.25m=3.54kN/m
5.2楼面活荷载
(1)办公楼楼面活荷载为:
2kN/m²
同屋面荷载的简化方法,可得楼面梁上线荷载:
(2)五层D、E轴线作为资料档案室,一般资料档案室活荷载为2.5kN/m²
2.5kN/m²
2.25m=4.43kN/m
(3)走廊活荷载为2.5kN/m²
1、对于标准层:
P1=2kN/m2×
1/2=10.13kN
P2=2kN/m2×
1/2+2.5kN/m2(2.1+4.5)m×
1/2=20.03kN
M1=P1e=10.13kN×
0.105m=1.06kN·
M2=P2e=20.03kN×
0.105m=2.10kN·
2、对于顶层:
1/2]=18.05kN
M2=P2e=18.05kN×
0.105m=1.90kN·
3、对于第五层资料档案室:
P1=2.5kN/m2×
1/2=12.66kN
P2=2.5kN/m2×
1/2]=22.56kN
M1=P1e=12.66kN×
0.105m=1.33kN·
M2=P2e=22.56kN×
0.105m=2.37kN·
框架各层活荷载作用分布图见图10
图10活荷载作用分布图
5.3内力分析
框架结构在楼、屋面活荷载作用下采用满布荷载法,其内力计算方法与恒荷载相同,采用力矩二次分配法,对跨中弯矩计算结果需进行调整。
分配系数同表2,固端弯矩计算见下表3.
表3固端弯矩计算表
6.16kN/m×
20.37kN·
7.71kN/m×
3.70kN·
五层资料档案室
25.50kN·
其内力计算过程见图11、12
活荷载作用下弯矩图见图13,活荷载作用下剪力图见图14。
图11活荷载作用下内力计算过程.1
图12活荷载作用下内力计算过程.2
图13活荷载作用下弯矩图
图14活荷载作用下剪力图
6风荷载及其内力分析
6.1风荷载计算
基本风压值:
w0=0.5kN/m²
。
风振系数βz:
由于建筑物总高H不超过30m,所以βz=1.0
查《荷载规范》得μs值:
迎风面μs=0.8,背风面μs=﹣0.5,所以取μs=1.3。
地面粗糙度分为A、B、C、D四类,本设计地面粗糙度为C类。
查表得μz值:
一至四层μz=0.74,五层μz=0.84,六层μz=1.00
得风荷载标准值wk:
一层至四层:
wk=βzμzμsw0=1.0×
0.74×
1.3×
0.5kN/m²
=0.48kN/m²
五层:
wk=βzμzμsw0=
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