毕业设计--框架水平荷载作用下内力计算

结构力学课程大作业——多层多跨框架结构内力及位移计算班级学号姓名华中科技大学土木工程与力学学院年月日结构力学课程大作业——多层多跨框架结构内力与位移计算一、任务1、计算多层多跨框架结构在荷载作用下的弯矩和结点位移。

2、计算方法要求：（1）用迭代法、D 值法、反弯点法及求解器计算框架结构在水平荷载作用下的弯矩，并用迭代法的结果计算其结点位移。

（2）用迭代法、分层法、二次力矩分配法及求解器计算框架结构在竖向荷载作用下的弯矩，并用迭代法的结果计算其结点位移。

3、分析近似法产生误差的原因。

二、计算简图及基本数据本组计算的结构其计算简图如图1所示，基本数据如下。

混凝土弹性模量：723.010/h E kN m =⨯构件尺寸：柱：底 层：23040b h cm ⨯=⨯其它层：23030b h cm ⨯=⨯ 梁：边 梁：22560b h cm ⨯=⨯中间梁：22530b h cm ⨯=⨯ 水平荷载：'15P F kN ＝，30P F kN ＝（见图2）竖向均布恒载：17/q kN m 顶＝ 21/q kN m 其它＝（见图8） 图1各构件的线刚度：EIi L =，其中312b h I ⨯=边 梁：33410.250.6 4.51012I m -⨯==⨯F 7311 3.010 4.510225006EI i kN m L -⨯⨯⨯===⋅ 中间梁： 34420.250.3 5.6251012I m -⨯==⨯ 7422 3.010 5.6251067502.5EI i kN m L -⨯⨯⨯===⋅ 底层柱： 33440.30.4 1.61012I m -⨯==⨯ 7344 3.010 1.61096005EI i kN m L -⨯⨯⨯===⋅ 其它层柱：34430.30.3 6.751012I m -⨯==⨯ 7433 3.010 6.75106136.43.3EI i kN m L -⨯⨯⨯===⋅ 三、水平荷载作用下的计算 （一）用迭代法计算1、计算各杆的转角分配系数ikμ' 转角分配系数计算公式：()2ikikiki i i μ'=-∑结点“1”：12225000.3932(6136.422500)μ'=-=-⨯+156136.40.1072(6136.422500)μ'=-=-⨯+结点“2”：21225000.3182(67506136.422500)μ'=-=-⨯++图2232(67506136.422500)⨯++266136.40.0872(67506136.422500)μ'=-=-⨯++由于该结构是对称结构，因此结点“3”的分配系数应该等于结点“2”的，结点“4”的分配系数应该与结点“1”的相等，所以本题只需计算1、2、5、6、9、10、13、14、17、18结点的分配系数。

第六章竖向荷载（恒载+活载）作用下框架内力计算第一节框架在恒载作用下的内力计算本设计用分层法计算内力，具体步骤如下：①计算各杆件的固端弯矩②计算各节点弯矩分配系数③弯矩分配④调幅并绘弯矩图⑤计算跨中最大弯矩、剪力和轴力并绘图一、恒载作用下固端弯矩计算（一）恒载作用下固端弯矩恒载作用下固端弯矩计算(单位：KN·m) 表恒载作用下梁固端弯矩计算统计表（二）计算各节点弯矩分配系数用分层法计算竖向荷载，假定结构无侧移，计算时采用力矩分配法，其计算要点是：①计算各层梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩。

②将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端。

③计算梁、柱线刚度。

对于柱，假定分层后中间各层柱柱端固定与实际不符，因而，除底层外，上层柱各层线刚度均乘以修正。

有现浇楼面的梁，宜考虑楼板的作用。

每侧可取板厚的6倍作为楼板的有效作用宽度。

设计中，可近似按下式计算梁的截面惯性矩：一边有楼板：I=两边有楼板：I=④计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数。

按修正后的刚度计算各结点周围杆件的杆端分配系数。

所有上层柱的传递系数取1/3，底层柱的传递系数取1/2。

⑤按力矩分配法计算单层梁、柱弯矩。

⑥将分层计算得到的、但属于同一层柱的柱端弯矩叠加得到柱的弯矩。

（1）计算梁、柱相对线刚度图修正后梁柱相对线刚度（2）计算弯矩分配系数结构三层=÷+=①梁μB3C3μ=÷++=C3B3=÷++=μC3D3μ=÷+=D3C3=÷+=②柱μB3B2μ=÷++=C3C2μ=÷+=D3D2结构二层=÷++=①梁μB2C2μ=÷+++=C2B2=÷+++=μC2D2μ=÷++=D2C2②柱μ=÷++=B2B3=÷++=μB2B1=÷+++=μC2C3=÷+++=μC2C1=÷++=μD2D3μ=÷++=D2D1结构一层=÷+1+=①梁μB1C1=÷+1++=μC1B1=÷+1++=μC1D1=÷+1+=μD1C1=÷+1+=②柱μB1B2=1÷+1+=μB1B0=÷+1++=μC1C2=1÷+1++=μC1C0μ=÷+1+=D1D2μ=1÷+1+=D1D0（三）分层法算恒载作用下弯矩恒载作用下结构三层弯矩分配表B C D上柱偏心弯矩分配系数0固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次分配二次分配恒载作用下结构二层弯矩分配表↑↑↑B C D偏心弯矩分配系数固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次分配二次分配恒载作用下结构一层弯矩分配表↑↑↑B C D偏心弯矩分配系数固端弯矩分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递分配传递合计一次二次图弯矩再分配后恒载作用下弯矩图（KN·m）（四）框架梁弯矩塑性调幅为了减少钢筋混凝土框架梁支座处的配筋数量，在竖向荷载作用下可以考虑竖向内力重分布，主要是降低支座负弯矩，以减小支座处的配筋，跨中则应相应增大弯矩。

（完整版）框架结构毕业设计计算书钢筋混凝⼟现浇框架设计系别：专业年级：姓名：学号：指导教师：⼀、设计任务某五层教学楼，钢筋混凝⼟现浇框架结构。

建筑平⾯为⼀字形，如图1所⽰。

底层层⾼ 4.2m，其它层⾼ 3.6m，室内外⾼差0.3m。

(结构布置如下图1)图11设计内容（1）结构布置确定柱⽹尺⼨，构件截⾯尺⼨，绘制框架结构平⾯布置图。

（2）框架内⼒计算竖向荷载作⽤下可按分层法计算内⼒，⽔平荷载作⽤下按D值法计算框架内⼒。

（3）内⼒组合（4）框架梁和柱承载⼒计算①框架梁承载⼒计算包括正截⾯和斜截⾯承载⼒计算，计算梁的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。

②框架柱承载⼒计算包括正截⾯和斜截⾯承载⼒计算，计算柱的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。

（5）框架侧移验算验算顶点侧移和层间侧移，使之符合规范要求。

（6）绘制框架配筋施⼯图。

2设计条件(1)⽓象条件基本风压0.5+6×0.01=0.56kNm2，地⾯粗糙度为B类。

注：以现场按编号布置的为准,本⼈编号6号(2)⼯程地质条件地表下0-10m深度⼟层均可做天然地基，地基承载⼒为180kPa。

(3)屋⾯及楼⾯做法: p]]—6tg①屋⾯做法:现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐⼝处厚100mm，2%⾃两侧檐⼝向中间找坡）；1：2⽔泥砂浆找平层厚20mm；现浇混凝⼟楼板100mm；15mm厚纸筋⾯⽯灰抹。

②楼⾯做法:顶层为20mm厚⽔泥砂浆找平；5mm厚1：2⽔泥砂浆加“107”胶⽔着⾊粉⾯层；现浇混凝⼟楼板；底层为15mm厚纸筋⾯⽯灰抹底。

(4)楼⾯屋⾯活荷载为：1.5＋28×0.01=1.78 kNm2（注：楼⾯、屋⾯活荷载以现场按学号布置的为准,本⼈学号28）⼆.框架结构计算过程1.平⾯布置（1）结构平⾯布置（见图2）图 2 结构平⾯布置（2）构件尺⼨确定边跨（AB、CD）梁：取中跨（BC）梁：取框架柱⾃重0.3×0.45×3.6×25=12.15 kN（柱⼦粉刷算在墙体之中）连系梁传来的楼⾯⾃重0.5×4.5×0.5×4.5×3.24=16.4 kN中间层边节点集中荷载 118.5 Kn中柱连系梁⾃重11.25 kN中柱粉刷0.92 kN内纵墙⾃重4.5×(3.6-0.4)×0.24×19=65.66 kN内纵墙粉刷4.5×(3.6-0.4)×2×0.02×17=9.79 kN框架柱⾃重12.15 kN（柱⼦粉刷算在墙体之中）连系梁传来的楼⾯荷载0.5×（4.5+4.5-3）×1.5×3.24=14.58 kN0.5×4.5×2.25×3.24=16.4kN中间层终结点集中荷载 130.75 Kn e）恒荷载作⽤下的结构简图如图5图5 恒荷载作⽤下结构计算简图(2)活荷载计算屋⾯活荷载1.78KNm2，楼⾯活荷载1.78KNm2，⾛廊楼⾯活荷载1.78KNm2。

智能建筑建筑工程设计院办公楼设计摘要：设计题目为智建建筑工程设计院办公楼设计，钢筋混凝土框架结构，现浇梁板。

设计要求耐久等级为二级，耐火等级为二级；抗震按7度考虑,框架抗震等级为三级.在计算中由于采用手算,仅考虑框架单向受力进行计算.首先选取出一榀框架，对荷载进行统计，计算竖向荷载作用下的框架内力计算采用二次弯矩分配法进行计算,活荷载采用不利荷载计算,水平荷载作用下的框架内力计算采用D值法. 对结果进行内力组合计算,并进行强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的抗震原则进行抗震调整,完成框架配筋,再进行基础设计。

关键词：框架结构、承载力、弯矩分配法、D值法、内力组合、抗震调整、基础设计第一部分：建筑设计一、毕业设计的内容工程名称：智建建筑工程设计院办公楼设计二、毕业设计的要求与数据（一）设计要求：总建筑面积4500±10%平方米，层数5层，采用钢筋混凝土框架结构，层高3.3米（其中底层3.6米），室内外高差0.45-0.9米。

（二）设计内容：1、一层~二层为行政办公用房并设接待室一间；三层为业务管理用房，四层以上为设计科研用房，每层设会议室一间，男女厕所各一个。

2、设计标准：一般标准的公用建筑（三）设计条件1、降雨量：年平均降雨量675mm,最大降雨量1150mm，日最大降雨量98.5mm,每小时最大降雨量55.8mm，按每200平方米汇水面积，考虑Φ100mm，落水管一根。

2、温度：最热月平均温度为25. 3℃，最冷月平均气温-3℃。

3、主导风向：夏季西南风，冬季东北风。

4、基本风压：0.4KN/m2。

5、基本雪压：0.3kN/m2。

6、耐火等级：二级。

7、地震基本烈度：7度。

8、土质情况：杂填土0.5m，粉土3.5 m。

地基承载力200Kpa。

9、冻土深度：0.5m。

10、水文资料：地下12米未见地下水。

11、建筑场地：Ⅱ级。

三、总体构思说明（一）总体设计本设计为设计院办公楼属于公共建筑，因此，主体结构形状设计成较为普遍的“一”字型。

第一章结构选型与布置结构设计的主要内容包括：结构选型、结构布置、确定计算简图、选择合理简单的计算方法进行各种荷载作用下的内力计算、荷载效应组合、截面配筋设计（计算、构造）、绘施工图。

1.1结构选型结构选型是一个综合性问题，应选择合理的结构形式。

根据结构受力特点，常用的建筑结构形式有：混合结构、框架结构、框架－剪力墙结构、剪力墙结构（一般剪力墙结构、筒体剪力墙结构、筒中筒剪力墙结构）等。

混和结构主要是墙体承重，由于取材方便，造价低，施工方便，我国广泛地应用于多层民用建筑中，但砌体结构强度低、自重大、抗震性能较差，一般用于7层及7层以下的建筑。

框架结构是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙体起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型，但随着层数和高度的增加，构件截面面积和钢筋用量增多，侧向刚度越来越难以满足设计要求，一般不宜用于过高的建筑，现浇框架结构适用最大高度见表1-1。

框架－剪力墙结构是在框架中设置一些剪力墙，既能满足平面布置灵活，又能满足结构抗侧力要求，一般常用于10～25层的建筑中。

剪力墙结构是依靠剪力墙承受竖向及水平荷载，整体性好、刚度大、抗震性能好，常用于20～50层的高层建筑。

现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(m) 表1-1结构选型时需充分了解各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等，根据建筑物高度及使用要求，结合具体建设条件，进行综合分析，从而做出最终的决定。

结构设计中，选择合理科学的建筑结构体系非常重要，是达到既安全可靠又经济合理的重要前提。

实际工程中，多层与小高层常采用框架结构体系。

在我国，由于经济水平及其它条件的限制，混凝土框架结构比钢框架结构应用要广，因此本书以现浇钢筋混凝土框架结构作为分析实例。

1.2结构布置进行混凝土框架结构布置的主要工作是合理地确定梁、柱的位置及跨度。

第六章竖向荷载（恒载+活载）作用下框架内力计算第一节框架在恒载作用下的内力计算本设计用分层法计算内力，具体步骤如下：①计算各杆件的固端弯矩②计算各节点弯矩分配系数③弯矩分配④调幅并绘弯矩图⑤计算跨中最大弯矩、剪力和轴力并绘图一、恒载作用下固端弯矩计算（一）恒载作用下固端弯矩恒载作用下固端弯矩计算(单位：KN·m) 表6.1框架梁BC跨固端弯矩计算(单位：KN·m)结构三层（屋面）计算简图弯矩图结构二层计算简图弯矩图结构一层计算简图弯矩图楼层框架梁CD跨固端弯矩计算(单位：KN·m)结构三层（屋面）计算简图弯矩图节点3弯矩为125.68KN·m3单元最大负弯矩为131.01KN·m结构二层计算简图弯矩图结构一层计算简图弯矩图楼层框架梁D-1/D悬挑梁固端弯矩计算(单位：KN·m)结构一层计算简图弯矩图恒载作用下梁固端弯矩计算统计表6.2 结构层MBC（KN·m）MCB（KN·m）MCD（KN·m）MDC（KN·m）MD-1/D（KN·m）三层-65.98 65.98 -276.11 212.13 0二层-88.48 88.48 -429.29 315.57 0一层-88.48 88.48 -429.29 315.57 -295.93（二）计算各节点弯矩分配系数用分层法计算竖向荷载，假定结构无侧移，计算时采用力矩分配法，其计算要点是：①计算各层梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩。

②将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端。

③计算梁、柱线刚度。

对于柱，假定分层后中间各层柱柱端固定与实际不符，因而，除底层外，上层柱各层线刚度均乘以0.9修正。

有现浇楼面的梁，宜考虑楼板的作用。

每侧可取板厚的6倍作为楼板的有效作用宽度。

设计中，可近似按下式计算梁的截面惯性矩：一边有楼板：I=1.5Ir两边有楼板：I=2.0Ir④计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数。