1、第一章 結構選型及布置本次設計采用全現澆鋼筋混凝土框架結構，結構平面布置簡圖見附圖。本次畢業設計結構計算要求手算一榀框架。針對本教學樓的建筑施工圖紙，選擇HM軸交軸橫向框架為手算對象。本計算書除特別說明外，所有計算、選型、材料、圖紙均為HM軸交軸橫向框架數據。梁、柱、板的選擇如下：1.1梁的有關尺寸（1）長跨橫向框架梁：, 取h=600mm, b=250mm，短跨橫向框架梁（樓道）：，取h=400mm，b=250mm 。（2）縱向框架梁：，由于縱向布置窗，所以縱向框架梁兼過梁，取h=500mm，b=250mm。1.2柱的選擇根據梁的截面選擇及有關屋面、樓面的做法，可初略確定柱的尺寸為方柱。經驗

2、算可滿足有關軸壓比的要求。1.3板的選擇采用全現澆板，可根據荷載以及梁的尺寸確定板的厚度為 。第二章 號軸線框架計算2.1 計算任務 計算作用于HM軸交軸線的恒載、活載、風荷載以及由這些荷載引起的各層梁、柱的內力。恒載、活載作用下梁端彎矩計算采用彎矩兩次分配法；風載作用下的內力計算采用D值法；地震作用采用底部剪力法。2.2 計算簡圖的幾何尺寸的確定 該房屋主體結構共5層，一到五層層高4.2m。該框架結構的計算簡圖如圖3.1所示。屋蓋和樓蓋均采用現澆鋼筋混凝土結構，板厚度取120mm。梁截面高度按跨度的估算，而且梁的截面尺寸應滿足承載力、剛度以及延性的要求。梁截面寬度可取梁高，同時不宜小于柱寬，

3、且不應小于250mm。框架柱的截面尺寸一般根據柱的軸壓比限值按下列公式計算： 式中：N為柱組合的軸壓力設計值；F為按簡支狀態計算的柱的負載面積；為折算在單位建筑面積上的重力荷載代表值，近似取18KN/；為考慮地震作用組合后柱的軸壓力增大系數，邊柱取1.3，不等跨內柱取1.25；n為驗算截面以上的樓層層數。由于該框架結構抗震等級為二級，其軸壓比限值0.8。圖2.1 框架結構幾何尺寸簡圖1、梁的截面計算（1）橫向框架梁：長邊跨：，取h=600mm, b=250mm ；短邊跨（樓道）：，取h=400mm，b=250mm 。（2）縱向框架梁：，則取 h=500mm，b=250mm。2、柱截面計算邊柱：

4、，取；，取；中柱：，取2.3荷載計算2.3.1自重計算1、屋面及樓面永久荷載標準值（1）屋面（不上人）：40厚細石混凝土保護層 150厚水泥蛭石保溫層（兼做找坡） 1.5厚合成高分子防水涂料 20厚水泥砂漿找平層 120厚鋼筋混凝土板 15厚天棚抹灰 小計： （2）2-5層樓面：12厚1：2水泥砂漿石子磨光（包括水泥砂漿結合層） 18厚1：3水泥砂漿找平層（包括素水泥砂漿結合層） 共重：120厚鋼筋混凝土 15厚天棚抹灰 小計： 2、梁、柱、墻、門、窗重力荷載計算梁、柱可根據截面尺寸、材料容重及粉刷等計算出單位長度上的重力荷載，其計算過程詳見表2.1。表2.1 梁、柱重力荷載標準值構件長跨橫梁

5、0.250.48251.053.1505.970594.03264.34短跨橫梁0.250.28251.051.8382.250520.67縱梁0.250.38251.052.4944.00015149.641層柱0.500.50251.106.8755.200135.75248.0525層柱0.500.50251.106.8754.2004115.51層柱0.400.40251.10445.200122.8825層柱0.400.40251.104.44.200473.92表中為考慮梁、柱的粉刷層重力荷載而對其重力荷載的增大系數；n表示構件數量；g表示單位長度構件的重力荷載；梁的長度取凈長；柱

6、長度取層高。 僅對第HM軸交軸線的橫向框架進行計算，計算單元寬度為4.5m。因板的自重已計入樓面（屋面）的恒荷載之中，故計算梁的自重時梁的截面高度應取梁的原高度減去板厚。 外墻體為240mm厚粉煤灰磚（），外墻面兩側均粉石灰砂漿（，厚）。則外墻單位墻面的重力荷載為： 內墻體為240mm厚粉煤灰磚（），內墻面兩側均粉石灰砂漿（，厚）。，則內墻單位墻面的重力荷載為： 木門單位面積重力荷載為 鋁合金窗單位面積荷載為2.3.2 恒載計算取HM軸交軸線橫向框架進行計算，計算單元寬度為4.5m，如圖2.2所示。圖2.2 橫向框架計算單元圖2.3 雙向板導荷示意圖 直接傳給該框架的樓面荷載如圖中水平陰影線所

7、示，計算單元范圍內的其余樓面荷載則通過縱向框架梁以集中力的形式傳給橫向框架，作用于各節點上。由于該層縱向框架梁的中心線與柱的中心線不重合，因此在該層框架節點上還有集中力矩的作用。 各梁上作用的恒載如圖2.4所示。圖2.4 各梁上作用的恒載計算圖該圖中：、分別代表橫梁自重，為均布荷載形式, 、分別代表各板傳給橫梁的梯形荷載和三角形荷載；、為等效均布荷載。 由圖2.2中的幾何關系可得：1、對于屋面梁： 集中力矩： 2、對于第1-4層框架梁： 、分別為由邊縱梁、中縱梁直接傳給柱的恒載：包括梁自重、樓板重、外墻等地重力荷載。 集中力矩： 表2.2 橫向框架恒載匯總表層次53.151.83819.889

8、.1167.8972.2360.568.499.031-421.151.83814.406.6119.22138.6538.0914.917.33恒載圖如下所示：圖2.5 恒載圖（P：KN，Q：KN/m）2.3.3 活載計算1、屋面及樓面可變荷載標準值如下：常德市屋面雪載標準值 不上人屋面均布活荷載標準值 樓面均布活荷載標準值 走廊、門廳、樓梯均布活荷載 廁所、盥洗室 2、活載計算、分別代表各板傳給橫梁的梯形活荷載和三角形活荷載，、為等效均布荷載。如圖2.6所示。活荷載作用下各層框架梁上的荷載分布如下：圖2.6 各梁上作用的活載計算圖由圖2.2中的幾何關系可得：（1）對于屋面梁： 集中力矩：

9、同理在屋面雪荷載的作用下： 集中力矩： （2）對于第1-4層框架梁： 集中力矩： 將以上計算結果匯總，得到表2.3。表2.3 橫向框架活載匯總表層次 51.84（1.84）0.84（0.84）3.16（3.16）8.81（8.81）2.49（2.49）0.395（0.395）1.10（1.10）1-49.24.2215.8228.2412.421.983.53活載圖如下所示：圖2.7 活載圖（P：KN，Q：KN/m）2.3.4 風荷載計算垂直于建筑物表面上的風荷載應按下式計算： 基本風壓 由于該教學樓位于城市中心，地面粗糙度為C類地區。迎風面，背風面。忽略梁的軸力，合并得。由于建筑物總高度H不

10、超過30m，所以。查荷載規范得值：一至三層，四至五層。一至三層：四至五層：風荷載的線荷載標準值: 一至三層：四至五層： 框架結構分析時，為簡化計算，按靜力等效原理將均布風荷載轉化為節點集中荷載，如圖所示。其計算過程如下：圖2.8 等效節點集中風荷載（單位：KN）2.3.5 地震荷載1、基本資料 該教學樓位于7度設防區，基本地震加速度為；類場地第一組，設計特征周期；多遇地震時，水平地震影響系數的最大值；結構的基本周期。 2、底部剪力法的計算 根據本工程的特點，對于高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構，以及近似于單質點體系的結構，可以采用底部剪力法。結構總水平地震作

11、用：相應于結構基本自振周期的水平地震影響系數值；，因此。 結構等效總重力荷載，式 中為集中于質點的重力荷載代表值。計算地震作用時，建筑物的重力荷載代表值應取結構和構配件的自重荷載標準值和各可變荷載組合值之和，各可變荷載的組合值系數如下：雪荷載： 0.5屋面活荷載：不計入由表2.4各層柱重，可以算得各層自重標準值：對于屋面：對于第2-4層：對于第1層：由表2.5可算得各層活荷載標準值，屋面只算雪荷載：對于屋面： 對于第2-4層：對于第1層：由于各榀框架的線剛度相同，所以將以上計算結果匯總，得到各層重力荷載代表值，詳見表2.4。表2.4 計算框架重力荷載代表值層次恒載活載5421.628.8743

12、6.042-4632.1128.59696.41641.5128.59705.8圖2.9 結構水平地震作用計算簡圖上面已經給出的計算式： 下面計算各個質點的地震作用：采用底部剪力法時，各個樓層可以僅取一個自由度，結構的水平地震作用標準值應按照下列公式確定：（表2.5所示） 式中為頂部作用附加系數，多層鋼筋混凝土房屋，因此。 列表求解如下: 表2.5 底部剪力法計算地震荷載下的剪力層次一榀中522436.049592.880.2301849.30949.31417.8696.412395.920.2974363.715113.02313.6696.49471.040.2272548.681161

13、.7129.4696.46546.160.1570733.648195.3515.2705.83670.160.0880618.864214.22框架水平地震作用以及層間剪力如圖2.10所示。圖2.10 用底部剪力法計算的一榀框架水平地震作用和剪力圖2.4 內力計算2.4.1 框架計算簡圖框架在豎向荷載作用下，可忽略節點側移，按剛性方案設計。在水平荷載作用下，不能忽略節點側移，按彈性方案設計。相對線剛度計算如下：柱線慣性矩： 底層柱線剛度： 其它層柱線剛度： 長跨梁的慣性矩：短跨梁的慣性矩：長跨梁的線剛度：短跨梁的線剛度：設，則， ， 得計算簡圖如圖2.11所示：圖2.11 框架計算簡圖2.4

14、.2 恒載內力1、梁彎矩計算：利用力矩二次分配法計算恒載作用下框架的彎矩。（1） 計算桿固端彎矩：頂層長跨框架梁：頂層短跨框架梁：底層及標準層長跨框架梁：底層及標準層長跨框架梁：（2） 節點分配系數計算 頂層分配系數計算如下： 節點M：，節點L：， 節點H：， 表2.6節點分配系數計算表 節點H各桿端分配系數節點L各桿端分配系數節點M各桿端分配系數頂層0.660.380.520.340.270.480.35標準層0.500.280.360.250.200.320.250.260.320.26底層0.510.300.380.220.210.280.270.220.340.27 (3)恒載作用下內

15、力分析恒荷載作用下內力計算采用力矩二次分配法，計算過程見圖2.12，內力圖如圖2.13所示 圖2.12恒荷載作用下內力計算分析圖2.13恒荷載作用下彎矩圖2、梁剪力和柱軸力計算 以各桿件為隔離體，利用桿端彎矩，建立力矩平衡方程，可求出各桿桿端剪力。根據各桿桿端剪力作剪力圖，如圖2.14所示圖2.14框架左震彎矩圖取節點為隔離體，利用各桿對節點的剪力，建立投影平衡方程，可求出各桿對節點的軸力，從而求得各桿的軸力。根據各桿桿端軸力作軸力圖，如圖2.15所示 圖2.15恒荷載作用下軸力圖2.4.3 活載內力1、梁彎矩計算：利用力矩二次分配法計算活載作用下框架的彎矩。(1)計算桿固端彎矩：頂層長跨框架

16、梁：頂層短跨框架梁：底層及標準層長跨框架梁：底層及標準層長跨框架梁：(2)節點分配系數同表2.6。 (3)活載作用下內力分析活荷載作用下內力計算采用力矩二次分配法，計算過程見圖2.16，內力圖如圖2.17所示 圖2.16活荷載作用下內力計算分析圖2.17活荷載作用下彎矩圖2、梁剪力和柱軸力計算 以各桿件為隔離體，利用桿端彎矩，建立力矩平衡方程，可求出各桿桿端剪力。根據各桿桿端剪力作剪力圖，如圖2.18所示圖2.18活荷載作用下剪力圖取節點為隔離體，利用各桿對節點的剪力，建立投影平衡方程，可求出各桿對節點的軸力，從而求得各桿的軸力。根據各桿桿端軸力作軸力圖，如圖2.19所示 圖2.19活荷載作用

17、下軸力圖2.4.4 風載內力1、計算原則：利用D值法計算水平荷載作用下框架的彎矩。其中：反映了梁柱線剛度比值對抗側剛度的影響可按下表計算：表2.7 D值法樓層簡圖K一般層底層根據各柱D值，將該層剪力分配至各個柱的反彎點處，其中反彎點處無彎矩，僅有剪力，由此便可利用求得的剪力與反彎點高度求出柱端彎矩；然后利用節點平衡，按梁抗彎剛度求出各個梁端彎矩；最后，利用求得的彎矩，可解出剪、軸力。以下以底層梁柱為例，計算其彎矩：2、各住的D值及剪力分配系數計算：風荷載作用下各柱的D值及家里分配系數見表2.8。表2.8 各柱的D值及剪力分配系數表層位及層高柱號五層（4.2m）H1.920.490.120.64

18、0.188L1.880.480.300.469M1.10.350.220.344二至四層（4.2m）H1.920.490.120.640.188L1.880.480.300.469M1.10.350.220.344一層（5.2m）H2.370.660.090.480.188L2.340.650.210.438M1.370.550.180.3753、各柱的反彎點位置、剪力、柱端彎矩計算。表2.9 各柱的反彎點位置、剪力、柱端彎矩層號柱號 五H0.1880.645.421.020.39600.3961.702.590.85 18.85L0.4692.540.39400.3944.206.46M0.

19、3441.860.35500.3552.775.04四H0.1880.6414.162.660.44600.4464.986.192.21L0.4696.640.44400.44412.3815.51M0.3444.870.40500.4058.2812.17三H0.1880.6422.164.170.49600.4968.698.833.46L0.46910.390.49400.49421.5622.08M0.3447.620.45500.45514.5617.44二H0.1880.6429.435.530.50000.50011.6111.614.60L0.46913.800.50000.

20、50028.9828.98M0.34410.120.50000.50021.2521.25一H0.1880.4837.096.970.55000.55019.9316.317.73L0.43816.250.55000.55046.4838.03M0.37513.910.61300.61344.3427.99 （4）、梁端彎矩的計算 梁端彎矩的計算根據節點平衡理論，按各節點上梁的線剛度大小進行分配。第五層：H節點：已知，則； L節點：已知，則， ； M節點：,則;第四層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；第三層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M

21、節點：已知， 則；第二層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；第一層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；（5）剪力計算利用桿件平衡求解桿端剪力。列力矩平衡方程：，即 同理： 由此，可將梁柱在風載作用下的桿端剪力計算出來. （6）軸力計算柱軸力上柱傳來集中力該層梁端剪力 具體計算方法同恒載與活載作用下柱軸力的計算。三項一起直接列表計算如下：表3.0 左風載作用下梁端彎距和剪力及柱軸力計算層次短邊梁長邊梁柱軸力H軸柱L軸柱M軸柱52.592.682.71.953.785.046.61.34-1.95-3.29-1.3447.898.

22、182.75.9511.5314.946.64.01-7.9-13.25-5.35313.8114.312.710.4120.1525.726.66.95-18.31-30.43-12.3220.320.982.715.2929.5635.816.69.9-33.6-55.8-22.2127.9227.822.720.6439.1949.246.613.40-54.24-89.84-35.6表中剪力為梁兩端剪力的絕對值,柱軸力以拉力為正 （6）、風荷載作用下內力圖 根據上述計算可得風荷載作用下的內力圖，見圖2.2。圖2.2風荷載作用下彎矩圖2.4.5 水平地震作用內力（1）、水平地震作用的計算

23、方法同風荷載完全相同,直接列表求解如下:表3.1 左地震荷載作用下各柱的反彎點位置、剪力、柱端彎距計算層號柱號 五H0.1880.6449.319.270.39600.39615.4223.527.70 125.78L0.46923.130.39400.39438.2858.87M0.34416.960.35500.35525.2945.94四H0.1880.64113.0221.250.44600.44639.8149.4417.66L0.46953.000.44400.44498.83123.77M0.34438.880.40500.40566.1397.16三H0.1880.64161.

24、7130.400.49600.49663.3364.3525.27L0.46975.840.49400.494157.35160.54M0.34455.630.45500.455106.31127.34二H0.1880.64195.3536.730.50000.50077.1377.1330.52L0.46991.620.50000.500192.40192.40M0.34467.200.50000.500141.12141.12一H0.1880.48214.2240.270.55000.55093.0276.1144.63L0.43893.830.55000.550216.74177.34M

25、0.37580.330.61300.613185.56151.82 （2）、梁端彎矩的計算 梁端彎矩的計算根據節點平衡理論，按各節點上梁的線剛度大小進行分配。第五層：H節點：已知，則； L節點：已知，則， ； M節點：,則;第四層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；第三層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；第二層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；第一層：H節點：已知， 則； L節點：已知， 則， ； M節點：已知， 則；表3.2 左地震荷載作用下梁端彎距和剪力及柱軸力計算層次短邊梁長邊梁柱軸

26、力H軸柱L軸柱M軸柱523.5224.442.717.7634.4345.946.612.18-17.76-29.94-12.18464.8656.932.745.1180.18122.456.630.7-62.87-32.17-42.883104.16107.692.778.46151.68193.476.652.3-141.33-58.33-95.182143.46145.222.7106.92204.53247.436.668.48-248.25-96.77-163.661171.36171.052.7126.82240.91302.786.682.38-375.07-141.21-17

27、2.04表中剪力為梁兩端剪力的絕對值,柱軸力以拉力為正 （3）、地震作用下內力圖 根據上述計算可得地震作用下的內力圖，見圖2.21。圖2.21框架左震彎矩圖第三章 內力組合第四章 截面設計4.1內力調整為了體現延性框架的設計原則，保證框架梁塑性鉸區的“強剪弱彎”，考慮地震作用組合的框架梁端剪力設計值應根據抗震等級進行相應的調整，對于二級抗震框架應按下式進行計算：1、 五層HL跨: 五層LM跨： 2、三層HL跨: 三層LM跨： 3、一層HL跨: 一層LM跨： 4.2 截面設計4.2.1 梁截面設計梁砼：C30（）縱筋：HRB400（）；箍筋：HPB300（）；縱筋保護層厚：;1、一層梁截面設計（

28、1）、長跨跨中正截面抗震設計組合時，受彎構件正截面承載力計算的抗震承載力調整系數為：則，而非抗震設計組合時，；計算截面有效高度：。框架梁跨中截面為T形，其翼緣寬度取二著中較小值：，故取。判別跨中截面屬于哪一類截面，所以該截面屬于第一類T形截面。計算鋼筋面積：，相對受壓區高度為，則，滿足要求，選用320，實際。 腰筋：，選用 214，實際。（2）、長跨支座截面： a、正截面受彎承載力計算梁端截面為矩形，截面寬度b=250mm，截面高度h=600，如圖所示：從內力組合表取最不利設計彎矩，受彎構件正截面承載力計算的抗震承載力調整系數為：，計算鋼筋面積：，相對受壓區高度為，則，滿足要求，選用320，實

29、際。b、斜截面受剪承載力計算考慮“強剪弱彎”，取最不利設計剪力為，斜截面承載力計算的抗震調整系數為，截面驗算，于是有，所以截面滿足要求。，則沿梁全長箍筋的最小配筋率為，于是有，所以按構造配置箍筋，梁端加密區長度取，箍筋加密區的箍筋最大間距為，所以選配8100/200，雙肢箍。4.2.2 柱截面設計柱砼：C30（）縱筋：HRB400（）；箍筋：HPB300（）；縱筋保護層厚：;1、 取第一層中柱截面：（1）、正截面受壓承載力計算從內力組合表中取最不利內力如下：（1）、 （2）、按第一組內力進行截面配筋；偏心受壓構件正截面承載力計算的抗震承載力調整系數為，該框架屬于二級抗震，則彎矩設計調整為，則，

30、則，故屬于小偏心受壓。計算鋼筋面積：重新計算：，所以按構造要求配筋，選用318,實際面積為，按第二組內力進行截面配筋；偏心受壓構件正截面承載力計算的抗震承載力調整系數為，該框架屬于二級抗震，則彎矩設計調整為，則，則，故屬于小偏心受壓。計算鋼筋面積：重新計算：，選用525,實際面積為，（2）、斜截面受剪承載力計算 考慮地震作用組合的框架柱，框支柱的剪力設計值應按下式計算：，考慮地震作用組合的框架結構底層柱下端截面的彎矩設計值，應由“強柱弱梁”原則確定，則，按上下柱的線剛度分配，底層柱上端所分得的彎矩為：，截面驗算：；，所以截面滿足要求。，由于，取，應按構造配置箍筋：，選配4肢箍10100/200，由于上述計算過程較復雜，在框架梁柱截面設計時，一般可近似將框架梁截面視為矩形，查結構計算手冊直接得到面積，然后查鋼筋計算截面面積表選出鋼筋，見表4.1,、表4.2表4.1框架梁截面危險內力選取及截面配筋表梁截面尺寸截面位置鋼筋面積/選筋鋼筋面積/選筋H5L5250400支座72.48 25021857.12構造8100/200跨中-8.23220構造8100/200L5