教学实验楼框架结构设计1.工程概况工程名称：建筑用地面积：725.76㎡建筑面积：3792.05 m2建筑层数：五层层高：地上一层层高3.6m，标准层层高3.6m。
建筑总高度：18.0m建筑形状：一字形结构形式：框架结构体系场地情况：场地平坦、无障碍物。
地质情况：地基土为粘性土为主，建筑场地类别为Ⅱ类，容许承载力f=180kPa。
k基本雪压：0.45kN/m2。
基本风压：0.40kN/m2。
地震烈度：按7度近震设防。
设计基本地震加速度为0.2g，建筑场地类别为，Ⅱ类，设计地震分组为第一组。
建筑耐火等级：二级。
建筑耐久年限：50年。
建筑物重要性类别：丙类，安全等级为二级。
2.结构布置与计算简图2.1结构选型采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。
基础采用柱下条形基础。
2.2结构布置结合建筑的平面﹑立面和剖面布置情况，结构平面布置如图1；根据结构布置，本建筑平面除走廊板区格为单向板外，其余均为双向板。
双向板的板厚h≥l/50(l为双向板的短向计算跨度)。
本建筑楼面板和屋面板的厚度均取120mm。
本建筑的材料选用如下：=14.3MPa ，Ec=3.0×104 MPa）混凝土 C30（fC钢筋：纵向受力筋采用HRB335级钢筋，其余采用HPB235级钢筋墙体：蒸压粉煤灰加气混凝土砌块。
窗：铝合金窗门：木门图1 框架的计算单元2.3框架计算简图及梁柱线刚度本结构是三维空间的。
但由于建筑结构的质量、刚度都比较均匀，故选用一榀框架进行计算与配筋，其余框架可参照此框架进行配筋。
现以⑦轴线为例进行计算。
2.3.1梁柱截面尺寸估算框架梁：/6900/8~6900/12900~600,h l ==mm取梁尺寸：h =600mm ， b =h/2=300mm.框架柱：建筑总高度按18.60m 算，小于30m 的现浇框架结构，设防烈度7度近震，查抗震设计规，该框架为三级抗震，最大轴压比[]0.9μ=。
假定采用C30混凝土，查得 2/3.14mm N f c =，假定每平方米荷载为14kN/m 2，则柱子最大轴压力N=1.25×14×7.2×4.2×5=2646kN. 则柱子轴压比 即 []22646000205594.414.30.9c N bh mm f μ≥==⨯取柱子截面形状为正方形。
即b=h ≥453.4mm 。
为了简化施工，各柱截面从底层到顶层不改变，即取柱子尺寸为500mm×500mm。
2.3.2确定框架计算简图（KJ-7）框架的计算单元如图1-1所示。
假定框架柱嵌固与基础顶面，框架梁与柱刚接。
由于各层柱截面尺寸都不变，故梁跨取柱截面形心线间距离。
底层柱高从基础顶面算至二层楼面。
室外高差为0.45m ，基础顶面至室外地坪取为0.5m ，故底层柱高取3.6m+0.45+0.5m=4.55m ，其余各层柱高均为3.6m 。
由此框架的计算简图如图2所示。
2.3.3框架梁柱的线刚度计算混凝土C30，272430/kN 100.3/100.3m mm N E C ⨯=⨯= ，现浇框架结构梁惯性矩中框架梁02I I =，线刚度l EI i /= 左跨梁：i 左跨梁/EI l =73413.01020.30(0.6)/6 5.41012kN m =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⋅图2 计算简图及相对线刚度中跨梁：i中跨梁7341/ 3.01020.30(0.6)/2.413.51012EI l kN m ===⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⋅右跨梁：i右跨梁= i左跨梁A~B轴底层柱：i底层柱7441/ 3.010(0.5)/4.55 3.41012EI h kN m ==⨯⨯⨯=⨯⋅A~B轴其余层柱：i其余层柱7441/ 3.010(0.5)/3.6 4.31012EI h kN m ==⨯⨯⨯=⨯⋅令余柱线刚度为1.0，则其余各杆件的相对线刚度为：i左跨梁445.410/(4.310) 1.25 =⨯⨯=i中跨梁4413.510/(4.310) 3.14 =⨯⨯=i底柱443.410/(4.310)0.79 =⨯⨯=框架梁柱的相对线刚度如图（2）所示，作为计算各节点杆端弯矩分配系数的依据。
3.荷载计算便于力组合，荷载计算宜按标准值计算3.1 恒载标准值计算屋面:()2, 2.26 kN/m⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎬•⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎭三毡四油铺绿豆砂刷冷底子油一道石油沥青卷材防水屋面20厚1:2.5水泥砂浆找平层不上人有保温层20厚(最薄处)1:8水泥加气混凝土碎渣找2%坡干铺100厚加气混凝土砌块结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m 3=3.0KN/m 2 抹灰层：20厚混合砂浆 0.02m×17KN/m 3=0.34KN/m 2 合计=5.6kN/m 2标准层楼面、各层走廊楼面20.65/kN m ⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎩⎭12厚1:2水泥石子磨光素水泥浆结合层一遍水磨石地面18厚1:3水泥砂浆找平层素水泥浆结合层一遍结构层：120厚现浇钢筋混凝土板 0.12m×25KN/m 3=3.0 kN/m 2 抹灰层：20厚混合砂浆0.02m×17KN/m 3=0.34kN/m 2合计 3.99kN/m 2梁自重b×h=300mm×600mm自重 25×0.3×(0.6-0.12)=3.6kN/m抹灰层： 20厚混合砂浆 0.02×(0.6-0.12)×2×17=0.33kN/m 合计3.93kN/mb×h=250mm×500mm自重 25×0.25×(0.5-0.12)=2.38KN/m 抹灰层 20厚混合砂浆 0.02×(0.5-0.12)×17=0.26KN/m 合计2.64kN/mb×h=200mm×400mm自重 2 5×0.2×(0.4-0.12)=1.4kN/m抹灰层 20厚混合砂浆 0.02×(0.4-0.12)×2×17 =0.19kN/m 合计 1.59kN/m柱自重b×h=500mm×500mm自重25×0.5×0.5=6.25kN/m抹灰层：20厚混合砂浆 0.02×0.5×4×17=0.68kN/m 合计 6.93kN/m外纵墙自重标准层：纵墙 0.9×0.25×5.5=1.24kN/m 铝合金窗0.4×2.1=0.84kN/m外墙面贴瓷砖(3.6-2.1)×0.5=0.75kN/m墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×(3.6-2.1)×17=0.65kN/m合计 3.34kN/m 底层：纵墙(4.55-2.1-0.6)×0.25×5.5=2.4kN/m铝合金窗0.4×2.1=0.84kN/m外墙面贴瓷砖(4.55-2.1-0.5-0.6)×0.5=0.68kN/m墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×(3.6-2.1)×17=0.51kN/m合计 4.44kN/m外横墙自重标准层：横墙(3.6-0.6)×0.25×5.5=4.13kN/m外墙面贴瓷砖 0.5×3.6=1.8 kN/m 墙面20mm厚混合砂浆抹灰0.02×3.6×17=1.3kN/m合计 7.15kN/m底层：横墙(4.55-0.6)×0.25×5.5=5.5kN/m外墙面贴瓷砖0.5×(4.55-0.5-0.6)=1.73 kN/m墙面20mm 厚混合砂浆抹灰 0.02×3.6×17=1.3kN/m 合计8.53kN/m横墙自重 标准层 横墙 (3.6-0.6)×0.2×5.5=3.3kN/m 墙面20mm 厚抹灰(3.6-0.6)×0.02×2×17=2.04kN/m 合计5.34kN/m底层： 横墙(4.55-0.6)×0.2×5.5=4.4kN/m 墙面20mm 厚抹灰 (3.6-0.7)×0.02×2×17=2.04kN/m 合计6.44kN/m女儿墙自重(100mm 的混凝土压顶)自重 0.25×0.5×5.5+25×0.25×0.1=1.45 kN/m外墙面贴瓷砖 2×0.5×0.6=0.6 kN/m ⨯顶面 0.50.25=0.13kN/m 2.18kN/m3.2活荷载标准值计算屋面活荷载标准值不上人屋面 0.5 kN/m 2 楼面活荷载标准值走廊 2.5 kN/m 2 办公室 2.0 kN/m 2雪荷载So=0.45kN/m 2 1.0rμ=1.00.450.45/k r O S S kN mμ==⨯=屋面活荷载与雪荷载不同时考虑两者中取大值3.3 竖向荷载下框架受荷载图图3 板传荷载示意图确定板传递给梁的荷载时,一个区格板一个区格板地考虑.确定每个区格板的荷载传递时,先区分板是单向板还是双向板.若为单向板,沿板的短跨方向作中线,将板上的荷载平均分给两长边的梁;若为双向板计算，从四角出45o平分线，区格板被分为四个小块，每小块荷载传给与之相邻的的梁，见板传荷示意图。
板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载。
A-B轴间框架梁屋面恒载：2×5.6×1.8×[1-2×（1.8/6.0）2+（1.8/6.0）3]=17.08kN/m活载：0.5×1.8×2×[1-2×（1.8/6.0）2+（1.8/6.0）3]=1.52 kN/m楼面板传给梁的荷载恒载：2×3.99×1.8×[1-2×（1.8/6.0）2+（1.8/6.0）3]=12.2kN/m活载：2.0×1.8×2×[1-2×（1.8/6.0）2+（1.8/6.0）3]=6.10 KN/m横梁自重标准值：3.93kN/mA-B轴间框架梁均布荷载为屋面梁恒载：梁自重+板传荷载=3.93kN/m+17.08kN/m =21.01kN/m活载：板传荷载=1.52KN/m楼面梁恒载：梁自重+板传荷载+墙体重=3.93kN/m+12.2kN/m+5.34 kN/m =21.47kN/m活载：板传荷载=6.10kN/mB-C轴间框架梁由于B-C轴间板为单向板,故板传荷载为零.则B-C轴间框架梁均布荷载为：屋面梁恒载：梁自重+板传荷载=3.93+0 =3.93kN/m活载：板传荷载=0kN/m楼面梁恒载：梁自重+板传荷载=4.67+5.73 =10.40KN/m活载：板传荷载=0kN/mC-D轴间框架梁(完全同A-B轴间框架梁)A轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱女儿墙自重 2.18kN/m顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载=2.18×7.2+（7.2-0.5）×3.93+17.08×6.0/4+5.6×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+2.64×6.0×2/4=98.26kN顶层柱活载=板传活载=1.52×6.0/4+0.5×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2=4.31kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=3.43×(7.2-0.5)+3.93×(7.2-0.5)+12.2×6.0/4+3.99×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+(2.64+5.34)⨯6⨯2/4=107.11kN标准层活载=板传活载=6.1×6.0/4+2⨯1.8⨯5/8⨯（3.6+3.6）/2=17.25kNB轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载=3.93×(7.2-0.5)+17.08×6.0/4+5.6⨯1.8⨯5/8⨯（3.6+3.6）/2+5.6⨯3.6⨯1.2⨯2/2+2.64⨯6.0⨯2/4=94.65 kN顶层柱活载=板传活载=1.52×6.0/4+0.5×1.8×5/8⨯（3.6+3.6）/2+0.5⨯3.6⨯1.2⨯2/2=6.47kN标准层柱恒载=墙自重+梁自重+板传荷载=5.34×(7.2-0.5)+3.93×(7.2-0.5)+12.2×6.0/4+3.99×1.8×5/8×（3.6+3.6）/2+(2.64+5.34)⨯6⨯2/4+3.99⨯3.6⨯1.2=137.75kN标准层柱活载 = 板传活载=6.1×6.0/4+2⨯1.8⨯5/8⨯（3.6+3.6）/2+2.5⨯3.6⨯1.2=28.05kNC轴柱纵向集中荷载的计算(同B轴柱纵向集中荷载的计算)D轴柱纵向集中荷载的计算(同B轴柱纵向集中荷载的计算)4 水平地震作用下力计算该建筑物高度为18.6m ﹤40m ，以剪切变形为主，且质量和刚度沿高度分布比较均匀，故可采用底部剪力法计算水平地震作用。