《8度区6层框架结构办公楼：横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《8度区6层框架结构办公楼：横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算.doc（26页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、河南科技大学毕业设计5章 横向水平作用下荷载作用下框架内力和侧移计算5.1 水平地震作用下结构各层的总重力荷载代表值计算5.1.1.墙自重 外纵墙 ：采用240厚灰砂砖18KN/m3,一侧水刷石墙面10.5 KN/m3,另一侧为20mm厚的抹灰（17 KN/m3），则墙面单位面积的重力荷载为：一. 底层：1. B轴线上的纵墙面积：2. E轴线上纵墙的面积：3. 522 轴线上纵墙的面积：合计：125.25+153.09+85.32=363.69则底层外墙自重为：5.16363.69 =1876.64KN二. 标准层： 1. B轴线上的纵墙面积： 2. E轴线上纵墙的面积： 3. 514 轴线上
2、纵墙的面积：合计：89.64+110.16+64.8=264.6则标准层外墙自重为：5.16264.6=1365.336KN三. 顶层：1. B轴线上的纵墙面积：2. E轴线上纵墙的面积：3. 514 轴线上纵墙的面积：合计：77.76+79.38+64.8=221.94则顶层外墙自重为：5.16221.94=1145.21KN四. 内隔墙 采用200厚蒸压加气砼砌块（5.5 KN/m3）,两侧均为20mm厚抹灰，墙面单位面积荷载为：1. 底层：(1). C轴线上的横墙面积：(2). D轴线上横墙的面积： (3). BE轴线上横墙的面积：-合计；481.428+114.31+99.98=695
3、.718则底层内隔墙自重为：1.78695.718=1238.38KN2. 标准层：(1). C轴线上的横墙面积：(2). D轴线上横墙的面积： (3). BE轴线上横墙的面积：合计；117.56+69.2+396.648=583.408 则标准层内隔墙自重为：1.78583.408=1038.47KN3. 顶层：(1). C轴线上的横墙面积：(2). D轴线上横墙的面积：(3). BE轴线上横墙的面积：合计： 88.6+29.4+45.464=163.464则顶层的内隔墙自重为：1.78163.464290.37KN五.卫生间隔墙：采用200厚蒸压粉煤灰加气砼砌块（5.5KN/m3）, 两侧
4、贴瓷砖（0.5 KN/m3）,墙面单位面积重力荷载为为：1.底层： 则底层卫生间隔墙自重为：1.7894.168=150.67KN2.标准层： 则标准层卫生间隔墙自重为：1.7871.52=114.432KN六.女儿墙自重： 采用240厚加气砼砌体，15.5KN/m3,两侧均为200mm厚抹灰，墙高900mm，墙面单位面积的重力荷载为:1.六层顶女儿墙：则女儿墙的自重：90.722=181.44KN2. 七层女儿墙则女儿墙的自重：227.5=55.08KN5.1.2 梁，柱，墙，板，门窗重力荷载标准值汇总一.梁重力荷载标准值汇总表：表5-1 梁重力荷载标准值汇总构件层次b/mh/mg/KNLi
5、/mGiLinGi/KN横梁160.30.63.98KN/m623.85204777层0.30.63.98KN/m623.8516381.6走道梁160.250.452.35KN/m2.45.641056.3767层0.250.452.35KN/m2.45.64845.11次梁160.250.42.32KN/m613.1318236.3047层0.250.42.32KN/m613.1314183.792纵梁160.30.63.98KN/m623.8536858.67层0.30.63.98KN/m623.8528667.8二. 门重力荷载标准值汇总表： (除大门为玻璃门，办公室为木门)表5-2
6、门重力荷载标准值汇总底层：门标号尺寸数量荷载标准值M11.0m2.5m22个GM1=0.21.0m2.5m22=11KNM20.8m2.5m4个GM2=0.20.8m2.5m4=1.6KNM52.2m2.8m3个GM3=0.22.2m2.8m3=18.316KNM40.6m1.8m16个GM4=0.20.6m1.8m16=3.456KN=24.38KN标准层：门标号尺寸数量荷载标准值M11.0m2.5m18个GM1=0.21.0m2.5m18=9KNM20.8m2.5m8个GM2=0.20.8m2.5m8=3.2KNM30.9m2.5m4个GM3=0.20.9m2.5m4=1.8KNM40.6
7、m1.8m16个GM4=0.20.6m1.8m16=3.456KN=17.456KN顶层门标号尺寸数量荷载标准值M11.0m2.5m4个GM1=0.21.0m2.5m4=2KN=2KN三.窗自重： 均为钢框玻璃窗表5-3窗重力荷载标准值汇总底层：门标号尺寸数量荷载标准值C11.8m1.8m24个GC1=0.451.8m1.8m24=34.992KNC50.9m0.9m4个GC5=0.450.9m0.9m4=1.458KNC60.9m1.5m2个GC6=0.450.9m1.5m2=1.215KN=37.665KN标准层：门标号尺寸数量荷载标准值C11.5m1.8m22个GC1=0.451.5m1
8、.8m22=26.73KNC31.2m1.8m2个GC3=0.451.2m1.8m2=1.944KNC43.6m1.8m1个GC4=0.453.6m1.8m1=10.4976KNC61.5m0.9m4个GC6=0.451.5m0.9m4=2.43KNC71.8m0.9m1个GC7=0.451.8m0.9m1=0.729KN=42.33KN顶层：门标号尺寸数量荷载标准值C11.8m1.8m21个GC1=0.451.8m1.8m21=30.16KNC70.9m1.8m1个GC3=0.450.9m1.8m1=0.729KN=42.33KN5.1.3 集中于各楼层标高处的重力荷载代表值Gi 根据抗震规
9、范（GB500112001）第5.1.3条：，顶层的荷载代表值包括：屋面荷载、50%的屋面雪荷载、顶层纵墙框架自重、顶层半层墙柱自重。 其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载、50%楼面均布荷载、该层纵墙框架横梁自重、该层上下各半层柱及墙体自重。各楼层重力荷载代表值Gi确定如下：顶层：梁：G=横梁次梁走道梁381.6+45.1008+183.792+667.8=1278.302KN柱：G承重柱/2+构造柱/2=11.52/2+903.36/2=457.44KN墙：女儿墙外纵墙/2+内隔墙/2卫生间隔墙/2 55.08+1145.21/2+290.97/2+0773.18KN板：G3525.372K
10、N门：G=2KN窗：G=31.347KN雪荷载：0.3KN/m242m14.4m=181.44KN雪荷载组合系数为0.5，则顶层重力荷载代表值为：1278.302KN+457.44KN+773.18KN+3525.372KN+2KN31.347KN181.446158.368KN合计： 6158.368KN六层：梁：G=横梁次梁走道梁477+56.376+236.304+667.8=1437.48KN柱：G承重柱/2+构造柱/2=457.44+69.12/2+1129.2/2=1056.55KN墙：女儿墙外纵墙/2+内隔墙/2卫生间隔墙/2 1145.21/2+290.97/2+114.432
11、/2+1038.471+1365.336/2+181.442158.65KN板：G1847.592+1052.352=2899.94KN门：G=17.46KN窗：G=42.33KN雪荷载：0.3KN/m242m14.4m=181.44KN雪荷载组合系数为0.5，则六层重力荷载代表值为：1437.48KN+1056.55KN+2158.65KN+2899.94KN+17.46KN42.33KN181KN7612.409KN可变荷载：G0.50.3614.42+0.52.04214.4=630.72KN合计： 7612.409KN630.72KN8243.129KN五层（标准层）:梁: G=横梁次
12、梁走道梁477+56.376+236.304+667.8=1437.48KN柱：G承重柱/2+构造柱/2=29.2/2+69.12/2+1129.2/2+69.12/2=1198.32KN墙：G=女儿墙外纵墙/2+内隔墙/2卫生间隔墙/21365.336/2+114.432/2+1038.471/2+1365.336/2+1038.47/2+114.432/22518.238KN板：G2399.112+422.6076=2821.72KN门：G=17.46KN窗：G=42.33KN=1437.48KN+1198.32KN+2518.238KN+17.46KN+42.33KN=8035.544K
13、N可变荷载：G=0.52.01626.4+158.287=784.68KN合计： 784.68KN8035.544KN8820.224KN底层：梁:G=横梁次梁走道梁477+56.376+236.304+667.8=1437.48KN柱：G承重柱/2+构造柱/2=75.84/2+69.12/2+1129.2/2+1486.78/2=1380.47KN墙：女儿墙外纵墙/2+内隔墙/2卫生间隔墙/21365.336/2+114.432/2+1038.471/2+1876.64/2+1238.38/2+150.67/22891.964KN板：G2150.928+334.4976=2485.4256K
14、N门：G=24.38KN窗：G=37.665KN=1437.48KN+1380.47KN +2891.964KN +2485.4256KN +24.38KN +37.665KN =8267.38KN可变荷载：G=0.52.0(561.6+125.28)=686.88KN合计： 686.88KN8267.38KN8944.26KN5.2 水平地震作用下框架内力合侧移的计算5.2.1横向自振周期1.质点重力荷载见图5-1：图51 结构质点重力荷载（单位：KN）2. 水平地震力作用下框架的侧移验算按顶点位移法计算框架的自振周期顶点位移法是求结构基本频率的一种近似方法。将结构按质量分布情况简化为无限质
15、点的悬臂直杆，导出以直杆顶点位移表示的基频公式。这样，只要求出结构的顶点水平位移，就可以按下式求得结构的基本周期：结构顶点假想位移可以由下列公式计算，计算过程，如表5-4： （5-1） （5-2） （5-3） （5-4）式中：基本周期调整系数。考虑填充墙对框架自振周期影响的折减系数，框架结构取0.60.7，该框架取0.7。：框架结构的顶点假想位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由求出，再用求出框架结构的底部剪力。进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。：第i层第j跟柱的抗侧移刚度；表54 结构顶点的假想侧移计算层次
16、Gi (KN)VaiDiUiUi76158.3686158.368698373.5688.82261.8367612.40913770.771872966.915.57253.0158820.22422591.001872966.925.88237.2448820.22431411.225872966.935.88211.3638820.22440321.449872966.946.09175.3828820.22449051.673872966.956.19129.2918820.2657995.993793324.2473.173.1按公式（54）计算基本周期T,其中Ut量纲为m，取3.横
17、向地震作用计算根据建筑设计抗震规范（GB500112001）第5.1.2条规定，对于高度不超过40米，以剪切变形为主，且质量和刚度沿着高度方向分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此本框架采用底部剪力法计算抗震作用。在类场地，8度设防区，设计地震分组为第二组情况下，由建筑设计抗震规范（GB500112001）表5.1.41和表5.1.42可查得：结构的特征周期和水平地震影响系数最大值（8度，多遇地震作用）为：=0.35s =0.16(1).结构总水平地震作用标准计算： (5-5) (5-6) (5-6)式中： 结构基本自振周期的水平地震影响
18、系数值；：结构等效总重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85；：顶部附加水平地震作用；： 顶部附加地震作用系数；：结构总水平地震作用标准值；：分别为质点i,j的计算高度；结构等效总重力荷由公式（55）计算得：因为 ，所以考虑顶部附加水平地震作用，其附加地震作用为：所以对于多质点体系，结构底部纵向水平地震作用标准值：附加顶部集中力：各质点的水平地震作用按公式（56）计算： 将，代入式：各楼层地震剪力按: 计算：各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力及楼层间位移计算表表55 各质点横向水平地震作用，各楼层地震剪力及楼层间位移计算表层()(KN)76158.36826.15161041.32850
19、998.67707.12707.12698373.60.00167612.40922.35171659.82850998.67753.751460.87872966.90.001758820.22418.95167143.25850998.67735.432196.3872966.90.002548820.22415.35135390.44850998.67595.722792.02872966.90.003238820.22411.75103637.63850998.67456.013248.03872966.90.003728820.2248.1571884.83850998.67316.
20、293564.32872966.90.004118820.264.5540241.38850998.67177.063741.38793324.20.0047最大位移发生在第一层，其楼层最大位移与楼层高之比：，小于建筑设计抗震规范（GB500112001）第5.5.1条规定的位移极限值=1/550满足位移要求。5.2.3.水平地震作用下框架内力计算 一. 框架第层J柱分配盗的剪力Vij以及该柱上，下端的弯矩和分别按下列各式计算: （5-5） （5-6） （5-7） （5-8）其中，为标准反弯点高度比，可由查表得。本设计中，底层柱只需考虑修正值;第二层柱需考虑修正值，其余各柱均无修正，具体计算过
21、程及结果见表57，表58。表56 所查反弯点高度表摘要mnk0.60.70.80.91.02.0770.250.30.30.350.350.460.350.350.40.40.40.4550.40.450.450.450.450.540.450.450.450.450.450.530.450.450.450.450.450.520.50.50.50.50.50.510.70.70.650.650.650.55从上表可得各层反弯点高度比y,由于K值界于二者之间，则可以由插值取值。二.框架柱剪力和柱端弯矩计算采用D值法，计算过程见下表57 表57 框架柱K值和y值表层B柱C柱D柱E柱kykykyk
22、y70.6090.2850.820.30.820.30.6090.28560.6090.350.820.350.820.350.6090.3550.6090.40.820.40.820.40.6090.440.6090.450.820.450.820.450.6090.4530.6090.450.820.450.820.450.6090.4520.6090.50.820.50.820.50.6090.510.760.71.0240.71.0240.70.760.7表58 各层中柱B(E)柱端弯矩及剪力计算层次y73.6707.12698373.5719416.66719.660.6090.31
23、9.9450.7863.61460.87872966.919416.66732.490.6090.3540.9376.0353.62196.3872966.919416.66748.850.6090.470.344105.5243.62792.02872966.919416.66762.10.6090.45100.6122.9633.63248.03872966.919416.66772.240.6090.45117.03143.0423.63564.32872966.919416.66779.280.6090.5142.7142.713.63741.38793324.24118863.212
24、88.960.760.7283.34121.43三.梁端弯矩，剪力及轴力分别按下式计算： (5.9 ) (5.10) (5.11) (5.12)由计算简图53,54计算得,具体过程见表5941表58 各层边柱C(D柱端弯矩及剪力计算层次y73.6707.12698373.5724231.67824.540.820.28526.561.8463.61460.87872966.924231.67840.550.820.3551.0994.8953.62196.3872966.924231.67860.960.820.487.78131.6743.62792.02872966.924231.6787
25、7.50.820.45125.55153.4533.63248.03872966.924231.67890.160.820.45146.06178.5223.63564.32872966.924231.67898.940.820.5178.09178.0913.63741.38793324.242080398.111.0240.7312.48133.92表59 梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算层边梁走道梁柱轴力LL边柱中柱750.7845.95616.1215.8915.892.413.24-16.122.88695.0790.19631.0331.2031.202.426.00-47.157.9
26、15146.45135.79647.0446.9746.972.439.14-94.199.814193.304135.79663.0962.0062.002.451.67-156.2820.233243.642179.23678.02878.1578.152.465.13-235.5433.362259.73225.92683.4183.3083.302.469.42-317.9547.351264.13231.72682.6480.2980.292.466.91-400.5963.08注：（1）柱轴力中的负号表示拉力，当为地震作用时候，两侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。（2）表中分
27、别表示节点在右梁的弯矩单位为KN.m（3）.式中，.分别为节点在左，右梁的线刚度，单位为KN.m（4）.N单位为单位为KN，L单位为m，单位为KN图5-2 横向水平地震作用及楼层地震剪力图5-3 梁端弯矩，剪力计算简图图54 梁端弯矩，剪力计算简图图5-5 地震作用下的框架弯矩图注：下端受拉为“”，图5-6 框架结构梁端剪力，轴力图注：剪力逆时针为“”5.3横向风荷载作用下框架结构内力和侧移的计算5.3.1风荷载标准值荷载规范规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数未考虑风压脉动影响，本设计房屋高度H=26.15m1.5，由表510可见，沿高度在1.11.54范围
28、内变化，即风压脉动的影响。 取平面图9轴线横向框架，其负载宽度为6m ，则沿高度方向分布的风荷载标准值为：根据各楼层标高处的高度H可以查得各楼层标高处的沿房屋高度分布风荷载标准值，q(z),见表57，如图57所示。框架结构分析时，应按静力等效原理将图57中的分布荷载转化未节点集中荷载如图58 所示。图5-7 风荷载沿房屋高度的分布（单位：KN/m）图5-8 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：=(2.5+2.36)+2.53.61/4+1.563+(1.475+1.563)3.61/4=10.76=(2.5+2.36)+(2.36+1.96)3.61/4+(1.
29、475+1.563)+(1.475+1.724)3.61/4=13.26=(2.36+1.96)+(1.738+1.96)3.61/4+(1.225+1.12)+(1.12+0.98)3.61/4=11.216=(1.738+1.574)+(1.574+1.389)3.61/4+(0.983+1.12)+(0.893+0.983)3.61/4=9.229=(1.738+1.574)+(1.32+1.389)3.61/4+(0.983+0.983)+(0.893+0.825)3.6 1/4=8.339=(1.389+1.32)+(1.32+1.2)3.61/4+(0.825+0.893)+(0.
30、75+0.825)3.6 1/4=7.67=(1.389+1.32)+1.23.61/4+(0.825+0.75)+(0.753.61/4=6.248表5.7 沿房屋高度分布风荷载标准值层次14.550.1741.01.11.320.8251.237528.150.3231.01.191.3890.8931.339311.750.4491.051.251.5740.9831.48415.350.5871.151.31.7381.121.68518.950.7251.211.351.961.2251.84622.550.8621.291.522.361.4752.21726.151.01.351
31、.542.51.5632.345.3.2.风荷载作用下的水平位移验算 根据图5-8 等效节点集中荷载 所示的水平荷载由公式(5-13)计算层间剪力，然后根据轴线，框架的层间侧移刚度，按公式(5-14),(5-15)计算各层的层间位移，相对侧移和绝对侧移 (5-13) (5-14) (5-15)表58 风荷载作用下的框架层间剪力及侧移计算层710.7610.76698373.5680.0150.3491/240000624.18624.186872966.90.0280.3341/28571535.40335.403872966.90.0410.3061/87805444.63244.63287
32、2966.90.0510.2651/70588352.97152.971872966.90.0610.2141/59016260.64160.641872966.90.0690.1531/52174166.88966.889793324.240.0840.0841/54167由表58所示，风荷载作用下框架的最大层间位移角为1/54167远小于1/550,满足规范要求！5.3.3.风荷载作用下的框架结构的内力计算 所取9轴线框架共有2根中柱，2根边柱，各柱分配到的剪力按公式（516）, 公式（517）计算。 （516） （517）具体计算过程结果见表59，510所示。梁端弯矩，剪力及柱轴力的计算
33、过程和结果见表5-11表5-9 各层边柱柱端弯矩层y73.610.7663065.0119416.673.3130.60911.2680.293.48.52463.624.18663065.0119416.667.4460.60926.8070.359.3817.42553.635.40363065.0119416.6610.8990.60939.2390.415.6923.54443.644.63263065.0119416.6613.7410.60949.4690.4522.2627.20833.652.97163065.0119416.6616.3090.60958.7120.4526.
34、4232.29123.660.64163065.0119416.6618.670.60967.2130.533.6133.60713.666.88979332.4218863.4215.90.7670.7370.749.5121.221表5.10 各层中柱柱端弯矩及剪力计算层y73.610.7663065.01224231.67884.1340.8214.880.294.46510.4263.624.18663065.01224231.67889.2930.8233.460.3511.7121.7553.635.40363065.01224231.678813.6030.8248.970.41
35、9.5929.3843.644.63263065.01224231.678817.1490.8261.740.4527.7833.9633.652.97163065.01224231.678820.3530.8273.270.4532.9740.323.660.64163065.01224231.678823.30.8283.880.541.9441.9413.666.88979332.4242080317.541.0278.050.754.6423.42表5-14 梁端弯矩，剪力及柱轴力层LL边柱N中柱N边中边梁走道梁柱轴力78.5210.428.527.7162.712.712.712.4
36、-87.65-87.6513.23610.8226.2110.8219.4066.76.816.812.4-84.94-84.9413.08532.9341.0932.9330.41610.5610.6810.682.4-78.24-78.2412.6442.953.0442.939.62613.7513.9213.922.4-67.68-67.6810.94354.5568.0854.5550.38617.4917.717.72.4-53.93-53.938.79260.0374.9160.0355.43619.2419.4819.482.4-36.44-36.446.05154.8365.3654.8348.37617.216.9916.992.4-17.2-17.23.04注：柱轴力中的负号表示拉力，当左风作用时候，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。，单位为KN.m;,N单位为KN.m；L单位为m，风荷载作用。框架的弯矩图，梁端的剪力图，梁端剪力图及柱轴力见图5.8，图5.9所示：图5-8 风荷载作用下框架的弯矩图图5-9 风荷载作用下框架结构梁端剪力，轴力图