结构计算步骤实例

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-1-结构设计1.1设计资料1.工程名称：邵阳县石齐中学教学楼楼设计。2.工程概况：建筑面积为3040m2，主体五层，结构形式为框架结构层高3.6m，室内外高差为0.45m。3.地质条件：土层分布为：a层：杂填土和腐殖土，厚约0.6m；b层：褐色粘土，厚约0.6~5.5m；c层：岩石，5.5m以下，4.基本风压W=0.35kN/m2，地面粗躁程度为B类，地基承载力标准值为270kpa。1.2结构设计方案及布置框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大的优点，本次设计的教学楼采用钢筋混凝土框架结构。它是由梁，柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只给围护和隔断作用。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重，纵向承重和纵横向承重三种布置方案。本次设计的教学楼采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担，楼板为现浇混凝土楼板，横向框架还要承受横向的水平风载。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接，这些联系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行于房屋纵向的水平风荷载。1.3结构缝的设置在结构总体布置中，为了降低地基沉降、温度变化和体型复杂对结构的不利影响，可以设置沉降缝、伸缩缝将结构分成若干独立的单元。当房屋既需要设沉降缝，又需要设伸缩缝，沉降缝可以兼做伸缩缝，两缝合并设置。其沉降缝和伸缩缝均应该符合建筑规范要求，并进可能做到多缝合一。1.4框架计算单元的确定3.4.1计算单元一榀计算框架的选取如图1.1所示。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-2-图1.1框架计算单元简图1.4.2框架梁、柱截面尺寸估算1计算单元取相邻两个柱距的1/2宽作为计算单元，如上图阴影所示。2框架几何尺寸（1）框架截面尺寸（a）横向框架梁h=（1/8～1/14）l=（1/8～1/14）×6600=471~825mm；取h=600mm；b=（1/2～1/3）h=（1/2～1/3）×600=200~300mm；取b=300mm；取b×h=300mm×600mm。中间框架梁由于跨度较小，截面尺寸取为b×h=300mm×300mm。（b）纵向框架梁h=(1/8～1/14)l=（1/8～1/14）×3600=257~450mm；取h=300mmb=（1/2～1/3）h=（1/2～1/3）×300=100~150mm；取b×h=250mm×250mm。（c）框架柱b=h=(1/8～1/12)H=(1/8～1/12)×3600=300~450mm；b=h=(1/8～1/12)H=(1/8～1/12)×3600=300~450mm；取b×h=400mm×400mm。（d）楼板厚度（采用双向板）h=l/40=3.6/40=0.09m；取楼板厚h=100mm。（2）梁、柱的计算高（跨）度梁的跨度:取轴线间距，即边跨梁为6.6m，中间跨梁为1.8m。底层柱高：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-3-假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，底层柱高从基础顶面算至二层楼面。h=0.6+0.45+3.6=4.65m其他层柱高：取层高，即为3.6m。1.4.3梁、柱线刚度计算及框架计算简图确定（1）确定框架计算简图框架在竖向荷载作用下，可以忽略结点侧位移，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。（2）梁柱线刚度计算柱线惯性矩：44440021.0124.012mmaIc底层柱线刚度：mNmmNHIEiccc742911035.165.40021.0m/1030其它层柱线刚度：mNmmNHIEiccc742921075.16.30021.0m/1030对于梁考虑整体刚度提高取02II边跨梁的惯性矩：443310108.0126.03.0`2122mmbhIb边跨梁的线刚度：mNmmNLIEibcb7429111091.46.60108.0m/1030中间跨梁的惯性矩：4433200135.0123.03.0`2122mmbhIb中间跨梁的线刚度：mNmmNLIEibcb7429221025.28.100135.0m/1030令其边跨梁的线刚度b11.0i，则其余各杆件的相对线刚度为：46.01091.41025.2772bi27.01091.41035.1771ci36.01091.41075.1772bi框架梁、柱相对线刚度如图1.2所示：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-4-图1.2框架梁、柱相对线刚度1.5荷载计算3.5.1恒荷载计算（1）屋面结构层：120厚现浇混凝土板0.10×25=2.50kN/m2找坡层：1：10水泥珍珠岩（3%找坡）：1/2×15×2%×1/2×11=0.83kN/m2找平层：15厚水泥砂浆0.015×20=0.30kN/m2防水层（SBS沥青改性沥青卷材）：0.36kN/m2保护层：20厚混合砂浆0.02×17=0.34kN/m2屋面恒荷载标准值合计：4.50kN/m2（2）标准层楼面12厚大理石地面0.012×28=0.336kN/m230mm细石混凝土0.03×24=0.72kN/m2结构层：120厚现浇混凝土板0.10×25=2.50kN/m2抹灰层：10厚混合砂浆0.01×17=0.17kN/m2楼面恒荷载标准值合计：3.70kN/m2湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-5-（3）梁的自重（横向）边跨梁自重：25×0.30×0.60=4.50kN/m中跨梁自重：25×0.30×0.30=2.25kN/m（纵向）框架梁自重：25×0.25×0.30=1.88kN/m（4）柱的自重柱截面尺寸b×h=400mm×400mm柱自重（底层）：25×0.40×0.40=4.50kN/m（5）外纵墙（240灰砂砖）自重(标准层)240灰砂砖：18×（3.6-1.80-0.30）×0.24=6.48kN/m门窗：0.35×1.8=0.63kN/m抹灰层：10厚混合砂浆17×（3.6-1.80）×0.01=0.306kN/m合计：7.42kN/m（6）内横墙（240灰砂砖）自重(标准层)240灰砂砖：18×（3.6-0.6）×0.24=12.96kN/m抹灰层：10厚混合砂浆17×（3.6-0.6）×0.01=0.51kN/m合计：13.47kN/m（7）女儿墙自重：19×0.24×1.0=4.56kN/m（8）A～B轴间框架板传荷载《混凝土结构设计》规定，板传至梁上的三角形或梯形荷载等效为均布荷载，荷载的传递示意图如图3.1所示。三角形传荷：'85qq·····································································（3.1）梯形传荷：'32)21(qq·························································（3.2）边跨框架梁承担的由屋面板、楼面板传来的荷载形式为梯形，中间跨框架梁承担的由屋面板、楼面板传来的荷载形式为三角形，为计算简便，按支座弯矩等效原则，将其简化为矩形分布如下，其中：q是实际荷载，'q是等效均布荷载，=la=6.68.1=0.27。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-6-图1.3梯形荷载及三角形分布等效图屋面板传荷载：恒载4.5×3.6×（1-2×0.272+0.273）=14.16kN/m楼面板传荷载：恒载3.7×3.6×（1-2×0.272+0.273）=11.64kN/m梁自重4.5kN/m（9）A～B轴间框架梁均布荷载屋面梁恒载=梁自重+板传荷载4.5kN/m+14.16kN/m=18.66kN/m楼面梁(一层梁)恒载=梁自重+板传荷载+横墙重4.5kN/m+11.64kN/m+13.47kN/m=29.61kN/m楼面梁(二～四层梁)恒载=梁自重+板传荷载4.5kN/m+11.64kN/m=16.14kN/m（10）B～C轴间框架板传荷载屋面板传荷载：恒载4.5kN/m2×1.8/2×5/8×2=5.06kN/m楼面板传荷载：恒载3.7kN/m2×1.8/2×5/8×2=4.16kN/m梁自重2.25kN/m（11）B～C轴间框架梁均布荷载屋面梁恒载=梁自重+板传荷载2.25kN/m+5.06kN/m=7.31kN/m楼面梁恒载=梁自重+板传荷载2.25kN/m+4.16kN/m=6.41kN/m恒荷载作用下的荷载分布图如图1.4。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-7-图1.4恒荷载作用分布图（单位：kN/m）1.5.2活荷载计算由《结构荷载设计规范》，得以下荷载数值：（1）屋面和楼面活荷载标准值不上人屋面：0.5kN/m2楼面：教室2.0kN/m2走道2.5kN/m2厕所2.5kN/m2（2）雪荷载0.45kN/m2屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取最大值。屋面板传荷载：活载qq)21(321（1-2×0.272+0.273）×0.5×3.6=1.570kN/m走道85852qq0.5×1.8=0.56kN/m楼面板传荷载：湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-8-活载qq)21(321（1-2×0.272+0.273）×2.0×3.6m=6.29kN/m走道85852qq2.5×1.8=2.81kN/m活荷载作用下的荷载分布图如图1.5。图1.5活荷载作用分布图(单位：kN/m)1.5.3风荷载计算（1）作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值如公式（3.3）所示：2/0Bhhwwjizszk·····················································（3.3）式中基本风压20kN/m35.0wz风压高度变化系数，地面粗糙度为B类；s风荷载体型系数，根据建筑物的体型查表得s=1.3；z风振系数，由于建筑物总高不超过30m，所以z=1.0；ih下层层高；jh上层层高；B迎风面的宽度。由公式（3.3）得表1.1集中风荷载标准值。风荷载作用下的荷载分布图如图1.6。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-9-表1.1集中风荷载标准值z/m离地高度zzs)kN/m/(20wih/mjh/mkN/kW20.251.251.001.30.353.61.04.6116.351.141.001.30.353.63.66.7212.451.001.001.30.353.63.65.908.551.001.001.30.353.63.65.904.051.001.001.30.354.053.66.27风荷载作用下的荷载分布图如图1.6。图1.6风荷载作用下荷载分布图（单位：kN）1.6内力计算3.6.1恒荷载内力计算（1）恒荷载作用下固端弯矩计算固端弯矩计算如表1.2所示。湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）-10-表1.2固端弯矩计算表边跨框架梁中间跨框架梁顶层mkNql85.766.617.2112112122mkNql90.44.219.1012112122底层及标准层mkNql45.1186.663.3212112122mkNql65.646.681.1712112122mkNql13.44.26.812112122（2）节点分配系数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1.3）节点A：74.046.04141455BA，26.036.041436.0445AA，节点B：55.046.0436.04141455AB，25.046.0436.041446.0455CB2.046.0436.041436.0445BB