钟祥市实验小学教学楼结构设计

钟祥市实验小学教学楼结构设计 钟祥市实验小学教学楼结构设计 摘要 本设计是湖北省钟祥市某一小学教学楼。该地区气候条件、地质条件均较为良好，得天独厚。整体为现今国内推行并盛行的钢筋混凝土框架结构，层高共计四层，建筑的平面设计为规则的矩形。框架结构优点在于其有灵活的空间分割能力、自重轻且抗震能力明显。除此之外，框架结构所具有的整体性以及刚度可以满足建筑的需求。

在进行建筑设计的整个过程中，先是对建筑物进行初步的设计并确定其结构方案，选择合理的结构体系—框架结构。然后通过计算确定结构构件的尺寸，从中选取一榀框架进行内力计算以及配筋计算，基于手算进行PKPM电算。

整个设计与计算过程始终贯彻于安全、适用、使用方便、经济为设计的依据与原则，使得整个建筑物在空间上合理化，从而提升建筑的舒适度。

关键词：结构体系；
钢筋混凝土；
框架结构；
配筋计算；
初步估算；
空间分隔；
整体性；
刚度；
安全、适用、使用方便、经济。

Structural design of teaching building in Zhongxiang City Abstract This design is a primary school teaching building in Zhongxiang City, Hubei Province. The climate and geological conditions in this area are relatively good and unique. As a whole, it is a reinforced concrete frame structure promoted and popular in China, with a total of four floors in height. The plane design of the building is a regular rectangle. The frame structure has the advantages of flexible space division, light weight and obvious seismic resistance. In addition, the integrity and stiffness of the frame structure can meet the needs of the building. In the whole process of architectural design, the first step is to make a preliminary design of the building and determine its structural scheme, and choose a reasonable structural system - frame structure. Then, the size of structural members is determined by calculation, from which a frame is selected for internal force calculation and reinforcement calculation, and PKPM computer calculation is carried out based on hand calculation. The whole design and calculation process is always based on the principles of safety, applicability, convenient use and economy, which makes the whole building reasonable in space and improves the comfort of the building. Keywords: Structural system; reinforced concrete; frame structure; reinforcement calculation; preliminary estimation; space separation; integrity; rigidity; safety, applicability, convenience and economy 目 录 1 前言 1 1.1研究的目的及其意义 1 1.2研究现状和发展趋势 2 1.3研究内容和拟解决的关键问题 2 1.4研究的基本思路和方法、可行性分析 2 1.4.1基本思路和方法 2 1.4.2可行性分析 3 2建筑的基本自然条件 3 3 梁与柱的截面估算 3 3.1梁与柱材料的基本参数与性能 3 3.2梁截面尺寸估算 4 3.2.1框架梁截面尺寸的确定 4 3.2.2确定柱截面尺寸 6 4 建筑荷载的计算 7 4.1恒荷载标准值的计算 7 4.2活荷载标准值的计算 9 4.3框架荷载的计算（竖向荷载作用下）
10 3.4风荷载计算 15 4.5地震作用 16 5 内力计算 21 5.1恒荷载标准值作用下的内力计算 21 5.2活荷载标准值作用下的内力计算 25 5.3计算风荷载作用下框架内力 29 5.4计算地震作用下的框架内力 32 5.5计算侧移 34 6内力组合 35 6.1内力组合的计算 35 7框架梁柱的设计 46 7.1框架梁截面设计（以第三层为例）
46 8板的计算 62 8.1荷载计算 62 8.2弯矩计算 63 8.3配筋计算 64 9地基基础设计 65 9.1地质条件概况 65 9.2地基设计 65 9.2.1基础埋深 65 9.2.2地基承载力计算 65 9.2.3初步确定基础底面积 66 9.2.4基础最大压力计算 66 9.2.5基础冲切力验算 66 9.2.6配筋计算 67 10结论 68 参考文献 69 致 谢 70 附录 70 1 前言 框架结构最重要的两个部分就是它的梁与柱，梁和柱利用钢筋混凝土进行现浇连接起来。框架结构与砖混结构最大的区别就在于其承重部分的不同，砖混结构的承重部分是自身的墙体；
而框架结构的承重部位主要是梁、板、柱，墙体只起到分割建筑空间的作用，梁和柱连接而成的框架结构共同抵御使用过程中产生的风荷载、地震荷载。又由于该结构墙体不承重，因而可以非常方便地对结构进行空间上的切割和改造，而不用担心建筑不能承受上部结构给到的重量。除此之外，框架结构楼层可轻松做到几十层，而砖混结构楼高一般做到六层已是极限，这都得益于框架结构的牢固性能大，强度高。框架结构的发展与使用在近几年来如火如荼，为我国建筑行业的发展更添一把手。

1.1研究的目的及其意义 此次为期几个月的毕业设计是我们在大学期间最后也是最为重要的一个科目了，相比以往的学科学习，这次的毕业设计综合性明显要强。要知道这就是对以往在课堂上学习到的知识进行一次完整性的复习与连结，让我们把以往学习到的知识变得系统化以及实践化。通过毕业设计这种方式，让我们了解并掌握整个建筑结构设计的全过程，从而达到培养了我们学生独立思考问题、分析问题以及解决问题的能力。

在进行毕业设计之前，我花了点时间温习了一遍大学期间学习过的三大力学以及钢筋混凝土结构设计原理等几本书，除此之外我还在网上搜索了有关基础的做法和相关规范、文献、地方标准。在这个搜集资料的过程也让我收益匪浅，因为整个过程不仅仅温习了学过的知识还了解并学习到了很多新的知识，同时还锻炼了我们搜集资料，查阅外文文献以及筛选选择的能力。

在毕设的过程中，我们会遇到很多不同的问题，也会用到许多的我们专业毕业设计用到的计算机软件，譬如CAD、天正、PKPM、Excel、Word等其他软件，以此来完成建筑、结构、施工的设计及其图纸的绘制，这个过程就训练并巩固了作为土木工程专业学生的绘图制图的能力了。

总而言之，整个毕业设计旨在让即将毕业踏入社会的我们，在这短短几个月里能够渐渐掌握并具备上述所说的各项基本能力，并从中培养良好的学习习惯，为将来步入社会打下坚实的基础。

1.2研究现状和发展趋势 当下，框架结构已经成为建筑业的主流，这种模式的楼房也已经随处可见，它的优点在于其具有良好的结构整体性 、自重轻盈、抗震能力突出，梁与柱承担了整栋建筑的绝大部分重量，这才使得墙体可以自由进行布置，因而空间分隔相当灵活。具有这些优点框架结构备受青睐。随着现今社会经济人口发展的速度，国民已经无法满足于已有的砖混结构楼房了，而钢筋混凝土框架结构满足了大众的需求，它的出现是极具意义的，它广泛地应用在教学楼、办公室以及厂房等建筑。现在还有装配式建筑非常的常见，相信在今后装配式与框架结构配合在一起会成为建筑行业的潮流。由此可知此项目使用框架结构模式是非常符合潮流时代选择和满足要求的。

1.3研究内容和拟解决的关键问题 建筑的设计、结构设计、建筑所需的各类自然条件、建筑节点尺寸的估算、计算荷载值、利用二次弯矩分配法进行内力的计算、内力组合、配筋的计算、地基基础的设计、PKPM模型建立、绘制建筑施工图纸。

在进行建筑设计计算后会知道，框架结构需要考虑到地震荷载和风荷载两个因素，当框架结构层数越高，其能承受的水平地震作用、风荷载作用越小，框架在X和Y方向的侧移会明显增大，当地震来临时，住在越高层的人感受到的摇晃感越强。因此需要通过加大柱子的截面尺寸把框架在水平方向上的侧移减小。框架结构的层高最好不要布置太高。

在最开始就要进行抗震设计，譬如“强柱弱梁”，意思就是说柱子截面尺寸可以设置得稍微大一点，而梁在符合规范以及承载力得同时其尺寸可以设置得偏小点，以满足整个建筑框架的承载能力。在者要做到“强减弱弯”以及“强节点弱构件”，这几个都是可以显著起到抵抗地震作用的措施。

除此之外，地震发生时首先受到冲击的便是框架柱，如果出现塑性铰这会危及到柱子范围上方的建筑，还有一定的概率造成建筑的倾覆与倒塌，危害非常大。所以一般框架结构最好设置为非单跨形式。

1.4研究的基本思路和方法、可行性分析 1.4.1基本思路和方法 在开始毕业设计前，先在网上搜集国内外相关文献，学习将要用到的国家法规规定、做法，同时需要潜心复习大学期间学习过的相关书籍。例如房屋建筑学里面就有关于楼梯的做法，可参照它的相关规定来设计楼梯的踏步数以及楼梯扶手高度的相关规定。除此之外有钢筋混凝土结构设计原理、结构力学等书籍。查阅相关图集图纸资料，为后面画图纸奠定基础，后期会用到电算工具进行计算，在网上进行视频的学习，做到事半功倍。

1.4.2可行性分析 整个毕业设计的过程长达几个月，在时间上完全足够学生进行设计、绘画图纸以及修改图纸等工作。在整个过程中，指导老师都与我们进行连线，当遇到不能够解答的问题时，可以先查阅相关的规定规范，还可以与同学们一起交流解决问题，实在无法解决还可以咨询指导老师，因此进行此毕业设计是完全可行的。过程中要使用到的工具有CAD、PKPM、Excel、Word等工具大部分在校已经学习过，在网上也有相关的教学视频，那么对于工具使用的问题可以得到解决。过程遇到的问题都能够找到解决的方法方案，因此毕业设计可行性通过。

2建筑的基本自然条件 钟祥市的基本风压是ω0=0.30kNm2，重现期是50年，此建筑工地的地面粗糙水平类别归类为C类。

钟祥市的基本雪压s0=0.35kNm2。

该地区的抗震设防烈度、基本地震加速度值分别为6度0.05g，地震的分组类别为第一组。

3 梁与柱的截面估算 3.1梁与柱材料的基本参数与性能 梁与柱均采用强度等级为C30的砼，纵向钢筋则采用强度较好的HRB400钢筋，箍筋均采用经济实用性较好且强度满足要求的HPB300钢筋。

建表如下：
表3.1 C30砼基本参数（单位：Nmm2）
参数 fck ftk fc ft Ec 取值 20.1 2.01 14.3 1.43 3.0×104 表3.2 HRB400钢筋基本参数（单位：Nmm2）
参数 fyk fy fy＇ Ec 取值 400 360 360 2.0×105 表3.3 HRB300钢筋基本参数（单位：Nmm2）
参数 fyk fy fy＇ Ec 取值 300 270 270 2.1×105 3.2梁截面尺寸估算 3.2.1框架梁截面尺寸的确定 选取②轴线上一榀框架进行设计与计算，如图3.1所示：
图3.1 框架梁柱截面尺寸的确定 1.②轴线AB、CD跨: h=118~110L=118~110×8100=450~810mm,取h=600mm。

b=14~12h=14~12×600=150~300mm,取b=250mm。

2.BC跨：
计算得知数据不符合构造要求，则取h=400mm,取b=250mm。

3.纵向框架梁KL10、KL11、KL12、KL13: h=118~110L=118~110×6300=350~630mm,取h=600mm。

b=14~12h=14~12×600=150~300mm,取b=250mm。

4.次梁L2: h=118~112L=118~112×8100=450~675mm,取h=500mm。

b=14~12h=14~12×500=125~250mm,取b=200mm。

3.2.2确定柱截面尺寸 1.由层高可计算得出框架柱截面尺寸: 标准层柱高：Hi=3.6mi=2,3,4 b=ℎ=120~115Hi=120~115×3600=180~240mm 底层柱高：H1=4.2+0.45=4.65m b=ℎ=120~115H1=120~115×4650=232.5~310mm 2. 由柱轴压比可估算出框架柱截面尺寸及计算过程如下: 经查阅规范，抗震等级为三级的框架结构柱轴压比限值是0.85。

中柱：
Nc1=1.1NV=1.1×14×6.3×3.6+8.1×12×4=2270.268kN AC1≥Nc1ufc=2270.268×1030.85×14.3=186776mm2 故b=ℎ=Ac1=186776=432mm。

边柱：
Nc2=1.2NV=1.2×14×6.3×8.1×12×4=1714.608kN AC2≥Nc2ufc=1714.608×1030.85×14.3=141062mm2 选取②轴线上一榀框架进行设计与计算，如上图3.1所示：
则有b=ℎ=Ac2=141062=376mm。

3.由建筑构造要求可确定框架柱的截面尺寸：
查阅规范可知：三级抗震时，柱截面尺寸应≥400mm。

由上可选择框架柱的截面尺寸为500mm×500mm。

4 建筑荷载的计算 4.1恒荷载标准值的计算 1.屋面 装饰面层（做法详见建筑施工图总说明）：
2.413kNm2+W =2.413kNm2+0.05m×32kgm3×9.8Nkg1000=2.43kNm 100mm的现浇钢筋混凝土屋面板：
0.1m×25kNm3=2.5kNm2 12mm水泥砂浆顶棚：
0.012m×20kNm3=0.24kNm2 合计：5.17kNm2 2.标准层楼面 装饰面层（做法详见建筑施工图总说明）：
28-30mm，自重: 0.70kNm2 100mm，屋面板，现浇：
0.1m×25kNm3=2.5kNm2 12mm水泥砂浆顶棚：
0.012m×20kNm3=0.24kNm2 合计：3.44kNm2 3.卫生间 05YJ1楼10：
0.70kNm2 防水层：
0.40kNm2 100mm，面板，现浇：
0.1m×25kNm3=2.5kNm2 12mm水泥砂浆顶棚：
0.012m×20kNm3=0.24kNm2 合计：3.84kNm2 4.梁自重 梁尺寸：
b×ℎ=250mm×600mm 梁自重：
25kNm3×0.25m×0.6m−0.1m=3.125kNm 水泥砂浆抹灰,20mm：
0.02m×20kNm3×0.25m+0.6m−0.1m×2=0.5kNm 合计：3.625kNm 梁尺寸：
b×h=250mm×400mm 梁自重：
25kNm3×0.25m×0.4m−0.1m=1.875kNm 水泥砂浆抹灰,20mm：
0.02m×20kNm3×0.25m+0.4m−0.1m×2=0.34kNm 合计：2.215kNm 梁尺寸：
b×h=200mm×500mm 梁自重：
25kNm3×0.20m×0.5m−0.1m=2.0kNm 水泥砂浆抹灰,20mm：
0.02m×20kNm3×0.20m+0.5m−0.1m×2=0.40kNm 合计：2.40kNm 5.柱自重 柱尺寸：
b×h=500mm×500mm 柱自重：
25kNm3×0.5m×0.5m=6.25kNm 水泥砂浆抹灰,20mm: 20kNm3×0.02m×0.5m×4=0.8kNm 合计：7.05kNm 6.外纵墙自重 标准层 纵墙（外纵墙窗台下部+外纵墙窗间墙重）
7.0kNm3×6.3−0.5m×0.2m×3.6m−1.8×1.8×0.2×2m=20.16kN 塑钢窗 0.40kNm2×3.6m×1.8m=2.592kN 面砖外墙面 17.8kNm3×0.008m+20kNm3×0.02m×6.3−0.5m×3.6m−1.8m×1.8m×2=7.81kN 水泥砂浆内墙面: 20kNm3×0.02m×6.3−0.5m×3.6m−1.8×1.8×2m=5.76kN 保温层: 140kgm3×9.8×10−3kgkg×0.05m×6.3−0.5m×3.6m−1.8×1.8×2m=0.988kN 合计：37.31kN 底层 纵墙（外纵墙窗台下部+外纵墙窗间墙重）
7.0kNm3×6.3−0.5m×0.2m×4.2m−1.8×2.4×0.2×2m=22.008kN 塑钢窗 0.40kNm2×4.2m×2.4m=4.032kN 面砖外墙面 17.8kNm3×0.008m+20kNm3×0.02m×6.3−0.5m×4.2m−1.8m×2.4m×2=8.527kN 水泥砂浆内墙面: 20kNm3×0.02m×6.3−0.5m×4.2m−1.8×2.4×2m=6.288kN 保温层: 140kgm3×9.8×10−3kgkg×0.05m×6.3−0.5m×4.2m−1.8×2.4×2m=1.078kN 合计：41.933kN 7.内墙自重 标准层 内墙 3.6−0.6m×0.2×7.0kNm3=4.2kNm 水泥砂浆墙面 2×3.6−0.6m×0.02m×20kNm3=2.4kNm 合计：6.6kNm 底层 内墙 4.2−0.6m×0.2×7.0kNm3=5.04kNm 水泥砂浆墙面 2×4.2−0.6m×0.02m×20kNm3=2.88kNm 合计：7.92kNm 4.2活荷载标准值的计算 1.屋面、楼面SQk标准值 根据规范，查得：
不上人屋面 0.5kNm2 教室楼面 2.5kNm2 卫生间 2.5kNm2 楼梯 3.5kNm2 走廊、门厅 3.5kNm2 2.雪荷载 根据规范：
sk=μrs0 则雪荷载标准值 sk=μrs0=1.0×0.35=0.35kNm2 4.3框架荷载的计算（竖向荷载作用下）
1.A−B轴间框架梁 由规范知板传达到梁上的梯形或三角形荷载，近似等于为均布荷载，荷载传递如图4.1所示：
图4.1 框架计算单元及板荷载传递 屋面板传荷载：
恒荷载：5.17kNm2×1−2×0.1862+0.1863×3.152×2=15.263kNm 活荷载：0.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×3.152×2=1.476kNm 楼面板传荷载：
恒荷载：3.44kNm2×1−2×0.1862+0.1863×3.152×2=10.156kNm 活荷载：2.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×3.152×2=7.381kNm 梁自重：3.625kNm2 A−B轴间框架梁均布荷载为：
屋面梁：
恒荷载=3.625+15.263=18.888kNm 活荷载=1.476kNm 楼面梁：
恒荷载=3.625+10.156+6.60=20.381kNm 活荷载=7.381kNm 2.B−C轴间框架梁：
屋面板传荷载：
恒荷载：5.17kNm2×58×12×3.6−0.25×2=10.825kNm 活荷载：0.5kNm2×58×12×3.6−0.25×2=1.047kNm 楼面板传荷载：
恒荷载：3.44kNm2×58×12×3.6−0.25×2=7.203kNm 活荷载：3.5kNm2×58×12×3.6−0.25×2=7.328kNm 梁自重：2.215kNm2 B−C轴间梁均布荷载为：
屋面梁：
恒荷载=2.215+10.825=13.04kNm 活荷载=1.047kNm 楼面梁：
恒荷载=2.215+7.203=9.418kNm 活荷载=7.328kNm 3.C−D轴间框架梁 计算过程与A−B轴间框架梁一样。

屋面梁：
恒荷载=18.888kNm 活荷载=1.476kNm 楼面梁：
恒荷载=20.381kNm 活荷载=7.381kNm 4.A轴柱纵向集中荷载的计算：
女儿墙自重=7.0kNm3×1.2m×0.2m+25kNm3×0.1m×0.2m+1.3×2+0.24m×0.02m×20kNm3=3.316kNm 顶层柱：
恒荷载 =3.316kNm×6.3m+3.625kNm×6.3−0.5m+2.40kNm×8.1m×14×2+5.17kNm2×58×1.575m×3.15m×2+5.17kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+2.215kNm×8.1−0.5m×12=153.932kN 活荷载 =0.5kNm2×58×1.575m×3.15m×2+0.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2=9.079kN 标准层柱：
恒荷载=6.6kNm×8.1m×14+37.31kN+3.625kNm×6.3−0.5m+2.4kNm×8.1×14×2+3.44kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+2.215kNm×8.1−0.5m×12=130.49kN 活荷载=2.5kNm2×58×1.575m×3.15m×2+2.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2=45.396kN 5.B轴柱纵向集中荷载的计算 顶层柱：
恒荷载 =3.625kNm×6.3−0.5m+2.40kNm×8.1m×14×2+5.17kNm2×58×1.575m×3.15m×2+5.17kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+5.17kNm2×1−2×0.2652+0.2653×3.6−0.25m2×6.3m+5.17kNm2×58×3.6m×1.8m+2.215kNm×8.1−0.5m×12=201.889kN 活荷载 =0.5kNm2×58×1.575m×3.15m×2+0.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+0.5kNm2×1−2×0.2652+0.2653×3.6−0.25m2×6.3m+0.5kNm2×58×3.6m×1.8m=15.738kN 标准层柱：
恒荷载=6.6kNm×8.1m×12+6.6kNm×6.3−0.5m+3.625kNm×6.3−0.5m+2.4kNm×8.1×14×2+3.44kNm2×58×1.575m×3.15m×2+3.44kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+3.44kNm2×1−2×0.2652+0.2653×3.6−0.25m2×6.3m+3.44kNm2×58×3.6m×1.8m+2.215kNm×8.1−0.5m×12=212.446kN 活荷载=2.5kNm2×58×1.575m×3.15m×2+2.5kNm2×1−2×0.1862+0.1863×1.575m×8.1m×12×2+3.5kNm2×1−2×0.2652+0.2653×3.6−0.25m2×6.3m+3.5kNm2×58×3.6m×1.8m=92.005kN 6. C轴与D轴柱纵向集中荷载的计算 由于C轴、D轴与A轴、B轴对称，因而计算的数值一样。

C轴 顶层柱：
恒荷载=201.889kN 活荷载=15.738kN 标准层柱：
恒荷载=212.446kN 活荷载=92.005kN D轴 顶层柱：
恒荷载=153.932kN 活荷载=9.079kN 标准层柱：
恒荷载=130.49kN 活荷载=45.396kN 框架在竖向荷载作用下的受荷总图如图4.2所示，图中数值为标准值 图4.2 竖向荷载标准值（单位：kN或kNm）
3.4风荷载计算 作用在屋面梁和楼面节点处的集中风荷载标准值为：
ωk=βzμsμzω0ℎi+ℎjB2 式中：
βz−−风振系数；

μs−−风荷载体型系数；

μz−−风压高度变化系数，本教学楼建筑位于市区，地面粗糙度为B类；

ω0−−基本风压kNm2,本教学楼ω0=0.30kNm2；

ℎi−−下层柱高；

ℎj−−上层柱高，对顶层为女儿墙的2倍；

B−−迎风面的宽度，本计算取B=6.3m。

依据规范可知，此教学楼的体型系数μs=0.8−−0.5=1.3。

该教学楼h=15.25m， βz=1.0 该楼集中风荷载标准值计算过程见下表4.1 表4.1 集中风荷载标准值计算 离地高度zm μ2 βz μs w0kNm2 ℎim ℎjm wkkN 15.250 0.66 1.00 1.3 0.30 3.6 2.4 4.86 11.650 0.65 1.00 1.3 0.30 3.6 3.6 5.75 8.050 0.65 1.00 1.3 0.30 3.6 3.6 5.75 4.450 0.65 1.00 1.3 0.30 4.45 3.6 6.43 4.5地震作用 1.重力荷载的代表值 （1）集中在屋面层处的质点重力荷载代表值G4 屋面荷载：
5.17kNm2×6.3m×3.6m+8.1m×2=644.906kN 50%雪荷载：
50%×0.30kNm2×6.3m×3.6m+8.1m×2=18.711kN 梁自重（外纵梁和横梁自重+走道梁自重+次梁自重）
3.625kNm×6.3m−0.5m×4+8.1m−0.5m×2+2.215kNm×3.6m−0.5m+2.40kNm×8.1m×4×12=184.945kN 半层柱自重：7.05kNm×3.6m×12×4=50.76kN 半层墙自重（半墙窗间墙自重+半墙窗自重+纵横向内墙和隔墙自重）
37.31kNm×2×12+12×6.6kNm×6.3−0.5m×2+8.1m×12×2=102.32kN 女儿墙全重：
3.316kNm×6.3m×2=41.782kN 合计：1043.424KN （2）集中到二~三层处的质点重力荷载代表值G2~G3 楼面荷载：
3.44kNm2×6.3m×3.6m+8.1m×2=429.106kN 50%活荷载 50%×2.5kNm2×6.3m×8.1m×2+3.5kNm2×3.6m×8.1m=178.61kN 上下各半层柱自重：
7.05kNm×3.6m×4=101.52kN 上下各半层墙的自重 37.31kNm×2+6.6kNm×6.3−0.5m×2+8.1m×12×2=204.64kN 合计：1098.821KN （3）集中到一层处的质点重力荷载代表值G1 楼面荷载：429.106kN 50%活荷载：178.61kN 梁自重：184.945kN 上下各半层柱自重：
7.05kNm×3.6m×12+4.95m×12×4=120.555kN 上下各半层墙的自重：
41.933kN+12×7.92kNm×6.3−0.5m×2+8.1m×12×2=119.945kN 37.31kN+12×6.6kNm×6.3−0.5m×2+8.1m×12×2=102.32kN 合计：1135.481KN 2.计算方法：
设防类别 设防烈度 加速度 设计分组 场地类别 抗震等级 丙类 6度 0.05g 第一组 Ⅱ类 四级 查阅规范知本教学楼的水平地震作用力计算采用底部剪力法。

3.自振周期的计算 （1）表4.2、4.3和4.4是框架梁柱的抗侧移刚度计算结果。

表4.2 框架柱、横梁的线刚度计算 杆件 截面尺寸 混凝土的弹性模量EckNmm2 Imm4 Lmm i=EcIL (kN·mm) 相对刚度 bmm ℎmm 边框架梁 AB、CD跨 250 600 30 6.75×109 8100 2.5×107 0.576 BC跨 250 400 30 2.0×109 3600 1.67×107 0.385 中框架梁 AB、CD跨 250 600 30 9.0×109 8100 3.33×107 0.767 BC跨 250 400 30 2.67×109 3600 2.23×107 0.513 框架柱 地层 500 500 30 5.21×109 4950 3.16×107 0.728 其他层 500 500 30 5.21×109 3600 4.34×107 1.000 表4.3 2~4层框架柱横向侧移刚度D值的计算 构件名称 i=ib2ic ac=i2+i D=acic12ℎ2kNm A轴 0.767 0.277 11131 B轴 1.280 0.390 15672 C轴 1.280 0.390 15672 D轴 0.767 0.277 11131 表4.4底层框架柱横向侧移刚度D值的计算 构件名称 i=ibic ac=0.5+i2+i D=acic12ℎ2kNm A轴 1.054 0.509 7877 B轴 1.758 0.601 9301 C轴 1.758 0.601 9301 D轴 1.054 0.509 7877 （2）楼层假想位移的计算。

各质点的高度：H1=4.95m, H2=8.55m, H3=12.15m, H4=15.75m。楼层假想位移计算结果见表4.5。

表4.5 楼层假想位移计算 层数 GikN VikN DikNm uimm uimm 4 1043.424 1043.424 53606 19.465 247.277 3 1098.821 2142.245 53606 39.963 227.812 2 1098.821 3241.006 53606 60.461 187.849 1 1135.481 4376.547 34356 127.388 127.388 (3)基本自振周期T1 T1=2φti=1nGi∆i2i=1nGi∆i 式中φt取0.6~0.7（框架结构）
T1=2×0.6×1043.424×0.24732+1098.821×0.22782+0.18782+1135.481×0.127421043.424×0.2473+1098.821×0.2278+0.1878+1135.481×0.1274=0.546 4. 计算水平地震作用标准值：
经查阅规范得知场地特征周期为Tg=0.35s, amax=0.04,则水平地震影响系数为：
a1=TgT10.9amax=0.350.5460.9×0.04=0.054 T1=0.546s>1.4Tg=0.49s 顶部附加地震作用系数：
δn=0.08T1+0.07=0.08×0.546+0.07=0.11368 Geq=0.85i=14Gi=0.85×4376.547kN=3720.065kN FEk=Geq=0.054×3720.065kN=200.884kN ∆Fn=δnFEk=0.11368×200.884kN=22.836kN FEk1−δn=200.884kN×1−0.11368=178.048kN Fi=GiHiGiHiFEk1−δn,计算结果见表4.6 表4.6 水平地震（左向）作用下框架侧移计算 层数 层高 Him GikN GiHi(kN·mm) GiHiGiHi FikN VikN D ∆ui(mm) ∆umm ∆uiℎ 4 3.6 15.75 1043.424 16433.928 0.367 65.344 88.18 53606 1.645 14.459 4.569×10−4 3 3.6 12.15 1098.821 13350.675 0.298 53.058 141.238 53606 2.635 12.814 7.319×10−4 2 3.6 8.55 1098.821 9394.920 0.210 37.390 178.628 53606 3.332 9.179 9.256×10−4 1 4.95 4.95 1135.481 5620.631 0.125 22.256 200.884 34356 5.847 5.847 1.181×10−3 层间地震剪力及其横向框架水平地震作用计算简图如图4.3所示（单位：kN）
图4.3 水平地震作用及层间地震剪力 5.抗震变形验算：
由表4.6，多遇地震作用标准值产生的最大弹性层间侧移与计算楼层层高之比∆uiℎ均小于1550，满足房屋抗震变形的要求。

5 内力计算 5.1恒荷载标准值作用下的内力计算 恒荷载标准值作用下弯矩计算如下：
采用弯矩二次分配法计算恒荷载标准值作用下的内力。

框架梁固定端弯矩及其节点弯矩分配系数和分配过程如图5.1所示。

恒荷载标准值作用下框架弯矩图如图5.2所示。

取弯矩调幅系数β=0.85，得到恒荷载标准值作用下框架梁剪力图如图5.3所示，框架柱轴力图如图5.4所示。

上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0 0.566 0.434 0.336 0 0.439 0.225 0.225 0.439 0 0.336 0.434 0.566 0 19.24 -103.27 103.27 -25.24 -14.08 14.08 25.24 -103.27 103.27 -19.24 47.56 36.47 -21.49 -28.07 -14.39 14.39 28.07 21.49 -36.47 -47.56 17.17 -10.75 18.24 -11.55 7.20 -7.20 11.55 -18.24 10.75 -17.17 -3.63 -2.79 -4.67 -6.10 -3.13 3.13 6.10 4.67 2.79 3.63 61.6 -80.34 95.35 -45.72 -24.4 24.4 45.72 -95.35 80.34 -61.1 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.361 0.361 0.278 0.234 0.305 0.305 0.156 0.156 0.305 0.305 0.234 0.278 0.361 0.361 16.31 -111.43 111.43 -25.56 -10.17 10.17 25.56 -111.43 111.43 -16.31 34.34 34.34 26.44 -17.71 -23.09 -23.09 -11.81 11.81 23.09 23.09 17.71 -26.44 -34.34 -34.34 23.78 17.17 -8.86 13.22 -14.04 -11.55 5.91 -5.91 11.55 14.04 -13.22 8.86 -17.17 -23.78 -11.58 -11.58 -8.92 1.51 1.97 1.97 1.01 -1.01 -1.97 -1.97 -1.51 8.92 11.58 11.58 46.54 39.93 -102.77 108.45 -35.16 -32.67 -15.06 15.06 32.67 35.16 -108.45 102.77 -39.93 -46.54 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.361 0.361 0.278 0.234 0.305 0.305 0.156 0.156 0.305 0.305 0.234 0.278 0.361 0.361 16.31 -111.43 111.43 -25.56 -10.17 10.17 25.56 -111.43 111.43 -16.31 34．34 34.34 26.44 -17.71 -23.09 -23.09 -11.81 11.81 23.09 23.09 17.17 -26.44 -34.34 -34.34 17.17 19.07 -8.86 13.22 -11.55 -12.57 5.91 -5.91 12.57 11.55 -13.22 8.86 -19.07 -17.17 -9.88 -9.88 -7.61 1.17 1.52 1.52 0.78 -0.78 -1.52 -1.52 -1.17 7.61 9.88 9.88 41.63 43.53 -101.46 108.11 -33.12 -34.14 -15.29 15.29 34.14 33.12 -108.11 101.46 -43.53 -41.63 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.401 0.292 0.307 0.255 0.332 0.242 0.171 0.171 0.242 0.332 0.255 0.307 0.292 0.401 16.31 -111.43 111.43 -25.56 -10.17 10.17 25.56 -111.43 111.43 -16.31 38.14 27.78 29.20 -19.30 -25.13 -18.32 -12.94 12.94 18.32 25.13 19.30 -29.20 -27.78 -38.14 17.17 0.00 -9.65 14.60 -11.55 0.00 6.47 -6.47 0.00 11.55 -14.60 9.65 0.00 -17.17 -3.02 -2.20 -2.31 -2.43 -3.16 -2.30 -1.63 1.63 2.30 3.16 2.43 2.31 2.20 3.02 52.29 25.58 -94.19 104.3 -39.84 -20.62 -18.27 18.27 20.62 39.84 -104.3 94.19 -25.58 -52.29 12.79 -10.31 10.31 -12.79 图5.1 恒荷载标准值作用下弯矩分配图kN∙m 图5.2 恒荷载标准值作用下框架弯矩图kN∙m 图5.3 恒荷载标准值作用下框架梁剪力图kN 图5.4 恒荷载标准值作用下框架柱轴力图kN 5.2活荷载标准值作用下的内力计算 经计算，活荷载作用下的节点弯矩分配系数和固定端弯矩、分配过程如图5.5所示，框架的弯矩图如图5.6所示，框架梁的剪力图如图5.7所示，框架柱的轴力图如图5.8所示。

上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0 0.566 0.434 0.336 0 0.439 0.225 0.225 0.439 0 0.336 0.434 0.566 0 1.13 -8.07 8.70 -1.97 -1.13 1.13 1.97 -8.07 8.07 -1.13 3.93 3.50 -1.67 -2.18 -1.12 1.12 2.18 1.67 -3.50 -3.93 6.26 -0.84 1.75 -3.20 0.56 -0.56 3.20 -1.75 0.84 6.26 -3.07 -2.35 0.30 0.39 0.20 -2.0 -0.39 -0.30 2.35 3.07 7.12 -7.76 8.45 -4.99 -1.49 1.49 4.99 -8.45 7.76 -7.12 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.361 0.361 0.278 0.234 0.305 0.305 0.156 0.156 0.305 0.305 0.234 0.278 0.361 0.361 5.67 -40.36 40.36 -11.50 -7.91 7.91 11.50 -40.36 40.36 -5.67 12.52 12.52 9.64 -4.90 -6.39 -6.39 -3.27 3.27 6.39 6.39 4.90 -9.64 -12.52 -12.52 1.97 6.26 -2.45 4.82 -1.09 -3.20 1.64 -1.64 3.20 1.09 -4.82 2.45 -6.26 -1.97 -2.09 -2.09 -1.61 -0.51 -0.66 -0.66 -0.34 0.34 0.66 0.66 0.51 1.61 2.09 2.09 12.4 16.69 -34.78 39.77 -8.14 -10.25 -9.88 9.88 10.25 8.14 -39.77 34.78 -16.69 -12.4 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.361 0.361 0.278 0.234 0.305 0.305 0.156 0.156 0.305 0.305 0.234 0.278 0.361 0.361 5.67 -40.36 40.36 -11.50 -7.91 7.91 11.50 -40.36 40.36 -5.67 12.52 12.52 9.64 -4.90 -6.39 -6.39 -3.27 3.27 6.39 6.39 4.90 -9.64 -12.52 -12.52 6.26 6.96 -2.45 4.82 -3.20 -3.20 1.64 -1.64 3.20 3.20 -4.82 2.45 -6.96 -6.26 -3.89 -3.89 -2.99 -0.01 -0.02 -0.02 -0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 2.99 3.89 3.89 14.89 15.59 -36.16 40.81 -9.61 -9.61 -9.55 9.55 9.61 9.61 -40.81 36.16 -15.59 -14.89 上柱 下柱 右梁 左梁 上柱 下柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 0.401 0.292 0.307 0.255 0.332 0.242 0.171 0.171 0.242 0.332 0.255 0.307 0.292 0.401 5.67 -40.36 40.36 -11.50 -7.91 7.91 11.50 -40.36 40.36 -5.67 13.91 10.13 10.65 -5.34 -6.96 -5.07 -3.58 3.58 5.07 6.69 5.43 -10.65 -10.13 -13.91 6.26 0.00 -2.72 5.33 -3.20 0.00 1.79 -1.79 0.00 3.20 -5.33 2.72 0.00 -6.26 -1.42 -1.03 -1.09 -0.10 -1.30 -0.95 -0.67 0.67 0.95 1.30 0.10 1.09 1.03 1.42 18.75 9.1 -33.52 40.25 -11.46 -6.02 -10.37 10.37 6.02 11.46 -40.25 33.52 -9.1 -18.75 4.55 -3.01 3.01 -4.55 图5.5 活荷载标准值作用下弯矩分配图kN∙m 图5.6 活荷载标准值作用下框架弯矩图kN∙m 图5.7 活荷载标准值作用下框架梁剪力图kN 图5.8 活荷载标准值作用下框架柱轴力图kN 5.3计算风荷载作用下框架内力 框架柱反弯点位置y=y0+y1+y2+y3, 计算结果如表5.1和表5.2所示。

表5.1 A、D轴框架柱反弯点位置计算 层数 ℎm k y0 y1 y2 y3 y yℎm 4 3.6 0.767 0.33 0 0 0 0.330 1.19 3 3.6 0.767 0.40 0 0 0 0.400 1.44 2 3.6 0.767 0.45 0 0 -0.045 0.405 1.46 1 4.95 1.054 0.60 0 -0.017 0 0.583 2.89 表5.2 B、C轴框架柱反弯点位置计算 层数 ℎm k y0 y1 y2 y3 y yℎm 4 3.6 1.28 0.364 0 0 0 0.364 1.31 3 3.6 1.28 0.450 0 0 0 0.450 1.62 2 3.6 1.28 0.464 0 0 -0.032 0.432 1.56 1 4.95 1.76 0.562 0 0 0 0.562 2.78 框架各柱端弯矩如表5.3，梁端弯矩表5.4所示 表5.3 风荷载作用下A、D轴框架柱剪力和梁端弯矩计算 层数 层间剪力vjkN 侧移刚度之和DkNm 第j柱侧移刚度DjkNm DjD 柱剪力vjkN 反弯点高度yℎm 上柱弯矩MctkN∙m 下柱弯矩McbkN∙m 梁端弯矩MbkN∙m 4 4.86 53606 11131 0.208 1.01 1.19 2.43 1.20 2.43 3 10.61 53606 11131 0.208 2.21 1.44 4.77 3.18 5.97 2 16.36 53606 11131 0.208 3.40 1.46 7.28 4.96 10.46 1 22.79 34356 7877 0.229 4.74 2.89 9.76 13.70 14.72 表5.4 风荷载作用下B、C轴框架柱剪力和梁端弯矩计算 层数 层间剪力vjkN 侧移刚度之和DkNm 第j柱侧移刚度DjkNm DjD 柱剪力vjkN 反弯点高度yℎm 上柱弯矩MctkN∙m 下柱弯矩McbkN∙m 梁左端弯矩MblkN∙m 梁右端弯矩MbrkN∙m 4 4.86 53606 15672 0.292 1.42 1.31 3.25 1.86 1.95 1.30 3 10.61 53606 15672 0.292 3.10 1.62 6.14 5.02 4.79 3.21 2 16.36 53606 15672 0.292 4.78 1.56 9.75 7.46 8.85 5.92 1 22.79 34356 9301 0.271 6.65 2.78 14.43 18.49 13.12 8.77 在左向地震作用下，框架弯矩图、剪力及柱轴力图如图5.9和图5.10所示。

在右向地震作用下，内力图中各内力大小不变，只变号即可。

图5.9 风荷载（左向）作用下框架弯矩图kN∙m 图5.10左向风荷载作用下框架梁剪力及柱轴力图kN 5.4计算地震作用下的框架内力 左向地震作用下，框架柱剪力和梁柱端弯矩计算结果如表5.5和表5.6所示。

表5.5 水平地震（左向）作用下A、D轴框架柱剪力和梁端弯矩计算 层数 层间剪力vjkN 侧移刚度之和DkNm 第j柱侧移刚度DjkNm DjD 柱剪力vjkN 反弯点高度yℎm 上柱弯矩MctkN∙m 下柱弯矩McbkN∙m 梁端弯矩MbkN∙m 4 88.18 53606 11131 0.208 18.34 1.19 44.20 21.82 44.20 3 141.238 53606 11131 0.208 29.38 1.44 64.46 42.31 86.28 2 178.628 53606 11131 0.208 37.15 1.46 79.50 54.24 121.81 1 200.884 34356 7877 0.229 46.00 2.89 94.76 132.94 149 表5.6 水平地震（左向）作用下B、C轴框架柱剪力和梁端弯矩计算 层数 层间剪力vjkN 侧移刚度之和DkNm 第j柱侧移刚度DjkNm DjD 柱剪力vjkN 反弯点高度yhm 上柱弯矩MctkN∙m 下柱弯矩McbkN∙m 梁左端弯矩MblkN∙m 梁右端弯矩MbrkN∙m 4 88.18 53606 15672 0.292 25.75 1.31 58.97 33.73 34.89 24.08 3 141.238 53606 15672 0.292 41.2 4 1.62 81.66 66.81 68.27 47.12 2 178.628 53606 15672 0.292 52.16 1.56 106.41 81.37 102.48 70.74 1 200.884 34356 9301 0.271 54.44 2.78 118.13 151.34 118.03 81.47 地震作用（左），框架弯矩图如图5.11、剪力及轴力图如图5.12。

地震作用（右）时，内力图中各内力大小不变，只变号即可。

图5.11 水平地震（左向）作用下框架弯矩图kN∙m 图5.12 水平地震（左向）作用下框架梁剪力及柱轴力图kN 5.5计算侧移 框架的层间侧移在水平荷载作用下可按下列计算：
∆uj=VjDij 框架侧移在风荷载作用下的计算如表5.7所示。

表5.7框架侧移计算（风荷载作用下）
层数 层高ℎjm WjkN VjkN DkNm ∆ujmm ∆umm ∆ujℎj 4 3.6 4.86 4.86 53606 0.091 1.257 2.528×10−5 3 3.6 5.75 10.61 53606 0.198 1.166 5.5×10−5 2 3.6 5.75 16.36 53606 0.305 0.968 8.472×10−5 1 4.95 6.43 22.79 34356 0.663 0.663 1.339×10−4 6内力组合 6.1内力组合的计算 框架梁支座边缘处的内力转换计算见表6.1；

横向框架梁的内力组合情况（一般组合）见表6.2 ；

横向框架梁的内力组合情况（考虑地震作用组合）见表6.3；

横向框架柱的内力组合情况（一般组合）见表6.4；

横向框架柱的内力组合情况（考虑地震作用组合）见表6.5。

表6.1 框架梁的支座边缘处内力转换计算 续表6.1 表6.2 横向框架梁内力组合（一般组合）
续表6.2 表6.3 横向框架梁内力组合（考虑地震作用组合）
续表6.3 表6.4横向框架柱内力组合（一般组合）
续表6.4 表6.5 横向框架柱内力组合（考虑地震作用组合）
续表6.5 7框架梁柱的设计 7.1框架梁截面设计（以第三层为例）
（一）计算正截面受弯承载力 梁受弯时抗震承载力调整系数γRE=0.75。

1.梁AB的配筋计算 （1）计算翼缘宽度：
按计算跨度考虑 bf＇=13l0=13×8.1=2.7m 按梁净距考虑 bf＇=b+sn=0.25+2.9=3.15m 故取bf＇=2.7m。

（2）梁跨中按单筋T形截面计算：
ℎ0=ℎ−αs=600−40=560mm,ℎf＇=100mm α1fcbf＇ℎf＇ℎ0−ℎf＇2=1.0×14.3×2700×100×560−1002=1969.11kN∙m >M=140.26kN∙m 属于第一类T形截面。

αs=γ0Mα1fcbf＇ℎ02=1.0×140.26×1061.0×14.3×2700×5602=0.0116 ξ=1−1−2αs=1−1−2×0.0116=0.117<0.35 As=α1fcbf＇ξℎ0fy=1.0×14.3×2700×0.0117×560360=703mm2 最小配筋率：ρmin=0.2%,45ftfymax=0.2%,0.18%max=0.2% As=703mm2>ρminbℎ=0.2%×250×600=300mm2 故取As=703mm2，选配钢筋3C20，As=942mm2。

梁CD跨中正弯矩作用下的配筋计算过程与此相同，结果见表7.1。

2.A轴支座正弯矩作用下的配筋计算 αs=γREMα1fcbf＇ℎ02=0.75×27.95×1061.0×14.3×250×5602=0.0187 ξ=1−1−2αs=1−1−2×0.0187=0.0189<0.35 As=α1fcbξℎ0fy=1.0×14.3×250×0.0189×560360=105mm2 最小配筋率：ρmin=0.2%,45ftfymax=0.25%,0.22%max=0.25% As=105mm2>ρminbℎ=0.25%×250×600=370mm2 故取As=375mm2，选配钢筋3C20，As=942mm2。

B轴支座的右侧与左侧，C轴支座左及右侧，D轴支座正弯矩作用下的配筋计算过程与上述一致，结果见表7.1。

3.A轴支座负弯矩作用下的配筋计算 将A轴支座所配3C20作为受压钢筋，αs＇=40mm。

As=γREMfy(ℎ0−αs＇)=0.75×199.58×106360×(560−40)=800mm2 选用钢筋3C20，As=942mm2。

B轴支座左及右侧，C轴支座左及右侧，D轴支座负弯矩作用下的配筋计算过程与此相同，结果见表7.1。

4.BC梁跨中正弯矩作用下的配筋计算 翼缘宽度的计算：
bf＇=13l0=13×3.6=1.2m 按梁净距考虑 bf＇=b+sn=0.25+2.9=3.15m 故取bf＇=1.2m，梁跨中按双筋T形截面计算。

h0=h−αs=400−40=360mm,hf＇=100mm (α1fcbf＇hf＇+fyAs＇)h0−ℎf2=(1.0×14.3×1200×100+360×942)×360−1002=637.09kN∙m >M=8.37kN∙m As=γ0Mfyℎ0−αs＇=1.0×8.37×106360×460−40=65mm2<ρminbℎ =0.2%×250×400=200mm2 故取As=200mm2，选配钢筋2C20，As=628mm2。

表7.1为各控制截面的配筋计算结果。

图7.1为框架第三层梁的配筋。

图6.1 框架第三层梁的配筋示意图 表7.1 框架梁正截面受弯计算 层数 混凝土强度等级 跨 b×h(mm×mm) 截面 一般组合内力 考虑地震作用组合 ℎ0(mm) As(mm2) 选配钢筋 实选面积 M(kN·m) V(kN) γREM(kN·m) γREV(kN) 三层 C30 AB 250×600 左 -116.15 131.61 -149.69 113.36 560 800 3C20 942 20.96 55.81 560 375 3C20 942 中 140.26 93.50 560 703 3C20 942 右 -126.03 -135.01 -137.93 -115.4 560 737 3C20 942 560 375 3C20 942 BC 250×400 左 -19.74 34.93 -49.57 49.61 360 430 3C20 942 31.23 -11.69 360 248 3C20 942 中 8.37 3.96 360 200 2C20 628 右 -19.74 -9.87 -49.57 -49.61 360 430 3C20 942 31.23 11.69 360 248 3C20 942 CD 250×600 左 -126.03 135.01 -137.93 115.4 560 737 3C20 942 560 375 3C20 942 中 140.26 93.50 560 703 3C20 942 右 -116.15 -131.61 -149.69 -113.36 560 800 3C20 942 20.96 -55.81 560 375 3C20 942 （二）斜截面受剪承载力计算 框架梁剪力设计值计算结果如表7.2所示 表7.2 框架梁剪力设计值的计算 跨 净跨ln(m) gk+0.5qk(kN) VGb(kN) Mbl(kN·m) Mbr(kN·m) (Mbl+Mbr)ln(kN) 组合内力V(kN) AB 7.6 24.07 109.76 199.58 0.00 27.88 140.43 27.95 183.90 BC 3.1 13.08 24.33 66.09 41.64 34.75 62.56 41.64 66.09 CD 7.6 24.07 109.76 183.90 27.95 27.88 140.43 0.00 199.58 注：(1) ηvbMbl−Mbrln, ηvb=1.1 (2) VGb=1.2×12×ln×gk+0.5qk 1.框架梁受剪截面的验算 AB、CD梁跨高比：l0ℎ=8.10.6=13.5>2.5,γRE=0.85 Vb≤1γRE0.2βcfcbℎ0=471.1kN，满足要求。

BC梁跨高比：l0ℎ=3.60.4=9>2.5,γRE=0.85 Vb≤1γRE0.2βcfcbℎ0=10.85×0.2×1.0×14.3×250×360=302.8kN，满足要求。

框架梁斜截面受剪配筋计算如表7.3所示。

AB、BC、CD梁端箍筋的最大间距：
8d,14ℎb,150min=8×20,14×600,150min=150mm,所以取s=100mm。

表7.3 框架梁斜截面受剪计算 项目 AB梁 BC梁 CD梁 V(kN) 140.43 62.56 140.43 ℎ0(mm) 560 360 560 0.2βcfcbℎ0γRE(kN) 471.06 302.82 471.06 0.4ftbℎ0(kN) 84.08 54.05 84.08 Asvs(mm2mm) 0.23 <0 0.23 加密区箍筋最大间距(mm) 150 100 150 加密区箍筋实际间距(mm) 100 100 100 加密区实配箍筋 2A8@100 2A8@100 2A8@100 箍筋加密区长度(mm) 900 600 900 非加密区实配箍筋 2A8@200 2A8@200 2A8@200 2.梁端箍筋加密区长度 AB和CD梁：l=1.5ℎ,500max=1.5×600,500max=900mm BC梁：l=1.5ℎ,500max=1.5×400,500max=600mm。

箍筋最小直径：d=6mm。

3.箍筋最大间距 AB和CD梁：
sb=14ℎb,8d,150min=14×600,8×20,150min=150mm BC梁：
sb=14ℎb,8d,150min=14×400,8×20,150min=100mm 加密区箍筋配置为：选双肢箍2A8@100。

最小配筋率：
ρsv=Asvbs=2×3.14×824×250×100=0.4%>0.26ftfyv=0.26×1.43270=0.138% 4.非加密区箍筋的间距 AB和CD梁：取s=200mm<2sb=2×150mm=300mm BC梁：取s=200mm=2sb=2×100mm=200mm 箍筋梁配箍筋示意图如图7.2所示：
图7.2 框架梁配箍筋示意图 （三）框架梁纵筋的锚固长度 由规范可知普通钢筋的锚固长度为：
lab=αfyftd 四级抗震框架宗近的锚固长度为: laE=1.0lab=1.0×0.14×3601.43d=35×20=700mm,具体的尺寸详见结构施工图。

二、框架柱截面设计 （一）轴压比验算 轴压比验算如表7.4所示，从计算结果看均满足规范要求。

表7.4 柱的轴压比验算 层 柱 b×ℎ(mm) Nmax(kN) Hn(m) λ=Hn2ℎ0 μ Nmaxfcbℎ γRE 4 A 500×500 357.50 3.0 3.26 0.85 0.1 0.75 B 500×500 473.45 3.0 3.26 0.85 0.13 0.75 C 500×500 473.45 3.0 3.26 0.85 0.13 0.75 D 500×500 357.50 3.0 3.26 0.85 0.1 0.75 3 A 500×500 751.60 3.0 3.26 0.85 0.21 0.80 B 500×500 1062.77 3.0 3.26 0.85 0.30 0.80 C 500×500 1062.77 3.0 3.26 0.85 0.30 0.80 D 500×500 751.60 3.0 3.26 0.85 0.21 0.80 2 A 500×500 1145.57 3.0 3.26 0.85 0.32 0.80 B 500×500 1652.21 3.0 3.26 0.85 0.46 0.80 C 500×500 1652.21 3.0 3.26 0.85 0.46 0.80 D 500×500 1145.57 3.0 3.26 0.85 0.32 0.80 1 A 500×500 1551.56 4.35 4.73 0.85 0.43 0.80 B 500×500 2255.33 4.35 4.73 0.85 0.63 0.80 C 500×500 2255.33 4.35 4.73 0.85 0.63 0.80 D 500×500 1551.56 4.35 4.73 0.85 0.43 0.80 （二）框架柱正截面承载力计算 柱端组合的弯矩设计值应符合 Mc=ηcMb 计算结果如表7.5所示，表7.6所示。

表7.5 A轴和D轴柱端组合的弯矩设计值调查 轴线 柱上端（kN·m）
柱下端（kN·m）
梁端弯矩（kN·m）
梁端弯矩×1.2（kN·m）
调整后柱上端（kN·m）
调整后柱下端（kN·m）
A轴 三层 84.21 141.73 199.58 239.496 89.26 150.23 二层 113.90 164.95 242.38 290.856 118.80 172.05 一层 144.52 159.34 267.42 320.904 152.63 168.28 D轴 三层 84.21 141.73 199.58 239.496 89.26 150.23 二层 113.90 164.95 242.38 290.856 118.80 172.05 一层 144.52 159.34 267.42 320.904 152.63 168.28 表7.6 B轴和C轴柱端组合的弯矩设计值调整 轴线 柱上端（kN·m）
柱下端（kN·m）
梁左端弯矩（kN·m）
梁右端弯矩（kN·m）
（梁左+梁右）×1.2（kN·m）
调整后柱上端（kN·m）
调整后柱下端（kN·m）
B轴 三层 86.04 151.52 183.90 41.64 270.648 98.02 172.62 二层 132.37 185.07 225.74 68.93 353.604 147.45 206.15 一层 160.47 181.93 239.90 77.16 380.472 178.31 202.16 C轴 三层 86.04 151.52 41.64 183.90 270.648 98.02 172.62 二层 132.37 185.07 68.93 225.74 353.604 147.45 206.15 一层 160.47 181.93 77.16 239.90 380.472 178.31 202.16 此为三级框架结构应×1.2，如图7.3所示。

图7.3 框架节点及底层下柱端最不利弯矩值（kN·m）括号内数值为调整后值 底层柱l0=1.0H；
其余各层柱l0=1.25H ℎ0=ℎ−αs=500−40=460mm Nb=α1fcbℎ0ξb=1.0×14.3×500×460×0.518=1703.7kN N≤Nb时,为大偏心受压破坏；
N≥Nb时,为小偏心受压破坏。

依据规范，绝对值较大端弯矩为M2，较小端为 M1。

e0=M2N2 ea=20,ℎ30max=20mm ei=e0+ea 构件端截面偏心距调节系数Cm=0.7+0.3M1M2，当<0.7时取0.7。

截面曲率修正系数ξc=0.5fcAN,当计算值>1.0时取1.0。

弯矩增大系数ηns=1+11300M2N+eaℎ0l0ℎ2ξc，lc为构件的计算长度。

故M=CmηnsM2,当Cmηns小于1.0时，取1.0。

e=ei+ℎ2−as e＇=ei−ℎ2+as 由N=α1fcbξh0得ξ=Nα1fcbh0,且ξ≤ξb=0.518 x=ξℎ0>2as＇时，As=As＇=γRENe−α1fcbxℎ0−x2fy＇ℎ0−as＇ x=ξℎ0<2as＇时，As=As＇=γRENe＇fyℎ0−as＇ 根据规范，钢筋强度标准值为400MPa时，柱截面纵向钢筋的最小总配筋率为0.65%，柱总配筋率不应>5%。

故 0.65%bh=0.65%×500×500=1625mm2 ≤5%bh=5%×500×500=12500mm2 且 As,minAs,min＇≥0.2%bℎ=0.2%×500×500=500mm2 垂直于受力平面内得配筋根据构造要求，每侧实配2C14。

框架柱正截面承载力计算如表7.7，表7.8和表7.9所示。

表7.7 框架柱正截面压弯承载力Mmax 表7.8 框架柱正截面压弯承载力Nmax 表7.9 框架柱正截面压弯承载力Nmin 四、框架柱斜截面承载力计算 1.框架柱的最不利剪力计算 对柱端剪力进行调整其计算结果如表7.10所示。

表7.10 柱端剪力调整 层 柱 MctkN·m McbkN·m Hnm Vc=1.2×Mct+McbHnkN 4 A 130.78 89.26 3.0 88.02 4 B 131.53 98.02 3.0 91.82 4 C 131.53 98.02 3.0 91.82 4 D 130.78 89.26 3.0 88.02 3 A 150.23 118.80 3.0 107.61 3 B 172.62 147.45 3.0 128.03 3 C 172.62 147.45 3.0 128.03 3 D 150.23 118.80 3.0 107.61 2 A 172.05 152.63 3.0 129.87 2 B 206.15 178.31 3.0 153.78 2 C 206.15 178.31 3.0 153.78 2 D 172.05 152.63 3.0 129.87 1 A 168.28 229.09 4.35 109.62 1 B 202.16 253.12 4.35 125.59 1 C 202.16 253.12 4.35 125.59 1 D 168.28 229.09 4.35 109.62 2.截面尺寸的验算 右柱的剪跨比均大于2，对于四级框架应满足：
Vc≤1γRE0.2fcbh0 1γRE0.2fcbh0=10.85×0.2×14.3×500×460=773.88kN>Vc,max=153.78kN 满足要求。

3.斜截面承载力计算 λ=Hn2h0=3.0m2×0.46m=3.26,取λ=3.0 N=1342.56kN>0.3fcA=0.3×14.3×5002×10−3=1072.5kN 故取N=1072.5kN V=1.051+λftbℎ0+0.056N=1.051+3.0×1.43×500×460+0.056×1072.5×103 =146396N>γREVc=0.85×153.78×103=130713N 取4肢箍A8，Asv=50.3mm2,s=200mm。

（1）柱端加密区 s≤8d,150min=8×18,150min=144mm 取s=100mm,选用4A8。

（2）非柱端加密区 s=200mm<15d=15×18=270mm,选用4A8。

（3）柱端加密区长度 l=ℎ,Hn6,500max=500,30006,500max=500mm （4）验算体积配筋率 由表5.10知轴压比μ=0.46，线性内插得λv=0.082。

砼强度C30，柱保护层厚度c=20mm,则：
l1=500−2×24=452mm l2=500−2×24=452mm Acor=500−2×28×500−2×28=452mm 其配筋率为：
加密区 ρsv=4×50.3×452+4×50.3×452444×444×100=0.92% >λvfcfyv=0.082×16.7270=0.51%>0.4% 满足要求。

非加密区 ρsv=4×50.3×452+4×50.3×452444×444×200=0.47% 满足规范要求。

三、构件裂缝宽度验算 （一）框架梁（第三层）
最大裂缝宽度为：
wmax=αcrΨσsqEs1.9cs+0.08deqρte σsq=Mq0.87ℎ0As Ate=0.5bℎ ρte=AsAte 若ρte<0.01，取ρte=0.01。

Ψ=1.1−0.65ftkρteσsq 若Ψ<0.2，取Ψ=0.2; 若Ψ>1.0，取Ψ=1.0。

deq=nidi2niyidi 对于带肋钢筋yi=1.0。

查得αcr=1.9，验算结果见表7.11。

由表5.11可知，梁的裂缝宽度均<w=0.3mm,满足最大裂缝宽度的要求。

表7.11 框架梁裂缝宽度验算 项 AB跨250mm×600mm BC跨250mm×400mm CD跨250mm×600mm 左 中 右 左 中 右 左 中 右 MqkN·m 75.79 82.74 89.61 10.6 4.01 19.14 81.84 90.78 87.71 Asmm2 942 942 942 942 628 942 942 942 942 σsqNmm2 165.14 180.28 195.25 35.93 20.39 64.87 178.32 197.80 191.11 ρte 0.013 0.013 0.013 0.019 0.013 0.019 0.013 0.013 0.013 Ψ 0.49 0.54 0.59 0.2 0.2 0.2 0.54 0.59 0.57 deqmm 20 20 20 20 20 20 20 20 20 αcr 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 wmaxmm 0.124 0.149 0.176 0.008 0.006 0.015 0.147 0.179 0.167 （二）框架柱（层三）
Mq，Nq均为准永久组合值，验算见表7.12。

对于偏心受压构件，均满足e0ℎ0<0.55,可不验算裂缝宽度。

表7.12 框架柱裂缝宽度验算 柱 截面 MqkN·m NqkN e0mm e0ℎ0 备注 A 顶 46.61 502.14 92.82 0.202 均小于0.55 底 47.59 527.52 90.21 0.196 B 顶 36.77 709.27 51.84 0.113 底 36.96 734.65 52.11 0.113 C 顶 36.77 709.27 51.84 0.113 底 36.96 734.65 52.11 0.113 D 顶 46.61 502.14 92.82 0.202 底 47.59 527.52 90.21 0.196 8板的计算 材料选用：C30混凝土，fc=14.3Nmm2；
HRB400钢筋 fy=fy＇=360Nmm2,ξb=0.518。

现浇楼面板尺寸的确定：
对于B1板块 lylx=81003150=2.57<3 对于B4板块 lylx=63003600=1.75<3 B1、B4板块位置如图3.1所示，均按双向板计算理论进行计算。

板厚t≥lx40,80mmmax,取t=100mm。

8.1荷载计算 恒荷载标准值：gk=3.44kNm2 活荷载标准值：qk=2.5kNm2（教室）
qk=3.5kNm2（走廊）
恒荷载设计值：g=1.2gk=1.2×3.44=4.128kNm2 活荷载设计值：q=1.4qk=1.4×2.5=3.5kNm2（教室）
q=1.4qk=1.4×3.5=4.9kNm2（走廊）
8.2弯矩计算 按塑性理论计算，取1m宽板带作为计算单元。

1. 对于B4 loy=6.3−0.25=6.05m lox=3.6−0.5=3.1m n=loylox=6.053.1=1.952m 取α=1n2=0.262，β=2，采用分离式配筋。

跨内及支座塑性铰线上的总弯矩为：
Mx=loymx=6.05mx My=αloxmx=0.262×3.1mx=0.812mx Mx＇=Mx＇＇=βloymx=2×6.05mx=12.1mx My＇=My＇＇=βαloxmx=2×0.262×3.1mx=1.624mx 由于区格板B4四周与梁连接，内力折减系数为0.8，由 2Mx+2My+Mx＇+Mx＇＇+My＇+My＇＇=plox2123loy−lox 有：
2×6.05mx+2×0.812mx+2×12.1mx+2×1.624mx =4.128+4.9×3.12123×6.05−3.1×0.8 得：
mx=2.114kN·mm my=αmx=0.262×2.114=0.554kN·mm mx＇=mx＇＇=βmx=2×2.114=4.228kN·mm my＇=my＇＇=βmy=2×0.554=1.108kN·mm 2. 对于B1 loy=8.1−0.25m=7.85m lox=ln=3.15−0.125−0.1=2.925m n=loylox=7.852.925=2.684m 取α=1n2=0.139，β=2，采用分离式配筋。

跨内及支座塑性铰线上的总弯矩为：
Mx=loymx=7.85mx My=αloxmx=0.139×2.925mx=0.407mx Mx＇=Mx＇＇=βloymx=2×7.85mx=15.7mx My＇=My＇＇=βαloxmx=2×0.139×2.925mx=0.813mx 由于区格板B1四周与梁连接，内力折减系数为0.8，由 2Mx+2My+Mx＇+Mx＇＇+My＇+My＇＇=plox2123loy−lox 有：
2×7.85mx+2×0.407mx+2×15.7mx+2×0.813mx =4.128+3.5×2.9252123×7.85−2.925×0.8 得：
mx=1.811kN·mm my=αmx=0.139×1.811=0.252kN·mm mx＇=mx＇＇=βmx=2×1.811=3.622kN·mm my＇=my＇＇=βmy=2×0.252=0.504kN·mm 8.3配筋计算 d=10mm时，截面有效高度ℎox=80mm, ℎoy=70mm,可近似按As=m0.95fyℎ0计算钢筋截面面积。计算结果如表8.1所示。

表8.1 双向板配筋计算 截面 mkN·m ℎ0mm Asmm2 选配钢筋 实配钢筋 跨中 B1 lox 1.811 80 66 C8@200 251 loy 0.252 70 11 C8@200 251 B4 lox 2.114 80 77 C8@200 251 loy 0.554 70 23 C8@200 251 支座 B1-B1 3.622 80 132 C8@200 251 B1-B4 0.504 80 18 C8@200 251 B4-B1 4.228 80 155 C8@200 251 B4-B4 1.108 80 40 C8@200 251 9地基基础设计 9.1地质条件概况 场地地层条件如表9.1所示，以D轴柱为例，截面尺寸为500mm×500mm,选用柱下独立基础，地基基础设计等级为丙级。基础砼强度等级为C30，底板钢筋为三级钢筋，基础底板下部钢筋得混凝土保护层厚度为40mm,基础设C15素混凝土垫层100mm。

表9.1 场地地质条件 土层厚度m 土层顶标高m 岩土名称 地基承载力kPa 柱侧摩擦力qskPa 容重 1.0 -0.25 素填土 120 20 4.0 -1.25 粉质粘土 180 25.0 19 5.5 -5.25 淤泥质粉质粘土 180 12.0 19 9.2地基设计 9.2.1基础埋深 根据地质条件取粉质粘土作为持力层，持力层承载力特征值180kPa，设基础高度为1.25m。基础顶面到室外地坪距离为0.5m，室外地坪标高为−0.25m，，基础埋深为：d=0.5+0.25+1.25=2.0m。

9.2.2地基承载力计算 框架柱传来的荷载M1k，N1k，V1k结果如下表9.2所示。

表9.2 基础顶面作用的标准组合 项目 A轴 B轴 C轴 D轴 M1kkN·m 31.04 -31.81 31.81 -31.04 N1kkN 1214.76 1789.27 1789.27 1214.76 V1kkN -15.25 14.73 -14.73 15.25 9.2.3初步确定基础底面积 基础底面以上的加权平均重度：γm=20.1kNm3 A0=Ffk−γGd=1214.76180−20.1×2.0=8.69m2 b≥A0=8.69=2.948m，故取b=3m。

9.2.4基础最大压力计算 基础和回填土自重：G=γGdA=20.1×2.0×32=361.8kN 地基压力：P=NA=G+FkA=361.8+1214.7632=175.17kPa （1）地基承载力计算 修正后的地基承载力值计算：
ηb=0，ηd=1.0 则：
fa=fk+ηbγb−3+ηdγ0d−0.5 =180+0+1.0×20.1×2.0−0.5 =210.15kPa P=175.17kPa<fa=210.15kPa 地基承载力满足要求。

（2）地基承载力抗震验算 经查阅规范知本设计无需进行地基抗震验算。

（3）地基变形验算 地基承载力特征值160kPa≤fak<200kPa，设计等级为丙级时，可不做地基变形验算。

本工程地基基础设计等级为丙级，可不做地基变形验算。

9.2.5基础冲切力验算 基础高度h=1250mm，有效高度h0=1250−40=1210mm （1）基地净反力：P=175.17kPa （2）求抗冲切承载力：
Qc=Pgb2−bf2−ℎ0l−l2−at2−ℎ02 =175.17×32−0.52−1.213−32−0.52−1.212=20.74kN ab=at+2ℎ0=0.5+2×1.21=2.92m am=at+ab2=0.5+2.922=1.71m C30混凝土，ft=1430kPa 0.7βℎpftamℎ0=0.7×1.0×1.43×103×1.71×1.21=1003.07kN Qc=20.74kN<0.7βℎpftamℎ0=1003.07kN，满足要求。

9.2.6配筋计算 对于截面Ⅰ-Ⅰ：
M1=Pg24l−a022b+b0=175.1724×3−1.222×3+1.2 =170.265kN·m fy=360MPa AgI=M0.9ℎ0fy=170.265×1060.9×1.21×360×103=434mm2 沿1m长度方向选配钢筋：A12@150，As=754mm2。

对于截面Ⅱ-Ⅱ：
M2=Pg24l−a022b+b0=175.1724×3−1.222×3+1.2 =170.265kN·m fy=360MPa AgI=M0.9ℎ0fy=170.265×1060.9×1.21×360×103=434mm2 沿1m长度方向选配钢筋：A16@200，As=1005mm2。

基础设计详图如9.1所示。

图9.1 基础设计详图 10结论 通过这一次为期几个月的毕业设计—湖北省钟祥市实验小学教学楼结构设计，让我更深一步地了解了框架结构的优缺点。它的优点在于它的建筑结构整体性还有刚度较好，除此之外框架结构最大的特点在于其主要的承重部件是柱和梁，墙体是不承担建筑上部重量的。那么墙体便可以随意分割。因此它在空间分割上具有很大的灵活性。

但经过计算我们可以知道框架结构最大的不足便是它的侧向刚度相对较小，如果出现强烈地震的情况下，框架结构就地震作用产生的水平侧移是比较大的。而且楼层越高，其水平方向侧移就会越大。想要减小水平方向上的侧移一般需要增大框架柱的截面面积，然而如果增大了框架柱的截面尺寸，就会使得建筑私用面积减小。

为了让框架结构得到经济、安全，一般框架结构不会建造超过15层以上的高层建筑，它比较适宜层数不高的建筑。因此，我也从中明白了想要设计并做好建筑结构不仅仅需要有专业的知识能力，更需要贴合联系实际，这样才能更好地使建筑得到最大的价值。

参考文献 [1] GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [2] GB5009-2012,建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012. [3] GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010. [4] GB50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011. [5] GB50011-2011,建筑勘正设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011. [6] 11G101-1，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板）[S].北京：中国计划出版社，2011.8. [7] 11G101-2，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土板式楼梯）[S].北京：中国计划出版社，2011.9. [8]11G101-3，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（独立基础、条形基础、 筏型基础及桩基承台）[S].北京：中国计划出版社，2011.9. [9]陈萌，于秋波．土木工程专业毕业设计指南——手算与电算实例讲解［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版社，2015.11． [10]沈蒲生．高等学校建筑工程专业毕业设计指南［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，2000.6. 致 谢 光阴似箭，日月如梭。四年的大学青葱岁月宛如白驹过隙。第一次走进北理珠仿佛就在昨天。这四年留下了很多美好的回忆，但让我最难忘还是与大家辛苦做毕业设计的短短几个月时光。虽然相比大学的四年时光这短短几个月显得那么的短，但是在这段时间里我学习到的东西与以往学习到的东西是不一样的。我学习到了很多以前未学习过的知识，也因此掌握了很多不同的技能，这是无价的，这些技能将会陪伴我走到未来，受益良多心里满怀感激。毕业设计是大学四年里最重要的一环，这是培养我们综合运用所学基础和专业知识，提高我们实践能力的重要机会。通过几个月紧张有序的教学楼设计，我对于混凝土框架结构有了更加深刻的认识。

本次设计过程中得到了老师、同学、师兄师姐们的支持和亲切关怀。尤其是我的指导老师马兆芳。她在百忙之中抽出宝贵的时间来开网上研讨会，合理地布置毕业设计的任务，并且针对每个学生不同的特点进行单独的指导。当我遇到设计过程中产生的问题，她会及时并耐心地进行详细讲解。让我能够清晰了解到我的盲点，明确下一步的方向，使我更加高效高质量地完成本次毕业设计。

在此，我由衷的感谢每一位帮助过我的人。

附录