2 横向框架刚度计算
框架结构教学楼设计毕业设计
引言作为四年大学里最后一个学习环节,毕业设计是至关重要的,起到了承前启后的作用，毕业设计是把在课堂学到的专业知识运用到工程实践上去,为即将踏上工作岗位以及进一步深造作好强实的基础。
和其他学习环节不同，毕业设计是在我们指导老师的指导下，独立系统地完成一项工程设计，解决与之相关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。
因而对培养我们的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法代替的重要作用。
本论文的内容是中国矿业大学南湖校区框架结构教学楼设计，侧重于结构计算，考虑结构的抗震设计，以此介绍框架结构体系的基本设计计算方法。
框架结构体系一般在教学楼和办公楼中被广泛应用，其特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用，其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。
需要时，可用隔断分隔成小房间，或拆除隔断改成大房间。
如果采用轻质隔墙和外墙，就可大大降低房屋自重，节省材料。
框架结构构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可以采用现浇柱及预制梁扳得半现浇半预制结构。
现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。
在设计中，一方面要把所学的知识运用到设计、施工中去，熟悉国家有关规范、条例和规程并知道如何去查找规范里的相关条文；另一方面，由于现代化建筑一般都具有密度大，高度高，功能多，设备复杂，装修豪华，防火要求和管理自动化水平高，需要各工种交叉配合。
因此，通过这次毕业设计，扩大非本专业知识面也是十分重要的。
由于毕业设计是一种初步的尝试，涉及专业比较多，加上条件和水平所限，不可避免地存在疏漏与错误，敬请老师批评指正。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
框架侧移刚度计算
梁柱线刚 节点转动 度比 影响系数 1.90 0.49 1.90 0.49 1.90 0.49 1.90 0.49 1.75 0.47 1.08 0.51
D
1.3852E+0 1.3852E+0 1.3852E+0 1.3852E+0 1.4391E+0 1.1423E+0
柱编号
1 1 1 1 1 1
层次
E
6 3.00E+07
5 3.00E+07
4 3.00E+07
3 3.00E+07
2 3.25E+07 1 3.25E+07
b(m) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5
层次
E
6 3.00E+07 5 3.00E+07 4 3.00E+07 3 3.00E+07 2 3.25E+07 1 3.25E+07
横向框架顶点位移计算
Gi（KN） ∑Gi(KN）
Di
7200
7200
798315
7200
14400
798315
7200
21600
798315
7200
28800
798315
7200
36000
836720
7200
43200
627006
△(m) 0.0090 0.0180 0.0271 0.0361 0.0430 0.0689
层次
6 5 4 3 2 1
弹性层间变形验算
层间剪力 Vi(KN)
层间刚度Di
层间侧移△ （m）
层间相对 层高hi(m) 弹性转角
框架刚度计算公式
框架刚度计算公式一、框架柱的线刚度（i）计算。
1. 等截面柱。
- 对于矩形截面柱，其线刚度计算公式为：i = (EI)/(h)，其中E为柱材料的弹性模量（对于混凝土结构，不同强度等级的混凝土E值不同，例如C30混凝土E = 3.0×10^4N/mm^2），I为柱截面的惯性矩。
对于矩形截面b× h（b为截面宽度，h为截面高度），I=frac{bh^3}{12}，h为柱的计算高度（柱上下节点中心之间的距离）。
- 对于圆形截面柱，I=frac{π d^4}{64}（d为圆形截面直径），线刚度i=(EI)/(h)。
2. 变截面柱。
- 当柱为变截面时，可采用等效惯性矩I_e来计算线刚度。
对于阶形柱，在计算柱顶位移等情况时，可根据不同的变截面形式和受力情况采用相应的等效方法计算I_e，然后再按照i=frac{EI_e}{h}计算线刚度。
二、框架梁的线刚度（i）计算。
1. 矩形截面梁。
- 同样采用i=(EI)/(l)，其中E为梁材料的弹性模量（与柱材料相同时取值相同），I为梁截面的惯性矩。
对于矩形截面b× h（b为截面宽度，h为截面高度），I = frac{bh^3}{12}，l为梁的计算跨度（一般取柱轴线之间的距离）。
2. T形、倒L形等截面梁。
- 对于T形截面，其惯性矩I的计算要考虑翼缘和腹板的共同作用。
对于翼缘宽度b_f、腹板宽度b、梁高h和翼缘厚度h_f的T形截面，其惯性矩I=(1)/(12)[b_fh^3-(b_f - b)(h - 2h_f)^3]。
然后再根据i=(EI)/(l)计算线刚度。
倒L形截面类似，根据其截面尺寸计算惯性矩后求线刚度。
三、框架整体刚度计算（以D值法为例）1. 柱的抗侧移刚度（D值）计算。
- 对于一般层柱：- 当框架结构为规则框架（各柱等高，梁的线刚度沿柱高度方向不变等情况）时，D=αfrac{12i_c}{h^2}，其中α为柱的侧移刚度修正系数。
框架结构毕业设计计算书完整版
73 1XXXXX设计学生：指导老师：三峡大学XX学院摘要：本设计课题为。
Abstract：The project is the design of a express hotel.关键词：框架结构抗震等级内力分析荷载组合独立基础板式楼梯Keywords:frame structure前言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教与学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。
本组毕业设计题目为。
1.建筑设计1．1工程概况本工程为该工程采用钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为7度(0. 1g)，设计地震分组为第一组，抗震等级为三级。
1．2地质资料工程重要性等级为三级，本地区属亚热带大陆行季风气候，1．3平面布置在平面布置中73 2 1．4立面布置1．5各种用房和交通联系的设计本工程工程重要性等级为三级，根据《旅馆建筑设计规范》1．6建筑各构件用料、装饰及做法1.墙体：2.结构设计2．1．1结构布置方案及结构选型根据建筑使用功能要求，本工程采用框架承重方案。
框架柱网布置如下图2.1.1：2．1．2确定结构计算简图（1）计算基本假定：○1一片框架可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略（因而整个结构可以划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载，垂直于该方向的结构不参加受力）；○2楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略（因而在侧向力作用下，楼板可做刚体平移或转动，各个平面抗侧力结构之间通过楼板无相互联系和协同工作）。
73 3图2.1.1：框架柱网布置图框架近似计算补充假定：a．忽略梁、柱轴向变形及剪切变形；b．杆件为等截面等刚度，以杆件轴线作为框架计算轴线；c．在竖向荷载的作用下结构的侧移很小，因此，在计算竖向荷载作用时，假定结构无侧移。
（2）计算简图如下图2.1.2（1）根据图2.1.1框架柱网布置图，如图2.1.2（1）所示，选定阴影部分作为框架结构的计算单元，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。
水平作用下框架结构侧移计算
一、横向水平地震作用下框架结构侧移验算1.横向框架梁的线刚度在框架结构中，现浇楼面可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效线刚度，减小框架侧移。
为考虑这一有利作用， ，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架梁取 I b1.5I 0 〔 I 0 为梁的截面惯性矩〕；对中框架梁取 I b2.0I 0 ，计算结果如下表所示：边框架梁中框架梁梁截面尺寸矩形截面惯性矩 混 凝E c〔 b/mm ×跨度 l/m土 强i b EI b / li b EI b / l /I 0 / ×103 m4I b1.5I 0I b 2.0I 0h/mm 〕度 等/ KN m2/×104KN m×104KN m级3 4/×103 4/×10mmAB 跨 300×600C3030×106横梁BC 跨 300×600C3030×106横梁AC 跨 300×600C30 30×106横梁CD 跨 300×450C3030×106横梁DE 跨 300×600C3030×106横梁2.柱的侧移刚度〔 D 值法〕柱线刚度计算结果如下表：混凝土强 截面尺寸2截面惯性矩线刚度 i c EI c / h柱号度等级〔a/mm × b/mm 〕柱高 h/mEc/KN mIc / ×103 m 4/ ×104 KN mZ 1C30 700×70030×106Z 2C30 ×6550 55030×10：楼层横向框架柱侧移刚度〔 D 值〕计算如下表所示：Ki b K(一般层 )(一般层 )2i c K12柱类型Dic h 2根数i b/ 104KN / mK K(底层 )2(底层 )i c K一层其他层边框架边柱边框架中柱中框架边柱中框架中柱D边框架边柱边框架中柱中框架边柱中框架中柱DA 轴2E 轴2C 轴2D 轴2A 轴2B 轴4E 轴6B 轴2C 轴6D 轴6653520KN/mA 轴2E 轴2C 轴2D 轴2A 轴2B 轴4E 轴6B 轴2C 轴6D 轴6794540KN/m3.横向框架自振周期结构自振周期按顶点位移法计算，将各楼层面处的重力荷载代表值G i作为水平荷载作用在各楼层标高处，按弹性方法求得结构顶点的假想侧移，并考虑填充墙对框架的影响取折减系数r，计算结果如下表结构顶点的假想侧移G/KN nG i/KND i / KN m 1i / mm i / mm楼层V Gii 16999099907945405114582144879454041145832906794540311458443647945402114585582279454011241563237653520T1T T4.横向水平地震作用及楼层地震剪力计算本结构重量和刚度沿高度方向分布比拟均匀，高度不超过40m，变形以剪切变形为主，故水平地震作用采用底部剪力法计算。
桥面板及框架横向计算
桥面板及框架横向计算1、计算理论及思路说明桥面板框架横向计算取用单位宽度的跨中断面进行计算，框架支承加在腹板中心线下；计算工具为《桥梁博士V3.1》程序。
2、恒载结构自重按26KN/m3桥面铺装8cm沥青砼0.08x1x25=2KN/m，按均布荷载施加；栏杆每米中2KN，按集中力施加；人行道重量折算为两个集中力，外侧为11.8KN内侧为5.9KN，分别施加在悬臂端和距离悬臂端2.4m。
3、人群荷载5Kpa均布荷载或1.5KN集中力分别计算取不利者（前者控制本桥横向设计）4、汽车按城市桥梁荷载《标准》4.1.3.1，总重70t，车轮着地尺寸纵x横=a2xb2=0.25x0.6m。
5、跨间板的有效分布宽度及车轴换算荷载计算1）、计算跨径车道：L=L0+t=3.65+0.26=3.91m铺装层厚0.08m2）、重车轮作用在顶板跨中最不利位置单个车轮的纵桥向分宽度计算：即a=2.6m，a>1.2m,说2X140车轴分布宽度有重叠，可以判断出200KN轴控制设计。
则：P1Qr20038.5KN/ma22.623）、重车轮作用在梁肋支承处a=(a1+2h)+t=(0.25+2x0.08)+0.26=0.67m<1.2m4）、重车轮作用在梁肋支承附近位置单个车轮纵桥向漫衍宽度计较：a=（a1+2h）+t+2X分别取X=0.1和X=0.5处进行计较A、X=0.1时a=（A=（0.25+2x0.08）+0.26+2x0.1=0.87<1.2mB、X=0.5时a=（A=（0.25+2x0.08）+0.26+2x0.5=1.67m>1.2m。
2 横向框架刚度计算
2 横向框架刚度计算
2.1 梁的线刚度
表 横梁线刚度b i
混凝土强度等级、截面、计算跨度不同则梁线刚度不同。
每层凡是线刚度不同的梁均应列出。
2.2 柱的线刚度
表 柱线刚度c i
混凝土强度等级、截面、计算高度不同则柱线刚度不同。
每层凡是线刚度不同的柱均应列出。
某轴线横向框架计算简图及梁柱线刚度（画出全榀框架）
应将所有轴线横向框架的梁柱线刚度全部表示清楚。
并标注梁跨度和柱计算高度。
2.3横向框架层间侧移刚度
表 5～2层层间侧移刚度D ∑
表中梁柱线刚度比： b2b4c 2K i =（边柱），b1b2b3b4c
2K i =（中柱）。
表 1层层间侧移刚度D ∑
表中梁柱线刚度比：b2c K i =（边柱），b1b2c
K i =（中柱）。
表 横向框架层间侧移刚度汇总
验算层间侧移刚度是否满足结构竖向设计要求。
第一节结构方案设计、框架横向刚度计算
1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；
重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（12~14）kN/m2计算。
二、框架结构布置
基础形式
柱下条形基础：上部荷载较大、地基承载 力较低、柱间距离较近时，可采用柱下条 形基础。
十字交叉基础：上部荷载较大、采用条形 基础不能满足地基承载力要求时，可采用 十字交叉基础。将基础纵、横两个方向联 系起来，其整体性比较好 。 筏板基础：上部荷载大、地基软弱或防渗 需要时，可采用筏板基础，其整体性比好 。
柱线刚度 ic 计算表
楼层 1 2 3 混凝土强 度等级 E 截面 b×h 惯性矩 I c 层高 h
ic
Ec I c
h
2、柱线刚度
四、框架横向刚度计算
12ic 3）柱的侧移刚度D值 D c 2 h
4）框架柱层间侧移刚度
c 柱侧向刚度修正系数
ic
柱的线刚度 柱的计算高度
D
柱
h
柱侧向刚度修正系数 c
边框架
Ib 1.5I 0 ib Ec Ib
中框架
Ib 2.0I0 ib Ec Ib l l
对于楼梯间框架梁不单独考虑。
1、梁线刚度
四、框架横向刚度计算
2）柱的线刚度
ic
Ec I c h
其中 Ec 为混凝土弹性模量； I c 为柱的惯性矩，h 为框架柱的计算高度。
ic 取决于：柱混凝土强度等级、柱截面尺寸、层高。
二、框架结构布置
二、框架结构布置
柱网及层高 1）柱网分为小柱网和大柱网； 小柱网是一个开间为一个柱距，大柱网是两个开间为一个柱距； 常用的柱距： 3.3m、3.6m、 4.0m、6.0m、 6.6m 、7.5m等； 常用的跨度（进深）：4.8m、5.4m、 6.0m、6.6m、 7.5m等。 注：柱距一般控制在7m左右，柱网相差不宜过大，以避免某跨线刚度过大。 除底层外，柱的计算高度即为各层层高。 2）层高
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2 横向框架刚度计算
2.1 梁的线刚度
表 横梁线刚度b i
混凝土强度等级、截面、计算跨度不同则梁线刚度不同。
每层凡是线刚度不同的梁均应列出。
2.2 柱的线刚度
表 柱线刚度c i
混凝土强度等级、截面、计算高度不同则柱线刚度不同。
每层凡是线刚度不同的柱均应列出。
某轴线横向框架计算简图及梁柱线刚度（画出全榀框架）
应将所有轴线横向框架的梁柱线刚度全部表示清楚。
并标注梁跨度和柱计算高度。
2.3横向框架层间侧移刚度
表 5～2层层间侧移刚度D ∑
表中梁柱线刚度比： b2b4c 2K i =（边柱），b1b2b3b4c
2K i =（中柱）。
表 1层层间侧移刚度D ∑
表中梁柱线刚度比：b2c K i =（边柱），b1b2c
K i =（中柱）。
表 横向框架层间侧移刚度汇总
验算层间侧移刚度是否满足结构竖向设计要求。