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1、SHANDONG毕业设计说明书 山铝职业学院网络信息中心建筑及结构设计摘 要 山铝职业学院网络信息中心是一栋多媒体综合教学楼,采用的结构为现浇混凝土的框架结构。层数为五层,建筑地点在山铝职业学院内,地势平坦。总建筑面积为942.84 5=4714.2m2,总的高度为18.8m,在设计过程中要进行建筑设计和结构设计及要出建筑施工图和结构施工图。基本风压值0.3kN/m2,基本雪压0.15kN/m2。建筑设计包括建筑物的平面、立面、剖面的设计。由于本建筑是一栋教学建筑,要对教学建筑的各个功能进行设计,还得考虑抗震、风力、采光等要求。结构设计包括结构布置及选型、荷载统计和计算、内力计算、内力组合,和
2、在最不利组合内力下进行梁、板、柱配筋计算及基础的计算和配筋。关键词:框架结构,建筑设计,结构设计,教学楼Abstract Shan Lv network center of Career Academy is a multimedia teaching building, using the structure of the in-situ concrete frame structure. Five layers of construction sites in Shan Lv Career Academy, the flat terrain. Total construction area
3、 of 942.84 5=4714.2m2, the total height of 18.8m, to be carried out during the design process and structural design and architectural design to the construction drawings and construction drawing.the basic wind pressure value 0.30kN/m2, basic snow pressure value 0.15kN/m2. Architectural design includ
4、es the building plan, elevation, section design. As the building is a teaching building, to the various functions of public building design, have to consider the earthquake, wind, lighting and other requirements. Structural design, including structural arrangement and selection, statistical and comp
5、utational load, force calculation, force mix, and in the most unfavorable combination of forces under the beams, plates, columns and foundation reinforcement calculation calculation and reinforcement.Keywords: frame structure ,Architectural design ,Structural Design ,Teaching building目 录摘 要IAbstract
6、(英文摘要)II目 录III第一章 建筑设计11.1 毕业设计任务书11.1.1 题目11.1.2 建筑地址11.1.3 设计条件11.2工程概况11.3建筑平面图11.4 建筑立面图21.5 建筑剖面图2第二章 结构设计说明32.1 结构设计方案及布置32.2 构件初估32.2.1 柱截面尺寸的确定32.2.2 梁截面尺寸的确定32.2.3 板厚度尺寸的确认42.2.4 次梁布置42.3 计算简图与柱网布置42.3.1 框架结构的计算简图42.3.2 柱网布置5 2.4 横向框架梁柱线刚度计算7 2.4.1 横梁线刚度的计算7 2.4.2 柱线刚度的计算7 2.4.3 框架梁柱线刚度图7 2
7、.4.4柱抗侧刚度D值的计算8第三章 荷载计算103.1 永久荷载标准值103.2 可变荷载标准值103.3 梁、柱单位自重计算113.4墙、窗、门单位自重计算113.5 重力荷载代表值123.6 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算133.6.1 横向自振周期计算133.6.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算143.6.3 水平地震作用下框架内力计算163.7 横向风荷载作用下框架内力和侧移计算183.7.1 风荷载标准值183.7.2 风荷载作用下的水平位移验算193.7.3 风荷载作用下框架结构内力计算20第四章 竖向内力计算224.1 计算单元的选择确定224.2 荷载计算22
8、4.2.1 恒载作用下柱的内力计算224.2.2 活载作用下柱的内力计算254.3 内力计算27 4.3.1 恒载作用下的弯矩图274.3.2 活荷载作用下的弯矩图324.3.3 恒载作用下梁端剪力、柱端剪力及柱轴力计算364.3.4 活载作用下梁端剪力、柱端剪力及柱轴力计算39第五章 框架荷载效应组合43 5.1 框架结构梁内力组合435.1.1 梁端弯矩调幅及梁跨中弯矩调幅435.1.2 框架结构梁内力组合465.2 框架结构柱的内力组合505.2.1 横向框架柱内力组合515.2.2 框架柱端弯矩和剪力调整55第六章 框架梁、柱、板配筋计算及基础计算576.1 框架梁576.1.1 材料
9、及设计参数576.1.2 框架梁正截面受弯承载力计算576.1.3 梁斜截面受剪承载力计算626.2 框架柱656.2.1 材料及设计参数656.2.2 柱截面尺寸验算656.2.3 柱正截面承载力计算666.2.4 柱斜截面受剪承载力计算756.3 楼板设计816.3.1 楼面荷载816.3.2 板型划分826.3.3双向板弯矩计算(按塑性铰线法设计)826.3.4 单向板弯矩计算(按塑性铰线法设计)84 6.4 基础设计85 6.4.1 A柱柱下独立基础计算856.4.2 初步选择基底尺寸856.4.3 验算持力层地基承载力866.4.4 抗冲切验算886.4.5 底板配筋计算89参考文献
10、91致 谢92 第一章 建筑设计1.1 毕业设计任务书 1.1.1 题目山铝职业学院网络信息中心建筑及结构设计 1.1.2 建筑地址淄博市 1.1.3 设计条件 主要设计技术指标与参数:1建筑物建于淄博市内。2使用要求及方案平面布置图:另见指导书3地震设防烈度:7度,场地为II类。4自然气候条件:基本风压0.4KN/m2;基本雪压0.45KN/m2 5结构类型:框架结构1.2 工程概况 山铝职业学院网络信息中心建筑及结构设计,设计要求建筑总面积约4714.20 m2,建筑层数5层,首层高为3.6 m,25层结构形式为钢筋混凝土框架结构。建筑物所在地区抗震设防烈度为7度,2类建筑场地,设计地震分
11、组为第一组。基本风压为0.40KN/m2,地面粗糙度为B类。1.3 建筑平面图(除屋顶平面图外)是用一个假想的水平剖切图,在房屋的窗台上方剖开整栋房屋,移去剖切面上面的部分,将留下部分向水平投影面投影所得到的水平剖视图。建筑平面图包含被剖切到的断面、可见的建筑配件的设置情况。它是墙体砌筑、门窗安装和室内装修的重要依据。底层地面需反映出室外台阶、散水(或明沟)等,其他各层除应表示本层情况外,还需反映出下一层平面图未反映的可见建筑物构件。1.4 建筑立面图它是房间各个方向的外墙面以及按投影方向可见的构配件的正投影图。有定位轴线的建筑物,宜根据两端定位轴线号编注立面图名称。建筑物立面是用来反映房屋的
12、体型和外貌、门窗形式和位置、墙面装饰材料等的图样。1.5 建筑剖面图它是假想用一个垂直于横向或纵向轴线的竖直平面剖切房屋所得正投影图,反映门窗洞口及窗口高度以及简要的结构形式和构造方式等情况。剖切面的剖切位置,应选在能反映房间全貌构造特征以及有代表性的部位,一般应显示楼梯,并在底层平面图中表示。具体设计图详细见附录中的建筑图。第二章 结构设计说明2.1 结构设计方案及布置钢筋混凝土框架结构是由梁,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。框架结构具有建筑平面布置灵活,室内空间大等优点,广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业等民用建筑。按
13、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。本次设计采用横向承重方案,竖向荷载主要由横向框架承担,现浇楼板一般需设置次梁将荷载传至横向框架。横向框架还要考虑承受横向地震作用。在房屋的纵向则设置连系梁与横向框架连接,这些连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和地震荷载。2.2 构件初估 2.2.1 柱截面尺寸的确定该框架结构抗震等级为三级,查表轴压比限值近似uN=0.85;单位负荷面积上的重力荷载代表值近似取12KNmm-2,柱采用现浇混凝土浇筑,混凝土强度等级采用C30(fc=14.3Nmm-2,ft=1.43Nmm-2)。柱截面高度可取h
14、=(1/151/20)H,H为层高;柱截面宽度可以取为b=(12/3)h,并按下述方法进行初步估算。边柱:ACN/Nfc=1.3(7.23.6) 125103/(0.8514.3)=152470.6 mm2中柱:ACN/Nfc=1.3(7.24.9) 125103 /(0.8514.3)=200983.9mm2 N=Fgen 柱的截面为正方形,则边柱和中柱截面高度分别为390.5mm和448.3mm。又框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于350mm。经综上分析,本工程各层柱的截面尺寸皆取为bh600mm600mm。根据地质条件及层数等的条件,基础选用柱下独立基础,基础埋深取2m,取顶
15、层柱的形心线作为框架柱的轴线;梁轴线取至板底,则底层柱高h1=3.6+0.45+0.8=4.85m,二五 层柱高等于层高,即h2=3.6m。 2.2.2 梁截面尺寸的确定框架梁的梁高h=(1/81/12)l,其中l为梁的跨度;梁的截面宽度可取为b=(1/21/3)h。次梁的梁高h=(1/101/14)l,其中l为梁的跨度;梁的截面宽度可取为b=(1/21/3)h。为了防止梁发生剪切脆性破坏,h不宜大于1/4梁净跨,且为了保证梁的侧向稳定性,梁截面的高宽比(h/b)不宜大于4。横向框架梁跨度为6.6m,次梁跨度为6.6m,走道梁跨度为2.4m。故框架梁、走道梁、次梁的截面可初步分别取为300mm
16、700mm,300mm700mm,250mm550mm,250mm500mm。 2.2.3板厚度尺寸的确认走道单向板h=l0/35=2400/35=60.00mm,双向板h=l0/45=3600/45=80mm, 考虑到保证结构的整体性以及防水要求和埋设管线等原因,板厚做如下选择:屋面板、楼面板厚均为120mm。 2.2.4次梁布置在两道横向框架梁中间布置一道次梁,故双向板跨为3.6m。2.3 计算简图与柱网布置 2.3.1 框架结构的计算简图计算简图见图2-1:图2-1 框架结构横向计算简图2.3.2 柱网布置柱网布置图见图2-2:图2-2 柱网布置图2.4 横向框架梁柱线刚度计算以轴横向框
17、架梁柱线刚度计算为例:框架结构中,现浇楼板可以作为梁的有效翼缘,考虑这一有利因素,在计算梁的截面惯性矩的时候,对中框架梁,取I=2I0;对边框架梁,取I=1.5I0;其中,I0为矩形梁柱截面惯性矩。框架梁均采用C30混凝土,框架柱首层采用C40混凝土,其他层采用C30混凝土。C30混凝土的弹性模量N/mm2 , C40混凝土的弹性模量N/mm2。2.4.1 横梁线刚度的计算横梁线刚度的计算过程见表2-3,其中/,/。表2-3 横梁线刚度的计算表层号梁编号截面尺寸(mmmm)跨度(mm)惯性矩(mm4)线刚度(Nmm)153007006600153007002400 注:表内框架梁线刚度已按要求
18、折算。2.4.2 柱线刚度的计算柱线刚度计算过程见表2-4,其中/,/。表2-4 柱线刚度的计算表层号柱编号柱截面尺寸(mmmm)层高(mm)惯性矩(mm4)线刚度(Nmm)1A、D6006004850B、C600600485025A、D6006003600B、C60060036002.4.3 框架梁柱线刚度图框架梁柱线刚度图见图2-5:图2-5 框架梁柱线刚度(单位:1010Nm)2.4.4 柱抗侧刚度D值的计算柱抗侧刚度D值的计算公式:横向15层框架柱抗侧刚度D值的计算过程见表2-6:表2-6 横向15层框架柱抗侧刚度D值的计算表柱别层高(mm)(Nmm)(N/mm)(4根)(N/mm)中
19、柱0.473360039417(39417+14833)2=108500边柱0.178360014833横向首层框架柱抗侧刚度D值的计算过程见表2-7:表2-7 横向首层框架柱抗侧刚度D值的计算表柱别层高(mm)(Nmm)(N/mm)(4根)(N/mm)中柱0.6454850 23823(23823+19907)2=87460边柱0.4094850 19907 将上述不同情况下同层框架柱抗侧刚度相加,即得框架各层层间抗侧刚度见表2-8:表2-8 横向框架层间抗侧刚度D值的计算表层号12345(N/mm)87460108500108500108500108500 由表2-8可得,故该框架为规则框
20、架。第三章 荷载计算3.1 永久荷载标准值 15层楼面永久荷载标准值:30m厚现制水磨石 0.65KN/m2120厚钢筋混凝土 0.1225=3.0KN/m2 20m厚石灰砂浆 0.0217=0.34KN/m2合计: 3.99KN/m2 卫生间楼面永久荷载标准值:5mm厚水泥砂浆贴10mm厚300300防滑地砖 0.34KN/m2油毡防水层 0.4KN/m220mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.0215=0.3KN/m2120m厚钢筋混凝土 0.1225=3.0KN/m2合计: 4.04KN/m2屋面永久荷载标准值: 不上人屋面: 4mm厚APP卷材防水层 0.35KN/m220m 厚水泥砂浆找
21、平层 0.0220=0.4KN/m21:8水泥膨胀珍珠岩2%坡 0.0210=0.2KN/m220m厚混合砂浆 0.0217=0.34KN/m2120m厚钢筋混凝土 0.1225=3.0KN/m2合计 : 4.29KN/m23.2 可变荷载标准值 屋面及楼面可变荷载标准值:不上人屋面均布活荷载标准值 0.5KN/m2楼面活荷载标准值 2.0KN/m2卫生间活荷载标准值 2.5KN/m2走廊活荷载标准值 2.5KN/m23.3梁、柱单位自重计算梁的自重由构件的几何尺寸和材料单位体积的自重计算,梁构件表面粉刷层重平均为0.5 KN/m2,按墙面混合砂浆装饰计算。柱的计算高度为各层柱净高,柱面粉刷层
22、的重量同墙装饰0.5 KN/m2。梁单位自重:屋面层框架梁的单位自重(bh=300mm700mm):gk=0.30.7250.5(0.7-0.12)2=5.83KN/m15层框架梁的单位自重(bh=300mm700mm):gk=0.30.7250.5(0.7-0.12)2=5.83KN/m屋面层次梁的单位自重(bh=250mm550mm):gk=0.250.55250.5(0.5-0.12)2=3.82KN/m15层次梁的单位自重(bh=250mm550mm):gk=0.250.55250.5(0.5-0.12)2=3.82KN/m屋面次梁的单位自重(bh=250mm500mm):gk=0.2
23、50.5250.5(0.5-0.12)2=3.51KN/m15层次梁的单位自重(bh=250mm500mm):gk=0.250.5250.5(0.5-0.12)2=3.51KN/m屋面层平台梁的单位自重(bh=200mm300mm):gk=0.20.3250.5(0.3-0.12)2=1.68KN/m15层平台梁的单位自重(bh=200mm300mm):gk=0.20.3250.5(0.3-0.12)2=1.68KN/m柱单位自重:15层柱的自重(bh=600mm600mm):gk=0.600.60250.50.604=10.2KN/m3.4 墙、窗、门单位自重计算墙、窗、门等可按计算单位面积
24、上的重力荷载,如下。外墙:200厚加气混凝土砌块 0.27.5=1.5 KN/m2贴瓷砖外墙面 0.5 KN/m220mm厚水泥粉刷墙面 20.36=0.72 KN/m28mm厚1:1:6水泥石膏砂浆 0.008142=0.224 KN/m28mm厚水泥砂浆 0.008202=0.32 KN/m2合计: 3.30 KN/m2内墙:200mm厚加气混凝土砌块 0.27.5=1.5KN/m28mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.008202=0.32 KN/m28mm厚1:1:6水泥石膏砂浆 0.008142=0.224 KN/m25mm厚1:0.3:3水泥砂浆抹面 0.005202=0.2 KN/m
25、2合计: 2.30 KN/m2女儿墙:200mm厚加气混凝土砌块 0.27.5=1.5KN/m2贴瓷砖外墙面 0.5KN/m26mm厚1:3水泥砂浆找平层 0.006202=0.24 KN/m28mm厚1:1:6水泥石膏砂浆 0.008142=0.224 KN/m28mm厚1:0.3:3水泥砂浆抹面 0.008202=0.32 KN/m2合计: 2.80 KN/m2木门: 0.2 KN/m2钢框玻璃门: 0.45 KN/m2钢塑窗: 0.45 KN/m23.5重力荷载代表值 表3-1 各层重力荷载代表值计算 单位:(KN)层号自重标准值楼面活荷载标准值合计25882.14542.256424.
26、3935813.098542.256355.34845813.098542.256355.34855813.098542.256355.348屋面层6311.863455.356767.213所求的各质点重力荷载代表值的简图见图3-2: 图3-2各质点的重力荷载代表值3.6 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 3.6.1 横向自振周期计算横向自振周期的计算采用结构顶点的假想位移法。基本自振周期(s)可按下式计算:注:假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。结构基本自振周期考虑填充墙影响的周期折减系数,框架结构取0.7。按以下公式计算:注:为第i层的层间侧
27、移刚度,为第i层的层间侧移,为第k层的层间侧移,s为同层内框架柱的总数。结构顶点的假想侧移计算,见表3-3:表3-3 各层结构顶点侧移层号(KN)(KN)(N/mm)(mm)(mm)56767.2136767.21365100010.395160.62646355.34813122.56165100020.158150.23136355.34819477.90965100029.92131.07326355.34825833.25765100039.682101.15316424.3932257.64752476061.47161.471 =1.70.7(0.225355)= 0.477 (s
28、) 3.6.2 水平地震作用及楼层地震剪力的计算本框架高度不超过40m,质量跟刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切型为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用,即:结构等效总重力荷载代表值:=0.85=0.85(6767.213+6355.3483+6424.390)=27419.000KN水平地震影响系数:查表得二类场地,且设计地震分组在第一组的特征周期值=0.35s。查表得设防烈度为7度的=0.08。因,故处于反应谱曲线下降段,即:当阻尼比时,则:=0.477结构总的水平地震作用标准值:=0.04927419=1672.559KN因1.4=1.40.35=0.49s=0.477s,故不考虑顶部附
29、加水平地震作用。 各质点横向水平地震作用按下式计算:=391172.972KNm地震作用下各楼层水平地震层间剪力为:(i=1,2,n)各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算结果见表3-4:表3-4 地震作用下各楼层水平地震层间剪力层号(m)(KN)(KNm)(KN)(KN)519.256767.213130268.8500.333556.96556.96415.656355.34899461.1960.254424.83981.79312.056355.34876581.9430.196327.821309.6128.456355.34853702.6910.137229.141538.75
30、14.856424.3931158.2920.08133.81672.55各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图3-5: 图3-5 水平地震作用 层间剪力分布 3.6.3 水平地震作用下框架内力计算框架柱端剪力及弯矩分别按下列公式计算: 注:框架柱的标准反弯点高度比,为上下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值,为上下层层高变化时反弯点高度比的修正值,为框架柱的反弯点高度比。底层柱不考虑修正值,即,也不考虑修正值,即。第二层柱需考虑修正值。顶层柱不考虑修正值,即,其余柱均无修正。梁端弯矩、剪力及柱轴力分别按下列公式计算: 计算结果见表3-6:表3-6 梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算
31、层号边跨梁走道梁柱轴力边柱中柱533.34917.8836.67.76256.17156.1712.153.496-7.762-45.734463.07039.8626.615.596125.200125.2002.1119.238-23.358-149.376388.88058.4166.622.317183.472183.4722.1174.735-45.675-301.7942107.66074.2796.627.567233.300233.3002.1222.290-73.242-496.4171156.13562.076.633.061194.948194.9482.1185.665
32、-106.303-649.021 水平地震作用下的弯矩图、梁剪力及柱轴力图见图3-7,3-8:图3-7 水平地震作用下弯矩图图3-8 水平地震作用下梁剪力及柱轴力图3.7 横向风荷载作用下框架内力和侧移计算 3.7.1风荷载标准值风荷载标准值计算公式为:注:为风荷载标注值(),为基本风压(),为风荷载体型系数,为风压高度变化系数,为高度处的风振系数。因结构高度H=22.70m小于30m,可取=1.0,对于矩形平面且,可取=1.3;其地面粗糙度为B类,可查建筑结构荷载规范,其基本风压=0.40 。将风荷载换算成作用与框架每层节点的集中荷载,作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值:注:为下层柱
33、高,为上层柱高,对顶层为女儿墙高度的2倍,为迎风面的宽度。以轴横向框架计算为例,计算过程见表3-9:表3-9 风荷载计算层号(m)(m)(KN)519.2511.31.220.43.27.218.271415.6511.31.140.43.67.219.207312.0511.31.050.43.67.217.6928.4511.310.43.67.216.84814.8511.310.44.2257.219.773框架结构分析时,应按静力等效原理将分布风荷载转化为节点集中荷载,见图3-10:图3-10 等效节点集中风荷载 3.7.2 风荷载作用下的水平位移验算按下列公式计算,计算结果见表3-
34、11: 表3-11 风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算层号12345(KN)19.77316.84817.6919.20718.271(KN)91.78972.01655.16837.47818.271 (N/mm)87460108500108500108500108500 (mm)1.0490.6640.5080.3450.148 (mm)1.0491.7132.2212.5662.7341/46231/54221/29801/104351/21429由此可见,风荷载作用下框架最大层间位移角发生在底层,1/18571/550,满足规范要求。 风荷载作用下的弯矩图、梁剪力及柱轴力图见图3-12
35、,3-13:图3-12 风荷载作用下弯矩图图3-13 风荷载作用下梁剪力及柱轴力图第四章 竖向内力计算4.1 计算单元的选择确定取轴线横向框架进行计算,如图4-1计算单元所示:图4-1 计算单元4.2荷载计算4.2.1 恒载作用下柱的内力计算(1) 中间层梁、柱恒载计算1)边跨梁上线荷载计算 边跨梁上线荷载=边跨梁自重+板重+墙重,其中板自重按450分配,如图8-1所示。由此可知梁上分布荷载为一均布荷载与一梯形荷载叠加,只要求出控制点的荷载值,就可绘出该梁上荷载分布图。最大值最小值 2)中跨梁上线荷载计算: 中跨梁上线荷载=中跨梁自重。其值为常值:5.83KN/m3)边柱集中力计算边柱集中力=
36、边柱自重+纵向框架梁承受的荷载纵向框架梁承受的荷载=部分板重+横向次梁自重+纵向框架梁自重+外墙重其中,板重:横向次梁自重:纵向框架梁自重:墙重:因此,边柱上集中力:4)中柱集中力计算板重:横向次梁自重:纵向框架梁自重:墙重:因此,中柱上集中力:5)边柱与梁交点处弯矩: (柱内侧受拉)6)中柱与梁交点处弯矩: (柱靠室内一侧受拉) (2) 顶层梁、柱上荷载计算: 1)边跨梁上线荷载计算边跨梁上线荷载=边跨梁自重+板重。最大值:最小值:5.83KN/m由此绘出该梁荷载分布如图8-4 2)中跨梁上线荷载的计算同理,中跨梁上线荷载=中跨梁自重+板重其值为常值:5.83 KN/m 3)边柱集中力计算:
37、 边柱集中力=边柱自重+纵向框架梁的传力 其中:纵向框架梁传来的力=部分板重+横向次梁自重+纵向框架梁自重+女儿墙自重板重:纵向框架梁自重:女儿墙自重:边柱上集中力: 4)中柱集中力计算:板重:横向次梁自重:纵向框架梁自重:因此,中柱上集中力: 5)边柱与梁交点处弯矩: 6)中柱与梁交点处弯矩:通过以上计算,可绘出第轴横向框架恒载图(图4-2)。图4-2第轴横向框架恒载图(力:KN;弯矩:KNm) 4.2.2 活载作用下柱的内力计算不上人屋面均布活荷载 办公室均布活荷载 走廊均布活荷载 (1) (1)顶层框架梁柱活载计算: 上人屋面活载: 1)边跨梁上线荷载: 最大值: 最小值:02)中跨梁上线荷载 同恒载求解方法,其值为0。 3)边柱集中力: 边柱集中力=部分板上活载传力