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混凝土框架结构课程设计计算书
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钢筋混凝土现浇框架课程设计
计算书
系别：
土木工程与建筑系
专业年级：
09级土木工程专业
2012年06月18日
一、设计任务1
1设计内容1
2设计条件1
二.框架结构计算过程2
1.平面布置2
2.结构计算简图2
3.内力计算3
（1）恒荷载计算3
（2）活荷载计算6
（3）荷载转化7
（4）水平荷载计算20
（5）弯矩调幅24
（6）内力组合25
三.构件配筋计算32
1.梁的设计32
2.柱的设计40
四.绘制框架结构施工图48
一、设计任务
某五层教学楼，钢筋混凝土现浇框架结构。
建筑平面为一字形，如图1所示。
底层层高4.2m，其它层高3.6m，室内外高差0.3m。
（结构布置如下图1）
图1
1设计内容
（1）结构布置
确定柱网尺寸，构件截面尺寸，绘制框架结构平面布置图。
（2）框架内力计算
竖向荷载作用下可按分层法计算内力，水平荷载作用下按D值法计算框架内力。
（3）内力组合
（4）框架梁和柱承载力计算
①框架梁承载力计算
包括正截面和斜截面承载力计算，计算梁的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。
②框架柱承载力计算
包括正截面和斜截面承载力计算，计算柱的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。
（5）框架侧移验算
验算顶点侧移和层间侧移，使之符合规范要求。
（6）绘制框架配筋施工图。
2设计条件
（1）气象条件
基本风压0.5+6×0.01=0.56kNm2，地面粗糙度为B类。
注：
以现场按编号布置的为准,本人编号6号
（2）工程地质条件
地表下0-10m深度土层均可做天然地基，地基承载力为180kPa。
（3）屋面及楼面做法:
p]]—6tg
①屋面做法:
现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡）；
1：
2水泥砂浆找平层厚20mm；现浇混凝土楼板100mm；15mm厚纸筋面石灰抹。
②楼面做法:
顶层为20mm厚水泥砂浆找平；5mm厚1：
2水泥砂浆加“107”胶水着色粉面层；现浇混凝土楼板；底层为15mm厚纸筋面石灰抹底。
（4）楼面屋面活荷载为：
1.5＋28×0.01=1.78kNm2
二.框架结构计算过程
1.平面布置
（1）结构平面布置（见图2）
图2结构平面布置
（2）构件尺寸确定
边跨（AB、CD）梁：
取
中跨（BC）梁：
取
框架柱自重0.3×0.45×3.6×25=12.15kN（柱子粉刷算在墙体之中）
连系梁传来的楼面自重0.5×4.5×0.5×4.5×3.24=16.4kN
中间层边节点集中荷载118.5Kn
中柱连系梁自重11.25kN
中柱粉刷0.92kN
内纵墙自重4.5×（3.6-0.4）×0.24×19=65.66kN
内纵墙粉刷4.5×（3.6-0.4）×2×0.02×17=9.79kN
框架柱自重12.15kN（柱子粉刷算在墙体之中）
连系梁传来的楼面荷载0.5×（4.5+4.5-3）×1.5×3.24=14.58kN
0.5×4.5×2.25×3.24=16.4kN
中间层终结点集中荷载130.75Kn
e）恒荷载作用下的结构简图如图5
图5恒荷载作用下结构计算简图
（2）活荷载计算
屋面活荷载1.78KNm2，楼面活荷载1.78KNm2，走廊楼面活荷载1.78KNm2。
活荷载计算值如下：
1.78×4.5=8.01kNm
m
m
m
1.78×4.5=8.01kNm
m
楼面活荷载作用下的结果计算简图如图6：
图6楼面活荷载作用下结构计算简图
（3）荷载转化
（同时列出弯矩分配系数如下）
梯形转化为均布荷载的公式为：
三角形转化为均布荷载的公式为：
弯矩分配系数
A.恒载作用下（）
=14.48kNm=14.48+3.4=17.88kNm
=7.84kNm7.84+2.7=10.54kNm
=11.23kNm=11.23+19.64=30.87kNm
=6.08kNm=6.08+2.7=8.78kNm
转换后恒荷载均分荷载图
屋面恒荷载内力利用弯矩分配计算并利用结构对称性取二分之一结构计算,各杆固端弯矩为:
a）顶层：
弯矩分配法计算恒荷载顶层各柱端弯矩如下表格：
（）
杆件位置
A5A4
A5B5
B5A5
B5B4
B5C5'
C5'B5
弯矩分配系数
0.40
0.60
0.46
0.30
0.24
固端弯矩
-53.64
53.64
-7.91
-3.45
第一次弯矩分配
21.24
32.40
-21.08
-13.86
-10.79
弯矩传递
-10.54
16.20
10.79
第二次弯矩分配
4.17
6.37
-7.47
-4.91
-3.82
结果
25.42
-25.42
41.29
-18.76
-22.53
7.34
A4A5=×25.42=8.47B4B5=-×18.75=-6.25
边跨跨中弯矩：
47.10中跨跨中弯矩:
10.57
对应弯矩图如下：
b）标准层：
弯矩分配法计算恒荷载标准层各柱端弯矩如下表格：
（）
杆件位置
A4A5
A4A3
A4B4
B4A4
B4A3
B4B5
B4C'4
C'4B4
弯矩分配系数
0.28
0.28
0.43
0.35
0.23
0.23
0.18
固端弯矩
-92.61
92.61
-6.59
-3.29
第一次弯矩分配
26.30
26.30
40.01
-30.45
-19.96
-19.96
-15.66
弯矩传递
`
-15.23
20.00
15.66
第二次弯矩分配
4.32
4.32
6.58
-7.08
-4.64
-4.64
-3.64
结果
30.63
30.63
-61.25
75.08
-24.60
-24.60
-25.89
12.37
A5A4=×30.63=10.21A3A4=×30.63=10.21
B5B4=-×24.6=-8.2B3B4=-×24.6=-8.2
边跨跨中弯矩：
70.06中跨跨中弯矩:
16.01
对应弯矩图如下：
c）底层：
弯矩分配法计算恒荷载底层各柱端弯矩如下表格：
（）
A0A1=×26.16=13.08A2A1=×32.68=10.89
B0B1=-×20.91=10.46B2B1=-×26.16=8.72
边跨跨中弯矩：
72.48中跨跨中弯矩:
17.08
对应弯矩图如下：
i.叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配，得整个结构弯矩图如下图所示:
ii.计算梁端剪力梁平衡受力及柱轴力图如下：
顶层集中力：
36.48kN52.14kN
标准层集中力：
118.5kN130.75kN
梁平衡受力图
由梁的平衡条件可得：
和
B.活载作用下
==6.17kNm==6.17kNm
==3.34kNm==3.34kNm
转换后活载均布荷载图
a）顶层：
弯矩分配法计算活荷载顶层各柱端弯矩如下表格：
（）
杆件位置
A5A4
A5B5
B5A5
B5B4
B5C5'
C5'B5
弯矩分配系数
0.40
0.60
0.46
0.30
0.24
固端弯矩
-18.51
18.51
-2.50
-1.25
第一次弯矩分配
7.33
11.18
-7.38
-4.85
-3.78
弯矩传递
-3.69
5.59
3.78
第二次弯矩分配
1.46
2.23
-2.58
-1.69
-1.32
结果
8.79
-8.79
14.14
-6.54
-7.60
2.53
A4A5=×8.79=2.93B4B5=-×6.54=-2.18
边跨跨中弯矩：
16.31中跨跨中弯矩:
3.84
对应弯矩图如下：
（）
b）标准层：
弯矩分配法计算活荷载标准层各柱端弯矩如下表格：
（）
杆件位置
A4A5
A4A3
A4B4
B4A4
B4B3
B4B5
B4C'4
C'4B4
弯矩分配系数
0.28
0.28
0.43
0.35
0.23
0.23
0.18
固端弯矩
-18.51
18.51
-2.50
-1.25
第一次弯矩分配
5.26
5.26
8.00
-5.67
-3.71
-3.71
-2.91
弯矩传递
`
-2.83
4.00
2.91
第二次弯矩分配
0.80
0.80
1.22
-1.42
-0.93
-0.93
-0.73
结果
6.06
6.06
-12.12
15.43
-4.64
-4.64
-6.14
1.66
A5A4=×6.06=2.02A3A4=×6.06=2.02
B5B4=-×4.64=-1.55B3B4=-×4.64=-1.55
对应弯矩图如下：
（）
边跨跨中弯矩13.95：
中跨跨中弯矩:
2.61
c）底层：
弯矩分配法计算活荷载底层各柱端弯矩如下表格：
（）
杆件位置
A1A0
A1A2
A1B1
B1A1
B1B0
B1B2
BC'1
C'1B1
弯矩分配系数
0.24
0.30
0.46
0.37
0.20
0.24
0.19
固端弯矩
-18.51
18.51
-2.50
-1.25
第一次弯矩分配
4.46
5.57
8.48
-5.94
-3.12
-3.91
-3.04
弯矩传递
-2.97
4.24
3.04
第二次弯矩分配
0.72
0.89
1.36
-1.57
-0.83
-1.03
-0.81
结果
5.18
6.47
-11.64
15.24
-3.95
-4.94
-6.35
1.79
A0A1=×5.18=2.59A2A1=×6.47=2.16
B0B1=-×3.95=-1.98B2B1=-×4.94=-1.67
边跨跨中弯矩：
14.33中跨跨中弯矩:
2.99
对应弯矩图如下：
i叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配，得整个活载下结构弯矩图如下图所示:
ii计算梁端剪力梁平衡受力及柱轴力图如下：
梁平衡受力图
由梁的平衡条件可得：
和
（4）水平荷载计算
风压彼岸准直计算公式：
层次
5
1.0
1.3
18.9
1.226
0.56
8.1
7.23
4
1.0
1.3
15.3
1.147
0.56
16.2
13.53
3
1.0
1.3
11.7
1.048
0.56
16.2
12.36
2
1.0
1.3
8.1
1.00
0.56
16.2
11.79
1
1.0
1.3
4.5
1.00
0.56
18.23
13.27
D值法计算线刚度计算（单位为）
由公式：
可知：
满足要求
满足要求
满足要求
满足要求
满足要求（此层h取5m）
顶层总位移为：
风荷载作用下的框架内力图：
（kN）
（5）弯矩调幅
换算公式：
弯矩调幅至80％
框架梁在恒荷载作用下梁端剪力算到柱边截面：
梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值
V
kN
g
kNm
b
m
调幅前M
kN·m
调幅后M
kN·m
M'
kN·m
V'
kN
恒载
上层
边左
52.43
17.88
0.30
37.01
29.61
22.15
49.75
边右
54.77
17.88
0.30
44.02
35.22
27.40
52.09
中跨左
13.17
10.54
0.30
20.74
16.59
14.85
11.59
标准层
边左
90.69
30.87
0.30
70.94
56.75
43.84
86.06
边右
94.53
30.87
0.30
82.48
65.98
52.50
89.90
中跨左
13.17
8.78
0.30
23.47
18.78
17.00
11.85
底层
边左
91.14
30.87
0.30
70.43
56.34
43.37
86.51
边右
94.08
30.87
0.30
79.27
63.42
50.00
89.45
中跨左
13.17
8.78
0.30
24.61
19.69
17.91
11.85
梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值
V
kN
p
kNm
b
m
调幅前M
kN·m
调幅后M
kN·m
M'
kN·m
V'
kN
活载
上层
边左
17.9
6.17
0.30
10.96
8.77
6.22
16.97
边右
19.13
6.17
0.30
14.65
11.72
8.99
18.20
中跨左
5.01
3.34
0.30
7.3
5.84
5.16
4.51
标准层
边左
17.83
6.17
0.30
13.25
10.60
8.06
16.90
边右
19.19
6.17
0.30
17.35
13.88
11.14
18.26
中跨左
5.01
3.34
0.30
5.34
4.27
3.60
4.51
底层
边左
18.18
6.17
0.30
13.81
11.05
8.46
17.25
边右
18.82
6.17
0.30
15.75
12.60
9.92
17.89
中跨左
5.01
3.34
0.30
6.12
4.90
4.22
4.51
梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值
V
kN
b
m
调幅前M
kN·m
调幅后M
kN·m
M'
kN·m
V'
kN
风载
五层
边左
0.92
0.30
3.45
2.76
2.62
0.92
边右
0.92
0.30
2.07
1.66
1.52
0.92
中跨左
1.44
0.30
2.16
1.73
1.51
1.44
四层
边左
3.1
0.30
11.14
8.91
8.45
3.10
边右
3.1
0.30
7.47
5.98
5.51
3.10
中跨左
5.19
0.30
7.78
6.22
5.45
5.19
三层
边左
5.23
0.30
19.96
15.97
15.18
5.23
边右
5.23
0.30
13.21
10.57
9.78
5.23
中跨左
9.17
0.30
13.75
11.00
9.62
9.17
二层
边左
7.91
0.30
28.15
22.52
21.33
7.91
边右
7.91
0.30
19.93
15.94
14.76
7.91
中跨左
13.85
0.30
20.77
16.62
14.54
13.85
一层
边左
10.27
0.30
38.16
30.53
28.99
10.27
边右
10.27
0.30
23.48
18.78
17.24
10.27
中跨左
16.29
0.30
24.44
19.55
17.11
16.29
（6）内力组合
根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中。
由于对称性，每层有5个控制截面，即下图6-7中的1、2、3、4、5号截面，表1给出了各层梁的内力组合过程。
柱则分柱边和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图6-7中第三层为例，控制截面为5、6号截面，表2给出了各层柱的内力组合过程。
图6-7
注：
使梁下部受拉的弯矩为正，使梁截开部分产生顺时针方向转动的剪力为正。
表1：
楼
层
控制
截面
荷载类型
恒载
活载
风载
左风
右风
五
M
V
M
V
M
V
M
V
1
-22.15
49.75
-6.22
16.97
2.62
0.92
-2.62
-0.92
2
39.95
-1.17
14.97
-0.62
0.69
-0.92
-0.69
0.92
3
-27.40
-52.09
8.99
-18.20
1.52
-0.92
-1.52
0.92
4
-14.85
11.91
-5.16
4.51
1.51
-1.44
-1.51
1.44
5
-9.08
0.00
-3.77
0.00
0.00
-1.44
0.00
1.44
四
1
-43.84
86.06
-8.06
16.90
8.45
-3.10
-8.45
3.10
2
62.21
-1.92
12.47
-0.68
1.17
-3.10
-1.17
3.10
3
-52.05
-89.90
-11.14
-18.26
-5.51
-3.10
5.51
3.10
4
-17.00
11.85
-3.60
4.51
5.45
-5.19
-5.45
5.19
5
-13.59
0.00
-1.80
0.00
0.00
-5.19
0.00
5.19
三
1
-43.84
86.06
-8.06
16.90
15.18
-5.23
-15.18
5.23
2
62.21
-1.92
12.47
-0.68
3.38
-5.23
-3.38
5.23
3
-52.05
-89.90
-11.14
-18.26
-9.78
-5.23
9.78
5.23
4
-17.00
11.85
-3.60
4.51
9.62
-9.17
-9.62
9.17
5
-13.59
0.00
-1.80
0.00
0.00
-9.17
0.00
9.17
二
1
-43.84
86.06
-8.06
16.90
21.33
-7.91
-21.33
7.91
2
62.21
-1.92
12.47
-0.68
4.11
-7.91
-4.11
7.91
3
-52.05
-89.90
-11.14
-18.26
-14.76
-7.91
14.76
7.91
4
-17.00
11.85
-3.60
4.51
14.54
-13.38
-14.54
13.38
5
-13.59
0.00
-1.80
0.00
0.00
-13.85
0.00
13.85
一
1
-43.37
86.51
-8.06
18.25
28.99
-10.27
-28.99
10.27
2
69.87
-1.47
12.99
-0.32
7.34
-10.27
-7.34
10.27
3
50.00
-89.45
-11.14
-17.89
-17.24
-10.27
17.24
10.27
4
17.91
11.85
-3.60
4.51
17.11
-16.29
-17.11
16.29
5
-14.73
0.00
-2.59
0.00
0.00
-16.29
0.00
16.29
续表1：
内力组合
恒载×1.2
+活载×1.4
恒载×1.2+0.9×（活载×1.4
+风载×1.4）
左风
右风
左风
右风
M
V
M
V
M
V
-35.29
83.46
-31.12
82.24
-37.72
79.92
68.90
-2.27
67.67
-3.34
65.93
-1.02
-20.2
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