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框架结构设计

第一章：

工程概况和结构设计方案

2.1工程概况

2.1.1设计依据：

（一）工程设计使用年限：

本工程设计使用年限为50年。

（二）自然条件：

1.基本风压：

Wo（KN.m）=0.45

2.地面粗糙程度：

B类。

3.基本雪压：

0.65KN/m2o

4.工程地质见下表：

表2-1拟建场地工程地质情况

岩土

层名

称

土层深度

（m）

稠

密

度/

风

化

程

度

地基承载力

fak（Kpa）

混凝土预制桩

人工挖孔灌注桩

qsa（kpa）

qpa1（kpa）

qsa（kpa）

qpa2（kpa）

（1）

0~2.0

稍

32

粉质

密

粘土

（2）

2.0~5.0

稍

130

50

粘土

密

（3）

5.0~9.0

可

200

40

粉质

塑

粘土

⑷

9.5〜12.0

硬

180

55

粉土

塑

（5）

12.0~

硬

200

60

3300

粉土

塑

夹粉

砂

地下水情况:

无侵蚀性，最高水位距地表-2.0mo

2.1.2设计要求:

设计地震分组为第I分组，基本地震加

4.5米。

楼盖及屋盖均采用现浇钢筋

（一）本工程主体为钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度为速度为0.10g，场地类别为III类，现浇框架抗震等级为三级。

层高混凝土结构，板厚120mm

（二）设计荷载:

2.2结构设计方案

2.2.1柱网布置

图2-1框架结构的计算简图

图2-2纵向框架组成的空间结构

本方案中，按照纵向的平面框架进行计算。

2.2.2梁柱截面尺寸的初步确定

梁截面尺寸估算

梁截面高度一般取梁跨度的1/12〜1/8进行估算，梁宽取梁高的1/3〜1/2。

由此估算的框架梁

的截面尺寸如下：

主框架梁：

bxh=300mnX750mm

次梁：

bxh=250mnX600mm

表2-2梁截面尺寸（mr）

层次

混凝土强度等级

框架梁

次梁

1~5

C30

300mmx750mm

250mnX600mm

柱截面尺寸估算依据

（一）根据柱的轴压比限值按下列公式计算

1.柱组合的轴压力设计值N=BFgEn

注：

B考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数。

F按简支状态计算柱的负载面积。

由图二可知边柱及中柱的负载面积分别为7.2X3.5和怦和7.2X6.8

m2o

gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似的取12KN/m2

n为验算截面以上的楼层层数。

2.Ac>N/uNfc

fc为混凝土轴心抗压强度设计值，对C30,查得14.3N/mm2。

由公式可得柱截面面积为

1.37.23.5121（052

边柱Ac130778mm

0.916.7

中柱

1.257.26.81210352

Ac244311mm

0.916.7

取截面尺寸：

500mmx500mm

表2-3柱截面尺寸（mn）

层数

混凝土强度等级

bXh

1~5

C35

500mmX500mm

第三章：

结构计算

3.1荷载计算

3.1.1屋面及楼面的永久荷载标准值

屋面（不上人）：

20

厚水泥砂浆找平层

20

X0.02=0.4KN/

m

现浇混凝土屋面板

25

X0.12=3KN/m

40

厚挤塑保温板

0.5

X0.04=0.02KN/

m

40

厚C20细石混凝土

14

X0.04=0.56KN/

m

合计3.98KN/m2

1~4层楼面：

瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）0.55KN/m

120厚钢筋混凝土板25X0.12=3KN/m

合计

3.1.2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

车间楼面活荷载标准值

屋面雪荷载标准值

3.80KN/

n

0.5KN/

n

3.5KN/

0

n

SkrS01.00.65

0.65KNm2

3.1.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算

（一）梁自重

主框架梁：

25

次梁：

25

（二）柱自重

柱

25

抹灰层

17

X0.3X（0.75-0.12）=4.725KN/m

X0.25X（0.6-0.12）=3KN/m

X0.5X0.5=6.25KN/m

X0.01X4X0.5=0.34KN/m

合计

6.59KN/m

（三）墙自重

外墙体为240厚KP1砖，内墙体为240厚加气混凝土砌块。

1.外纵墙自重（KP1砖）

纵墙19

铝合金窗0.35

外墙面帖瓷砖0.5

内墙面20厚抹灰17

X（1-15%）X1X0.24=3.876KN/m

X1.7=0.595KN/m

X（4.5-1.7-0.8）=1KN/m

X0.02X（4.5-1.7-0.8）=0.68KN/m

合计

6.151KN/m

2.内墙自重及横墙自重

抹灰厚（两侧）

5.5X（4.5-0.6）=5.148KN/m

17X（4.5-0.6）=2.652KN/m

合计

7.8KN/m

3.女儿墙自重

墙重及压顶重19X（1-15%）X0.9X0.24+25X0.24X0.3=5.676KN/m

外帖瓷砖0.5X1.2=0.6KN/m

水泥粉刷内面0.36X1.3=0.468KN/m

合计6.744KN/m

3.2框架内力计算

3.2.1采用结构设计软件PKPMft行计算

（一）执行PMCADfc菜单1,输入结构的整体模型

首先。

根据建筑平、立、剖面图输入轴线。

结构图中尺寸是指中心线尺寸，而非建筑平面图中的外轮廓尺寸，根据上一层建筑平面的布置，在本层结构平面图中适当增设次梁，只有楼层板、梁、柱等构件布置完全一样（位置、截面、材料），并且层高相同时，才能归并为一个结构标准层。

再估算（主、次）梁、板、柱等构件截面尺寸，并进行构件定义。

对于梁，抗震规范第6.3.6条规定

宽度200mm主梁高度取跨度的1/8〜1/12，宽度取高度的1/3〜1/2;次梁的高度取跨度的1/12〜1/16,宽度取高度的1/3〜1/2。

对于框架柱，抗震规范第6.3.1条规定，矩形柱长和宽都要大于300mm同时控制柱的轴压比。

对于板，单向板楼板厚取跨度的1/40〜1/45，且大于60mm双向板楼板厚取跨度的1/50〜1/45，且大于80mm

接着选择各标准层进行梁、柱构件布置。

柱只能布置在节点上，主梁只能布置在轴线上，考虑外轮廓平齐采取偏心。

然后在荷载定义下输入楼、屋面恒、活荷载

最后根据建筑方案，将各结构标准层和荷载标准层进行组装，形成结构整体模型，并且确定总信息、

地震信息、风荷载信息等等。

（二）执行PMCADfc菜单2,布置次梁楼板

此处次梁是指未在主菜单1布置过的次梁，对于已将其当作主梁在主菜单1布置过的梁，不得重复布

置。

对楼梯间进行全房间开洞，对个别房间板厚发生变化的，按照设计实际作局部修改，对有悬挑板的梁上布置悬挑板。

根据实际情况需要，拷贝前层的楼板开洞、修改板厚、设悬挑板、次梁布置等信息。

（三）执行PMCADfc菜单3,输入荷载信息

对个别房间进行楼面荷载修改，如板厚有变化的房间的楼面恒载、厕所的楼面恒载及门厅、走道、楼梯间的楼面活荷载等。

对梁承受的非板传来的荷载（如填充墙等）进行输入，注意，对梁承受填充墙荷载的需考虑窗洞、楼梯间全房间开洞的须根据实际情况计算梯段传至楼层梯梁的均布恒（活）载、梯段及休息平台经平台梯梁（梯柱）传至下层框架梁的集中恒（活）载。

程序能对梁的自重、板的导荷进行自动计算，这些荷载都不能在此处重复计算，荷载的输入是指程序不能计算和导算的外加荷载，一定要根据实际情况进行计算输入，不得多输，更不能漏掉荷载。

此外，根据实际情况选择前面已经布置好的任意一层作荷载拷贝，还可根据实际情况选择是否拷贝楼面荷载、梁间荷载、节点荷载等信息。

（四）ST—8计算

对所建模型进行导荷及配筋，根据实际情况调整软件的各种参数，以符合实际情况及安全保证，如果

先前所建模型不满足要求，就可以通过计算出的各种图形看出，可以通过对计算出的受力图，内力图，弯

矩图等等对电算结果进行分析，找出模型中的不足并加以调整，反复至电算结果满足要求为止。

322纵向框架侧移刚度计算纵梁线刚度（D值法）

表2-4纵梁线刚度ib计算表

类别

层

次

Ec

（Nmm-2）

bh

（mmmm）

1。

（mm4）

L

（mm）

EJ°/L

（Nmm）

1.5EJ°/L

（Nmm）

2EJ°/L

（Nmm）

纵梁

1~5

3.0104

300X750

10

1.05510

7200

10

4.39610

10

6.59410

10

8.79210

表2-5柱线刚度ic计算表

层

次

hc

（mm）

Ec

（Nmm-2）

bh

（mmmm）

Ic（mm4）

EcIc/hc（Nmm）

1~5

4500

3.15104

500X500

9

5.208109

3.6461010

柱的侧移刚度D值按下式计算：

12i—

Dch2。

根据梁柱线刚度比K的不同，柱可分为中框架中柱和边柱、

边框架中柱和边柱等，计算结果如下：

-1

表2-6（BCDEF列）中框架柱侧移刚度D值（Nmm）

层

次

B-1

B-7（9根）

中柱（24根）

B-2

K

c

Di1

K

c

Di2

K

c

Di3

K

c

2~5

1.809

0.475

10263

2.411

0.547

11818

4.823

0.707

15275

4.22

0.68

1

1.809

0.606

13090

2.411

0.660

14260

4.823

0.780

16853

4.22

0.76

层

次

A-1

A-7（3根）

A-2

A3（9根）

K

c

Di1

K

c

Di2

K

c

Di3

K

c

Di4

2~5

1.206

0.376

8124

1.809

0.475

10263

3.014

0.601

12985

3.62

0.64

13914

1

1.206

0.532

11494

1.809

0.606

13090

3.014

0.701

15146

3.62

0.73

15837

层次

中框架Di

边框架Di

2~5

497874

177124

00

将上述不同情况下同层框架侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度Di，见下表

层次

1

2

3

4

5

Di

7354

998

674998

674998

表2-8

各层层间侧移刚度Di

由表可见，D1/D2735401/6749981.0890.7，故该框架为纵向向规则框架。

#算法举例：

（BCDEF列）中框架柱侧移刚度D值

（底层）

£亦1.B

K=6.594/3.646=1.809ac=（0.5+K）/（2+K）=0.606

102

Di1=acx12Xic/h2=0.606X12X3.646X10/5400=13090

2.B-7C-1C-7D-1D-7E-1E-7F-1F-7（9根）

K=8.792/3.646=2.411ac=（0.5+K）/（2+K）=0.660

Di2=acX12Xic/h2=0.660X12X3.646X1010/54002=14260

3.中柱（D-6）

K=（8.792+8.792）/3.646=4.823ac=（0.5+K）/（2+K）=0.780

Di3=acX12Xic/h2=0.780X12X3.646X103/5400=16853

自7勺m

8.79?

3646

4.B-2

K=（8.792+6.594）/3.646=4.220ac=（0.5+K）/（2+K）=0.606

22心79Di4=acx12Xic/h2=0.759X12X3.646X曲/5刖=16399

Di=13090+14260X9+16853X24+16399=562301

（2~5层）

3B-1

K=6.594/3.646=1.809ac=K/（2+K）=0.475

B.792

K=8.792/3.646=2.411ac=K/（2+K）=0.547

Di2=

acx12xic/h

=0.547

X12x3.646

X1010/4500

ac=K/（2+K）=0.678

=11818

3中柱（D-6）

K=（8.792

X2）/3.646=4.823

ac=K/（2+K）=0.707

Di3=

2

acX12Xic/h

8-7^28.792

4CO

=0.707

X12X3.646X10/4500

=15275

£792B79?

3B-2

K=（8.792+6.594）/3.646=4.220

Di=10263+11818X9+15275X24+14649=497874

（AG列边框架柱侧移刚度D值

底层

1.

（A-1）

Di1=

4.396

3.646

2.

（A-7,G-1,G-73根）

3.

6.594

3.646

3.（A-2）

6.594

4.396

3.646

4.（A3~6,G2~69根）

K=（6.594+6.594）/3.646=3.617ac=（0.5+K）/（2+K）=0.733

2102

Di3=acX12Xic/h=0.733X12X3.646X10/5400=15837

6.594

6.594

3.646

Di=11494+13090X3+15146+15837X9=173100

2~5层:

1.（A-1）

K=（4.396+4.396）/（2X3.646）=1.206ac=K/（2+K）=0.376

102

Di1=acx12Xic/h2=0.376X12X3.646X10/4500=8124

4.396

3.6464.396

2.（A-7,G-1,G-73根）

K=（6.594+6.594）/（2X3.646）=1.809ac=K/（2+K）=0.475

102

Di2=acx12Xic/h2=0.475X12X3.646X10/4500=10263

6.594

3.646

6.594

3.（A-2）

K=（6.594+4.396）/（3.646）=3.014ac=K/（2+K）=0.601

102

Di3=acX12Xic/h2=0.601X12X3.646X10/4500=12985

4.396

3.646

4.3966.594

4.（A3~6,G2~69根）

K=（6.594+6.594）/（3.646）=3.617ac=K/（2+K）=0.644

102

Di4=acX12Xic/h2=0.644X12X3.646X10/4500=13914

L

6.5946.594

6.594

3.646

6.594

Di=8124+10263X3+12985+13914X9=177124

3.2.3重力荷载代表值的计算

（一）屋面及楼面可变荷载标准值

1.屋面永久荷载标准值3.98KN/

2.楼面永久荷载标准值3.80KN/

（二）屋面及楼面可变荷载标准值

1.不上人屋面均布活荷载标准值

2.

nr

m

0.5KN/

m

3.5KN/

m

车间楼面活荷载标准值

3.屋面雪荷载标准值

Sk

rS0

1.00.65

0.65KN

（三）墙，门窗重力荷载计算：

1.外墙240KP1砖19X（1-15%）=16.15KN/m3外墙面瓷砖0.5KN/n,外墙面20厚抹灰，则外墙单位墙面的重力荷载为：

0.5+0.24X16.15+17X0.02=40716KN/m2

2.内墙240厚加气混凝土砌块（5.5KN/m3）双面抹灰各20mm则内墙的重力荷载为：

5.5X0.24+17X0.02X2=2KN/m

3.铝合金门窗单位面积的重力荷载为：

0.35KN/m

4.梁柱计算：

梁柱重力荷载计算：

表2-9梁柱重力荷载计算表

层次

构件

bXh

Y

（KN/m3）

3

g

（KN/m）

Li

（m）

N（根）

Gi（Kn）

Gi（Kn）

横梁

1

300X750

25

1.05

5.906

6.1

35

1260.9

横梁

300X750

25

1.05

5.906

6.5

7

268.72

2

纵梁

300X750

25

1.05

5.906

6.7

42

1661.9

1~5

横次

250X600

25

1.05

3.938

6.175

30

729.52

4079

梁1

横次

250X600

25

1.05

3.938

6.575

6

155.35

梁2

柱

500X500

25

1.10

6.857

4.5

49

1515.938

（四）各层墙（外墙）自重标准值计算:

1.女儿墙重：

总长L=（43.2+40）X2=166.4m

总重Gk1=6.744Kn/mX166.4m=1122.2KN

2.标准层墙重：

总长L=166.4-24X5=154.4m

总重Gk1=6.151Kn/mX154.4m=949.71KN

（五）板重力荷载标准值：

表2-10板重力荷载标准值计算表

层数

板面积（m）

gk（KN/m）

Gki/KN

刀Gi/KN

1~5

楼面

1627.74

3.8

6185.41

6306.37

楼梯

25.2

4.8

120.96

屋面

1728

3.98

6877.44

6877.44

（六）各层自重标准值的计算：

3.顶层（墙+梁+板+柱）

G=14544.76+0.65X1728X0.5=15106.36KN

（八）等效总重力荷载代表值的计算：

本设计抗震设防烈度7度，设计地震分组为第一组，场地类别为III类，差得Tg=0.45s，

0.08s，取阻尼比为0.05。

结构的总重力荷载代表值为：

n

Gi=15517.22+15992.08X3+15106.36=78599.82KN

i1

结构的等效总重力荷载代表值为：

n

Gq=0.85Gi=66809.847KN

i1

图2-3荷载示意图

3.2.4纵向水平地震作用下框架的内力计算

（一）结构顶点假象位移的计算

（一）表2-11结构顶点假象位移的计算表

层次

G（KN）

V（KN）

刀Di（N/mn）

△Ui（mrn

Ui（mm

5

15106.36

15106.36

674998

22.4

344.5

4

15992.08

31098.44

674998

46.1

322.1

3

15992.08

47090.52

674998

69.8

276

2

15992.08

63082.6

674998

99.3

206.2

1

15517.22

78599.82

735401

106.9

106.9

1.基本自振周期T1（s）可按下式计算：

T1=1.70T（uT）1/2

注：

uT假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值Gi作为水平荷载而算得的结构顶点位移。

0T结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，取0.6。

uT按以下公式计算：

VGi=EGk

（△u）i=VGi/刀Dij

uT=》（△u）k

主：

刀Dij

为第i

层的层间侧移刚度。

（△u）

i为第

i层的层间侧移。

（△u）

k为第

k层的层间侧移。

s为同层内框架柱的总数。

T1=1.7XTut=1.7X0.7XV0.3445=0.70s

2.水平地震作用及楼层地震剪力的计算：

0.9

0.9

Tg

0.45Ccccc

.=

1max

X0.08=0.054

T1

0.70

n

n

FEK=1Geq=

1X0.85XGi=0.054X66809.847=3607.73KN

i1

i1

由于1.4Tg=1.4X0.45=0.63s

按规范查的n=0.08T1+0.01=0.066.

F5=0.066X3607.73=238.11KN

各质点水平地震作用按下式计算：

GiHi

Fi=p—Fek（1-n）

GiHi

i1

表2