浅埋式闭合框架结构设计.docx

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浅埋式闭合框架结构设计

浅埋式闭合框架结构设计

结构计算书

班级：

土木（隧道）***

学号：

*********

姓名：

****

第一部分，截面设计

设S为600mm,则有h1=S+h=600+600=1200（mm）,可得

h+S/3=800≤h1=1200,

如右图所示。

图-1截面图

第二部分，内力计算

1计算弯矩M

1.1.结构的计算简图和基本结构如下图。

1.2典型方程

弹性地基梁上的平面框架的内力计算可以采用结构力学中的力法，只是需要将下侧（底板）按弹性地基梁考虑。

图-2计算简图和基本结构

由图-1的基本结构可知，此结构是对称的，所以就只有X1和X2，即可以得出典型方程为：

系数是指在多余力xi的作用下，沿着xi方向的位移，△iP是指在外荷载的作用下沿xi的方向的位移，按下式计算：

δij=δ‘ij+bij

△ij=△’iP+bip

δ’ij=

δij---框架基本结构在单位力的作用下产生的位移（不包括地板）。

bij---底板按弹性

地基梁在单位力的作用下算出的切口处xi方向的位移；

△’iP---框架基本结构在外荷载的作用下产生的位移；

bip---底板按弹性地基梁在外荷载的作用下算出的切口处xi方向的位移。

1.2求δ‘ij和△’iP；

图-3M1

M1=1×Ly=3.4（kNm）

M2=1（kNm）

MP上=1/2×q1×（LX/2）2=79.38（kNm）

MP下=1/2×q1×（LX/2）+1/2×q2×Ly2=229.66（kNm）

M1=-3.4KNMQ10=0

M2=-1KNMQ20=0

MP下-MP上=150.28KN/M

根据结构力学的力法的相关知识可以得到：

I=b*h*h*h/12=0.018

δ’11=

=4.85235x10-5

δ’12=δ’21=

=2.14074x10-5

δ’22=

=2.03704x10-5

Δ1P'=

=-0.003308

Δ2P'=

=-0.001836

δ11'=4.85235x10-5

δ12'=2.14074x10-5

δ21'=2.14074x10-5

δ22'=2.03704x10-5

Δ1P'=-0.003308

Δ2P'=-0.001654

1.3求bij和bip

α=

=0.368894（1/m）

接下来要用弹性地基梁的知识，求的相应的θ值。

对于受x1x2，xp的的情况进行讨论。

φ1λ=chαxcosαx=0.052751

φ2λ=chαxsinαx+shαxcosαx=2.50804

φ3λ=shαxsinαx=2.2475062

φ4λ=chαxsinαx-shαxcosαx=2.411645

以x1=1时为例说明如何求θ。

因为MΛ=-3.4KNM,QΛ=0KN可以求出令两个人未知初始值。

然后根据所有的初始值求出他的M和Q等值。

设A到H为下表的相应数值。

A=bk/2α2=146969.3846B=bk/4α3=199202.7455

C=1D=1/2α=1.355403005

E=bk/2α=54216.12022F=bk/2α2=146969.4

G=-α=-0.36889H=1

这可以得到：

MΛ=Aφ3λy0+Bθ0φ4λ+CM0φ1λ+DQ0φ2λ

QΛ=Ey0φ2λ+Fθ0φ3λ+GM0φ4λ+HQ0φ1λ

这可以得到：

θ0=

=-1.28174x10-5

y0=

=8.89132x10-6

同理可以得到当x2，xp时的θ0和y0。

见下表

y10=8.89132x10-6θ10=1.28174x10-5

y20=2.61509x10-6θ20=3.76984x10-6

Yp0=0.001488652θp0=0.000765

b11=2×Ly×θ10;

b12=b21=2×θ10；

b22=2×θ20；

b1p=2×Lxθp0；

b2p=；2θp0

和

δ11=δ‘11+b11

δ12=δ21=δ‘12+b12

δ22=δ‘22+b22

△1p=△’1P+b1p

△2p=△’2P+b2p

b11=-8.71586E-05δ11=-3.9x10-5

b12=-2.56349E-05δ12=-4.23x10-6

b21=-2.56349E-05δ21=-4.2x10-6

b22=-7.53967E-06δ22=1.283x10-5

b1p=0.006324883Δ1P=0.003016883

b2p=0.0023648Δ2P=0.0005288

1.4求X1和X2，

又有典型方程：

X1δ11+X2δ12+△1P=0，

X1δ21+X2δ22+△2P=0可得，

X1=

=79.0920702

X2=

=-15.3478843

弯矩按叠加法按如下公式计算

M=M1X1+M2X2+MP

M左上=15.3478843+79.38=94.7278843KN/M（外部受拉）

M左下=-3.4*79.0920702+15.3478843+229.36=-24.20515438KN/M（内部受拉）

由对称性可得

M右上=94.7278843KN/M（外部受拉）

M右下=-24.20515438KN/M（内部受拉）

顶部中间叠加弯矩M=q1l2/8=36x4.22/8=79.38KN/M

弯矩图如下

弹性地基梁的Q;

因为Qx=Ey0φ2x+Fθ0φ3x+GM0φ4x+HQ0φ1x,所以可得

Q左=75.6KNQ右=-75.6KN

其他位置剪力按照结构力学截面法结点法求出

结构顶部

Q左上=75.6KNQ右上=-75.6KN

两侧结构

Q左上=-79.17924356KNQ左下=9.219706653KN

Q右上=79.17924356KNQ右下=-9.219706653KN

按照叠加法可得如下剪力图

框架的轴力N;

对于上侧N=q2Ly,

对于两侧N=1/2q2Lx

对于地基N=q2Ly;则有

N上侧=26*3.4=88.4KN

N两侧=26*4.2/2=54.6KN

N地基=26*3.4=88.4KN

得轴力图如下

根据公式Mi=Mp-Qp*b/2求出设计弯矩和设计轴力

第三部分，配筋设计

一、偏心受压构件顶梁配筋计算

（一）、基本信息

执行规范:

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（二）、设计要求

结构安全等级:

二级；重要性系数:

γo=1.0

混凝土强度等级:

C30

钢筋等级:

HRB335

一端弯矩设计值:

M1=72.05（KN-m）

另一端弯矩设计值:

M2=72.05（KN-m）

轴向压力设计值:

N=88.4（KN-m）

矩形截面宽度:

b=1000（mm）

矩形截面高度:

h=600（mm）

受压As'保护层厚度a':

a'=50（mm）

受拉As保护层厚度a:

a=50（mm）

构件计算长度l0:

l0=1000（mm）

（三）、设计参数

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

混凝土C30轴心抗压强度设计值:

fc=14.3（N/mm2）

混凝土C30轴心抗拉强度设计值:

ft=1.43（N/mm2）

受压钢筋HRB335抗压强度设计值:

fy'=300（N/mm2）

（四）、计算过程

（1）判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。

1）判断两端弯矩的比值

M1/M2=72.05/72.05=1.000>0.9

2）构件长细比

lc/i=1000/[1000/（2X1.732）]=3.464<34-12X（M1/M2）=22.000

3）柱的轴压比

N/fcA=N*1000/（fc*b*h）=0.010<0.9

根据以上判断，需要考虑轴力作用下二阶效应对截面偏心距的影响。

（2）调整截面承受的弯矩。

1）附加偏心距ea

偏心距:

ea=20mm>h/30=20.000mm取ea=20mm

2）求构件端截面偏心距调节系数Cm

Cm=1.000>0.7

3）求截面曲率休整系数ζc

ζc=48.529>1.0取ζc=1.0

4）求截面弯矩增大系数ηns

ηns=1.001

5）计算调整后的的弯矩值M

M=72.15KN.m

（3）判断大小偏心受压

初始偏心距ei=e0+ea=M/N+ea=836.192mm

相对受压区高度ξ：

ξ=N/（γ0fcbh0）=0.011

相对界限受压区高度ξb：

ξb=0.550

因ξ<=ξb经判断此构件为大偏心受压构件

e'=587.37

（4）求截面配筋面积As=As'

截面配筋面积As=As'=346.16

二、偏心受压构件侧墙配筋计算

（一）、基本信息

执行规范:

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（二）、设计要求

结构安全等级:

二级；重要性系数:

γo=1.0

混凝土强度等级:

C30

钢筋等级:

HRB335

一端弯矩设计值:

M1=13.086（KN-m）

另一端弯矩设计值:

M2=73.112（KN-m）

轴向压力设计值:

N=54.6（KN-m）

矩形截面宽度:

b=1000（mm）

矩形截面高度:

h=600（mm）

受压As'保护层厚度a':

a'=50（mm）

受拉As保护层厚度a:

a=50（mm）

构件计算长度l0:

l0=1000（mm）

（三）、设计参数

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

混凝土C30轴心抗压强度设计值:

fc=14.3（N/mm2）

混凝土C30轴心抗拉强度设计值:

ft=1.43（N/mm2）

受压钢筋HRB335抗压强度设计值:

fy'=300（N/mm2）

（四）、计算过程

（1）判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。

1）判断两端弯矩的比值

M1/M2=13.086/73.112=0.179<0.9

2）构件长细比

lc/i=1000/[1000/（2X1.732）]=3.464<34-12X（M1/M2）=31.852

3）柱的轴压比

N/fcA=N*1000/（fc*b*h）=0.006<0.9

根据以上判断，不需要考虑轴力作用下二阶效应对截面偏心距的影响。

1）附加偏心距ea

偏心距:

ea=20mm>h/30=20.000mm取ea=20mm

2）求构件端截面偏心距调节系数Cm

Cm=0.754>0.7

3）求截面曲率休整系数ζc

ζc=78.571>1.0取ζc=1.0

4）求截面弯矩增大系数ηns

ηns=1.001

5）计算调整后的的弯矩值M

M=55.15KN.m

（3）判断大小偏心受压

初始偏心距ei=e0+ea=M/N+ea=1030.107mm

相对受压区高度ξ：

ξ=N/（γ0fcbh0）=0.007

相对界限受压区高度ξb：

ξb=0.550

因ξ<=ξb经判断此构件为大偏心受压构件

e'=781.00

（4）求截面配筋面积As=As'

截面配筋面积As=As'=284.28

三、偏心受压构件底梁配筋计算

（一）、基本信息

执行规范:

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

（二）、设计要求

结构安全等级:

二级；重要性系数:

γo=1.0

混凝土强度等级:

C30

钢筋等级:

HRB335

一端弯矩设计值:

M1=22.482（KN-m）

另一端弯矩设计值:

M2=22.482（KN-m）

轴向压力设计值:

N=88.4（KN-m）

矩形截面宽度:

b=1000（mm）

矩形截面高度:

h=600（mm）

受压As'保护层厚度a':

a'=50（mm）

受拉As保护层厚度a:

a=50（mm）

构件计算长度l0:

l0=1000（mm）

（三）、设计参数

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

混凝土C30轴心抗压强度设计值:

fc=14.3（N/mm2）

混凝土C30轴心抗拉强度设计值:

ft=1.43（N/mm2）

受压钢筋HRB335抗压强度设计值:

fy'=300（N/mm2）

（四）、计算过程

（1）判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。

1）判断两端弯矩的比值

M1/M2=22.482/22.482=1.000>0.9

2）构件长细比

lc/i=1000/[1000/（2X1.732）]=3.464<34-12X（M1/M2）=22.000

3）柱的轴压比

N/fcA=N*1000/（fc*b*h）=0.010<0.9

根据以上判断，需要考虑轴力作用下二阶效应对截面偏心距的影响。

（2）调整截面承受的弯矩。

1）附加偏心距ea

偏心距:

ea=20mm>h/30=20.000mm取ea=20mm

2）求构件端截面偏心距调节系数Cm

Cm=1.000>0.7

3）求截面曲率休整系数ζc

ζc=48.529>1.0取ζc=1.0

4）求截面弯矩增大系数ηns

ηns=1.004

5）计算调整后的的弯矩值M

M=22.58KN.m

（3）判断大小偏心受压

初始偏心距ei=e0+ea=M/N+ea=275.411mm

相对受压区高度ξ：

ξ=N/（γ0fcbh0）=0.011

相对界限受压区高度ξb：

ξb=0.550

因ξ<=ξb经判断此构件为大偏心受压构件

e'=26.59

（4）求截面配筋面积As=As'

截面配筋面积As=As'=15.67