一榀框架计算(土木工程毕业设计手算全过程) (1).doc

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一框架结构设计任务书

工程概况：

本工程为成都万达购物广场----成仁店，钢筋混凝土框架结构。

梁板柱均为现浇，建筑面积约为5750m2，宽27米，长为45米，建筑方案确定。

建筑分类为乙类公共类建筑，二类场地，抗震等级三级。

图1-1计算平面简图

设计资料

1）气象条件：

基本风压3155KN/m2

2）抗震设防：

设防烈度7度

3）屋面做法：

20厚水泥砂浆面层

一层油毡隔离层

40厚挤塑聚苯板保温层

15厚高分子防水卷材

20厚1:

3水泥砂浆找平

1:

6水泥焦渣1%找坡层，最薄处30厚

120厚现浇钢筋混凝土板

粉底

4）楼面做法：

8~13厚铺地砖面层

100厚钢筋砼楼板

吊顶

设计内容

1）确定梁柱截面尺寸及框架计算简图

2）荷载计算

3）框架纵横向侧移计算；

4）框架在水平及竖向力作用下的内力分析；

5）内力组合及截面设计；

6）节点验算。

二框架结构布置及结构计算简图确定

梁柱截面的确定

通过查阅规范，知抗震等级为3级，允许轴压比为[μ]=

由经验知n=12~14kn/m2取n=13kn/m2

拟定轴向压力设计值N=n•A=13kn/m2×81m2×5=5265KN

拟定柱的混凝土等级为C30，fc=mm2柱子尺寸拟定700mm×700mm

μ===<[μ]=满足

初步确定截面尺寸如下：

柱：

b×h=700mm×700mm

梁（BC跨、CE、EF跨）=L/12=9000/12=750mm取h=800mm，b=400mm

纵梁=L/12=9000/15=600mm取h=600mm，b=300mm

现浇板厚取h=120mm

结构计算简图

结构计算简图如下：

图2-1结构计算简图

图2-2平面计算简图

三荷载计算：

恒载标准值计算

1）①屋面板恒荷载标准值

20厚1:

3水泥砂浆面层×20=KN/M2

一层油毡隔离层KN/M2

40厚挤塑苯板保温层×=KN/M2

15厚高分子防水卷材M2

20厚1:

3水泥砂浆找平×20=KN/M2

1:

6水泥渣1%找坡层最薄处30厚（+）/2×14=KN/M2

120厚现浇钢筋混凝土板×25=3KN/M2

12厚板底抹灰×20=KN/M2

合计KN/M2

屋面板传递给边柱的集中荷载：

××9=63KN

中柱的集中荷载：

×3×9=

②屋顶次梁恒载标准值

单向板传给次梁的荷载×3=KN/M

次梁自重××25=KN/M

次梁粉刷（）××17×2=KN/M

合计18KN/M

图3-1次梁计算单元及板传力图

③屋顶框架梁所受恒荷载标准值

次梁传给框架梁恒荷载18×9=162KN

④屋顶框架梁重量

梁自重：

×﹙粉刷：

﹙合计M

2）①楼面板恒载标准值

8~13厚铺地砖面层KN/M2

20厚1:

2水泥砂浆结合层×20=KN/M2

120厚钢筋砼楼板×25=3KN/M2

石膏板吊顶KN/M2

合计KN/M2

楼面板传递给边柱的集中荷载：

××9=

中柱的集中荷载：

×3×9=

②2~5层纵向次梁恒载标准值

计算简图见图3

楼面单向板传给纵向次梁恒荷载×3=KN/M

次梁自重×（）×25=M

合计KN/M

③2~5层框架梁所受恒荷载标准值

次梁传递给框架梁恒荷载×9≈150KN

③2~5层框架梁恒载标准值

框架梁自重×（）×25=KN/M

3）四层建在所取一榀框架梁上的填充墙恒荷载标准值

墙自重×（）×≈M

粉刷（）××17×2=M

合计取（因为有构造柱取大点）M

4）柱自重标准值

1~3层柱自重：

××（－）×25＝

大理石贴面：

×4××＝

合计

4~5层柱自重：

××（）×25＝

大理石贴面：

×4××＝

合计

5）外墙自重标准值

5层外墙作用在边柱的集中荷载

墙自重：

×（）××（9-07）=

粉刷：

2××（）×17（）=

合计

4层玻璃幕墙作用在边柱的集中荷载

玻璃幕墙自重：

m2×（）×（）=

2~3层外墙作用在边柱的集中荷载

墙自重：

×（）××（9-07）=

粉刷：

2××（）×17（）=

合计

活荷载标准值计算

1）①屋面板活荷载标准值（不上人）：

M²

②顶层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图2）

×3=M

③框架梁受次梁传递的活荷载标准值

×9=

④屋面板传递给边柱的集中荷载：

××9=

中柱的集中荷载：

×3×9=

2）①5层楼面板活荷载标准值：

5KN/M²

②5层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3）

5×3=15KN/M

③框架梁受次梁传递的活荷载标准值

15×9=135KN

④5层面板传递给边柱的集中荷载：

5××9=

中柱的集中荷载：

5×3×9=135KN

3）①4层楼面板活荷载标准值：

M²

②4层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3）

×3=M

③框架梁受次梁传递的活荷载标准值

×9=

④屋面板传递给边柱的集中荷载：

××9=

中柱的集中荷载：

×3×9=

4）①2~3层楼面板活荷载标准值：

M²

②2~3层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3）

×3=M

③框架梁受次梁传递的活荷载标准值

×9=

④屋面板传递给边柱的集中荷载：

××9=

中柱的集中荷载：

×3×9=

四内力计算

恒荷载作用下的内力计算

刚度计算

梁线刚度：

截面的惯性矩Ib0===17×109mm4

考虑现浇楼板对框架梁截面惯性矩的影响，中框架梁取I中=2Ib0边框架取I边=

i边跨梁=E=28×105E

i中跨梁=E=38×105E

柱线刚度：

截面的惯性矩IC===20×109mm4

i4~5层柱=E=60×105E

i1~3层柱=E=48×105E

取105E值作为基准值1，算得各杆件相对线刚度（见下图）

图4-1梁柱相对线刚度图

图4-2恒载作用下的计算简图

由于分布荷载在梁汇总产生的内力远小于集中荷载，所以将梁的分布荷载近似等效为作用在次梁处的集中荷载，以便于计算。

图4-3恒载等效荷载作用下的计算简图

因为框架对称，且恒荷载为正对称荷载，所以取半榀框架进行计算。

由结构力学梁端弯矩公式得到：

顶层结点弯矩：

MAB=-MBA=-Pa（1-）=×3×（1-）=·M

4层结点弯矩：

MAB=-MBA=-Pa（1-）=213×3×（1-）=-426KN·M

标准层结点弯矩：

MAB=-MBA=-Pa（1-）=×3×（1-）=·M

采用二次弯矩分配法（见下图）

图4-4恒载弯矩分配图

在竖向荷载作用下，梁端截面有较大的负弯矩，设计时应进行弯矩调幅，降低负弯矩，以减少配筋面积。

对于现浇框架，支座弯矩调幅系数为（在内力组合的表中进行梁端调幅计算）

图4-5恒载作用下的框架弯矩图（等效为集中荷载时）

表4-1恒载作用下内力

楼

层

荷载引起的弯矩

弯矩引起的内力

AB跨

BC跨

CD跨

AB跨

BC跨

CD跨

VA

VB

VB

VC

VC

VD

VA

VB

VB

VC

VC

VD

顶层

0

0

5

0

0

4

213

-213

213

-213

213

-213

0

0

3

0

0

2

0

0

楼

层

恒载作用下的剪力

AB跨

BC跨

CD跨

VA

VB

VB

VC

VC

VD

顶

层

5

4

213

-213

3

2

图4-6恒载作用下的框架梁的剪力图

柱轴力包括柱传下轴力和柱自重，恒载作用下的柱轴力见下图。

图4-7恒载作用下柱的轴力图

活荷载作用下的内力计算

活荷载按满跨布置，不考虑活荷载的最不利布置。

此时，求得的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果偏小，故对梁跨中弯矩乘以的增大系数。

梁端弯矩应进行弯矩调幅，乘以调幅系数.在内力组合的表中进行跨中弯矩增大和梁端调幅计算。

方法同恒载作用下的内力计算，计算过程见下图。

图4-8活荷载作用下的计算简图

图4-9活荷载作用下的框架弯矩分配图

图4-10活荷载作用下的框架弯矩图

表4-2活载作用下的内力

楼

层

荷载引起的弯矩

弯矩引起的内力

AB跨

BC跨

CD跨

AB跨

BC跨

CD跨

VA

VB

VB

VC

VC

VD

VA

VB

VB

VC

VC

VD

顶层

0

0

5

135

-135

135

-135

135

-135

0

0

4

0

0

3

0

0

2

0

0

楼

层

活荷载作用下的剪力

AB跨

BC跨

CD跨

VA

VB

VB

VC

VC

VD

顶层

5

135

-135

4

3

2

图4-11活载载作用下的框架梁的剪力图

图4-12活荷载作用下柱的轴力图

地震荷载作用下框架的内力计算

一、水平地震作用标准值的计算

1、框架的抗震等级

由设计需求，抗震设防烈度为7度，房屋高度为<30m，可知该框架的抗震等级为三级。

2、场地和特征周期值

工程场地为Ⅱ类场地，地震设计特征周期值Tg=。

3、重力荷载代表值（取第④轴线的KJL计算各层重力荷载代表值）

对于楼层，重力荷载代表值取全部恒荷载和50%的楼面活荷载。

对于屋顶是不上人屋顶故屋面活荷载不计入。

顶层重力荷载代表值G6

G6恒

=（63+）×2+（+）×2+162×6+×27=

第5层重力荷载代表值G5

G5恒+活

=[++×2++×2+150×6+×27+×4]+×（×2+135×2+135×6）=

第4层重力荷载代表值G4

G4恒+活=[++×2++×2+150×6+×27+×27+×4]+×（×2+×2+×6）=

第3层重力荷载代表值G3

G3恒+活=[++×2++×2+150×6+×27+×4]+×（×2+×2+×6）=

第2层重力荷载代表值G2

G2恒+活=

4、结构自震周期T1

对框架结构，采用经验公式计算:

T1==×5=

5、地震影响系数

由=，T1=，

6、计算水平地震作用标准值（采用底部剪力法计算）因为T1<，故顶部附加地震作用不考虑。

可按下表计算

计算水平地震作用标准值表

二、水平地震作用产生的框架内力

表4-3水平地震作用产生的框架内力

位置

顶层

第5层

第4层

第3层

112

第2层

56

KN·m

1、各柱剪力值及反弯点高度

层数

柱号

反弯点高度y

5

A5

（）60

（）60

B5

（）60

C5

（）60

D5

（）60

4

A4

（）60

（）60

B4

（）60

127

C4

（）60

127

D4

（）60

3

550

A3

（）48

（）48

B3

（）48

C3

（）48

D3

（）48

2

662

A2

（）48

（）48

B2

（）48

C2

（）48

D2

（）48

1

718

A1

（）48

（）48

B1

（）48

C1

（）48

D1

（）48

2、水平地震作用下的框架内力图

求出各柱剪力Vi和该柱反弯点高度yi后，则该柱下端弯矩为Mi=Viyi,上端弯矩为Vi（hi-yi）,再利用节点平衡求出框架梁端弯矩，画出左地震作用下的框架内力图，右地震作用下的框架内力与左地震作用下的反号。

图4-13水平地震（左震）作用下的框架内力图

弯矩图（单位：

KN·m）与梁剪力图（单位：

KN）

图4-14左震作用下的柱剪力图与轴力图（单位：

KN）

五内力组合

框架横梁内力组合：

由于是对称结构，所以只算左跨和中跨，右跨内力与左跨反号。

表5-1KJ4的屋面框架梁（顶层）内力组合表

杆件

截面位置

内力种类

①恒荷载

②活荷载

③重力荷载

④左震

⑤右震

M＋max

M－max

Vmax

组合项

组合值

组合项

组合值

组合项

组合值

AB

A

M

×③+×⑤

①+×②

V

跨中

M

—

—

×①+×②

B左

M

-42

42

①+×②

①+×②

V

BC

B右

M

57

-57

×③+×⑤

①+×②

V

跨中

M

—

—

×①+×②

C左

M

-57

57

×③+×④

①+×②

V

表5-2KJ4的框架梁（5层）内力组合表

杆件

截面位置

内力种类

①恒荷载

②活荷载

③重力荷载

④左震

⑤右震

M＋max

M－max

Vmax

组合项

组合值

组合项

组合值

组合项

组合值

AB

A

M