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混凝土和砌体结构设计课程设计

多层框架结构设计

指导教师：

张蕾春

班级：

11土木

（2）班

学生姓名：

施迎宁

学号：

Xf11220222

设计时间：

2014.5.7-6.5

浙江理工大学科技与艺术学院建筑系

混凝土和砌体结构设计课程设计

一、目的

掌握现浇多层框架结构方案布置、荷载分析、框架结构内力分析、内力组合、框架梁、柱和节点设计。

通过该课程设计，能综合运用结构力学和钢筋混凝土基本构件的知识，掌握结构设计的基本程序和方法。

二、设计任务

1.工程概况

本工程为钢筋混凝土框架结构体系，共三层，层高3.6m，室内外高差为

0.45m，基础顶面至室外地面距离0.5m。

框架平面柱网布置见图1所示，选择典型一榀框架进行计算。

框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇。

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3600

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2.设计资料

（1）气压条件

基本雪压0.3kN/m2，基本风压0.4kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

不上人屋面，屋面活荷载0.5kN/m2。

（2）抗震设防：

不考虑抗震设防

（3）主要建筑做法：

构件尺寸：

梁：

250X550柱：

600X600

屋面做法：

20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm,120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡，20mm厚水泥砂浆找平层，4mm厚SBS卷材防水层。

楼面做法：

20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm，30mm厚水磨石面层。

梁柱表面采用20mm厚抹灰。

（4）荷载取值：

钢筋砼容重25kN/m3,水泥膨胀珍珠岩砂浆15kN/m3,水泥砂浆容重20kN/m3，石灰砂浆容重17kN/m3，SBS卷材防水层0.30kN/m2,水磨石自重0.65kN/m2。

恒载分项系数为1.2，活荷载3.5kN/m3,分项系数1.4。

（5）材料：

混凝土强度等级为C30。

受力钢筋采用三级钢。

根据地质资料，确定基础顶离外地面为500mm由此求得底层层高为4.55m。

各梁柱构件的线刚度经计算后列于图中。

其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取1=210（I。

为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

ABCD跨梁：

i=2Ec0.250.553/5.4=1.2810‘Ec（m3）

BC跨梁:

i=2Ec—0.250.553/2.^2.910^Ec（m3）

..I333

上部结构各层柱：

i二Ec0.60.6‘/3.6=310Ec（m3）12

底层柱：

i=Ec丄0.60.63/4.55=2.3710^Ec（m3）

1,2

2,9

1.2

2.9

1.2

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2,37

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2.37

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2.3Z

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结构计算简图

图中数字为线刚度，单位：

1.2

X10"氏m3

三、荷载计算

1、恒荷载计算

（1）屋面框架梁线荷载标准值:

20mn厚板底抹灰:

90mn厚的钢筋混凝土板:

120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡:

20mn厚水泥砂浆找平层:

■—

s£

2,375

0.0217=0.34kN/m2

0.0925二2.25kN/m2

0.1215二1.8kN/m2

0.0220二0.4kN/m2

0.3kN/m2

屋面恒荷载：

5.09kN/m

4mn厚SBS卷材防水层:

框架梁自重：

0.25（0.55-0.09）25=2.875kN/m

梁侧粉刷：

2（0.55-0.09）0.0217=0.313kN/m

3.19kN/m

因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：

g3AB1=g3CD1=g3BC1=3.19kN/m

g3AB2二g3CD2=5.093.6=18.324kN/m

g3BC2=5.092.4=12.216kN/m

（2）楼面框架梁线荷载标准值

20mn厚板底抹灰：

0.0217二0.34kN/m2

90mn厚的钢筋混凝土板：

0.0925二2.25kN/m

30mm厚水磨石面层：

0.65kN/m

楼面恒荷载：

3.24kN/m

框架梁自重及梁侧粉刷：

3.19kN/m

因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为:

gAB1二gBC1二gcD1二3.19kN/m

gAB2二gCD2=3.243.6=11.664kN/m

gBC2=3.242.4=7.776kN/m

边柱连系梁自重：

0.25（0.55-0.09）7.225=20.7kN

粉刷：

0.02（0.55-0.09）7.2217=2.252kN

边柱连系梁传来屋面自重：

1.81.85.09/2=16.491kN

边柱次梁自重：

20.25（0.55-0.09）5.4257.594kN

粉刷：

0.02（0.55-0.09）5.4217二1.652kN

（3）屋面框架节点集中荷载标准值

顶层边节点集中荷载:

G3A二G3D

二48.962kN

粉刷：

2.525kN

中柱连系梁传来屋面自重：

-1（3.6-1.2）1.211.25.09=10.99

0.53.63.6/25.09=16.491kN

顶层中节点集中荷载：

G3b=G3c=50.433kN

楼面框架节点集中何载标准值

边柱连系梁自重：

0.3（0.6-0.1）7.225=27kN

粉刷：

0.02（0.6-0.1）7.2217=2.448kN

边柱连系梁传来楼面自重：

2.71.83.24=15.746kN

框架柱自重：

0.60.6253.6=32.4kN

粉刷：

0.020.643.617=2.94kN

顶层边节点集中何载：

G3A=G3D=74.311kN

中柱连系梁自重：

20.7kN

粉刷：

2.525kN

中柱连系梁传来屋面自重：

一

〔3.63.6-2.411.23.24二9.331kN

—3.61.83.24=10.498kN

框架柱自重：

32.4kN

粉刷：

2.94kN

顶层中节点集中荷载：

Gb二Gc二78.394kN

中柱连系梁自重:

20.7kN

（5）恒荷载作用下的结构计算简图

苗乂0一LjJYEG

2、

（1）

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上戸门沖戸仃仏丄19仃口丄1?

吕仃丄

3才an£J

恒荷载作用下的结构计算简图

活荷载计算

屋面活荷载计算

活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为:

P3AB=P3CD-0-536-1.8kN/m

P3bc=0.52.4=1.2kN/m

_111

P3A=P3D（2.72.7-1.8）1.8?

3.61.80.52=6.48kN

F3b二F3C=6.48—（3.6-1.23.6）1.20.52=10.08kN

（2）楼面活荷载计算

活荷载作用在楼面上的线荷载为：

Pab二pCD=3.53.6=12.6kN/m

pBC=3.52.4=8.4kN/m

PA二PD二6.483.52=45.36kN

PB=PC=10.083.52=75.56kN

5）活荷载作用下的结构计算简图

3、风荷载计算

风压标准值计算公式:

因结构高度H-11.9m:

：

30m，可取==1.0；对于矩形平面Js=1.3；Jz可按线性插入法求得。

将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计过程如

表1所示。

表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图所示。

层次

z（m）

%（kN/m2）

A（m）

Pw（kN）

1.0

1.3

11.4

1.0392

0.45

12.96

7.582

1.0

1.3

7.8

0.45

25.92

15.163

1.0

1.3

4.2

0.45

28.08

16.427

风荷载计算表1

15.163KN

1B.427KW

ggI

「e-

5400

.2400

「匚□-

L5400

寸

脯義作用下删枸计算删

四、内力计算

1、恒荷载作用下的内力计算

恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。

计算中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。

梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载。

把梯形荷载转化作等效均布荷载

cL3.61

-r=0.5-

5.43

（1）顶层

g'3边二g3AB1（1一2-i-i）g3AB2

=4.09（1-20.33320.3333）19.224

=19.76kN/m

g3中二g3BC1~g3BC2二4"09；12・816=12.1kN/m

结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。

各杆的固端弯矩为：

M3AB=±g'3边l边=219.765.42=48.02kNm

1212

M3bcg'3中I中12.11.25.81kNm

M3C^1g'3中I中=112.11.22=2.9kNm

顶层弯矩计算。

弯矩分配法计算内力过程如表：

（单位：

kN?

0.488

A-1

23.43

0.511

0.155

0.148

0.697

A-B

-48.02

24.54

B-A

48.02

12.27

B-2

B-C

-5.81

C-B

-2.90

-4.22

-8.44

-8.06

-37.97

34.435

2.06

2.16

1.08

-0.16

-0.75

0.75

25.48

-25.54

52.77

-8.22

-44.53

35.82

顶层分层法弯矩计算结果

（2）中间层

g'边二gAB1（1一2>1-1）gAB2

=4.09（1-20.33320.3333）12.564

=14.33kN/m

g'中二gBC1：

gBC2二4.09：

8.376二9.325kN/m

结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。

各杆的固端弯矩为：

爲'边l边114.335.42=34.82kNm

1212

=1g'中l中

=19.3251.22二4.476kNm

MC^1g'中l中J9.3251.22=2.238kNm6中中6

中间层弯矩计算。

弯矩分配法计算内力过程如表：

（单位：

kN?

n）

0.328

0.344

0.135

0.129

0.607

A-1

A-5

A-B

B-A

B-2

B-6

B-C

C-B

-34.82

34.82

-4.476

-2.238

11.42

11.98

5.99

-2.46

-4.91

-4.69

-22.05

22.05

0.81

0.85

0.43

-0.06

0.26

12.23

-25.45

36.27

-4.75

-26.786

20.072

（3）底层

底层弯矩计算。

弯矩分配法计算内力过程如表：

（单位：

kN?

0.293

0.345

0.362

0.138

0.112

0.131

0.619

A-1

A-5

A-B

B-A

B-2

B-3

B-C

C-B

-34.82

34.82

-4.476

-2.238

10.2

12.01

12.60

6.30

-2.53

-5.06

-4.10

-4.80

-22.68

22.68

0.74

0.87

0.92

0.46

-0.06

-0.05

-0.06

0.28

10.94

12.88

-23.83

36.46

-4.15

-4.86

-27.436

20.722

M/1-

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-1.1:

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_5.47

底层层分层法弯矩计算结果

二次分配不平衡弯矩：

标准层传给顶层的弯矩分配:

0.488

0.511

0.155

0.148

0.697

A-1

A-B

B-A

B-2

B-C

C-B

4.08

-1.58

-1.99

-2.08

-1.04

-0.21

0.41

0.39

1.83

-1.83

0.10

0.11

-0.06

0.009

0.008

0.04

-0.04

2.19

-1.991

-0.681

-1.182

1.87

-1.87

底层、顶层传给标准层的弯矩分配:

0.328

0.344

0.135

0.129

0.607

A-1

A-2

A-B

B-A

B-2

B-3

B-C

C-B

4.29

8.49

-1.62

-2.74

-4.19

-4.40

-2.2

0.445

0.89

0.85

3.98

-3.98

-0.146

-0.153

-0.77

0.01

0.05

-0.05

-0.046

4.154

-4.108

-1.287

-0.76

-1.88

4.03

-4.

标准层传给底层的弯矩分配:

0.293

0.345

0.362

0.138

0.112

0.131

0.619

A-1

A-2

A-B

B-A

B-2

B-3

B-C

C-B

4.08

-1.58

-1.195

-1.408

-1.477

f-0.739

0.16

J0.32

0.26

0.304

1.44

-1.44

-0.05

-0.06

-1.245

3.612

-1.377

-0.419

0.26

-1.276

1.44

-1.44

跨中弯矩计算:

M3ab』19.765.42-226L^089=32.146kNm

M3BC=-12.12.42-42.66一-33.948kNm

M2AB14.335.42-29.55834.98^i9.962kNm

M2bc=19.3252.42-22.75616.042kNm

M1AB」14.335.42-25.20736.04^21.609kNm

M1BC二19.3252.42-25.99619.282kNm

1BC8

匚

框架在恒荷载下的弯矩图

;-.r-1.

剪力计算:

27.67—52.089119.765.42

=48.83kN

5.4

=19.765.4-48.83=57.874kN

-V3CB

-12.12.42

2.4

=14.52kN

29.558-34.98314.335.42

5.4

二37.69kN

=14.335.4-37.69=39.692kN

9.3252.42

=V=2

2CB

2.4

-11.19kN

V1BA

25.207-36.04114.335.42

5.4

-36.68kN

V1AB

=14.335.4—36.68=40.702kN

V1BC

~VICB

19.3252.42

2.4

=11.19kN

轴力计算:

NA3=109.67457.874=167.548kN

NB3-153.05348.8314.52=216.403kN

Na2=167.548115.63939.692=322.879kN

NB2=216.403126.82937.6911.19=392.112kN

NA^322.879115.63940.702=479.22kN

NB1=399.112126.82936.6811.19=567.521kN

L-1.

BC■■■

弯矩调幅:

框架在恒荷载下的梁剪力，柱轴力图

"I.-

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1■I.・

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■■■D

2、活荷载作用下的内力计算

把梯形荷载转化作等效均布荷载。

（1）顶层

23.

P3边二（1-2：

1■'工1）P3AB

=（1-20.33320.3333）1.8

=1.467kN/m

p3BC1.2=0.75kN/m

各杆的固端弯矩

3AB

_12

P3边1边

11.4675.42=3.564kNm

M3bc」P'3中1中二10.751.22=0.36kNm

M3C^^p'3中I；=丄0.751.22=0.18kNm

顶层弯矩计算。

弯矩分配法计算内力过程如表：

（单位：

kN?

）

QQZ1

rOd

予rrnn弋o、J

一

U・a1

\j厂＜

'.....1-、八—7J

/\I'l

L"、一一丿

'■（宀'；rr…-i-—

顶层分层法弯矩计算结果

0.488

0.511

0.155

0.148

0.697

A-1

A-B

B-A

B-2

B-C

C-B

-3.564

3.564

-0.36

-0.18

1.74

1.82

0.91

-0.32

-0.64

-0.61

-2.87

2.87

0.156

0.163

1.896

-1.901

3.834

-0.61

-3.23

2.69

（2）中间层

p'边=（1-2：

i：

i）Pab

=（1-20.33320.3333）12.6

=10.27kN/m

p'中

Pbc

58.4=5.25kN/m

各杆的固端弯矩

Mab

P'边I边

110.275.42=24.96kNm

MBC

P'中l中

二15.251.22=2.52kNm

MCB

P'中I中

15.251.22=1.26kN

中间层弯矩计算。

弯矩分配法计算内力过程如表:

（单位：

kN?

0.328

0.344

0.135

0.129

0.607

A-1

A-2

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