框架结构工程设计.doc

目录1第一章 工程概况及设计依据2一、工程概况2二、设计依据2第二章 结构布置及计算简图2一、底层结构布置图2二、结构计算简图2第三章 荷载统计3一、永久荷载3（一）屋面及楼面的永久荷载标准值3（二）梁自重4（三）每层柱自重6（四）墙体荷载统计6二、可变荷载6三、重力荷载标准值6第四章 内力计算7一、水平地震作用下的内力分析7（一）梁线刚度7（二）柱线刚度8（三）柱的侧移刚度修正系数的计算8（四）计算结构顶点假象侧移9（五）多遇地震时水平地震作用标准值9二、竖向荷载作用下的内力分析10（一） 轴间框架梁 10（二）纵向集中荷载计算11（三）弯矩计算12（四）轴力计算14（五）剪力计算15第五章 内力组合及截面设计16一、内力组合16（一） 框架梁内力组合 16（二）框架柱内力组合17二、截面设计18（一）承载力抗力调整系数RE18（二）框架梁正截面设计19（三）框架梁斜截面强度计算20（四）柱截面设计20（五）结论22第一章 工程概况及设计依据一、工程概况 本工程采用框架结构，为地上二层结构，一层层高5.5m,二层层高7m,室内外高差450mm，抗震设防烈度为7度，框架抗震等级为三级，场地类别为二类，设计地震分组为二组，设计基本地震加速度为0.1，场地特征周期为0.55（s）。二、 设计依据 建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）；建筑结构荷载规范（GB50009-2012）；混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；建筑施工图及建施图中的建筑用料说明表。 第二章 结构布置及计算简图一、底层结构布置图 图2.1平面布置图二、结构计算简图图2.2计算简图第三章 荷载统计一、永久荷载（一）屋面及楼面的永久荷载标准值 上人屋面 顶棚粉刷（30厚水泥砂浆）为： 0.03×20 = 0.60 KN/m² 地砖楼面（40厚）为： 0.04×20 = 0.80 KN/m² 防水层（高分子防水卷材）为： 0.35 KN/m² 找平层（35厚水泥砂浆）为： 0.035×20 = 0.70 KN/m² 保温层（140厚憎水膨胀珍珠岩）为： 0.14×4 = 0.56KN/m² 找坡层（140水泥焦渣）为： 0.14×13 = 1.82 KN/m² 合计 4.83 KN/m² 板厚90mm为： 25×0.09 = 2.25 KN/m² 永久荷载标准值： gk = 7.1 KN/m²楼面顶棚粉刷（20厚水泥砂浆）为： 0.02×20 = 0.40 KN/m² 地砖（10厚）为： 0.55 KN/m²板厚90mm为： 25×0.09 = 2.25 KN/m² 永久荷载标准值： gk = 3.2 KN/m²（二） 梁自重梁1跨度：3.9m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×3.9m=18.3 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×3.9m×2=2.0 KN总重： 20.3 KN 梁2 跨度：7.8m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×7.8m=36.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×7.8m×2=4.0 KN 总重： 40.3 KN 梁3 跨度：9.3m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×9.3m=43.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×9.3m×2=4.8 KN 总重： 48.4 KN 梁4 跨度：9.0 m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×9.0m=42.2 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×9.0m×2=4.6 KN 总重： 46.8 KN 梁5 跨度：3.9 m 拟定截面尺寸：h=600mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.6m×3.9m=14.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.6m×3.9m×2=1.6 KN 总重： 16.2 KN 梁6 跨度：7.8 m 拟定截面尺寸：h=600mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.6m×7.8m=29.3 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.6m×7.8m×2=3.2 KN 总重： 32.5 KN 梁7 跨度：3.9 m 拟定截面尺寸：h=1200mm，b=300mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.30m×1.2m×3.9m=35.1 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×1.2m×7.8m×2=6.4 KN 总重： 41.5 KN 二层空间大，采用井字梁布置梁8 跨度：3.9 m 拟定截面尺寸：h=2000mm，b=450mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.45m×2.0m×3.9m=87.8 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×2.0m×3.9m×2=5.3 KN 总重： 93.1 KN 梁9 跨度：7.8 m 拟定截面尺寸：h=2000mm，b=450mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.45m×2.0m×7.8m=175.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×2.0m×7.8m×2=10.6 KN 总重： 176.2 KN 梁10 跨度：9.3 m 拟定截面尺寸：h=2000mm，b=450mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.45m×2.0m×9.3m=209.3 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×2.0m×9.3m×2=12.6 KN 总重： 221.9 KN 梁11 跨度：9.0 m 拟定截面尺寸：h=2000mm，b=450mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.45m×2.0m×9.0m=202.5 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×2.0m×9.0m×2=12.2 KN 总重： 214.7 KN 梁12 跨度：3.9m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×3.9m=18.3 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×3.9m×2=2.0 KN 总重： 20.3 KN 梁13 跨度：9.3m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×9.3m=43.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×9.3m×2=4.8 KN 总重： 48.4 KN 梁14 跨度：9.0 m 拟定截面尺寸：h=750mm，b=250mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.75m×9.0m=42.2 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.75m×9.0m×2=4.6 KN 总重： 46.8 KN 梁15 跨度：3.9 m 拟定截面尺寸：h=600mm，b=250mm梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.25m×0.6m×3.9m=14.6 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×0.6m×3.9m×2=1.6 KN 总重： 16.2 KN 梁16 跨度：23.4 m 拟定截面尺寸：h=1700mm，b=280mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.28m×1.7m×23.4m=278.5 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×1.7m×23.4m×2=13.5 KN 总重： 292.0 KN 梁17 跨度：22.2 m 拟定截面尺寸：h=1700mm，b=280mm 梁体混凝土自重： 25 KN/m³×0.28m×1.7m×22.2m=264.2 KN 主梁侧20后抹灰： 17 KN/m³×0.02m×1.7m×22.2m×2=25.7 KN总重： 289.9 KN（三） 每层柱自重 根据规范要求进行柱截面估算：h=（1/121/18）H0 取h=695mm b=695mm G底层=0.695m×0.695m×25 KN/m³×5.5m×20=1247.5 KN G顶层= G底层=1247.5 KN（四） 墙体荷载统计 把墙的自重当成线荷载加载在对应的梁上 底层：16.7 KN/m 顶层：4.7 KN/m二、 可变荷载 楼面活载2.0 KN/m² 楼梯处活载加大3.5 KN/m²三、 重力荷载标准值 梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载，计算结果见下表。表3.1重力荷载计算表层次构件b/mh/m (KN/m³)g/( KN/m)L1/mnGi/ KN KN底层边横梁0.250.75251.054.9223.97143.3712112.2267.812460.6999.35228.8739.05221.49中横梁10.250.6251.053.9383.98122.8667.815460.7469.33109.8709.03106.326中横梁20.31.2251.059.453.9136.8557.83221.13柱0.6950.695251.1514.0885.5201549.68二层边横梁10.452.0251.0523.6253.92184.2759824.4797.861105.659.32439.4259.02425.25边横梁20.250.75251.054.9223.9595.9799.3145.7759.0144.298中横梁10.281.7251.0512.49522.2133606.05723.4133800.979中横梁20.250.6251.053.9383.9576.791柱0.6950.695251.1514.0887161577.856第四章内力计算一、 水平地震作用下的内力分析（一）梁线刚度在计算梁线刚度时，考虑楼板对梁刚度的有利影响，即板作为翼缘工作。在工程上，为简化计算，通常梁均先按矩形截面计算某惯性矩I0，然后乘以增大系数。梁采用C35混凝土，Ec=3.15×KN/m² Ic=1/12bh³(m) 在框架结构中，现浇楼面预制楼板，可作为梁的有效翼缘增大梁的有效刚度，减小框架的侧移，为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面边框架取I=1.5Io(Io为梁的截面惯性矩)；对中框架取I=2.0Io 梁线刚度Kb计算过程如下表104表4.1梁线刚度Kb类别层次Ec（KN/m²）b×h(m²)I=1/12bh³(m)L(m)EcIo/L(KN·m)边框架梁1.5EcIo/L(KN·m)中框架梁2.0EcIo/L(KN·m)边横梁底层3.15×0.250×0.7500.00889.33×1044.5×1046×104中横梁1底层3.15×0.250×0.6000.00459.31.5×1042.3×1043×104中横梁2底层3.15×0.300×1.2000.04327.81.7×2.6×3.4×边横梁1二层3.15×0.450×2.0000.39.31×1.5×20×边横梁2二层3.15×0.250×0.7500.00889.33×1044.5×1046×104中横梁1二层3.15×0.280×1.7000.114623.41.5×2.3×3×中横梁2二层3.15×0.250×0.6000.00453.93.6×1045.4×7.2×104（二） 柱线刚度 柱线刚度Kc计算过程如下表表4.2柱线刚度Kc层次hc(mm)Ec（KN/m²）b×h(m²)Ic=1/12bh³(m)Kc= Ec Ic/ hc(KN·m)底层5.53.15×0.69×0.6950.02001.1×二层73.15×0.69×0.6950.02000.9×（三）柱的侧移刚度修正系数的计算表4.3柱侧移刚度修正系数位置边柱中柱简图简图一般层底层固接铰接计算表4.4层次层高柱编号柱根数Kc12/h2楼层D底层5.5181.1×1050.4090.6700.3972.9262.9264.4952120.8180.4681.5334.495二层7.0180.9×101.0830.3510.2450.7740.7742.183283.5440.6391.4092.183（四） 计算结构顶点假想侧移表4.5结构顶点假想侧移层次Gi（KN）（KN）(104 KN)(m)（m）211402.33511402.3352.1830.5220.85713661.90615064.2414.4950.3350.335 按定点位移法计算结构自震周期T1 计算结构地震的等效重力荷载值GeqGeq=0.85 GE =0.85×11402.335KN=9196.98KN对非结构墙，结构自震周期的折减系数=0.8, 则： =1.7×0.8×=1.26s（五）多遇地震时水平地震作用标准值1.结构总的水平地震作用标准值在类场地，7度设防区，设计地震分组为第二组情况下，结构的特征周期Tg和水平地震影响系数最大值为： =0.4s =0.08故地震影响系数： 即=（0.4/1.26）0.9×0.08=0.028结构总的水平地震作用标准值：FEK=×FEK=0.028×9196.98KN=257.52KN2.计算各层的水平地震作用标准值因T1 =1.26>1.4 Tg =0.56，故要考虑顶点附加水平地震作用按底部剪力法求得的基底剪力，若按分配给各层，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层，这种分布基本符合实际。但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果，特别对于周期比较长的结构相差更大。地震的宏观震害也表明，结构上部往往震害很严重。因此，引入（顶部附加地震作用系数），考虑顶部地震力的加大。考虑了结构周期和场地的影响。且修正后的剪力分布与实际更加吻合。=0.08 +0.01=0.08×1.26+0.01=0.111结构横向总水平地震作用标准值：=257.52KN顶点附加水平地震作用：=0.111×257.52=28.58KN各层横向地震剪力计算见表4.6，表中表4.6各层横向地震作用及楼层地震剪力层次（m）（m）（KN）（KN）（KN）（KN）27.012.511402.335142529.190.632144.69144.6915.55.515064.24182853.330.36884.25228.94二、竖向荷载作用下的内力分析 因为楼板为整体现浇，本板选用双向板，可沿四角点沿45°线将区格分为小块，每个板上的荷载传给与之相邻的梁，板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。图4.1框架结构计算单元等效荷载（一） 轴间框架梁 AB轴间框架梁： 楼面板传荷载： 恒载： 活载： 梁自重：4.922KN/mAB轴间框架梁均布荷载为：楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载4.922 KN/m+11.89 KN/m =16.81 KN/m 活载板传荷载7.43 KN/m BC轴间框架梁： 楼面板传荷载： 恒载： 活载： 梁自重：4.922KN/m BC轴间框架梁均布荷载为： 楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载4.922 KN/m+11.93KN/m=16.85KN/m 活载板传荷载7.46 KN/m CD轴间框架梁： 楼面板传荷载： 恒载： 活载： 梁自重：4.922KN/m CD轴间框架梁均布荷载为： 楼面板传荷载：恒载梁自重板传荷载4.922 KN/m+9.36KN/m=14.28KN/m 活载板传荷载5.85 KN/m（二） 纵向集中荷载计算A轴柱纵向集中荷载计算： 底层柱恒载墙自重梁自重板荷载=底层柱活载板传荷载B柱纵向集中力计算：底层柱恒载=墙梁自重板传荷载=底层活载板传荷载=C柱纵向集中力计算：底层柱恒载=墙梁自重板传荷载=底层活载板传荷载=D轴柱纵向集中荷载计算： 底层柱恒载墙自重梁自重板荷载=底层柱活载板传荷载框架柱自重：柱自重： 底层：0.695m×0.695m×25×5.5m=67.38KN（三） 弯矩计算图4.2竖向受荷总图注：1.图中各值的单位为KN2.图中数值均为标准值3.图中括号数值为活荷载图4.3恒载作用下的受荷简图根据梁，柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数 分配系数如下A柱： B柱： C柱： D柱： 恒荷载作用下框架可按下面公式求得： 故： 活荷载作用下框架的内力计算 梁端的固端弯矩可按下面的方法求得； 故： 恒载作用下的弯矩图4.4恒载作用下弯矩分配法计算活载图4.5活载作用下弯矩分配法计算（四） 轴力计算 1.恒载作用下框架的轴力计算 2.活载作用下框架的轴力计算 （五）剪力计算 1.荷载作用下的弯矩剪力计算梁： 柱： 2.恒载作用下的剪力计算 （1）梁的剪力计算 （2）柱的剪力计算 3.活载作用下的剪力计算（1）梁的剪力计算 （2）柱的剪力计算 第五章 内力组合及截面设计一、内力组合（一） 框架梁内力组合在恒载和活载作用下，跨间可以近似取跨中的代替式中：、梁左、右端弯矩跨中若小于应取 在竖向荷载与地震组合时,跨间最大弯矩采用数解法计表5.1梁的内力组合位置内力竖向荷载组合恒载活载1.2+1.4AM-93.3-41.23-169.68Q183.3881.28333.85B左M123.1754.46224.05Q32.0914.4158.68B右M-134.91-59.89-245.74Q193.7184.31350.49C左M95.8141.85173.56Q37.0117.4568.84C右M-32.09-13.77-57.79Q49.0220.3087.24DM-10.253.91-6.84Q6.682.5111.53跨中62.4627.39113.3066.8148.28147.765.982.2810.37（二）框架柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面，框架柱内力组合表如表5.3所示。（考虑计算截面以上各楼层可变荷载不是同时满布而对楼面均布可变荷载进行这件，这件系数如表5.2所示）。表5.2 折减系数墙柱、基础计算截面以上层数12-45计算截面以上各楼层可变荷载总和的折减系数1.0 0.850.7表5.3柱的内力组合位置内力竖向荷载组合恒载活载1.2+1.4A柱M25.5311.28546.44Q-4.75-2.1-8.64N305.5263.74455.86B柱左M-0.605-0.245-1.07Q-4.25-2.1-8.04N468.83210.86857.8B柱右M-0.605-0.245-1.07Q-11.79-2.71-17.94N468.83210.86857.8C柱左M-32.12-14.65-59.05Q-11.79-2.71-17.94N311.60149.06582.60C柱右M-32.12-14.65-59.05Q-6.25-2.84-11.48N311.60149.06582.60D柱M-2.28-0.97-4.09Q-6.25-2.84-11.48N181.6623.77251.27二、 截面设计（一） 承载力抗力调整系数RE 考虑地震作用时,结构构件的截面采用：/RE的表达式式中： RE承载力抗力调整系数，取值见表5.4；地震作用效应与其它荷载效应的基本组合；结构构件的承载力。注意在截面配筋时，组合表中地震力组合的内力均应乘以RE后再与静力组合的内力进行比较，挑选出最不利组合。表5.4 承载力抗震调整系数RE材料结构构件受力状态钢筋混凝土梁受弯0.75轴压比小于0.15的柱偏压0.75轴压比不小于0.15的柱偏压0.80抗震墙偏压0.85各类构件受剪、偏拉0.85（二）框架梁正截面设计选二层梁AB计算，其他梁的计算类似。混凝土强度等级为C35，=16.7N/mm2, ,纵筋为B级, =310 N/mm2，箍筋为A级，=210 N/mm2 计算截面如图5.1所示。 图5.1 梁计算截面示意图梁AB：净跨度=9000mm，截面尺寸b×h=250mm×700mm，该梁承受均布荷载，其中永久荷载标准值=16.18KN/m，永久荷载分项系数=1.2,可变荷载标准值=7.43KN/m，可变荷载分项系数=1.4；混凝土强度等级为C35，钢筋HRB335。最大弯矩设计值为：=1.0×(1.2×1/8×16.18KN/m×92m2+1.4×1/8×7.43KN/m×92m2)=301.91×106 KN.m 取=40mm，h0=h-=700mm-40mm=660m=301.