某多层混凝土框架工业厂房结构设计.doc

某多层混凝土框架工业厂房结构设计1、工程概况该工程为五层某工业厂房3#楼，主为现浇钢筋混凝土框架结构，建筑物共5层，底层层高6.0m，标准层层高4.4m，女儿墙高1.5m，总高度27.2m，室内外高差0.150m。抗震设防烈度7度，地震分组第一组，II类场地土；基本风压0.45KN/m2，雪荷载标准值0.15KN/m2；楼面均布活荷载标准值3.5KN/m2，屋面为上人屋面活荷载标准值取2KN/m2，混凝土采用C30，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2，弹性模量Ec=3104N/mm2，等效矩形应力图形系数1=1.0，1=0.8；箍筋HPB235级钢筋fy=210N/mm2，HRB335级钢筋，fy=fy=300N/mm2，b=0.55。进行框架结构设计。2、手工计算该工程为某浇现钢筋混凝土框架结构工业厂房3#楼。2.1设计说明框架布置对称，建议取其中一榀框架作为计算单元进行计算。图2-1 结构平面柱网尺寸2.1.1房间各部分高度层高和净高：底层层高6.0m；标准层层高4.4mm；女儿墙高1.5m室内外高差：0.15m2.1.2屋面构造说明（从上到下）面层：屋面防水、保温、隔热层现浇楼面层：100厚2.1.3楼面构造说明（从上到下）面层：水磨石面层现浇楼面层：100厚2.1.4墙体说明墙体采用粉煤灰空心砌块240厚墙体层2.1.5女儿墙女儿墙240厚，高1.5m2.2框架计算简图及梁柱截面尺寸图2-2 结构轴线尺寸框架布置对称，现取其中一榀框架作为计算单元，单元宽度2.65m。2.2.1恒荷载标准值Gk屋面荷载屋面防水、保温、隔热 2.91KN/m2现浇楼面 250.1=2.5KN/m2合计 5.41KN/m2楼面荷载面层 0.65KN/m2现浇楼面 250.1=2.5KN/m2合计 3.15KN/m2框架梁自重主梁h=（1/121/8）l=667mm1000mm 取h=750mmb=（1/31/2）h=250mm375mm 取b=300mm 250.30.75=5.63KN/m次梁h=（1/181/12）l=444mm667mm 取h=500mmb=（1/31/2）h=167mm250mm 取b=250mm 250.250.5=3.13KN/m梁顶线荷载屋面梁 5.412.65+5.63=19.97KN/m楼面梁 3.152.65+5.63=13.98KN/m2.2.2竖向活荷载标准值Qk屋面活载雪荷载 0.15KN/m2屋面均布活荷载（上人屋面） 2.00KN/m2屋面梁活载 2.002.65=5.30KN/m楼面活载根据设计任务，楼面活荷载标注值取 3.50KN/m2楼面梁活荷载 3.502.65=9.28KN/m2.2.3风荷载标准值k基本风压为0.45KN/m2，风荷载体型系数迎风面为0.8，被风面为-0.5，综合为s=0.8-（-0.5）=1.3，风压高度系数按B类地区，房屋高度小于30m，取z=1.0。表2-1 风压高度系数表离地高度/m510152030z111.141.251.42作用于各楼层处的集中风压荷载标准值Fwk=zsz0Bh，z按內差法取值，计算结果如下。5层：z5=（1.42-1.25）（23.75-20）/（30-20）+1.25=1.31Fw5k=1.01.31.310.452.65（4.4/2）=4.47KN4层：z4=（1.25-1.14）（19.35-15）/（20-15）+1.14=1.24Fw4k=1.01.31.240.452.654.4=8.46KN3层：z3=（1.14-1）（14.95-10）/（15-10）+1=1.14Fw3k=1.01.31.310.452.654.4=7.78KN2层：z2=（1.14-1）（10.55-10）/（15-10）+1=1.02Fw2k=1.01.31.020.452.654.4=6.96KN1层：Fw1k=1.01.310.452.65（6+4.4+0.15/2）=8.18KN2.2.4初估梁柱截面尺寸梁截面尺寸 bh=300mm750mm（主）bh=250mm500mm（次） 柱截面尺寸 bh=700mm700mm2.2.5梁柱线刚度及柱抗侧移刚度梁、柱截面惯性矩，线刚度（i=EI/L）及D值计算如下。表2-2 梁柱线刚度及柱D值计算表项目柱梁一层柱二三四五层柱边柱內柱外柱內柱边跨中跨截面尺寸bh700700700700700700700700300750300750惯性矩I2.010102.010102.010102.010101.110101.11010跨度h615061504400440080008000线刚度ic9.761049.761041.361051.361054.131044.13104K0.420.850.300.610.380.470.130.23Dij11767145541095919388Dij5264260694注：底层K=ib/ic，其它层K=ib/2ic；底层=(0.5+K)/(2+K)，其它层=K/(2+K)；Dij=12ic/（hj2）图2-3 梁柱线相对刚度2.3框架内力计算2.3.1恒载作用下内力计算梁顶线荷载设计值屋面梁1.219.97=23.96KN/m楼面梁1.213.98=16.78KN/m梁中剪力设计值屋面梁1/223.968=95.84KN楼面梁1/216.788=67.12KN图2-4 恒荷载计算简图恒荷载为对称荷载，利用结构的对称性，取半榀框架进行计算。采用分层计算法计算前，对二层以上各柱线刚度乘以0.9系数。2.3.1.1顶层计算单元图2-5 恒荷载顶层计算单元2.3.1.2中间层计算单元图2-6 恒荷载中间层计算单元2.3.1.3底层计算单元图2-7 恒荷载底层计算单元2.3.1.4恒荷载作用下的内力图将计算单元各层的弯矩图叠加，得出最后的弯矩图，并对节点不平衡弯矩再分配一次；根据弯矩与剪力的关系，算出各杆剪力；根据剪力与轴力的平衡，算出各柱轴力。（1） 弯矩计算表2-3 恒荷载不平衡弯矩二次分配表楼层支座AB杆件号上下右左上下右五层分配系数0.7490.2510.2230.6650.112杆端弯矩97.0-97.0140.3-10.7-129.6不平衡弯矩12.8-0.9弯矩分配-9.6-3.20.20.60.1分配结果100.2-100.2140.5-11.0-129.5四层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩38.338.3-76.695.1-2.6-2.6-89.9不平衡弯矩32.312.8-3.6-0.9弯矩分配-19.3-19.3-6.50.61.81.80.3分配结果51.331.8-83.195.7-4.4-1.7-89.6三层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩38.338.3-76.695.1-2.6-2.6-89.9不平衡弯矩12.812.8-0.9-0.9弯矩分配-11.0-11.0-3.60.30.70.70.1分配结果40.140.1-80.295.4-2.8-2.8-89.8二层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩38.338.3-76.695.1-2.6-2.6-89.9不平衡弯矩12.814.0-0.9-1.0弯矩分配-11.5-11.5-3.80.20.80.80.1分配结果39.640.8-80.495.3-2.7-2.8-89.8一层分配系数0.4680.3740.1580.1460.4340.3470.073杆端弯矩41.933.5-75.495.6-3.1-2.5-90.0不平衡弯矩12.8-0.9弯矩分配-6.0-4.8-2.00.10.40.30.1分配结果48.728.7-77.495.7-3.6-2.2-89.9（2）剪力计算女儿墙自重 80.2481.5=23.04KN主梁自重 250.30.75(8-0.7)=41.06KN次梁自重 250.250.5(8/2)=12.50KN外墙自重4.4m 80.24(8-0.7)4.4=61.67KN外墙自重6.15m 80.24(8-0.7)6.15=86.20KN柱自重4.4m 250.70.74.4=53.90KN柱自重6.15m 250.70.76.15=75.34KN屋面板自重 5.41(2.65+2.7)/24=57.89KN楼面板自重 3.15(2.65+2.7)/24=33.71KN表2-4 梁柱轴力计算表楼层VqVmV总剪力N柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨边柱A中柱BA=BB=CA=-BB=CABB=CN顶N底N顶N底595.895.8-5.0090.8100.995.8295.7349.6514.3568.2467.167.1-1.6065.568.767.1610.3664.2928.3982.2367.167.1-1.9065.269.067.1924.5978.41342.31396.2267.167.1-1.9065.369.067.11238.81292.71756.31810.2167.167.1-2.3064.867.467.11577.21652.62170.42245.7注：V=Vq+Vm，N=V+P图2-8 恒载作用下的框架弯矩（左）剪力（右）图2.3.2活载作用于AB跨下框架的内力计算屋面梁活荷载设计值 1.45.30=7.42KN/m楼面梁活荷载设计值 1.49.28=12.99KN/m将活荷载分跨布置在AB、BC、CD跨，用分层法计算，由于活荷载分布在AB、CD跨时对称，所以只需计算活荷载布置于AB、BC跨即可。图2-9 活荷载作用于AB跨计算简图2.3.2.1顶层计算单元图2-10 活荷载作用于AB跨顶层计算单元2.3.2.2中间层计算单元图2-11 活荷载作用于AB跨中间层计算单元2.3.2.3底层计算单元图2-12 活荷载作用于AB跨底层计算单元2.3.2.4活荷载作用于AB跨的内力图表2-5 活荷载作用于AB跨不平衡弯矩二次分配表楼层支座ABCD杆件号上下右左上下右左上下右左上下五层分配系数0.7490.2510.2230.6650.1120.1120.6650.2230.2510.749杆端弯矩33.4-33.434.7-29.7-5.0-2.21.60.60.2-0.2不平衡弯矩10.6-9.90.30弯矩分配-7.9-2.72.26.61.10-0.2-0.100分配结果36.1-36.136.9-3.3-3.9-2.21.70.50.2-0.2四层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.0670.0670.3990.3990.1350.1440.4280.428杆端弯矩31.831.8-63.664.2-29.6-29.6-5.0-2.31.01.00.30.2-0.1-0.1不平衡弯矩11.110.6-9.9-9.90.50.3-0.10弯矩分配-9.3-9.3-3.12.78.08.01.1-0.1-0.3-0.3-0.100.10分配结果33.633.1-66.766.9-31.5-31.5-3.9-2.41.21.00.20.2-0.1-0.1三层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.0670.0670.3990.3990.1350.1440.4280.428杆端弯矩31.831.8-63.664.2-29.6-29.6-5.0-2.31.01.00.30.2-0.1-0.1不平衡弯矩10.610.6-9.9-9.90.30.300弯矩分配-9.1-9.1-32.78.08.01.1-0.1-0.2-0.2-0.1000分配结果33.333.3-66.666.9-31.5-31.5-3.9-2.41.11.10.20.2-0.1-0.1二层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.0670.0670.3990.3990.1350.1440.4280.428杆端弯矩31.831.8-63.664.2-29.6-29.6-5.0-2.31.01.00.30.2-0.1-0.1不平衡弯矩10.611.6-9.9-10.80.30.400弯矩分配-9.5-9.5-3.22.88.38.31.30-0.3-0.3-0.1000分配结果32.933.9-66.867.0-31.2-32.1-3.7-2.31.11.10.20.2-0.1-0.1一层分配系数0.4680.3740.1580.1460.4340.3470.0730.0730.4340.3470.1460.1580.4680.374杆端弯矩34.928.1-63.063.9-32.5-26.0-5.4-2.51.20.90.40.2-0.1-0.1不平衡弯矩10.6-9.90.30弯矩分配-5.0-4.0-1.61.44.33.40.80-0.1-0.1-0.1000分配结果40.524.1-64.665.3-38.1-22.6-4.6-2.51.40.80.30.2-0.1-0.1表2-6 活荷载作用于AB跨剪力表楼层活荷载/KN剪力计算剪力值57.42VA5MB=0-8VA5-6.89881/2+36.9-36.1=0-27.46VB5MA=0-8VB5+7.42881/2+36.9-36.1=029.78412.99VA4MB=0-8VA4-12.99881/2+66.9-66.7=0-51.94VB4MA=0-8VB4+12.99881/2+66.9-66.7=051.99312.99VA3MB=0-8VA3-12.99881/2+66.9-66.6=0-51.92VB3MA=0-8VB3+12.99881/2+66.9-66.6=052.00212.99VA2MB=0-8VA2-12.99881/2+67.0-66.8=0-51.94VB2MA=0-8VB2+12.99881/2+67.0-66.8=051.99112.99VA1MB=0-8VA1-12.99881/2+65.3-64.6=0-51.87VB1MA=0-8VB1+12.99881/2+65.3-64.6=052.05图2-13 活荷载作用于AB跨框架弯矩（左）剪力（右）图2.3.3活载作用于BC跨下框架的内力计算图14 活荷载作用于BC跨计算简图2.3.3.1顶层计算单元图2-15 活荷载作用于BC跨顶层计算单元2.3.3.2中间层计算单元图2-16 活荷载作用于BC跨中间层计算单元2.3.3.3底层计算单元图2-17 活荷载作用于BC跨底层计算单元2.3.3.4活荷载作用于BC跨的内力图表2-7 活荷载作用于BC跨不平衡弯矩二次分配表楼层支座AB杆件号上下右左上下右五层分配系数0.7490.2510.2230.6650.112杆端弯矩-3.43.48.426.7-35.1不平衡弯矩-0.79.2弯矩分配0.50.2-2.1-6.1-1.0分配结果-3.63.66.329.836.1四层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩-2.0-2.04.09.327.727.7-64.7不平衡弯矩-1.1-0.78.99.2弯矩分配0.80.80.2-2.4-7.2-7.2-1.3分配结果-2.3-1.94.26.929.429.7-66.0三层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩-2.0-2.04.09.327.727.7-64.7不平衡弯矩-0.7-0.79.29.2弯矩分配0.60.60.2-2.5-7.3-7.3-1.3分配结果-2.1-2.14.26.829.629.6-66.0二层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩-2.0-2.04.09.327.727.7-64.7不平衡弯矩-0.7-0.89.210.0弯矩分配0.60.60.3-2.6-7.7-7.7-1.2分配结果-2.1-2.24.36.729.230.0-65.9一层分配系数0.4680.3740.1580.1460.4340.3470.073杆端弯矩-1.9-2.44.310.230.124.0-64.3不平衡弯矩-0.79.2弯矩分配0.30.30.1-1.2-3.7-3.7-0.6分配结果-2.3-2.14.29.035.620.3-63.9图2-18 活荷载作用于BC跨框架弯矩（左）剪力（右）图2.3.4风荷载作用下框架的内力及侧移计算2.3.4.1风荷载设计值（活荷载1.4Tg=0.49，应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加水平地震作用系数为n=0.08T1+0.07=0.111结构总水平地震作用标准值为FEK=1GEQ=0.0860.853595.95=262.7KN可得各层水平地震作用标准值为F1=648.616.15/230.84=17.28KNF2=797.59(6.15+4.4)/230.84=36.45KNF3=723.45(6.15+4.42)/230.84=46.85KNF4=723.45(6.15+4.43)/230.84=60.64KNF5=702.85(6.15+4.44)/230.84=72.31KNF5=nFEK=0.111262.7=29.16KN表2-12 水平地震作用下框架层间侧移计算表位置FjkVjkDij uj相对值限值5101.47101.47606941.71/25881/550460.64162.11606942.71/1630346.85208.96606943.41/1294236.45245.41606944.01/1100117.28262.69526425.01/1230满足侧移要求。（4）水平地震作用下框架内力计算取地震作用分项系数1.3，计算过程同风荷载内力计算。图2-21 水平地震作用下的梁柱相对线刚度表2-13 各层柱D值及各柱剪力V计算表层剪力五层 F5=101.47四层 F4=162.11三层 F3=208.96二层 F2=205.41一层 F1=262.69柱编号A5A4B5B4A4A3B4B3A3A2B3B2A2A1B2B1A1A0B1B0K=ib/2ic0.3020.6040.3020.6040.3020.6040.3020.6040.4200.840=K/(2+K)0.1310.2320.1310.2320.1310.2320.1310.2320.3800.472Dij=12ic/h2j11043195571104319557110431955711043195571176714616Dij6120061200612006120052766Vij=DijFj/Dij18.332.429.351.837.766.844.378.458.672.8表2-14 各层柱反弯点高度yh表项目柱号Ky0Iy12y23y3yh五层A5A40.3020.151.00001.000.66B5B40.6040.301.00001.001.32四层A4A30.3020.251.001.001.001.10B4B30.6040.351.001.001.001.54三层A3A20.3020.401.001.001.001.76B3B20.6040.451.001.001.001.98二层A2A10.3020.501.001.001.40-0.051.98B2B10.6040.501.001.001.40-0.051.98一层A1A00.4200.7500004.61B1B00.8400.6500004.00图2-22 水平地震作用下弯矩与剪力2.3.6重力荷载代表值作用下框架的内力计算屋面梁取屋面恒载和雪荷载的一半的和，楼面梁取恒载和楼面均布活荷载的一半的和。屋面 1.2(5.41+0.50.15)2.65+5.63=24.20KN/m楼面 1.2(3.15+0.53.50)2.65+5.63=22.34KN/m图2-23 重力荷载代表值作用下的计算简图内力采用分层法计算。2.3.6.1顶层计算单元图2-24 重力荷载代表值作用下顶层计算单元2.3.6.2中间层计算单元图2-25 重力荷载代表值作用下中间层计算单元2.3.6.3底层计算单元图2-26 重力荷载代表值作用下底层计算单元2.3.6.4重力荷载代表值作用下的内力图将计算单元各层的弯矩图叠加，得出最后的弯矩图，并对节点不平衡弯矩再分配一次；根据弯矩与剪力的关系，算出各杆剪力；根据剪力与轴力的平衡，算出各柱轴力。表2-15 重力荷载代表值作用下不平衡弯矩二次分配表楼层支座AB杆件号上下右左上下右五层分配系数0.7490.2510.2230.6650.112杆端弯矩98.0-98.0141.7-10.8-130.9不平衡弯矩17.9-1.2弯矩分配-13.4-4.50.30.80.1分配结果102.5-102.5142.0-11.2-130.8四层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩53.653.6-107.2132.3-3.6-3.6-125.1不平衡弯矩32.717.9-3.6-1.2弯矩分配-21.7-21.7-7.20.61.91.90.4分配结果64.649.8-114.4132.9-5.3-2.9-124.7三层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩53.653.6-107.2132.3-3.6-3.6-125.1不平衡弯矩17.917.9-1.2-1.2弯矩分配-15.3-15.3-5.20.31.01.00.1分配结果56.256.2-112.4132.6-3.8-3.8-125.0二层分配系数0.4280.4280.1440.1350.3990.3990.067杆端弯矩53.653.6-107.2132.3-3.6-3.6-125.1不平衡弯矩17.919.5-1.2-1.4弯矩分