多高层课程设计-8层现浇钢筋混凝土框架结构.doc

多高层课程设计-8层现浇钢筋混凝土框架结构 多高层课程设计工程概况某8层现浇钢筋混凝土框架结构无地下室平面布置如图1 所示主体结构共8层层高均为33米局部突出屋面的塔楼为电梯房和水箱间层高为30米所在地的地震动设计参数 016Tg 03s基本雪压S0 02KNm2基本风压w0 035 KNm2地面粗糙度类别为B类地区年降雨量634mm日最大降雨量92mmlh最大降雨量为56mm常年地下水位于地表下6m水质对混凝土无侵蚀性地表下黄土分布厚度大于15m垂直及水平分布较均匀为可塑性状态中等压缩性弱湿陷性属I级非自重湿陷性黄土地基土的重度为19kNm3孔隙比为08液性指数为0833地基承载力特征值为150kNm2土壤最大冻结深度为05m内外墙均采用240mm厚的黏土空心砖砌筑外墙面贴瓷砖内墙面抹20mm厚混合砂浆门为木门门洞尺寸为09m24m窗为铝合金尺寸为15m18m屋面采用卷材防水和有组织排水按上人屋面考虑女儿墙高度为12m采用粘土实心砖砌筑19kNm3一框架结构布置和计算简图本工程楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构楼板厚100mm梁截面高按梁跨度的112-18估计由此估算的梁截面尺寸见下表一表中还给出给了各层梁柱和板的混凝土强度等级其设计强度C35fc 167Nmm2 ft 157 Nmm2C30 fc 143Nmm2 ft 143Nmm2 表1层次混凝土强度等级横梁纵梁bh次梁bhAB跨CD跨BC跨28C303005003004003006003004501C35350500350400350600300450柱截面尺寸可根据公式估算有表可知该框架结构的抗震等级为二级其轴压比限值 n 08各层的重力荷载代表值近似取12KNM2由图可知边柱及中柱的负载面积分别为7227 M27239 M2由公式得第一层柱截面面积为边柱Ac13722712103808167 181596mm2中柱Ac125723912103808167 252216 mm2如取柱截面为正方形则边柱和中柱截面高度分别为427mm和503mm根据上述计算结果并综合考虑其他因素设计柱截面尺寸取值如下1层 700mm700mm 2-4层600mm600mm 5-8层550mm550mm基础选用肋梁筏板基础基础埋深取25m肋梁高度取12m框架结构计算简图如图114所示取顶层柱的形心线为框架柱的轴线梁轴线取至板底2-8层高度即为层高取33m底层柱高度从基础顶面取至一层板底即h1 330625-12-01 51m注本设计取轴AD跨为计算单元跨度距离为54m为8层标高为26400m结构计算简图如图1二重力荷载计算 1屋面及楼面荷载 1 屋面上人30厚细石混凝土保护层 22003 066 KNM2 三毡四油防水层 04 KNM2 20厚水泥砂浆找平层 20 002 04 KNM2150厚水泥蛭石保温层 5015 075 KNM2100厚钢筋混凝土板 2501 25 KNM2V型轻钢龙骨吊顶 02 KNM2合计 496 KNM21-7层楼面瓷砖地面包括水泥粗沙打底055 KNM2100厚钢筋混凝土板 2501 25 KNM2V型轻钢龙骨吊顶 025 KNM2合计 330 KNM2 2 屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布荷载标准值 20 KNM2楼面活荷载标准值 20 KNM2屋面雪荷载标准值 2梁柱墙窗门重力荷载计算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对墙门窗等可计算出单位面积上的重力荷载具体计算过程如下表2 表2轴AD跨梁柱重力荷载标准值层次构件bmhm KNm2 g KNm mnKNKN1边横梁035050251054594462524249229808中横梁03504025105367517001624次梁03045251053544532523774纵梁035060251055513654143338柱070725110134755100427489274892-4边横梁03050251053938477523762061中横梁0304025105315018001567次梁03045251053544537523809纵梁030602510547256600412474柱0606025110993300413068130685-8边横梁030502510539384852381920763中横梁03040251053150185015828次梁03045251053544535023792纵梁030602510547256650412569柱055055251108319330041098110981注1表中为考虑梁柱的粉刷层重力荷载的增大系数g表示单位长度构件重力荷载n为构件数量2梁长度取净长柱长度取层高墙体为240mm厚粘土空心砖外墙面贴陶瓷砖05KNm2内墙面为20mm厚抹灰则外墙单位墙面重力荷载为051502417002 444 KNm2内墙为240mm粘土空心砖两侧均为20厚抹灰则内墙单位面积重力荷载428 KNm2木门单位面积重力荷载为02 KNm2铝合金窗单位面积重力荷载取04 KNm23重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值可根据式计算按各楼层取左右半跨作为该楼层的重力荷载代表值的原则确定屋面上人496721320305 132-055333721320305 132-053 3336132 0305 132-063 25 2010 20157KN1层楼面 3336132 03505 132-073 25 2010 20738KN三框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算过程见下表3柱线刚度计算过程见表4框架侧移刚度按式I 2I0 计算其中I0 表3横梁线刚度ib计算表类别层次Ec Nmm2 bhmmmmI0 mm4 mmEc I0N mm2Ec I0N mm横梁1315104350500364610454002127101042541010283010430050031251041736101034721010表4 柱线刚度ic计算表层次himmEc Nmm2 bhmmmmI mm4Ec IN mm151003151047007002001101012361010243300301046006001080101098181010583300301045505507626101063921010柱的侧移刚度按式D 计算式中系数按规定取值根据梁柱线刚度比K的不同结构平面布置图中的柱可分为框架中柱和边柱边框架中柱和边柱以及楼电梯间柱等由于只计算3轴线框架故值计算中框架和边框架的侧移刚度其计算结果如下表5a b c 表5 a 中框架柱侧移刚度D值N mm层次边柱15根中柱15根KK580501020152771078035026750630405340354015162530761027629821691110203930164177700847029832196749490103440360205280741045325817695175表5 b 边框架柱侧移刚度D值N mm层次A-1A-10B-1B-10KK5803760158120770808028821991681363402650117126690571022224019733762029501291391606350241261108005210258033619139055604132356285402将上述不同情况相加即得框架各层层间侧移刚度如表下表表5c 横向框架层间侧移刚度N mm层次12345678780577829542764486764486698541698541698541698541 780577829542 09407所以该框架为纵向规则框架四横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算1横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算1横向自振周期计算 表6 结构顶点的假想侧移计算层次810403851040385698541132407779386391979024698541252394569386392917663698541372369359456323863295698541492332149513254814619764486564282939513255765944764486675226529513256717269829542721159111215317838799780577869869计算基本周期其中的量纲为m取则 2水平地震作用及楼层地震剪力计算085112153195132539456329386392875293142373 0857816082 6643670 KN因14所以应考虑顶部附加水平地震作用顶部附加地震作用系数 008076007 01308 各质点的水平地震作用 具体计算过程见表7各楼层地震剪力按式29计算结果列入见表7表7各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次kN3121423734442038003413391339828287529324683263019113454147937249938639233721330181713121924621693863920274602015761852810951839456321730506601345279333884150951325142698750110433437722311795132511130503008633834111028495132579911300062244343553151112153157198080045177345326各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图23水平地震作用下的位移验算水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按式210和211计算计算过程见表8表中还计算了各层的层间弹性位移角表8 水平地震作用下的位移验算层次8147936985411883145330011755721924698541279295733001118362810969854135826783300192253338869854142523203300177643772276448644218953300174734111076448648214533300168524355382954246897133001705145326780577503503510011014由此可见最大层间弹性位移角发生在第3层其值为1685 1550满足要求4水平地震作用下框架内力计算计算过程结果见表9表9 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱Ky8331479369854115277243105010252006601773321924698541152773923050103545318415633281096985411527752160501040688510328533333886985411527763205010459385114714333772276448616253707303540451050312837333411107644861625377670354050128161281623343553829542177708285039305515037123031514532678057720528103160344081426169996中柱83314793698541267504257107803650578991733219246985412675068691078045102011246763328109698541267509134107804513564165785333338869854126750110671078045164342008743337722764486298211297807610482055722270333411107644862982114251076105023514235142334355382954232196150110847049242732526415145326780577258171297407410664367122497梁端弯矩剪力及柱轴力计算计算过程见表10表10 梁端弯矩剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力LL边轴N中轴N86017417854188848134813244011-1888-2123710421814354343893819381247818-5326-65036148591244354505614336143362411947-10382-133945183561563754629518014180142415012-16677-221114222221798554744620719207192412766-24123-319313233192047854811123593235932419661-32234-434812251192266654884926112261122421760-41083-563921250332173554866125035250352420863-49744-68594水平地震作用下框架的弯矩梁端剪力及轴力图如下图32横向风荷载作用下的框架结构内力和侧移计算1风荷载标准值风荷载标准值按式12计算基本风压由荷载规范查的迎风面和被风面B类地区又查的得乃至图215中3轴线横向框架其负宽度为72m得沿房屋高度的分布风荷载标准值根据各楼层标高处的高度由表111查取代入上式可得各楼层的见表11沿房屋高度的分布见下图4a表11沿房屋高度的分布风荷载标准值层次8282100138913873884242872490883133313563644227762160766127713223404212751830649121312883150196841500532114012512875179831170418104812132563160228402981001160238814621510181100109722121382 荷载规范规定对于高度大于30m且高宽比大于15的房屋结构应采用风振系数来考虑风压脉动的影响因为H 282m 30mHB 282132 214 15所以考虑风压脉动的影响框架分析按静力等效原理将图4a的分布荷载转化为节点集中荷载4b所示第6层的集中荷载的计算过程如下2风荷载作用的水平位移验算根据图4b所示的水平荷载计算层间剪力V求出3轴线框架的层间侧移刚度再计算各层的相对侧移和绝对侧移计算过程见表12满足要求表12 风荷载作用下框架剪力及侧移计算层次123456781521126313821539166718241954102012190106699406802464854798297410209269099932921489214884054840548405484054132107102087077057035012132239341428505562597609138711308113235138061426615794194691277313风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下相同图215中3轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩梁端剪力及轴力见图5五横向框架内力计算1计算单元取轴线横向框架进行计算纵向计算单元宽度为72m如图6所示由于房间内布置有次梁故直接传给该框架如图中的水平阴影线所示计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架作用在各节点上由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合因此在框架节点上还作用有集中力矩2荷载计算1恒载计算恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图7所示在图7中 代表横梁自重为均布荷载形式对于第8层 3938kNm 315 kNm 和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载由图225所示几何关系可得 49636 17856 kNm 49624 11904 kNm 分别为由边纵梁中纵梁直接传给柱的恒载它包括梁自重楼板重和女儿墙等的重力荷载计算如下 361821849647257235444441272 14623KN 36182181224964725723544 14358KN集中力矩 14623 1828 kNm 14358 1795 kNm对57层包括梁自重和其上横梁自重为均布荷载其他荷载计算方法同第8层结果为 393842828 15922 kNm 215 kNm 3336 1188 kNm 3324 792 kNm 36182 33472572354427444 66527-15182 0415182 14330 36182612 3347257235442742827 72-055 18696KN 14330 1791 kNm 18696 2352 kNm对24层 15922 kNm 315 kNm 1188 kNm 792 kNm 36182 334725723544274446627-151820415182 14270 36182612 3347257235442742827 72-055 18696KN 14270 2141 kNm 18696 2796 kNm对1层 459442828 16578 kNm 3675 kNm 1188 kNm 792 kNm 36182 334725723544274446627-151820415182 14270 3636612335513723544274282772-06 19206 KN 147200175 2576 kNm 192060175 3361 kNm 2活荷载计算活荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图8所示对于第8层 362 72 kNm 242 48 kNm 36183618 2 2592 KN 36182612 2 4032 KN 25920125 324 kNm 40320125 504 kNm同理在屋面雪荷载作用下 72 kNm 48 kN 2592 KN 324 kNm 4032 KN 504 kNm对57层 362 72 kNm 242 48 kNm 36183618 2 2592 KN 36182612 2 4032 KN 25920125 324 kNm 40320125 504 kNm 对24层 72 kNm 48 kN 2592 KN 4032 KN 25920175 454 kNm 4032015 605 kNm对1层 72 kNm 48 kN 2592 KN 4032 KN 25920175 454 kNm 40320175 706 kNm将以上计算结果汇总见表13和14表13横向框架恒载汇总表层次KNMKNMKNMKNMKNKNKNMKNM839383151785811904146231432318281795571592231511887921433018696179123522415922315118879214270186392141279511657836751188792147201920625763361表14 横向框架活载汇总表层次KNMKNMKNKNKNMKNM87207248048259225924032403232403245040504577248259240323245042472482592403232450417248259240323245043 弯矩轴力剪力计算梁端柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算由于结构和荷载均对称故计算时可用半框架弯矩计算过程如图14所得弯矩图如图15梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到计算柱底剪力还需考虑柱的自重如表15和表16所列 表15恒载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA VBVB VCVA -VBVB VCVAVBVB VCN顶N底N顶N底842771092-05004227432710921885021595197772252276437853-0450639264828534231745062186695141466437853-0450639264828536578465829775618030656437853-047063906484853892499199410645510920046437853-04006397647785311272111598813534213860936437853-03206405646985313666313993016457016783726437853-03406403647185316060316387019379919706616614916-051065636665916185153192025223853230725表16活载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨AB跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA VBVA -VBVA -VBVB VCVAVBVB VCN顶 N底N顶 N底81296130-033002-0330020126313213291282880293855391564956071296-011-021-011-021012851275130713172887732425811276619761296-014-014012821310288116068132169061182751296-015-0150128113112881547912005225371745841296-013-0130128313092881935415880281662308731296-011-0110128513072882323119757337932871421296-011-0110128513072882710823634394203434111296-016-016012801312288309802750645052 39973 六横向框架内力组合1结构抗震等级结构的抗震等级可根据结构的类型地震烈度房屋高度等因素由表29确定由此表可知本工程的框架为二级抗震等级2框架梁的内力组合考虑了四种内力组合这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般较小对结构设计不起控制作用故不予考虑各层梁的内力组合结果见表17表中两列梁端弯矩M为经过调整后的弯矩调幅系数取08表17 框架梁内力组合表层次截面位置内力SGkSQkSWkSEk一层AM-4855-107225033805-1515919556-29259-7626-732717824V656312808661673212245-222416917101389665B左M-5078-1141547921735-14435-628-267616109-7996-7691V666513122188866112408689417039-2102com9837B右M-489-1506312250357177-872923902-24917-810-79728429V916288526020863-56668090-219732413515251502跨间MAB85997439203641695575637297VBC834883482398623986550548四层AM-4814-1093431922222-1712-1259616842-26491-7592-730716172V6397128314477446747011116-10491540799199473B左M-4986-1150349517985-11836-3029-2254112530-7881-7593V647713091447744611245759915502-954100539605B右M-467-1514026207194322-582319713-20690-781-77223657V853288335517266-28415614-180622009614401427跨间MAB99316766176461336573147070VBC516951691979419794525525八层AM-3282-962-1504586017-4574-57282846-8888-5393-52856054V422712631321441888648268452292646569706841B左M-3499-1103-1393194178-5991-5187-7285862-5827-5743V432713291281441888704866856565239371707053B右M-665-221-0063674813-614-15394091-5294-1119-11086189V1092288029306401112882059-3304556117621714跨间MAB523050475055319655055224VBC13313341924192625607注表中M 分别为AB跨和BC跨的跨间最大正弯矩M以下部受拉为正V以上部受拉为正 SQK一项括号内的数值表示屋面作用的雪荷载时的对应内力下面以第一层AB跨梁考虑地震作用的组合为例说明各内力的组合方法对支座负弯矩按相应的组合情况进行计算求跨间最大正弯矩时根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值由平衡条件确定由图可得若说明x其中x为最大正弯矩截面至A支座的距离则x可由下式求解将求得的解代入下式即可得跨间最大正弯矩值 若说明x则若则同理可求得三角形分布荷载和均布荷载作用下的的计算公式如下图所示由下式解得梁上荷载设计值 1216578 1989KNm 1211880572 18576KNm左震 则发生在左支座 1325033 4855051072 27152KNM 07527152 20364KNM右震 则发生在右支座 1321735 5078051141 22607KNM 07522607 16955KNM剪力计算AB净跨 54- 07- - 4625m 左震右震 -2473KN -39012199020425 -30554KNM 2496228018 5298 3055420611 51165KNM则 08520498 17424KN 08520969 17824KN 3 框架柱内力组合取每层柱顶和柱底两个控制截面进行组合组合结果及柱端弯矩设计值的调整值见下表18-21注意在考虑地震作用效应的组合中取屋面为雪荷载的内力组合七截面设计1框架梁这里仅以第一层AB跨梁为例说明计算方法和过程其它层梁的配筋计算结果见表2223 表22 框架梁纵向钢筋计算表层次截面MkNmAsmm2Asmm2实际配筋Asmm2AsAs 8支座A-732000124024733 16603067044Bl-569304023683 16603067044AB跨间575100113663 16402029支座Br-394504023323 16603067055BC跨间334500232642 164020374支座A-220730029125614265 201570080113Bl-184370125611914 201256080113AB跨间17002003411325 201570090支座Br-153700152012944 221520097143BC跨间14968016313075 2015701381支座A-229150125614805 201570080096Bl-210130125613575 201570080096AB跨间19071002911454 201256077支座Br-174630152011285 201570097123BC跨间17144000814884 221520119 表23框架梁箍筋数量计算表层次截面vkN02bkN梁端加密区非加密区实配钢筋实配钢筋86054-019 0双肢双肢6189-019 0双肢双肢416172064双肢双肢23657178三肢三肢117824058四肢四肢28429209四肢四肢注表中V为换算至支座边缘处的梁端剪力1梁的正截受弯承载力计算从表17中分别选出AB跨跨间截面的最不利内力并将支座中心处的弯矩转换为支座边缘控制截面的弯矩进行计算支座弯矩跨间弯矩取控制截面即支座边缘处的正弯矩由表249可求得相应的剪力则支座边缘处当梁下部受拉时按T形截面设计当梁上部受拉时按矩形截面设计翼缘计算宽度当按跨度考虑时按梁间距考虑时按翼缘厚度考虑 此种情况不起控制作用故取梁内纵向钢筋选HRB400级钢下部跨间截面按单筋T 形截面计算因为com 属于第一类T形截面 实配钢筋4 20满足要求将下部跨间截面的4 20 钢筋深入支座作为支座负弯矩作用下的受压钢筋再计算相应的受拉钢筋即支座A上部说明富裕且不达到屈服可近似取实取5 20支座上部实取5 20 满足要求2梁斜截面受剪承载力计算 AB跨 故截面尺寸满足要求 梁端加密区箍筋取四肢箍筋用HPB235级钢筋则 042157350465 125210201100465 35270KN加密区长度取085非加密区箍筋取4肢8150箍筋设置满足要求BC跨若梁端箍筋加密区取4肢8100则其承载力为02157350365 125210365314100 38509KN 由于非加密区长度较小故全跨均可按加密区配置2框架柱1剪跨比和轴压比验算表24给出了框架和轴压比计算结果其中剪跨比也可取 2 注意表中的Mt Vt 和V都不应考虑承载力抗震调整系数由表可见各柱的剪跨比和轴压比均满足规范要求表24 柱的剪跨比和轴压比验算柱号层次bmmH0mmFc Nmm2 MtKnmVtkNNkNMtVth0NfcbhA 柱85505101431064485928603430 20066 20373 20406 20070 20