砼框架结构设计手算步骤.doc

2 重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类。2 重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；地基基础的抗震措施，应符合有关规定。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。 建筑名称一、设计资料1、该建筑抗震设防类别；重要性等级；结构设计使用年限。2、建筑场地类别为类；无不良地质现象。3、抗震设防烈度：设防烈度；抗震设计分组：框架抗震等级。4、设计标高：室内设计标高0.000；室内外高差。5、基本风压：o=0.4KN/m2(地面粗糙度类别)。6、基本雪压：无雪压。7、工程用材料：混凝土；钢筋。8、墙身做法：填充墙；外墙。9、楼面作法：从上至下说明。10、屋面作法：从上至下说明。11、设计时不考虑地下水的影响。12、基础类型；基础持力层埋置深度；地基承载力特征值。13、活荷载；楼面活荷载；走廊楼面活荷载；档案室楼面活荷载。二、确定结构方案和结构平面布置1、结构方案2、确定承重框架方向并进行柱、梁、板的布置。参考混凝土结构设计规范及自考教材P94第3.1.3节。一般布置为横向框架承重，可以根据将要采用的是单向板还是双向板来确定次梁的布置。3、结合抗震要求确定结构平面及竖向布置。参考建筑抗震设计规范3.4节，自考教材P237表5-8、5-9。绘出结构平面布置图。4、确定是否设置变形缝参考建筑抗震设计规范6.1.4节，混凝土结构设计规范9.1.1，自考教材P296表3-1，P97、P32。5、估算楼板厚度，梁、柱截面尺寸a.现浇板厚度：可按h/l1/35进行估算，且满足混凝土结构设计规范10.1.1。b.框架梁：满足混凝土结构设计规范11.3.5，自考教材P120第3.4节；c.框架柱：满足混凝土结构设计规范11.4.11，自考教材P120第3.4节；满足建筑抗震设计规范6.3.7条关于轴压比限值的要求。框架结构中框架的抗震等级：6度 高度不超过30m，为四级。梁柱尺寸需满足建筑抗震设计规范6.1.5，且梁宽大于柱宽的一半。也可以按以下方式确定梁的截面尺寸估算：主梁：取h=（1/121/8）l，次梁：取h=（1/121/15）l，h/b=2.03.0；（l为梁跨，对于主梁即相邻柱轴线间的距离，对于次梁则为相邻主梁轴线的间距）柱的截面尺寸估算:（1）根据柱的轴压比限值按下列公式计算:柱组合的轴压力设计值注： 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数,边柱取1.3，中柱取1.25； 按简支状态计算柱的负载面积；为折算在单位面积上的重力荷载代表值，近似的取（ 1215 ）kN/m2； 为验算截面以上的楼层层数。（2）截面尺寸估算公式混凝土的强度：；。（查教材的附表）注：n为框架柱轴压比限值确定柱截面尺寸。考虑到施工方便，柱截面不宜变化太多。三、选取计算单元可以用文字说明，图示的方式表达。例如：取轴线为计算单元，见图2.四、确定计算简图根据地质资料，确定基础顶面离室外地面的距离，由此求得底层层高。1、荷载计算（1）竖向荷载计算1）屋面荷载屋面荷载标准值荷载类别荷载项目算式恒荷载30mm厚细石混凝土保护层三毡四油防水层20mm厚水泥砂浆找平层150mm厚水泥蛭石保温层100mm厚钢筋混凝土板（依据自己的设计定）V型轻钢龙骨吊顶 240.03=0.72KN/m20.40200.02=0.40KN/m250.15=0.75KN/m2250.10=2.50KN/m20.12KN/m2合计4.89 KN/m2活荷载不上人屋面荷载标准值为0.5 KN/m2（上人屋面荷载标准值为2.0KN/m2）0.5 KN/m2（2.0KN/m2）注意：设计楼面梁、墙、柱及基础时，楼面活荷载标准值在某些情况下应乘以规定的折减系数。具体见建筑结构荷载规范4.1.2条。另外关于楼屋面活荷载的取值参见建筑结构荷载规范4.1节、4.3节。2）各层走廊楼面各层走廊楼面荷载标准值荷载类别荷载项目算式恒荷载水磨石地面（10mm面层，20mm水泥砂浆打底）小瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）水泥花砖地面（砖厚25mm，包括水泥粗砂打底）100mm厚钢筋混凝土板（依据自己的设计定）V型轻钢龙骨吊顶（抹灰层：10mm厚混合砂浆）0.65KN/m2（0.55KN/m2）（0.60KN/m2）250.10=2.50KN/m20.12KN/m2（170.01=0.17KN/m2）合计3.27 KN/m2活荷载2.50 KN/m23）标准层楼面 标准层楼面荷载标准值（1）荷载类别荷载项目算式恒荷载水磨石地面（10mm面层，20mm水泥砂浆打底）小瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）水泥花砖地面（砖厚25mm，包括水泥粗砂打底）100mm厚钢筋混凝土板（依据自己的设计定）抹灰层：10mm厚混合砂浆0.65KN/m2（0.55KN/m2）（0.60KN/m2）250.10=2.50KN/m2170.01=0.17KN/m2合计3.32 KN/m2活荷载2.00 KN/m2标准层楼面荷载标准值（2）荷载类别荷载项目算式恒荷载大理石面层，水泥砂浆擦缝（30mm厚1：3干硬性水泥砂浆，面上撒2mm厚素水泥，水泥浆结合层一道）100mm厚钢筋混凝土板（依据自己的设计定）V型轻钢龙骨吊顶1.16KN/m2250.10=2.50KN/m20.12KN/m2合计3.78KN/m2活荷载2.00 KN/m24）梁自重（KN/m）已确定b，h。梁自重=钢筋混凝土自重梁宽(梁高-板厚) 单位：KN/m抹灰层：10mm厚混合砂浆抹灰层重=0.01m(梁高-板厚) 2+梁宽 17KN/m3（混合砂浆自重）注意：如果梁的尺寸不相同，要分别计算。梁的最终自重包括梁自重和抹灰层自重两项。5）柱自重（KN/m）已确定b，h。柱自重=钢筋混凝土自重柱高柱宽抹灰层：10mm厚混合砂浆抹灰层重=0.01m柱的周长注意：如果柱的尺寸不相同，要分别计算。柱的最终自重包括柱自重和抹灰层自重两项。6）外纵墙自重（KN/m）标准层：包括以下各项：纵墙体重=纵墙高纵墙厚纵墙单位体积重量窗户重=窗户单位面积重量窗户高度外墙面装饰重=外墙面高度装饰单位面积重量内墙面粉刷重=内墙面高度粉刷单位面积重量底层：包括以下各项：纵墙体重=纵墙高纵墙厚纵墙单位体积重量窗户重=窗户单位面积重量窗户高度外墙面装饰重=外墙面高度装饰单位面积重量内墙面粉刷重=内墙面高度粉刷单位面积重量（单面）注意：如果标准层层高与底层不相同，底层和标准层应分别计算。7）内纵墙自重（KN/m）标准层：内纵墙体重=纵墙高纵墙厚纵墙单位体积重量内墙面粉刷重=墙面高度粉刷单位面积重量2（双面）底层：内纵墙体重=纵墙高纵墙厚纵墙单位体积重量内墙面粉刷重=墙面高度粉刷单位面积重量2（双面）8）内隔墙自重（KN/m）标准层：内隔墙体重=隔墙高隔墙厚隔墙单位体积重量内墙面粉刷重=墙面高度粉刷单位面积重量2（双面）窗户重=窗户单位面积重量窗户高度底层：内隔墙体重=隔墙高隔墙厚隔墙单位体积重量内墙面粉刷重=墙面高度粉刷单位面积重量2（双面）窗户重=窗户单位面积重量窗户高度9）栏杆自重（2）.竖向荷载下框架受荷总图1）框架梁单向板：作用于板上的荷载主要由短向板带承受，长向板带分配的荷载很小，可忽略不计。双向板：作用于板上的荷载由两个方向的板带共同承受。在设计民用建筑梁板结构时，应注意楼面可变荷载值的折减问题，若梁的负荷面积较大时，可变荷载全部满载并达到标准值的概率小于1，故计算梁时适当降低可变荷载数值更为符合实际，折减系数见荷载规范4.1.2。整体式双向板与单向板梁板结构主要不同在板传递给支承梁的荷载形式，单向板传递给次梁的荷载是均布的，而双向板传递给次梁的荷载较为复杂，具体分布为：双向板长边支承梁上荷载呈梯形分布；短边支承梁上荷载呈三角形分布。支承梁结构自重及抹灰荷载仍为均匀分布。计算支承梁时，为了方便计算可将支承梁上的梯形或三角形荷载，根据支座截面弯矩相等的原则换算为等效均布荷载，如下图。l0l0l0l0屋面板传荷载：恒荷载：恒荷载标准值柱距的一半25/8活荷载：活荷载标准值柱距的一半25/8楼面板传荷载：恒荷载：恒荷载标准值柱距的一半25/8活荷载：活荷载标准值柱距的一半25/8梁自重框架梁均布荷载为：屋面梁 恒荷载=梁自重+板传来荷载 活荷载=板传来荷载楼面梁 恒荷载=梁自重+板传来荷载 活荷载=板传来荷载2）柱纵向集中荷载顶层柱（边柱）女儿墙自重：（做法：墙高1100mm，100mm的混凝土压顶）墙厚墙高墙体材料单位体积重+混凝土单位体积重压顶高压顶厚+墙面自重其中：墙面自重=（女儿墙高2+墙厚）墙面单位面积重天沟自重：现浇天沟自重：250.60+(0.20-0.080) 0.08+(0.6+0.2) (0.5+0.36)=2.13KN/m顶层柱恒荷载=女儿墙及天沟自重+梁自重+板传恒荷载顶层柱活荷载=板传活荷载中柱：顶层柱恒荷载=梁自重+板传恒荷载顶层柱活荷载=板传活荷载标准层柱标准层柱恒荷载=墙自重+梁自重+板传恒荷载标准层柱活荷载=板传活荷载基础顶面恒载基础顶面恒载=底层外纵墙自重+基础梁自重注意：计算完以上内容，就可以画出框架在竖向荷载作用下的受荷总图。以上所有计算数值均为标准值，如想得到设计值，可以乘以相应的分项系数（恒荷载1.2，活荷载1.4）。（3）风荷载计算已知w0；风荷载体型系数ms，迎风面为+0.8，背风面为-0.5;风压高度变化系数mz可以在建筑结构荷载规范表7.2.1（教材表P482-2）中查得，这时的风压高度取为各楼层的标高。因此，作用在框架结点上的水平风荷载为 式中风振系数，对于高度小于30m的房屋，。（荷载规范7.4.1条）下层柱高；上层柱高，对于顶层为女儿墙高度的2倍；房屋总高度；迎风面的宽度。集中风荷载标准值的计算可用下表进行。集中风荷载标准值离地高度 在计算书上绘出水平荷载图。2、确定柱计算长度，梁计算跨度；确定梁、柱截面形状；柱计算长度可查混凝土结构设计规范表7.3.11-2，自考教材P120第3.4节。对于现浇楼盖，底层柱的计算长度，其余各层柱的计算长度（H对底层柱为基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下两层楼盖顶面的高度。）。梁的计算跨度一般取相邻柱与柱轴线之间的距离，当上、下柱截面发生改变时，取较小截面形心轴线作为计算简图上的柱单元。梁截面形状通常取矩形，柱截面形状通常取正方形，当一个方向的偏心距过大时，可以取矩形。3、计算梁、柱线刚度、柱抗侧刚度、弯矩分配系数、梁的固端弯矩（1）梁、柱线刚度计算（参考自考教材P133）框架梁、柱的截面特征及线刚度计算构件构件位置截面跨（高）度截面惯性矩截面计算刚度杆件线刚度线刚度相对值梁边跨中间跨柱非底层底层注意：除底层柱外，其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数。（2）各杆件的弯矩分配系数1）转动刚度S（杆端产生单位转角所需施加的力矩）当远端为固定支座时，近端的转动刚度为S=4i当远端为铰支座时，近端的转动刚度为S=3i当远端为滑动支座时，近端的转动刚度为S=i当远端为自由端时，近端的转动刚度为S=0等截面直杆的转动刚度与该杆的线刚度i和远端的支承情况有关，与近端支承无关。2）传递系数C（表示当近端有转角时，远端弯矩与近端弯矩的比值）对于等截面杆远端为固定支座：C=1/2远端为滑动支座：C=-1远端为铰支座：C=03）分配系数由转动刚度的定义可知：，（A节点，j远端）（3）柱的抗侧刚度计算柱的抗侧刚度计算见下表：教材P150框架柱的修正抗侧刚度D计算表柱号层 号（一般层）（一般层）相对抗剪刚度（底层）（底层）边柱一 般层底层中柱一 般层底层注：在计算时，为计算方便，仍用相对刚度计算。（4）梁的固端弯矩计算两端固定，跨度为的等截面梁，在均布线荷载、最大值为的三角形、梯形均布线荷载作用下，梁的固端弯矩分别为、，为梯形荷载两侧三角形的底边长度。梁的固端弯矩计算见下表：梁的固端弯矩计算梁的位置恒荷载下活荷载下顶层边跨中间跨中间层边跨中间跨底层边跨中间跨注：。梁两端弯矩左边为负，右边为正。五、内力计算1、竖向荷载作用下的内力计算（P134P148）恒荷载作用下，采用分层法；P100活荷载作用下，采用满布荷载法（梁跨中弯矩放大1.11.2）；P119竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅。P119，调幅系数可取0.80.9。注：梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下的跨中弯矩要相应地进行增加。且,即条幅后的梁端弯矩与跨中最大正弯矩之和应大于等于按简支梁计算的跨中弯矩值。在计算书上绘出恒荷载和活荷载作用下的弯矩、剪力、轴力图2、水平荷载作用下的内力计算：P105、P149风荷载作用下的结构效应采用D值法。在计算书上绘出风荷载作用下的弯矩、剪力、轴力图。六、荷载效应组合、内力组合1、求出控制截面即柱端、梁端的弯矩、剪力、轴力，并画图示意。柱边梁端的的弯矩和剪力应按下式计算：当计算水平荷载或竖向集中荷载产生的内力时，则.2、进行荷载效应组合框架结构按简化的公式。见荷载规范3.23，3.2.4条。七、框架梁、柱截面设计1、按控制截面的控制内力进行梁柱的承载力设计，并满足规范构造要求，抗震等级为四级的结构可以参照混凝土结构设计规范第九、第十节。2、按构造要求给出框架梁和柱在各节点区的锚固和搭接（包括顶层边节点、顶层中间节点、中间层边节点、中间层中间节点），混凝土结构设计规范11.6.7条。八、变形验算进行风荷载作用下的框架侧移限值验算。（教材3.2.5节） 九、