混凝土计算书.doc

厦门理工学院 混凝土框架结构设计目 录一.设计任务书1二.结构计算2 1.结构布置及结构计算简图的确定2 2.荷载计算3三.内力计算9 1.恒荷载作用下的内力计算92.活荷载作用下的内力计算153.风荷载作用下的内力计算20四.框架的侧移验算22五.内力组合23六截面配筋设计27 1.框架梁的配筋计算27 2.框架柱的配筋计算29七.框架配筋图31一 设计任务书1、设计任务 某五层教学楼，钢筋混凝土现浇框架结构。建筑平面为一字形，如图1所示。底层层高4.2m，其它层高3.6m，室内外高差0.3m。 图1 柱网尺寸图2、设计内容（1）结构布置确定柱网尺寸，构件截面尺寸，绘制框架结构平面布置图。（2）框架内力计算竖向荷载作用下可按分层法计算内力，水平荷载作用下按D值法计算框架内力。（3）内力组合（4）框架梁和柱承载力计算框架梁承载力计算包括正截面和斜截面承载力计算，计算梁的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。框架柱承载力计算包括正截面和斜截面承载力计算，计算柱的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。（5）框架侧移验算验算顶点侧移和层间侧移，使之符合规范要求。（6）绘制框架配筋施工图。3、设计条件1. 气象条件基本风压1.08kN/m2，地面粗糙度为B类。2. 工程地质条件地表下0-10m深度土层均可做天然地基，地基承载力为180kPa。3. 屋面及楼面做法（1） 屋面做法 现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡）；1：2水泥砂浆找平层厚20mm；现浇混凝土楼板；15mm厚纸筋面石灰抹。（2） 楼面做法顶层为20mm厚水泥砂浆找平；5mm厚1：2水泥砂浆加“107”胶水着色粉面层；现浇混凝土楼板；底层为15mm厚纸筋面石灰抹底。（3） 楼面活荷载为3.5kn/m、屋面活荷载为2.0kn/m，走道活载为2.5kn/m。4.内外墙均为为Mu10普通烧结砖、M5水泥混合砂浆砌筑的240墙，20mm后双面抹灰。5.梁、柱梁混凝土强度等级C30。 柱、主梁、次梁受力钢筋采用HRB335级钢筋，其他均用HPB235级钢筋。二.结构计算1、结构布置及结构计算简图的确定： 结构平面布置图如图2所示。图2 结构平面布置图 各梁截面尺寸确定如下：边跨（AB、CD跨）梁： , 取；中跨（BC跨）梁： 取，；边柱（A轴、D轴）连系梁：取;中柱（B轴、C轴）连系梁：取.柱截面尺寸确定如下： 取 楼板厚度的确定要求，双向板的，单向板的，且双向板约取，取。 结构计算简图如图2所示，根据工程地质条件，确定基础顶面离室外地面为500mm。由此求得底层层高为5m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图3中。其中在求梁截面的惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）梁柱线刚度：AB、CD跨梁： BC跨梁： 非底层柱： 底层柱： 图3、结构计算简图注：图中数字为线刚度，单位：混凝土的弹性模量 2、荷载计算1)恒荷载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值：100240mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩： 20mm厚1:2水泥砂浆找平： 100mm厚现浇混凝土楼板： 15mm厚纸筋面石灰抹底： _屋面恒荷载 因此，作用在顶层屋面框架梁上的线荷载为： (2） 楼面框架梁线荷载标准值：25mm厚1:2水泥砂浆找平： 90mm厚现浇混凝土楼板： 15mm厚纸筋面石灰抹底： _楼面恒荷载 因此作用在中间层框架梁上的线荷载为： （3） 屋面框架节点集中荷载设计值： 边柱：边柱连系梁自重： 粉刷： 高女儿墙自重： 粉刷： 框架梁传来屋面自重： _顶层边节点集中荷载 中柱：中柱连系梁自重： 粉刷： 框架连系梁传来屋面自重： _顶层中间节点集中荷载： (4) 楼面框架节点集中荷载标准值：边柱：边柱连系梁自重： 粉刷： 钢窗自重： 窗下墙体自重： 粉刷： 窗边墙体自重： 粉刷： 框架柱自重： 粉刷： 连系梁传来楼面自重： _中间层边节点集中荷载 中柱： 中柱连系梁自重： 粉刷： 内纵墙自重： 粉刷： 扣除门洞重加上门重 框架柱自重： 粉刷： 连系梁传来楼面自重：_中间层中节点集中荷载 （5 ）恒载作用框架的计算简图如图4（1）所示。将非均布荷载化为均布荷载的形式，计算简图如图4（2）所示。图4 恒载作用下框架的计算简图其中，由梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的公式为：屋面：标准层：2） 活荷载计算活载作用框架的计算简图如图5（1）所示，将非均布荷载转化为均布荷载的形式，计算简图如5（2）所示。图中各计算荷载值如下：图5 活荷载作用下框架计算简图屋面： 楼面： 其中，有梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的公式为：屋面：楼面：3) 风荷载计算风荷载标准值计算公式为，因结构高度，可取;对于矩形平面可查荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每个节点上的集中荷载，计算过程如下表所示。其中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6所示风荷载计算：层次（m）51.01.318.91.231.0810.0817.4141.01.315.31.141.0812.9620.7431.01.311.71.051.0812.9619.1121.01.38.11.001.0812.9618.2011.01.34.51.001.0814.5820.47图6、风荷载作用下结构计算简图三.内力计算 (1)、恒荷载作用下的内力计算恒载作用下的内力计算采用分层法。结构内力用弯矩分配法计算并利用结构的对称性取二分之一结构计算。1）屋面层 各杆的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图7.屋面恒载弯矩分配法计算过程杆件A4A5A5A4A5B5B5A5B5B4B4B5B5C5C5B5分配系数0.5450.4550.3520.4220.226弯矩-49.8949.89-4.42-2.21第一次分配27.19 22.70 -16.01 -19.19 -10.28 传递-8.00 11.35 10.28 第二次分配4.36 3.64 -4.00 -4.79 -2.57 总和10.52 31.55 -31.55 41.24 -23.98 -7.99 -17.26 8.07 图7 顶层弯矩图2) 标准层 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图8.标准层恒载弯矩分配法计算过程杆件A4A3A2A3A3A2A3A4A3B3B3A3B3B4B3B2B4B3B2B3B3C3C3B3分配系数0.3530.3530.2940.2480.2970.2970.158弯矩-88.5988.59-3.63-1.81第一次分配31.27 31.27 26.05 -21.07 -25.23 -25.23 -13.42 传递-10.54 13.02 13.42 第二次分配3.72 3.72 3.10 -3.23 -3.87 -3.87 -2.06 总和11.66 11.66 34.99 34.99 -69.98 77.31 -29.10 -29.10 -9.70 -9.70 -19.11 11.61 图8 标准层弯矩图3) 底层 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图9.底层恒载弯矩分配法计算过程杆件A1A2A3A2A2A3A2A1A2B2B2A2B2B3B2B1B3B2B1B2B2C2C2B2分配系数0.380.3040.3160.2630.3160.2530.168弯矩-88.5988.59-3.63-1.81第一次分配33.66 26.93 27.99 -22.34 -26.85 -21.49 -14.27 传递-11.17 14.00 14.27 第二次分配4.25 3.40 3.53 -3.68 -4.42 -3.54 -2.35 总和15.16 12.64 37.91 30.33 -68.24 76.56 -31.27 -25.04 -10.42 -12.52 -20.25 12.46 图9 底层恒载弯矩图将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构的恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各点弯矩并不一定达到平衡，将各点不平衡弯矩在一次进行修正，修正后的竖向荷载作用下整个结构的弯矩图如图10所示。并求得框架各梁柱的剪力与轴力如图11所示。图10 框架在恒载作用下弯矩图图11 框架在恒载作用下的剪力轴力图求得结构梁端支座弯矩后，讲梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩，以备内力组合是用，如图12所示图12 框架梁经调幅并算至柱边截面的弯矩(2)、活荷载作用下的内力计算活载作用下的内力计算采用分层法。结构内力用弯矩分配法计算并利用结构的对称性取二分之一结构计算。1）屋面层 各杆的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图13屋面活载弯矩分配法计算过程杆件A4A5A5A4A5B5B5A5B5B4B4B5B5C5C5B5分配系数0.5450.4550.3520.4220.226弯矩-18.318.3-1.44-0.72第一次分配9.97 8.33 -5.93 -7.11 -3.81 传递-2.97 4.16 3.81 第二次分配1.62 1.35 -1.47 -1.76 -0.94 总和3.86 11.59 -11.59 15.06 -8.87 -2.96 -6.19 3.09 图13 顶层在活载作用下的弯矩图2）标准层 各杆的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图14标准层活载弯矩分配法计算过程杆件A4A3A2A3A3A2A3A4A3B3B3A3B3B4B3B2B4B3B2B3B3C3C3B3分配系数0.3530.3530.2940.2480.2970.2970.158弯矩-53.0753.07-4.18-2.09第一次分配18.73 18.73 15.60 -12.12 -14.52 -14.52 -7.72 传递-6.06 7.80 7.72 第二次分配2.14 2.14 1.78 -1.93 -2.32 -2.32 -1.23 总和6.96 6.96 20.87 20.87 -41.75 46.81 -16.84 -16.84 -5.61 -5.61 -13.14 5.63 图14 标准层在活载作用下的弯矩图3）底层 各杆的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如下表所示，计算所得弯矩图见图15底层活荷载弯矩分配法计算过程杆件A1A2A3A2A2A3A2A1A2B2B2A2B2B3B2B1B3B2B1B2B2C2C2B2分配系数0.380.3040.3160.2630.3160.2530.168弯矩-53.0753.07-4.18-2.09第一次分配20.17 16.13 16.77 -12.86 -15.45 -12.37 -8.21 传递-6.43 8.39 8.21 第二次分配2.44 1.95 2.03 -2.21 -2.65 -2.12 -1.41 总和9.04 7.54 22.61 18.09 -40.70 46.39 -18.10 -14.49 -6.03 -7.25 -13.80 6.12 图15 底层在活载作用下的弯矩图图16 框架在活载作用下的弯矩图将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构的活载作用下的弯矩图。叠加后框架内各点弯矩并不一定达到平衡，将各点不平衡弯矩在一次进行修正，修正后的竖向荷载作用下整个结构的弯矩图如图16所示。并求得框架各梁柱的剪力与轴力如图17所示。图17 框架在活载作用下的剪力轴力图求得结构梁端支座弯矩后，讲梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩，以备内力组合是用，如图18所示图18 框架梁在活载作用下经调幅并算至柱边截面的弯矩图（3）风荷载作用下的内力计算 1)内力计算 风荷载作用下的结构计算简图如图6所示，内力采用D值法，计算见下表，其中，即。计算结果如图19风荷载较接近于均布荷载。查附表一。风荷载作用下框架结构弯矩图如图20，剪力、轴力见图21柱号KAcy0hyhVViM上M下五层A0.750.2727270.33.61.0817.413.24 8.15 3.49 五层B1.710.4609160.3853.61.38617.415.47 12.11 7.58 四层A0.750.2727270.43.61.4438.157.09 15.32 10.21 四层B1.710.4609160.4353.61.56638.1511.98 24.38 18.77 三层A0.750.2727270.453.61.6257.2610.64 21.07 17.24 三层b1.710.4609160.4853.61.74657.2617.99 33.35 31.41 二层A0.750.2727270.53.61.875.4614.03 25.25 25.25 二层b1.710.4609160.53.61.875.4623.70 42.67 42.67 一层A1.040.5065790.6553.2595.9320.87 36.53 67.84 一层b2.380.6575340.5552.7595.9327.09 60.96 74.50 图19 风荷载作用下的计算内力图20风荷载作用下的框架弯矩图图21 风荷载作用下框架剪力轴力图四.框架侧移验算1. 框架柱的侧向刚度计算结果如图6所示 2. 计算框架柱侧移计算结果如下表所示框架柱侧移计算楼层层高/h层间的抗侧刚度/V/kNUj1/550备注53.615.7217.410.00111 0.00031 0.0018满足要求43.615.7238.150.00243 0.00067 0.0018满足要求33.615.7257.260.00364 0.00101 0.0018满足要求23.615.7275.460.004800.001330.0018满足要求15.012.2195.930.008560.00171 0.0018满足要求五.内力组合 根据上节的计算结果,即可进行框架各梁各柱各控制截面上的内力组合,其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中.由于对称性,每层有五个控制截面,即图22梁中的1.2.3.4.5号截面,下表a给出了各层梁的内力组合过程,柱则分边柱和中柱,即A柱和B柱,每个柱有两个控制截面,如图22所示Mu和Ml,各层柱的组合结果见下表b图22 框架梁柱的控制截面- 32 -表a 梁截面内力组合层次截面恒载活载风荷载1.2*恒+1.4*活1.35恒+1.4*0.7*活恒*1.2+0.9*（活*1.4+风*1.4）计算内力MVMVMVMVMVMVMV51-19.644.52 -8.7816.28.15 2.24-35.81 76.10 -35.06 75.98 -44.85 76.66 -44.85 76.66 240.49-1.21 13.54-0.31.422.2467.54 -1.87 67.93 -1.93 67.44 -4.65 67.93 -4.65 3-25.19-46.94 -10.28-16.85.312.24-44.62 -79.85 -44.08 -79.83 -49.87 -80.32 -49.87 -80.32 4-10.058.75 -3.731.86.815.66-17.28 13.02 -17.22 13.58 -25.34 19.90 -25.34 19.90 5-5.880.00 -2.38005.66-10.39 0.00 -10.27 0.00 -10.05 7.13 -10.39 7.13 41-43.180.34 -26.5647.2218.815.47-88.90 162.52 -84.21 154.73 -108.89 162.80 -108.89 162.80 266.58-0.87 38.87-0.6352.3955.47134.31 -1.93 127.98 -1.80 131.89 -8.74 134.31 -8.74 3-47.07-82.08 -29.48-48.4914.025.47-97.76 -166.38 -92.43 -158.33 -111.29 -166.49 -111.29 -166.49 4-11.597.18 -8.286.9617.9414.95-25.50 18.36 -23.76 16.51 -46.95 36.22 -46.95 36.22 5-8.190.00 -4.350014.95-15.92 0.00 -15.32 0.00 -15.31 18.84 -15.92 18.84 31-43.3980.33 -27.3447.2631.289.02-90.34 162.56 -85.37 154.76 -125.93 167.31 -125.93 167.31 266.25-0.88 38.15-0.594.219.02132.91 -1.88 126.82 -1.77 132.87 -13.16 132.91 -13.16 3-47.43-82.09 -30.05-48.4422.869.02-98.99 -166.32 -93.48 -158.29 -123.58 -170.91 -123.58 -170.91 4-11.367.18 -7.996.6929.2624.38-24.82 17.98 -23.17 16.25 -60.57 47.76 -60.57 47.76 5-7.950.00 -4.060024.38-15.22 0.00 -14.71 0.00 -14.66 30.72 -15.22 30.72 21-43.3981.35 -27.4647.2742.4912.5-90.51 163.80 -85.49 156.15 -140.21 172.93 -140.21 172.93 266.18-0.36 38.09-0.58512.5132.74 -1.24 126.67 -1.05 133.71 -16.91 133.71 -16.91 3-47.58-82.07 -30.14-48.4332.4912.5-99.29 -166.29 -93.77 -158.26 -136.01 -175.26 -136.01 -175.26 4-11.267.18 -7.876.9641.5834.65-24.53 18.36 -22.91 16.51 -75.82 61.04 -75.82 61.04 5-7.850.00 -3.940034.65-14.94 0.00 -14.46 0.00 -14.38 43.66 -14.94 43.66 11-39.2880.01 -24.7147.0261.7717.87-81.73 161.84 -77.24 154.09 -156.10 177.77 -156.10 177.77 269.62-1.20 40.28-0.838.1617.87139.94 -2.60 133.46 -2.43 144.58 -25.00 144.58 -25.00 3-44.8-82.41 -28.52-48.6845.4517.87-93.69 -167.04 -88.43 -158.96 -146.96 -182.75 -146.96 -182.75 4-13.587.18 -9.196.9658.1748.48-29.16 18.36 -27.34 16.51 -101.17 78.47 -101.17 78.47 5-10.170.00 -5.260048.48-19.57 0.00 -18.88 0.00 -18.83 61.08 -19.57 61.08 柱截面的内力组合层次柱号截面恒载活载风载内力组合上层传来上层传来1.2*恒+1.4活1.35*恒+1.4*0.7*活1.2*恒+0.9*（1.4*活+1.4*风）计算内力1234567 895A柱Mu37.38 15.09 8.15 65.98 65.25 74.14 74.14Ml37.68 21.00 3.49 74.62 71.45 76.07 76.07N48.68 45.16 18.000.00 2.24 137.81 144.32 138.11 144.32V3.24 0.00 0.00 4.08 4.08B柱Mu-29.59 -12.12 12.11 -52.48 -51.82 -66.04 -66.04Ml-31.84 -17.25 7.58 -62.36 -59.89 -69.49 -69.49N62.15 36.29 22.20 0.00 3.42 149.21 154.65 150.41 154.65V5.47 0.00 0.00 6.89 6.894A柱Mu38.82 24.13 15.32 80.37 76.05 96.29 96.29Ml38.42 23.03 10.21 78.35 74.44 87.99 87.99N87.72 160.73 52.44 18.00 7.71 396.76404.44 396.61 404.44V7.09 0.00 0.00 8.93 8.93B柱Mu-33.55 -19.90 24.38 -68.12 -64.79 -96.05 -96.05Ml-33.04 -19.12 18.77 -66.42 -63.34 -87.39 -87.39N98.53 191.71 64.15 22.20 12.70 469.18 476.45 473.09 476.45V11.98 0.00 0.00 15.09 15.093A柱Mu38.42 23.03 21.07 78.35 74.44 101.67 101.67Ml38.08 23.38 17.24 78.43 74.32 96.88 96.88N87.71 315.34 52.49 70.43 16.73 655.75 664.58 659.62 664.58V10.64 0.00 0.00 13.41 13.41B柱Mu-33.04 -19.12 33.35 -66.42 -63.34 -105.76 -105.76Ml-32.82 -18.99 31.41 -65.97 -62.92 -102.89 -102.89N98.54 383.51 64.15 86.35 28.26 789.16 798.26 803.70 803.70V17.99 0.00 0.00 22.67 22.672A柱Mu39.05 22.83 25.25 78.82 75.09 107.44 107.44Ml45.13 26.94 25.25 91.87 87.33 119.92 119.92N87.73 469.94 52.49 122.91 29.23 914.76 924.75 927.04 927.04V14.03 0.00 0.00 17.68 17.68B柱Mu-33.54 -19.41 42.67 -67.42 -64.30 -118.47 -118.47Ml-37.90 -21.94 42.67 -76.20 -72.67 -126.89 -126.89N98.52 575.32 64.10 150.44 50.41 1108.96 1119.93 1142.45 1142.45V23.70 0.00 0.00 29.86 29.861A柱Mu26.79 15.96 36.53 54.49 51.81 98.29 98.29Ml15.16 9.04 67.50 30.85 29.33 114.63 114.63N87.39 625.56 52.24 175.40 47.10 1174.24 1185.57 1201.71 1201.71V20.87 0.00 0.00 26.30 26.30B柱Mu-22.58 -13.07 60.96 -45.39 -43.29 -120.37 -120.37Ml-12.51 -7.25 74.50 -25.16 -23.99 -118.02 -118.02N98.86 767.11 54.34 224.54 81.02 1429.60 1442.36 1492.64 1492.64V27.09 0.00 0.00 34.13 34.13 表b 柱截面的内力组合六、截面配筋设计1.框架梁的配筋计算 第一层(1). 梁正截面受弯承载力计算.对于楼面现浇的框架结构,梁支座负弯矩按矩形截面计算纵筋数量,跨中正弯矩按T形截面计算纵筋数量. 混凝土强度等级为C30: ,纵筋钢筋HRB335,箍筋HRB235, ， 1) 边跨跨中(AB跨) 当梁的下部受拉时,按T形截面设计; 当梁的上部受拉时,按矩形截面设计。翼缘计算宽度按跨度考虑，按梁间距考虑时，按翼缘厚度考虑时，故此情况不起控制作用，取mm。14.3)属于第一类T形截面。选用322，同时，可以。2）A支座。将下部跨间截面的322钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋，在计算相应的受拉钢筋，即支座A上部 实际配筋420，3）B支座左 下部取322,;上部取322,抵抗负弯矩时符合要求。4）BC跨跨中选用118，同时，可以。5）BC跨B支座右将下部跨间截面的118钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋，上部钢筋取与支座B左一样的，即322,上部抵抗负弯矩时符合要求。（2）梁斜截面受剪承载力计算。 1）A支座 ， 属厚腹梁 截面符合要求。，故需按计算配置箍筋。只配箍筋不用弯起筋 采用，实有 可以箍筋配筋率满足要求2）B支座， 属厚腹梁 截面符合要求。，故只需按构造配置箍筋。采用。其他层得计算过程同第一层，计算结果见下表梁截面尺寸截面位置M/（Kn.m）钢筋面积选筋实际面积V/Kn箍筋选筋实5层250*500AB跨跨中67.93495 32211400.670支座A44.85335 322114076.66-0.32 支座B左49