混凝土课程设计.doc

目 录一.设计任务书.二.框架结构计算过程. 1.结构平面布置及各梁柱截面尺寸. 2.计算简图. 3.竖向荷载作用下内力计算. 4.水平荷载作用下内力计算. 5.内力组合. 6.构件配筋计算.三.框架结构施工图.1. 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1.1所示。底层层高4.5m，其它层高3.9m，室内外高差0.45m。建筑剖面图如图1.2所示。 26-51号的结构布置 图1.1 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0.72kN/m2，地面粗糙度为B类。注：以现场按学号布置的为准。2. 工程地质条件地表下0-10m深度土层均可做天然地基，地基承载力特征值（修正后）为220kPa。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。注：楼面、屋面活荷载以现场按学号布置的为准。注：本人分组为2651号的结构布置，编号：22二.框架结构计算过程1. 结构平面布置及各梁柱截面尺寸（1） 结构平面布置（见图2.1）（2） 构件尺寸确定 边跨（AB、CD）梁：取 中跨（BC）梁：取 边柱（A轴、D轴）连系梁：取 中柱（B轴、C轴）连系梁：取 柱截面均为 现浇楼板厚。2. 结构计算简图（1） 确定结构计算简图（见图2.2所示）。 根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得结构底（2）计算梁、柱线刚度 各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2.2.其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩）。 依据 1）梁： 2）柱： AB、CD跨梁： BC跨梁： 上部各层柱： 底层柱：（3） 荷载计算1. 恒荷载计算（1） 屋面框架梁线荷载标准值： 20mm厚1:2水泥砂浆找平 100mm140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 屋面恒荷载 边跨（AB、CD跨）框架梁自重 . 梁侧粉刷 . +=3.4KN/m 中侧（BC跨）框架梁自重 . 梁侧粉刷 . +=2.7KN/m 因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： （注：这里的下标5表示第5层即顶层框架梁） （2）楼面框架梁线荷载标准值 25mm厚水泥砂浆面层 100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 15mm厚纸筋石灰抹底 楼面恒荷载 边跨框架梁及梁侧粉刷 边跨填充墙自重 . 墙面粉刷 . +=17.81KN/m 中跨框架梁及梁侧粉刷 2.7KN/m 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标准值 边跨连系梁自重 粉刷 1m高女儿墙自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层节点集中荷载 （4）楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 12.5KN 粉刷 1.09KN 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 中柱连系梁自重 10.0KN 粉刷 0.82KN 内纵墙自重 粉刷 扣除门洞重加上自重 框架柱自重 13.16KN 粉刷 1.03KN 连系梁传来楼面自重 中间层边节点集中荷载 (5)恒荷载作用下的结构计算简图 恒荷载作用下的结构计算简图如图2.3所示。 2.楼面活荷载计算 楼面活荷载作用下的计算结构简图如图2.4所示。图中各荷载值计算如下： 3.风荷载计算风压标准值计算公式为： 因结构高度，可取；对于矩形平面；可查建筑结构荷载规范。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表2.11所示。表中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2.5所示。 风荷载计算 表2.11层次z(m) 5 1 1.3 20.55 1.27 0.72 11.8 14.03 4 1 1.316.65 1.18 0.72 15.6 17.23 3 1 1.3 12.75 1.07 0.72 15.6 15.62 2 1 1.3 8.85 1.00 0.72 15.6 14.60 1 1 1.3 4.95 0.00 0.72 17.7 16.57 3.框架竖向荷载作用内力计算1) 恒荷载作用下的内力计算恒荷载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。这里以中间层为例说明分层法的计算过程，其它层（顶层、底层）仅给出计算结果。由图2.3取出中间任一层进行分析，结构计算简图如图3.11(a)所示。图3.11中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图3.11(a)中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时根据图示荷载计算，也可以根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载（图3.11(b)），等效均布荷载的计算公式如图3.12所示。 把梯形荷载化作等效均布荷载 图3.11(b)所示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算。各杆端的固端弯矩为： 弯矩分配法计算过程如表3.01所示，计算所得结构弯矩图见图3.13。 表3.01 中间层弯矩分配法计算过程0.2740.2740.4520.3670.2220.2220.189A3A4ABBAB3B4BCCB-95.3195.31-6.59-3.3026.11 26.1143.0921.55-20.24-40.47-24.48-24.84-20.8420.84 5.55 5.559.144.57-0.84-1.68-1.01-1.01-0.870.87 0.23 0.23 0.380.19-0.04-0.07-0.05-0.04-0.040.04 0.01 0.01 0.020.0131.9031.90-63.7679.41-25.53-25.53-28.3418.45对于顶层和底层，同样采用分层法计算内力。对于顶层，把梯形荷载化作等效均布荷载 图3.11(b)所示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算。各杆端的固端弯矩为： 其弯矩分配法计算过程如表3.02所示，计算所得结构弯矩图见图3.13。对于底层，把梯形荷载化作等效均布荷载 图3.11(b)所示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算。各杆端的固端弯矩为： 其弯矩分配法计算过程如表3.03所示，计算所得结构弯矩图见图3.13。 表3.02 顶层弯矩分配法计算过程0.3370.6230.4720.2860.242A5ABBAB5BCCB-52.9552.95-8.17-4.08 19.9632.9916.50-14.46-28.92-17.53-14.8314.83 5.459.014.51-1.07-2.13-1.29-1.091.09 0.4 0.670.34-0.08-0.16-0.10-0.080.08 0.03 0.050.25-0.06-0.12-0.07-0.060.06 0.02 0.040.0225.86-25.8643.24-18.89-24.2311.98 表3.03 底层弯矩分配法计算过程0.2310.2910.4780.3850.1850.2330.197A1A2ABBAB1B2BCCB-95.3195.31-6.59-3.3022.01 27.7445.5622.78-21.47-42.93-20.63-25.98-21.9721.97 4.96 6.2510.265.13-0.99-1.98-0.95-1.20-1.011.01 0.23 0.29 0.470.24-0.05-0.09-0.05-0.06-0.040.04 0.02 0.02 0.020.0127.2234.3-61.5178.47-26.63-27.24-29.6119.72将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如图3.14（a)所示。并进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力(3.14（b)。必须注意，在求得图3.11(b)所示结构的梁端支座弯矩后，如欲求梁跨中弯矩，则需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布（即图3.11(a)所示荷载分布）按平衡条件计算，而不能按等效分布荷载计算。框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩如图3.15所示。考虑梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，以备内力组合时用，如图3.16所示。对于现浇框架，弯矩调幅系数可取0.80.9，这里取0.9计算。梁端柱边的剪力和弯矩按下式计算：式中： 梁端柱边截面的剪力和弯矩 内力计算得到的梁端柱轴线截面的剪力和弯矩 作用在梁上的竖向分布恒荷载 2）楼面活荷载作用下的内力计算活荷载作用下的内力计算也采用分层法。同样采用弯矩分配法计算，考虑弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩值。活荷载分层法计算简图如图3.21所示，荷载的等效如图3.22所示。因为屋面活荷载与楼面活荷载大小一样，所以等效均布荷载大小一样，即：所以，固端弯矩为： 顶层、中间层和底层的弯矩分配法计算过程如表3.04、3.05和3.06所示。其顶层、中间层和底层的弯矩图如图3.23所示。 表3.04 顶层弯矩分配法计算过程0.3370.6230.4720.2860.242A5ABBAB5BCCB-19.4719.47-4.87-2.43 7.3412.136.07-4.88-9.76-5.91-5.005.00 1.843.041.52-0.36-0.72-0.43-0.370.37 0.14 0.220.11-0.03-0.05-0.03-0.030.03 0.01 0.020.01 9.33 -9.33 16.65 -6.37 -10.27 2.97 表3.04 中间层弯矩分配法计算过程0.2740.2740.4520.3670.2220.2220.189A3A4ABBAB3B4BCCB-19.4719.47-4.87-2.435.34 5.348.794.40-3.49-6.97-4.22-4.22-3.603.60 0.96 0.961.580.79-0.15-0.29-0.18-0.18-0.150.15 0.04 0.04 0.070.04-0.01-0.01-0.01-0.01-0.010.04 6.34 6.34-12.6817.43-4.41-4.41-8.63 1.33 表3.06 底层弯矩分配法计算过程0.2310.2910.4780.3850.1850.2330.197A1A2ABBAB1B2BCCB-19.4719.47-4.87-2.43 4.50 5.67 9.31 4.66-3.71 -7.42 -3.56 -4.49 -3.79 3.79 0.85 1.08 1.77 0.89-0.17- 0.34- 0.16- 0.21- 0.18 0.18 0.04 0.05 0.08 0.04-0.01-0.01-0.01 -0.01 -0.01 0.01 5.39 6.80-12.2717.29-3.73-4.71-8.85 1.55将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如图3.24（a)所示。并进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力(3.24（b)。必须注意，在求得图3.21(b)所示结构的梁端支座弯矩后，如欲求梁跨中弯矩，则需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布（即图3.21(a)所示荷载分布）按平衡条件计算，而不能按等效分布荷载计算。框架梁在实际分布荷