一榀框架计算书

一、设计资料1、工程概况上海杨浦科技园区活动中心建筑与结构设计，采用现浇混凝土框架结构，主体结构为五层，一至五层建筑物层高分别为5m、4m、4m、3m、3m。建筑为上人屋面，楼顶有突出的小房间，层高为3m。建筑面积约为5778.2 m。0.000相当于绝对标高2.50m，室内外高差为450mm。2、基本参数本设计安全等级为二级，抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为一组，抗震等级为三级，轴压比限值取0.85。地面粗糙类别为C类，基本风压为0.55kN/ m，基本雪压为0.2N/m， 本设计均采用混凝土强度C40： fc=19.1Nmm，ft=1.71N/mm2， ftk=2.39Nmm，普通钢筋强度采用HRB 400：fy=360Nmm，f yk= 400Nm m。二、结构布置和计算简图结构平面布置图框架梁柱截面尺寸确定主梁跨度为l0=8.4m ，h=（1/151/10）l0=560840mm 取h=700mm，b=(1/31/2)h=233350mm 取b=350mm，中间各梁调整b=300mm。后经计算周期比不满足要求，边梁调整为h=900mm，中间各梁调整为h=800mm。次梁跨度为l0=8m ，h=（1/181/12）l0=444667mm 取h=500mm ，b=(1/31/2)h=167250mm 取b=200mm框架柱采用矩形柱，底层层高为H=5m，b=（1/151/10）H=333500mm 取b=450mm，h=(12)b=450900mm 取h=450mm后经验算轴压比不合格，柱尺寸调整为700mm700mm。结构计算简图注（图中数字为线刚度，单位：10-3EC）AB跨梁=DE跨梁：i=2EC1/120.30.8 3/8.4=3.0510-3ECBC跨梁=CD跨梁：i=2EC1/120.30.8 3/8=3.2010-3EC四五层柱：i=EC1/120.70.7 3/3=6.6710-3EC二三层柱：i=EC1/120.70.7 3/4=5.0010-3EC底层柱：i=EC1/120.70.7 3/5.5=3.0810-3EC三、荷载计算1、恒荷载计算（1）屋面框架梁线荷载标准值40厚C20细石砼 0.0425=1.00KN/m225厚挤塑保温板 0.170.025=0.004KN/m2SBS防水卷材一道 0.35 KN/m220厚1:25水泥砂浆找平 200.02=0.40KN/m220厚1:25水泥砂浆找平 200.02=0.40KN/m2120厚现浇混凝土屋面板 250.12=3.00KN/m212厚水泥砂浆吊顶 200.012=0.24KN/m2屋面恒荷载 5.394 KN/m2取5.40KN/m2 （AB、BC、CD、DE跨）框架梁自重 0.30.825=6KN/m梁侧粉刷 （0.8-0.12）200.022=0.544KN/m合计 6.55 KN/m因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：g5AB1=g5BC1=g5CD1= g5DE11=6.55KN/m(注：下标5表示第5层)g5AB2= g5BC2= g5CD2= g5DE2=5.4(3+4)=37.8 KN/m（2）楼面框架梁线荷载标准值20厚1:25水泥砂浆找平 200.025=0.50KN/m220厚1:25水泥砂浆找平 200.025=0.50KN/m210厚地砖面层 220.01=0.22KN/m2120厚现浇混凝土屋面板 250.12=3.00KN/m212厚水泥砂浆吊顶 200.012=0.24KN/m2楼面恒荷载 4.46 KN/m2取4.5KN/m2四层框架梁及梁侧粉刷 6.55 KN/m梁上填充墙自重 （3-0.8）80. 2=3.52KN/m 墙面粉刷 （3-0.8）200.022=1.76KN/m合计 5.28KN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为g4AB1=g4BC1=g4CD1= g4DE1=6.55+5.28=11.83KN/m g4AB2=g4BC2=g4CD2= g4DE2=4.5（3.00+4.00）=31.5 KN/m一二三层框架梁及梁侧粉刷 6.55 KN/m梁上填充墙自重 （4-0.8）80. 2=5.12KN/m 墙面粉刷 （4-0.8）200.022=2.56KN/m合计 7.68KN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为gAB1=gBC1=gCD1= gDE1=6.55+7.68=14.23 KN/mgAB2=gBC2=gCD2= gDE2=4.5（3.00+4.00）=31.5 KN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值A、E柱连系梁自重 0.350.98.225=64.58KN粉刷 （0.9-0.12）200.0228.2=5.17KN1m高女儿墙自重 250.28.21=41KN粉刷 200.028.212=6.56KN连系梁传来屋面自重 1/2（1/28.44.2+1/284）5.4=90.83KN顶层A、E柱节点集中荷载 G5A= G5E=208.14KNB、C、D柱连系梁自重 0.300.808.225=49.2KN粉刷 （0.80-0.12）200.0228.2=4.46KN连系梁传来屋面自重 B、C、D柱 【（1/28.44.2）+（1/284）】5.4= 135KN 顶层柱节点集中荷载 G5B= G5C= G5D=180.81 KN (4)楼面框架节点集中荷载标准值四层A、E柱连系梁自重 64.58KN粉刷 6.56KN墙体自重 （注：窗户尺寸较小，未考虑折减） 80.2 8.2（3-0.9）=27.55KN粉刷 200.028.2（3-0.9）2=13.78KN外墙面砖 200.018.2（3-0.9）=3.44KN 外墙保温 0.18.2（3-0.9）=1.72KN 框架柱自重 250.70.73=36.75KN粉刷 200.0231.4=1.68KN连系梁传来楼面自重 1/2（1/28.44.2+1/284）4.5=75.69KN四层A、E柱节点集中荷载 GA= GE=231.75 KN四层B、C、D柱连系梁自重 49.2KN粉刷 4.46KN墙体自重 80.2 8.2（3-0.8）=28.64KN粉刷 200.028.2（3-0.8）2=14.32KN 框架柱自重 36.75KN粉刷 1.68KN连系梁传来楼面自重 B、C、D柱 【128.44.2+1284】4.5= 151.69KN四层柱节点集中荷载 GB= GC= GD=285.27 KN二、三层A、E柱连系梁自重 64.58KN粉刷 6.56KN墙体自重 （注：窗户尺寸较小，未考虑折减） 80.2 8.2（4-0.9）=40.67KN粉刷 200.028.2（4-0.9）2=20.34KN外墙面砖 200.018.2（4-0.9）=5.08KN 外墙保温 0.18.2（4-0.9）=2.54KN 框架柱自重 250.70.74=49KN粉刷 200.0241.4=2.24KN连系梁传来楼面自重 1/2（1/28.44.2+1/284）4.5=75.69KN二、三层A、E柱节点集中荷载 GA= GE=266.7 KN二、三层B、C、D柱连系梁自重 49.2KN粉刷 4.46KN墙体自重 80.2 8.2（4-0.8）=35.84KN粉刷 200.028.2（4-0.8）2=17.92KN 框架柱自重 49KN粉刷 2.24KN连系梁传来楼面自重 B、C、D柱 【128.44.2+1284】4.5= 151.38KN二、三层柱节点集中荷载 GB= GC= GD=310.4 KN一层A、E柱连系梁自重 64.58KN粉刷 6.56KN墙体自重 （注：窗户尺寸较小，未考虑折减） 80.2 8.2（4-0.9）=40.67KN粉刷 200.028.2（4-0.9）2=20.34KN外墙面砖 200.018.2（4-0.9）=5.08KN 外墙保温 0.18.2（4-0.9）=2.54KN 框架柱自重 250.70.74=49KN粉刷 200.0241.4=2.24KN连系梁传来楼面自重 1/2（1/28.44.2+1/284）4.5=75.69KN一层A、E柱节点集中荷载 GA= GE=266.7 KN一层B、C、D柱连系梁自重 49.2KN粉刷 4.46KN墙体自重 80.2 8.2（4-0.8）=35.84KN粉刷 200.028.2（4-0.8）2=17.92KN 框架柱自重 49KN粉刷 2.24KN连系梁传来楼面自重 B、C、D柱 【128.44.2+1284】4.5= 151.38KN一层柱节点集中荷载 GB= GC= GD=310.4 KN （5）恒荷载作用下的结构计算简图恒荷载作用下结构计算简图2、活荷载计算民用建筑楼面均布活荷载标准值参考项次类 别标准值(kN/m2)1住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园1.52教室,试验室、阅览室、会议室2.03食堂、办公楼中的一般资料档案室2.54礼堂、剧场、电影院、体育场及体育馆的看台：（1）有固定座位（2）无固定座位2.53.55健身房、舞厅4.06展览馆、商店3.57车站大厅、候车室、舞台、体操室3.58藏书库、档案库5.09停车库：（1）单向板楼盖（板跨不小于2m）（2）双向板楼盖和无梁楼盖（柱网尺寸不小于6mX6m）4.02.510厨房2.011浴室、厕所、盥洗室：（1）对第一项中的民用建筑（2）对其他民用建筑2.02.512走廊、门厅、楼梯：（1）住宅、托儿所、幼儿园（2）宿舍、旅馆、医院、办公楼（3）教室、食堂（4）礼堂、剧场、电影院、看台、展览馆1.52.02.53.513挑出阳台2.5pAB= pBC= pCD= pDE= 2.04+2.03=14kN/mPA= PE 121263+12842.0=25KNPB =PC= PD =【1263+1284】2. 0=50KN活荷载作用下结构计算简图3、风荷载计算风压标准值计算公式为： zsz0式中 风荷载标准值（kN/m2）； z高度 z 处的风振系数； s风荷载体型系数； z风压高度变化系数； 0基本风压（kN/m2）。因结构高度H=19m30m,可取z=1.0；平面近似于矩形取s=1.3；z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，计算过程如下：层次zsZ(m)z0 (kN/m2)A(m2)PW(KN)51.01.319.450.730.5517.59.1341.01.316.450.6760.552110.1531.01.313.450.650.5524.511.3921.01.39.450.650.552813.0111.01.35.450.650.5533.07515.37注：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；PW=A。风荷载作用下结构计算简图四、内力计算1、恒荷载作用下内力计算采用分层法顶层先将梁上梯形荷载和三角形荷载化为等效均布荷载Mp AB= Mp BAq=(1-22 1+3 1)p荷载的等效1=600080000.5=0.3752=800080000.5=0.53=600084000.5=0.3574=800084000.5=0.476顶层梯形荷载化作等效均布荷载为gAB= gDE=6.55+(1-20.3752+0.3753)37.8+(1-20.52+0.53)37.8=56.79KN/mgBC=gCD=6.55+(1-20.3572+0.3573)37.8+(1-20.4762+04763)37.8=61.18KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MDE =11256.7982=302.288kNmMBC= MCD= 11261.188.42=359.74kNm 四层梯形荷载化作等效均布荷载为gAB= gDE=6.55+(1-20.3752+0.3753)31.5+(1-20.52+0.53)31.5=50.54KN/mgBC=gCD=6.55+(1-20.3572+0.3573)31.5+(1-20.4762+04763)31.5=52.08KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MDE =11250.5482=269.55kNmMBC= MCD= 11252.088.42=306.23kNm 一、二、三层梯形荷载化作等效均布荷载为gAB= gDE=6.55+(1-20.3752+0.3753)31.5+(1-20.52+0.53)31.5=50.54KN/mgBC=gCD=6.55+(1-20.3572+0.3573)31.5+(1-20.4762+04763)31.5=52.08KN/m各杆的固端弯矩为：MAB= MDE =11250.5482=269.55kNmMBC= MCD= 11252.088.42=306.23kNm1、恒荷载作用下的内力计算修正后框架在恒荷载下的弯矩图 框架在恒荷载作用下梁的剪力图注：VA=（MAMB）/L+gL/2 VB= VAGL框架在恒荷载作用下柱的轴力图注：NA=VA+GA+Ni+1 （i为当前层数）框架在恒荷载作用下经调幅并算至柱边截面的弯矩注：M1=MV1b/2；V1=V(g+p)b/2式中M1、V1为柱边截面的弯矩和剪力；g和q分别为梁上恒荷载和活荷载；b为柱的边长。2、活荷载作用下的内力计算框架在活荷载作用下梁、柱的弯矩图框架在活荷载作用下算至柱边的梁的剪力图框架在活荷载作用下柱的轴力图框架在活荷载作用下经调幅并算至柱边截面的弯矩3、风荷载作用下的内力计算风荷载作用下框架梁、柱的弯矩图风荷载作用下梁柱的剪力图注：V=(M1+M2)/L 风荷载作用下柱的轴力图4、横向水平地震作用下的内力计算重力荷载代表值G5=56.7982+61.188.42+208.142+180.813+0.5（19.5582+20.238.42)=3221kNG4=50.5482+52.088.42+231.752+285.273+0.5（19.5582+20.232)=3180kNG3=G2=50.5482+52.088.42+266.72+310.43+0.5（19.558.42+20.2382)=3466kNG1=50.5482+52.088.42+266.72+310.43+0.5（19.558.42+20.2382)=3509kN总重力荷载代表值为GE=3221+3180+3466+3466+3509=16842kN总水平地震作用的表达式为 FEK=0.851GE查的max=0.08；Tg=0.65。阻尼比为0.05，故=0.9。根据周期经验计算公式T1=0.1n （n是层数）=0.51=max=0.08FEK=0.850.0816842=1450kNT1/Tg=0.5/0.65=0.771.4，无需在顶部附加地震作用。用底部剪力法把总水平地震作用沿高度分配，可得到隔层的水平地震作用。Fi=GiHi/GKHK FEKF1=35095/(30595+34669+346613+318016+322119)1450=124.94kNF2=34669/(30595+34669+346613+318016+322119)1450=222.13kNF3=346613/(30595+34669+346613+318016+322119)1450=320.83kNF4=318016/(30595+34669+346613+318016+322119)1450=354.11kNF5=322119/(30595+34669+346613+318016+322119)1450=435.79kN 仍采用D值法计算，过程如下：剪力在各柱间的分配各柱反弯点及柱端弯矩各柱反弯点及柱端弯矩各柱反弯点及柱端弯矩地震作用下框架梁、柱的弯矩图地震作用下梁柱的剪力图 地震作用下柱的轴力图五、内力组合梁的控制截面柱的控制截面五层梁的内力组合四层梁的内力组合三层梁的内力组合二层梁的内力组合一层梁内力组合五层柱内力组合四层柱内力组合三层柱内力组合二层柱内力组合一层柱内力组合六、截面设计混凝土强度采用C40，fc=19.1Nmm，ft=1.71N/mm2， ftk=2.39Nmm；受力主筋和箍筋均采用HRB400级，fy=360Nmm，f yk= 400Nm m。1、框架梁截面设计五层AB梁：最不利内力组合为:左端（1截面）：M=292.04kN/m V=266.03kN右端（3截面）：M=438kN/m V=281.16kN跨中（2截面）：M=262.86kN/m 正截面受弯承载力：查的相对界限受压区高度为b=0.518。截面位置MsskN/mM/1bh2 0fc1sqrt（12s）0.5【1+sqrt（1-2s）】左端292.040.080.5180.0830.958右端4380.120.5180.1280.936跨中262.860.07V截面符合要求0.7ftbh0=0.7 1.71300760=272.916kN0.293 mm2/mm,可以。箍筋配筋率=sv= Asv/bs=250.3/(300200)=0.17%0.24ft/fyv=0.241.71/360=0.114%满足要求其余各梁配筋结果如下：截面位置MsskN/mM/1bh2 0fc1sqrt（12s）0.5【1+sqrt（1-2s）】左端527.560.1590.5180.740.913右端578.210.1740.5180.1930.903跨中231.90.07V截面符合要求0.7ftbh0=0.7 1.71300760=272.916kN0.50mm2/mm,可以。箍筋配筋率=sv= Asv/bs=250.3/(300200)=0.17%0.24ft/fyv=0.241.71/360=0.114%满足要求截面位置MsskN/mM/1bh2 0fc1sqrt（12s）0.5【1+sqrt（1-2s）】左端563.320.170.5180.190.906右端5700.1720.5180.190.905跨中249.540.073V截面符合要求0.7ftbh0=0.7 1.71300760=272.916kN0.5 mm2/mm,可以。箍筋配筋率=sv= Asv/bs=250.3/(300200)=0.17%0.24ft/fyv=0.241.71/360=0.114%满足要求（2）框架柱截面设计一层A柱：最不利内力组合为：M1=424.89kNmM2=613.33kNmN=1986.5kNV=124.05kN正截面受弯承载力：按“强柱弱梁”的原则调整弯矩值Mc=cMbc为框架柱端弯矩增大系数，三级抗震取1.3M1=1.3527.6=685.9424.89取M1=685.9kNmM2=0取M2=0kNm取柱的弯矩M=685.9kNme0=M/N=685.9 kNm/1986.5 kN=0.35mh0/30=660/30=22mm20mm取ea=22mm，ei=e0+ea=0.37me=ei+h/2-as=370+700/2-40=680mm=REN/1fcbh0=0.851986.51000/(19.1700660)=0.192as=80mm取=148.6mmAs=As/=【Ne-1fcb（h0-0.5）】/【fy（h0-as）】=【1986.51000680-19.1700148.6（660-0.5148.6）】/360（660-40）=838.5mm2124.05kN取V=191.67kNhw/b=660/700=0.95V截面符合要求N=1986.5kN3取=3Asv/s=【V-1.75/(+1) ftbh0-0.07N】/（fyvh0）=【191.671000-1.753+11.71700660-0.071986.51000】/3606600按构造配箍筋选取8200一层B柱：最不利内力组合为：M1=425.96kNmM2=613.17kNmN=3468.03kNV=147.706kN正截面受弯承载力：按“强柱弱梁”的原则调整弯矩值Mc=cMbc为框架柱端弯矩增大系数，三级抗震取1.3M1=1.315=19.520mm取ea=20mm，ei=e0+ea=0.15me=ei+h/2-as=150+700/2-40=460mm=REN/1fcbh0=0.853468.031000/(19.1700660)=0.332as=80mm取=259.4mmAs=As/=【RENe-1fcb（h0-0.5）】/【fy（h0-as）】=【0.853468.03100