框架结构设计计算书、巨详细的步骤

框架结构设计第一部分：框架结构设计资料一 工程概况： 本工程为某市科技局拟建的办公楼，其功能为该局提供日常办公活动、举办各类小型学术报告的场所。结构形式为整体五层框架结构,局部六层,第六层为砖结构。建筑面积为5238m2，层高3.6m，总高为21.900m，室内外高差0.450m。框架平面柱网布置如图1所示。二 设计依据：2-1. 气象条件:2-1.1 雪荷载：基本雪压力为S0=0.45kN/m2(水平投影)；2-1.2 风荷载:全年主导风向为东南风，基本风压力为W0=0.60kN/m2;2-1.3 常年气温差值：年最高温度390C，最低气温-40C；2-1.4 最大降雨程度65.2/h,降雨强度145/h。.2-2. 建筑耐久等级、防火等级为级。2-3. 工程地质条件：2-3.1 该场地地形平坦，地貌类型属浑河冲积阶地。根据建筑对基地的勘察结果，地质情况见表1： 表1建筑地层情况表（标准值）序号岩土分类（m）土层深度（m）厚度范围（m）地基承载力fak(kPa)1耕植土0-1.21.22粘土1.2-4.63.42203砾砂4.6-5.50.93204圆砾5.5-12.06.5360注: 地下潜水水位埋深4.7-6.3; 表中给定土层深度自然地坪算起. 2-3.2 建筑场地冰冻深度:-1.2M；2-3.3 建筑场地类别：类场地，拟建场地不存在软土震陷、砂（粉）土液化的可能性，为建筑场地有利地段。2-3.4 地震设防烈度：7度，设计地震基本加速度为0.1g，设计地震分组为第一组。2-3.5 活荷载：走廊2.0KN/,楼梯间2.0KN/,厕所2.0KN/,办公室2.0KN/,门厅2.0KN/,库房6.0KN/,上人屋面2.0KN/,不上人屋面0.5KN/. 2-4 主要参考资料:2-4.1 各专业课教材2-4.2 国家标准和行业标准建筑设计资料集 建筑制图标准 GB/T501042001砌体结构设计规范GB500032001建筑抗震设计规范 GB500112001建筑结构制图标准GB/T501052001 砼结构设计规范 GB500102002建筑结构荷载规范GB500092002 建筑地基基础设计规范 GB500072002建筑设计防火规范GBJ1687（2001年局部修订）2-4.3 设计手册建筑设计资料集 建筑结构静力计算手册砼结构设计手册 砌结设构计手册 2-4.4 标准图集国标建筑、结构图集中南标建筑、结构图集三、结构形式及所用材料强度等级：采用框架结构，以横向承重为主。墙体厚度均为240，采用空心粘土砖。混凝土的强度等级如下：3-1. 基础垫层为C10。3-2. 梁、柱、楼梯等未注明的均为C30。Ec=3107Kn/。梁、柱纵向钢筋均为HRB335级热轧钢筋，箍筋及楼梯的配筋均为HRB235级的热轧钢筋。四、屋面、楼面及顶棚的做法：4-1. 屋面的做法： 地砖屋面10厚,缝宽5,水泥砂浆填缝水泥胶结合层3厚1：3水泥砂浆找平20厚二毡三油撒粗砂,刷冷底子油1:3水泥砂浆找平15厚1:8水泥膨胀珍珠岩找2%坡40厚(最薄处)刷冷底子油一道,热沥青玛蒂脂两道1：3水泥砂浆找平20厚预制空心钢筋混凝土楼板120厚( 标准重量2.28 kN/m2 )4-2楼面的做法：大理石面层20厚,水泥浆擦缝1：3干硬性水泥砂浆30厚预制空心钢筋混凝土楼板120厚 ( 标准重量1.16 kN/m2 ) 4-3. 顶棚做法： 预制板用水加10%火碱清洗油腻1：1：4水泥石灰砂浆中层8厚1：2.5水泥砂浆7厚喷大白浆两道2厚( 标准重量0.3kN/m2 )( 做法及标准重量查找于工民建专业毕业设计手册)第二部分 框架结构设计计算一 确定柱、梁及板的尺寸：1-1柱截面尺寸及柱高：1-1.1 柱的截面尺寸: 由房屋主体结构总高为21.9m，抗震设防烈度为七度。 柱截面尺寸确定如下：即先估算柱轴向力N，然后由轴压比限制条件确定截面尺寸，查得n=0.9（轴压比）。对办公楼上部结构的重量，按建筑面积为Pk=13KN/估算。fc=14.3N/2. 底层边柱:N=1.313KN/（9/ 2）m3.9m5=1428.975KN=1.43106N A=1.43106N/（0.914.3N/2）=1.111052取bh=400400 底层中柱:N=1.2513KN/（12/2）m3.9m5=1901.25KN=1.902106NA=1.902106N/( 0.914.3N/2 )=1.481052取bh=400400 为了便于计算所有柱的截面尺寸均取为bh=4004001-1.2. 柱高的确定: 底层高度： =600+室内外高差+底层层高 =600+450+3600=4650其中600是假定基础顶面在室外地面以下600处。其它层柱高等于层高，即3600. 1-2 梁尺寸的确定：该工程定为纵横向承重，主要为横向承重，梁尺寸初步确定：1-2.1 框架梁： KL1 边跨:L=9000 h=(1/141/8)L=642.81125 取h=650 b=(1/31/2)h=217325 取b=300KL2 中间跨=3000mm h=(1/141/8)L=214.3375综合考虑, 取hb=400mm250mm1-2.2 连系梁：LL 开间为3900mm, (1/151/10)L = 260390取h =390考虑到连梁兼做过梁使用,取hb=400mm250mm1-2.3. 梁的计算跨度: 取中框架梁轴为计算单元，如图3所示 1-3. 板的布置： 屋面板、楼板均为预制钢筋混凝土空心板。 规格为3900mm900mm120mm ( 重量为25 kN/m30.12m=3 kN/m2)二 梁柱刚度计算（取一榀横向框架计算） 假定框架柱嵌固于基础顶面上，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。多层框架考虑为纵横向承重， 主要为横向承重，为超静定结构，故在内力计算前，应预先估算梁，柱的截面尺寸及结构所采用的材料强度等级，以求得框架中各杆的线刚度。混凝土强度等级： 梁用C30 (Ec = 3 107 kN/) 柱用C30 (Ec = 3 107 kN/)结构计算简图如图22-1 梁的线刚度计算：KL1：I1 =6.910m KL2：I2 =1.3310m全现浇框架梁： a. 中框架梁 Ib2= 2.0I2= 2.6710m b. 边框架梁 Ib1= 1.5I1=10.310m边框架梁(b=0.3m.h=0.65m):跨度为9m，ib1 = = = 3.4410kNm中框架梁（b=0.25m,h=0.65m）:跨度为3m， ib2 = = 2.6710kNm2-2 柱的线刚度计算(b=0.4m,h=0.4m) 第一层：柱高4.65m ,Ic=2.110m ic1=1.410kNm 第二五层：柱高3.6m,Ic=2.110mic2=1.7510kNm2-3 柱的侧移刚度计算 见表2。 对于高度小于50m,且高宽比h/b=21/62.4=0.341.4 T=0.49s.故应考虑顶点附加作用。 = 0.08 T+0.01=0.062因TT5 T，取=0.9结构底部剪力为： F= =0.85 = =0.08=0.0460 F=0.080.8558067.13=1816.34kN顶点附加地震力作用为：= F=0.0621816.34=112.61kN F =FEK (1-n) 表4各层横向地震作用及楼层的地震剪力 层次h(m)H(m)G(kN)GHFEK (1-n)V(kN)63.622.652266.1851328.980.070119.26119.263=357.7853.619.0511531.27.690.298620.32739.5843.615.4511574.09.690.242412.301151.8833.611.8511589.21.140.186316.891468.7723.68.2511622.6495886.780.130221.481690.2514.654.6511749.9254637.130.074126.081816.33 表5变形验算层高层间剪力层间刚度层高层间相对转角5739.580001373.641151.880002143.631468.770002733.621690.250003143.611816.330005924.65 均满足 =要求3-2.2 横向框架柱端弯矩计算。第一层：边柱：=4.65m, =1816.33, =, =5160, ,=2.46 = 30.55kN =56.82kNm =82.23kNm中柱：=4.65m, =1816.33, =, =5936，=436, =35.14kN =73.53 kNm =89.87kNm第二层： 边柱：=3.6m, =1690.25, =, =8037, ,=1.97= 25.21 kN =45.39kNm =45.39kNm中柱：=3.6m, =1690.25, =, =10306，=3.49, = 32.33kN=58.19kNm =58.19kNm第三层：边柱：=3.6m, =1468.77, =, =8037, ,=1.97 = 21.91kN=39.44kNm =39.44kNm 中柱：=3.6m, =1468.77, =, =10306，=3.49, = 28.10kN =50.57kNm =50.57kNm第四层：边柱：=3.6m, =1151.88, =, =8037, ,=1.97 = 17.18kN = 34.02kNm =27.83kNm中柱：=3.6m, =1151.88, =, =10306，=3.49, = 22.03kN=39.66kNm =39.66kNm第五层：边柱：=3.6m, =739.58, =, =8037, ,=1.97 = 11.03kN= 23.83kNm =15.89kNm中柱：=3.6m,= 739.58,= ,= 10306，=3.49, = 14.15kN =28.01kNm =22.92kNm3-2.3 计算梁端弯矩第一层：边柱：=56.82+45.39= 102.21kNm中柱； =（73.53+58.19）=74.16kNm =（73.53+58.19）=57.56kNm第二层：边柱：=45.93+39.44=85.48kNm中柱：= (58.19+50.57)= 61.23kNm = (58.19+50.57)= 47.53kNm第三层：边柱：= 39.44+27.83= 67.27kNm中柱: = (50.57+39.66) =50.80kNm = (50.57+39.66) =39.43kNm第四层：边柱：=34.02+15.89= 49.91kNm中柱：= (39.66+22.92) = 35.23kNm = (39.66+22.92) = 27.35kNm第五层：边柱：=28.83kNm中柱：= 28.01 = 15.77kNm = 28.01 = 12.24kNm框架在地震作用下梁柱弯矩图：（单位：kNm） 图四：横向水平地震作用梁柱弯矩图(从左到右，阴影及数字为柱弯矩）图五：横向水平地震作用梁柱弯矩图(从左到右，阴影及数字为梁弯矩）框架在地震作用下梁端剪力、柱轴力图：（单位：kN）图六：横向水平地震作用（从左到右）梁端剪力图图