混凝土和砌体结构设计课程设计

1、 混凝土和砌体结构设计课程设计 多层框架结构设计 张蕾春 指导教师： 11土木（2）班 班 级： 施迎宁 学生姓名： Xf11220222 号： 学 2014.5.7-6.5 设计时间： 浙江理工大学科技与艺术学院建筑系 . 混凝土和砌体结构设计课程设计 一、目 的 掌握现浇多层框架结构方案布置、荷载分析、框架结构内力分析、内力组合、框架梁、柱和节点设计。通过该课程设计，能综合运用结构力学和钢筋混凝土基本构件的知识，掌握结构设计的基本程序和方法。 二、设计任务 1.工程概况 本工程为钢筋混凝土框架结构体系，共三层，层高3.6m，室内外高差为0.45m，基础顶面至室外地面距离0.5m。框架平面柱

2、网布置见图1所示，选择典型一榀框架进行计算。框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇。 2. 设计资料 （1）气压条件 22，地面粗糙度类别为B类。不上基本雪压0.3 kN/m ，基本风压0.4 kN/m 2。0.5kN/m人屋面，屋面活荷载 （2）抗震设防：不考虑抗震设防。 . . （3）主要建筑做法: 构件尺寸：梁：250X550；柱：600X600 屋面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm，120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡，20mm厚水泥砂浆找平层，4mm厚SBS卷材防水层。 楼面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm，30mm厚水磨石面层。梁柱表面采用20mm厚抹灰。

3、 33，水m15 kN25 ）荷载取值：钢筋砼容重kNm，水泥膨胀珍珠岩砂浆（4332，0.30kN/m，SBS，石灰砂浆容重17kNm卷材防水层泥砂浆容重20kNm23，分项系数1.4。 1.2。恒载分项系数为，活荷载3.5 kN/m水磨石自重0.65kN/m（5）材料：混凝土强度等级为C30。受力钢筋采用三级钢。 根据地质资料，确定基础顶离外地面为500mm，由此求得底层层高为4.55m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图中。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取I=2I（I为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。 0013?33 跨梁： AB、CD)E?1.28?10(m?i?2E?0

4、.25?0.55/5.4 cc1213?33)(?10Em?0.25?0.55?/?i?2E2.42.9 BC跨梁： cc1213?33)i?10EmE(?3?0.6?0.6/3.6?上部结构各层柱： cc1213?33)m(?0.60.6?iE?/4.552.3710E 底层柱： cc12. . 结构计算简图33? mE10X 图中数字为线刚度，单位：C 三、荷载计算 1、恒荷载计算 1）屋面框架梁线荷载标准值：（2m/0.34kN0.02?17? 20mm厚板底抹灰：2m2.25kN/0.09?25? 厚的钢筋混凝土板： 90mm2m/?15?1.8kN0.12 120mm水泥膨胀珍珠岩保

5、温层找坡：2m/.4kN200.02?0 厚水泥砂浆找平层： 20mm2m/0.3kN 4mm厚SBS卷材防水层：_ 2mkN/5.09 屋面恒荷载： ?m0.25/?25?2.875kN（0.55-0.09） 框架梁自重：?m2kN?0.0217?0.313/?0.55-0.09（） 梁侧粉刷：_ m/3.19kN . . 因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为： g?g?g?3.19kN/m 13CD11BC33ABg?g?5.09?3.6?18.324kN/m 232CD3ABg?5.09?2.4?12.216kN/m 23BC（2）楼面框架梁线荷载标准值 2mkN/0.340.02?17?

6、 厚板底抹灰： 20mm2m2.25kN/0.09?25? 90mm厚的钢筋混凝土板：2mkN/0.65 30mm厚水磨石面层：_ 2m/3.24kN 楼面恒荷载： m/3.19kN 框架梁自重及梁侧粉刷： 因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：g?g?g?3.19kN/m 1CDBC1AB1g?g?3.24?3.6?11.664kN/m 2AB2CDg?3.24?2.4?7.776kN/m 2BC （3）屋面框架节点集中荷载标准值 （0.55-0.09）?7.2?25?20.7kN0.25? 边柱连系梁自重：（0.55-0.09）?7.2?2?17?2.252kN0.02? 粉刷： 边柱连系

7、梁传来屋面自重： 1.8?1.8?5.09/2?16.491kN1?7.594?kN?(0.55?0.09)?5.425?20.25? 4 边柱次梁自重： （0.55-0.09）?5.4?2?17?1.652kN0.02? 粉刷：_ G?G?48.962kN 顶层边节点集中荷载： D3A3. . 20.7kN 中柱连系梁自重：2.525kN 粉刷：1?1.2?5.09?10.99(3.6?1.2)?1.2?kN 中柱连系梁传来屋面自重： 20.5?3.6?3.6/2?5.09?16.491kN _ G?G?50.433kN 顶层中节点集中荷载：C33B （4）楼面框架节点集中荷载标准值 0.3

8、?(0.6?0.1)?7.2?25?27kN 边柱连系梁自重：（0.6-0.1）?7.2?2?17?2.448kN0.02? 粉刷： 边柱连系梁传来楼面自重： 2.7?1.8?3.24?15.746kN0.6?0.6?25?3.6?32.4kN 框架柱自重：0.02?0.6?4?3.6?17?2.94kN 粉刷： _ G?G?74.311kN 顶层边节点集中荷载： D3A3 20.7kN 中柱连系梁自重： 2.525kN 粉刷：1?1.2?3.24?3.63.6?2.49.331?kN 中柱连系梁传来屋面自重： 21 ?3.6?1.8?3.24?10.498kN 232.4kN 框架柱自重：

9、2.94kN 粉刷： _ G?G?78.394kN 顶层中节点集中荷载：CB. . 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 2、活荷载计算 （1）屋面活荷载计算 活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为： p?p?0.5?3.6?1.8kN/m CD3AB3p?0.5?2.4?1.2kN/m BC311?P?P?(2.7?2.7?1.8)?1.8?3.6?1.8?0.5?2?6.48kN? D3A322?1P?P?6.48?(3.6?1.2?3.6)?1.2?0.5?2?10.08kN C33B2（2）楼面活荷载计算 活荷载作用在楼面上的线荷载为： p?p?3.5?3.6?12.

10、6kN/m CDABp?3.5?2.4?8.4kN/m BCP?P?6.48?3.5?2?45.36kN DAP?P?10.08?3.5?2?75.56kN CB. . 5）活荷载作用下的结构计算简图 PPPP3C3A3D3B3B3A3C3BCCCABCACDBA 活荷载作用下的结构计算简图 3、风荷载计算 ? 风压标准值计算公式： ?0szz?3.?1可按；，可取因结构高度；对于矩形平面0.1?m11.9m30H?zsz线性插入法求得。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计过程如表1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，计算结果如图所示。 层次 ?

11、 z? sz (m) ? z2? )(mkN/0 2)(Am )(PkNw3 2 1 1.0 1.0 1.0 1.3 1.3 1.3 11.4 7.8 4.2 1.0392 1 1 0.45 0.45 0.45 12.96 25.92 28.08 7.582 15.163 16.427 风荷载计算 表1 . . 四、 内力计算 1、恒荷载作用下的内力计算恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。计算中柱的线刚度取框架 柱实际线刚度的0.9倍。梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也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

12、。 把梯形荷载转化作等效均布荷载13.6? ?0.5135.4 ）顶层（132?g?g?g(1?2) 23AB1AB131边33219.2240.333?0.333)?4.09?(1?2 m?/19.76kN 55m12.1kN/?g4.09?12.816?gg? 233BC1BC中388 结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。 各杆的固端弯矩为：1122?48.02kN?5.419.76?l?Mg?m AB3边边31212. . 1122?5.81kN1.2?mgl?M?12.1? BC3中中3331122?m?1.2M?2.9kNgl?12.1 CB3中3中66

13、?m）顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN 0.148 0.488 0.511 0.155 0.697 A-1 23.43 A-B B-A B-2 48.02 -48.02 12.27 24.54 B-C -5.81 -37.97 2.06 -8.06 -8.44 -4.22 1.08 2.16 -0.75 -0.16 -0.16 C-B-2.9034.4350.75 35.82 52.77 25.48 -25.54 -44.53 -8.22 顶层分层法弯矩计算结果 ）中间层（232?g?)?g?g(1?2 2AB111AB边3212.5640.333)?2?(1?0.333

14、?4.09? mkN/?14.33 55m/9.325?4.09?8.376?kN?ggg 2BC1BC中88 . . 结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。 各杆的固端弯矩为： 1122?34.82kN?m?14.33M?5.4gl AB边边12121122?4.476kN?9.325?M?1.2mlg? BC中中331122?2.238kN?mM?gl?9.325?1.2 CB中中66 中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m） 0.328 0.328 0.344 0.135 0.129 0.129 0.607 A-1 11.42 B-A A-

15、5 A-B B-2 -34.82 34.82 5.99 11.42 11.98 B-6 -4.69 0.81 -2.46 -4.91 -4.69 0.81 0.85 0.43 -0.06 -0.06 -0.06 C-BB-C-2.238-4.47622.05-22.050.260.26 20.072 -26.786 12.23 12.23 -25.45 -4.75 36.27 -4.75 中间层分层法弯矩计算结果 . . （3）底层 底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m） 0.293 0.345 0.362 0.138 0.112 0.131 0.619 A-1 10.2

16、 A-5 A-B B-A B-2 34.82 -34.82 6.30 12.01 12.60 B-3 -4.80 0.74 -4.10 -5.06 -2.53 0.46 0.87 0.92 -0.06 -0.06 -0.05 C-BB-C-2.238-4.47622.68-22.680.280.28 20.722 -27.436 -23.83 -4.15 -4.86 36.46 12.88 10.94 底层层分层法弯矩计算结果 . . 二次分配不平衡弯矩： 标准层传给顶层的弯矩分配： 0.488 0.511 0.155 0.148 0.697 A-1 4.08 -1.99 A-B B-A B-

17、2 -1.58 -2.08 -1.04 B-C 1.83 0.10 0.41 -0.21 0.39 0.11 -0.06 0.04 0.008 0.009 C-B-1.83-0.04-1.87 -1.991 -0.681 2.19 -1.182 1.87 底层、顶层传给标准层的弯矩分配： 0.328 0.328 0.344 0.135 0.129 0.129 0.607 A-1 4.29 -4.19 A-2 A-B B-A B-2 8.49 -1.62 -2.2 -4.19 -4.40 B-3 -2.74 0.85 -0.146 0.85 0.89 0.445 -0.146 -0.153 -0

18、.77 0.01 0.01 0.01 C-BB-C-3.983.98-0.050.05 -4. 4.03 -1.287 -0.046 -0.76 4.154 -1.88 -4.108 标准层传给底层的弯矩分配： 0.293 0.345 0.362 0.138 0.112 0.131 0.619 A-1 -1.195 框架在恒荷载下的弯矩图A-2 A-B B-A B-2 4.08 -1.408 -1.477 -0.739 B-3 -1.58 0.304 -0.05 0.16 0.26 0.32 -0.06 -0.06 CBA C-BB-C-1.441.44 -1.44 -0.419 -1.245

19、 0.26 -1.276 1.44 -1.377 3.612 . . 跨中弯矩计算： 122.67?52.0892-?32.146kN?5.4?mM?19.76 AB38212-42.66?33.948kN?M?12.1?2.4m BC38129.558?34.9832-?19.962kN?14.33?5.4mM AB28212-22.756?16.0422.4kN?mM?9.325? BC28125.207?36.0412-?21.609kN?14.33?5.4mM AB18212-25.996?19.282kN?M?9.325?2.4?m BC18 D . . 剪力计算： 125.419.

20、76?52.089?27.67 2 kN?48.83?V BA35.4 kN?57.874?5.4V?48.83?19.76AB3122.412.1? 2 V14.52?kN?V 3CBBC32.4125.4?29.558?34.983?14.33 2 VkN?37.69 2BA5.4 V?39.692kN?14.33?5.437.692AB122.4?9.325 2 kN11.19?V?V? CB22BC2.4125.4?14.3325.207?36.04? 2 kN?36.68V? BA15.4 kN?40.702?5.4?36.68V?14.331AB122.4?9.325 2 kN?V

21、11.19?V? CB11BC2.4轴力计算： N?109.674?57.874?167.548kN 3AN?153.053?48.83?14.52?216.403kN 3BN?167.548?115.639?39.692?322.879kN 2AN?216.403?126.829?37.69?11.19?392.112kN 2BN?322.879?115.639?40.702?479.22kN 1AN?399.112?126.829?36.68?11.19?567.521kN 1B. . DBCA 框架在恒荷载下的梁剪力，柱轴力图 弯矩调幅： DCBA 2、活荷载作用下的内力计算 把梯形荷载

22、转化作等效均布荷载。. . （1）顶层 23?p?2)p?(1? AB113边332.8133)?0.333?0.3?(1?2 ?1.467kN/m 55p?1.2?0.75kNp?/m BC3中388各杆的固端弯矩 1122?3.564kN?1.467M?5.4mpl? AB3边3边12121122?0.36kN?1.2?m?pl?M0.75 BC3中3中331122?0.18kN?m?0.75?1.2M?lp? CB3中3中66顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m） 0.488 0.511 0.155 0.148 0.697 A-1 1.74 B-A A-B B-2

23、-3.564 3.564 0.91 1.82 B-C -0.36 -2.87 0.156 -0.64 -0.61 -0.32 0.163 C-B-0.182.87 2.69 -0.61 -1.901 1.896 3.834 -3.23 顶层分层法弯矩计算结果 . . （2）中间层 23?)?(1?2pp? AB11边23?(1?2?0.333?0.333)?12.6 ?10.27kN/m 55p?p?8.4?5.25kN/m BC中88各杆的固端弯矩 1122?24.96kN?M?10.275.4mpl AB边边12121122?2.52kN?5.25?M?1.2mpl? BC中中331122

24、?1.26kN?mM?l?5.25?1.2?p CB中中66中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m）2 0.328 0.328 0.344 0.135 0.129 0.129 0.607 A-1 8.19 A-2 A-B B-A B-2 -24.96 24.96 4.295 8.19 8.59 B-3 -3.45 0.59 -1.805 -3.61 -3.45 0.59 0.62 0.31 -0.04 -0.04 -0.04 C-BB-C-1.26-2.5216.23-16.230.19-0.19 15.16 -18.94 8.78 8.78 -17.555 25.915

25、 -3.49 -3.49 . . 中间层分层法弯矩计算结果 （3）底层 ）kN（单位：?m底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：0.131 0.619 0.112 0.138 0.362 0.293 0.345 A-1 7.31 A-2 B-A A-B B-2 24.96 -24.96 4.52 8.61 9.04 B-3 -3.53 0.54 -3.72 -1.86 -3.02 0.64 0.67 0.335 -0.04 -0.04 -0.05 C-BB-C-1.26-2.5216.69-16.690.21-0.21 15.64 -19.42 -3.57 -3.06 -17.11 9.2

26、5 7.85 26.045 底层分层法弯矩计算结果 . . 二次分配不平衡弯矩： 标准层传给顶层的弯矩分配： 0.488 0.511 0.155 0.148 0.697 A-1 2.93 -1.43 A-B B-A B-3 -1.16 -1.5 -0.75 B-C 1.33 -0.07 0.3 0.28 0.15 -0.08 C-B-1.33 -1.33 1.43 1.33 -0.88 -0.45 -1.43 底层、顶层传给标准层的弯矩分配： 0.328 0.328 0.344 0.135 0.129 0.129 0.607 A-1 3.08 -1.22 A-2 A-B B-A B-2 0.6

27、32 -1.19 -1.22 -0.64 -1.28 B-3 -0.203 0.26 -0.04 0.27 0.135 0.26 -0.04 -0.05 C-BB-C-1.231.23 -1.13 -0.628 -0.93 0.057 1.23 1.82 -0.37 -1.195 标准层传给底层的弯矩分配： 0.293 0.345 0.362 0.138 0.112 0.131 0.619 A-1 -0.86 B-A A-2 A-B B-2 2.93 -1.06 -0.503 -1.01 B-3 -1.16 0.22 -0.03 0.19 0.115 0.23 -0.04 -0.04 C-BB

28、-C-1.031.03 -1.03 -0.733 1.03 -0.985 -0.89 1.88 0.19 -0.94 跨中弯矩计算： . . 3.384?13.3262mkN?5.41.99-?M?1.467? AB32812m1.36kN2.4?0.75?-1.9?M? BC3825.545118.75?2mkN?5.4?-?15.29M?10.27 AB22812m?13.93kN?M?5.25?2.4?-17.71 BC2825.312118.095?2m?5.415.73-?kN?M?10.27 AB12812m?2.4?-18.39?14.61kN5.25?M BC18 DCBA 框

29、架在活荷载下的弯矩图. . 剪力计算： 125.41.467?3.384?3.326 2 kN?3.95?V BA35.4 kN?3.97?5.4?V3.95?1.467AB3122.40.75? 2 V0.9?kN?V 3CBBC32.4125.4?10.2718.75?25.545? 2 VkN?26.47 2BA5.4 V?28.988kN26.47?10.27?5.4?2AB122.4?5.25 2 kN6.3?V?V? CB22BC2.4125.4?10.2718.095?25.312? 2 kN?26.39V? BA15.4 kN?29.068?5.4?26.39V?10.271A

30、B122.4?5.25 2 kN?V6.3?V? CB22BC2.4 轴力计算： N?6.48?3.97?10.45kN 3AN?10.08?3.95?0.9?14.93kN 3BN?45.36?28.988?10.45?84.798kN 2AN?70.56?26.47?6.3?14.93?118.26kN 2BN?45.36?29.068?87.798?159.226kN 1AN?70.56?26.39?6.3?118.26?221.51kN 1B. . DBCA框架在活荷载下的梁剪力，柱轴力图 弯矩调幅： . . 、风荷载作用下的内力计算3 y=0.45=0.35y0K=3.070K=0.

31、94P=7.5823=4.93M=0.61=3.042M上c=0.32上c=4.03MV=7.582=1.638M下P3V=2.49下V=1.30=0.45yK=0.94=0.5y0K=3.070P=15.1632=7.74M=13.428M=0.32上=0.61c上c=6.33MV=22.745=13.428M下P2下V=3.91V=7.46y=0.55=0.59yK=1.23K=4.0100=16.472P1M=24.09=0.75=0.54=15.8Mc上c上M=29.44=22.73MV=11.39下V=8.2=39.172V下P1BBAA风荷载作用下剪力在各柱间分配 风荷载作用下各柱

32、反弯点及柱墙弯矩 DCB 风荷载作用下的框架弯矩图 . . 图N图CB 风荷载作用下框架剪力轴力图 五、内力组合根据上述内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其个控制截面。柱分5中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁有 为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。内力组合使用的控制截面标于下图。 梁和柱内力组合表：柱内力组合表 . . 楼层 柱截 面恒荷载 活荷 载风荷 载 活1.2?恒载? 1.4?载?0.9?1.2?恒载 ）风载?1.4（活载?1.4?Nmax,，M M Nmin，M maxN,V 顶 层A M6 26.67 3.326 3.024? 36.3278

33、M5 16.384 8.152 1.638? 30.258436.813 40.008 40.008 N 167.584 10.45 0.84m 214.6858245.303 243.088 243.088 V 1.3? 1.479 B M6 -9.402 -1.49 4.93? -13.2194-28.403 -13.764 -28.403 M5 -6.63 -3.433 4.03? -12.4189-23.745 -14.640 -23.745 N 216.403 14.93 1.69m 279.0926330.131 319.469 330.131 V 2.49? -3.297 中间

34、层A M4 12.814 10.6 7.74? 29.156826.351 43.925 43.926 M3 15.492 11.3 6.33? 33.280435.923 49.902 49.902 N 322.879 84.798 3.55m 497.6922587.715 578.874 570.062 V 3.91? 4.438 B M4 -5.51 -4.42 13.428? -12.358-38.521 0.653 -38.521 M3 -6.136 -4.51 25.974? -13.2262-36.806 -4.754 -36.806 N 392.12 118.26 7.34m

35、 624.282782.054 736.941 782.054 V 7.46? -9.892 底 层A M2 9.695 6.96 15.8? 20.68210.799 42.359 42.359 M1 5.47 3.925 22.73? 11.6665-15.981 46.666 46.666 N 479.22 159.26 9.805m 782.102917.195 890.518 890.518 V 8.2? -10.022 B M2 -3.89 -2.87 22.73? -8.399-44.075 17.922 -44.075 M1 -2.075 -1.53 29.44? -4.479

36、-44.998 30.776 -44.998 N 567.521 221.51 15.4m 968.98821249.527 1136.288 1136.288 V 11.39? -14.656 . . 六、侧移验算7.582 mm?u?2.070 32?1.264?0.567?2u?12.073?3?0.575?10? ，可以。 33550?10h3.6322.745 mm?u?6.211 221.264?0.567?2?u?16.2113?2?10?1.725 ，可以。 2355010h3.6?239.175 mmu?14.542? 120.8?0.547?2?u?139.1753?1?3.094?10?过大，超过限，底层框架层间位移角 113550h4.7?101 制。 七、梁的截面设计，表用HRB335查，为C30受力钢筋采由混凝土强度等级mm/?300N1.43N/mm;f/f?14.3Nmm;f?，截面尺寸为mm?550300mmytcf1.43?t0.2%0.2145%?0.45?0.45?mm?2400b/?72003，保护层。 minf300fyv 25mm。厚度取 顶层： 1截面：610?M33.28? 0280.? s22?525300?.3?fbh141?0c1? 028.028?01?2?0.?1?1?2?1?s?bhf0.028