一榀框架计算(土木工程毕业设计手算全过程)

1、一 框架结构设计任务书1.1 工程概况：本工程为成都万达购物广场-成仁店，钢筋混凝土框架结构。梁板柱均为现浇，建筑面积约为5750m2，宽27米，长为45米，建筑方案确定。建筑分类为乙类公共类建筑，二类场地，抗震等级三级。 图1-1 计算平面简图1.2 设计资料1）气象条件：基本风压3155KN/m2 2）抗震设防： 设防烈度7度 3）屋面做法： 20厚水泥砂浆面层 一层油毡隔离层 40厚挤塑聚苯板保温层 15厚高分子防水卷材 20厚1:3水泥砂浆找平1:6水泥焦渣1%找坡层，最薄处30厚 120厚现浇钢筋混凝土板 粉底 4）楼面做法： 813厚铺地砖面层 100厚钢筋砼楼板 吊顶 1.3设计

2、内容 1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图 2)荷载计算3)框架纵横向侧移计算；4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析；5)内力组合及截面设计；6)节点验算。二 框架结构布置及结构计算简图确定2.1 梁柱截面的确定通过查阅规范，知抗震等级为3级，允许轴压比为=0.85由经验知n=1214kn/m2 取n=13kn/m2拟定轴向压力设计值 N=n A=13kn/m281m25=5265KN拟定柱的混凝土等级为C30，fc=14.3N/mm2 柱子尺寸拟定700mm700mm= =0.75=0.85 满足初步确定截面尺寸如下：柱：bh=700mm700mm 梁（BC跨、CE、EF跨）=L/12=90

3、00/12=750mm 取h=800mm，b=400mm纵梁=L/12=9000/15=600mm 取h=600mm，b=300mm 现浇板厚取h=120mm2.2 结构计算简图结构计算简图如下：图2-1结构计算简图图2-2平面计算简图三 荷载计算：3.1恒载标准值计算1）屋面板恒荷载标准值20厚1:3水泥砂浆面层 0.0220 =0.4 KN/M 2一层油毡隔离层 0.05 KN/M 240厚挤塑苯板保温层 0.040.5 =0.02 KN/M 2 15厚高分子防水卷材 0.04KN/M 220厚1:3水泥砂浆找平 0.0220 =0.4 KN/M 21:6水泥渣1%找坡层最薄处30厚（0.

4、03+0.045）/214=0.525 KN/M 2120厚现浇钢筋混凝土板 0.1225=3 KN/M 212厚板底抹灰 0.01220=0.24 KN/M 2 合计 4.675 KN/M 2 屋面板传递给边柱的集中荷载： 4.6751.59=63KN 中柱的集中荷载： 4.67539=126.23KN屋顶次梁恒载标准值 单向板传给次梁的荷载 4.6753=14.025 KN/M 次梁自重 0.3(0.6-0.12) 25=3.6 KN/M 次梁粉刷 （0.6-0.12）0.02172=0.326 KN/M 合计 18 KN/M 图3-1 次梁计算单元及板传力图屋顶框架梁所受恒荷载标准值次梁

5、传给框架梁恒荷载 189=162KN屋顶框架梁重量 梁自重： 0.40.8-0.1225=6.8KN/M 粉刷： 0.8-0.120.02172=0.46KN/M 合计 7.26KN/M2）楼面板恒载标准值 813厚铺地砖面层 0.6 KN/M 2 20厚1:2水泥砂浆结合层 0.0220=0.4 KN/M 2 120厚钢筋砼楼板 0.1225=3 KN/M 2 石膏板吊顶 0.2 KN/M 2 合计 4.2 KN/M 2 楼面板传递给边柱的集中荷载： 4.21.59=56.7KN 中柱的集中荷载： 4.239=113.4KN25层纵向次梁恒载标准值 计算简图见 图3 楼面单向板传给纵向次梁恒

6、荷载 4.23=12.6 KN/M 次梁自重 0.3（0.6-0.12）25=3.6KN/M合计 16.2 KN/M 25层框架梁所受恒荷载标准值次梁传递给框架梁恒荷载 16.29150 KN25层框架梁恒载标准值 框架梁自重 0.4（0.8-0.12）25=6.8 KN/M 3）四层建在所取一榀框架梁上的填充墙恒荷载标准值 墙自重 0.2（3.3-0.8）10.35.2KN/M 粉刷 （3.3-0.8）0.02172=1.7KN/M 合计取（因为有构造柱取大点） 7.2KN/M4）柱自重标准值13层柱自重： 0.70.7（4.20.12）2549.98KN 大理石贴面： 0.540.74.2

7、5.88KN 合计 55.86KN 45层柱自重： 0.70.7（3.3-0.12）2538.96KN 大理石贴面： 0.540.73.34.62KN 合计 43.58KN5）外墙自重标准值 5层外墙作用在边柱的集中荷载 墙自重： 0.2（3.3-0.12）10.3（9-07） =54.37KN 粉刷： 20.02（3.3-0.12）17（9-0.7）=17.95KN 合计 72.32KN 4层玻璃幕墙作用在边柱的集中荷载 玻璃幕墙自重： 1.5kn/m2（9-0.7）（3.3-0.12）=26.15KN 23层外墙作用在边柱的集中荷载 墙自重： 0.2（4.2-0.12）10.3（9-07）

8、 =69.76KN 粉刷： 20.02（4.2-0.12）17（9-0.7）=23.03KN 合计 92.79KN3.2活荷载标准值计算1）屋面板活荷载标准值（不上人）： 0.5KN/M 顶层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图2） 0.53=1.5KN/M框架梁受次梁传递的活荷载标准值 1.59=13.5KN屋面板传递给边柱的集中荷载： 0.51.59=6.75KN 中柱的集中荷载： 0.539=13.5KN2）5层楼面板活荷载标准值： 5KN/M 5层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3） 53=15KN/M框架梁受次梁传递的活荷载标准值 159=135KN5层面板传递给边柱的集

9、中荷载： 51.59=67.5KN 中柱的集中荷载： 539=135KN3）4层楼面板活荷载标准值： 2.5KN/M 4层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3） 2.53=7.5KN/M框架梁受次梁传递的活荷载标准值 7.59=67.5KN屋面板传递给边柱的集中荷载： 2.51.59=33.75KN 中柱的集中荷载： 2.539=67.5KN4）23层楼面板活荷载标准值： 3.5KN/M 23层次梁受板传递的活荷载标准值（计算简图见图3） 3.53=10.5KN/M框架梁受次梁传递的活荷载标准值 10.59=94.5KN屋面板传递给边柱的集中荷载： 3.51.59=47.25KN 中柱的

10、集中荷载： 3.539=94.5KN四 内力计算4.1 恒荷载作用下的内力计算 刚度计算梁线刚度： 截面的惯性矩 Ib0= = =17109mm4考虑现浇楼板对框架梁截面惯性矩的影响，中框架梁取 I中=2Ib0 边框架取 I边=1.5Ib0i边跨梁= E=28105E i中跨梁= E=38105E柱线刚度： 截面的惯性矩 IC=20109mm4i45层柱= E=60105Ei13层柱= E=48105E取105E值作为基准值1，算得各杆件相对线刚度(见下图)图4-1 梁柱相对线刚度图图4-2 恒载作用下的计算简图由于分布荷载在梁汇总产生的内力远小于集中荷载，所以将梁的分布荷载近似等效为作用在次

11、梁处的集中荷载，以便于计算。图4-3恒载等效荷载作用下的计算简图因为框架对称，且恒荷载为正对称荷载，所以取半榀框架进行计算。 由结构力学梁端弯矩公式得到：顶层结点弯矩：MAB=-MBA=-Pa(1- )=194.673(1- )= -389.34KNM4层结点弯矩：MAB=-MBA=-Pa(1- )=2133(1- )=-426KNM标准层结点弯矩：MAB=-MBA=-Pa(1- )=180.63(1- )=-361.2KNM采用二次弯矩分配法（见下图）图4-4 恒载弯矩分配图在竖向荷载作用下，梁端截面有较大的负弯矩，设计时应进行弯矩调幅，降低负弯矩，以减少配筋面积。对于现浇框架，支座弯矩调幅

12、系数为0.85（在内力组合的表中进行梁端调幅计算） 图4-5恒载作用下的框架弯矩图（等效为集中荷载时）表4-1恒载作用下内力楼层 荷载引起的弯矩 弯矩引起的内力AB跨BC跨CD跨AB跨BC跨CD跨VAVBVBVCVCVDVAVBVBVCVCVD顶层194.67-194.67194.67-194.67194.67-194.67-16.52-16.520016.5216.525180.6-180.6180.6-180.6180.6-180.6-6.07-6.07006.076.074213-213213-213213-213-10.57-10.570010.5710.573180.6-180.61

13、80.6-180.6180.6-180.6-9.18-9.18009.189.182180.6-180.6180.6-180.6180.6-180.6-11.07-11.070011.0711.07楼层 恒载作用下的剪力AB跨BC跨CD跨VAVBVBVCVCVD顶层178.15-221.19194.67-194.67221.19-178.15 5174.53-186.67180.6-180.6186.67-174.534202.43-223.57213-213223.57-202.433171.42-189.78180.6-180.6189.78-171.422169.63-191.67180

14、.6-180.6191.67-169.63 图4-6 恒载作用下的框架梁的剪力图柱轴力包括柱传下轴力和柱自重，恒载作用下的柱轴力见下图。 图4-7 恒载作用下柱的轴力图4.2 活荷载作用下的内力计算活荷载按满跨布置，不考虑活荷载的最不利布置。此时，求得的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果偏小，故对梁跨中弯矩乘以1.2的增大系数。梁端弯矩应进行弯矩调幅，乘以调幅系数0.85.在内力组合的表中进行跨中弯矩增大和梁端调幅计算。 方法同恒载作用下的内力计算，计算过程见下图。 图4-8活荷载作用下的计算简图 图4-9 活荷载作用下的框架弯矩分配图 图4-10 活荷载作用下的框架弯矩图表4-2活载作用下

15、的内力楼层 荷载引起的弯矩 弯矩引起的内力AB跨BC跨CD跨AB跨BC跨CD跨VAVBVBVCVCVDVAVBVBVCVCVD顶层13.5-13.513.5-13.513.5-13.50.610.6100-0.61-0.615135-135135-135135-135-7.3-7.3007.37.3467.5-67.567.5-67.567.5-67.5-2.3-2.3002.32.3394.5-94.594.5-94.594.5-94.5-5.19-5.19005.195.19294.5-94.594.5-94.594.5-94.5-5.19-5.19005.195.19楼层 活荷载作用下的

16、剪力AB跨BC跨CD跨VAVBVBVCVCVD顶层14.11-12.8913.5-13.512.89-14.11 5127.7-142.3135-135142.3-127.7465.2-69.867.5-67.569.8-65.2389.31-99.6994.5-94.599.69-89.31288.71-100.2994.5-94.5100.29-88.71图4-11活载载作用下的框架梁的剪力图图4-12活荷载作用下柱的轴力图4.3地震荷载作用下框架的内力计算一、水平地震作用标准值的计算1、框架的抗震等级由设计需求，抗震设防烈度为7度，房屋高度为19.2m 30m，可知该框架的抗震等级为三级

17、。2、场地和特征周期值工程场地为类场地，地震设计特征周期值Tg=0.40s。3、重力荷载代表值（取第轴线的KJL计算各层重力荷载代表值） 对于楼层，重力荷载代表值取全部恒荷载和50%的楼面活荷载。对于屋顶是不上人屋顶故屋面活荷载不计入。顶层重力荷载代表值G6G6恒=（63+32.4）2+（126.23+32.4）2+1626+7.2627=1580.68KN 第5层重力荷载代表值G5 G5恒+0.5活= (56.7+32.4+72.32) 2+(113.4+32.4) 2+1506+6.827+43.584 +0.5（67.52+1352+1356）=2479.86KN 第4层重力荷载代表值G

18、4G4恒+0.5活= (56.7+32.4+26.15) 2+(113.4+32.4) 2+1506+6.827+7.227+43.584 +0.5（33.752+67.52+67.56）=2278.17KN第3层重力荷载代表值G3G3恒+0.5活= (56.7+32.4+92.79) 2+(113.4+32.4) 2+1506+6.827+55.864 +0.5（47.252+94.52+94.56）=2387.67KN第2层重力荷载代表值G2 G2恒+0.5活=2387.67KN4、结构自震周期T1对框架结构，采用经验公式计算: T1=0.085n=0.0855=0.425s5、地震影响系

19、数由=0.40s，T1=0.425s，T15，则由地震影响曲线，有6、计算水平地震作用标准值（采用底部剪力法计算）因为T11.4，故顶部附加地震作用不考虑。可按下表计算计算水平地震作用标准值表二、水平地震作用产生的框架内力表4-3水平地震作用产生的框架内力位置顶层1580.6819.230349.1717.97169.5第5层2479.8615.939429.8717.97220.2第4层 2278.1712.628704.9717.97160.3第3层2387.678.420056.4717.97112第2层2387.674.210028.2717.9756KNm1、各柱剪力值及反弯点高度层

20、数柱号反弯点高度y5169.5A50.187()60 1.074()6029.50.74B50.35()6055.21.19C50.35()6055.21.19D50.187()6029.50.744389.7A40.187()601.074()6067.91.09B40.35()601271.32C40.35()601271.32D40.187()6067.91.093550A30.225()481.27()4897.441.85B30.41()48177.561.93C30.41()48177.561.93D30.225()4838.71.852662A20.225()481.27()48

21、117.32.1B20.41()48213.72.1C20.41()48213.72.1D20.225()48117.32.11718A10.418()481.92()48156.32.98B10.541()48202.32.73C10.541()48202.32.73D10.418()48156.32.982、水平地震作用下的框架内力图求出各柱剪力Vi和该柱反弯点高度yi后，则该柱下端弯矩为Mi=Viyi,上端弯矩为Vi(hi-yi),再利用节点平衡求出框架梁端弯矩，画出左地震作用下的框架内力图，右地震作用下的框架内力与左地震作用下的反号。 图4-13水平地震(左震)作用下的框架内力图 弯矩

22、图(单位：KNm)与梁剪力图(单位：KN)图4-14左震作用下的柱剪力图与轴力图(单位：KN)五 内力组合5.1框架横梁内力组合：由于是对称结构，所以只算左跨和中跨，右跨内力与左跨反号。表5-1 KJ4的屋面框架梁(顶层)内力组合表杆件截面位置 内力种类恒荷载活荷载重力荷载左震右震MmaxMmax Vmax组合项组合值组合项组合值组合项组合值ABAM-245.47-30.43-260.6964.19-64.191.2+1.3-396.281.35+0.71.4V178.1514.11185.21-13.8813.88254.33跨中M295.7210.03300.74 1.2+1.4368.9

23、B左M-371.88-25.8384.78-42421.35+0.71.4527.321.35+0.71.4V-221.19-12.89227.64-13.8813.88-311.24BCB右M-346.83-22.95-358.3157-571.2+1.3-504.071.35+0.71.4V194.6713.5201.42-14.914.9285.15跨中M175.9713.5182.721.2+1.4230.06C左M-346.83-22.95-358.31-57571.2+1.3-504.071.35+0.71.4V-194.67-13.5-201.42-14.914.9-285.15

24、表5-2 KJ4的框架梁(5层)内力组合表杆件截面位置 内力种类恒荷载活荷载重力荷载左震右震MmaxMmax Vmax组合项组合值组合项组合值组合项组合值ABAM-319.31 -192.1-415.36146.05-146.051.2+1.3-688.31.35+0.71.4V174.53127.7238.38-34.0334.03360.76跨中M187.93188.52376.45 1.2+1.4489.44B左M-331.78-248-455.78-114.3114.31.2+1.3-695.5261.2+1.3V-186.67-142.3-257.82-34.0334.03-391.

25、46BCB右M-312.95-225.07-425.49155.28-155.281.2+1.3-712.451.35+0.71.4V180.6135248.1-40.640.6376.11跨中M173.63168.25257.761.2+1.4443.91C左M-312.95-225.07-425.49-155.28155.281.2+1.3-712.451.35+0.71.4V-180.6-135-248.1-40.640.6-376.11表5-3 KJ4的框架梁(4层)内力组合表杆件截面位置 内力种类恒荷载活荷载重力荷载左震右震MmaxMmax Vmax组合项组合值组合项组合值组合项组合

26、值ABAM-312.55 -107.09-366.1257.54-257.541.2+1.3-774.1221.2+1.3V202.4365.2235.03-53.0253.02350.96跨中M239.5991.81331.4 1.2+1.4416.04B左M-393.4-124.66-455.73-148.07148.071.2+1.3-739.371.2+1.3V-223.57-69.8-258.47-53.0253.02-379.02BCB右M-370.23-112.18-426.32201.2-201.21.2+1.3-773.141.2+1.3V21367.5246.75-52.6

27、52.6364.48跨中M203.4384.62245.741.2+1.4362.58C左M-370.23-112.18-426.32-201.2201.21.2+1.3-773.141.2+1.3V-213-67.5-246.75-52.652.6-364.48表5-4 KJ4的框架梁(3层)内力组合表杆件截面位置 内力种类恒荷载活荷载重力荷载左震右震MmaxMmax Vmax组合项组合值组合项组合值组合项组合值ABAM-265.49 -138.94-334.96362.6-362.61.2+1.3-873.331.2+1.3V171.4289.31216.08-84.6984.69369.

28、39跨中M201.86148.28276 1.2+1.4449.82B左M-335.72-175.67-423.55-285.24285.241.2+1.3-879.071.2+1.3V-189.78-99.69-239.63-84.6984.69-397.65BCB右M-315.18-164.93-397.65387.5-387.51.2+1.3-980.931.2+1.3V180.694.5227.85-101.31101.31405.12跨中M171107.36224.681.2+1.4355.5C左M-315.18-164.93-397.65-387.5387.51.2+1.3-980

29、.931.2+1.3V-180.6-94.5-227.85-101.31101.31-405.12表5-5 KJ4的框架梁(2层)内力组合表杆件截面位置 内力种类恒荷载活荷载重力荷载左震右震MmaxMmax Vmax组合项组合值组合项组合值组合项组合值ABAM-251.06 -131.37-316.75371.47-371.471.2+1.3-863.011.2+1.3V169.6388.71213.99-83.7183.71365.61跨中M213.53154.74290.9 1.2+1.4472.87B左M-335.72-175.67-423.55-269.07269.071.2+1.3-858.051.2+1.3V-191.67-100.29-241.82-83.7183.71-399BCB右M-315.18-164.93-397.65365.16-365.161.2+1.3-951.891.2+1.3V180.694.5227.85-95.4795.47397.53跨中M171107.36224.681.2+1.4355.5C左M-315.18-164.93-397.65-365.16365.161.2+1.3-951.891.2+1.3V-180.6-94.5-227.85-95.4795.47-397.53 5.2柱内力