层框架结构设计计算书

1、框架结构课程设计任务书一、设计题目某商业批发楼二、工程概况某商业批发楼为三层全现浇框架结构，建筑面积为 1582m2三、设计条件1、地质情况：地基土由素填土，砂砾石，弱风化基岩组成，第一层土为素填土，层厚1.7m,地基承载力标准值为120KN/m,第二层为砂砾石，层厚8.8m, 地基承载力标准值为250KN/m，第三层为弱风化基岩，地基承载力标准值为350KN/m，场地类别为U类，场地地下 15.00m深度范围内无可液化土层。地下 水位标高为 690m,水质对砼无侵蚀性。拟建场地地形平缓，地面绝对标高700.00m。2、抗震设防为：8度、0.2g、第一组。3、楼面活荷载标准值为 m2。4、 基

2、本风压wz)= m (地面粗糙度属B类)，基本雪压m ( n= 50)。5、材料强度等级为：砼强度等级为C25,纵向钢筋为HRB335级，箍筋为HPB235 级。&屋面作法：(自上而下)SBS防水层(用)，30厚细石砼找平(24KN/m), 陶粒砼找坡( 2%、 7KN/m3) ,125 厚加气砼块保温( 7KN/m3) ,150 厚现浇钢筋砼板 (25KN/m3) ， 吊顶或粉底( m2)。7、楼面作法：(自上而下)水磨石地面(点)，150厚现浇钢筋砼板(25KN/m3)， 吊顶或粉底( m)。8、门窗作法：均采用铝合金门窗。9、墙体：外墙为 250厚加气砼块，外贴面砖内抹灰；内墙为 200

3、厚加气砼 块，两侧抹灰。10、室内外高差450mm初定基础底面标高为-2m，初估基础高度为1m，底 层柱高 5.5m。四、设计内容1 、结构布置及截面尺寸初估；2、荷载计算；3、内力及侧移计算；4、内力组合及内力调整；5、截面设计。结构方案GB 50010 2002 简称砼设计规范GB500092001 简称荷载规范GB 500112001 简称抗震规范97G329（）（九）第二节 框架结构课程设计指导书及实例一、设计资料规范：混凝土结构设计规范 建筑结构荷载规范 建筑结构抗震设计规范 手册：静力计算手册 砼结构计算手册 抗震设计手册 图集：建筑抗震构造图集（一）结构体系考虑该建筑为商业批发楼

4、，开间进深层高较大，根据抗震规范第 6.1.1 条，框架结构体系选择大柱网布置方案。（二）结构抗震等级根据抗震规范第 6.1.2 条，该全现浇框架结构处于 8 度设防区，总高 度12.84m,因此属二级抗震。（三）楼盖方案考虑本工程楼面荷载较大, 对于防渗、抗震要求较高, 为了符合适用、 经济、 美观的原则和增加结构的整体性及施工方便,采用整体式双向板交梁楼盖。（四）基础方案根据工程地质条件, 考虑地基有较好的土质, 地耐力高,采用柱下独立基础, 并按抗震规范第 6.1.14 条设置基础系梁。三、结构布置及梁柱截面初估1 、结构布置2、各梁柱截面尺寸初估：(1) 框架梁根据抗震规范第631条，

5、梁宽不小于200mm梁高不大于4倍梁宽， 梁净跨不小于4倍的梁高，又参考受弯构件连续梁 ，梁高h=( 1/81/12 ) L, 梁宽 b= (1/2 1/3 ) h。(2) 框架柱根据抗震规范第6.3.6条，柱截面宽度b不小于300mm柱净高与截面 高度之比不宜小于4,抗震规范第条，二级抗震等级框架柱轴压比限值为。框架梁，柱截面尺寸板初估。KL h= (1/8 1/12 ) L= (825550) mm b= (1/2 1/3 ) h=(412275)mm故取梁截面尺寸(300X 600) mm柱 KZ N=X 12XX 6X 4=2376KN2A=N/=189700mm故柱截面尺寸b X h

6、=600X 600mm板厚 h=(1/401/45) X 6000=150133mm故取板厚h=150mm框架梁的计算跨度以柱形心线为准， 由于建筑轴线与柱形心线重合，而外墙 面与柱外边线齐平，故轴，轴， A轴，C轴梁及填充墙均为偏心125mm满 足抗震规范6.1.5条规定。四、荷载计算1、屋面荷载标准值SBS防水层=m230厚细石砼找平层 陶粒砼并找坡224 X =m+ X /2 X 7=厚加气砼块保温7X =m150厚现浇钢筋砼板吊顶225 X =m2=m屋面恒载标准值小计屋面活荷载标准值雪荷2、楼面荷载标准值：地板砖地面150厚现浇砼板吊顶2=m2=m2=m225 X =m2=m楼面恒载

7、标准值楼面活载标准值3、楼面自重标准值包括梁侧、柱侧抹灰，有吊顶房间梁不包括抹灰。例：L1 : bX h=X净长 6m2=m2=m均布线荷载为25XX =m;重量为X 6 =27KNZ1： bX h=X 净长；均布线荷载25XX + X 4=m;Z1重量为X =38荷载汇集计算公式构件四层(屋面)1/2层高=荷载柱XX()X 25X 24+X(X 2+X 2)X()X 20X 24屋盖X 38 X3837梁XX()X 25+ X 15+ XX()X 25+ X 6+6 XX X 25+ X 16女儿墙XX( +38)X 2 X 25墙XX (4X 2+6X 5)X 8 X 2+XX 3) X

8、2 X 7可变荷载屋面可变荷载组合系数XXX 38G4+3837+三层二层层高柱XX()X 25X 24+X(X 2+X 2)X()X 20X 24971屋盖X 38 X梁XX()X 25+ X 15+ XX()X 25+ X 6+6 XX X 25+ X 16墙XX (4X 2+6 X 5)X 8 X 2+XX 3) X 2 X 7可变荷载屋面可变荷载组合系数X 38- XX 24) XXG3G2971+一层1/2层高=柱XX( +)X 25X 24+X(X 2+X 2)X( +)X 20X 24屋盖X 38 X梁XX()X 25+ X 15+ XX()X 25+ X 6+6 XX X 25

9、+ X 16墙X +)X ( 4X 2+6X 5)X 8 X 2+XX 3) X 2 X 7679可变荷载屋面可变荷载组合系数X 38- XX 24) XX1109G1+679+11096237总和G1+G2+G3+G4=+6237242504、墙体自重标准值外墙体均采用250厚加气砼块填充，内墙均采用200厚加气砼块填充。内墙 抹灰，外墙贴面转，面荷载为：2250厚加气砼墙：7 X +17X +=m200厚加气砼墙：7 X +17XX 2=吊240厚砖墙砌女儿墙：18X +17X +=吊一 6Eoomml五、内力及侧移计算一水平地震作用下框架的侧移计算1、梁、柱的线刚度因本例采用现浇楼盖，在

10、计算框架梁的截面惯性矩时，对边框架梁取 匸1。1 0为矩形梁的截面惯性矩；对中框架梁取 匸，采用C30混凝土，Ec=x 104N/mrm42C40混凝土 Ec= x 10 N/mrn3-3 410=112bh = 112 xx =x 10 m3_3 4I b=2xx 10 =x 10 3m梁的线刚度为：4 34Kb=EIb/L= (x 10 xx 10 ) /= x 10 KNm横梁线刚度计算见表7 4。表7-4横梁线刚度计算表梁号截面b x hm2跨 度m砼标号惯性矩I 0边框架梁中框架梁I b=Kb=EIb/LI b=2I 0K)=Elb/LKJL1x6C40x 10 3x 10 3x 1

11、04_ 311 x 10x 104KIL2x4C40x 10 3x 10 3x 10411 x 10-3x 1042柱的线刚度 柱的线刚度计算见表7-5。柱的线刚度表表7-5柱号截面2bh(m )柱高(m)惯性矩lc=%2bh3 (m4)线刚度&(KNm)KZiX3堆 XX =x 10X 104KZ2X3% XX =x 10X 1042. 横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度计算见表7-6表7-6横向框架柱侧向刚度 D值计算层柱类型KKb/2 Kc 一般层KKb/ Kc (底层)K/2 K 一般层0.5 K/2 K (底 层)DimKc12/h2(KN/M)根数四 层边框架边柱X 2)/(2

12、X =(2+=3X 104边框架中柱(4 X /(2 X =(2+)=X 1032中框架边柱(2 X /(2 X =(2+=X 10312中框架中柱(4 X /(2 X =(2+=80 X 1036工D902X 103底层边框架边柱X 2/=+/(2+=320 X 104边框架中柱X 4/=+/(2+=24 X 1032中框架边柱2X =(0.5+/(2+21 X 10312中框架中柱4X =(0.5+/(2+26 X 1036工D3536X103、横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期Ti1.7式中：考虑填充墙影响的周期调整系数，取 ，本工程中横墙较少取max框架的顶点位移。横向框架

13、顶点位移的计算见表7-7。表7-7 横向框架顶点位移计算层次Gi(KN)工Gi工D层间相对 位移工G/工D i456395639X 1053618711826X 1052618718013X 1051623724250X 105T11.7 0.6.0.1230.364. 横向地震作用由抗震规范5.1.4条查得，在U类场地，8度区，结构的特征周期Tg和 地震影响系数max为：Tg 0.35 ( S)max 0.16因为T1 0.36 Tg所以 1 (Tg/Ti) 2 max 0.12因为0.45 1.4Tg，所以S n=0.顶部附加地震作用为：FnaFek 0F EK1Geq = XX 3298

14、5=各质点的水平地震作用标准值、楼层地震作用、地震剪力及楼层间位移计算过程见表7-&表中：F1 -G- Fek (1 n)Ue Vi/ DGHi表7-8 Fi、Yi和Ue的计算层次h ( mH (m)GGH( KNmFi (KNVi (kn )工D Ue(m)45639902000361879020002618790200016237536000艺24250横向框架各层水平地震作用地震剪力分布见图7-6924cm，亍I JTI1689ZTxF3=55I2205F-(.)-70 5、横向框架抗震变形验算首层9 e=A Ue/hi=1/1160 LMqd 2KN工M/LKN总剪力KNV=4 -工

15、M/LVb=4 +2 M/L496321注：b为柱截面高度4、柱轴力计算柱轴力计算见表7-14表7-14恒载作用下柱轴力计算柱号层次截面横梁剪力纵梁传来柱自重 N柱轴力N4柱顶96A柱柱底3柱顶408C柱柱底2柱顶408柱底1柱顶柱底B柱4柱顶x 2柱底3柱顶x 2柱底2柱顶x 2柱底1柱顶x 2柱底(四) 活荷载作用下的内力计算1、活荷载作用下的弯矩计算因本工程为商业批发楼，活荷载分布比较均匀，所以活荷载不利分布考虑满 布法，内力计算可采用弯矩二次分配法，但对梁跨中弯矩乘的增大系数。(1) 将框架梁上梯形荷载化为等效均匀活荷载I I II23四层： q 3d= (1-2 a +a ) q3=

16、 (1-2 x +)x =m一 二 三层：q 1d=q2d= (1-2 a +a ) q1= (1-2 x +) 21=m(2) 固端弯矩计算四层： MF=-令 q3dL2=-吉 xx =一二 三层：Mf=- q1dL2=- xx =(3) 杆端弯矩计算杆端弯矩计算过程见图7-11。(4) .活荷载作用下的框架梁跨中弯矩计算；M跨中=*+/2+1/24 xxx( 3-4 x)=M跨中=*+/2+1/24 x 21xx( 3-4 x)=M跨中=*+/2+1/24 x 21xx( 3-4 x)=M跨中=*+/2+1/24 x 21xx( 3-4 x) =87KNm 注:*为弯距调幅系数。2、活荷载

17、作用下的梁端剪力计算活荷载作用下的梁端剪力计算过程见表7-15。表7-15活荷载作用下剪力计算过程层次qd(KN/mL(MqL/2 (KN)工M/L(KN剪力（KNVA=qL/2-工 M/LVb左 =qL/2+ 工 M/L43482481注：表内剪力按调幅前、后的大者取用。3、活荷载作用下柱轴力计算活荷载作用下A柱轴力计算见表7-16表7-16活荷载作用下 A柱轴力计算表柱号层次截面横梁剪力纵梁传来柱重 N (kN)柱轴力（KNAC柱4柱顶1柱底03柱顶0柱底02柱顶0柱底01柱顶0柱底0B柱4柱顶X 2=0柱底03柱顶48 X 2=96630159柱底02柱顶48 X 2=96630159柱

18、底01柱顶X 2=630柱底0活荷载作用下的内力图见图7- 12六、内力组合及调整框架梁的内力组合在恒载和活荷载作用下，跨间 MMa可近似取跨中的M代替。MMA=8qL2-（ M左+M右）12式中 M左、M右-梁左右端弯矩。跨中M若小于細|2，应取M=6ql2在竖向荷载与地震力组合时，跨间最大弯矩 皿采用数解法计算。如图7- 13 所示。图中：MGa MGb-重力荷载下梁端的弯矩；MEa, MEb-水平地震作用下梁端弯矩；Ra, r-竖向荷载与地震荷载共同作用下的梁端反力。对 R作用点取矩，R=qL/2-1/L （ Mk Mga+ MEa+ Meb）x 处截面弯矩为：M=Rk-qx /2-Mg

19、a+ Mea 由dM/dx=O。可求得跨间MMa的位置为xi=R/q将X代入任一截面x处的弯矩表达式，可求得跨间最大弯矩为2 2MMa=e=FA /2q-M GA+MEA=qx /2-M ga+Ma当右震时，公式中me反号。MGe及 X1的具体数值见表717。表7-17 M ge及X值计算跨层（恒 +活）地震qiRxXiMeMGaKNmMbKNmMaKNmMEbKNmkn/mm左震KN右震KN左震m右震m左震KNm右震KNmAB41163262522625141511360注：当xL或xi0时，表示最大弯矩发生在支座处，应取xi=L或xi=O,2用 M=Rx-qx /2-M ga Ma计算 M

20、e； 表中恒载和活荷载的组合，梁端弯距取调幅后的数值； 表中q值按（恒+活）计算。梁内力组合见表7 18。（二）框架柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面，A柱内力组合见表719。B柱内力组合见表7 20。表7-18 框架梁内力组合层 次位置内力何载类别竖荷组合竖向荷载与地震力组合恒载活载地震+（+）土4A4右M-147V96B4左mV跨中Mb3A2右mV89B2左mV跨中Mb2A2右mVB2左m-13V48跨中Mb1A右MVB咗MV跨中Mb360表7-19 A 柱内力组合层 次位置内 力何载类别竖向荷组合竖向荷载与地震力组合恒载活载地荷+（+）土4柱顶M76N290231柱底M-35N

21、3083262663柱顶MN柱底M-86N3382柱底MN408621643449柱底M-111N1柱顶MN1029柱底M326N675表7-20 B柱内力组合表层 次位置内 力何载类别竖荷组合竖向荷载与地震力组合恒载活载地荷+（+）土4柱顶M000N0511482482柱底M000N03柱顶M000N0柱底M000N02柱顶M000238-238N0836柱底M000238-238N011309749741柱顶M000238-238N0168514021402柱底M000N01732(三)内力调整1强柱弱梁要求根据抗震规范622条，梁柱节点处的柱端弯距设计值应符合下式要求:Mc c Mb式中Mc 节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯距设计值之和，上下柱端的弯距设计值，可按弹性分析分配；Mb 节点左右梁端截面顺时针或反时针方向组合的弯距设计值之和；c柱端弯距增大系数，一级取；二级取；三级取Mb，M使杆端顺时针转动为+。 Mc c b具体计算过程详表7-21。节占八、组合M cuMcdMcMbM：cMbM；uM ；dAG+ E0316G E1112353460375450144305BG+ E238238476G- E23823847631199493246246表7- 21梁柱节点处柱端弯距调整计算表注