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指导教师：张蕾春班级：11 土木（2）班学生姓名：施迎宁学号：Xf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。I;

2、h止比1hli.o|1,1D11111I91fl_1Q_,8a:aFiTi1111Dn1111n111J191 -13C0D11S30360C1KOO1IWDDA10 11B12347.«*2. 设计资料（1 ）气压条件基本雪压0.3 kN/m2，基本风压0.4 kN/m2,地面粗糙度类别为B类。不上 人屋面，屋面活荷载0.5kN/m2。（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

3、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。（4） 荷载取值：钢筋砼容重25 kN/m3，水泥膨胀珍珠岩砂浆15 kN/m3,水 泥砂浆容重20kN/m3，石灰砂浆容重17kN/ m3，SBS卷材防水层0.30kN/m2, 水磨石自重0.65kN/m2。恒载分项系数为1.2，活荷载3.5 kN/m3,分项系数1.4。（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1=21

4、 0 （I。为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。1AB CD跨梁：i 2Ec0.25 0.55/ 5.4 1.28 10 3Ec（m3）12BC跨梁：i 2Ec 丄 0.25 0.553 /2.4 2.9 10 3Ec(m3)12上部结构各层柱：i Ec 12 °6 Og 3 1053)底层柱：iEc1 0.6 0.63/4.55 2.37 10 3Ec(m3)121.231 2S2.931.231.232.9a1.21 .22.9：-rJ2.37三、荷载计算1、恒荷载计算2 372,37§结构计算简图图中数字为线刚度，单位：X10 3ECn3(1)屋面框架梁线荷载标准值

5、:20mn厚板底抹灰:0.02 170.34kN/ni290mn厚的钢筋混凝土板:0.09 252.25 kN / n2120mn水泥膨胀珍珠岩保温层找坡:0.12 151.8kN / m220mn厚水泥砂浆找平层:0.02 200.4kN /m24mn厚 SBS卷材防水层:20.3 kN / n屋面恒荷载:5.09 kN / m2框架梁自重：0.25 (0.55-0.09)25 2.875kN/m梁侧粉刷：2 (0.55-0.09)0.02 170.313kN /m因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：(2)楼面框架梁线荷载标准值20mn厚板底抹灰：0.02 17 0.34kN/m2290mn

6、厚的钢筋混凝土板：0.09 25 2.25 kN / m30mn厚水磨石面层：0.65 kN / m2楼面恒荷载：23.24kN /m框架梁自重及梁侧粉刷：3.19kN / m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为:(3)屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重：0.25 (0.55-0.09)7.2 2520.7 kN粉刷：0.02 (0.55-0.09 )7.2 2 172.252 kN边柱连系梁传来屋面自重：1.8 1.8 5.09 / 216.491 kN边柱次梁自重：12 0.25 (0.55 0.09) 5.4 257.594kN4粉刷：0.02 (0.55-0.09 ) 5.4 2

7、 171.652 kN顶层边节点集中何载：G3AG3D48.962 kN中柱连系梁自重：20.7kN粉刷：2.525 kN中柱连系梁传来屋面自重：1-(3.6 1.2) 1.2 1.2 5.09 10.9永N4文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.顶层中节点集中荷载：G3B G3C 50.433 kN(4)楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重：0.3 (0.60.1) 7.2 25 27kN粉刷：0.02 ( 0.6-0.1 )7.22 172.448 kN边柱连系梁传来楼面自重：2.71.83.2415.746 kN框架柱自重：0.60.625 3.632.4 kN粉刷：0.0

8、2 0.6 4 3.6 172.94 kN顶层边节点集中何载：G3AG3D74.311 kN中柱连系梁自重：20.7kN粉刷：2.525 kN中柱连系梁传来屋面自重：1-3.63.62.41.23.249.331 kN213.61.83.2410.498kN2框架柱自重：32.4 kN粉刷：2.94 kN顶层中节点集中荷载:GB GC78.394 kN(5)恒荷载作用下的结构计算简图2、活荷载计算(1)G 3J屋面活荷载计活荷载作(2)楼面活荷载计算771=恒荷载作用下的结构计算简图用在顶层屋面上的线荷载为:活荷载作用在楼面上的线荷载为5)活荷载作活荷载作用下的结构计算简图3、风荷载计算风压标

9、准值计算公式:因结构高度H 11.9m 30m，可取z 1-0 ;对于矩形平面s 1.3 ； z可按 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z (m)31.01.311.41.03920.4512.967.58221.01.37.810.4525.9215.16311.01.34.210.4528.0816.427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

10、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。把梯形荷载转化作等效均布荷载（1）顶层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：顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?）0.488A-123.430.5110.1550.1480.697A-B-48.0224.54B-A48.0212.27B-2B-C-5.81C-B-2.90-4.22-8.44-8.06-37.97f34.4352.062.161.08-0.16-0.16-0.75f0

11、.7525.48-25.5452.77-8.22-44.5335.8252.77 t-J、/*一丿为 L_1一11/ *1Ml"-11.f /f11/ 7 41 顶层分层法弯矩计算结果（2）中间层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：中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m0.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-5A-BB-AB-2B-6B-CC-B-34.8234.82-4.476-2.23811.4211.4211.985.99-2.46-4.91-4.69-4.69-22.0

12、5f22.050.810.810.850.43-0.06-0.06-0.060.26f0.2612.2312.23-25.4536.27-4.75-4.75-26.78620.072-血.'84.'- 1 »1中间层分层法弯矩计算结果' ' E/ 1 'P / /f JT',.7S/.! r.'n z n T*i JI '-3 r f 11 1*f /ji r LJ jr L L <as ,1 / JJ1J |L /(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?m0.2930.3450.362

13、0.1380.1120.1310.619A-1A-5A-BB-AB-2B-3B-CC-B-34.8234.82-4.476-2.23810.212.0112.60f6.30-2.53J-5.06-4.10-4.80-22.68f22.680.740.870.92f0.46-0.06-0.05-0.060.28f0.2810.9412.88-23.8336.46-4.15-4.86-27.43620.722二次分配不平衡弯矩：标准层传给顶层的弯矩分配:0.4880.5110.1550.1480.697A-14.08-1.99A-BB-AB-2-1.58B-CC-B-2.08底层层分层法弯矩计算吉

14、果0.10-0.210.410.391.83t-1.830.11t-0.060.04t-0.040.0090.0082.19-1.991-0.681-1.1821.87-1.87底层、顶层传给标准层的弯矩分配:0.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B4.298.49-1.62-2.74-4.19-4.19-4.40t-2.20.445J0.890.850.853.98t-3.98-0.146-0.146-0.153t-0.770.010.010.010.05t-0.05-0.046标准层传给4.154底层的弯-4.1

15、08爭矩分配：-1.287-0.76-1.884.03-4.0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B4.08-1.58-1.195-1.408-1.477t-0.7390.16 0.320.260.3041.44-1.44-0.05-0.06-0.06-1.2453.612-1.377-0.4190.26-1.2761.44-1.44跨中弯矩计算：1 2M1BC 9.325 2.42-25.99619.282kN m8剪力计算:轴力计算:框架在恒荷载下的梁剪力，柱轴力图弯矩调幅:2、活荷载作用下的内力计算把梯形荷载转

16、化作等效均布荷载。(1) 顶层各杆的固端弯矩顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kN?)0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B-3.5643.564-0.36-0.181.741.820.91-0.32-0.64-0.61-2.872.870.1560.1631.896-1.9013.834-0.61-3.232.69(2) 中间层各杆的固端弯矩中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kN?m 20.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B8.19

17、8.19-24.96顶层分层法弯矩计算结96-2.52-1.268.594.295-1.805-3.61-3.45-3.45-16.2316.230.590.590.620.31-0.04-0.04-0.04-0.190.198.788.78-17.55525.915-3.49-3.49-18.9415.16(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底层分层法弯矩计算结果0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B-24.9624.96-2.52-1.267.318.619.044.52-1.

18、86-3.72-3.02-3.53-16.69f16.690.540.640.670.335-0.05-0.04-0.04-0.21f0.217.859.25-17.1126.045-3.06-3.57-19.4215.64二次分配不平衡弯矩：标准层传给顶层的弯矩分配：0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-3B-CC-B2.93-1.16-1.43-1.5f-0.750.15J0.30.281.33f-1.33-0.07-0.081.43-1.43-0.45-0.881.33-1.33底层、顶层传给标准层的弯矩分配:0.3280.3280.3440.1350.

19、1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B3.080.632-1.19-0.203-1.22-1.22-1.28-0.640.1350.270.260.261.23f-1.23-0.04-0.04-0.051.82-0.628-1.195-0.37-0.930.0571.23-1.13标准层传给底层的弯矩分配:0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B2.93-1.16-0.86-1.01-1.06f -0.5030.115J0.230.190.221.03f-1.03-0.03-0.0

20、4-0.04-0.891.88-0.985-0.7330.19-0.941.03-1.03跨中弯矩计算:框架在活荷载下的弯矩图剪力计算:轴力计算:弯矩调幅：3、风荷载作用下的内力计算K=0.94K=3.07P3=7.582ac=0.32ac=0.61VP3=7.582V=1.30V=2.49P2=15.163K=0.94K=3.07ac=0.32ac=0.61VP2=22.745V=3.91V=7.46K=1.23K=4.01P1=16.472a=0.54a=0.75VP1=39.172V=8.2V=11.391 DAB风荷载作用下剪力在各柱间分配yo=0.35y0=0.45M 上=3.042

21、M上 =4.93M 下=1.638M 下=4.03yo=O.45y0=0.5M 上=7.74M 上=13.428M 下=6.33M 下=13.428y 0=0.59y0=0.55M 上=15.8M 上=24.09M 下=22.73M 下=29.44L AJ B风荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩风荷载作用下的框架弯矩图丨° i Ph4 c R -W W1"J.E47-34yp 厂 1h.«7.(.B,jT j" 丨7 pl-N图6.235图BC1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，其中梁的控制

22、截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁有5个控制截面。柱分为边柱和中柱，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恒载1,2 0.9（活载 1.4风载 1.4）Nmax, MNmin, MMmaxN,V顶层AM626.673.32636.3278M516.3848.15230.258436.81340.00840.008N167.58410.45214.6858245.303243.088243.088V一一一一一1.479BM6-9.402-1.49-13.2194-28.403-13.764-28.403M5-6.63

23、-3.433-12.4189-23.745-14.640-23.745N216.40314.93279.0926330.131319.469330.131V一一一一一-3.297中间层AM412.81410.629.156826.35143.92543.926M315.49211.333.280435.92349.90249.902N322.87984.798497.6922587.715578.874570.062V一一一一一4.438BM4-5.51-4.42-12.358-38.5210.653-38.521M3-6.136-4.51-13.2262-36.806-4.754-36.80

24、6N392.12118.26624.282782.054736.941782.054V一一一一一-9.892底层AM29.6956.9620.68210.79942.35942.359M15.473.92511.6665-15.98146.66646.666N479.22159.26782.102917.195890.518890.518V一一一一一-10.022BM2-3.89-2.87-8.399-44.07517.922-44.075M1-2.075-1.53-4.479-44.99830.776-44.998N567.521221.51968.98821249.5271136.2881136.288V一一一一一-14.656U32.07h333.6 10U26.211h23.6 103U139.175h14.7 1030.57531.72523.094i101010可以。5501550可以。