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房屋结构课程设计

房屋结构课程设计指导书

一.设计题目

文汇中学框架结构设计

二.课程设计目的

1．使学生进一步了解结构设计的基本特点。

2．掌握框架结构设计的主要特点和基本过程。

3．对框架结构工程的施工技术有一定的了解。

4．通过课程设计，使学生能够综合运用所学的基础和专业等方面的知识，掌握房屋结构设计中常用的计算和设计的基本原理.方法.计算及先进的计算手段，使学生熟悉有关的专业规范，掌握解决实际工程问题的能力。

三.课程设计内容及要求

1.使学生掌握房屋结构设计的内容。

2.掌握框架结构计算的模型，分析计算结果。

3.熟悉框架结构的构造。

4.写出结构设计计算书。

5.图纸要求：

单榀横向框架配筋图。

四.结构条件

根据抗震设计规范确定抗震设防烈度；地基承载力fak=160kpa,基础形式采用钢筋混凝土独立基础；根据荷载设计规范确定基本雪压基本风压值。

一.任务与资料

（一）.设计任务书------------------------------------------------（3）

（二）.设计资料---------------------------------------------------（4）

二.结构计算书

1.结构布置--------------------------------------------------（5）

2.计算简图--------------------------------------------------（5）

3.荷载计算-------------------------------------------------（6）

（1）恒荷载------------------------------------------------（6）

（2）活荷载------------------------------------------------（7）

（3）风荷载------------------------------------------------（8）

4.内力分析--------------------------------------------------（9）

（1）恒荷载作用下的内力计算------------------------（9）

（2）活荷载作用下的内力计算------------------------（11）

（3）风荷载作用下的内力计算------------------------（14）

5.内力组合--------------------------------------------------（16）

6.截面设计--------------------------------------------------（17）

（1）梁的设计------------------------------------------------（17）

（2）柱的设计----------------------------------------------（21）

三.设计图纸

（一）梁柱配筋施工图-------------------------------------------（28）

（二）各截面配筋详图-------------------------------------------（29）

附：

柱钢筋表-------------------------------------------------------（29）

梁钢筋表-------------------------------------------------------（31）

附录-------------------------------------------------------------------（32）

文汇中学教学楼混凝土框架结构设计任务书

设计资料

文汇中学是四层教学楼，其标准建筑平面见图1.房屋总长度35.45米，总宽度14.9米建筑总面积2112.8米2。

层高均为3.2米，总高度12.8米。

室内设计标高+-0.000相当绝对标高4.400米，室内外高差0.6米，见图2。

拟采用现浇混凝土框架结构，混凝土条形基础。

设计使用年限50年，环境类别一类。

1．建筑做法

1）墙体+-00以下采用采用MU20混凝土实心砖M7.5水泥沙浆；.+-00以上采用加气混凝土，M5.0混合沙浆。

内墙粉刷为混合沙浆底，纸筋灰面，厚20mm，内墙涂料。

外粉刷为1：

3水泥沙浆底，厚20mm，外墙涂料。

2）楼面为30mm厚细石混凝土找平12mm厚水泥砂浆铺地砖，板底为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两边。

3）屋面现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm,2/100自两侧檐口向中间找坡），1：

2水泥沙浆找平层厚20mm，二毡三油防水层。

4）门窗做法木门，塑钢窗。

2.设计荷载

1）基本风压w0=0.55kn/m2,地面粗糙度属于B类；基本雪压S0=0.40kn/m2,1类地区。

2）均布荷载：

不上人屋顶活荷载标准值0.5kn/m2,办公楼楼面活荷载标准值2.0kn/m2,走廊.楼梯活荷载标准值2.5kn/m2。

3）地质情况：

地基承载力15t/m2

试设计一榀横向框架，标准层建筑平面。

柱网平面布置如下图所示

柱的线刚度为

文汇中学教学楼混凝土框架结构设计计算书

一.结构平面布置

采用纵横向框架承重方案，见图3.构件截面尺寸估算如下。

不设置次梁，双向板的最大跨度为3.9m，板厚应满足h>l/40=86.7mm,取h=100mm;横向框架梁，边跨取h=l/12=1/12×6000=500mm,b=h/2=250mm;中跨（走道）取h=400mm,b=250mm纵向框架梁；（B）.（C）轴线取b×h=250mm×400mm;外纵墙不设窗过梁，（A）.（D）轴线取b×h=250mm×500mm。

恒荷载标准值按12KN/m2估计，活荷载标准值房间为2kn/m2。

则底层中柱轴力估算值为N=[1.2×12×3.9×4.25+1.4×（2×3.9×3+2.5×3.9×1.25）]×4=1088Kn。

以1.4×N按轴心受压构件估算所需截面面积。

取配筋率p=1/100,则所需截面面积A=1.4N/0.9（fc+pfy）=134321mm2,现取b×h=300mm×450mm

二.内力分析

1.计算简图

横向框架的计算单元取一个开间，即3.9m。

框架梁的计算长度取左右相邻柱形心之间的距离，即轴线距离；框架柱的计算高度取上下层横梁中心线之间的距离。

假定基础高度为1米，则基础顶面离室外地面距离为750mm，地层计算高度为：

基础顶面距室外地面的距离为4.3米。

因上部各层横梁尺寸相同.楼面做法相同，其余各层计算高度等于层高为3.2米。

计算框架梁横截面惯性矩，梁柱的线刚度的计算过程列表1。

构件名称

截面惯性矩I0

等效惯性矩I

计算长度

线刚度i

相对线刚度

边跨（框架梁）

0.25×0.5/12=0.0026

0.0052

6.0

0.000867

1.62

中跨（框架梁）

0.25×0.4/12=0.0013

0.0026

2.5

0.00104

1.88

底层（框架柱）

0.3×0.45/12=0.0023

0.0023

4.3

0.000535

其余层（框架柱）

0.3×0.45/12=0.0023

0.0023

3.2

0.000719

1.34

2.竖向荷载计算

1）恒载

（1）屋面荷载

A二毡三油防水层0.35kn/m2

20厚1：

2水泥沙浆找平0.02×20=0.4kn/m2

100厚~140厚（2/100找坡）膨胀珍珠岩（0.1+0.14）/2×7=0.84kn/m2

100厚现浇钢筋混凝土楼板0.10×25=2.5kn/m2

15厚纸筋灰抹底0.015×16=0.24kn/m2

合计4.33kn/m2

边跨（ABCD）框架梁自重0.25×0.50×25=3.13kn/m

梁侧粉刷2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27kn/m

中跨（BC）框架梁自重0.25×0.4×25=2.5kn/m

因此作用在屋顶框架梁上的线荷载为：

g4ab1=g4cd1=3.4kn/m

g4bc1=2.7kn/m

g4ab2=g4cd2=4.33×3.9=16.89kn/m

g4bc2=10.83kn/m

B楼面框架梁线荷载标准值

20厚水泥沙浆面层0.025×20=0.50kn/m2

100厚现浇钢筋混凝土楼板0.10×25=2.5kn/m2

20厚纸筋灰石灰抹面0.15×16=0.24kn/m2

楼面荷载3.14kn/m2

边跨框架梁及梁侧粉刷3.4kn/m

边跨填充墙自重0.24×（3.2-0.5）×19=12.31kn/m

墙面粉刷（3.2-0.5）×0.02×2×17=1.84kn/m

边跨框架梁及梁侧粉刷2.7kn/m

因此作用在中间层框架上的线荷载为

gab1=gcd1=17.55kn/m

gbc1=2.7kn/m

gab2=gcd2=12.64kn/m

gbc2=8.1kn/m

C屋面框架节点集中荷载标准值

边跨连系梁自重0.25×0.5×3.9×25=12.19KN

梁侧粉刷0.02×（0.50-0.10）×2×3.9×17=1.06KN

0.5米高女儿墙自重0.5×3.9×0.24×19=8.89KN

墙侧粉刷1×0.02×3.9×7=2.65KN

连系梁传来屋面自重0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN

顶层边节点集中荷载G4A=G4D=39.32KN

中柱连系梁自重0.25×0.40×3.9×25=9.75KN

梁侧粉刷0.02×（0.4-0.1）×2×3.9×17=0.80KN

连系梁传来屋面自重0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×3.98=13.18KN

0.5×3.9×1.98×3.98=15.13KN

顶点中节点集中荷载G4B=G4C=38.86KN

D楼面框架节点集中荷载标准值

边柱连系梁自重12.19KN

粉刷1.06KN

钢窗自重2.43KN

窗下墙体自重14.77KN

粉刷2×0.02×0.9×3.6×17=2.20KN

窗边墙体自重9.85KN

粉刷1.47KN

框架柱自重0.3×0.45×3.2×25=10.8KN

粉刷0.78×0.02×3.2×17=0.85KN

连系梁传来楼面自重0.5×3.9×0.5×3.9×3.24=2.32KN

中间层边节点集中荷载GA=GD=67.94KN

中柱连系梁自重9.75KN

粉刷0.80KN

内纵墙自重3.6×（3.2-0.4）×0.24×19=45.96KN

粉刷3.6×（3.2-0.4）×2×0.02×17=6.85KN

扣除门洞重-2.1×1.0×（5.24-0.2）=-10.58KN

框架柱自重10.8KN

粉刷0.85KN

连系梁传来楼面自重10.73KN

12.32KN

中间层中节点集中荷载GB=GC=87.48KN

E恒荷载作用下的结构计算简图（）

2）活荷载计算

活荷载作用下的结构计算简图如图（）图中各荷载计算如下

P4AB=P4CD=0.5×3.9=1.95KN

P4BC=0.5×2.5=1.25KN

P4A=P4D=1.90KN

P4B=P4C=3.56KN

PAB=PCD=2.0×3.9=7.8KN

PBC=2.5×2.5=6.25KN

PA=PD=0.5×3.9×0.5×3.9×2.0=7.61KN

PB=PC=15.89KN

3）风荷载计算

风荷载标准值计算公式

因为高度小于30米，可取=1.0；对于矩形截面=1.3；可查荷载规范当查得的〈1.0

时，取=1.0，将风荷载换算成作用在框架上的集中荷载计算结果如图所示

层次

ßs

Z/m

A/m2

Pw/KN

1.0

1.3

13.4

1.10

0.55

10.14

9.64

1.0

1.3

10.2

1.01

0.55

12.48

8.92

1.0

1.3

7.0

1.00

0.55

12.48

8.92

1.0

1.3

3.8

1.00

0.55

13.65

9.76

3内力计算

①恒荷载作用下的内力计算

恒荷载作用下的风力计算采用分层法

由（）取出顶层进行分析结构计算如图图中框架刚度取框架柱实际刚度的0.9倍。

图中梁上分布荷载由三角形和梯形两部分组成；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计算公式如下图所示

把梯形荷载化为等效均布荷载

G4边=g4ab1+（1-2x2+x3）g4ab2=17.3KN/m

结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取1/2结构计算各杆件的固端弯矩为

M4AB=51.9KN.m

M4bc=4.93KN.m

M4CB=2.46KN.m

1）顶层在恒荷载作用下的弯矩图：

2）标准层在恒荷载作用下的弯矩图：

3）底层在恒荷载作用下的弯矩图：

4）恒荷载作用下的弯矩总图：

5）恒载作用下的剪力轴力图：

6）恒载作用下的弯矩调幅图：

②活荷载作用下的内力计算

活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼层活荷载布置可能如图所示的几种组合形式。

计算结果见图（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯矩图）

1）顶层活荷载作用下的弯矩图：

2）标准层活荷载作用下的弯矩图：

3）底层活荷载作用下的弯矩图：

4风荷载作用下的计算

1）剪力在各柱间的分配图：

P4=9.64

Vp4=9.64

K=1.21

Xc=0.38

V4=1.93

K=2.61

Xc=0.57

V4=2.98

P3=8.92

Vp3=18.56

K=1.21

Xc=0.38

V3=3.71

K=2.61

Xc=0.57

V3=5.57

P2=8.92

Vp2=27.48

K=1.21

Xc=0.38

V2=5.50

K=2.61

Xc=0.57

V2=8.24

P1=9.76

Vp1=37.24

K=1.62

Xc=0.59

V1=8.33

K=2.61

Xc=0.57

V1=10.29

2）各柱反弯点及柱端弯矩图：

y0=0.361

M上=3.95

M下=2.23

y0=0.431

M上=5..26

M下=3.98

y0=0.45

M上=6.53

M下=5.34

y0=0.481

M上=9.25

M下=8.67

y0=0.461

M上=9.49

M下=8.11

y0=0.5

M上=13.18

M下=13.18

y0=0.569

M上=15.44

M下=20.38

y0=0.55

M上=19.91

M下=24.34

3）风荷载作用下的弯矩图：

4）风荷载作用下的剪力轴力图：

5）框架梁柱控制截面

5内力组合

根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端、柱边及跨中。

由于对称性，每层有5个控制截面，即图14中的1、2、3、4、5号截面，表2给出了第二层梁的内力组合过程；柱则分为边柱和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图14中第二层为例，控制截面为3、4号截面。

表3给出了二层柱的内力组合过程。

顶层梁的内力组合

同理可以计算出第三层,第二层,第一层梁的内力组合,见下表:

荷栽

类型

截面

恒载

活载

①

②

③

④

⑤

第三层梁

-40.73

67.10

-57.42

-15.48

-10.76

80.76

-------

-86.82

8.88

-------

-6.63

16.03

-10.26

-3.63

------

-18.32

-------

0.21

0.75

1.29

1.54

3.37

0.18

------

0.18

3.91

------

-6.22

16.15

-9.63

-4.15

0.48

17.04

------

-18.28

6.46

-0.07

0.10

0.27

1.2

0.48

-0.06

-------

-0.06

-1.36

-------

第二层梁

-41.42

66.43

-58.06

-15.21

-10.49

80.77

-------

-86.81

8.88

-------

-6.63

16.03

-10.26

-3.63

------

-18.32

-------

0.21

0.75

1.29

1.54

3.37

0.18

------

0.18

3.91

-----

-6.22

16.15

-9.63

-4.15

0.48

17.04

------

-18.28

6.46

-0.07

0.10

0.27

1.2

0.48

-0.06

-------

-0.06

-1.36

------

第一层梁

-34.87

72.12

-53.23

-17.82

-13.10

80.45

-------

-87.13

8.88

-------

-5.82

16.36

-9.61

-3.83

16.97

-------

-18.35

--------

0.21

0.69

1.26

1.55

3.38

0.18

------

0.18

3.91

------

-5.81

16.42

-9.51

-4.12

0.35

16.99

-------

-18.32

6.59

-------

-0.09

0.12

0.32

0.7

0.35

-0.07

-------

-0.07

-1.23

-------

顶层梁正截面承载力计算

截面

-24.79

70.40

-45.98

0.022

0.009

0.041

0.02

0.009

0.042

r0=（1+

）/2

0.989

0.995

0.979

（mm2）

149.2

421.2

279.6

最小配筋要求

350

260

350

选配钢筋

实配钢筋面积（mm2）

461

截面

68.29

106.83

92.71

0.061

0.014

0.087

0.062

0.014

0.087

r0=（1+

）/2

0.967

0.993

0.957

（mm2）

420.4

640.4

576.6

最小配筋要求

400

330

350

选配钢筋

182

实配钢筋面积（mm2）

461

656.5

603

中间层梁正截面承载力计算

截面

62.80

114.98

88.25

0.056

0.015

0.079

0.058

0.015

0.082

r0=（1+

）/2

0.971

0.982

0.969

（mm2）

385

689.9

547.8

最小配筋要求

450

360

450

选配钢筋

202

161

实配钢筋面积（mm2）

461

656.5

603

底层梁正截面承载力计算

顶层梁斜截面承载力计算

截面

71.97

80.04

15.73

499.8

304.94

0.7βhftbh0

149.35

91.12

箍筋肢数、直径

（mm2）

-------

实配箍筋间距（mm）

200

中间层梁斜截面承载力计算

截面

127.41

136.85

21.21

499.8

304.94

0.7βhftbh0

149.35

91.12

箍筋肢数、直径

（mm2）

------

-------

实配箍筋间距（mm）

200

底层梁斜截面承载力计算

截面

128.09

138.44

23.16

499.8

304.94

0.7βhftbh0

149.35

91.12

箍筋肢数、直径

（mm2）

-------

--------

实配箍筋间距（mm）

200

柱的内力计算结果

柱

号

荷载类型

截面

屋面梁上有活载的情况

四层梁上有活载的情况

屋

面

1.9

+0.63

0.04

+0.01

1.9

+0.63

-0.05

1.82

+5.45

-0.04

1.82

5.45

-0.01

四

层

4.56

0.04

4.56

-0.02

0.05

-0.11

-0.04

-1.98

-0.66

5.1

0.13

0.04

0.98

-1.53

-0.51

7.03

0.15

0.05

-0.03

-1.86

-5.6

-0.16

-0.49

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