钢筋混凝土课程设计计算书.docx
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钢筋混凝土课程设计计算书
钢筋混凝土课程设计计算书
以4轴线框架计算
一、框架计算简图及柱、梁、板尺寸估算
1、计算简图中杆件以计算轴线表示,柱取截面形心线,梁也取截面形心线;框架层高,除底层外的其它各层,都取建筑层高即4.2m,底层计算高度h=0.50+1.0+4.50=6.0m,梁板混凝土取C30,fc=15N/mm2
框架横梁截面:
梁高h=(1/8~1/12)L=900~600mm(L=7200mm),取h=700mm;b=(1/2~1/3)h=350~200mm,取b=250mm截面为矩形。
次梁高h=(1/12~1/20)L=330~180mm(L=3900mm),取h=300mm;b=200mm在L=7200布置两条次梁。
楼板厚取100mm,(屋面板厚取120mm)。
2、验算柱截面尺寸b*h=400*500
荷载估算:
荷载标准值按10~13KN/m2估算,取13.0KN/m2计。
中柱负荷面积为:
(7.20+7.20)/2.0*3.90=28.08m2。
则中柱柱底承受荷载标准值为:
28.08*13.0*5=1825.2KN。
中柱按轴心受压进行验算,此时可假定,受压纵筋总的配筋率批p=1%纵向受压系数=1(混凝土取C30)于是有:
N=1.20*1825.2=2190.24KN。
轴压比取0.90
Ac=N/0.90fc=162240mm2
取Ac=b*h=400*500=200000mm2>162240mm2符合要求。
二、荷载计算
柱距S=3.90m,跨度L=7.20m,屋面活荷载标准值:
0.5KN/m2;楼面活荷载标准值4.0KN/m2。
(一)、屋面荷载:
1、10mm厚混凝土盖板架空层0.40KN/m2
2、二毡三油沥青防水层0.35KN/m2
3、20mm厚水泥砂浆找平层0.40KN/m2
4、120mm厚钢筋混凝土屋面板0.12*25=3.0KN/m2
5、顶棚20mm厚混合砂浆抹灰及刷白0.34KN/m2
合计:
4.49KN/m2
活荷载:
不上人屋面0.5KN/m2
屋面梁自重:
0.25*0.58*25+0.015*2*0.58*17=3.92KN/m。
屋面梁的线荷载
荷载类别
线荷载标准值(KN/m)
荷载分项系数
设计线荷载(KN/m)
恒载
4.49*3.90+3.92=21.43
1.2
25.72
活载
0.5*3.90=1.95
1.4
2.54
Q=g+q=25.72+2.54=28.26kN/m
(二)、标准层楼面荷载
楼面恒载:
1、30mm厚水磨石面层0.65KN/m2
2、100mm厚钢筋混凝土屋面板0.10*25=2.50KN/m2
3、底版抹灰及刷白20mm厚0.34KN/m2
合计:
3.49KN/m2
楼面活载取值:
4.0KN/m2
框架梁自重:
0.25*0.60*25+0.015*2*0.60*17=4.06KN/m。
楼面梁的线荷载:
荷载类别
线荷载标准值(KN/m)
荷载分项系数
设计线荷载(KN/m)
恒载
3.49*3.90+4.06=17.67
1.2
21.20
活载
4.0*3.9=15.60
1.4
20.28
(三)、风荷载:
(基本风压-----0.45KN/m2)
因屋面活荷载较小,故不考虑活载的最不利位置,按满载计算,则框架的线荷载为Q=g+q=25.72+2.54=28.26kN/m。
而标准层和底层,因活载较大,故需按恒载和活载最不利布置情况分别计算。
三、计算简图:
在垂直荷载作用时,用分层法计算;在水平荷载作用时,用反弯点法计算。
恒载作用下的计算简图
为了减少误差,在用力矩分配法计算时,上层柱和中间柱的线刚度取0.9,顶层和中间层向柱端的传递系数取1/3;底层柱线刚度仍取1.0,向柱底的传递系数仍取0.5。
K=EI/H
I=bh/12
三、刚度常数
刚架
结点
杆件
刚度系数K或K‘
∑K
U=K/∑K
C
顶层
A
AB
1/12*25*703*1/7.2=992
1884
0.527
0.5
AD
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.473
0.333
B
BA
1/12*25*703*1/7.2=992
2876
0.345
0.5
BE
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.31
0.333
BC
1/12*25*703*1/7.2=992
0.345
0.5
C
CB
1/12*25*703*1/7.2=992
1884
0.527
0.5
CF
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.473
0.333
中间层
D
DA
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
2776
0.321
0.333
DG
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.321
0.333
DE
1/12*25*703*1/7.2=992
0.357
0.5
E
ED
1/12*25*703*1/7.2=992
3768
0.263
0.5
EH
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.237
0.333
EF
1/12*25*703*1/7.2=992
0.263
0.5
EB
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.237
0.333
F
FE
1/12*25*703*1/7.2=992
2776
0.357
0.5
FC
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.321
0.333
FI
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.321
0.333
底层
G
GD
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
2578
0.346
0.333
GJ
1/12*40*503*1/6.0=694
0.269
0.5
GH
1/12*25*703*1/7.2=992
0.385
0.5
H
HG
1/12*25*703*1/7.2=992
3570
0.278
0.5
HE
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.25
0.33
HK
1/12*40*503*1/6.0=694
0.194
0.5
HI
1/12*25*703*1/7.2=992
0.278
0.5
I
IH
1/12*25*703*1/7.2=992
2578
0.385
0.5
IF
1/12*40*503*1/4.2*0.9=892
0.346
0.33
IL
1/12*40*503*1/6.0=694
0.269
0.5
对于屋面层:
Q=g+q=28.26kN/m
计算固端弯距:
MAB=-MBA=-1/12*(g+q)*L2=-122.08kN•m。
MBC=-MCB=-1/12*(g+q)*L2=-122.08kN•m。
对于标准层:
梁的线荷载:
g=21.20KN/m。
MDE=-MED=-1/12*g*L2=-91.58kN•m。
MEF=-MFE=-1/12*g*L2=-91.58kN•m。
对于底层:
梁的线荷载:
g=21.20KN/m。
MGH=-MHG=-1/12*g*L2=-91.58kN•m。
MHI=-MIH=-1/12*g*L2=-91.58kN•m。
(三)、活载作用下框架梁的内力计算:
1、标准层:
梁受线活载作用设计值:
q=20.28kN/m2。
当活载作用在左跨时:
MDE=-MED=-1/12qL2=-87.61kN•m。
当活载作用在右跨时:
MEF=-MFE=-1/12qL2=-87.61kN•m。
2、二层楼面:
梁受线活载作用设计值:
q=20.28kN/m。
当活载作用在左跨时:
MGH=-MHG=-1/12qL2=-87.61kN•m。
当活载作用在右跨时:
MHI=-MIH=-1/12qL2=-87.61kN•m。
(四)、按简支梁计算的跨中弯距和剪力
顶层:
M1=M2=1/8*(4.49*3.90+3.92)*1.2*7.22=166.67kN•m
V1=V2=1/2*(4.49*3.90+3.92)*1.2*7.2=92.59KN
中间层:
M1=M2=1/8*(3.49*3.90+4.06)*1.2*7.22=137.41kN•m
V1=V2=1/2*(3.49*3.90+4.06)*1.2*7.2=76.36KN
二层:
M1=M2=1/8*(3.49*3.90+4.06)*1.2*7.22=137.41kN•m
V1=V2=1/2*(3.49*3.90+4.06)*1.2*7.2=76.39KN
(四)、风载计算
一般框架Kb/Kc≥3时,中间层反弯点可假定在柱中央,对底层则假定在离下柱上端0.4hj,对顶层其位置可假定在上柱下端0.4hu处。
W3=μSμZWoA=(0.80+0.50)*1.0*0.45*3.9*4.2/2=4.97KN.
W2=μSμZWoA=(0.80+0.50)*1.0*0.45*3.9*4.2=9.58KN.
W1=μSμZWoA=(0.80+0.50)*1.0*0.45*3.9*(4.2/2+6.0/2)=11.64KN.
1、每跟柱的受的剪力:
Vj=[(EiIi/h3j)/ΣEI/h3]*ΣW=(Kjh2j/ΣK/h2)*ΣW
由于在本设计中各柱E值相同,各柱高度也相同
所以:
Vj=(Kj/ΣK)*ΣW
顶层:
ΣW=ΣW3=4.79KN。
VAD=892/(892+892+892)*4.79=1.60KN。
VBE=VCF=VAD=1.60KN。
五层:
ΣW=W3+W2=4.79+9.58=14.37KN。
VD1=892/(892+892+892)*14.37=4.79KN。
VE3=VF5=VD1=4.79KN。
四层:
ΣW=W3+W2+W2=4.79+9.58+9.58=23.95KN。
V12=892/(892+892+892)*23.95=7.98KN。
V34=V56=V12=7.98KN。
三层:
ΣW=W3+W2+W2+W2=4.79+9.58+9.58+9.58=33.53KN。
V2G=892/(892+892+892)*33.53=11.18KN。
V4H=V6I=V2G=11.18KN。
二层:
ΣW=W3+W2+W2+W2+W1=4.79+9.58+9.58+9.58+11.64=45.17KN。
VGH=694/(694+694+694)*45.17=15.06KN。
VHK=VIL=VGH=15.06KN。
2、柱端弯距,可直接计算得(略).
3、梁端弯距
顶层:
MAB=MAD=VAD*2.52=1.60*2.52=4.03KN·m。
MCB=MCF=VCF*2.52=1.60*2.52=4.03KN·m。
MBE=4.03KN·m。
MBA=MBC=992/(992+992)*MBE=0.5*4.03=2.02KN·m。
五层:
MDE=MFE=MDA+MD1=1.60*1.68+4.79*2.10=12.75KN·m。
MED=MEF=992/(992+992)*(MDA+MD1)=1/2*(1.60*1.68+4.79*2.10)=6.37KN·m。
四层:
M12=M32=M1D+M14=4.79*2.10+7.98*2.10=26.82KN·m。
。
M21=M23=992/(992+992)*(MDA+MD1)=1/2*(4.79*2.10+7.98*2.10)=13.41KN·m。
三层:
M45=M65=M41+M4G=7.98*2.10+11.18*2.10=40.23KN·m。
M54=M56=992/(992+992)*(MDA+MD1)=1/2*(7.98*2.10+11.18*2.10)=20.12KN·m。
二层:
MGH=MIH=MG4+MGJ=11.18*2.10+15.06*2.10=55.10KN·m。
MHG=MHJ=992/(992+992)*(MDA+MD1)=1/2*(11.18*2.10+15.06*2.10)=27.55KN·m。
。
选取梁GH,其内力组合即为活载布置在GH跨,风载作用时的内力组合:
MGH=-59.82-63.25-55.10=-178.17KN·m
MHG=+109.21+76.68+27.55=+213.44KN·m
M中=+66.52+64.92+13.78=+145.22KN·m
弯距调幅:
考虑钢筋混凝土结构内力重分布,将竖向荷载作用下中间支座的梁端弯距乘以调整系数β=0.75予以降低,并将所减少的弯距的平均值加到跨中正弯距上。
调整后的弯距为:
M´GH=MGH=-178.17KN·m
M´HG=MHG*0.75=+160.08KN·m
M´中=M中+0.25(MGH+MHG)/2=+108.80KN·m
支座按矩形截面计算,而跨中按T形截面计算,C30,fc=16.5N/mm2,fy=310N/mm2
梁GH的G端MGH=-178.17KN·m
as=M/fc*b*h2o=178.17*106/(16.5*250*6652)=0.098rs={1+(1-2as)0.5}/2=0.948
AS=M/rs*fy*ho=178.17*106/(0.948*310*665)=912mm2选3Ф20;As=942mm2
梁GH的H端:
MHG=+160.08KN·m
as=M/fc*b*hh2o=160.08106/(16.5*250*6652)=0.088rs={1+(1-2as)0.5}/2=0.954
AS=M/rs*fy*ho=160.08*106/(0.954*310*665)=814mm2选2Ф20+1Ф16;As=829mm2
梁GH跨中弯距M中=+108.80KN·m
b´f=1/3Ln=1/3*7200=2400或b+Sn=250+3900=4150;
选取b’f=2400mm;
as=M/fc*b*h²o=108.80106/(16.5*2400*6652)=0.0062rs={1+(1-2as)0.5}/2=0.997
AS=M/rs*fy*ho=108.80*106/(0.997*310*665)=529mm2选2Ф18;As=508mm2
梁端剪力:
恒载:
VGH=+69.53KN
VHG=-83.25KN
活载:
VGH=-VHG=+11.48KN
叠加:
VGH=+81.01KN
VHG=-71.77KN
验算截面限制条件:
Hw/b=600/250=2.4<4;
0.25fcbho=0.25*16.5*250*665=685.78kN>V=81.01kN满足要求
0.07fcbho=0.07*16.5*250*665=192kN>V=81.01kN
按构造配箍:
选Ф8@200,但梁端要加密按100加密。
柱GH的配筋计算:
已知M=+11.0+13.85+54.22=+79.07KN·mN=1425.559KN(计算略)
eo=M/N=79.07*103/1425.559=55.5mm
ea=0.12(0.3ho-eo)=0.12*(0.3*465-55.5)=10mm
初始偏心距:
ei=eo+ea=55.5+10=65.5mm
8η=1+{1/(1400+ei/ho)}*(Lo/h)²ζ1ζ2=1.06
ζ1=0.2+2.7ei/ho=0.58因Lo/ho=6000/500=12故ζ2=1.0
则有ηei=1.06*65.5=69.4mm<0.3h0=139.5mm
故按小偏心受压破坏计算
es=h/2+ηei-as=500/2+69.4-35=284.4mm
2、计算x
按对称配筋计算:
As=A’s
ξ={N-ξbfcmbh0/[Nes-0.45fcmbh02/(0.8-ξb)(h0-a`s)]+fcmbh0}+ξb
=(1425559-0.544*400*465)/{[1425559*284.4-0.45*16.5*400*4652/(0.8-0.544)*(465-35)]+16.5*400*465}+0.544
=0.63
计算:
x=ξho=0.63*465=294mm
3、计算As=A´s
As=A´s=(Nes-fcbx(ho-0.5x))/fy(ho-as)
=[1425559-16.5*400*294*(465-0.5*294)]/[310*(465-35)]
<0
故按柱截面(偏心受压)最小配筋率进行配筋pmin=0.7%As=pminbh=1400mm2选6Ф16+2Ф14As=1512mm2;箍筋采用Φ8@100/200。
4、柱GJ自重:
N柱=0.45*0.5*6*25000=30000N
Nμ=1425559N
N总=Nμ+N柱=1455559N
ΣM=MJG=M恒+M活+M风=+11.0+13.85+54.22=+79.07KN·m
已知:
基础埋深h=2.3m
Rg=20kN/m³
Rm=19kN/m³(粘土)
fak=280kpa
首先按轴心基础估算基础底面积
假定基础宽度b<3m则
fa=fak+ηdrm(d-0.5)=280+1.5*19*(2.3-0.5)=331.3kpa
A=NK/(fa-rgd)=1455559/(331.3-20*2.3)=5.1m²
确定偏心受压基础底面积
考虑偏心影响,将基底面积增加15%,即A=5.1*1.15=5.87m²,取b=2.3m;L=2.6m
实际基础底面积为2.3*2.6=5.98m²≈6m²
5、验算地基承载力:
作用于基底的竖向力
ΣF=Nk+rGAd=1455.559+20*6*2.3=1731.559kN
作用于基底的弯距:
ΣM=+79.07KN·m
为了增加刚度,将基础长边L平行于弯距作用方向,则基础底面抗弯刚度
W=bl2/6=2.3*2.62/6=2.6
Pmax=ΣF/A+ΣM/W=(1731.559/6)+(79.07/2.6)=318.99kpa
Pmin=ΣF/A-ΣM/W=(1731.559/6)-(79.07/2.6)=258.19kpa
Pmax<1.2fa=397.56kpa
PO=1/2(Pmax+Pmin)=288.59=6、柱基配筋:
钢筋保护层厚度取40厚,fy=310n/mm²
阶边弯距I-I
MI-I=1/24Po*(L-a2)²*(2b+b2)=1/24*288.59*(2.6-1.5)2*(2*2.3+1.3)=85.84KN·m
As1=M/0.9h01fy=85.84*106/(0.9*510*310)=603mm²
沿b方向每米的配筋:
As=603/2.3=262mm²
阶边弯距II-II
MII-II=1/24Po*(L-a1)²*(2b+b1)=1/24*288.59*(2.6-0.5)2*(2*2.3+0.4)=265.14KN·m
As1=M/0.9h01fy=265.14/(0.9*1010*310)=941mm²
沿b方向每米的配筋:
As=941/2.3=409mm²
选Ф12@300双向