一榀框架结构设计计算书1.docx
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一榀框架结构设计计算书1
框架结构设计计算书
1.截面尺寸估算
图1结构平面布置图
横梁AB轴的截面尺寸为：
h=L/12=6000/12=500mm，取500mm
b=h/3=500/3=167mm，取250mm
横梁BD轴的截面尺寸为：
h=L/12=8000/12=666mm，取700mm
b=h/3=700/3=233mm，取300mm
纵梁1-2轴的截面尺寸为：
h=L/12=8100/12=675mm，取700mm
b=h/3=700/3=233mm，取300mm
次梁的截面尺寸为：
h=L/18=8100/12=450mm，取500mm
b=h/3=500/3=167mm，取250mm
现浇板厚为：
h=L/50=6000/50=120mm
柱子的截面尺寸：
按层高确定：
底层层高H=3900mm
b=（1/10-1/15）×H=390-260mm
按轴压比确定：
可根据式估算。
各层的平均荷载设计值近似取14kN/m2，柱的负载面积为（4+3）×8.1m2。
由公式可得第一层柱截面面积为：
Ac≥N/fc≥1.4×14×（4+3）×8.1×3×103/14.3=233144mm2
所以b=h≥482mm，第一、二层柱截面取b=h=500mm
第三层柱截面面积为：
Ac≥N/fc≥1.4×14×（4+3）×8.1×103/14.3=77714mm
所以b=h≥278mm，取b=h=400mm
柱子的高度：
首层柱高3.9m，二、三层柱高3.6m
2.框架结构计算简图
2.1框架的线刚度计算
取楼层中间的一榀框架进行计算。
框架的计算单元如图2，绘出框架计算简图。
图2框架计算简图
框架梁、柱的混凝土强度等级为C30，计算梁的截面惯性矩：
表1横梁线刚度ib计算表
梁编号
层次
Ec
b
h
I0
L
EcI0/L
αEcI0/L
（N/mm2）
（mm）
（mm）
（mm4）
（mm）
（N.mm）
（N.mm）
中框架
AB
1~3
3.00E+04
250
500
2604166667
6000
130********
2.60E+10
BD
1~3
3.00E+04
300
700
8575000000
8000
3.22E+10
6.43E+10
边框架
AB
1~3
3.00E+04
250
500
2604166667
6000
1.30E+10
1.95E+10
BD
1~3
3.00E+04
300
700
8575000000
8000
32156250000
48234375000
注：
α为梁刚度调整系数
表2柱线刚度ic计算表
层次
hc
（mm）
Ec
（N/mm2）
b×h
（mm2）
Ic
（mm4）
EcIc/hc
（N.mm）
1
3900
3.0×104
500×500
5.21×109
4.01×1010
2
3600
3.0×104
500×500
5.21×109
4.34×1010
3
3600
3.0×104
400×400
2.13×109
1.78×1010
表3梁柱相对线刚度i计算（底层柱ic=1.0）
中框架
iab
0.65
边框架
iab
0.048
ibd
1.60
ibd
1.20
i2
1.08
i2
1.083
i3
0.44
i3
0.44
3.荷载计算
3.1荷载标准值计算
3.1.1屋面恒载（上人）
20厚水泥砂浆找平层
150厚水泥蛭石保温层
120厚钢筋混凝土板
20厚石灰砂浆
合计
屋面均布恒荷载为：
3.1.2楼面恒载：
瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）
120厚钢筋混凝土板
20厚水泥砂浆
合计
楼面均布恒荷载为：
3.1.3屋面活载：
屋面为上人屋面，查《建筑结构荷载规》得均布荷载标准值为2.0kN/m2，所以屋面均布荷载标准值为：
3.1.4楼面活载：
查《建筑结构荷载规》楼面均布活载中：
办公室、阅览室、会议活动室为2.0kN/m2，餐厅为2.5kN/m2，走廊、门庭、楼梯为2.5kN/m2，为便于计算，居室中的隔墙，隔断统一不计，楼面均布荷载统一偏大取为2.5kN/m2。
所以楼面均布荷载标准值为：
3.1.5雪荷载标准值
基本雪压为0.4kN/m2
雪荷载标准值
查《建筑结构荷载规》得：
故雪荷载标准值为：
3.2梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算
梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载。
具体计算过程从略，计算结果见表3所示：
表4梁、柱恒荷载标准值
构件
b
（m）
h
（m）
γ
（kN.m-3）
β
（kN.m-1）
g
（kN.m-1）
L
（m）
n
Gi
（kN）
梁12
0.3
0.7
25
0.340
5.59
8.1
12
543.35
梁BD
0.3
0.7
25
0.34
5.59
8
5
223.60
梁AB
0.25
0.5
25
0.255
3.38
6
5
101.40
次梁
0.25
0.5
25
0.255
3.38
8.1
4
109.512
∑G
977.86
1层柱
0.5
0.5
25
0.34
6.59
3.9
15
385.52
2层柱
0.5
0.5
25
0.34
6.59
3.6
15
355.86
3层柱
0.4
0.4
25
0.272
4.27
3.6
15
230.69
注：
1）表中β为10mm厚水泥砂浆抹灰的线密度；
g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量
2）梁长度取计算长度；柱高取层高。
外墙都采用空心砌块，外墙厚250mm，墙厚200mm，墙体抹灰近似按加厚墙体考虑其重量。
单位面积墙体自重：
外墙：
0.29×6=1.74kN/m2
墙：
0.24×6=1.44kN/m2
女儿墙：
（8.1×4+6+8）×2×1.44×0.8=106.91kN
2~3层墙体：
外墙：
[（8.1×4+6+8）×2×3.6-8×2×2×2-2×1.2×2]×1.74=461.59kN
墙：
[（8.1×2×4+6×3×2）×3.6-4×2×1×2.1]×1.44=498.36kN
首层墙体：
外墙：
[（8.1×4+14）×2×3.9-7×2×2×2-3×2-2×1.2×2]×1.74=513.51kN
墙：
[（8.1×2×4+6×3×2）×3.9-4×2×1×2.1]×1.44=541.90kN
3.3荷载分层总汇
由《建筑抗震规》第5.1.3条可知，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和：
顶层重力荷载代表值包括，屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。
其他层重力荷载代表值包括，楼面恒载，50%楼面活载，纵横梁自重，楼面上、下各半层的柱子及纵横墙体自重。
将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下。
第三层：
G3=106.91+（461.59+498.36）×0.5+181.44×0.5+230.69×0.5+2036.66+977.86
=3809.01kN（屋面恒载占53.46%）
第二层：
G2=1791.72+461.59+498.36+1134×0.5+（230.69+355.86）×0.5+977.86
=4591.53kN（楼面恒载占39.02%，楼面活载占12.35%）
第一层：
G1=1791.72+（461.59+498.36）×0.5+（513.51+541.9）×0.5+1134×0.5+（355.86+385.52）×0.5+977.86
=4716.69kN（楼面恒载占37.99%，楼面活载占12.02%）
建筑物总重力代表值G=G1+G2+G3=13117.23kN
图3重力荷载代表值
4.水平地震力作用下框架的侧移计算
框架梁、柱的混凝土取C30等级，混凝土的弹性模量为Ec=3×107kN/m2。
4.1梁、柱线刚度计算
详见章节1.2.1，此处不再赘述。
4.2横向框架柱的侧移刚度D值
横向框架柱的侧移刚度D值的计算见下表5—表7：
表5底层横向框架柱的侧移刚度D值
编号
根数
边框架边柱
1-A/5-A
0.48
0.39
12548.20
2
1-D/5-D
1.20
0.53
16810.32
2
边框架中柱
1-B/5-B
1.69
0.59
18764.64
2
中框架边柱
2-A/3-A/4-A
0.65
0.43
13717.00
3
2-D/3-D/4-D
1.60
0.58
18457.58
3
中框架中柱
2-B/3-B/4-B
2.25
0.64
20466.46
3
ΣD
254169.52
15
表6二层横向框架柱的侧移刚度D值
编号
根数
边框架边柱
1-A/5-A
0.45
0.18
7381.42
2
1-D/5-D
1.11
0.35
14354.50
2
边框架中柱
1-B/5-B
1.56
0.43
17618.73
2
中框架边柱
2-A/3-A/4-A
0.60
0.23
9274.09
3
2-D/3-D/4-D
1.48
0.42
17103.02
3
中框架中柱
2-B/3-B/4-B
2.08
0.51
20496.37
3
ΣD
219329.79
15
表7三层横向框架柱的侧移刚度D值
编号
根数
边框架边柱
1-A/5-A
1.09
0.35
5836.28
2
1-D/5-D
2.71
0.57
9475.85
2
边框架中柱
1-B/5-B
3.81
0.65
10796.27
2
中框架边柱
2-A/3-A/4-A
1.46
0.42
6959.23
3
2-D/3-D/4-D
3.61
0.64
10600.40
3
中框架中柱
2-B/3-B/4-B
5.08
0.71
11812.52
3
ΣD
140333.30
15
将上述不同情况下同层框架侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度ΣDi。
由上表可见，ΣD1/ΣD2=254170/219330=1.16>0.7，故该框架为横向规则框架。
按顶点位移法计算框架的自振周期
式中：
α0——基本周期调整系数。
框架结构取α0=0.7[5]。
∆T——框架的顶点位移。
在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，∆T是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。
然后由∆T求出
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