土木工程框架结构设计说明.docx

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土木工程框架结构设计说明

第2章结构布置及计算简图确实定

2.1结构平面布置

1.选取单棍框架

根据图形的对称性，本次计算选用⑩轴进行计算，结构布置图如下:

Cl；

图2-1结构布置图

梁柱截面初估

1•梁截面初估

1/6~1/4确定，各梁截面宽度按照高度的1/3~1/2确定。

那么，各截面尺寸确定如下:

次梁截面高度按照跨度的1/15~1/12确定，主梁截面高度按照跨度的1/12^1/8确定，悬臂

梁截面高度按照跨度的

（1）主梁

力=（1/12~1/8）x4700=390〃皿〜600〃〃“,取/?

=500/?

mw；

/?

=（1/3=1/2）x500=170/77/77〜250〃〃〃，取/?

=250〃7〃7。

（2）主梁BQ:

力=（1/12、1/8）x25OO=210/77/77〜320〃〃〞，取力=500mm；

b=（1/3'1/2）x500=170〃"?

?

~250〃""，取Z?

=250nun。

（3）8~10、10~12轴间主梁尺寸：

力=（1/12'1/8）x3600=300/77/7?

~400〃?

〃?

，取/?

=400〃“〞，b=250mm。

2.柱截面初估

（1）根据?

混凝土设计原理?

中的承载力计算公式，可推出构件截面面积的计算公式如下：

Ac>Nc/（axfc）

（2-1）式中：

a——轴压比（一级、二级、三级0.9,短柱减0.05）；

fc——観轴心抗压强度设计值；

g——估算柱轴力设计值。

（2）柱轴力设计值：

Nc=\25CN

（2-2）式中：

N——竖向荷载作用下柱轴力标准值（已包含活载）；

C——中柱C=l、边柱、角柱

（3）竖向荷载作用下柱轴力标准值：

N=nAq

（2-3）

n——柱承受楼层数；

A——柱子附属面积；

q——竖向荷载标准值（已包含活载），对于框架结构各层的重力代表值一般为

q=\2~\5kN]nd,此处取q=15kN/m2

（4）柱A:

A=,

/V=15X16.92x6=1522.8W,

=1.25x1.lxx!

522.8=2094W,

2094x1000.

Ar>—=

=0.9x14.3“62704〃"。

取截面为500mmx500〃〃〞,Ac=250000/?

?

///2>162704〃〃〃'

同理,柱B］、D也取截面为500/77/?

/x500mm0

计算简图确实定

1•线刚度计算

根据地质资料，确定根底顶面离室外地面为600mm,室外高差为300mm,由此求得底

层层高为5.Imo各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2-2,其中在求梁截面惯性矩时考

虑到现浇楼板的作用，边跨梁取1=1.51,中跨梁取1=21（I为不考虑楼板翼缘作用的梁

000

截面惯性矩）。

（1）由?

混凝土结构?

中得到线刚度计算公式如下:

・EI

I=——

H

（2-

式中：

H——梁的长度；

E——混凝土弹性模量。

（2）各梁柱的线刚度计算如下：

1）梁的线刚度计算

L1：

L2：

-4.7=O.831xlO~3Em；12

Zl：

3-3.9=1.34x10-3£/7?

3；

12

2二〜六层柱

Zl：

3-2.9=1.8xlO"3E/n3;

12

UL?

rsj

oc

Zl

7LL

oo

「71

L?

oo

K

g

6

CN

oc

•

V

Zl

7LL

'L；-

uo

•

g

6

0

■

oo

Z1

•L-

□0

•

*-7*

L2一

□0

•

—

o

3

Cxj

■

OD

0

Zl

LZ1

□o

'L2Z1

oq

h

6

Cxj

oc

<

z:

L，Zl

g

LL2Z1

g

—

6

I

•

v-■

sx\\

ZlZl

□Zl

•

x

\\\

1700

2500

图2-2梁柱线刚度图〔单位:

10W〕

第3章荷载计算

3.1恒荷载计算

1.屋面板〔按屋面做法逐项计算均布荷载〕:

0」2x25=3kN/m1；

0.02x17=0.34W/zm2；

结构层:

120mm厚钢筋混凝土整浇层

抹灰层：

20mm厚混合砂浆

小计

5.324W/m2o

2.楼面恒载：

找平层：

20mm厚1:

3水泥砂浆找平

0・02x20=0・4RN/加丄；

结构层：

120mm厚现浇板

；

抹灰层：

20mm厚混合砂浆

2；

小计

4.0kN/m2o

3.墙体恒载：

240mm厚空心砖

2；

20mm厚水泥砂浆面

2。

小计

2.24kN/nr。

120mm厚空心砖

2；

20mni厚水泥砂浆面

。

小计

52kN/m2o

4•梁的自重线荷载：

梁LI、L2自重线荷载

梁侧粉刷线荷载

梁L3自重线荷载

梁侧粉刷线荷载

0.25x0.5x25=3・\25k叫m；

0.02x（0.5-0.12）x2x17=kN/m；

0.25x0.4x25=2.5kN/m；

kN/m；

梁L4自重线荷载

梁侧粉刷线荷载

5•柱自重线荷载：

；

kN/m。

Zl：

ty=0.5x0.5x25+kN/m;

6•门窗自重：

木门，自重0.2kN；塑钢门窗，自重0AkN°

7.墙体自重线荷载：

门窗面积所占比例较大的墙体，墙重按80%折算

w2.w3：

q=）x0.8=4ASkN/tn;

W4:

6/=1.52x（2.9-）kN/m;

必:

-0.35）x0.8=3.1kN/m；

%:

q）。

函:

q=（2.9-0.5）=；

&各层梁所受恒载:

w—d

-——旷

』A

图3-2传力路线图

〔1〕屋顶层梁所受恒荷载〔图3-3〕

1〕线荷载

屋面板：

q=3.6x5.33=；

梁、门、墙：

0

2〕集中荷载

®A点

屋面：

§=1.8x4.7x5.33=29.563；

梁：

q=2.69x3.6+3.38x4.74-2=17.63W；

女儿墙：

q=2.4x1.2x3.6=1O.37A7V；

小计

Fa册o

②D点

屋面：

q=1.15x2.5x5.33=；

梁：

q=1.21x2.5x—x2+—x3.38x2.5+2.69x3.6x-4-2=\5A2kN；

422

女儿墙：

q=2.4xl.2x2.3=6.62W；

小计

Fd。

3冋点

屋面：

^=（lx1.8xl.8<-2+-xl・152x2+丄（0・2+2.5）xl.15+1（1.1+4.7）x1.8）x533=67.21W；

22

22

梁：

q=l・21x2・5x丄x2+3・38x2・5x丄+3・38x4・7x丄=35・07kN；

422

小计

F&=。

57.56?

02.28J/.J6

/k

7

/\

A

B1

图3-3屋顶层梁所受恒载图

〔2〕二〜六层梁所受恒荷载〔图3-4〕

1〕线荷载

g=3.6x3.74=13・37£N伽；

q=3.38+2.24=。

楼面：

2〕集中荷载

©A点

楼面：

梁：

柱：

墙：

梁、门、墙：

<7=1.8x4.7x3.74=31.64kN；

=2.69x3.6x|x2+3.38x4.7x|=17.63W；

°=2.9x7.082=20.54RN；

§=3.6x2.24+丄x4.7x2.24=13.33RN；

2

0=2・9x7・O82=2O・54册；

/X

/

X

LCC

I

•

A

B1

J

墙:

=3.1x2.5xlx2+lx4.48x3.6x2+5.38x2.5xl=26.73^

q=3.1x2.5x丄x2+3.8x3.6+5.38x2.5x丄+5.38x4.7x丄=36.92kN；

22

图3-4二〜五层梁所受恒载图

活荷载计算

1•各种活荷载分析

活荷载各层的传力路线均与恒荷载相同。

不上人屋面活荷载：

0.5kN/m2；

厕所、浴室活荷载：

2;

走廊、楼梯活荷载：

2；

阳台、阅览室活荷载：

2；

楼面活荷载：

2.0kN[m1o

（1）二〜屋顶层梁所受活荷载（图3-5）

1）线荷载g=3.6x2.0=kN/m；

2）集中荷载

A点；

D点g=l」5x2.5x2=5.75W；

色点22」。

22

竖向荷载作用下框架所受荷载总图

5/戈6

/f\

、心8

\/

f

83.1^1

13.472

心

X

/

/

/f

h

\

/

\

/

•

/

A

D

—

图3-6整棍框架所受恒荷载

图3-7整棍框架所受活荷载

风荷载计算

1.根据?

混凝土结构?

风荷载标准值计算公式如下：

叫=Axz/cx/

（3-1）

式中：

A——高度z处的风振系数，由于房屋结构高宽比小于1.5,所以P:

；

——风压髙度变化系数；

——风荷载体型系数，由于地面粗糙度为B类，所以体型系数“，迎风面取0.8,

背风面取-0.50

2.风荷载设计值计算公式如下：

&+h'B/2（3-2）

%2=（3一3）

B——计算单元宽度；

h,——下层柱高；

勺一一上层柱高，对于顶层为女儿墙的2倍；

乙一一可变荷载分项系数，取。

表3-1风荷载计算结果表

层

次

0；

/（KN/m2）

迎风而

背风面

/kN

Z|/m

◎

IV

/（KN/m1）

Zi/ni

"：

2

%

KKN/m1）

6

0.35

0.336

5

0.35

1.134

1・134

-0.194

5.39

4

0.35

-0.181

5.00

3

0.35

0.28

-0.175

4.75

2

0.35

6.1

0.28

6.1

-0.175

1.75

1

0.35

0.28

-0.175

5.00

图3-8风荷载作用下计算简图

第4章力计算

4.1风荷载作用下弯矩求解

I.D值计算

（1）一般层:

4訴心黑厶心皐

crIr2+KcIr

（2）底层:

“/；+/.门•120.5+K.12

/c=__,D=^xzfx__=____x?

fx_o

（3）计算结构如下表所示：

表4-1风荷载作用下D值计算

层数

柱号

K

D

为D

2'6

层

A柱

2x0.831心“=

0.462.Q12n

x1.8x——-=

2+0.4622

耳柱

2x0.831+2x1.56,“

=1

133乂乂匕一

2+1.3329

I）柱

2x1.56_08?

0.87（°12

xl.8x―-=

2+0.8720

底层

A柱

°九

0.6212八K

X1.34X—r=0.252+0.622

坊柱

0.831+1.56=1.78

|3419

xl.34x二一

2+1.342

D柱

L56

1,6

2+1.1630

2.V值计算

根据v=JL^v可求得每层各柱的剪力V值，如下表所示:

mJ

表4-2风荷载作用下剪力V计算

层数

V品KN）

匕（KN）

V^KN）

Vd（KN）

6层

0482

1026

0779

5层

0.482

=

1026

x1

0779

4层

°-482

=

1026

0.779心x1

3层

20.35

0482X

吗

=9129

0779X

=

2层

25.1

。

性25」

22B7X25J

0779X

1层

30.1

0388x30.1

3•反弯点高度艸计算

根据总层数〃2,该柱所在层“，梁柱线刚度比K,查表得到标准反弯点系数儿；根

据上下横梁线刚度比值i查表得修正比；根据上下层高度变化查表的修正值力、儿。

那

么各层反弯点高度为yh=〔y0+儿+力+『3〕x〃如下表所示:

表4-3风荷载作用下反弯点高度yh计算

展数

m

n

h

柱号

儿

X

〉'2

儿

y

6层

6

6

A

0.231

0

0

0

0.231

0.67

d

0.367

0

0

0

0.367

D

0.335

0

0

0

0.335

0.972

5层

6

5

A

0.331

0

0

0

0.331

0.960

0

0

0

0.417

D

0.100

0

0

0

0.400

1.16

4层

6

4

A

0.381

0

0

0

0.381

1.105

B\

0.450

0

0

0

0.450

D

0.450

0

0

0

0.450

3层

6

3

A

0.450

0

0

0

0.450

场

0.467

0

0

0

0.467

D

0.450

0

0

0

0.450

2层

6

2

A

0.500

0

0

0.450

d

0.500

0

0

0

0.500

1.150

D

0.500

0

0

0.450

1层

6

1

A

0.700

0

0

0

0.700

2.73

场

0.572

0

0

0

0.572

D

0.634

0

0

0

0.634

2.473

4.弯矩计算

根据各柱分配到的剪力及反弯点位置M可以计算第j层第丿•个柱上、下端弯矩分别

为-刃、肉=V詁iy°要求梁端弯矩，可以由柱端弯矩，并根据节点平衡计算所得。

对于边跨梁端弯矩：

M,,=+M爲.

对于中跨，由于梁的端弯矩与梁的线刚度成正比，因此

lb+0

b

因此，可以绘得整棍框架在风荷载作用下的弯矩图:

19.34声Z卞亦27.203^^

图4-1风荷载作用下弯矩图

竖向荷载作用下弯矩求解

竖向荷载作用下框架的力分析，除活荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置。

这样求得的框架力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置求得的弯矩偏低，但当活荷载在总荷载比例较大时，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘〜的放大系数予以调整。

考虑本建筑实际活荷载相对于恒荷载不大，因此不考虑活荷载不利布置。

1.固定端弯矩

将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。

在计算固端弯矩时，可根据固端弯矩相等的原那么，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如图4-2所示。

图4-2荷载的等效

（1）荷载转化

把梯形荷载化作等效均布荷载,AB为边跨梁，BC为中跨梁。

3623

q=0.5=0.383,a1=0.5x^^=0.46,g•边=g&n+（1—+a8abi

・75

5

gw=g/e+§g必2。

（2）各杆的固端弯矩叫詁g/边。

1）竖向恒荷载作用下弯矩

1屋顶层：

M4场=一-x1&7x2=—34.4kN•m,M阳=34.43-m;

12

M冲〕2=-S.S5kN•m,MHG=S.S5kN-m；

12

2二~六层：

=—26.43m,=2S4kNm,M叩=425kN・m,妨=6.85Z7V・rn。

图4-3恒荷载作用下梁固端弯矩

2）竖向活荷载作用下弯矩

计算方法与恒荷载作用下相同。

一行.25

-「3

J./b

-z

-1•乃

-m

J./b

-S5

「

A

[31

J

D

w、

4700

250C

更

C_D

6-j

y

CD

更

6

1、

ex

图4-4活荷载作用下梁固端弯矩

2•弯矩分配系数〔中间层省略〕

12

3

45

6

78

9

g

6

g

6

CxJ

3

Csj

o

3

CsJ

g

CxJ

10

11

12

aw

4/0C

2500

图4-5节点编号

节点1：

一0.831+1.8一'*，"“一

0.684；

节点2：

节点3：

节点4：

节点5：

节点6：

节点7：

节点8：

/

节点9：

//：

，"0.831+1.8+1.56"°198?

3

九

=0.372,

==043；

「

1Q——:

——=0.536；

=°・464,//36

'"1.8x2+0.831_°'406,

"°139"%

^=1.8x2+=QJ88；

=0.261,

“63-“69-1

=0.349,

一1.8+1.34+0.831一°453'

=03•

//6S==0.302；

65

^7'10-1.8+1.34+0.831-°337，

0.831+1.8+1.34+1.56一°"'

=0282

0.831+1.8+1.56+1.34'

//?

8-1.8+1.34+0.831_021：

_0.831+1.8+1.56+1.34_，

Aj，_0.831+1.8+1.56+1.34_°242；

^=+1.8+=°332-

"1.56+1.8+1.34"°383'Az,2"1.56+1.8+1.34"°，28：

〕；

3.弯矩分配

（I）恒荷载作用下弯矩分配

下

T

•

■V

左

下

0

0

-8,.85

0

O

<3

o-

O

V—

&54

777777/W7ZWZ

图4-6屋顶层梁固端弯矩一次分配

上

下

右

T

右

S.

上

下

0

0

0

0

0

0

A

<1

-6.6-

[>

CA

V

25）.91

-6./5

-2〃

777777.

图4-7三~六层梁固端弯矩一次分配

上

下

右

上

下

右

左

上

下

0

0

0

0

0

0

&90

A

<1

A

O

<1

777777/W7

图4-8二层梁固端弯矩一次分配

下

右

左下

下

0

0

0

0

O

<1

A

O

U

-\02

777777/Tn77TL^TTf/TL

图4-9屋顶层梁固端弯矩二次分配

^5—

0.22v

-ZM

777777}

左

上

F

右

i

丄

0

0