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混凝土框架结构课程设计

温州大学瓯江学院

WENZHOUUNIVERSITYOUJIANGCOLLEGE

《混凝土结构课程设计<二）》

专

业：

土木工程

班

级：

08土木工程本一

姓

名：

王超

学

号：

08207023219

指导教

师：

张茂雨

日2018年6月10号

1/45

期：

混凝土框架结构课程设计

一．设计资料

某三层工业厂房，采用框架结构体系。

框架混凝土柱截面尺寸边柱为500mm×

500mm，中柱600mm×600mm。

楼盖为现浇钢筋混凝楼盖，其平面如图所示。

<图示范围

内不考虑楼梯间）。

厂房层高分别为4.5，4.2，4.2M。

地面粗糙度类别为B类。

1.楼面构造层做法：

20mm厚水泥砂浆地面，钢筋砼现浇板，15mm厚石灰砂浆刷。

2．可变荷载：

楼面屋面标准值取5.0KN／m

2，活荷载分项系数1.3。

3．永久荷载:

包括梁、板及构造层自重。

钢筋砼容重25KN／m

33，

／m，石灰砂浆容重17KN／m分项系数为1.2。

p1EanqFDPw

3，水泥砂浆容重20KN

材料选用：

混凝土采用C20

2,ft＝1.10N／mm2）。

2

钢筋柱、梁受力筋采用Ⅱ级钢筋

），板内及梁内其它钢筋采用Ⅰ

级

2）DXDiTa9E3d

二．框架梁及柱子的线刚度计算

取①轴上的一榀框架作为计算简图，如图所示。

2/45

梁、柱混凝土强度等级为C20，Ec＝2.55×10＝25.5×

4N/mm2

10

6KN/m2。

框架梁惯性矩增大系数：

边框架取1.5，中框架取2.0。

RTCrpUDGiT

中框架梁的线刚度：

1

ib

6

＝αbEIb/l=2.0××25.5×10

×0.3×0.7

3/6.6＝66.28×

10

3KN·m

2

5PCzVD7HxA

边框架梁的刚度：

2

ib

6×0.3×0.7

αbEIb/l＝1.5××25.5×10

3/6.6＝49.70×

10

3KN·m

2

jLBHrnAILg

底层中柱的线刚度：

i

6

底中＝EIc/l=×25.5×10×0.6×0.6

3/4.5＝61.44×103KN·m2

底层边柱的线刚度

i

底边＝EIc/l=×25.5×106×0.5×0.5/4.5＝29.51×103KN·m

6×0.5×0.5/4.5＝29.51×103KN·m

2

其余各层中柱的线刚度

i

其中＝0.9EIc/l=0.9××25.5×106×0.6×0.6

6×0.6×0.6

3/4.5＝55.30×

10

3KN·m

2

xHAQX74J0X

其余各层边柱的线刚度

3/45

i

63KN·m2

底边＝0.9EIc/l=0.9××25.5×10×0.5×0.5/4.5＝26.56×10

三．荷载计算LDAYtRyKfE

1．恒荷载标准值计算

（1）楼<屋）面自重

结构层:

80厚现浇钢筋砼板0.1m×25KN／m

3＝2.5KN／m2

Zzz6ZB2Ltk

20mm厚水泥砂浆面层0.02m×20KN／m

3

＝0.4KN／m

2dvzfvkwMI1

20mm石灰砂浆天棚抹灰0.015m×17KN／m

3＝0.26KN／m2

rqyn14ZNXI

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

EmxvxOtOco

合计gk＝3.16KN／m

2

SixE2yXPq5

（2）梁自重

次梁自重25KN／m

3×0.25m×<0.45m－0.1m）＝2.19KN／m

次梁抹灰自重2×17KN／m

3×0.015m×<0.45m－0.1m）＋0.02m×0.25m×

17KN／m＝0.26KN／

m6ewMyirQFL

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

kavU42VRUs

合计gk＝2.45KN／my6v3ALoS89

3×0.3m×<0.7m－0.1m）＝4.5KN／m主梁自重25KN／m

主梁抹灰自重2×17KN／m

3×0.015m×<0.7m－0.1m）＋0.02m×0.3m×17KN

／m＝0.41KN／mM2ub6vSTnP

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

0YujCfmUCw

合计gk＝4.91KN／meUts8ZQVRd

（3）柱自重

边柱自重25KN／m

3

×0.5m×0.5m＝6.25KN／msQsAEJkW5T

边柱抹灰自重4×17KN／m

3×0.02m×0.5m＝0.68KN／

mGMsIasNXkA

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

TIrRGchYzg

合计gk＝6.93KN／m7EqZcWLZNX

中柱自重25KN／m

3×0.6m×0.6m＝9.0KN／mlzq7IGf02E

中柱抹灰自重4×17KN／m

3

×0.02m×0.6m＝0.82KN／mzvpgeqJ1hk

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

NrpoJac3v1

合计gk＝9.82KN／m1nowfTG4KI

2．活荷载标准值计算

2

<1）楼<屋）面活荷载标准值：

5.0KN／m

<2）雪荷载

2

sk=0.35KN／m

屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，

取两者中大者。

4/45

3．框架竖向荷载计算

<1）A~B（B~C,C~D>轴间框架梁

楼面<屋面）板传荷载。

恒载：

3.16KN／m

2×3.3m×5／8＝6.52KN／

mfjnFLDa5Zo

活载：

5.0KN／m

2×3.3m×5／8＝

10.31KN／m

tfnNhnE6e5

梁自重：

4.91KN／m

A~B（B~C,C~D>轴间框架梁均布荷载为:

恒载＝板传荷载＋梁自重

＝6.52KN／m＋4.91KN／m＝11.43KN／m

活载<板传荷载

取荷载11.34KN／m

（2）A（D>轴柱竖向荷载计算

顶层柱顶

顶层柱顶恒载：

屋面板传荷载

3.16KN／m

2×3.3m×5／8×3.3m＋

3.16KN／m

2×3.3m×<1－2×0.422×

3）×3.9m＝63.15KNHbmVN777sL0.42

梁传荷载

2.45KN／m×<3.9m－0.25m）＋4.91

KN／m×<3.3m－0.25m）＝

23.92KNV7l4jRB8Hs

顶层柱顶活载：

屋面板传荷载

5.0KN／m

2

×3.3m×5／8×<3.3m－

0.25m）＋5.0KN／m

2×3.3m×<1－2

×0.42

2×0.423）×<3.9m－0.25m）＝

90.10KN83lcPA59W9

顶层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载

＝63.15KN＋23.92KN

＝87.07KN

顶层柱顶活载＝板传荷载

＝90.10KN

二层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重

＝2×44.82KN＋2×23.92KN＋6.93KN／m×4.2m

＝166.59KN

二层柱顶活载＝板传荷载

＝2×72.57KN

＝145.14KN

底层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重

＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋2×6.93KN／m×4.2m

5/45

＝264.43KN

底层柱顶活载＝板传荷载

＝3×72.57KN

＝217.71KN

基础顶面恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重

＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋（2×6.93KN／m×4.2m＋

6.93KN／m×4.7m>mZkklkzaaP

＝297.0KN

基础顶面活载＝0KN

（3）B（C>轴柱竖向荷载计算

顶层柱顶

顶层柱顶恒载：

屋面板传荷载

2×3.3m×5／8×3.3m＋3.16KN／m2×3.3m×<1－22×<3.16KN／m

×0.42

2×0.423）×3.9m）＝89.64KNAVktR43bpw

梁传荷载

2×<2.45KN／m×<3.9m－0.25m）＋4.91KN／m×<3.3m－

0.25m））＝47.84KNORjBnOwcEd

顶层柱顶活载：

屋面板传荷载

2×<5.5KN／m

2×3.3m×5／8×<3.3m－0.25m）＋

5.5KN／m

2×3.3m×<1－2×0.422×0.423）×<3.9m－0.25m））＝

145.14KN2MiJTy0dTT

顶层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＝137.48KN

顶层柱顶活载＝板传荷载＝145.14KN

二层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝316.2KN

二层柱顶活载＝板传荷载＝290.28KN

底层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝494.93KN

底层柱顶活载＝板传荷载＝435.42KN

基础顶面恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝541.08KN

基础顶面活载＝板传荷载＝0KN

框架在竖向荷载作用下的受荷图如图所示

6/45

4．框架水平荷载计算

为简化计算，将风荷载近似用作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷

载，其标准值：

Wk＝βzμsμzω0

WK计算过程见表

集中风荷载标准值

离地高度

z／m

μzβzμsω0

KNm

2

hihjBWk

KN

13.11.091.31.30.64.203.99.058.91.001.071.30.64.24.23.913.67

4.71.001.021.30.64.74.23.913.81

四．框架结构内力计算<采用分层法和D值法）

为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：

（1）恒载作用

（2）活荷载作用于A～B轴跨间

（3）活荷载作用于B～C轴跨间

（4）活荷载作用于C～D轴跨间

（5）风荷载作用<从左向右或从右向左）

1．恒荷载标准值作用下的内力计算

节点各杆的弯矩分配系数按下式计算

7/45

μik=iik／Σiik

2

节点的不平衡弯矩即梁固端弯矩M=－1／12ql0

由分层法可求得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图<计算过程见图

a），在求得结构支座弯矩<按弹性理论计算）后采用结构实际荷载按静定

结构由平衡条件可求得杆件其他内力。

跨内最大正弯矩近似按跨中弯矩计

算。

梁端剪力根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力叠加而

得。

柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得。

gIiSpiue7A

恒荷载标准值满跨作用的弯矩图、剪力图、轴力图见图1、图2、图3

2．活荷载标准值作用下的内力计算

活荷载标准值作用在A～B轴跨间的分层法计算过程见图b、弯

矩图、剪力图、轴力图见图4、图5、图6

活荷载标准值作用在B～C轴跨间的分层法计算过程见图c、弯

矩图、剪力图、轴力图见图7、图8、图9

活荷载标准值作用在C～D轴跨间的分层法计算过程见图d、弯

矩图、剪力图、轴力图见图10、图11、图12uEh0U1Yfmh

3．风荷载标准值作用下的内力计算

采用D值法按下述步骤计算框架内力（见表1~5>

（1）确定各柱的反弯点位置；

（2）分层取脱离体计算各反弯点处剪力；

（3）先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按

梁的线相对线刚度分配节点的柱端不平衡弯矩。

（4）其他内力的计算:

根据力的平衡条件，由梁两端的弯矩求出梁的

剪力；由梁的剪力，根据节点的平衡条件，可求出柱的轴力。

IAg9qLsgBX

风荷载标准值作用下的内力图见图13、14、15所示

8/45

9/45

图a恒荷载作用下分层法计算过程

表1A（D>轴框架柱反弯点位置

层号h/myoy1y2y3yyh/m

34.21.750.390000.391.6424.21.750.45000.451.8914.71.760.560000.562.63

表2B（C>轴框架柱反弯点位置

层号h/myoy1y2y3yyh/m

34.21.970.400000.401.6824.21.970.450000.451.8914.71.980.550000.552.59

10/45

11/45

表3框架柱修正后的抗侧刚度

轴号层号αcEI/hD=αc12EI/h3A（D>3层0.4728.469.10

2层0.4728.469.10

1层0.6028.269.21

B（C>3层0.5059.0120.08

2层0.5059.0120.08

1层0.6258.6019.74

12/45

表4风荷载作用下框架柱端剪力弯矩和梁端弯矩计算

轴号层号VikNDkN/m∑D

kN/m

D/∑DVkNyh/mMcs

/kN·m

Mcx

/kN·m

Mbz

/kN·m

Mby

/kN·m

A（D

>

39.059.1058.360.161.451.643.712.383.71

222.729.1058.360.163.641.898.416.8810.79

136.539.2157.90.186.582.6313.6217.3120.50

B（C>39.0520.0858.360.343.081.687.765.173.344.42

222.7220.0858.360.347.721.8917.8314.599.8913.11

136.5319.7457.900.3412.422.5926.2132.1717.5423.26

13/45

表5风荷载作用下框架柱轴力和梁端剪力计算

层号梁端剪力/kN柱轴力/kN

AB跨BC跨CD跨A轴B轴C轴D轴

31.021.341.021.02<0.320.321.02<拉）

拉）

23.133.973.134.15<1.861.864.15<拉）

拉）

15.767.055.769.91<3.153.159.91<拉）

拉）

14/45

图b活荷载作用在AB轴间分层法计算过程

15/45

16/45

17/45

1

18/45

19/45

图c活荷载作用在BC轴间分层法计算过程

20/45

21/45

22/45

图d活荷载作用在CD轴间分层法计算过程

23/45

五．框架结构内力组合

24/45

各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。

比较恒荷

载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由恒荷载效应控制的组合的大小，取两者中大

者。

构件控制截面的内力按下式计算：

WwghWvVhPE

梁支座边缘处的内力值：

M

边=Mb－Vb·b/2

V边=Vb－q·b/2

柱上端控制截面在上层的梁底,其内力按下式计算:

Mcs=Mc－Vc·h/2

Mcx=Mc－Vc·h/2

Vc=

式中

M

边——支座边缘截面的弯矩标准值；

V

边——支座边缘截面的剪力标准值；

Mb,Mc——分别为梁柱中线交点处的梁端的弯矩标准值和柱端的弯矩标准值；

Mc1,Mc2——分别为梁柱中线交点处的柱上端和下端的弯矩标准值

Vb,Vc——与M相应的梁柱中线交点处的梁端的剪力标准值和柱端的剪力标准值

q——梁单位长度的均布荷载标准值；

b——梁端支座宽度<即柱截面高度）；

h——梁截面高度

H——柱的计算长度

本课程设计为简化计算，采用轴线处内力值进行组合。

各内力组合见表6~13所示

表6用于承载力计算的框架梁AB（CD>由可变荷载效应控制的基本组合

层

号

恒载活载活载活载左风右风及相应

的V

V

及相应的

及

相应的M

①②③④⑤⑥组合值组合值组合值

工程工程工程

3左M-18.94-24.903.81-0.745.19-5.19①+-47.69①+-47.69

②②

V33.7637.10-1.540.36-1.431.4372.0872.08

+④

+④

+0.6

+0.6

⑥

⑥

25/45

中M22.3451.41-7.111.530.30-0.30①+75.46

②

V

+④

+0.6

⑤

右M-60.79-56.83-17.893.81-4.684.68①+

②

-

118.84

①+

②

118.84

+③+③

V-46.44-46.76-1.540.36-1.431.43-95.60-95.60

+0.6+0.6

⑤⑤

2左M-27.56-31.904.07-0.4315.11-15.11①+-68.96①+-68.96

②②

V35.4038.39-1.430.21-4.384.3876.6376.63

+④+④

+0.6+0.6

⑥⑥

中M24.9548.65-4.700.710.63-0.63①+

②

74.69

V

+④+

0.6

⑤

右M-50.58-55.24-13.471.86-13.8513.85①+-127.6①+-127.6

②②

V-44.80-45.47-1.430.21-4.384.38-94.33-94.33

+③+③

+0.6+0.6

⑤⑤

1左M-27.07-31.904.07-1.0528.7-28.7①+-77.42①+-77.42

②②

V35.2938.39-1.430.21-8.068.0678.7378.73

+④+④

+0.6+0.6

⑥⑥

中M24.8048.65-4.700.412.07-2.07①+

②

75.10

V

+④+

0.6

⑤

右M-58.79-55.24-13.471.86-24.5624.56①+-142.24①+-142.24

26/45

②②

V-44.90-45.47-1.430.21-8.068.06-96.64-96.64

+③+③

+0.6+0.6

⑤⑤

注：

1、活载②③④分别作用在AB轴间、BC轴间、CD轴间；

2、恒载①的分项系数为1.2；

3、活载②③④的分项系数为1.3；左风⑤、右风⑥的分项系数为1.4，

4、以上各值均为轴线处的M和V；

5、表中弯矩的单位为，剪力单位为。

表7用于承载力计算的框架梁AB（CD>由恒荷载效应控制的基本组合

层

号

恒载活载活载活载左风右风及相应

的V

V

及相应的

及

相应的M

①②③④⑤⑥组合值组合值组合值

工程工程工程

3左M-21.31-24.903.81-0.745.19-5.19①-42.89①+-42.89

+0.70.7

②

V37.9837.10-1.540.36-1.431.4365.2065.20

②

+0.7

④

+0.7

⑥

+0.7

④

+0.7

⑥

中M25.1351.41-7.111.530.30-0.30①

+0.7

②

V

62.40

+0.7

④

+0.7

⑤

右M-68.39-56.83-17.893.81-4.684.68①--

①

+0.7

②

132.97

+0.7

②

132.97

V-52.25-46.76-1.540.36-1.431.43-87.06-87.06

+0.7+0.7

③③

+0.7+0.7

⑤⑤

27/45

2左M-31.01-31.904.07-0.4315.11-15.11①-63.65①-63.65

+0.7+0.7

②②

V39.8338.39-1.430.21-4.384.3870.2970.29

+0.7+0.7

④④

+0.7+0.7

⑥⑥

中M28.0748.65-4.700.710.63-0.63①+63.06

②

V

+④+

0.6

⑤

右M-56.90-55.24-13.471.86-13.8513.85①-114.69①-114.69

+0.7+0.7

②②

V-50.4-45.47-1.430.21-4.384.38-86.61-86.61

+0.7+0.7

③③

+0.7+0.7

⑤⑤

1左M-30.45-31.904.07-1.0528.7-28.7①-73.61①-73.61

+0.7+0.7

②②

V39.7038.39-1.430.21-8.068.0672.3672.36

+0.7+0.7

④④

+0.7+0.7

⑥⑥

中M27.948.65-4.700.412.07-2.07①+63.69

②

V

+④+

0.6

⑤

右M-66.14-55.24-13.471.86-24.5624.56①

+0.7

-123.30①

+0.7

-123.30

②②

V