混凝土框架结构课程设计.docx
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混凝土框架结构课程设计
钢筋混凝土课程设计三
钢筋混凝土多层框架结构设计
1.设计资料
（1）基本资料
南方某高校拟建一四层教学楼，采用整体式钢筋混凝土框架结构，现浇双向板肋梁楼盖，楼板厚均按100㎜设计，屋面板按120㎜设计。
建筑总高19.0m，每层层高3.9m，室内外高差0.45m。
基础顶面标高定位－1.0m。
抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地土，特征周期分区为第三组。
基本风压w0=0.35kN/㎡，地面粗糙度为B类。
基本雪压s0=0.25kN/㎡。
活荷载：
内走道及卫生间：
2.5kN/㎡，其余房间：
2.0kN/㎡。
楼梯间荷载：
10kN/㎡（恒+活），一般取恒荷载为7.5kN/㎡，活荷载为2.5kN/㎡。
上人屋面活荷载：
2.0kN/㎡；不上人屋面活荷载:
0.5kN/㎡。
（2）建筑构造
楼面面层做法：
水磨石楼面（0.76kN/㎡）；
顶棚抹灰：
20㎜厚混合砂浆刷乳胶漆（γ=17kN/㎥）；
内墙做法：
190厚小型空心砌块（2.28kN/㎡）；
外墙做法：
249厚小型空心砌块（2.88kN/㎡）；
内外墙装修一律采用20㎜厚混合砂浆找平后刷外墙漆。
（3）材料选用
混凝土：
底层采用C30；二层以上采用C30。
钢筋：
梁、柱中受力纵筋均采用HRB335，箍筋及构造钢筋采用HPB235。
2.结构布置及计算简图
（1）抗震等级确定：
框架结构，高度H=19m<30m，设防烈度为7度，抗震等级为三级。
（2）框架结构梁、柱截面尺寸确定
①横向框架梁截面尺寸确定
边跨：
hb=
l0=
×6600=660㎜，取hb=600㎜，取bb=
hb=
×600=300㎜，取bb=250㎜，l0/hb=6600/600=11>4。
中间跨：
hb=l0/8=3000/8=375㎜，取hb=400㎜，bb=hb/2=400/2=200㎜，取bb=250㎜，l0/h0=3000/400=7.5>4。
次梁：
hb₂=l0/12=6000/12=500㎜，取hb₁=450㎜，bb₂=hb₂/2=450/2=225㎜，取bb₂=250㎜，l0/hb₂=6000/450=13.3>4。
②纵向框架梁截面尺寸
主梁600mm×250mm
次梁hb₁=l0/10=3600/10=360㎜，取hb₁=400㎜，bb₁=hb₁/2=400/2=200㎜，l0/hb₁=3600/400=9>4。
③框架柱截面尺寸确定
底层：
bc=H₁/12=4900/12=408㎜，取bc=hc=450㎜
其他层：
Hi/12=3900/12=325㎜，取bc=hc=450㎜。
（3）计算简图如下所示
3.重力荷载计算
（1）恒荷载标准值计算：
屋面：
卷材防水屋面2.23kN/㎡
结构层0.12×25=3kN/㎡
抹灰层0.02×17=0.34kN/㎡
合计5.57kN/㎡
各层楼面：
水磨石地面0.76kN/㎡
结构层：
100㎜厚现浇钢筋混凝土板0.1×25=2.5kN/㎡
抹灰层：
20厚混合砂浆刷乳胶漆0.02×17=0.34kN/㎡
合计3.6kN/㎡
标准层梁自重（顶层）：
b×h=600×250：
自重25×0.25×（0.6－0.1）=3.13kN/m
抹灰0.02×（0.6－0.1）×17×2=0.34kN/m
合计3.47kN/m（3.33kN/m）
b×h=400×200：
自重25×0.2×（0.4－0.1）=1.5kN/m
抹灰0.02×0.4－0.1）×17×2=0.2kN/m
合计1.7kN/m（1.59kN/m）
b×h=450×200：
自重25×0.2×（0.45－0.1）=1.75kN/m
抹灰0.02×（0.45－0.1）×17×2=0.24kN/m
合计1.99kN/m（1.87kN/m）
b×h=600×250：
自重25×0.25×（0.6－0.1）=3.13kN/m
抹灰0.02×（0.6－0.1）×17×2=0.34kN/m
合计3.47kN/m（3.33kN/m）
b×h=400×250:
自重25×0.25×（0.4－0.1）=1.88KN/m
抹灰0.02×0.4－0.1）×17×2=0.2kN/m
合计2.08KN/m（1.94kN/m）
基础梁：
b×h=450×250:
自重25×0.25×0.45=2.81kN/m
柱自重：
b×h=450×450：
自重25×0.45×0.45=5.06kN/m
抹灰0.02×0.45×17×4=0.61kN/m
合计5.67kN/m
外墙自重：
墙体：
240厚小型空心砌块2.88kN/㎡
混合砂浆刷外墙漆0.02×17×2=0.68kN/㎡
合计3.56kN/㎡
内墙自重：
墙体：
190厚小型空心砌块2.28kN/㎡
混合砂浆刷外墙漆0.02×17×2=0.68kN/㎡
合计2.96kN/㎡
女儿墙：
墙体0.9×0.24×18=3.89kN/m
抹灰0.02×17×2×0.9=0.41kN/m
窗：
0.4kN/㎡
（2）活荷载标准值计算
屋面：
不上人屋面：
0.5kN/㎡
楼面：
内走道及卫生间：
2.5kN/㎡
其余房间：
2.0kN/㎡
楼梯间：
恒+活=7.5+2.5=10kN/㎡
雪荷载：
0.25kN/㎡
（3）各层重力荷载代表值计算
G₄=屋面板重+顶层梁重+女儿墙重+0.5（标准层墙重+标准层柱重）+雪活载=5.57×36×15+（3.33×36×2+1.59×7.2×1.87×15×4+3.33×6×14+1.94×3×7）+396.58+2×0.34×0.9×（36+15）×2+0.5[23.85×10×2+0.34×（3.9×3.6-20×2.4^2）×0.34×23.9×12×0.34×2+2×320.11+3.9×36×0.34×2×2+5×106.7+3.9×12×0.34×2×5+2.81×21+5.67×3.9×28]+0.5×0.25×36×15=5801.94kN
G₂=G₃=楼板重+标准层梁重+标准层墙重+标准层柱重）+楼面活活载=3.6×36×15+（33.47×36×2+1.7×7.2+1.99×15×4+3.47×6×4+2.08×3×7）+0.5×[23.85×10×2+0.34×（3.9×3.6-20×2.4^2）×0.34×2+3.9×12×0.34×2+2×320.11+3.9×36×0.34×2×2+5×106.7+3.9×12×0.34×2×5+2.81×21+5.67×3.9×28]+0.5×[2.5×（3×36+10.8×6）+2×3.6×6×17]=6330.38kN
G₁=楼板重+标准层梁重+0.5（标准层和底层墙重+标准层和底层柱重）+0.5*基础梁重+楼面活活载=3.6×36×15+（3.47×36×2+1.7×7.2+1.99×15×4+3.47×6×4+2.08×3×7）+0.5×[2548.38＋34.21×10×2+0.34×（4.9×3.6－20×2.4^2）+195.09+169.34+（4.9×12﹣2.4^2）×0.34×2+4.9×12×0.34×2+2×402.19+4.9×36×0.34×2×2+5×134.06+4.9×12×0.34×2×5+2.28×21+5.67×4.9×2.8+5.67×3.9×28]+0.5×2.81×（4×36+7×15）+0.5×[2.5×（3×36+10.8×6）+2×3.6×6×17]=6735.50kN
4.框架侧移刚度计算
（1）框架梁线刚度计算
截面
h×b
跨度
L
矩形截面惯性矩I0
边框架梁
中框架梁
Ib=1.5I0
ib=EIb/L
Ib=2I0
Ib=EIb/L
0.6×0.25
6.0
4.5×
6.75×
33400
9.0×
45000
0.4×0.25
3.0
1.33×
2.00×
20000
2.66×
26600
（2）框架柱线刚度计算
截面
bc×hc
层高
h
截面惯性矩
lc
线刚度
ic=EIc/h
450×450
4.9
3.42×
20900
450×450
3.9
3.42×
26300
（3）柱侧移刚度计算
中框架梁2～4层D值计算
K=∑ib/2ic
α=k/（2+k）
D=12αic/h^2
A,F轴柱
2×45000/（2×26300）
=1.71
0.461
9566
B,C轴柱
2×（45000+26600）/（2×26300）=2.72
0.576
11952
∑D=2×（9566+11952）=43036
中框架梁底层D值计算
K=∑ib/ic
α=（0.5+k）/（2+k）
D=12αic/h^2
A,F轴柱
45000/20900
=2.15
0.639
6675
B,C轴柱
（45000+26600）/20900=3.43
0.724
7563
∑D=2×（6675+7563）=28476
边框架梁2～4层D值计算
K=∑ib/2ic
α=k/（2+k）
D=12αic/h^2
A,F轴柱
2×33400/（2×26300）
=1.27
0.388
8051
B,C轴柱
2×（33400+20000）/（2×26300）=2.03
0.504
10458
∑D=2×（8051+10458）=37018
边框架梁底层D值计算
K=∑ib/ic
α=（0.5+k）/（2+k）
D=12αic/h^2
A,F轴柱
33400/20900
=1.6
0.583
6090
B,C轴柱
（33400+20000）/20900=2.56
0.671
7009
各层层间侧移刚度计算表
层次
1
2
3
4
∑D
224776
289216
289216
289216
5.横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算
（1）结构顶点假想位移计算
层次
Gi
∑Gi
∑D
层间侧移
∑Gi/∑D
μi
4
5801.94
5801.94
289216
0.0201
0.137
3
6330.38
12132.32
289216
0.0419
0.1169
2
6330.38
18462.70
289216
0.0638
0.075
1
6735.5
25198.20
224776
0.0112
0.0112
基本周期为：
T₁=1.7ψt
=1.7×0.7×
=0.44s
（2）水平地震作用及楼层地震剪力计算
设防烈度7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第三组，αmax=0.08，Tg=0.45s
TgT₁＜1.4Tg=1.4×0.45=0.63，不考虑附加顶部集中力。
结构总水平地震作用效应标准值为：
Fek=α₁Geq=α₁×0.85×∑Gi=0.08×0.85×25198.2=1713.48kN
Fi=Fek
多遇地震下楼层剪力和楼层弹性位移计算：
层次
hi
Hi
Gi
Fi
Vi
Di
Δμi
Δμi/hi
4
3.9
16.6
5801.94
621.99
621.99
289216
0.00215
1/1800
μ/H<1/550
3
3.9
12.7
6330.38
519.18
1141.17
289216
0.00395
1/1000
2
3.9
8.8
6330.38
359.83
1501.0
289216
0.00519
1/750
1
4.9
4.9
6735.5
212.47
1713.47
224776
0.00762
1/650
层间最大位移为：
1/650<1/550，满足要求。
（3）水平地震作用下框架内力计算
各层柱端弯矩及剪力计算
层次
hi
Vi
Di
边柱
Dij
Vij
y
Mij
上端弯矩
Mij
下端弯矩
4
3.9
621.99
289216
9566
20.57
1.7
42.25
34.97
3
3.9
1141.17
289216
9566
37.74
1.76
80.76
66.42
2
3.9
1501.0
289216
9566
49.65
1.95
96.82
96.82
1
4.9
1713.47
224776
6675
50.88
2.70
111.94
137.38
续表
中柱
Dij
Vij
y
Mij
上端弯矩
Mij
下端弯矩
11952
25.7
1.76
55.0
45.23
11952
47.16
1.9
94.32
89.6
11952
62.03
1,95
120.96
120.96
7563
57.65
2.7
126.83
155.66
注：
Vij=VijMij=Vijyihi（上端弯矩）
③各层梁端弯矩计算
层次
边跨梁
中跨梁
Mi右
Mi左
Mi右
4
45.25
34.59
20.41
3
115.73
87.77
51.78
2
163.24
132.43
78.13
1
208.76
115.84
91.95
④各层梁端剪力计算
层次
边跨Vb
中跨Vb
4
11.09
15.12
3
28.26
38.36
2
41.07
57.84
1
45.08
68.11
注：
Vb=（Mb左+Mb右）/l
⑤各柱轴力计算
层次
边柱
中柱
4
11.09
5.97
3
39.35
10.1
2
80.42
16.77
1
125.5
23.03
注：
各柱轴力为相应层及以上层梁端剪力代数和。
⑥弯矩图、剪力图、轴力图分别如下：
6.横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算
（1）风荷载标准值计算
B=7.2mω0=0.35kN/㎡ωk=βzμsμzω0（hi+hi）B/2
z
μz
βz
μs
hi
hj
ωk
16.05
1.16
1.0
1.3
3.9
1.8
10.83
12.15
1.06
1.0
1.3
3.9
3.9
13.54
8.25
1.0
1.0
1.3
3.9
3.9
12.77
4.35
1.0
1.0
1.3
4.35
3.9
13.51
（2）风荷载作用下各层柱端剪力和弯矩计算
层次
hi
Vi
Di
边柱
Dij
Vij
y
Mij
上端弯矩
Mij
下端弯矩
4
3.9
10.83
43036
9566
2.41
1.7
5.3
4.1
3
3.9
24.37
43036
9566
5.42
1.76
11.6
9.54
2
3.9
37.15
43036
9566
8.26
1.95
16.11
16.11
1
4.9
50.66
28476
6675
11.88
2.7
32.08
42.25
续表
中柱
Dij
Vij
y
Mij
上端弯矩
Mij
下端弯矩
11952
3.01
1.76
6.44
5.3
11952
6.77
1.9
13.54
12.86
11952
10.32
1.95
20.13
20.13
7563
13.46
2.7
29.61
36.34
（4）风荷载作用下各层梁端弯矩计算
层次
边跨梁
中跨梁
Mi右
Mi左
Mi右
4
5.30
4.05
2.39
3
15.7
11.85
6.99
2
25.65
20.77
12.24
1
42.25
31.28
18.46
（5）风荷载作用下各层梁端剪力计算
层次
边跨Vb
中跨Vb
4
1.56
2.51
3
4.59
5.18
2
7.73
9.07
1
12.25
13.67
（6）风荷载作用下各柱轴力计算
层次
边柱
中柱
4
1.56
0.95
3
6.15
1.54
2
13.88
2.88
1
26.13
4.3
（7）弯矩图、剪力图、轴力图分别如下：
7.竖向荷载作用下框架结构内力计算
（1）荷载计算
α=1-2×0.25^2+0.25^3=0.891
①边跨：
屋面板传荷载：
恒载：
5.57×3.6×α=17.23kN/m
活载：
0.5×3.6×α=1.55kN/m
梁自重：
3.33kN/m
楼面板传荷载：
恒载：
3.6×3.6×α=11.54kN/m
活载：
2.0×3.6×α=6.41kN/m
梁自重：
3.47kN/m
框架梁均布荷载：
屋面梁：
恒载=梁自重＋板传荷载=3.33＋17.23=20.56kN/m
活载=板传荷载=1.55kN/m
楼面梁：
恒载=梁自重＋墙自重＋板传荷载=3.47＋11.54+3.3×（2.28+0.34×2）=24.94kN/m
活载=板传荷载=6.41kN/m
②中跨：
屋面板传荷载：
恒载：
5.57×3×
=10.44kN/m
活载：
0.5×3×
=0.94kN/m
梁自重：
1.95kN/m
楼面板传荷载：
恒载：
3.6×3×
=6.75kN/m
活载：
2.5×3×
=4.69kN/m
梁自重：
2.08kN/m
框架梁均布荷载：
屋面梁：
恒载=梁自重＋板传荷载=1.94＋10.44=12.38kN/m
活载=板传荷载=0.94kN/m
楼面梁：
恒载=梁自重＋板传荷载=2.08＋6.75=8.84kN/m
活载=板传荷载=4.69kN/m
（2）边柱纵向集中荷载计算
顶层柱恒载=女儿墙＋梁自重＋板传荷载=4.5×7.2＋0.5×1.87×6+3.33×（7.2－0.45）＋
5.57×1.8×3.6×2+5.57×1.8×0.891×6=159.39kN
顶层柱活载=板传活载=0.5×1.8×0.891×6＋0.5×1.8×3.6×2×5/8=8.86kN
标准层柱恒载=墙自重＋梁自重＋板传荷载=3.3×（2.88+0.34×2）×7.2-2.4×2.4×
2.88+0.95×2.4＋0.5×1.99×6+3.47×（7.2-0.45）+5/8×3.6×1.8×3.6×2+3.6×1.8×
0.891×6=166.93kN
标准层柱活载=板传活载=2×1.8×0.891×6＋2×1.8×3.6×2×5/8=35.44kN
（3）中柱纵向集中荷载计算
顶层柱恒载=梁自重＋板传荷载=3.33×（7.2－0.45）＋0.5×1.87×9+5.57×1.5×0.891
×3.6×2+5.57×1.8×0.891×6+5/8×1.5×3×5.57+5/8×1.8×3.6×5.57
×2=198.89kN
顶层柱活载=板传活载=0.5×1.5×0.891×3.6×2＋0.5×1.8×0.891×6＋0.5×5/8×1.5
×3+0.5×5/8×1.8×3.6×2=15.08kN
标准层柱恒载=梁自重＋墙自重＋板传荷载=3.47×（7.2－0.45）＋0.5×1.99×9＋3.6×1.5×0.891×3.6×2+3.6×1.8×0.891×6＋3.6×1.5×3×5/8＋3.6×5/8×1.8×3.6×2＋3.3×2.96×7.2=214.83kN
标准层柱活载=板传活载=2.5×1.5×0.891×3.6×2+2×1.8×0.891×6+2.5×5/8×1.5×
3＋2×5/8×1.8×3.6×2=66.55kN
竖向荷载作用下荷载分布图如下：
（4）内力计算
①梁柱相对线刚度计算
层次
边跨
中跨
边柱
梁
中柱
梁
4
0.58
1
0.58
0.59
3
0.58
1
0.58
0.59
2
0.58
1
0.58
0.59
1
0.46
1
0.46
0.59
竖向恒载：
上柱
下柱
右梁
左梁
上柱
下柱
右梁
0.367
0.633
0.532
0.308
0.16
15.94
-61.68
61.68
-19.89
-9.29
16.79
28.95
-17.29
-10.01
-5.2
7.76
-8.65
14.48
-5.46
0.33
0.56
-4.80
-2.78
-1.44
24.88
-40.82
54.07
-18.25
-15.93
上柱
下柱
右梁
左梁
上柱
下柱
右梁
0.269
0.269
0.462
0.406
0.236
0.236
0.122
16.69
-74.34
74.34
-21.48
-6.63
15.51
15.51
26.63
-18.77
-10.91
-10.91
-5.64
8.40
7.76
-9.39
13.32
-5.01
-5.46
-1.82
-1.82
-3.13
-1.16
-0.67
-0.67
-0.35
22.09
21.45
-60.23
67.73
-16.59
-17.04
-12.62
上柱
下柱
右梁
左梁
上柱
下柱
右梁
0.269
0.269
0.462
0.406
0.236
0.236
0.122
16.69
-74.34
74.34
-21.48
-6.63
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