西南交通大学框架结构课程设计指导书.docx
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西南交通大学框架结构课程设计指导书
房屋建筑课程设计
——多层钢筋混凝土框架结构设计
指导教师：
班级：
学生姓名：
学号：
设计时间：
西南交通大学土木工程学院建筑工程系
钢筋混凝土框架结构课程设计指导书
一、题目
多层钢筋混凝土框架结构设计
二、目的
掌握现浇多层框架结构方案布置、荷载分析、框架结构内力分析、内力组合、框架梁、柱和节点设计。
通过该课程设计，能综合运用结构力学和钢筋混凝土基本构件的知识，掌握结构设计的基本程序和方法。
三、设计任务
1.工程概况
某钢筋混凝土框架结构，功能为办公楼，共M层，层高Hm，室内外高差为0.6m，基础顶面至室外地面距离Δm。
框架平面柱网布置见图1所示，选择典型一榀框架进行计算。
框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇。
2.设计资料
（1）气压条件
基本雪压K（kN/m2），基本风压W（kN/m2），具体见分组，地面粗糙度类别为B类。
不上人屋面。
（2）抗震设防：
考虑抗震设防，设防烈度为I度，分区：
三组，场地：
二类。
（3）主要建筑做法：
●构件尺寸根据相关要求确定：
●屋面做法：
20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚具体见分组，120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡，20mm厚水泥砂浆找平层，4mm厚SBS卷材防水层。
●楼面做法：
20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚120mm，30mm厚水磨石面层。
梁柱表面采用20mm厚抹灰。
●墙体做法：
外墙用240mm普通砖砌体，内外层抹灰20mm。
内墙用200mm混凝土空心砌块，两侧抹灰20mm。
不考虑门窗开洞，内外墙均按满布考虑。
（4）荷载取值：
钢筋砼容重25kN／m3，水泥膨胀珍珠岩砂浆15kN／m3，水泥砂浆容重20kN／m3，石灰砂浆17kN／m3，SBS卷材防水层0.3kN/m2，水磨石自重0.65kN/m2。
恒载分项系数为1.2，活荷载具体见分组，分项系数1.3。
（5）材料：
梁混凝土强度等级为C30，柱为C40。
受力钢筋采用Ⅱ级钢。
四.设计任务
●手算出各楼层的恒载，给出计算过程，查规范得到各楼层活荷载；
●给出竖向荷载的力学计算简图：
其中活载采用满跨布置；
●确定出完整的地震计算参数；
●分别给出恒载、活荷载（雪荷载）、地震作用、风荷载作用下的内力计算结果简图，包括梁柱弯矩图、剪力图、轴力图（可用电算）；
●内力组合，包括：
梁端和跨中截面，柱上下端截面；
●侧移验算；
●梁柱配筋计算；
●画出底层梁柱配筋图（3号图，与任务书一起装订，作为附件）。
五.设计相关重要参考
1、结构方案设计
（1）结构平面布置：
结构设计者应根据建筑的使用和造型的要求，确定一个相对合理的结构布置方案。
结构布置基本原则为结构受力合理；传力体系简单明确。
结构平面布置内容包括框架梁、柱布置；非框架梁布置；楼、屋面板布置；以及其它构件布置。
框架的布置可根据具体情况选择采用：
●横向承重体系—竖向荷载主要由横向框架梁承担，用纵向连系梁连接各榀横向框架。
●纵向承重体系—竖向荷载主要由纵向框架梁承担，用横向连系梁连接各榀纵向框架。
●双向承重体系—纵、横向框架梁均要承担楼板传来的竖向荷载，有抗震设防要求的房屋宜采用此方案。
非框架梁一般优先布置于墙下和较重设备下，然后再根据楼板的大小和框架承重体系布置。
（2）构件的材料及施工方法：
框架结构梁、板、柱混凝土等级不低于C20，目前框架梁、柱混凝土等级通常采用C30及以上。
多层框架结构梁、板、柱常采用相同的混凝土等级；高层框架结构梁、板、柱常采用不同的混凝土等级。
梁、柱主筋常采用热轧II级钢筋；箍筋常采用热轧I级钢筋；现浇板、楼梯构件及非主结构构件常采用热轧I级钢筋。
在抗震设防区，全现浇框架被广泛采用，也可采用现浇装配整体式框架。
（3）构件截面估算：
●梁高hb：
主、次梁交接时，主梁梁高一般比次梁梁高大50mm以上。
框架梁、非框架主梁hb=（1/8~1/12）l（l为梁的跨度）
连系梁、次梁hb=（1/12~1/15）l（l为梁的跨度）
●梁宽bb：
框架梁和主梁梁宽一般不小于250mm；次梁梁宽一般不小于200mm。
bb=（1/2~1/3）hb
●框架柱截面尺寸：
框架柱截面尺寸一般按轴压比估算；但不小于300mm×300mm（考虑抗震时要求更高，查教材或者规范）。
轴力N可按柱受荷面积以板面综合荷载12/M2~14/M2计算；柱面积A按下式算出后可适量放大1.1~1.2倍。
N/Afc≤0.9（三级框架）
●现浇板厚度：
连续板h=（1/30~1/40）l0；悬臂板h=（1/10~1/12）l0；l0为板跨。
（4）结构平面布置简图：
以上结果还应在结构计算书中绘制结构平面布置简图来表达；其图样可参照例图一。
2、框架结构计算简图
（1）计算单元：
在较为简单规整的工程设计中，通常是将结构简化为一系列平面框架进行内力分析和侧移计算，不考虑空间工作影响，计算单元宽度取相邻开间各一半。
竖向荷载计算时，要注意相关支承构件的传力路线。
（2）框架计算模型：
框架的杆件一般取其截面形心轴线表示；杆件间的连接用节点表示；对于全现浇和现浇整体式框架各节点视为刚接点；杆件的长度用节点间的距离表示；框架柱在基础顶面处为固接。
通常的处理方法为：
●框架跨度取柱轴线间距。
当部分框架柱截面形心不在轴线上时，通常采用力的平移原理来处理荷载，而不改变框架计算跨度。
●二层及二层以上框架层高取建筑层高；底层框架层高取基础顶面至二层框架梁面间的距离，若基础顶面标高暂时确定时，也可近似取底层层高加1.0米。
●各跨跨度相差不超过10%时，可视为等跨框架；斜梁斜度不超过1/8时，可视为水平梁；基础顶面标高相差不超过1.0米时，可视为等标高。
●各杆件的线刚度：
Ø梁的原始惯性矩I0按梁矩形截面计算，I0=bbhc3/12。
Ø梁的计算惯性矩Ib按梁与板的连接方式确定，对于现浇装配整体式框架梁的中框架梁Ib=1.5I0；边框架梁Ib=1.2I0。
对于全现浇框架梁的中框架梁Ib=2.0I0；边框架梁Ib=1.5I0。
Ø柱的计算惯性矩Ic按实际截面计算，Ic=bchc3/12。
Ø梁的线刚度ib=EIb/l；柱的线刚度ic=EIc/h；框架内力计算时可采用相对线刚度以简化计算。
3、荷载计算
（1）竖向荷载
●恒荷载：
恒荷载即结构及建筑装饰材料自重等，可按构件的设计尺寸与材料自重计算。
常用材料的重力密度可查阅《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；
●楼面活荷载：
楼面均布活荷载可查阅《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；
●屋面活荷载：
不上人屋面均布活荷载取0.5KN/M2；当施工荷载较大时，按实际荷载取用。
上人屋面均布活荷载取1.5KN/M2；当屋面兼作其它用途时，应按实际荷载取用。
●在计算框架梁及节点上的竖向荷载时，各传力构件均按简支考虑。
（2）水平荷载：
一般仅考虑水平地震荷载，手算时可采用D值法，电算时可以用振型分解反应谱方法计算。
本次课程设计分别按七度和八度抗震设防、II类场地、近震考虑。
●集中于i质点的重力荷载代表值Gi，Gi按《建筑抗震设计规范》第5.1.3条规定计算，其中构件自重标准值为与该质点相邻楼层各取一半层高范围内的所有构件自重标准值之和。
●结构等效总重力荷载Geq，Geq=0.85G，G=
。
●结构基本自振周期T1，结构基本自振周期采用顶点位移法计算。
T1=1.7α0
，其中结构基本自振周期折减系数α0=（0.6~0.7）；ΔG为相当于重力荷载代表值大小的水平荷载作用下结构的顶点位移，顶点位移以米为单位。
●水平地震影响系数α1，按《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2010）第5.1.4条计算。
●底部总剪力标准值FEk=α1Geq。
●楼层水平地震力标准值Fi=（
）FEk（1–δn），δn为顶部附加地震系数，按《建筑抗震设计规范》中表5.2.1计算。
●屋顶水平地震力标准值为Fn+δnFEk。
4、框架结构计算
（1）内力计算（采用手算时）
●竖向荷载作用下的内力计算：
竖向荷载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法计算，该方法就是将各节点的不平衡弯矩同时进行分配和传递，并以二次分配为限。
具体计算方法可参照《高层结构设计原理》教材P144。
当采用对称结构时，应注意节点条件的改变以及分配系数的调整。
竖向活荷载考虑满布，其跨中弯距应乘（1.1~1.2）放大系数。
竖向荷载最终计算结果应分别绘制框架弯矩图、剪力图和轴力图。
●水平荷载作用下的内力计算：
水平荷载作用下的内力计算采用D值法。
最终计算结果应分别绘制框架弯矩图、剪力图和轴力图。
●柱抗侧移刚度D=α（12ic/h2）。
柱抗侧移刚度影响系数α按《高层结构设计原理》教材中表3.5计算。
●柱的反弯点高度
=（γ0+γ1+γ2+γ3）h。
其中γ0为标准反弯点高度比，查阅《高层结构设计原理》教材中表3.6；γ1为上、下层梁线刚度变化时，柱的反弯点高度比修正值，查阅《高层结构设计原理》教材中表3.8；γ2、γ3分别为上、下层层高与本层层高不同时，柱的反弯点高度比修正值，查阅《高层结构设计原理》教材中表3.9。
在确定γ1、γ2、γ3时，要注意反弯点移动方向。
●采用D值法计算水平荷载作用下的内力可参考《高层结构设计原理》教材中例3.4。
也可列表计算。
例表一：
各柱剪力计算
（1）*~*层剪力V
系数
3层
=**
2层
=**
A3A2
B3B2
C3C2
A2A1
B2B1
C2C1
=
αc=
D=αc
V=
（KN）
（2）底层剪力V
系数
底层
=**
A1A0
B1B0
C1C0
=
αc=
D=αc
V=
（KN）
例表二：
柱反弯点高度
层数
三层（m=3，n=3，h=3.6m）
柱号
γ
α
γ
α
γ
α
γ
A3A2
B3B2
C3C2
层数
二层（m=3，n=2，h=3.6m）
A2A1
B2B1
C2C1
层数
一层（m=3，n=1，h=4.6m）
A1A0
B1B0
C1C0
◆采用电算时参照手算要求提供的数据，从计算结果中提取相应数据组表。
（2）侧移验算
一般多层框架结构在水平荷载作用下的侧移仅考虑总体剪切变形，可用D值法计算，注意此时的D值应是结构真实的D值，而不象内力计算那样采用相对值。
●层间位移Δui=Vi/ΣDji，其中，Vi为第i层剪力标准值，顶点位移u=Σui。
●层间位移限制：
（Δui/h）≤1/450（轻质隔墙）；（Δui/h）≤1/500（砌体填充墙）。
顶点位移限制：
u/H≤1/550（轻质隔墙）；u/H≤1/650（砌体填充墙）。
其中，h、H分别为层高和建筑总高。
例表三：
侧移验算
层间相对侧移和顶点侧移
位置
Δu
=
层高
h（m）
相对值
限值
3层
2层
1层
顶点
（3）内力组合
●控制截面和最不利内力：
梁的控制截面为两端支座截面和跨中截面，支座截面最不利内力为可能出现的+Mmax、–Mmax及│Vmax│；跨中截面最不利内力为可能出现的+Mmax、–Mmax。
梁跨中最大弯矩值可近似用跨中弯矩值代替，在配筋时适量增加配筋量。
柱的控制截面为柱两端截面，采用对称配筋时，其最不利内力有三种：
（1）、│Mmax│及相应的N、V。
（2）、Nmax及相应的M、V。
（3）、Nmin及相应的M、V。
在最不利内力组合时,对水平地震荷载，应考虑左震和右震。
●竖向荷载作用下的梁端负弯矩调幅：
对于装配整体式框架，负弯矩调幅系数β=（0.7~0.8）；对于现浇整体式框架，负弯矩调幅系数β=（0.8~0.9）。
梁端负弯矩减小后，梁跨中正弯矩应按平衡条件相应增大。
●荷载效应组合：
。
参考教材3-8节；各杆件的控制截面内力组合应列表计算，内力组合表可参照例表，也可自行设计表格。
例表四：
内力组合表
横梁内力组合表
杆件号
A2B2
B2C2
截面
A2
跨中
B2左
B2左
跨中
C2
内力种类
M
V
M
M
V
M
V
M
M
V
恒载
①
活荷载
②
左震
③
右震
④
内力组合
恒+活
=
=
具体组合公式
具体组合公式
抗震组合
具体组合公式
具体组合公式
注：
竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅可在此表中进行。
*层柱内力组合表
杆件号
AiAj
BkBl
截面
上端
下端
剪力
上端
下端
剪力
内力种类
M
N
M
N
V
M
N
M
N
V
恒载
①
活荷载
②
左震
③
右震
④
内力组合
恒+活
具体组合公式
具体组合公式
Nmax
具体组合公式
具体组合公式
Nmin
具体组合公式
具体组合公式
抗震组合
具体组合公式
具体组合公式
Nmax
具体组合公式
具体组合公式
Nmin
具体组合公式
具体组合公式
（4）杆件截面设计
●当地震荷载不参与组合时，γ0S≤R，本此课设中γ0=1；当地震荷载参与组合时，S≤R/γRE，承载力抗震调整系数γRE按《建筑抗震设计规范》中表5.4.2取用。
●在梁各截面最不利内力相差不大时，可有选择的进行梁截面配筋计算。
●在进行柱截面配筋计算时，应尽量利用偏心距对截面承载能力的影响来选择最不利内力，一般情况下，多层框架结构仅需计算底层和顶层柱控制截面的配筋。
●结构抗震设计时，还应考虑截面延性设计时的各种内力调整。
●构件截面配筋可自行设计表格进行列表计算。
4、主要参考资料
●建筑抗震设计规范
●混凝土结构设计规范
●建筑结构荷载规范
●高层结构设计原理（彭伟版）
●高层建筑结构设计（方鄂华版）
六.设计任务书内容排版顺序及格式
1、封面（统一采用任务书版式）
2、目录
3、课程设计报告书
3.1设计资料（参考任务书）
3.2荷载计算
3.2.1荷载标准值计算
3.2.2荷载标准值布置简图
3.3结构计算简图的确定（只需一榀框架）
3.4内力计算（可电算，可手算，要求给出每一种荷载工况下的结构内力图）
3.5内力组合（要求给出内力组合计算过程）
3.6截面设计
3.6.1梁的截面配筋计算
3.6.2柱的截面配筋计算
3.7截面设计配筋图绘制
4、参考文献资料（除任务书指定外，可自行另行添加）
七.设计任务进度安排
●第10周：
布置设计任务，阅读设计任务书、指导书及设计例题，复习有关课程内容。
确定课程设计总体思路；
●第11周：
进行结构荷载计算，确定计算简图；
●第12周：
进行框架内力计算及内力组合；
●第13周：
进行框架内力计算及内力组合；
●第14周：
进行框架截面设计计算及绘制配筋草图；
●第15周：
进行框架截面设计计算及绘制配筋草图；
●第16周：
绘制结构平面布置图（取一层）、框架配筋图（取一层）；
●第17周：
整理计算书，提交课程设计报告；
八.成绩评定
（1）课程设计的成绩构成
课程设计的成绩由三部分构成，各部分成绩所占比例如下：
设计成果（包括设计计算书和设计图纸）占70％；设计过程（包括设计态度和创新精神）占30％；
●设计成果包括：
概念是否清楚；设计条理是否清晰；设计方案是否正确、合理；设计方案的确定是否经过充分论证；设计参数的选择是否正确；设计计算部分是否完整、正确；设计图纸是否满足施工图的要求；设计计算书是否符合规范、内容是否完整、书写是否清楚、层次是否分明；文字是否流畅；手绘和计算机绘图是否合理搭配运用。
●设计过程包括：
设计的进度是否符合要求；能否按时完成规定的设计任务；对待设计技术问题是否具有严谨的科学态度；是否具有求实与探索创新精神；能否主动学习；是否遵守纪律。
（2）课程设计的成绩评定标准
●课程设计成绩分优（≥90）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）、不及格五个等级。
1）优：
设计思路清晰，结构方案良好。
设计参数选择正确，选择依据充分，设计计算内容完整，正确无误。
设计图纸满足工程制图要求，表达内容满足课程设计要求，正确无误。
图面整洁，布局合理。
设计计算书规范、完整，语言表达逻辑性强，书写清晰，有条理。
设计态度端正。
2）良：
设计思路清晰，结构方案合理。
设计参数选择正确，选择依据较充分，设计计算内容完整、正确。
设计图纸能满足工程制图要求，表达内容能满足课程设计要求。
图面较整洁，布局较好。
设计计算书规范、完整。
语言表达逻辑性较强，书写清晰，有条理。
设计态度端正。
3）中：
设计思路较清晰，结构方案基本合理。
设计参数选择基本正确，主要参数的选择有依据。
设计计算内容完整，有少量错误。
设计图纸主要内容满足工程制图要求，表达内容满足课程设计要求。
图面基本整洁。
设计计算书较规范，内容完整。
语言表达有一定的逻辑性，书写整齐。
设计态度基本端正。
4）及格：
设计思路基本清晰，结构方案基本合理。
主要设计参数选择正确。
设计计算内容基本完整，有一些错误。
设计图纸基本满足工程制图要求，表达内容基本满足课程设计要求。
图画基本整洁。
设计计算书基本规范，内容基本完整，语言表达有一定的逻辑性，书写整齐。
设计态度基本端正。
5）不及格：
设计思路不清晰，结构方案不合理。
关键设计参数选择有错误。
设计计算内容不完整，计算有明显错误。
设计图纸基本满足工程制图要求，设计图纸表达内容不满足课程设计要求。
设计计算书不规范，内容不完整。
设计态度不端正。
楼层数M
层高H（m）
基础顶至地面Δ（m）
基本雪压K（kN/m2）
基本风压
地震设防烈度I
a（mm）
b（mm）
c（mm）
d（mm）
学号
姓名
6
3.3
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100004
苏镜超
3.9
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100190
程业一
4.2
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100294
柳春
6
3.3
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100516
莫雄深
3.9
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100535
李阳
4.2
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100536
翟旭
6
3.3
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100556
乔冬冬
3.9
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100566
康世睿
4.2
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100603
黄俊豪
6
3.3
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100629
唐亚东
3.9
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100639
周林
4.2
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100649
任福
8
3.3
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100661
周宇正
3.9
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100665
罗宇骁
4.2
0.5
0.7
0.3
8
2700
5400
5400
3900
20100671
黄亮
8
3.3
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100674
曾加
3.9
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100675
戴菁
4.2
1.0
0.3
0.5
7
2700
4500
5400
3600
20100695
刘曦文
8
3.3
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100701
刘梦超
3.9
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100722
韩瑞
4.2
0.8
0.7
0.7
7
2700
4500
5400
3900
20100728
李川
8
3.3
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100740
陈君名
3.9
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100811
马建龙
4.2
0.5
0.3
0.9
8
2700
4500
5400
3600
20100813
钟才胜
3.6
0.7
0.7
1.2
7
2700
4500
5400
3600
20104649
牧文哲
4.5
0.7
0.7
1.2
7
升级会员 