钢筋混凝土框架课程设计计算书.docx

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钢筋混凝土框架课程设计计算书

一、设计资料

1、建设地点:

上海

2、工程名称:

某工业厂房

3、基本风压:

0.55kN/m2

4、地面粗糙类型:

C类

5、厂房为3层，层高4m，楼盖建筑平面布置图如下：

一、结构选型

1、结构体系选型；采用钢筋混凝土现浇框架结构体系。

2、屋面结构：

采用现浇钢筋混凝土屋盖，屋面板100mm。

3、楼面结构：

全部采用现浇钢筋混凝土楼盖，板厚100mm。

4、柱截面尺寸均采用600*600m。

5、主梁沿横向布置，跨度6m，截面高度h=6000/15--6000/10=400--600mm，取h=600mm，截面宽度b=250mm。

6、次梁沿横向布置，跨度8m，截面高度h=8000/18--8000/12=444--667mm，取h=500mm，截面宽度b=250mm。

7、柱梁每两跨内布置两根次梁，板的跨度6/3=2m，l02/l01=8/2=4，因此按单向板设计。

8、选用C35混凝土，钢筋均选用HRB400级钢筋。

9、荷载：

楼面活荷载标准值q=6.OKN/m2。

10、室内外高差0.450m，基础顶面到一层地面距离0.600m。

11、结构选型后平面图和剖面图如下：

三、框架计算简图及梁柱线刚度

3.1、计算简图：

取

轴上的一榀框架计算，假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，由于各层柱截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二楼楼面，为4.6m。

由此可绘出框架的计算简图如下图所示；

3.2、框架梁柱的线刚度计算

AB、BC跨梁（对于梁，取I=2.0*I0）：

i=2*Ec*1/12*0.25*﹙0.6﹚³/6=15.00*10-4Ec（m³）

上部各层柱：

i=Ec*1/12*﹙0.6﹚4/4=27.00*10-4Ec（m³）

底层柱

i=Ec*1/12*﹙0.6﹚4/4.6=23.48*10-4Ec（m³）

四、荷载计算

4.1、恒载计算

（1）、屋（楼）面框架梁线荷载标准值：

AB、BC跨梁自重：

0.25*0.6*25=3.75kN/m

梁侧粉刷：

2*（0.6-0.1）*0.02*17=0.34kN/m

因此，作用在各层框架梁上的线荷载为：

gAB=gAC=3.75+0.34=4.09kN/m

（2）、屋（楼）面框架梁集中荷载标准值：

30mm厚水泥砂浆面层：

0.03*2*8*20=9.60kN

100mm厚现浇钢筋混凝土楼板：

0.1*2*8*25=40.00kN

20mm厚板底混合砂浆抹面：

0.02*2*8*16=5.12kN

屋（楼）面自重：

54.72kN

次梁自重：

0.25*0.5*8*25=25.00kN

次梁粉刷：

2*（0.5-0.1）*0.02*8*17=2.18kN

各层AB、CD跨梁中集中荷载：

G=54.72+25+2.18=81.90kN

（3）、屋面框架节点集中荷载标准值：

次梁自重及粉刷：

25+2.18=27.18kN

1m高女儿墙自重:

1*8*0.24*19=36.48kN

女儿墙粉刷：

1*0.02*8*2*17=5.44kN

次梁传来屋面自重：

54.72kN

顶层边节点集中荷载：

G3A=G3C=27.18+36.48+5.44+54.72=123.82kN

顶层中节点集中荷载：

G3B=27.18+54.72*2=136.62kN

（4）、楼面框架节点集中荷载标准值：

次梁自重及粉刷：

25+2.18=27.18kN

窗自重：

2.7*1.8*0.45*2=4.37kN

窗下墙体自重：

0.24*0.9*（8-0.6）*19=30.37kN

粉刷：

2*0.02*0.9*（8-0.6）*17=4.53kN

窗边墙体自重：

（8-0.6-2.7*2）*1.8*0.24*19=16.42kN

粉刷：

（8-0.6-2.7*2）*1.8*0.02*17=1.22kN

框架柱自重：

0.6*0.6*4*25=36kN

粉刷：

1.5*0.02*4*17=2.04kN

梁传来楼面自重：

54.72kN

中间层边节点集中荷载：

GA=GC=27.18+4.37+30.37+4.53+16.42+1.22+36+2.04+54.72

=176.85kN

顶层中节点集中荷载：

GB=27.18+36+2.04+54.72*2=174.66kN

（5）恒载作用下的机构计算简图：

4.2、活载计算

p3AB=p3BC=1.5*6=9.00kN

P3A=P3C=1/2*（8+8-6）*（6/2）*1.5=22.50kN

P3B=22.5*2=45.00kN

pAB=pBC=6*6=36.00kN

PA=PC=1/4*8*6*6=72.00kN

PB=72.00*2=144.00kN

楼面活荷载作用下的机构计算简图：

4.3、风荷载计算

风压标准值计算公式为：

ω=βz*μs*μz*ω0

因为结构高度H=12.6m<30m，可取βz=1.0；对于矩形平面μs=1.3；μz可通过查《建筑结构荷载规范》求得。

将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表所示：

层次

βz

μs

z

μz

ω0（kN/m2）

A（m2）

Pw（kN）

3

1.0

1.3

12.6

0.65

0.55

27.2

12.64

2

1.0

1.3

8.6

0.65

0.55

32

14.87

1

1.0

1.3

4.6

0.65

0.55

34.4

15.99

五、内力计算

5.1、恒载作用下的内力计算

采用分层法计算恒载（即竖直荷载）下框架的内力

因为各层梁上线荷载和集中荷载相同，所以各层各杆固端弯矩为：

MAB=MBC=81.90*2*42/62+81.90*22*4/62+4.09*62/12=121.47kN·m

弯矩分配法计算过程如下（除底层以外其他各层柱的线刚度取实际数据的0.9倍）：

（1）、顶层

（2）、中间层

（3）、底层

各层弯矩图如下所示：

将各层弯矩图叠加，并进行二次弯矩分配后，可得整个结构的弯矩图如下所示：

进而可求得轴力图和剪力图如下所示：

5.2、活载作用下的内力计算

活载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼面活荷载布置可能有满布和半布两种情况，如下所示：

（1）、满布

（2）、半布

5.3、风荷载作用下的内力计算

根据风荷载作用下的结构计算简图，内力计算可以采用D值法,计算过程如下图所示（其中，查附表10-3、10-4可得y1=y2=y3=0，即y=y0，由于风荷载分布接近于均布荷载，故y0有附表10-1差得）：

由此可得风荷载作用下的弯矩图、轴力图和剪力图：

5.4、风荷载作用下考虑P-Δ效应时的框架内力的调整

风荷载作用下考虑P-Δ效应时框架内力的调整系数按下表计算（其中梁的线刚度折减系数取0.4，柱的线刚度折减系数取0.6）：

考虑P-Δ效应框架结构刚度折减计算

考虑P-Δ效应框架梁柱内力增大系数计算

从而可得调整后风荷载作用下的弯矩图如下：

六、内力组合

根据上街内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合。

梁的控制界面为梁端柱边及跨中。

由于对称性，每层有三个控制截面，如下图中梁上的1、2、3号截面：

柱则分为边柱和中柱，每根柱每层有两个控制截面，如柱上的1、2、3、4、5、6号截面。

因活载作用下内力计算采用分层法，故当柱上下两层的梁上受到活载作用时，将对该柱产生内力。

计算过程如下所示：

（1）、梁内力组合

（2）、柱内力组合

下表为各层有活载时对本层及其他层所产生的内力

下表为各层柱内力组合情况：

七、截面设计

7.1、梁截面设计

（1）、梁正截面受弯承载力

三层

截面

1

2

3

弯矩（kN·m）

-130.72

125.60

-206.13

αs=M/（α1fcbh02）或

αs=M/（α1fcbf’h20）

0.100

0.096

0.157

γs=（1+√（1-2*αs））/2

0.947

0.949

0.914

As=M/（γsfyh0）

684.5

656.2

1118.8

选配钢筋（mm2）

418

As=1017

418

As=1017

518

As=1272

二层

截面

1

2

3

弯矩（kN·m）

-214.74

163.56

-268.73

αs=M/（α1fcbh02）或

αs=M/（α1fcbf’h20）

0.164

0.125

0.205

γs=（1+√（1-2*αs）/2

0.910

0.933

0.884

As=M/（γsfyh0）

1170.7

869.5

1508.1

选配钢筋（mm2）

518

As=1272

418

As=1017

618

As=1527

一层

截面

1

2

3

弯矩（kN·m）

-211.73

165.19

-272.42

αs=M/（α1fcbh02）或

αs=M/（α1fcbf’h20）

0.162

0.126

0.208

γs=（1+√（1-2*αs）/2

0.911

0.932

0.882

As=M/（γsfyh0）

1152.5

878.9

1516.0

选配钢筋（mm2）

518

As=1272

418

As=1017

618

As=1527

其中最小配筋面积As=1017mm满足As/（bh）=1017/（250*600）=0.68%

>ρmin=0.20%，满足最小配筋率要求。

（2）、梁斜截面受剪承载力

验算截面尺寸：

hw=h0=hf’=520-80=440mm，因/b=440/250=1.76<4,截面尺寸按下式验算：

0.25βcfcbh0=0.25*1*16.7*250*520=542.75kN>Vmax=266.70kN

截面尺寸满足要求。

采用10@200双肢箍筋，

Vcs=0.7ftbh0+fyvh0Asv/s

=0.7*1.71*250*520+360*520*157/200

=302.56kN>Vmax

故不需要配置弯起钢筋。

验算最小配箍率：

ρsv=Asv/（bs）=157/（250*200）=0.31%>0.24*ft/fyv=0.11%

满足要求。

7.2、柱截面设计

其中e0=M/N，e=ei+h/2-as；

当>0.3h=168mm时为大偏压，否则为小偏压；

大偏压时，有x=N/（α1fcb），则

小偏压时，则有

又有最小配筋面积As=1256mm满足As/（bh）=1256/（600*600）=0.35%

>ρmin=0.20%，满足最小配筋率要求。

八、水平位移计算

以下为考虑P-Δ效应的层间水平位移计算过程：