四层框架结构设计计算书毕业设计.docx

1、四层框架结构设计计算书毕业设计 框架结构课程设计任务书一、设计题目某商业批发楼二、工程概况某商业批发楼为三层全现浇框架结构，建筑面积为1582m2。三、设计条件1、地质情况：地基土由素填土，砂砾石，弱风化基岩组成，第一层土为素填土，层厚1.51.7m，地基承载力标准值为120KN/m2，第二层为砂砾石，层厚8.58.8m，地基承载力标准值为250KN/m2，第三层为弱风化基岩，地基承载力标准值为350KN/m2，场地类别为类，场地地下15.00m深度范围内无可液化土层。地下水位标高为690m，水质对砼无侵蚀性。拟建场地地形平缓，地面绝对标高700.00m。2、抗震设防为：8度、0.2g、第一组

2、。3、楼面活荷载标准值为3.5KN/m2。4、基本风压w00.60KN/m2（地面粗糙度属B类），基本雪压S00.8KN/m2（n50）。5、材料强度等级为：砼强度等级为C25，纵向钢筋为HRB335级，箍筋为HPB235级。6、屋面作法：（自上而下）SBS防水层（0.4KN/m2）,30厚细石砼找平（24KN/m3）,陶粒砼找坡（2%、7KN/m3）,125厚加气砼块保温（7KN/m3）,150厚现浇钢筋砼板（25KN/m3）,吊顶或粉底（0.4KN/m2）。7、楼面作法：（自上而下）水磨石地面（0.65KN/m2），150厚现浇钢筋砼板(25KN/m3)，吊顶或粉底（0.4KN/m2）。8

3、、门窗作法：均采用铝合金门窗。9、墙体：外墙为250厚加气砼块，外贴面砖内抹灰；内墙为200厚加气砼块，两侧抹灰。10、室内外高差450mm，初定基础底面标高为-2m，初估基础高度为1m，底层柱高5.5m。四、设计内容1、结构布置及截面尺寸初估；2、荷载计算；3、内力及侧移计算；4、内力组合及内力调整；5、截面设计。第二节框架结构课程设计指导书及实例一、设计资料规范：混凝土结构设计规范 GB500102002 简称砼设计规范建筑结构荷载规范 GB500092001简称荷载规范建筑结构抗震设计规范 GB500112001简称抗震规范 手册：静力计算手册 砼结构计算手册 抗震设计手册 图集：建筑抗

4、震构造图集97G329（一）（九）二、结构方案（一） 结构体系考虑该建筑为商业批发楼，开间进深层高较大，根据抗震规范第 6.1.1条，框架结构体系选择大柱网布置方案。（二）结构抗震等级根据抗震规范第 6.1.2条，该全现浇框架结构处于8度设防区，总高度12.84m，因此属二级抗震。（三） 楼盖方案考虑本工程楼面荷载较大，对于防渗、抗震要求较高，为了符合适用、经济、美观的原则和增加结构的整体性及施工方便，采用整体式双向板交梁楼盖。（四）基础方案根据工程地质条件，考虑地基有较好的土质，地耐力高，采用柱下独立基础，并按抗震规范第6.1.14条设置基础系梁。三、结构布置及梁柱截面初估 1、结构布置 2

5、、各梁柱截面尺寸初估：（1）框架梁根据抗震规范第6.3.1条，梁宽不小于200mm，梁高不大于4倍梁宽，梁净跨不小于4倍的梁高，又参考受弯构件连续梁 ，梁高h=（1/81/12）L，梁宽b=（1/21/3）h 。（2）框架柱根据抗震规范第6.3.6条，柱截面宽度b不小于300mm，柱净高与截面高度之比不宜小于4，抗震规范第6.3.7条，二级抗震等级框架柱轴压比限值为0.8 。 框架梁，柱截面尺寸板初估。KL h=（1/81/12）L=（825550）mm b=（1/21/3）h=(412275)mm故取梁截面尺寸（300600）mm柱KZ N=1.25PkF=1.25126.664=2376K

6、N A=N/0.75fc=189700mm2故柱截面尺寸bh=600600mm板厚 h=(1/401/45) 6000=150133mm故取板厚h=150mm框架梁的计算跨度以柱形心线为准，由于建筑轴线与柱形心线重合，而外墙面与柱外边线齐平，故轴，轴，A轴，C轴梁及填充墙均为偏心125mm，满足抗震规范6.1.5条规定。四、 荷载计算1、屋面荷载标准值SBS防水层 =0.40KN/m230厚细石砼找平层 240.03=0.72KN/m2陶粒砼并找坡 0.03+(0.03+0.027.8)/27=0.0.756KN/m2125厚加气砼块保温 70.125=0.875KN/m150厚现浇钢筋砼板

7、250.15=3.75KN/m2吊顶 =0.40KN/m2屋面恒载标准值小计 =6.91KN/m2屋面活荷载标准值雪荷 =0.80KN/m22、楼面荷载标准值：地板砖地面 =0.60KN/m2150厚现浇砼板 250.15=3.75KN/m2吊顶 =0.40KN/m2楼面恒载标准值 =4.75KN/m2楼面活载标准值 =4.50KN/m23、楼面自重标准值 包括梁侧、柱侧抹灰，有吊顶房间梁不包括抹灰。例： L1：bh=0.30.6 净长 6m均布线荷载为250.30.6=4.5KN/m; 重量为4.56 =27KNZ1：bh=0.60.6 净长4.2m;均布线荷载250.60.60.024=9

8、.08KN/m;Z1重量为 4.29.08=38荷载汇集计算公式构件四层（屋面）1/2层高=2.1m荷载柱0.60.6（2.1-0.6）2524+0.02（0.642+0.62）（2.1-0.6）2024359.7屋盖13.2387.6513837梁5.40.3（0.6-0.15）25+0.415+3.40.3（0.6-0.15）25+0.46+60.3(0.6-0.15) 25+0.4 16683.1女儿墙0.90.1（13.2+38）225230.4墙0.252.1（42+65）-0.682+(6.62-0.63)27327.8可变荷载屋面可变荷载组合系数 0.50.813.238200.

9、64G4359.7+3837+683.1+230.4+327.8+200.645638.6三层 二层层高4.2m柱0.60.6（4.2-0.15）2524+0.02（0.642+0.62）（4.2-0.15）2024971屋盖13.2385.52759.8梁5.40.3（0.6-0.15）25+0.415+3.40.3（0.6-0.15）25+0.46+60.3(0.6-0.15) 25+0.4 16683.1墙0.254.2（42+65）-0.682+(6.62-0.63)27655.6可变荷载屋面可变荷载组合系数0.5 13.238-(0.60.624)4.50.51117.7G3G297

10、1+2759.8+683.1+655.6+1117.76187.2一层 1/2层高=2.25柱0.60.6（2.25+2.1-0.15）2524+0.02（0.642+0.62）（2.25+2.1-0.15）20241007.2屋盖13.2385.52758.8梁5.40.3（0.6-0.15）25+0.415+3.40.3（0.6-0.15）25+0.46+60.3(0.6-0.15) 25+0.4 16683.1墙0.25(2.25+2.1）（42+65）-0.682+(6.62-0.63)27679可变荷载屋面可变荷载组合系数0.5 13.238-(0.60.624)4.50.51109

11、G11007.2+2758.8+683.1+679+11096237总和G1+G2+G3+G4=5638.6+6187.2+6187.2+6237242504、墙体自重标准值外墙体均采用250厚加气砼块填充，内墙均采用200厚加气砼块填充。内墙抹灰，外墙贴面转，面荷载为：250厚加气砼墙： 70.25+170.02+0.5=2.59KN/m2200厚加气砼墙： 70.2+170.022=2.28JKN/m2240厚砖墙砌女儿墙： 180.24+170.02+0.5=5.16KN/m2五、内力及侧移计算一水平地震作用下框架的侧移计算1、 梁、柱的线刚度因本例采用现浇楼盖，在计算框架梁的截面惯性矩

12、时，对边框架梁取I=1.5 I0I0为矩形梁的截面惯性矩；对中框架梁取I=2.0I0，采用C30混凝土，Ec=3.00104N/mm2 C40混凝土 Ec=3.25104N/mm2I0=bh3=0.30.63=5.510-3m4Ib=2.0I0=25.4103=10.8103m4梁的线刚度为：Kb=ECIb/L=（3.2510410.8103）/6.6=5.3104KNm 横梁线刚度计算见表74。表7-4 横梁线刚度计算表梁号截 面bh跨 度m砼标号惯性矩I0m4边框架梁中框架梁Ib=1.5I0Kb=EIb/LIb=2I0Kb=EIb/LKJL10.30.66C405.51038.251034

13、.4104111035.9104KIL20.30.64C405.51038.251036.71041110-38.91042柱的线刚度 柱的线刚度计算见表7-5。表7-5柱的线刚度表柱号截面 bh(m2)柱高(m)惯性矩Ic=bh3（m4）线刚度Kc(KNm)KZ10.60.64.50.60.63=10.810-36.0510KZ20.60.64.20.60.63=10.810-38.3102.横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度计算见表76。表7-6 横向框架柱侧向刚度D值计算层柱类型一般层 (底层) 一般层(底层) (KN/M)根数二 三四层边框架边柱(4.42)/(28.3)=0.50.

14、5/(2+0.5)=0.211.3103 4边框架中柱(44.4)/(28.3)=1.061.06/（2+1.06）=0.34619.51032中框架边柱(25.9)/(28.3)=0.710.71/(2+0.71)=0.528.210312中框架中柱(45.9)/(28.3)=1.421.42/(2+1.42)=0.42801036D 902103底层边框架边柱4.42/6.05=1.45(0.5+1.45)/(2+1.45)=0.56201034边框架中柱4.44/6.05=2.9(0.5+2.9)/(2+2.9)=0.69241032中框架边柱25.9/6.05=1.9(1.5+1.9)

15、/(2+1.9)=0.612110312中框架中柱45.9/6.05=3.9(1.5+3.9)/(2+3.9)=0.74261036D 5361033、横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期式中: 考虑填充墙影响的周期调整系数,取 0.60.7,本工程中横墙较少取0.6 ；-框架的顶点位移。横向框架顶点位移的计算见表77。表7-7 横向框架顶点位移计算层次Gi(KN)GiD层间相对位移iGi/D4563956399.021050.0620.12336187118269.021050.0130.05826187180139.021050.0190.04516237242505.36105

16、0.0260.0264. 横向地震作用由抗震规范5.1.4条查得，在类场地，8度区，结构的特征周期Tg和地震影响系数为：（S） 因为 所以 因为，所以 n=0.顶部附加地震作用为：=0.120.8532985=2473.5KN各质点的水平地震作用标准值、楼层地震作用、地震剪力及楼层间位移计算过程见表78。表中： 表7-8 、和的计算层次hi（m）Hi（m）GiGiHi（KNm）Fi（KN）vi（kn）Due（m）44.217.1563996426.9923.99923.999020000.00134.212.9618779812.3764.781688.779020000.00224.28.7

17、618753826.9515.782204.559020000.00314.54.5623728066.5268.942473.495360000.00524250258132.62473.49横向框架各层水平地震作用地震剪力分布见图7-6。5、横向框架抗震变形验算首层 e=ue/hi=0.01/5.8=1/1160e=1/550层间相对位移的限制满足规范要求同理可进行纵向框架变形验算，在此略（二）水平地震作用下，横向框架的内力计算 以轴横向框架为例进行计算。在水平地震作用下，框架柱剪力及弯矩计算采用D值法，其计算结果见表79。表7-9 水平地震作用轴框架剪力及弯矩标准值柱号层次层高层间剪力V

18、i层间刚度Di各柱刚度 DimKyM下M上hA柱44.2933902000282000.031 28.92 0.710.4554.6566.834.21689902000282000.03152.36 0.710.4292.36127.5524.22205902000282000.031 68.36 0.710.47134.94152.1714.52473536000210000.03996.45 1.90.55238.71195.31B 柱44.2933902000800000.08882.1 1.420.45155.17189.6534.21689902000800000.088 148.

19、631.420.45 280.9343.3424.22205902000800000.088 194.041.420.5407.48407.4814.52473536000260000.048118.73.90.55293.78240.37注：表中 Vik第I层第K号柱的剪力 y反弯点高度系数，y=y0+y1+y2+y3 ，y0、y1、y2、y3均查表求得，y值计算见表710。 M下-柱下端弯矩，M下=Vikyh M上-柱上端弯矩。M上= Vik（1-y）h表7-10 y值计算柱号层次Ky01Y12Y23Y3y40.710.4510-100.45边柱30.710.4210-100.4220.7

20、10.4710101.3100.4711.90.55-0.7640-0.5541.420.4510-100.45中柱31.420.4510-100.4521.420.510101.3100.513.90.55-0.7640-0.55表 7-11 地震力作用下框架梁端弯矩，剪力及柱轴力层次AB跨BC跨柱轴力L（m）M左(KNm)M右(KNmVb(KN)L（m）M左(KNm)M右(KNm)Vb （kN）NA（kN）NbNc（kN）46.668.543.215.456.649.558.2113.58-10.59016.4836.689.6660.422.746.660.489.6622.74-22.

21、74022.7426.6201.414151.886.6140.9201.451.88-74.62074.6216.6319205.379.446.6205.331979.44-154.060154.06 注：轴力拉为，压为。（三） 恒载作用下的内力计算恒载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法，由于框架梁上的分布荷载由矩形（gi）和梯形荷载（gi“）两部分组成，根据固端弯距相等的原则，先将梯形荷载化为等效均匀荷载，等效均匀的计算公式见静力计算手册。计算简图见图7-8。1.框架梁上梯形荷载化为等效均布荷载qid=(1-22+3)q; =a/L=4/6.6=0.455四层q3d=g3+（1-22+3

22、）g3”=4.06+（1-20.4552+0.4553）41.7=32.46KN/m三层q2d=g2+（1-22+3）g2”=4.06+（1-20.4552+0.4553）28.8=23.64KN/m二层q2d=g2+（1-22+3）g2”=4.06+（1-20.4552+0.4553）28.8=23.64KN/m一层q1d=g1+（1-22+3）g1”=23.64KN/m2、恒载作用下的杆端弯矩本工程框架结构对称，荷载对称，故可利用对称性进行计算。 (1)固定端弯矩的计算MFA3B3=- MFB3A3=-1/12q3dL2=-1/1232.466.62=-117.83KNmMFA2B2=-

23、MFB2A2=-1/12q2dL2=1/1223.646.62=-85.81KNmMFA2B2=- MFB2A2=-1/12q2dL2=1/1223.646.62=-85.81KNmMFA1B1=- MFB1A1= MFA2B2=-85.81KNm （2）分配系数： 分配系数计算见表7-12。 表7-12 分配系数 节点A3A2A1杆件A3A2A3B3A2A3A2B2A2A1A1A2A1B1A1A0Si=4i40.715=2.8641=440.715=2.8641=440.715=2.8640.546=2.18641=440.546=2.186Si6.869.728.3720.4170.583

24、0.2940.4110.2940.3160.4420.242（3） 杆端弯矩计算（计算过程见图7-9）（4） 恒载作用下的框架弯矩图欲求梁跨中弯矩，则需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布（如图8a）按平衡条件计算，而不能按等效分布荷载计算简支梁：均布荷载下跨中弯距qL2/8=4.066.62/8=22.11KNm梯形荷载下跨中弯距qL2/24（3-42）=41.76.62(3-40.4552)/24=164.22KNm合计跨中弯距164.2222.11186.33KNm四层：MAB=-56.50.8=-45.44KNm; MBA=148.50.8=-118.8KNm跨中弯距186.33-（

25、45.44+118.8）/2=186.33-82=104.33KNm同理：二、三层跨中弯距71.08KNm; 一层跨中弯距73.62KNm3 、梁端剪力计算恒载作用下梁端剪力计算过程见表713。表7-13 恒载作用下梁端剪力计算层次qdKN/MLMqdKNM/LKN总剪力KNVA=-M/LVB=+M/L432.466.6107.1211.1296118.24323.646.678.013.3274.6981.33223.646.678.013.3274.6981.33123.646.678.015.8872.1383.89注：b为柱截面高度4、柱轴力计算柱轴力计算见表7-14。表7-14 恒载作用下柱轴力计算柱号层次截面横梁剪力纵梁传来柱自重N柱轴力NA柱C柱4柱顶96