混凝土和砌体结构设计课程设计

1、混凝土和砌体结构设计课程设计多层框架结构设计指导教师：张蕾春班级：11 土木（2班学生姓名：施迎宁学号：Xf设计时间：浙江理工大学科技与艺术学院建筑系混凝土和砌体结构设计课程设计一、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。二、设计任务1 .工程概况本工程为钢筋混凝土框架结构体系，共三层，层高 3.6m,室内外高差为0.45m,基础顶面至室外地面距离0.5m。框架平面柱网布置见图1所示，选择典 型一根框架进行计算。框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇

2、。12；4：5678?9110 112 .设计资料(1)气压条件基本雪压0.3 kN/m2 ,基本风压0.4 kN/m2,地面粗糙度类别为B类。不上 人屋面，屋面活荷载0.5kN/m2。(2)抗震设防：不考虑抗震设防(3)主要建筑做法：构件尺寸：梁：250X55Q柱：600X600屋面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚 90mm, 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 90mm, 30mm厚水磨石面 层。梁柱表面采用20mm厚抹灰。(4)荷载取值：钢筋碎容重25 kN/m3,水泥膨胀珍珠岩砂浆

3、15 kN/m3,水 泥砂浆容重20kN/m3,石灰砂浆容重17kN/m3, SBS卷材防水层0.30kN/m2, 水磨石自重0.65kN/m2。恒载分项系数为1.2,活荷载3.5 kN/m3,分项系数1.4。(5)材料：混凝土强度等级为 C30o受力钢筋采用三级钢。根据地质资料，确定基础顶离外地面为500mm由此求得底层层高为4.55m。 各梁柱构件的线刚度经计算后列于图中。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板 的作用，取I=2I 0 (I。为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。1AB C朋梁：i =2Ec 0.25 0.553/5.4 =1.28 10 Ec(m3)12BC跨梁：i =2Ec

4、 0.25 0.553/2.4 = 2.9 104Ec(m3)12I333上部结构各层柱：i=Ec0.6 0.63 /3.6 = 3 10 Ec(m3)12底层柱：i=Ec 0.6 0.63/4.55 = 2.37 10“Ec(m3) 12531.232.931.2*E431.232.931.2U352,372.37frr B上小2.3/u2.375k B*I1,22,91,2»f4门门户虫,结构计算简图图中数字为线刚度，单位：XlO,Rm3三、荷载计算1、恒荷载计算(1)屋面框架梁线荷载标准值:20mnB板底抹灰:0.02 17 =0.34kN/m290mmj的钢筋混凝土板：120

5、mmK泥膨胀珍珠岩保温层找坡:20mnB水泥砂浆找平层：0.09 25 = 2.25kN / m20.12 15 = 1.8kN / m20.02 20 = 0.4kN /m24mnS SBS®材防水层:0.3kN / m2屋面包荷载: 框架梁自重:梁侧粉刷：25.09 kN / m0.25父(0.55-0.09 )父 25 = 2.875kN / m2 父(0.55-0.09)义 0.02 父 17 = 0.313kN / m3.19kN / m因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：g3AB1 = g3CD1 = g3Bci =3.19kN /mg3AB2 = g3cD 2 = 5.

6、09 3.6 = 18.324kN / mg3BC2 =5.09 2.4 =12.216kN/m(2)楼面框架梁线荷载标准值20mnB板底抹灰：0.02 17 = 0.34kN /m2290mnB的钢筋混凝土板：0.09 25 = 2.25kN / m230mmJ水磨石面层：0.65 kN / m2楼面包荷载：3.24kN /m框架梁自重及梁侧粉刷：3.19kN / m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为：gAB1 = gBC1 = gcD1 = 3.19kN /mgAB2 =gCD2 =3.24 3.6 =11.664kN/m AB 2CD 2gBc2 =3.24 2.4 =7.776kN/

7、m BC 2(3)屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重：0.25 x (0.55-0.09 )父 7.2 父 25 = 20.7kN粉刷：0.02 义(0.55-0.09 )父 7.2 父 2 M 17 = 2.252 kN边柱连系梁传来屋面自重：1.8 1.8 5.09 / 2 =16.491 kN1八工上、2 0.25 (0.55 -0.09) 5.4 257.594kN边柱次梁自重：'4粉刷：0.02 义(0.55-0.09 )父5.4父 2M17 = 1.652 kN顶层边节点集中荷载：G3A = G3D = 48.962 kN7中柱连系梁自重:20.7kN粉刷:2.525

8、 kN中柱连系梁传来屋面自重:1 ,-3.61.2) 1.21 1.2 5.09=10.9*N0.5 3.6 3.6/2 5.09 = 16.491kN顶层中节点集中荷载:G3B = G3c = 50.433 kN顶层中节点集中荷载:Gb = Gc = 78.394 kN9边柱连系梁自重:粉刷:边柱连系梁传来楼面自重:2.7 1.8 3.24 = 15.746 kN框架柱自重:0.6 0.6 25 3.6 =32.4 kN粉刷:0.02 0.6 4 3.6 17 = 2.94 kN顶层边节点集中荷载:G3A = G3D = 74.311 kN中柱连系梁自重:20.7kN粉刷:2.525 kN中

9、柱连系梁传来屋面自重:13.6 3.6 - 2.4 1 1.2 3.24 = 9.331 kN213.6 1.8 3.24 = 10.498kN2框架柱自重:32.4 kN粉刷:2.94kN(4)楼面框架节点集中荷载标准值0.3 (0.6 -0.1) 7.2 25 -27kN0.02 x (0.6-0.1 ) X 7.2 父 2父17 = 2.448 kN(5)恒荷载作用下的结构计算简图12才WT T7T|Q WTTT (>Fl个门上i .门门，i/sn山昆门小175/J* inn口 J»i 73/人工T 50rl t而 j包荷载作用下的结构计算简图2、活荷载计算(1)屋面活荷

10、载计算活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为:P3AB = P3CD =0.5 3.6 =1.8kN / mp3BC =0.5 2.4 =1.2kN /m11P3A= P3D = - (2.7 2.7 -1.8) 1.8 - 3.6 1.80.5 2=6.48kN1P3B =P3C =6.48 (3.6-1.2 3.6) 1.2 0.5 2 =10.08kN(2)楼面活荷载计算活荷载作用在楼面上的线荷载为：pAB = pCD =3.5 3.6=12.6kN/mpBC =3.5 2.4 = 8.4kN/mPA = PD = 6.48 3.5 2 =45.36kNPB = PC=10.08 3.5 2

11、=75.56kN5）活荷载作用下的结构计算简图活荷载作用下的结构计算简图3、风荷载计算风压标准值计算公式:因结构高度H =11.9m<30m,可取Pz =1.0 ;对于矩形平面 区=1.3;叱可按线性插入法求得。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载， 计过程如 表1所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一极框架各层节点的受风 面积，计算结果如图所示。层次Pz之z (m)z®0(kN /m2)2A(m )Pw(kN)31.01.311.41.03920.4512.967.58221.01.37.810.4525.9215.16311.01.34.210.4528.0

12、816.427风荷载计算表115.163KNl6,427Kh+g 9 re -5400.2400/ .L5400g寸LA脑麟用下的结构计鞠图四、内力计算1 、包荷载作用下的内力计算包载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。计算中柱的线刚度取框架 柱实际线刚度的0.9倍。梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求周端弯矩时可直接根据图示荷 载计算，也根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化 为等效均布荷载。把梯形荷载转化作等效均布荷载c L 3.61=0.5 =5.4 3（1）顶层23、g'3边=g3AB1 +（1 一2口1 +% ）g3AB2= 4.09 (1 -2

13、 0.3332 0.3333) 19.224= 19.76kN/m5_ 5 g,3中=g3BC1 +-g3BC2 = 4.09+12.816 = 12.1kN / m 88结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。 各杆的周端弯矩为：1212M3BC = §g l中=§ 父12.1父1.2 = 5.81kN m1212M 3cB = g为 倡=父12.1父1.22 =2.9kN m 66顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kNa0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B-48.0248.02-5

14、.81-2.9023.4324.5412.27-4.22-8.44-8.06-37.9734.4352.062.16-1.08-0.16-0.16-0.750.7525.48-25.5452.77-8.22-44.5335.82(2)中间层23、g 边=gAB1 +(1一2% +%)gAB2= 4.09 (1 -2 0.3332 0.3333) 12.564= 14.33kN/m55g'中=gBC1 ；gBC2 = 4.09 - 8.376 = 9.325kN/m88结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。各杆的周端弯矩为：1.21,“2 c ABM BC= g

15、'边 l j =一M14.33父5.42 =34.82kN m121212_.9.325 1.22 = 4.476kN m31212MCB ='g'中 ¥ =父9.325父1.22 =2.238kN m66中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN?m）0.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-5A-BB-AB-2B-6B-CC-B-34.8234.82-4.476-2.23811.4211.4211.98-5.99-2.46-4.91-4.69-4.69-22.05一 22.050.810.810.85-0

16、.43-0.06-0.06-0.060.26一0.2612.2312.23-25.4536.27-4.75-4.75-26.78620.072(3)底层底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kN?m0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-5A-BB-AB-2B-3B-CC-B-34.8234.82-4.476-2.23810.212.0112.60-66.30-2.53<-5.06-4.10-4.80-22.6822.680.740.870.92-0.46-0.06-0.05-0.060.280.2810.9412.88-23.8336

17、.46-4.15-4.86-27.43620.722底层层分层法弯矩计算结果21二次分配不平衡弯矩：标准层传给顶层的弯矩分配:0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B4.08-1.58-1.99-2.08-1.04-0.210.410.391.83->-1.830.100.11-0.060.0090.0080.04->-0.042.19-1.991-0.681-1.1821.87-1.87底层、顶层传给标准层的弯矩分配:0.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B

18、4.298.49-1.62-2.74-4.19-4.19-4.40>-2.20.4456-0.890.850.853.98-少 -3.98-0.146-0.146-0.153>-0.770.010.010.010.05-少 -0.05-0.0464.154-4.108-1.287-0.76-1.884.03-4.标准层传给底层的弯矩分配：0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B4.08-1.58-1.195-1.408-1.477>-0.7390.16-0.320.260.3041.44-少 -1.

19、44-0.05-0.06-0.06-1.2453.612-1.377-0.4190.26-1.2761.44-1.44跨中弯矩计算:12 22.67 52.089M 3AB 19.76 5.42=32.146kN m8212M3BC = 12.1 2.42-42.66 - -33.948kN m812 29.558 34.983M2AB 14.33 5.42=19.962kN m2AB 8212 cck .M2bc 9.325 2.4 -22.756 =-16.042kN m 812 25.207 36.041M1AB 14.33 5.4 = 21.609kN m8212M1BC 9.325

20、2.42-25.996 -19.282kN m1BC 8框架在恒荷载下的弯矩图剪力计算：1227.67-52.089 - 19.76 5.4V3BA 二2二 48.83kN5.4V3AB =19.76 5.4-48.83 =57.874kN12-12.1 2.42V3BC =V3cb 2- =14.52kN2.41229.558-34.983 14.33 5.42V2BA 二2二 37.69kN5.4V2AB =14.33 5.4-37.69 =39.692kN129.325 2.42V2BC =V2cB = 2 =11.19kN2BC 2CB2.41225.20736.04 14.33 5.

21、42V1BA t2 =36.68kN1BA5.4V1AB =14.33 5.4 -36.68 =40.702kN129.325 2.42弯矩调幅:1-1.B C-1 D-框架在恒荷载下的梁剪力，柱轴力图2、活荷载作用下的内力计算把梯形荷载转化作等效均布荷载。(1)顶层23、P 3边=(1 一2"1 +«1 )p3AB= (1 2 0.3332 0.3333) 1.8=1.467kN / m5c .P 3中8 p3BC 51.2 = 0.75kN/m8各杆的周端弯矩12M 3ABP 3边 1 边121, c2 c八一 1.467 5.42 =3.564kN m121212M3

22、bc = P '3中 1彳=一父 0.75父 1.22 = 0.36kN m 331212M3cB = P'3中14 =父0.75父1.22 =0.18kN m66顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kN?ri)0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B-3.5643.564-0.36-0.181.741.82-)0.91-0.32<-0.64-0.61-2.87->2.870.1560.1631.896-1.9013.834-0.61-3.232.6923(2)中间层23、p'边=(1-25 +%)

23、 Pab=(1 -2 0.3332 0.3333) 12.6= 10.27kN/mp中55 Pbc - - 8.4 = 5.25kN / m88各杆的周端弯矩2M AB =P边1边121 2 c 一 10.27 5.42 =24.96kN m12M BC1212=-p'中 | = M5.25M1.22 =2.52kN m331212MCB =' P'中耳=父5.25父1.22 =1.26kN m 66中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kNm 20.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-

24、CC-B-24.9624.96-2.52-1.268.198.198.59-»4.295-1.805-3.61-3.45-3.45-16.23-16.230.590.590.62-今0.31-0.04-0.04-0.04-0.19-0.198.788.78-17.55525.915-3.49-3.49-18.9415.1641中间层分层法弯矩计算结果(3)底层kN?rj)0.1310.619底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：0.1120.2930.3450.3620.138A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B-24.9624.96-2.52-1.267.3

25、18.619.04-)4.52-1.86<3.72-3.02-3.53-16.69一 16.690.540.640.67-0.335-0.05-0.04-0.04-0.21一0.217.859.25-17.1126.045-3.06-3.57-19.4215.64底层分层法弯矩计算结果二次分配不平衡弯矩：标准层传给顶层的弯矩分配:0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-3B-CC-B2.93-1.16-1.43-1.5-0.750.15<0.30.281.33->-1.33-0.07-0.081.43-1.43-0.45-0.881.33-1.

26、33底层、顶层传给标准层的弯矩分配:0.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B3.080.632-1.19-0.203-1.22-1.22-1.28->-0.640.135<-0.270.260.261.23-)-1.23-0.04-0.04-0.05-1.82-0.628-1.195-0.37-0.930.0571.23-1.13标准层传给底层的弯矩分配:0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B2.93-1.16-0.86-1.

27、01-1.06-0.5030.115<0.230.190.221.03->-1.03-0.03-0.04-0.04-0.891.88-0.985-0.7330.19-0.941.03-1.03跨中弯矩计算:12 3.326 3.384M 3AB 1.467 5.4 =1.99kN m821- 2M3BC =- 0.75 2.42-1.9=-1.36kN m812 18.75 25.545M 2AB 10.27 5.42=15.29kN m2AB 821 cc2 /M 2bc 5.25 2.4 -17.71 = 13.93kN m 812 18.095 25.312M 1AB= 15

28、.73kN m二一 10.27 5.4 8212M1BC 5.25 2.42-18.39- -14.61kN m1BC 8框架在活荷载下的弯矩图剪力计算: 1 ,-23.326-3.3841.467 5.42V3BAV3 AB2二 3.95kN5.4= 1.467 5.4-3.95 = 3.97kN120.75 2.42V3BC =V3CB =2 =0.9kN2.4 1,cc 2 18.75-25.545 - 10.27 5.42V2BA 二2: 26.47kN5.4V2AB =10.27 5.4-26.47 =28.988kN125.25 2.42V2BC =V2CB = 2= 6.3kN2

29、.41218.095-25.312 - 10.27 5.42V1BA =2 =26.39kN1BA5.4V1AB =10.27 5.4-26.39 =29.068kN1 c c 2-5.25 2.42V2BC = V2CB = 2= 6.3kN2.4轴力计算：NA3 =6.48 3.97 =10.45kNNB3 =10.08 3.95 0.9 =14.93kNNA2 =45.36 28.988 10.45 = 84.798kNA 2NB2 =70.56 26.47 6.3 14.93-118.26kNB 2NA1 =45.36 29.068 87.798 =159.226kNNB1 = 70.

30、56 26.39 6.3 118.26 = 221.51kN框架在活荷载下的梁剪力，柱轴力图弯矩调幅:框架在活触下经调幅并算至柱边截面的覆矩3、风荷载作用下的内力计算 -K=0.94K=3.07P3=7.582oc=0.32ac=0.61VP3=7.582V=1.30V=2.49P2=15.163K=0.94K=3.07ac=0.32ac=0.61VP2=22.745V=3.91V=7.46K=1.23K=4.01P1=16.472oc=0.54oc=0.75VP1=39.172V=8.2V=11.39y0=0.35y0=0.45M 上=3.042M 上=4.93M 下=1.638M 下=4.

31、03yo=0.45y0=0.5M 上=7.74M 上=13.428M 下=6.33M 下=13.428y 0=0.59y0=0.55M 上=15.8M 上=24.09M 下=22.73M 下=29.44A- B风荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩风荷载作用下剪力在各柱间分配3CM27.7TT-X 、风荷载作用下的框架弯矩图,'4N图图CB风荷载作用下框架剪力轴力图五、内力组合 根据上述内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁有 5个控制截面。柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。内力组合使用的控制截面标于下图。框籍腮林面

32、梁和柱内力组合表：柱内力组合表楼层柱截面恒荷载活荷载风荷载恒载父1.2+活载X1.4公恒载X1.2 + 0.9X（活载M1.4+风载X1.4）Nmax, MNmin, MIM|maxN,V顶层AM626.673.326±3.02436.3278M516.3848.152±1.63830.258436.81340.00840.008N167.58410.45包84214.6858245.303243.088243.088V一一±1.3一一一1.479BM6-9.402-1.4944.93-13.2194-28.403-13.764-28.403M5-6.63-3.4

33、3344.03-12.4189-23.745-14.640-23.745N216.40314.93；1.69279.0926330.131319.469330.131V一一42.49一一一-3.297中 间 层AM412.81410.6士7.7429.156826.35143.92543.926M315.49211.3苴.3333.280435.92349.90249.902N322.87984.798二3.55497.6922587.715578.874570.062V一一±3.91一一一4.438BM4-5.51-4.42力3.428-12.358-38.5210.653-38.

34、521M3-6.136-4.51425.974-13.2262-36.806-4.754-36.806N392.12118.26, 7.34624.282782.054736.941782.054V一一±7.46一一一-9.892底层AM29.6956.96±15.820.68210.79942.35942.359M15.473.925士22.7311.6665-15.98146.66646.666N479.22159.26+9.805782.102917.195890.518890.518V一一好2一一一-10.022BM2-3.89-2.87出2.73-8.399-44

35、.07517.922-44.075M1-2.075-1.53d29.44-4.479-44.99830.776-44.998N567.521221.51+15.4968.98821249.5271136.2881136.288V一一±1.39一一一-14.656制。六、侧移验算7.582u U3 = T_I '0.567 2 1.264 22.07h333.6 1022.745LU1=2.070mm31= 0.575 10 :550可以。0.567 2 1.264 2=6.211mmU2h26.21133.6 1039.175_31=1.725 10 ：二550可以。0.54

36、7 2 0.8 2. ：u139.1753h14.7 10七、梁的截面设计=14.542mm_31= 3.094 10550底层框架层间位移角a过大，超过限由混凝土强度等级为C30力钢筋采用 HRB335查表，fc =1 4 .13mc1 .14 3 mym3NBBmmf 为 300mmM 550mm,:min =0.45ftf yv1.43= 0.450.2145%300:二 0.2%。bf =7200/3 = 2400mm,保护层厚度取25mm顶层:1截面:33.28 106二1 fcbh：._21 14.3 300 525=0.028* =1 -，1-2;飞=1- 1 -2 0.028

37、=0.028fy0.028 O.028 300 525 143 = 5.88mm2300取 2B16, As=402 mm2。P = -402300 525= 0.253% : minh,= 0.231%?两足h。2截面:-sM：1 fcbh(253.16 106 2 =0.045 1 14.3 300 5252二1 一 1 二2' 二1一，1 -2 0.045 =0.046 fcA 二fy0.045 O.046 300 525 143 .15.54mm2300取 2B16,As一 2 一 402一=402mm。 P =0.253% a Pm.300 525h00.231% 满足3截面:44.13 106：1fcbh21 14.3 300 5252=0.037A:1bh0 fcA 二fy