办公楼框架设计(课程设计)2015.02.28例题

1、 多层混凝土房屋框架结构设计河北大学 本科生课程设计 混凝土结构课程设计 学 院 建筑工程学院 学科门类 工学 专 业 土木工程 学 号 2012451086 姓 名 付子武 指导教师 范东峰 2015年 7 月 3 日房屋结构课程设计指导书一. 设计题目某四层办公楼框架结构设计二. 课程设计目的1 使学生进一步了解结构设计的基本特点。2 掌握框架结构设计的主要特点和基本过程。3 对框架结构工程的施工技术有一定的了解。4 通过课程设计，使学生能够综合运用所学的基础和专业等方面的知识，掌握房屋结构设计中常用的计算和设计的基本原理.方法.计算及先进的计算手段，使学生熟悉有关的专业规范，掌握解决实际

2、工程问题的能力。三. 课程设计内容及要求 1. 使学生掌握房屋结构设计的内容。2. 掌握框架结构计算的模型，分析计算结果。3. 熟悉框架结构的构造。4. 写出结构设计计算书。5. 图纸要求：单榀横向框架配筋图。四. 结构条件 根据抗震设计规范确定抗震设防烈度；地基承载力fak=160kpa,基础形式采用钢筋混凝土独立基础；根据荷载设计规范确定基本雪压基本风压值。目录一.任务与资料（一）.设计任务书-（3）（二）.设计资料-（4）二.结构计算书1.结构布置-（5）2.计算简图-（5）3.荷载计算 -（6）（1）恒荷载-（6）（2）活荷载-（7）（3）风荷载-（8）4.内力分析-（9）（1）恒荷载

3、作用下的内力计算-（9）（2）活荷载作用下的内力计算-（11）（3）风荷载作用下的内力计算-（14）5.内力组合-（16）6.截面设计-（17）（1）梁的设计-（17）（2）柱的设计-（21）三.设计图纸（一）梁柱配筋施工图-（28）（二）各截面配筋详图-（29）附：柱钢筋表-（29） 梁钢筋表-（31）附录-（32）某四层办公楼混凝土框架结构设计任务书设计资料某四层办公楼，其标准建筑平面见图1.房屋总长度35.45米，总宽度14.9米建筑总面积2112.8米2。层高均为3.2米，总高度12.8米。室内设计标高+-0.000相当绝对标高4.400米，室内外高差0.6米，见图2。拟采用现浇混凝土

4、框架结构，混凝土条形基础。设计使用年限50年，环境类别一类。1 建筑做法1） 墙体+-00以下采用采用MU20混凝土实心砖M7.5水泥沙浆；.+-00以上采用加气混凝土，M5.0混合沙浆。内墙粉刷为混合沙浆底，纸筋灰面，厚20mm，内墙涂料。外粉刷为1：3水泥沙浆底，厚20mm，外墙涂料。2） 楼面为30mm厚细石混凝土找平12 mm厚水泥砂浆铺地砖，板底为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两边。3） 屋面 现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm,2/100自两侧檐口向中间找坡），1：2水泥沙浆找平层厚20mm，二毡三油防水层。4） 门窗做法 木门，塑钢窗。 2.设计荷载1） 基本风压w

5、0=0.55kn/m2,地面粗糙度属于B类；基本雪压S0=0.40kn/m2 ,1类地区。2） 均布荷载：不上人屋顶活荷载标准值0.5kn/m2,办公楼楼面活荷载标准值2.0kn/m2,走廊.楼梯活荷载标准值2.5kn/m2。3） 地质情况：地基承载力15t/m2试设计一榀横向框架，标准层建筑平面。柱网平面布置如下图所示柱的线刚度为某四层办公楼混凝土框架结构设计计算书一. 结构平面布置采用纵横向框架承重方案，见图3.构件截面尺寸估算如下。不设置次梁，双向板的最大跨度为3.9m，板厚应满足h>l/40=86.7mm,取h=100mm;横向框架梁，边跨取h=l/12=1/12×60

6、00=500mm,b=h/2=250mm;中跨（走道）取h=400mm,b=250mm纵向框架梁；（B）.（C）轴线取b×h=250mm×400mm;外纵墙不设窗过梁，（A）.（D）轴线取b×h=250mm×500mm。 恒荷载标准值按12KN/m2估计，活荷载标准值房间为2kn/m2。则底层中柱轴力估算值为N=1.2×12×3.9×4.25+1.4×（2×3.9×3+2.5×3.9×1.25） ×4=1088Kn。 以1.4×N按轴心受压构件估算所需截面

7、面积。取配筋率p=1/100,则所需截面面积A=1.4N/0.9（fc+pfy）=134321mm2,现取b×h=300mm×450mm二. 内力分析1. 计算简图横向框架的计算单元取一个开间，即3.9m。框架梁的计算长度取左右相邻柱形心之间的距离，即轴线距离；框架柱的计算高度取上下层横梁中心线之间的距离。假定基础高度为1米，则基础顶面离室外地面距离为750mm，地层计算高度为：基础顶面距室外地面的距离为4.3米。因上部各层横梁尺寸相同.楼面做法相同，其余各层计算高度等于层高为3.2米。计算框架梁横截面惯性矩，梁柱的线刚度的计算过程列表1。构件名称截面惯性矩I0 等效惯性矩

8、I 计算长度线刚度i相对线刚度边跨（框架梁）0.25×0.5/12=0.00260.00526.00.0008671.62中跨（框架梁）0.25×0.4/12=0.00130.00262.50.001041.88底层（框架柱）0.3×0.45/12=0.00230.00234.30.0005351其余层（框架柱）0.3×0.45/12=0.00230.00233.20.0007191.342.竖向荷载计算1）恒载（1）屋面荷载 A 二毡三油防水层 0.35kn/m220厚1：2水泥沙浆找平 0.02×20=0.4kn/m2100厚140厚（2/

9、100找坡）膨胀珍珠岩 （0.1+0.14）/2×7=0.84kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×25=2.5 kn/m215厚纸筋灰抹底 0.015×16=0.24kn/m2合计 4.33kn/m2边跨（AB CD）框架梁自重 0.25×0.50×25=3.13 kn/m梁侧粉刷 2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27 kn/m中跨（BC）框架梁自重 0.25×0.4×25=2.5 kn/m因此作用在屋顶框架梁上的线荷载为：g4ab1=g4cd1=3.4 kn/m g4b

10、c1=2.7 kn/mg4ab2=g4cd2=4.33×3.9=16.89 kn/mg4bc2=10.83 kn/mB楼面框架梁线荷载标准值20厚水泥沙浆面层 0.025×20=0.50 kn/m2100厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10×25=2.5 kn/m220厚纸筋灰石灰抹面 0.15×16=0.24 kn/m2 楼面荷载3.24 kn/m2边跨框架梁及梁侧粉刷 3.4 kn/m边跨填充墙自重 0.24×（3.2-0.5）×19=12.31 kn/m墙面粉刷 （3.2-0.5）×0.02×2×17=1

11、.84 kn/m边跨框架梁及梁侧粉刷 2.7 kn/m因此作用在中间层框架上的线荷载为gab1=gcd1=17.55 kn/mgbc1=2.7 kn/mgab2=gcd2=12.64 kn/mgbc2=8.1 kn/m C屋面框架节点集中荷载标准值边跨连系梁自重 0.25×0.5×3.9×25=12.19KN梁侧粉刷 0.02×（0.50-0.10）×2×3.9×17=1.06 KN0.5米高女儿墙自重 0.5×3.9×0.24×19=8.89KN墙侧粉刷 1×0.02×3.

12、9×7=2.65KN连系梁传来屋面自重 0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN顶层边节点集中荷载 G4A=G4D=39.32KN中柱连系梁自重 0.25×0.40×3.9×25=9.75KN梁侧粉刷 0.02×（0.4-0.1）×2×3.9×17=0.80KN连系梁传来屋面自重 0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×3.98=13.18KN0.5×3.9×1.98×3.98=15.13KN顶

13、点中节点集中荷载 G4B=G4C=38.86KND楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 12.19KN粉刷 1.06KN钢窗自重 2.43KN窗下墙体自重 14.77KN粉刷 2×0.02×0.9×3.6×17=2.20KN窗边墙体自重 9.85KN粉刷 1.47KN框架柱自重 0.3×0.45×3.2×25=10.8KN粉刷 0.78×0.02×3.2×17=0.85 KN连系梁传来楼面自重 0.5×3.9×0.5×3.9×3.24=2.32KN中间

14、层边节点集中荷载 GA=GD=67.94KN中柱连系梁自重 9.75KN粉刷 0.80KN内纵墙自重 3.6×（3.2-0.4）×0.24×19=45.96KN粉刷 3.6×（3.2-0.4）×2×0.02×17=6.85KN扣除门洞重 -2.1×1.0×（5.24-0.2）=-10.58KN框架柱自重 10.8KN粉刷 0.85KN连系梁传来楼面自重 10.73KN 12.32KN中间层中节点集中荷载 GB=GC=87.48KNE恒荷载作用下的结构计算简图（）2）活荷载计算活荷载作用下的结构计算简图如图

15、（）图中各荷载计算如下P4AB =P4CD=0.5×3.9=1.95KNP4BC=0.5×2.5=1.25 KNP4A=P4D=1.90 KNP4B=P4C=3.56 KNPAB=PCD=2.0×3.9=7.8 KNPBC=2.5×2.5=6.25 KNPA=PD=0.5×3.9×0.5×3.9×2.0=7.61 KNPB=PC=15.89 KN3）风荷载计算风荷载标准值计算公式因为高度小于30米，可取 =1.0；对于矩形截面 =1.3； 可查荷载规范当查得的 1.0时，取 =1.0，将风荷载换算成作用在框架上的集

16、中荷载计算结果如图所示层次ßsZ/mWsA/ m2Pw/ KN41.01.313.41.100.5510.149.6431.01.310.21.010.5512.488.9221.01.37.01.000.5512.488.9211.01.33.81.000.5513.659.763内力计算恒荷载作用下的内力计算恒荷载作用下的风力计算采用分层法由（）取出顶层进行分析结构计算如图图中框架刚度取框架柱实际刚度的0.9倍。图中梁上分布荷载由三角形和梯形两部分组成；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计算公式如下图所示把梯形荷载化为等效均布荷载G4边=g4

17、ab1+(1-2x2+x3)g4ab2=17.3 KN/m结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取1/2结构计算各杆件的固端弯矩为M4AB=51.9 KN.mM4bc=4.93 KN.mM4CB=2.46 KN.m1） 顶层在恒荷载作用下的弯矩图：2）标准层在恒荷载作用下的弯矩图：3）底层在恒荷载作用下的弯矩图：4）恒荷载作用下的弯矩总图：5） 恒载作用下的剪力轴力图：6） 恒载作用下的弯矩调幅图：活荷载作用下的内力计算 活荷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，各层楼层活荷载布置可能如图所示的几种组合形式。计算结果见图（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯

18、矩图）1） 顶层活荷载作用下的弯矩图： 2）标准层活荷载作用下的弯矩图：3）底层活荷载作用下的弯矩图： 4风荷载作用下的计算1）剪力在各柱间的分配图：P4=9.64Vp4=9.64K=1.21Xc=0.38V4=1.93K=2.61Xc=0.57V4=2.98P3=8.92Vp3=18.56K=1.21Xc=0.38V3=3.71K=2.61Xc=0.57V3=5.57P2=8.92Vp2=27.48K=1.21Xc=0.38V2=5.50K=2.61Xc=0.57V2=8.24P1=9.76Vp1=37.24K=1.62Xc=0.59V1=8.33K=2.61Xc=0.57V1=10.292

19、）各柱反弯点及柱端弯矩图：y0=0.361M上=3.95M下=2.23y0=0.431M上=5.26M下=3.98y0=0.45M上=6.53M下=5.34y0=0.481M上=9.25M下=8.67y0=0.461M上=9.49M下=8.11y0=0.5M上=13.18M下=13.18y0=0.569M上=15.44M下=20.38y0=0.55M上=19.91M下=24.343）风荷载作用下的弯矩图：4）风荷载作用下的剪力轴力图：5）框架梁柱控制截面5内力组合根据内力计算结果，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，每层有5个控制截面，即图

20、14中的1、2、3、4、5号截面，表2给出了第二层梁的内力组合过程；柱则分为边柱和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图14中第二层为例，控制截面为3、4号截面。表3给出了二层柱的内力组合过程。顶层梁的内力组合同理可以计算出第三层,第二层,第一层梁的内力组合,见下表:荷栽类型截面恒载 活载MVMVMVMVMV第三层梁12345-40.7367.10-57.42-15.48-10.7680.76-86.828.88-6.6316.03-10.26-3.63-3.6317-18.320-0.210.751.291.543.370.18-0.183.91-6.2216.15-9.63-

21、4.150.4817.04-18.286.460-0.070.100.271.20.48-0.06-0.06-1.36-第二层梁12345-41.4266.43-58.06-15.21-10.4980.77-86.818.88-6.6316.03-10.26-3.63-3.6317-18.320-0.210.751.291.543.370.18-0.183.91-6.2216.15-9.63-4.150.4817.04-18.286.460-0.070.100.271.20.48-0.06-0.06-1.36-第一层梁12345-34.8772.12-53.23-17.82-13.1080.4

22、5-87.138.88-5.8216.36-9.61-3.83-3.8316.97-18.350-0.210.691.261.553.380.18-0.183.91-5.8116.42-9.51-4.120.3516.99-18.326.59-0.090.120.320.70.35-0.07-0.07-1.23-顶层梁正截面承载力计算截面123M-24.7970.40-45.980.0220.0090.0410.020.0090.042r0 =(1+)/20.9890.9950.979(mm2)149.2421.2279.6最小配筋要求350260350选配钢筋314314314实配钢筋面积(

23、mm2)461461461截面123M68.29106.8392.710.0610.0140.0870.0620.0140.087r0 =(1+)/20.9670.9930.957(mm2)420.4640.4576.6最小配筋要求400330350选配钢筋314118 216316实配钢筋面积(mm2)461656.5603中间层梁正截面承载力计算截面123M62.80114.9888.250.0560.0150.0790.0580.0150.082r0 =(1+)/20.9710.9820.969(mm2)385689.9547.8最小配筋要求450360450选配钢筋314120 216

24、216 114 实配钢筋面积(mm2)461656.5603底层梁正截面承载力计算顶层梁斜截面承载力计算截面123V71.9780.0415.73499.8499.8304.940.7hftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2 )575757(mm2 )-实配箍筋间距(mm)200200200中间层梁斜截面承载力计算截面123V127.41136.8521.21499.8499.8304.940.7hftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2 )575757(mm2 )-实配箍筋间距(mm)200200200底层梁斜截面

25、承载力计算截面123V128.09138.4423.16499.8499.8304.940.7hftbh0149.35149.3591.12箍筋肢数、直径262626(mm2 )575757(mm2 )-实配箍筋间距(mm)200200200柱的内力计算结果柱号 荷载类型截面屋面梁上有活载的情况四层梁上有活载的情况四层AM8M7N1.9+0.634.560.04+0.010.041.9+0.634.56-0.05-0.020.051.82+5.450-0.04-0.1101.825.450-0.01-0.040BM8M7N-1.98-0.665.10.130.040.98-1.53-0.517

26、.030.150.05-0.03-1.86-5.60-0.16-0.490-1.48-4.4300.060.170三层四层梁上有活载的情况三层梁上有活载的情况AM6M5N5.451.8218.6-0.11-0.040.185.451.8218.64-0.04-0.010.061.825.450-0.04-0.1101.825.450-0.01-0.040BM6M5N-5.6-1.8619.92-0.49-0.164.71-4.43-1.4827.320.170.062.28-1.86-5.60-0.16-0.490-1.48-4.4300.060.170二层三层梁上有活载的情况二层梁上有活载的

27、情况AM4M3N5.451.8218.6-0.11-0.040.185.451.8218.64-0.04-0.010.061.915.720-0.04-0.1101.915.720-0.02-0.050BM4M3N-5.6-1.8619.92-0.49-0.164.71-4.43-1.4827.320.170.062.28-1.96-5.890-0.17-0.510-1.54-4.6300.070.210一层二层梁上有活载的情况A M2M1N4.722.3618.57-0.1-0.050.184.742.3718.59-0.04-0.020.07BM2M1N-4.87-2.4419.95-0.

28、33-0.214.71-3.85-1.9327.490.170.092.14 柱的内力组合柱荷栽类型截面恒载 活载风载上层传来上层传来上层传来上层传来四层AM8M7NV29.43095.28-0-3.726.084.563.726.084.561.865.460.0403.726.084.561.865.460.043.726.094.5601.860.524.560-0.10.041.860.524.560±1.35±0.79±0.98±0.67BM8M7NV-29.16-30.16116.72.0-3.84-6.265.1-3.39-6.117.03

29、-0.04-0.450.980-3.46-5.095.1-1.35-4.390.980.05-3.927.030-2.14-1.155.1-0.03-0.450.98-1.69-17.030±1.67±1.25±0.23±0.91三层AM6M5NV30.9230.43161.6295.287.277.2718.67.277.2718.641.715.410.184.567.277.2718.61.715.410.187.277.2718.644.565.411.7118.6-0.15-0.150.185.411.7118.644.56±2.96

30、±2.42±2.06±1.68BM6M5NV-31.26-30.8200.86116.72-7.46-7.4619.92-6.29-7.08-27.32-2.35-5.764.717.03-7.08-6.2919.92-1.97-4.594.71-5.91-5.9127.327.03-5.76-2.3519.92-0.65-0.654.71-4.59-1.9727.327.03±3.83±3.5±1.01±2.29二层AM4M3NV31.1935.36161.63256.97.367.5418.67.367.5418.641

31、.85.680.1823.27.367.5418.61.85.680.187.367.5418.6423.25.411.718.6-0.15-0.150.185.411.718.6423.2±4.57±4.04±4.07±2.69BM4M3NV -31.53-35.26200.85317.58-7.56-7.7519.92-6.39-7.3727.32-2.45-6.054.7134.35-7.14-6.4919.92-2.03-4.794.71-5.97-6.1127.3234.35-5.77-2.3719.92-0.66-0.674.71-4.6-1

32、.9927.3234.4±5.89±5.89±2.44±3.68号柱荷载类型面截恒载活载风载一层AM2M1NV19.6210.88161.31418.524.722.3618.57-0.1-0.050.184.742.3718.5941.84±7.89±9.89±7.44±4.13BM2M1NV-19.72-10.75201.18518.44-4.87-2.4419.95-0.33-0.214.71-3.85-1.9327.4961.67±9.42±11.52±4.68±4.

33、87楼 层号柱荷载类型截面1.35×恒0.7×1.4×活0.6×1.4×风Nmax,MNmin,MMmax,N,V四层AM8M7NV44.4747.13133.920.6642.6546.51129.490.6644.4747.13133.920.66BM8M7NV-43.76-46.97167.970.76-41.76-45.29162.040.76-44.2-47.12166.080.76三层AM6M5NV51.3550.24373.991.4145.948.42351.471.4151.3550.24369.531.41BM6M5NV-5

34、1.58-51.46466.751.92-47.72-50.16438.671.92-52.73-51.83459.51.92二层AM4M3NV53.1658.52612.152.2647.7156.7571.542.2653.1658.52612.152.26BM4M3NV-53.78-59.77765.883.09-49.92-58.48715.633.09-54.93-60.14758.633.09一层AM2M1NV37.7625.32850.953.4733.0222.95792.33.4737.7625.32810.343.47BM2M1NV-38.31-26.081066.314.

35、09-34.86-24.4993.744.09-39.31-26.581058.924.09（5）截面计算    1）梁的设计    以第二层梁AB为例，其最不利的组合内力如图15所示。    正截面强度计算：    梁的截面尺寸为500mmx250mm。    C20时，梁的混凝土保护层最小厚度为30mm。    故设，则，  

36、0; 。    对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。    梁端A：    （满足要求）    选用316，。    梁端B：计算公式同上，计算过程略。计算结果：    选用316，。    对于梁中截面，考虑混凝土现浇板翼缘受压，按T形梁计算。    翼缘计算宽度取&

37、#160;   属于第一类型的T形截面。（满足要求）    选用320，。    斜截面强度计算    取较大设计剪力V108.02 kN。    验算截面尺寸            （截面符合要求）    验算是否需要计算配置箍筋