四层框架结构设计计算书(毕业设计)

1、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1.7m,地基承载力标准值为120KN/m,第二层为砂砾石，层厚8.8m, 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/m,场地类别为H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,水质对碎无侵蚀性。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。3、楼面活荷载标准值为m2。4、基

2、本风压 w）= m2 （地面粗糙度属B类），基本雪压 $=状（n=50）。5、材料强度等级为：碎强度等级为C25,纵向钢筋为HRB33驳,箍筋为HPB235 级。6、屋面作法：（自上而下）SBS防水层（m2） ,30厚细石碎找平（24KN/R3）, 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（m2） 。7、 楼面作法：（自上而下） 水磨石地面（ m2） ， 150厚现浇钢筋砼板（25KN/m3），吊顶或粉底（m2） 。8、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

3、；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,初估基万高度为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 一、设计资料 规范： 混凝土结构设计规范建筑结构荷载规范建筑结构抗震设计规范手册： 静力计算手册砼结构计算手册抗震设计手册图集： 建筑抗震构造图集二、结构方案框架结构课程设计指导书及实例GB 50010 2002 简称砼设计规范GB 50009 2001 简称荷载规范GB 50011 2001 简称抗震规范97G329（一）（九）结构体系6.

4、1.1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 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 ©©©62、各梁柱截面尺寸初估：(

5、 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= (1/2 1/3) h 0( 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， 抗震规范第条，二级抗震等级框架柱轴压比限值为。框架梁，柱截面尺寸板初估。KL h= (1/8 1/12) L= (825550) mmb= (1/2 1/3 ) h=(412275)mm故取梁截面尺寸(300X600) mm柱 KZ N=X 12X X 6X 4=2376KN2A=N/=18

6、9700mm 2故柱截面尺寸b x h=600x 600mm板厚 h=(1/401/45)X6000=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=m230厚细石碎找平层24 X =nm陶粒砂并找坡+ X /2 X 7=厚加气碎块保温7X =m150厚现浇钢筋碎板225 x =m吊顶2=m屋面包载标准值小计2=m屋面活荷载标准值雪荷2=m2、楼面荷载标准值:地板砖地面2=m150厚现浇碎板22

7、5 x =m吊顶2=m楼面包载标准值2=m楼面活载标准值2=m3、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 : bxh=x净长6m均布线荷载为25 X X=m;重量为 X 6 =27KNZ1： bxh=x 净长;均布线荷载25XX + X4=m;Z1重量为x=38荷载汇集计算公式构件四层（屋面）1/2层高=荷载柱XX () X 25X 24+X (X 2+X 2) X () X 20X 24屋盖X 38 X3837梁XX () X 25+ X 15+XX () X 25+ X 6+6 XX X 25+ X 16女儿墙X X ( +38) X 2X25墙X X (4X

8、2+6X5) X 8 X2+X X 3) X 2 X 7可变荷屋面可变荷载组合系数XXX 38载G4+3837+三层二层层高柱XX () X 25X 24+X (X 2+X 2) X () X 20X 24971屋盖X 38 X梁XX () X 25+ X 15+XX () X 25+ X 6+6 XX X 25+ X 16墙X X (4X 2+6X5) X 8 X2+X X 3) X 2 X 7可变荷载屋面可变荷载组合系数X 38- X X 24) X XG3G2971+'*层 1/2 层=柱X X ( +) X 25X 24+X (X 2+X2) X ( +) X 20X 24屋盖

9、X 38 X梁XX () X 25+ X 15+XX () X 25+ X 6+6 XX X 25+ X 16墙X+) x (4X 2+6X5) X 8 X2+X X 3) X 2 X 7679可变荷载屋面可变荷载组合系数X 38- X X 24) X X1109G1+679+11096237总和G1+G2+G3+G4=+6237242504、墙体自重标准值外墙体均采用250厚加气碎块填充，内墙均采用200厚加气碎块填充。内墙抹灰，外墙贴面转，面荷载为：250厚加气碎墙：7 X +17X +=吊200厚加气碎墙：7 X+17XX 2=南240厚砖墙砌女儿墙：18X+17X +=吊G >1

10、5635G”自 S7. dm0clmL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时，对边框架梁取i= i0i0为矩形梁的截面惯性矩；对中框架梁取I=,采用C30混凝土，Ec=xi04N/mrmC40 混凝土 Ec= x 104N/mrn10=% bh3= %2xx=x10 n4Ib=2x x 10 3=x 10 3m梁的线刚度为：(=EIb/L= (X 104XX 10 3) /=xl04KNm横梁线刚度计算见表7-4。表7-4横梁线刚度计算表梁号截面bx hm2跨度m碎标号惯性矩I 04 m边框架梁中框架梁I b=Kb=EI

11、b/LI b=2I 0Kb=EIb/LKJL1X6C40X 10 3X 10 3X 10411 x 10 3X 104KIL2X4C40X 10 3X 10 3X 104-311 X 10X 1042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回bh(m 2)柱高(m)惯性矩i c=% bh3( m4)线刚度E(KNm)KZiX，-3/2xx =x 10x 104KZ2X_ _ -3%2 X X =x 10x 1042.横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度计算见表7 6。表7-6横向框架柱侧向刚度D值计算层柱类型KKb/2 Kc 一般层KKb/ Kc (底层)K/2 K 一般

12、层0.5 K/2 K (底层)DimKc12/h2(KN/M)根数二边框架边柱X 2)/(2 X =(2+=3X 104二四层边框架中柱(4 X /(2 X =(2+)=X 1032中框架边柱(2 X /(2 X =(2+=X 10312中框架中柱(4 X /(2 X =(2+=80 X 10362 D902X 103底层边框架边柱X 2/=+/(2+=320 X 104边框架中柱X 4/=+/(2+=324 X 102中框架边柱2X =(0. 5+/(2+21 X 10312中框架中柱4X =(0. 5+/(2+26 X 10362 D536X 1033、横向框架自振周期按顶点位移法计算框架

13、的自振周期Tl1.7 0 , max式中：0考虑填充墙影响的周期调整系数，取 ，本工程中横墙较少取max框架的顶点位移。横向框架顶点位移的计算见表7 7。表7-7横向框架顶点位移计算层次Gi(KN)2 Gi2 D层间相对位移NG/ 2 DA i456395639X1053618711826X 1052618718013x 1051623724250x 105T1 1.7 0.6 ,0.123 0.364.横向地震作用由抗震规范5.1.4条查得，在II类场地，8度区，结构的特征周期Tg和地震影响系数 max为：Tg 0.35 (S)max 0.16因为 工 0.36 Tg所以 1 (Tg /Ti

14、) 2 max 0.12因为Ti 0.45 1.4Tg,所以6n=0.顶部附加地震作用为：Fn k 0Fek1Geq=X X 32985=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7 8。表中：FiGFFeK(1n)Ue Vi/ DG H i横向框架各层水平地震作用地震剪力分布见图7-6。表7-8 Fi、丫和Ue的计算层次h(m)h(m)GGH(KNrmFi (KNVi (kn)NDA Ue(m)45639902000361879020002618790200016237536000224250匚二方士9242尸63一 一1- 一II /I16293二515 -

15、 ff) 1Y2205X ： J- (P 071 70 R5、横向框架抗震变形验算首层9 e=A Ue/hi=1/1160W 9 e=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层间刚度2 D各柱刚度DimDimDV-DmVimD iKyM下M上hA柱4933902000282003168990200028200222059020002820012473536000

16、21000B柱493390200080000316899020008000022205902000800001247353600026000注：表中Vik第I层第K号柱的剪力y反弯点高度系数，y=y0+yi+y2+y3,y。、丫人Vz、y3均查表求得，y值计算见表710。M 下-柱下端弯矩，My=VkyhM 上-柱上端弯矩。 Mj：= Vik (1-y ) h表7-10 y 值计算柱号层次KV。民1Ya 2丫2a 3丫3y410-10边柱310-102101001-0-410-10中柱310-102101001-0-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)

17、M左(KNm)M右(KNmVb(KN)L(m)M左(KNm)M右(KNm)Vb(kN)NA(kN)NbNC(kN)40302141013193190注：轴力拉为一，压为十。(三)包载作用下的内力计算包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=(1-2 a 2+a 3)q；a =a/L=4/=四层 q3d=g3+(1-2xa2+ a3)g3=+(1-2x +)x=m三层 q2

18、d=g2+(1-2xa2+ a3)g2=+(1-2x +)x=m二层 q2d=g2+(1-2xa2+ a3)g2=+(1-2x +)x=m一层 q1d=g1+(1-2xa2+ a3)g1=m2、包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Ma3b=- Mfb3A=-1/12q 3dL2=-1/12 x x =Ma2b=- Mfb2A=-1/12q 2dL2=1/12 X X =Ma2b=- Mfb2A=-1/12q 2dL2=1/12 X X =Ma1B=- M FB1A= MFA2B=(2)分配系数:分配系数计算见表7-12表7-12 分配

19、系数科节点A3A2A1杆件A3 A2A3B3A2 A3A2B2A2A1A1A2A1B1A1A0S=4i4X4X 1=44X4X 1=44X4X4X1=44X2 SSiSi(3)杆端弯矩计算(计算过程见图7-9)(4)包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=X8=梯形荷载下跨中弯距=qL2/24 (3-4 a 2) =X (3-4 X/24=合计跨中弯距=+ =四层：MAAb= X =； M BA= X =跨中弯距=(+) /2=同理：二、三层跨中弯距=;一层跨中弯

20、距=3、梁端剪力计算恒载作用下梁端剪力计算过程见表 7-13表7-13恒载作用下梁端剪力计算层次qdLqd22 M/L总剪力KN>KN/M>M>KN<KN>V=£ - 2 M/LVb=£ +2 M/L496321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柱底3柱顶408柱底2柱顶408柱底1柱顶柱底B柱4柱顶X 2柱底3柱顶X 2柱底2柱顶X 2柱底1柱顶X 2柱底(四)活荷载作用下的内力计算1、活荷载作用下的弯矩计算因本工程为商业批发楼，

21、活荷载分布比较均匀，所以活荷载不利分布考虑满 布法，内力计算可采用弯矩二次分配法，但对梁跨中弯矩乘的增大系数。(1)将框架梁上梯形荷载化为等效均匀活荷载四层： q 3d=(1-2 a2+ a 3)q3=(1-2 x +) x =m一 二 三层：q1d=q2d=(1-2 a2+ a3) q1= (1-2 x +)21=m(2)周端弯矩计算四层：M =- A q3dL =- J x x =一"-二 层：M=-12 q1dL =- J x x =(3)杆端弯矩计算杆端弯矩计算过程见图7-11。(4) .活荷载作用下的框架梁跨中弯矩计算；M跨中=*+/2+1/24 XXX ( 3-4 X)=

22、M3跨中=*+/2+1/24 X21X X (3-4X)=M跨中=*+/2+1/24 X21X X (3-4X)=M跨中=*+/2+1/24 X21X X (3-4X) =87KNm注：为弯距调幅系数。2、活荷载作用下的梁端剪力计算活荷载作用下的梁端剪力计算过程见表7- 15。表7-15活荷载作用下剪力计算过程层次qdLqL/2SM/L剪力(KN)（KN/m）(M)(KN)(KN)VA=qL/2- 2 M/LV旺=qL/2+ 2 M/L43482481注：表内剪力按调幅前、后的大者取用。3、活荷载作用下柱轴力计算活荷载作用下A柱轴力计算见表7-16表7-16活荷载作用下 A柱轴力计算表柱号层次

23、截回横梁剪力纵梁传来柱重AN (kN)柱轴力（KN）AC柱4柱顶1柱底03柱顶0柱底02柱顶0柱底01柱顶0柱底0B柱4柱顶X2=0柱底03柱顶48 X 2=96630159柱底02柱顶48 X 2=96630159柱底01柱顶X2=630柱底0活荷载作用下的内力图见图712六、内力组合及调整一 框架梁的内力组合在恒载和活荷载作用下，跨间 MkW近似取跨中的M代替。MMA=8qL2- (M左+M右)/2式中 M左、M右-梁左右端弯矩。跨中M若小于焉ql2,应取MWql2在竖向荷载与地震力组合时，跨间最大弯矩 附采用数解法计算。如图7-13 所示。地震作用Mr图中：MGa,MEa,MGb-重力荷

24、载下梁端的弯矩;MEB-水平地震作用下梁端弯矩;XuM中图b竖向荷载与地震荷载组合RsFF-竖向荷载与地震荷载共同作用下的梁端反力。对 RB作用点取矩，R=qL/2-1/L (Mga+ Mea+ Meb)x 处截面弯矩为：M=FX-qx 2/2-M ga+ Mea由dM/dx=0。可求彳#跨间MMa!勺位置为xi=FA/q 将X代入任一截面x处的弯矩表达式，可求得跨间最大弯矩为MMA=MGE=FA2/2q-M GA+|M=qx2/2-M ga+Ma当右震时，公式中MEa、ME改号MGe及X1的具体数值见表717c表7-17 M ge及X值计算跨层（恒+活）地震qlRXiMeMGaKNmMGbK

25、NmMEaKNmMEbKNmKN/MM左震KN右震KN左震M右震M左震KNm右震KNmAB41163262522625141511360注：当Xi>L或Xi<0时，表示最大弯矩发生在支座处，应取 必=1或必=0,用 M=Rx-qx 2/2-M ga± MEa计算 M；表中恒载和活荷载的组合，梁端弯距取调幅后的数值；表中q值按（恒+活）计算。梁内力组合见表718。（二）框架柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面，A柱内力组合见表7-19。B柱内力组合见表7 20。表7-18 框架梁内力组合层次a®内力荷载类别竖荷组合竖向荷裁与地震力组合恒载地震+(+D)土4

26、A4右M±-147V96B4左M±V跨中MAB3A2右M±V89B2左M±V跨中Mb2A2右M±VR左M-13±V48跨中Mb1A右M±VBi左M±V跨中Mb360表7-19 A 柱内力组合层次位置内力荷载类别竖向荷组合竖向荷载与地震力组合恒载地荷+(+)土4柱顶M±76N±290231柱底M±-35N±3083262663柱顶M±N±柱M±-86底N±3382柱底M±N408±621643449柱底M±-

27、111N±1柱顶M±N±1029柱底M±326N±675表7-20 B柱内力组合表层次位置内力荷载类别竖荷组合竖向荷教与地震力组合恒载地荷+(母士4柱顶M00±0N0511482482柱底M00±0N03柱顶M00±0N0柱底M00±0N02柱顶M00±0238-238N0836柱底M00±0238-238N011309749741柱M00±0238-238顶N0168514021402柱底M00±0N01732(三)内力调整1、强柱弱梁要求根据抗震规范6.2.2条，梁柱节点处的柱端弯距设计值应符合下式要求:Mc c Mb式中Mc 节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯距设计值之和，上下柱端的弯距设计值，可按弹性分析分配；Mb 节点左右梁端截面顺时针或反时针方向组合的弯距设计值之和；c 柱端弯距增大系数，一级取；二级取；三级取。具体计算过程详表7