四层框架结构设计计算书毕业设计剖析

1、2框架结构课程设计任务书、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1582m。三、设计条件1、地质情况：地基土由素填土，砂砾石，弱风化遷岩组成，第一层土为素 填土，层厚1.5 l7m,地基承载力标准值为120KN/m,第二层为砂砾石，层厚 8.58.8m,地基軍载力标准值为250KN/m,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II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,水质对磴无侵蚀性。拟建场地地形平缓，地面绝对标 高 700.00m o2、抗震设防为：8度、02g、第一组。3、楼面活荷载标准值为

2、3.5KN/m2o4、基本风压 wo=O.6OKN/m2 （地面粗糙度属B类）,基本雪压So= 0.8KN/m2（n= 50） o5、材料强度等级为：碗强度等级为C25,纵向钢筋为HRB335级，箍筋为HPB235级。236、屋面作法：（自上而下）SBS防水层（0.4KN/m ） ,30厚细石殓找平（24KN/m）,33陶粒碗找坡（2%、7KN/m） ,125厚加气磴块保温（7KN/m） ,150厚现浇钢筋磴板32（25KN/m）,吊顶或粉底（0.4KN/m ）。7、楼面作法：（自上而下）水磨石地面（0.65KN/m2） , 150厚现浇钢筋磴板 （25KN/m3）,吊顶或粉底（0.4KN/m

3、2）。8、门窗作法：均采用铝合金门窗。9、墙体：外墙为250厚加气栓块，外贴面砖内抹灰；内墙为 200厚加气磴 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lm,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GB50010-2002简称栓设计规范建筑结构荷载规范GB50009-2001简称荷载规范建筑结构抗震设计规范GB50011-2001简称抗震规范手册：静力计算手册栓结构计算手册抗震设计手册图集：建

4、筑抗震构造图集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

5、3& f*n二4L JriTr5I-52、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= (1/2 1/3 ) h o(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 o框架梁，柱截面尺寸板初估。KLh= (1/8 -1/12 )(825550) mmb= ( 1/2 1/3 ) h二(412275)mm故取梁截面尺寸(30

6、0 X 600) mm柱 KZN=1.25PkF二 1.25X12X 6.6 X6X4=2376KNA=N/0.75fc=l89700mm 2故柱截面尺寸bXh=600X 600mm板厚 h二(1/401/45)X6000二 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=0.40KN/m224 X0.03=0.72KN/m2SBS防水层30厚细石栓找平层陶粒栓并找坡0.03+(0.03+0.02X7.8)

7、/2 X 7=0.0.756KN/m2125厚加气栓块保温7 X0.125=0.875KN/m150厚现浇钢筋栓板25 X0.15=3.75KN/m2吊顶二0.40KN/m 2=0.80KN/m2=0.60KN/m 225 X 0.15=3.75KN/m2二 0.40KN/m2 =4.75 KN/m2屋面恒载标准值小计=6.91 KN/m 2屋面活荷载标准值雪荷2、楼面荷载标准值：地板砖地面150厚现浇栓板吊顶楼面恒载标准值楼面活载标准值二4.50KN/H?3、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二0.3 X0.6净长 6m均布线荷载为 25 X 0.

8、3 X0.6=4.5KN/m; 重量为 4.5 X 6 =27KNZl： bX h=0.6 X0.6 净长 4.2m;均布线荷载 25X0.6 X0.6 + 0.02 X4=9.08KN/m;Z1 重量为 4.2 X9.08=38荷载汇集计算公式构件四层（屋面）1/2层高=2.1m荷载柱0.6 X0.6 X ( 2.1-0.6 ) X 25X 24+0.02 X ( 0.64 X 2+0.6 X 2) X ( 2.1-0.6 ) X 20X24359.7屋盖13.2 X 38X 7.6513837梁5.4 X 0.3 X ( 0.6-0.15 ) X 25+0.4 X15+卩.4 X 0.3

9、X ( 0.6-0.15 ) X 25+0.4X6+6 X0.3 X(0.6-0.15)X 25+0.41 X 16683.1女儿墙0.9 X0.1 X ( 13.2+38 ) X 2X 25230.4墙0.25 X 2.1 X ( 4X 2+6X 5) -0.6 X8 X2+(6.6 X 2-0.6 X 3) X 2 X 7327.8可变荷载屋面可变荷载组合系数 0.5 X 0.8 X13.2 X38200.64G4359.7+3837+683.1+230.4+327.8+200.645638.6三层二层层高4.2m柱0.6 X0.6 X ( 4.2-05) X 25X24+0.02 X (

10、 0.64 X2+0.6 X 2) X ( 4.2-0.15 ) X 20X 24971屋盖13.2 X 38X 5.52759.8梁5.4 X 0.3 X ( 0.6-0.15) X 25+0.4 X15+3.4 X 0.3 X ( 0.6-0.15) X 25+0.4JX6+6 X0.3 X(0.6-05)X25+0.4 X 16683.1墙0.25 X 4.2 X ( 4X 2+6X 5) -0.6 X8 X2+(6.6 X 2-0.6 X 3) X 2 X 7655.6可变荷载屋面可变荷载组合系数0.5 13.2 X 38-(0.6 X 0.6 X24)J X 4.5 X 0.5111

11、7.7G3G2971+2759.8+683.1+655.6+1117.76187.2一层1/2层高=2.25柱0.6 X0.6 X ( 2.25+2.1-0.15 ) X 25X24+0.02 X ( 0.64 X 2+0.6 X2) X ( 2.25+2.1-0.15 ) X 20X241007.2屋盖13.2 X 38X 5.52758.8梁5.4 X 0.3 X ( 0.6-0.15 ) X 25+0.4 X15+卩.4 X 0.3 X ( 0.6-0.15 ) X 25+0.4X6+6 X0.3 X(0.6-0.15)X25+0.4J X 16683.1墙0.25 X (2.25+2.

12、1 ) X ( 4X 2+6X 5) -0.6 X8J X 2+(6.6 X 2-0.6 X3) X2 X7679可变荷载屋面可变荷载组合系数0.5 13.2 X 38-(0.6 X 0.6 X24) X 4.5 X 0.51109G11007.2+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厚加气栓块填充，内墙均采用200厚加气磴块填充。内墙抹灰，外墙贴面转，面荷载为:7 X0.25+17 X0.02+0.5=2.59KN/m 27 XO.2+17 X0.02

13、X2=2.28JKN/m218X0.24+17X 0.02+0.5=5.16KN/m 2250厚加气栓墙：200厚加气栓墙：240丿孚砖墙砌女儿墙：25五、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,采用 C30 混凝土，Ec=3.00 oII讎S蠡濟黯楼亂轼瞽架梁的截面惯性矩时对边框架梁取50 042X 10 N/mm42C40 混凝土 Ec=3.25 X 10 N/mmy 3 /3宀Io = Zi2bh = z12X0.3 X0.6 =5.5 X 10 m3一 3 4Ib =2.010=2X 5.4 X10 =10.8 X10 m4X 10 KNm梁的线刚度为:Kh 二

14、 Eclb/U： (3.25 Xio Xio.8 X10 ) 76.6=5.3横梁线刚度计算见表7-4o表7-4横梁线刚度计算表梁号截面bX h跨度标惯性矩Io边框架梁中框架梁I =1.51b0K =EI /Lbb1=21bOK=EI /LbbKJL10.3 X 0.66C405.5 xlO-38.25 xlO-34.4 xlO4llx 10 35.9 xlO4KEL20.3 X 0.64C405.5 xlO-38.25 xlO-36.7 xlO4llx 10-38.9 xlO42柱的线刚度 柱的线刚度计算见表7-5 o表75柱的线刚度表一 柱号截面2 bh(m )柱高(m)惯性矩 *二 J/

15、12bh3 ( m4)线刚度Ke(KNm)1KZ0.6 X 0.64.5/ X 0.6 X 0.6 3=10.8 X IO1246.05 X 102KZ0.6 X 0.64.2/ X 0.6 X 0.6 3=10.8 X 10 31248.3 X 102 横向框架柱侧向刚度横向框架柱侧向刚度计算见表7-6o表76横向框架柱侧向刚度 D值计算层柱类 型K =XKb/2Z Kc 一般层KKb / 工 Kc (底层)OL = _K/2 _K 一戲层 a =0.5 +K/2 + K (底 层)D im陰血/ h 2(KN/M)根数四层边框架边柱(4.4 X2)/(2 X8.3)=0.50.5/(2+0

16、.5)=0.2311.3 X104边框架中柱(4 X 4.4)/(2 X8.3)=1.061.06/ (2+1.06 ) =0.34619.5 X1032中框架边柱(2 X 5.9)/(2 X8.3)=0.710.71/(2+0.71 )=0.528.2 X10312中框架中柱(4 X 5.9)/(2 X8.3)=1.421.42/(2+1.42)=0.4280 X 1036S D3902X 10底层边框架边柱4.4 X 2/6.05=1.45(0.5+1.45)/(2+l.45)=0.56320 X 104边框架中柱4.4 X4/6.05=2.9(0.5+2.9)/(2+2.9)=0.692

17、4 X 1032中框架边柱2X 5.9/6.05=1.9(0. 5+1.9)/(2+1.9)=0.6121 X 10312中框架中柱4X 5.9/6.05=3.9(0. 5+3.9)/(2+3.9)=0.7426X 1(P6X D536X1053、横向框架自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期T1 =1 .70) jAmax式中：exo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 ；Amax 框架的顶点位移。横向框架顶点位移的计算见表77o表77横向框架顶点位移计算层次Gi(KN)E GiS D层间相对位移SGi/ S 02 X1050.06

18、20.12336187118269.02 X1050.0130.05826187180139.02 XIO50.0190.04516237242505.36 X0.0260.026Ti =1.7X0.6X123 =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 Umax 为：Tg =0.35 (S )a max =0.16I人I为Ti =0.36 Tg 所以 8 (Tg /Ti)Samax =0.12因为 Ti =0.45 1.4Tg ,所以5n=0.顶部附加地震作用为:AFn =6n Fek =0Fek =aiGeq =0.12

19、xo.85 X32985=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7-8o表中：Fl = 1 - Fek(1 5n)4j e =Vi/2bI GiH i表78Fi、Yi和AUc的计算层次h (m)iH (m)iGiGH (KNm)i iF ( KN)iv ( kn)i工DUe(m)44.217.1563996426.9923.99923.999020000.00134.212.9618779812.3764.781688.779020000.00224.28.7618753826.9515.782204.559020000.00314.54.

20、5623728066.5268.942473.495360000.005S24250258132.62473.49横向框架各层水平地震作用地震剪力分布见图7-6 o5、横向框架抗震变形验算首层 0 e= Ue/hi=0.01/5.8=1/11609 订二 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7-9o表79 水平地震作用轴框架剪力及弯矩标准值柱号层次层层间剪力V层间刚度D各柱刚度DimDimVDim VKyM下M hhA柱44

21、.2933902000282000.03128.920.710.4554.6566.834.21689902000282000.03152.360.710.4292.36127.5524.22205902000282000.03168.360.710.47134.94152.1714.52473536000210000.03996.451.90.55238.71195.31B 柱44.2933902000800000.08882.11.420.45155.17189.6534.21689902000800000.088148.631.420.45280.9343.3424.2220590200

22、0800000.088194.041.420.5407.48407.4814.52473536000260000.048118.73.90.55293.78240.37注：表屮Vik第I层第K号柱的剪力y 一反弯点高度系教，y=y +y+y+y ，y、y、y、y均查表求得，y值计算见表7 lOo01230123M下一柱下端弯矩，lVH=VikyhM 上柱上端弯矩。Mr = Vik ( 1-y ) h表710 y 值计算1柱号层次K0111G2X 71203x T13y40.710.4510-100.45边柱30.710.4210-100.4220.710.4710101.3100.4711.9

23、0.55-0.7640-0.5541.420.4510-100.45中柱31.420.4510-100.4521.420.510101.3100.513.90.55-0.7640-0.55表7-1 1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)Mt(KNm)M右(KNmVb(KN)L(m)M左(KNm)M右(KNm)Vb(kN)Na(kN)NbNc(kN)46.668.543.215.456.649.558.2113.58-10.59016.4836.689.6660.422.746.660.489.6622.74-22.74022.7426.6201.414151.

24、886.6140.9201.451.88-74.62074.6216.6319205.379.446.6205.331979.44-154.060154.06注：轴力拉为一，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 ()和梯形荷载(g.K)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 o1 框架梁上梯形荷载化为等效均布荷载 小.( 1 o c 2 c 3 c c /T /I / 乙1/aid =(1-2 a 2+ a 3)q； 曲层q=g，3d3a=a

25、/I=4/6.6=0.4553)X.X a .23Al3(1-27.U4)5I43341.7=32.46KN/m三层 q 2d 二g? + (1-2 X a 2+ a 3 )g2 二4.06+(1-2X 0.455 2+0.4553)X28.8=23.64KN/m23Al23二层 q 2d 二g2 + (1-2 X a + a )g2 二4.06+(1-2X 0.455 +0.455)X28.8=23.64KN/m一层 qId=gl+ (1-2 X a2+a3) g=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M F

26、= M F =l/12q4“ 2X32.46 X 6.6匚-117.83KNmA3B3B3A3f =- Mf2X23.64MI. zl）l 2A2B2B2A2九M F =M F =m F =-85.8lKNmA1B1B1A1A2B2（2）分配系数：分配系数计算见表7-12 o表712分配系数U节点A2AiTtlr32PTG3 323PTB2 2PT7X2 11 21 17V7XJ0S=44X0.715=2.864X 1=44X0.715=2.864X 1=44X 0.715=2.864X 0.546=2.1864X1=44X 0.546=2.186X Si6.869.728.372p. . S

27、i . 一瓦Si0.4170.5830.2940.4110.2940.3160.4420.242（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=q!?/8二4.06 X6.6 2/8=22.11 KNm2 2 2 梯形荷载下跨中弯距=qL/24（ 3-4 a ） =41.7 X 6.6 （3-4 X0.455 2）/24二 16422KNm合计跨中弯距=164.22 +22.11 =186.33KNm四层：M=-56.5 X0.8=

28、-45.44KNm;M=148.5 X 0.8=-118.8KNmABBA跨中弯距=186.33（45.44+118.8 ） /2=186.33-82=104.33KNm同理：二、三层跨中弯距=71.08KNm;层跨中弯距=7362KNm3、梁端剪力计算恒载作用下梁端剪力计算过程见表7-13o表7-13恒载作用下梁端剪力计算层次qd KN/MLqdjKNS M/L KN总剪力KN）V= qi.A*V 二 qiMlB 432.466.6107.1211.1296118.24323.646.678.013.3274.6981.33223.646.678.013.3274.6981.33123.64

29、6.678.015.8872.1383.89注：b为柱截面高度4、柱轴力计算柱轴力计算见表7-14 o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4柱顶96112.6929.61208.69208.69柱底29.61238.3C柱3柱顶74.6994.9829.61189.57408柱底29.61437.582柱顶74.6994.9829.61169.67408柱底29.61437.581柱顶72.1394.9838.78167.11604.7柱底38.78643.47B柱4柱顶118.2 X 2=236.48147.3829.61383.86383.86柱底

30、29.61413.473柱顶81.33 X 2= 162.66108.6829.61271.34684.81柱底29.61714.422柱顶81.33 X 2= 162.66108.6829.61271.34684.81柱底29.61714.421柱顶83.89 X 2= 167.78108.6838.78276.46990.88柱底38.781029.66(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，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1.11.2的增大系数。(1)将框架梁上梯形荷载化为等效均匀活荷

31、载四层： q 3d= (1-2 a2 + a 3) qs= (1-2 X 0.455 2+0.455 3) X 4.5=3.06KN/m一 二 三层：qid=q2d= ( 1-2 a2+a3) q)= ( 1-2 X 0.455 2+0.455 2 )21 = 14.28KN/m (2)固端弯矩计算四层：MF二q3dl?二X3.06 X6.6 2=-ll.lKNmX 4.51X 6.6 2 X (3-4XX 21X 6.6 2 X (3-4XX 21X 6.62 X (3-4X2X 14.28 X 6.6 =-14.28KNmF I2 Im.1 d(3) 杆端弯矩计算杆端弯矩计算过程见图7-1

32、1 o(4) 活荷载作用下的框架梁跨中弯矩计算; M 跨 中=1.2卜0.8 L 或xh）时，衣示最人弯矩发生在支座处，应取x二L 或x二0,用 M=R X-qX 2/2-M ga Mea计算 Mge; 表屮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1.2 （恒+ 0.5活）计算。梁内力组合见表7-18o（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7-19o B柱内力 组合见表7 20。7-18框架梁内力组合层次内力荷载类别竖荷组合竖向荷载与地震力组合恒载活载地震1.2 +1.4 1.2 （+0.5 ）土 1.3 4A4右M 45.44-4.68 89

33、.66 61.0832.32147V968.922.74127.66143.2897.8B4左4AA ,4IVl 11 0.0-1 U.S/o-13 / .V3o S/丿1+74125:92279-AB-1-647511:943A右2M 48.09-5.24 105.8-70.2585.74-182.65V8929.538.2159.72157.6484.51B2左M-85.77-12.5 82.98-128.25-58.24-248.55V94.2838.538.59160.58175.2587.26AB82.9557.64182.51205.47128.252A右2M 52.97-8.23

34、 201.45-75.086132.95-269.95V74.6946.2151.88154.32169.2365.47B左2M-74.89-13 140.94-108.07 43.27-238.6V81.334851.88164.8178.374.52跨中MAB71.0886.59206.52227.23131.431Ai右M 42.77-7.12 318.9761.3263.37-374.57V72.1345.979.04150.8193.1435.06B左M-81.59-13.58 205.3-116.9299.25-311.37V83.8948.3479.04168.34208.750

35、.63跨中Mab73.6286.916210.03360170.5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活载地荷1.2 +1.4 1.2 （+0.5 ）土 1.3 4柱 顶M56.55.854 89.6676187.9-45.24N208.6915.9 22.74272.7290231柱底M38.595.175 64.9353.55133.8-35N238.315.9 22.743083262663柱顶M35.55.54 97.2455.27207.58-85.75N358.1475.28土 48.25428.49597.2376.5柱底M36.24

36、4.25 89.3952.78182.91-86N375.158.34 48.76458.14456.753382柱底M27.585.115土 136.5240.257213.64-141.31N40893.79 74.62621643449柱底M35.755.946土 121.0751.22203.86-111N437.5893.79+ 74.62656.4678.4484.41柱顶M17.722.952 197.924.8279.7-234.83N604.7171.43 154.06965.61029628.3柱底M8.861.476241.912.7326-302.95N643.4717

37、1.43 154.061012.171075.2675表720 B柱内力组合表层 次位置内 力荷载类别竖荷组合竖向荷载与地震力组合恒载活载地荷1.2 +1.4 1.2 (+0.5 )土 1.3 4柱顶M00 120.810157.05-157.05N383.8636.080511482482柱M()0 98.850128.5-128.5底N413.4736.080546.7517.8517.83柱 顶M00 156.920203.99-203.99N419.53120.840672.58575.94-575.94柱底M00 144.250187.53-187.53N568.18107.960829.83746.59-746.592柱顶M00 183.020238238N468.81195.080836679.6679.6柱底M00 183.020238238N714.42195.08011309749741柱 顶M00 183.020238238N990.9354.760168514021402柱底M00 278.180361.6-361.6N1029.6354.76017321448.41448.4（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:式中 IMc节点上下柱端截