混凝土和砌体结构设计课程设计

-精品--精品-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：班 级： 11土木（2）班学生姓名：学 号： Xf设计时间： 2014.5.7-6.5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、目的二、设计任务1.工程概况3.6m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，选择典型一榀框架进行计算。框架梁、柱、屋面板、楼面板全部现浇。2.设计资料气压条件基本雪压0.3kN/m2，基本风压0.4kN/m2，地面粗糙度类别为B类。不上人屋面，屋面活荷载0.5kN/m2。抗震设防：不考虑抗震设防。主要建筑做法:构件尺寸：梁：250X550；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。荷载取值：钢筋砼容重25kN／m315kN／m3砂浆容重20kN／m3，石灰砂浆容重17kN／m3，SBS卷材防水层0.30kN/m2，水0.65kN/m2。恒载分项系数为1.2，活荷载3.5kN/m3，分项系数1.4。材料：混凝土强度等级为C30。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。I=2I（I为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩。0 0AB、CD跨梁：

i2E 0.250.553/5.41.28103

(m3)1c 12 c11BC跨梁：i2Ec

0.250.553/2.42.9103E12 c

(m3)上部结构各层柱：iEc

10.60.63/3.63103E12

(m3)底层柱：iEc

10.60.63/4.552.37103E12

(m3)三、荷载计算1

结构计算简图图中数字为线刚度，单位：X103Em3C屋面框架梁线荷载标准值：20mm厚板底抹灰： 0.02170.34kN/m290mm厚的钢筋混凝土板： 0.09252.25kN/m2120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡： 0.12151.8kN/m220mm厚水泥砂浆找平层： 0.02200.4kN/m24mm厚SBS卷材防水层： 0.3kN/m2-精品--精品--精品-屋面恒荷载： 5.09kN/m2框架梁自重： 0.250.55-0.0252.87kN/m梁侧粉刷： 20.55-0.090.02170.313kN/m3.19kN/m因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：g g g 3.19kN/m3AB1 3CD1 3BC1g g 5.093.618.324kN/m3AB2 3CD2g 5.092.412.216kN/m3BC2楼面框架梁线荷载标准值20mm厚板底抹灰： 0.02170.34kN/m290mm 厚 的 钢 筋 混 凝 土 板 ：0.09252.25kN/m230mm厚水磨石面层： 0.65kN/m2楼面恒荷载： 3.24kN/m2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：gAB1gBC1gCD13.19kN/mgAB2gCD23.243.611.664kN/mgBC23.242.47.776kN/m屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 0.25（0.55-0.097.22520.7粉刷： 0.020.55-0.097.22172.252kN边柱连系梁传来屋面自重： 1.81.85.09/216.491kN20.25(0.550.09)5.42517.594kN边柱次梁自重： 4粉刷： 0.020.55-0.095.42171.652kN顶层边节点集中荷载： G G 48.962kN3A 3D中柱连系梁自重： 20.7kN粉刷： 2.525kN中柱连系梁传来屋面自重：

120.53.63.6/25.0916.491kN顶层中节点集中荷载： G G 50.433kN3B 3C楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重： 0.3(0.60.1)7.22527kN粉刷： 0.020.6-0.17.22172.448kN边柱连系梁传来楼面自重： 2.71.83.2415.746kN框架柱自重： 0.60.6253.632.4kN粉刷： 0.020.643.6172.94kN顶层边节点集中荷载： G G 74.311kN3A 3D中柱连系梁自重： 20.7kN粉刷： 2.525kN1中柱连系梁传来屋面自重：2

3.62.41.23.249.331kN123.61.83.2410.498kN框架柱自重： 32.4kN粉刷： 2.94kN顶层中节点集中荷载： G G 78.394kNB C恒荷载作用下的结构计算简图恒荷载作用下的结构计算简图2、活荷载计算（1）屋面活荷载计算-精品--精品--精品-活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为：p3AB

p3CD

0.53.61.8kN/mp3BC

0.52.41.2kN/mP P 1(2.72.71.8)1.813.61.80.526.48kN3A 3D 2

2 P P3B

6.481(3.61.23.6)1.20.5210.08kN2（2）楼面活荷载计算活荷载作用在楼面上的线荷载为：p pAB

3.53.612.6kN/mp 3.52.48.4kN/mBCPPA DPP

6.483.5245.36kN10.083.5275.56kNB C5）活荷载作用下的结构计算简图P3Ap3AB

P P3C3B3Cp3BC

P3Dp3CDg3BC1P PP C DBP pAB pBC pCDAA B C D3、风荷载计算

活荷载作用下的结构计算简图风压标准值计算公式： z

s

z 0H11.9m30m，可取z1.0；对于矩形平面sz可按1所示。表中z面积，计算结果如图所示。层次zsz(m)z0(kN/m2)A(m2)P(kN)w31.01.311.41.03920.4512.967.58221.01.37.810.4525.9215.16311.01.34.210.4528.0816.427风荷载计算表1四、内力计算1、恒荷载作用下的内力计算恒载（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，在求固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 0.53.611 5.4 3（1）顶层g' 3边

3

(11

3)g1

3AB24.09(120.333219.76kN/m

0.3333)19.224g' 3中

3BC1

58

3BC2

4.09512.816/8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。-精品--精品--精品-各杆的固端弯矩为：1 1M3AB

g' l212 3

19.765.4248.02kNm121 1M3BC

g' l23 3中中

12.11.22m31 1M g' l2 12.11.222.9kNm3CB 6 3中中 6（单位：kN∙）0.4880.5110.1550.1480.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B-48.0248.02-5.81-2.9023.4324.54→12.27-4.22←-8.44-8.06-37.97→34.4352.062.16→1.08-0.16-0.16-0.75→0.7525.48-25.5452.77-8.22-44.5335.82顶层分层法弯矩计算结果顶层分层法弯矩计算结果中间层g' g边

(123)g1 1 AB24.09(120.33320.3333)12.564/m5 5g' 中

BC1

8

BC

4.0988.3769.325kN/m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。各杆的固端弯矩为：1 1M g' l2AB 12 边边

1214.335.4234.82kNm1 1M g' l2BC 3

39.3251.224.476kNm1 1M g' l2CB 6 中中

69.3251.222.238kNm（单位：kN∙）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→22.050.810.810.85→0.43-0.06-0.06-0.060.26→0.2612.2312.23-25.4536.27-4.75-4.75-26.78620.072中间层分层法弯矩计算结果中间层分层法弯矩计算结果底层（单位：kN∙）0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-5A-BB-AB-2B-3B-CC-B-34.8234.82-4.476-2.23810.212.0112.60→6.30-2.53←-5.06-4.10-4.80-22.68→22.680.740.870.92→0.46-0.06-0.05-0.060.28→0.2810.9412.88-23.8336.46-4.15-4.86-27.43620.722底层层分层法弯矩计算结果底层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-2B-CC-B4.08-1.58-1.99-2.08→-1.04-0.21←0.410.391.83→-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-B4.298.49-1.62-2.74-4.19-4.19-4.40→-2.20.445←0.890.850.853.98→-3.98-0.146-0.146-0.153→-0.770.010.010.010.05→-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→-1.44-0.05-0.06-0.06-1.2453.612-1.377-0.4190.26-1.2761.44-1.44跨中弯矩计算：M3ABM3BCM2ABM2BC

1 22.6752.089 19.765.42- 32.146kNm8 21 12.12.42-42.6633.948kNm81 29.55834.98 14.335.42- 19.962kNm8 21 9.3252.42-22.75616.042kNm81 25.20736.041M 1AB

814.335.42- 2

21.609kNm1M1BC89.3252.42-25.99619.282kNmAAB框架在恒荷载下的弯矩图CD剪力计算：V3BA

127.6752.089219.765.42 5.4

48.83kNV3AB

19.765.448.8357.874kN1212.12.42V3BC

V3CB

2.4

14.52kNV2BA

129.55834.983214.335.42 5.4

37.69kNV2AB

14.335.437.6939.692kN129.3252.42V2BC

V 2CB

2.41

11.19kNV1BA

25.20736.04214.335.42 5.4

36.68kNV 14.335.436.6840.702kN1ABV1BC

V1CB

129.3252.42 2.4

11.19kN轴力计算：NA3109.67457.874167.548kNNB3153.05348.8314.52216.403kNNA2167.548115.63939.692322.879kNNB2216.403126.82937.6911.19392.112kNNA1322.879115.63940.702479.22kNNB1399.112126.82936.6811.19567.521kNAAB CD弯矩调幅：

框架在恒荷载下的梁剪力，柱轴力图ABABC2、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。顶层p' 23)p3边 1 1 3AB20.3332/m

0.3333)1.8p' 3中

5p8 3BC

51.20.75kN/8各杆的固端弯矩1 1M3AB

p' l212 3

1.4675.423.564kNm121 1M3BC

p' l23 3中中

0.751.220.36kNm31 1M3CB

p' l26 3中中

0.751.220.18kNm6（单位：k∙）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→2.870.1560.1631.896-1.9013.834-0.61-3.232.69 中间层p'边

(11

3)p1 AB(120.333210.27kN/m8585.52果

0.3333)12.6p' p 中 8 BC各杆的固端弯矩1 1M AB 12

p' l2边边

10.275.4224.96kNm121 1M BC 3

p' l2中中

5.251.222.52kNm31 1M CB 6

p' l2中中

5.251.221.26kNm6（单位：kN∙）20.3280.3280.3440.1350.1290.1290.607A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-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→0.31-0.04-0.04-0.04-0.19→0.198.788.78-17.55525.915-3.49-3.49-18.9415.16中间层分层法弯矩计算结果中间层分层法弯矩计算结果底层（单位：kN∙）0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B-24.9624.96-2.52-1.267.318.619.04→4.52-1.86←-3.72-3.02-3.53-16.69→16.690.540.640.67→0.335-0.05-0.04-0.04-0.21→0.217.859.25-17.1126.045-3.06-3.57-19.4215.64二次分配不平衡弯矩：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 果0.281.33→-1.33-0.07-0.081.43-1.43-0.45-0.881.33-1.33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-B2.93-1.16-0.86-1.01-1.06→-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：M3ABM3BCM2ABM2BC

1 3.3263.384 1.4675.42- 1.99kNm8 21 0.752.42-1.91.36kNm81 18.7525.54 10.275.42- 15.29kNm8 21 5.252.42-17.7113.93kNm81 18.09525.312M1ABM1BC

10.275.42- 15.73kNm8 21 5.252.42-18.39m8 AABCD框架在活荷载下的弯矩图框架在活荷载下的弯矩图剪力计算：V3BA

13.3263.38421.4675.42 5.4

3.95kNV3AB

1.4675.43.953.97kN120.752.42V3BC

V 3CB

2.41

0.9kNV2BA

18.7525.545210.275.42 5.4

26.47kNV2AB

10.275.426.4728.988kNV2BC

V2CB

125.252.42 2.41

6.3kNV1BA

18.09525.312210.275.42 5.4

26.39kNV 10.275.426.3929.068kN1ABV2BC

V2CB

125.252.42 2.4

6.3kN轴力计算：NA36.483.9710.45kNNB310.083.950.914.93kNNA245.3628.98810.4584.798kNNB270.5626.476.314.93118.26kNNA145.3629.06887.798159.226kNNB170.5626.396.3118.26221.51kNA B C D框架在活荷载下的梁剪力，柱轴力图弯矩调幅：-精品-3、风荷载作用下的内力计算P3=7.582P2=15.163VP2=22.745VP1=39.172

K=0.94αc=0.32V=1.30K=0.94αc=0.32V=3.91K=1.23αc=0.54V=8.2

K=3.07αc=0.61V=2.49y0=0.35M上y0=0.35M上=3.042M下=1.638y0=0.45M上下=4.03y0=0.45M上下=6.33y0=0.5M上=13.428M下=13.428y0=0.59M上=15.8M下=22.73y0=0.55M上=24.09M下=29.44ABK=4.01αc=0.75V=11.39风荷载作用下剪力在各柱间分配风荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩A 风荷载作用下剪力在各柱间分配风荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩BBCD风荷载作用下的框架弯矩图-精品-图 N图B C五、内力组合

风荷载作用下框架剪力轴力图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。梁和柱内力组合表：-精品--精品--精品-柱内力组合表楼 截 ①恒柱层 面 载

②活荷载

③风荷载

④恒载1.2活

恒载1.20.9（活载1.4风载1.4）载1.4

Nmax,，M

Nmin，M

MmaxN,VM626.67M626.673.3263.02436.3278M516.3848.1521.63830.258436.81340.00840.008N167.58410.450.84214.6858245.303243.088243.088V——1.3———1.479M6-9.402-1.494.93-13.2194-28.403-13.764-28.403M5-6.63-3.4334.03-12.4189-23.745-14.640-23.745N216.40314.931.69279.0926330.131319.469330.131V——2.49———-3.297M412.81410.67.7429.156826.35143.92543.926M315.49211.36.3333.280435.92349.90249.902N322.87984.7983.55497.6922587.715578.874570.062V——3.91———4.438M4-5.51-4.4213.428-12.358-38.5210.653-38.521M3-6.136-4.5125.974-13.2262-36.806-4.754-36.806N392.12118.267.34624.282782.054736.941782.054V——7.46———-9.892M29.6956.9615.820.68210.79942.35942.359M15.473.92522.7311.6665-15.98146.66646.666N479.22159.269.805782.102917.195890.518890.518V——8.2———-10.022M2-3.89-2.8722.73-8.399-44.07517.922-44.075M1-2.075-1.5329.44-4.479-44.99830.776-44.998顶层BA中间层BA底层BN V —

221.51—

15.411.39

968.9882—

1249.527—

1136.288—

1136.288-14.656六、侧移验算u 7.582 2.070mm3 0.56721.26423u 33 h3

2.073.6103

0.575103

1550

，可以。u 22.745 2 0.56721.2642u22 h2

6.2113.6103

1.725103

1550

，可以。u 39.175 14.542mm1 0.54720.82u 1

39.175

3.094103

1 ，底层框架层间位移角

过大，超过限1 h 4.7103 550 11制。七、梁的截面设计由混凝土强度等级为 C30，受力钢筋采用 HRB335 查表，f 14.3N/mm;f 1.43N/mm;f 300N/mm，截面尺寸为300mm550mm，c t ymin

0.45 f

0.451.430.2145%0.2%。b300

'7200/32400mm，保护层yv25mm顶层：截面： M

33.28106

0.028s 1

bh21120.028

114.3300525212s12s

1

0.028bh

0.0280.02830052514.3A 1 fy

c300

5.88mm2取2B16，As截面：

402402mm2。 300525

0.253%

min

h0.231% 满足h0 M

53.16106

0.045s 1

bh21120.045

114.3300525212s12s

1

0.046bhf 0.0450.0463