一榀框架计算(土木工程毕业设计手算全过程)

一框架结构设计任务书本工程为成都万达购物广场----成仁店，钢筋混凝土框架结构。梁板柱均为现浇，建筑面积约为5750m²,宽27米，长为45米，建筑方案确定。建筑分类为乙类公共类建筑，二类场地，抗震等级三级。图1-1计算平面简图大大大大大大大大大大1)气象条件：基本风压3155KN/m²2)抗震设防：设防烈度7度3)屋面做法：20厚水泥砂浆面层40厚挤塑聚苯板保温层15厚高分子防水卷材20厚1:3水泥砂浆找平1:6水泥焦渣1%找坡层，最薄处30厚120厚现浇钢筋混凝土板粉底4)楼面做法：8~13厚铺地砖面层100厚钢筋砼楼板2.1梁柱截面的确定通过查阅规范，知抗震等级为3级，允许轴压比为[μ]=0.85由经验知n=12~14kn/m²取n=13kn/m²拟定柱的混凝土等级为C30,f=14.3N/mm²柱子尺寸拟定700mm×纵梁=L/12=9000/15=600mm现浇板厚取h=120mm2.2结构计算简图结构计算简图如下：图2-1结构计算简图图2-2平面计算简图3.1恒载标准值计算1)①屋面板恒荷载标准值20厚1:3水泥砂浆面层0.02×20=0.4KN/M²40厚挤塑苯板保温层0.04×0.5=0.02KN/M²20厚1:3水泥砂浆找平0.02×20=0.4KN/M²1:6水泥渣1%找坡层最薄处30厚(0.03+0.045)/2×14=0.525KN/M²合计18KN/M③屋顶框架梁所受恒荷载标准值次梁传给框架梁恒荷载④屋顶框架梁重量2)①楼面板恒载标准值8~13厚铺地砖面层20厚1:2水泥砂浆结合层120厚钢筋砼楼板石膏板吊顶楼面板传递给边柱的集中荷载：中柱的集中荷载：②2~5层纵向次梁恒载标准值计算简图见图3楼面单向板传给纵向次梁恒荷载次梁自重③2~5层框架梁所受恒荷载标准值次梁传递给框架梁恒荷载③2~5层框架梁恒载标准值框架梁自重0.4×(0.8-0.12)×25=6.8KN/M3)四层建在所取一榀框架梁上的填充墙恒荷载标准值墙自重0.2×(3.3-0.8)×10.3≈5.2KN/M粉刷(3.3-0.8)×0.02×17×2=1.7KN/M合计取(因为有构造柱取大点)7.2KN/M合计合计5)外墙自重标准值5层外墙作用在边柱的集中荷载合计4层玻璃幕墙作用在边柱的集中荷载2~3层外墙作用在边柱的集中荷载合计1)①屋面板活荷载标准值(不上人):0.5KN/M²②顶层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图2)③框架梁受次梁传递的活荷载标准值2)①5层楼面板活荷载标准值：5KN/M²②5层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)③框架梁受次梁传递的活荷载标准值④5层面板传递给边柱的集中荷载：知识就是力量3)①4层楼面板活荷载标准值：2.5KN/M²②4层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)4)①2~3层楼面板活荷载标准值：3.5KN/M²②2~3层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)③框架梁受次梁传递的活荷载标准值四内力计算4.1恒荷载作用下的内力计算刚度计算边=1.5Io知识就是力量知识就是力量42004200420033003300卷品品品品器器器品品品由于分布荷载在梁汇总产生的内力远小于集中荷载，所以将梁的分布荷载近似等效为作用在次梁处的集中荷载，以便于计算。回因为框架对称，且恒荷载为正对称荷载，所以取半榀框架进行计算。由结构力学梁端弯矩公式得到：4层结点弯矩：采用二次弯矩分配法(见下图)图4-4恒载弯矩分配图在竖向荷载作用下，梁端截面有较大的负弯矩，设计时应进行弯矩调幅，降低负弯矩，以减少配筋面积。对于现浇框架，支座弯矩调幅系数为0.85(在内力组合的表中进行梁端调幅计算)图4-5恒载作用下的框架弯矩图(等效为集中荷载时)表4-1恒载作用下内力楼层V.₈₃₀V.₈₃顶层005-180.6-180.6-180.60000-180.6-180.6-180.6-9.18-9.1800-180.6-180.6-180.600楼层₈顶层-221.19-178.155-180.6-189.78-180.6-180.6图4-6恒载作用下的框架梁的剪力图317.13317.13317.1386486柱轴力包括柱传下轴力和柱自重，恒载作用下的柱轴力见下图。6图4-7恒载作用下柱的轴力图活荷载按满跨布置，不考虑活荷载的最不利布置。此时，求得的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果偏小，故对梁跨中弯矩乘以1.2的增大系数。梁端弯矩应进行弯矩调幅，乘以调幅系数0.85.在内力组合的表中进行跨中弯矩增大和梁端调幅计算。方法同恒载作用下的内力计算，计算过程见下图。④③图4-8活荷载作用下的计算简图①知识就是力量嫌0.353|0.2060.1610.345-135-189-189图4-9活荷载作用下的框架弯矩分配图图4-10活荷载作用下的框架弯矩图表4-2活载作用下的内力楼层V.₃₅₀顶层-13.5-13.5-13.5005-135-135-135-7.3-7.3004-67.5-67.5-67.5-2.3-2.3003-94.5-94.5-94.5-5.19-5.19002-94.5-94.5-94.5-5.19-5.1900楼层顶层-13.5-14.11-142.3-135-127.74-69.8-67.5-65.23-94.52-94.5-88.71图4-11活载载作用下的框架梁的剪力图3365图4-12活荷载作用下柱的轴力图4.3地震荷载作用下框架的内力计算由设计需求，抗震设防烈度为7度，房屋高度为19.2m<30m,可知该框架的抗3、重力荷载代表值(取第④轴线的KJL计算各层重力荷载代表值)顶层重力荷载代表值G6=(63+32.4)×2+(126.23+32.4)×2+162×6+7.26×27=15KN第5层重力荷载代表值G5G5恒+0.5活=[(56.7+32.4+72.32)×2+(113.4+32.4)×2+150×6+6.8×27+0.5×(67.5×2+135×2+135×6)=2479KN第4层重力荷载代表值G4G4恒+0.5活=[(56.7+32.4+26.15)×2+(113.4+32.4)×2+150×6+6.8×第3层重力荷载代表值G3G3恒+0.5活=[(56.7+32.4+92.79)×2+(113.4+32.4)×2+150×6+6.8×27+55.86×4]+0.5×(47.25×2+94.5×2+94.5×6)KN第2层重力荷载代表值G2G2恒+0.5活=2387.67KN4、结构自震周期T₁可按下表计算计算水平地震作用标准值表二、水平地震作用产生的框架内力表4-3水平地震作用产生的框架内力位置顶层第5层第4层第3层第2层层数Z柱号反弯点高度y543212、水平地震作用下的框架内力图求出各柱剪力V:和该柱反弯点高度y:后，则该柱下端弯矩为M=V:yi,上端弯矩为右地震作用下的框架内力与左地震作用下的反号。图4-13水平地震(左震)作用下的框架内力图图4-14左震作用下的柱剪力图与轴力图(单位：KN)杆件截面位置内力种类①恒荷载②活荷载③重力荷载④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值合合组合值AM-30.-260.-64.19③+1.3-396.①+0.7②V11-13.883跨中M349B左M-25.88①+0.7②2①+0.7②V-12.4-13.88-311.B右M-22.-358.③+1.3-504.①+0.7②V2-14.95跨中M2C左M-22.-358.③+1.3-504.①+0.7②V-194-13.5-201.-14.9-285.杆件截面位置内力种类①恒荷载②活荷载③重力荷载④左震⑤右震组合项组合值项组合值项组合值AM-192-415.5-146.③+1.3-688.3①+0.7②V78-34.036跨中M5B左M-455.-114.3③+1.3-695.③+1.3V-186-142-257.-34.03-391.B右M-425.8-155.③+1.3-712.①+0.7②V6-40.61跨中M6C左M-425.-155.8③+1.3-712.①+0.7②V-180-135-248.1-40.6-376.表5-3KJ4的框架梁(4层)内力组合表杆件截面位置内力种类①恒荷载②活荷载③重力荷载④左震⑤右震组合项组合值合合组项组合值组合项组合值AM-107-366.14-257.③+1.3-774.③+1.3V3-53.026跨中M1B左M-124-455.-148.7③+1.3-739.③+1.3V-69.8-258.-53.02-379.B右M-112-426.-201.2③+1.3-773.③+1.3V5-52.68跨中M24C左M-112-426.-201.2③+1.3-773.③+1.3V-67.5-246.-52.6-364.杆件截面位置内力种类①恒荷载②活荷载③重力荷载④左震⑤右震组合项组合值合合组项组合值组合项组合值AM-138-334.-362.6③+1.3-873.③+1.3V18-84.699跨中MB左M-175-423.-285.4③+1.3-879.③+1.3V-189-99.-239.-84.69-397.B右M-164-397.-387.5③+1.3-980.③+1.3V65-101.12跨中M85C左M-164-397.-387.5③+1.3-980.③+1.3V-180-94.5-227.-101.1-405.表5-5KJ4的框架梁(2层)内力组合表杆件截面位置内力种类①恒荷载②活荷载③重力荷载④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值组合项组合值AM-131571V1跨中M②B左M-175575V-191-1002M-164569V6跨中M②5C左M-164569V-180553表5-65层柱内力组合表柱内力③重力④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值组合项组合值组合项组合值A柱上M1.35×①④⑤N剪力V下M②②④NB柱上M④④N剪力V下M④N表5-74层柱内力组合表柱内力③重力④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值组合项组合值组合项组合值A柱上M1.35×①④⑤N剪力V下M②1.35×①④N8柱上M②④④N剪力V-127下M②④N表5-83层柱内力组合表柱内力③重力组合项组合值组合项组合值组合项组合值组合项组合值A柱上M1.35×①+1.3×④⑤N剪力V下M1.35×①+1.3×④NB柱上M②+1.3×④④N剪力V下M②④N表5-92层柱内力组合表柱内力③重力④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值组合项组合值组合项组合值A柱上M1.35×①④⑤N剪力V下M1.35×①④NB柱上M②④④N剪力V下M②④N表5-101层柱内力组合表柱内力③重力④左震⑤右震组合项组合值组合项组合值组合项组合值组合项组合值A柱上M1.35×①④⑤N剪力V下M1.35×①-105④NB柱上M②④④N剪力V下M②④N六框架设计6.1框架梁截面设计：1)正截面承载力计算(由于组合后3层中跨梁弯矩最大，故取3层中跨梁验算)梁混凝土为C30左支验算(由于是对称的，右支验算同左支)采用单层钢筋，初步as取35mm翼缘计算宽度取值be按翼缘高度h:考虑：不受此项限制取最小值作be:,即be:=3000mm受压区高度取520钢筋单层布置实际满足最小配筋率②斜截面承载力验算(左支)纵筋排2层取保护层厚度25mm有效直径25mm满足③截面验算裂缝宽度Ate=0.5bh+(br-b)=0.5×400×800+(3000-400)12mm裂缝宽度验算不满足重新验算①正截面承载力计算(跨中)已知采用单层钢筋，配5中25as=37.5mm翼缘计算宽度取值be按翼缘高度h考虑：不受此项限制承载力满足要求。满足最小配筋率。②截面验算裂缝宽度Ate=0.5bh+(br-b)=0.5×400×800+(3000-400)12mmho=800-37.5=762.5mm裂缝宽度验算裂缝满足③扰度验算由裂缝验算知Pte=0.005<0.01取0.01先计算抗弯刚度扰度验算<Vim=lo/250=9000/250=36mm挠度满足要求由于2,3,4,5层弯矩大小差距不是很大，且考虑到方便施工，故将框架梁统一做成800mm×400mm,左支，右支在上方配10中25跨中纵向受拉钢筋为5中25在梁下方通长布分2层布置每层各5根，图6-12~5层梁左支配筋图顶层梁配筋计算方法同3层梁计算，最后算得顶层配筋跨中纵向受拉钢筋为4中20,在梁下方通长布置。左支，右支在上方配5+25,长度为lo(净跨)/3=2766mm箍筋全梁配φ8@1506.2框架柱设计①柱正截面承载能力计算(柱顶截面，底截面)A轴柱子验算：由于A轴的柱是边柱，所以按偏心受压计算。取5层柱子验算。V=-236.65kNM=429.95ANmN=389.73kNV=-235.89kNN=448.56kNN=448.56kN图6-3A第5层柱计算简图初始偏心距偏心距增大系数因为lo/h=4.7<15取52=1.0e=nei+h/2-as=1.008×1323.3+700/mm2.下截面Mmax情况下验算配筋计算属于大偏心受压因为lo/h=4.7<15取52=1.0属于大偏心受压e=nei+h/2-as=1.01×1127.2+700mm4.下截面Nmax情况下验算因为lo/h=4.7<15取ξ2=1.0通过比较A轴第5层柱子按下柱Mmax情况对称配筋。选用6虫22,实际A:=A:=2280.6mm²柱A层次12345截面尺寸组合上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面149266666611111111111111111111η偏心判断大大大大大大大大大大实配单侧知识就是力量柱A层次12345截面尺寸组合上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面78889666666ξ11111111111111111111η偏心判断大大大大大大大大大大实配单侧知识就是力量柱层次12345截面尺寸组合上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面3723666666511111111111111111111偏心判断小小大大大大大大大大实配单侧B轴柱子按Nmax计算：实际配筋5中20,As=1571mm²。①框架柱斜截面计算0.25βcfbho=0.25×1.0×14.3×700×6KNKN表6-4A轴柱子斜截面承载力验算柱A层次12345截面尺寸组合上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面492λ333333是否需要计算配箍否否否否否否否否否否计算箍筋构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍柱B层次12345截面尺寸组合上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面上截面下截面65123入333333是否需要计算配箍否否否否否否否否否否计算箍筋构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍构造配箍柱子保护层取30mm,A柱配筋：由规范规定，当混凝土偏心受压构件的截面高度h≥600mm时，在柱的侧面上应设置直径为10~16mm,间距不大于300mm的纵向构造筋。这里按构造配筋。图6-4A轴5层柱截面配筋图图6-5A轴1~4层柱截面配筋图2B柱配筋：按最不利情况配筋，即偏心情况下配筋，由规范规定，当混凝土偏心受压构件的截面高度h≥600mm时，在柱的侧面上应设置直径为10~16mm,间距不大于300mm的纵向构造筋。这里考虑便于施工，将B轴1~5层柱子的单图6-6B轴2~5层柱截面配筋图图6-7B轴1层柱截面配筋图作用在柱底的荷载效应基本组合设计值：M=108.9KN·M(1.2组合)N=3122.88KN(1.35组合)V=77.81KN(1.2组合)(1)求地基承载力特征值fa初选埋深1.5m经反复试算基础宽度3mfa=fak+nbγ(b-3)+ndYm((2)初步选择基底尺寸计算基础和回填土重Gk时的基础埋深d=0.5×(1.5+1.65)=1.58m由于偏心不大，基础底面积按20%增大，即初步选择基础底面积A=1×b=3×3=9m².(3)验算持力层地基承载力基础和回填土重Gk=YG*d·A=20×1.58×9=284.4kn偏心距=0.5m)基底最大压力满足满足最后，确定该柱基础底面长l=3m,宽b=3m(4)计算基底净反力偏心距基础边缘处的最大和最小净反力①柱边基础截面抗冲切验算初步选择基础高度h=550mm,从上至下分250mm和300mm两个台阶。冲切力：抗冲切力：满足满足②变阶处抗冲切验算冲切力：抗冲切力：0.7βhpfamhor=0.7×1.0×1=563KN>F₁满足I-I截面(边柱)柱边净反力悬臂部分净反力平均值：Ⅲ-Ⅲ截面(变阶处)变阶处净反力悬臂部分净反力平均值：因为该基础受单向偏心荷载作用，所以，在基础短边方向的基底反力可按均匀分布计算，]与长边方向的配筋计算方法相同，可得Ⅱ-Ⅱ截面(柱边)的计算配筋值因此按Asπ在短边方向配筋，由于要满足宽度内配筋受力筋间距在②B轴中柱基础设计：N=5366.4KN(1.2组合)V=8KNndYm(d-0.5)=290+3×19×(3