多层框架结构课程设计计算书

多层框架结构课程设计

设计计算书

目录

1、单层或多层混凝土结构课程设计任务书3

2、课程设计计算书7

2.1设计资料7

2.2结构布置及结构计算简图的确定8

2.3荷载计算10

2.4内力计算16

2.5内力组合28

2.6截面设计32

2.6.1梁的截面配筋32

2.6.2柱的截面配筋37

3、参考文献资料43

1.单层或多层混凝土结构课程设计任务书

1.1设计任务

1.1.1设计题目：某大学学生宿舍框架结构设计

1.1.2设计条件

7层钢筋混凝土框架结构学生宿舍，设计使用年限为50年，其建筑平面图和剖面图分

别如图1-1、图1-2所示，Z，i=5.4m(5.7m>6m),Hi=4.2m(4.5m)。楼面和屋面采用现浇钢

筋混凝土肋形楼盖结构；屋面采用柔性防水，屋面构造层的恒载标准值为3.24kN/nf；屋面

为上人屋面，活荷载标准值为2.0kN/mJ(3kN/m\4kN/m,)；楼面构造层的恒载标准值为

1.56kN/m*；楼面活荷载标准值为2.0kN/m2(2.5kN/m\3kN/m2)；墙体采用灰砂砖,重度

=18kN/m,外墙贴瓷砖，墙面重0.5kN/nf,内墙面采用水泥粉刷,墙面重0.36kN/m'；木框

玻璃窗重0.3kN/m\木门重0.2kN/m2；混凝土强度等级和钢筋级别请自行选择。建设地点位

于某城市郊区，底层为食堂，层高5.0m,2〜7层为学生宿舍，层高4.2m,室内外高差0.6m,

基础顶面标高-1.500m。基本风压=0.5kN/nf(0.45kN/nf、0.4kN/m2).试对该结构进行结构设

计，不考虑抗震设防。

图1-1标准层平面图

1.1.2设计内容

(1)确定构件截面尺寸、材料选用；

(2)荷载计算；

(3)对一幅框架进行内力分析、计算及组合；

(4)框架构件截面设计。

二

32.000

c------1

0

0

5

4

g

kD

卜

so

寸

L

g

KD

---1

9CD

P

-----4

JsO

is

0.600

J-0.120

1.1.3设计成果

（1）设计计算说明书一份

课程设计计算说明书应装订成册，要求打印（严禁复印），应包括以下内容:

1）封面：包括课程设计名称、学院（系）及专业名称、学生姓名、学号、班级、指

导教师姓名，以及编写日期等。

2）目录：应注意与设计计算书相对应，尽量细致划分、重点突出。

3）课程设计任务书

4）课程设计计算书：课程设计计算书主要记录全部的设计计算过程，应完整、清楚、

整洁、正确。计算步骤要条理清楚，引用数据要有依据，采用计算图表和计算公式应注明其

来源或出处，构件编号、计算结果（如构件截面尺寸、配筋等）应与图纸表达一致，以便核

对。当采用计算机计算时，应在计算书中注明所采用的计算机软件名称及代号，计算机软件

必须经过审定(或鉴定)才能在工程设计中推广应用，电算结果应经分析认可。荷载简图、

原始数据和电算结果应整理成册，与手算计算书统一整理。选用标准图集时，应根据图集的

说明，进行必要的选用计算，作为设计计算书的内容之一。计算书中图表及公式必须打印。

5)参考文献：列出主要的参考文章、书籍等。

6)封底

(2)结构施工图，主要包括：

1)标准层结构平面布置图；

2)横向框架配筋图。

设计图纸要求：依据国家制图标准《房屋建筑制图统一标准》(CB/T50001—2001)和

《建筑结构制图标准》(GB/T50105—2001),采用铅笔或CAD绘图，设计内容满足规范

的要求，图面布置合理，表达正确，文字规范，线条清楚，达到施工图要求。凡不符合《房

屋建筑制图统一标准》和《建筑结构制图标准》，图纸表达不清、不正确、结构构造关系混

乱和文字不规范者，一律返工重画。

1.1.4设计参考进度及要求

第一天：布置设计任务，阅读设计任务书、指导书及设计例题，复习有关课程内容。确

定建筑结构平面布置图草图；

第二天：进行结构设计参数计算；

第三天：进行框架内力计算及内力组合；

第四天：进行框架截面设计计算及绘制配筋草图，

第五天、第六：绘制结构平面布置图、计算框架配筋图；

第七天：整理计算书；

第八天：答辩

(施工图全部要求提供手画图，建议采用A2图纸绘图，此外，也可附上CAD图，将

作为最终成绩评定参考)

1.1.5参考资料

(1)李汝庚、张季超主编.混凝土结构设计[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

(2)中华人民共和国标准.混凝土结构设计规范GB50010-2002[S].

(3)孙香红、李红主编.实用混凝土结构设计[M].西安：西北工业大学出版社，2008.

1.1.6成绩评定

(1)课程设计的成绩构成

课程设计的成绩由三部分构成，各部分成绩所占比例如下：设计成果(包括设计计算书

和设计图纸)占50%；设计过程(包括设计态度和创新精神)占30%；设计答辩(包括自

述情况和回答问题情况)占20%。

1）设计成果

设计成果包括：概念是否清楚；设计条理是否清晰；设计方案是否正确、合理；设计方

案的确定是否经过充分论证；设计参数的选择是否正确；设计计算部分是否完整、正确；设

计图纸是否满足施工图的要求；设计计算书是否符合规范、内容是否完整、书写是否清楚、

层次是否分明：文字是否流畅；手绘和计算机绘图是否合理搭配运用。

2）设计过程

设计过程包括：设计的进度是否符合要求；能否按时完成规定的设计任务；对待设计技

术问题是否具有严谨的科学态度；是否具有求实与探索创新精神；能否主动学习；是否遵守

纪律。

3）设计答辩

设计答辩包括：自述表达是否清楚；自述内容是否完整；回答问题是否完整、准确；分

析问题、解决问题的能力如何；是否具有一定的应变能力。

（2）课程设计的成绩评定标准

课程设计成绩分优、良、中、及格、不及格五个等级。

1）优：设计思路清晰，结构方案良好。设计参数选择正确，选择依据充分，设计计算

内容完整，正确无误。设计图纸满足工程制图要求，表达内容满足课程设计要求，正确无误。

图面整洁，布局合理。设计计算书规范、完整，语言表达逻辑性强，书写清晰，有条理。设

计态度端正。

2）良：设计思路清晰，结构方案合理。设计参数选择正确，选择依据较充分，设计计

算内容完整、正确。设计图纸能满足工程制图要求，表达内容能满足课程设计要求。图面较

整洁，布局较好。设计计算书规范、完整。语言表达逻辑性较强，书写清晰，有条理。设计

态度端正。

3）中：设计思路较清晰，结构方案基本合理。设计参数选择基本正确，主要参数的选

择有依据。设计计算内容完整，有少量错误。设计图纸主要内容满足工程制图要求，表达内

容满足课程设计要求。图面基本整洁。设计计算书较规范，内容完整。语言表达有一定的逻

辑性，书写整齐。设计态度基本端正。

4）及格：设计思路基本清晰，结构方案基本合理。主要设计参数选择正确。设计计算

内容基本完整，有一些错误。设计图纸基本满足工程制图要求，表达内容基本满足课程设计

要求。图画基本整洁。设计计算书基本规范，内容基本完整，语言表达有一定的逻辑性，书

写整齐。设计态度基本端正。

5）不及格：设计思路不清晰，结构方案不合理。关键设计参数选择有错误。设计计算

内容不完整，计算有明显错误。设计图纸基本满足工程制图要求，设计图纸表达内容不满足

课程设计要求。设计计算书不规范，内容不完整。设计态度不端正。

2.计算书

某大学7层学生宿舍楼，采用钢筋混凝土框架结构，没有抗震设防要求，设计年限为50

年，试设计该结构(限于篇幅，本例仅介绍③轴框架结构的设计)。

2.1设计资料

7层钢筋混凝土框架结构学生宿舍，设计使用年限为50年，其建筑平面图和剖面图分

别如图1-1、图1-2所示,Li=6m,Hi=4.5m.

(1)设计标高：室内设计标高土0.000相当于绝对标高4.400m,室内外高差600mm。

(2)墙身做法：墙体采用灰砂砖，重度=18kN/m,外墙贴瓷砖，墙面重0.5kN/m、内墙面

采用水泥粉刷，墙面重0.36kN/m1

(3)楼面做法：楼面构造层的恒载标准值为L56kN/m'；楼面活荷载标准值为2.5kN/m\

(4)屋面做法：屋面采用柔性防水，屋面构造层的恒载标准值为3.24kN/m?；屋面为上人

屋面，活荷载标准值为2.0kN/m，

(5)门窗做法：木框玻璃窗重0.3kN/nf,木门重0.2kN/m!»

(6)地质资料：位于某城市的郊区，底层为食堂，层高4.5m,2~7层位学生宿舍。

(7)基本风压：g=().4kN/m2»

(8)材料选择：混凝土强度等级C35,钢筋级别HRB400和HPB300。

图1-1建筑平面图

32.000

31.880

o・

27.500

27.380

23.000

22.880

18500

18.380

14.000

57r

13.880g

9.500

9.380.o

5.000

''^7

4.880g

s■

0.000

-0.600

-0.120

1400…0

80001400j6600

16000

图1-2建筑剖面图

2.2结构布置及结构计算简图的确定

结构平面布置如图2-1所示。各梁柱截面尺寸确定如下:

48000

।l\450X500

I\™II§

III'------------II250X5001

500X600250X500500X600

s

£=青干选

§

II窗

II

400X1000o

450X500§

600060006000600060006(X)060006000

48000__________

©""0oio~~@__o0o

图2-1结构平面布置图

边跨(AB、CD跨)梁：/?=(-/--/)=—x8000=(666.7~1()00)^,

81212

―・L

取力=100()mm；b=取8.33

8.331.04§

1.042.00

h=400mm。8.338.33

I

0

1.04X0

2.00-b45

4

8.338.33.

JI—

边柱和中柱（A轴、B轴、C轴）连系0

、0

梁：取bxh=250mmx500mm；中1.042.00-b45

8.338.334

柱截面均为LL

>x〃=500mmx600mm,边柱截面

1.042.001.04§

均为bxh=450mmx500/7^71现浇

8.338.33

楼板厚120〃〃%。L

o

1.042.001.04g

8.338.33

\

1.042.001.04§

结构计算简图如图3-59所示根

8.338.33

据地质资料，确定基础顶面标高I

o

为一1500mm,由此求得底层层高为

0.721.380.729

6.5/次〃。各梁柱构件的线刚度经计算9

后列于图2-2。其中在求梁截面惯性矩力7万WTL

时考虑到现浇楼板的作用，取/=2/。80008000L

4r1r

（为考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性

矩）。图2-2结构计算简图：单位；X10-3E(m3)

AB、BC跨梁：

2Ex—x0.4xl3

i=----2--------=8.33x10-3EQ/)

8.0

中柱：

1a

Exx0.5x0.63

上部各层柱i=——气工-------=2.00x10-3E(/〃3)

Ex—x0.5x0.63

底层柱i=一运-----------=1.38x10-3£(疝)

边柱:

Ex—x0.45x0.53

上部各层柱i=—运飞-------=1.04x10-3七(加3)

1,

Exx0.45X0S

底层柱，=一品------------=0.72x10-3£(加3)

6.5

各节点梁的线刚度与柱的线刚度比均大于3

2.3荷载计算

1.恒荷载计算

(1)屋面框架梁线荷载标准值：

屋面构造层的恒载标准值3.24kN/m2

120mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.12x25=3.0/^，/

6.24kN/m2

屋面恒荷载

边跨(AB、BC跨)框架梁自重0.4x1.00x25=10.0内界相

梁侧粉刷2x(1.0—0.12)x0.02x17=0.6kN/m

[0.6kN/m

因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为：

g7ABi=g7BCl=l°6kN/m

g7AB2=81BC2=6.24x6=37.44kN/m

(2)楼面框架梁线荷载标准值

楼面构造层的恒载标准值1.56kN/m2

120mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.12x25=3.(UN/m2

4.56kN/m2

边跨框架梁及梁侧粉刷W.6kN/m

边跨填充墙自重灰砂嵇024x(4.5-10)x18=15.12人9相、

墙粉刷2x(4.5—10)x0.36=2.52ZN/加上17.64kN/m

作用在中间层框架梁上的线荷载为：

SABI=8BCI=2S.24kN/m

gAB2=gBC2=4.56x6=27.36kN/m

(3)屋面框架节点集中荷载标准值

边柱连续梁自重0.25x0.50x6x25=18.754N

粉刷0.02x(0.50-0.12)x2x6x17=1.56Z:N

0.9加高女儿墙自重0.9x0.20x6x18=19.44^

粉刷0.9x0.02x2x6x17=3.67左N

连续梁传来屋面自重-x6xlx6x6.24=56.16^

22

顶层边节点集中荷载

G1A=Glc=99.5SkN

D、E连续梁自重0.25x0.50x6x25=18.75ZN

粉刷0.02x(0.50—0.12)x2x6x17=1.56左N

连续梁传来屋面自重1X6X,X6X6.24+L1.4x6x6.24=82.37ZN

222

顶层、节点的集中荷载

DEG7„=G7£=102.68^

中柱连续梁自重0.25x0.50x6x25=18.75^

粉刷0.02x(0.50—0.12)x2x6x17=L56ZN

连系梁传来屋面自重L4x6x6.24=52.42攵N

顶层中节点集中荷载

G1B=72.73kN

(4)楼面框架节点集中荷载标准值

边柱连系梁自重18.750V

粉刷156kN

木窗自重3.6x24x0.3=2.59攵N

墙体面积[(6-0.45)x(4.5-1.0)-(3.6x24)]=10.79川一

墙体自重0.24x10.79x18=46.61^

外墙贴瓷砖10.79x0.5=5.4^

内墙粉刷10.79x0.36=3.88^

框架柱自重0.45x0.5x4.5x25=25.3IkN

粉刷0.95x0.02x4.5x17=1.38^

连系梁传来楼面自重—x6x—x6x4.56=41.04kN

22

中间层边节点集中荷载=4=146.36ZN

D、E柱连系梁自重18.75攵N

粉刷\.56kN

内纵墙自重(6—0.5—1.2)x(4.5-0.5)x0.20x18=61.924N

粉刷(6-0.5-1.2)x(4.5-0.5)x0.02x17x2=11.7AN

门重L2x2.4x0.2=0.58ZN

连系梁传来楼面自重-x6x-x6x4.56+-x1.4x6x4.56=60.19^

222

中间层D、E节点集中荷载GD=154.54ZN

GE=80.34ZN

边柱连系梁自重18.75ZN

粉刷1.56氏N

墙体、粉刷、门自重74.2攵N

框架柱自重0.5x0.6x4.5x25=33.754N

粉刷1.1x0.02x4.5x17=1.68^

连系梁传来楼面自重1.4x6x4.56=38.3攵N

中间层中节点集中荷载GB=168.08ZN

(5)恒荷载作用下的结构计算简图

恒荷载作用下结构计算简图如图3-1所示。

2.楼(屋)面活荷载计算

楼面活荷载作用下结构计算简图如图3-61所示。图中各计算荷载值如下：

顶层

均布p7AD=PICE=2.0x6=12kN/m

集中载p1A=p7c=gx6x；x6x2.0=18kN

p1D=PIE=—X6X—X6X2.0+—X1.4X6X2.0=26.4ZN

PIB=1.4x6x2.0=16.8kN

中间层

均布PAD-PCE—2.5x6=15kN/m

集中载PA=Pc=gx6xgx6x2.5=22.5ZN

PD=PE=-x6x-x6x2.5+-xl.4x6x2.5=33Z:N

222

外=14x6x2.5=2次N

G7D=G7E=102.68KN

G7A=99,58KNG7C=99.58KN

—g7AB2=37.44KN/m

Hg7ABl=10,6KN/m

G7B：72.73KN

GD=154.54KNGE=80,43KN

GA=146.36kNOC=14iS.36KN

gAB2=27.36KN/m

4nhw捅珞?gABl=28.24KN/m

GB=L48.08KN

图3-1恒荷载作用下结构计算简图

P7A=18KNP7D=P7E=26.4KN

pjtiiniihbi__id

P7I=16.8KN

PA=22,5K7PD=PE=33KNP2=22.5KN

岫WfcZIPAD=PCE=18KN/m

PB=21KN

777777777777

图3-2楼面活荷载作用下结构计算简图

3.风荷载计算

风压标准计算公式为

3=伉•m•m•3。

因结构高度H=32m〉30m,故按荷载规范求；对于矩形平面4=1.3；可查

荷载规范。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表3-

3所示。表中为框架节点至室外地面的高度,A为一根框架各层节点的受风面积，

计算结果如图3-4所示。

表3-3风荷载计算

风振系体型系变化系基本风受风面

层高度z风荷载作用

积

次数瓦数策(m)数也压3。3(kN)

A(m2)

71.3981.332.61.4480.417.961.05318.91

61.3471.328.11.3780.425.650.96524.76

51.2831.323.61.3010.425.650.86822.26

41.2081.319.11.2170.425.650.76419.61

31.1451.314.61.1120.425.650.66216.98

21.0861.310.110.425.650.56514.49

11.0291.35.610.427.080.53514.49

寸

―

L8T

寸

―1r

u8n

§

图3-4风荷载作用下结构计算简图

2.4内力计算

1.恒荷载作用下的内力计算

恒载和楼面活载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。这里以框架

恒载中间层为例说明分层法的计算过程，其他层（顶层、底层）仅给出计算结

果°

由图3-1取出任一层进行分析，结构计算简图如图4-1所示。图4-1柱的线

刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。

图中梁上分布荷载由梯形（及矩形和三角形）两部分组成，在求固端弯矩

时可直接根据图示荷载计算，也可根据固端弯矩相等的原则，

先将梯形分布荷载和三角形分布荷载，化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算

公式如图4-2所示。

,（三角形）

图4-2荷载的等效图

因此图不太规则，不能完全等效，故采用结构力学求解器，求得杆端的弯矩为

M⑦=—276.86左N•机

MBA=371.29kN・m

=_300.59^N•加

M=261.87kN

弯矩分配法计算过程如图4-3所示，计算所得结构弯矩图见图4-4。同样可用分

层法求得顶层及底层的弯矩图。

1A-4.923C

12.4537.36---------2B

------------016-164-3032-10.17

i0.485-0.9410.49f

36.875-3.82-31.01

ABAlA4B2BABCC3CB

0.750.1250.125|[0.05|0.450.45|0.05|0.1250125|075

-276.86371.29-300.59261.87

-15.77--31.53”•/7

91QaA-—inoAAQ904■.124n9

9QQ--________7_77fi__________QQ

2an―1AR1AC一2.90

1r------------nAC

-75.37A4441.60-431.7760.39

B5C6

36.875382-31.01

0.491

|沙-0.94

37.36①•-30.52

4A-4.925B-10.17

12.45-1.646C

图4-3弯矩分配法计算过程

将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒载作用下

的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩并不一定能达到平衡,

这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度，可将节点不平衡

弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如

图4-5所示。并进而可求得框架各梁柱的剪力和轴力如图4-6和图4-

7o

必须注意，在求得图4-5所示结构的梁端支座弯矩后，如欲求梁

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按平衡条

件计算，而不能按等效分布荷载计算。

考虑梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，

以备内力组合时用，可适当求出。

-342.61A-340.46

-35.51K-32.34

SI

153-45-442.65-426.3315611

79.90-64.53

W1nx

-424.7517253

208.61-443.08'\

-64.25

82.56

207.08-443.00,-424.88173.46

82.41-64.29

“I173.38

82.36

-64.25

-424.32173.33'

207.21-MZ75

•83.3八-64.96

4496243461

206.84----173.32

64.15

x<LLJ>r-49.85

213.02175.73

图4-5恒载弯矩计算结果（单位：kN-m）

-16.40-14.41

-200.75-515.05-200.62

一

-2.050.17

-486.64

・499.63-1274.66

0.14—-0.04二

二-798.79-2033.82-772.82

-0.01—0.00

二

-1097.95-2793.01-1059.00

_0.050.02：

一

二-1397.10-3552.21：-1345.16

--0.82—-0.54：

=-1631.49

二-1696.41-4311.08

14.3111.12

—

_-1992.46-5076.80._-1914.64

图4-6恒载轴力计算结果（单位：kN）

101.17221.22

-101.04

265.09

152.52-221.10

■^<1-139.66

264.93

152.81-326.43

-139.82

△"4

152.80-326宕

Tn、一....

“7」-139.81

264.95

耙9一326%Thn^

ITT^,

7」，

-139.80

264.79

15295r

1T-r-....-3.26.17Tbrr^

-139.97

267.97

4^9.69-326.百

“山」।

-136.79

-329.27'

图4-7恒载剪力计算结果（单位：kN）

2.楼面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，各层楼面活荷载布置可能有几种组合形式。同样采用结构力学

求解器计算，考虑弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩

值。其最后弯矩图（标准层）如图4-8所示。并进而可求得框架各梁柱

的剪力和轴力如图4-9和图4-10o

出.-"77.06

35.71-93.1635.71

-7.81

-15.83।।।।।「-15.83

)8.02

43.06-93.0743.06

-16.01I-8.01)-16.01

-&008.00

-93.08

43.0143.01

-1*600187.01WJX・8.00,-1600

-93.08

43.0243.02

-15.998.00-8.00-15.99

-7.997.99

-92.99

43.0243.02

-16.18I7.98-7.9%-16.18

-820

&20

-94.86

42.9742.97

-12.43

!8.43-8.43-12.43

-4.004.0

43.9143.91

2.00-2.00

图4-8