混凝土框架结构课程设计

温州高校瓯江学院

WENZHOUUNIVEKSIIYOUJIANSCOLLEGE

《混凝土结构课程设计〈二）》

专业：____________土木工程___________________

班级：08土木工程本一

姓名：___________________________________

学号：______________________________________

指导老师：_______________________

日期：2018年6月10号

混凝土框架结构课程设计

一.设计资料

某三层工业厂房，采纳框架结构体系。框架混凝土柱截面尺寸

边柱为500mmX500mm,中柱600mm义600mm。楼盖为现浇钢筋混凝楼

盖，其平面如图所示。〈图示范围内不考虑楼梯间）。厂房层高分别

为4.5,4.2,4.2Mo地面粗糙度类别为B类。＜Ll=8100,

L2=6600)

1.楼面构造层做法：20mm厚水泥砂浆地面，钢筋碎现浇板，

15mm厚石灰砂浆刷。

2.可变荷载：楼面屋面标准值取5.OKN/in?,活荷载分项系数

1.3o

3.永久荷载:包括梁、板与构造层自重。钢筋碎容重25KN/

m3,水泥砂浆容重20KN/m3,石灰砂浆容重17KN/m%分项系数为

1.2o

材料选用：

混凝土采纳C20<fc=9.6N/mm：£=1.ION/mm?)0

钢筋柱、梁受力筋采纳H级钢筋〈f,=300N/nun2),

板内与梁内其它钢筋采纳I级<备=210N/mm2)

.•框架梁与柱子的线刚度计算

取①轴上的一根框架作为计算简图，如图所示。

49.7066.2849.70D

ABC

▼TvIo

ooO

cn济

ininCU

.49.70

66.2849.70

EfGH

11g

.0.0

99OJ

55

49.7049.70

I

JKL

9O

QJO

CO

OJ寸

MP

,——咨一,l—蝮__,，

®©©(D

计算的图（单位kn/mm）

梁、柱混凝土强度等级为C20,&=2.55X10%/mm2=25.5

62

X10KN/mo框架梁惯性矩增大系数：边框架取1.5,中框架取

2.0o

中框架梁的线刚度：

63

iJ=ahEIb/l=2.OXQX25.5X10X0.3X0.7/6.6=66.28X

103KN・m2

边框架梁的刚度：

263

ibabEIb/l=1.5义目X25.5X10X0.3X0.7/6.6=49.70X

103KN・m2

底层中柱的线刚度:

底中6

i=EIC/1=gX25.5X10X0.6X0.674.5=61.44X

10:iKN♦m2

底层边柱的线刚度

底边6

i=EIC/1=[x]X25.5X10X0.5X0.5/4.5=29.51X

103KN・m2

其余各层中柱的线刚度

1其中=0.9EL/1=0.9X3X25.5X106X0.6X0.674.5=55.30

X10:,KN・m2

其余各层边柱的线刚度

i底边=0.9EL/1=0.9X0X25.5X106X0.5X0.5/4.5=26.56

X10:,KN•m2H.荷载计算

1.恒荷载标准值计算

(1)楼〈屋)面自重

结构层：80厚现浇钢筋碎板0.1mX25KN/m3

=2.5KN/m2

20mm厚水泥砂浆面层0.02mX20KN/m3

=0.4KN/m2

20mm石灰砂浆天棚抹灰0.015mX17KN/m3

=0.26KN/m2

合计gk

=3.16KN/m2

(2)梁自重

次梁自重25KN/m3X0.25mX<0.45m-0.Im)=

2.19KN/m

次梁抹灰自重2X17KN/ni3><0.015m><<0.45m-0.Im)+

0.02m

X

0.25m

X17KN

/m=

0.26

KN/m

合计gk

=2.45KN/m

主梁自重25KN/m3X0.3mX<0.7m-0.Im)=4.5

KN/m

主梁抹灰自重2X17KN/m3X0.015m><<0.7m-0.Im)

+0.02m

XO.3mX

17KN/m

=0.41KN

/m

合计gk

=4.91KN/m

⑶柱自重

边柱自重25KN/m3X0.5mXO.5m

=6.25KN/m

边柱抹灰自重4X17KN/m3XO.02mX

0.5m=0.68KN/m

合计

gk=6.93KN/m

中柱自重25KN/m3X0.6mXO.6m

=9.0KN/m

中柱抹灰自重4X17KN/m3X0.02mX

0.6m=0.82KN/m

合计

gk=9.82KN/m

2.活荷载标准值计算

<1）楼〈屋）面活荷载标准值：5.OKN/m2

<2）雪荷载

Sk=O.35KN/m2

屋面活荷载不与雪荷载同时考虑

取两者中大者。

3.框架竖向荷载计算

<1）A~B（B~C,C~D>轴间框架梁

楼面〈屋面）板传荷载。

恒载：3.16KN/m2X3.3mX5/8上/

一匚一

6.52KN/m

活载：5.OKN/m2X3.3mX5/8=

10.31KN/m

梁自重：4.91KN/m

A~B(B~C,C~D＞轴间框架梁均布荷载为：

恒载=板传荷载+梁自重

=6.52KN/m+4.91KN/m=11.43KN/m

活载〈板传荷载

取荷载11.34KN/m

⑵A(D〉轴柱竖向荷载计算

顶层柱顶

顶层柱顶恒载：

屋面板传荷载

3.16KN/m2X3.3mX5/8X

3.3m+3.16KN/m2X3.3m

X<l-2X0.422X0.423)X

3.9m=63.15KN

梁传荷载

2.45KN/mX<3.9m一

0.25m)+4.91KN/mX<3.3m-0.25m)=23.92KN

顶层柱顶活载：

屋面板传荷载

5.OKN/m2X3.3mX5/8X<3.3m-

0.25m)+5.0KN/m2X3.3mX<l-2X0.422X0.423)

X<3.9m-0.25m)=90.10KN

顶层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载

=63.15KN+23.92KN

=87.07KN

顶层柱顶活载=板传荷载

=90.10KN

二层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重

=2X44.82KN+2X23.92KN+6.93KN/mX

4.2m

=166.59KN

二层柱顶活载=板传荷载

=2X72.57KN

=145.14KN

底层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重

=3X44.82KN+3X23.92KN+2X6.93KN/m

X4.2m

=264.43KN

底层柱顶活载=板传荷载

=3X72.57KN

=217.71KN

基础顶面恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重

=3X44.82KN+3X23.92KN+(2X6.93KN/

mX4.2m+6.93KN/mX4.7m>

=297.0KN

基础顶面活载=0KN

(3)B(C>轴柱竖向荷载计算

顶层柱顶

顶层柱顶恒载：

屋面板传荷载

2X0.16KN/m2X3.3mX5/8X3.3m+3.16KN/m2

X3.3mX<l-2X0.422X0.423)X3.9m)=

89.64KN

梁传荷载

2X<2.45KN/mX<3.9m-0.25m)+4.91KN/mX

<3.3m-0.25m))=47.84KN

顶层柱顶活载：

屋面板传荷载

2X<5.5KN/m2X3.3mX5/8X<3.3m-

0.25m)+5.5KN/m2X3.3mX<l-2X0.422X0.423)

X<3.9m-0.25m))=145.14KN

顶层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载=137.48KN

顶层柱顶活载=板传荷载=145.14KN

二层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重=

316.2KN

二层柱顶活载=板传荷载=290.28KN

底层柱顶恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重=

494.93KN

底层柱顶活载=板传荷载=435.42KN

基础顶面恒载=板传荷载+梁传荷载+柱自重=

541.08KN

基础顶面活载=板传荷载=0KN

框架在竖向荷载作用下的受荷图如图所示

68,74137.48137.4868,74

72.5711.43145.14114314$,14比4372.57

11.3411.3411,34

力同嗣卅卅苗用卅加麻B计卅麻麻制田卬叫搠HI用出卅加H卅戊

166,59316,2316,2166.59

145.14111,43290.2811.432912811.43145.14

11,3411,3411,34

jiiiiiBiaiiiiiiiriiianiiiiiaiiiaiiiiiiriiiiiiiiiiiiiriiiianii

264.43494.93494.93264.43

217.7111,434354211.43435.4211,43217.71

11.3411.3411.34

4Ali4J，

297.0541.08541.08297.0

11,4311.4311.43

11.3411.3411.34

jiiiiiiiiiniiiiiiiiiiiiriiiaiiiMiiiiiaiiiiiiiiiiriiiiiiiaiiiii

-----------6600„----------66001t----------6600（（

®©©©

蜥受粗胭中各值单位也门，雕为标准值）

4.框架水平荷载计算

为简化计算，将风荷载近似用作用在屋面梁和楼面梁

节点处的集中荷载，其标准值：

Wk=Bz口s口z30<hi+hj)B/2

WK计算过程见表

集中风荷载标准值

3。

离地高UZ3RshihjBwk

度KNm2KN

z/m

13.11.091.31.30.64.203.99.05

8.91.001.071.30.64.24.23.913.67

4.71.001.021.30.64.74.23.913.81

四.框架结构内力计算〈采纳分层法和D值法)

为简化计算，考虑如下几种单独受荷状况：

(D恒载作用

(2)活荷载作用于A〜B轴跨间

(3)活荷载作用于B〜C轴跨间

(4)活荷载作用于C〜D轴跨间

(5)风荷载作用〈从左向右或从右向左)

1.恒荷载标准值作用下的内力计算

节点各杆的弯矩安排系数按下式计算

Pik=iik/二iik

2

节点的不平衡弯矩即梁固端弯矩M=-l/12ql0

由分层法可求得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图<

计算过程见图a),在求得结构支座弯矩〈按弹性理论计

算）后采纳结构实际荷载按静定结构由平衡条件可求得

杆件其他内力。跨内最大正弯矩近似按跨中弯矩计算。

梁端剪力依据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起

的剪力叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠

加而得。

恒荷载标准值满跨作用的弯矩图、剪力图、轴力图见

图1、图2、图3

2.活荷载标准值作用下的内力计算

活荷载标准值作用在A〜B轴跨间的分层法计算

过程见图b、弯矩图、剪力图、轴力图见图4、图5、

图6

活荷载标准值作用在B〜C轴跨间的分层法计算

过程见图c、弯矩图、剪力图、轴力图见图7、图8、

图9

活荷载标准值作用在C〜D轴跨间的分层法计算

过程见图d、弯矩图、剪力图、轴力图见图10、图

n、图12

3.风荷载标准值作用下的内力计算

采纳D值法按下述步骤计算框架内力（见表广5>

（D确定各柱的反弯点位置；

（2）分层取脱离体计算各反弯点处剪力；

（3）先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为

中间节点时，按梁的线相对线刚度安排节点的柱

端不平衡弯矩。

其他内力的计算：依据力的平衡条件，由梁两端

的弯矩求出梁的剪力；由梁的剪力，依据节点的

平衡条件，可求出柱的轴力。

风荷载标准值作用下的内力图见图13、14、15所示

0,3640,636_____0.2840.3370,379卜3790.337d2840,6360.364

-41.4941.49-41.4941.49-41.4941.49

15.1026.393^13.20-13.20^26.39-15.10

-1.88-3.75-4.45-5.0005.004.453.75^1,8S

X

0.68L20,一跖》-0.64-1.20-0.68

0.62.50-2.50

-0,88-1.04-1.171.171.040.88

50.66-5.49-45.1645.16

15.78-15.78549-50.661578-15.78

xl/3xl/3xl/3xl/3

5.26-1.831.83-3,26

顶层分层法计算凝〈靴km/M)

二层分层诙计算过程伸他＜n/M）

底层分层法计算过程（单tkn/M）

图a恒荷载作用下分层法计算过程

表1A(D＞轴框架柱反弯点位置

层号h/m0y。yiY2Y3yyh/m

34.21.750.390000.391.64

24.21.750.45000.451.89

14.71.760.560000.562.63

表2B(C＞轴框架柱反弯点位置

图1恒荷载作用下的M图(单位kN,M)

28.1328.13

29.5029.50

29.4129.41

图2恒荷裁作用下的V由（单曲N）

因3恒犍作用下淤图（单像N）

表3框架柱修正后的抗侧刚度

3

轴号层号a,：EI/hD=ac12EI/h

A0）》3层0.4728.469.10

2层0.4728.469.10

1层0.6028.269.21

B(C>3层0.5059.0120.08

2层0.5059.0120.08

1层0.6258.6019.74

0.3640,6360.2840.3370.379B3790.3373.2840.6360.364

-41,1641.16

14.9826.1813.09

-7.71-15,41-18.28-20.56^10,28

2.814902,453.903,462.921.46

-0.70-0.83-0,93

”-0门.4…7-0,47^^093-0.53

0,340.320.27

-19,11-21,496.513,782,72053

17,79-17.794039-0,53

bi/3

5.93-6.371,26-0,18

77^^/〃////小

顶层分层法计算雌(单位kn/M)

表4风荷载作用下框架柱端剪力弯矩和梁端弯矩计算

轴号层号VikNDZDD/EDVyh/mMesMexMbzMby

kN/mkN/mkN//kN•/kN・/kN・

kN•mmmm

A(D>39.059.1058.360.161.41.643.712.383.71

5

222.729.1058.360.163.61.898.416.8810.79

4

136.539.2157.90.186.52.6313.6217.3120.50

8

B（C>39.0520.0858.360.343.01.687.765.173.344.42

8

222.7220.0858.360.347.71.8917.8314.599.8913.11

2

136.5319.7457.900.3412.2.5926.2132.1717.5423.26

42

3.80Tk32063-0.13

皿2Xl/3>d/a>i/a

1270.270.460.220,250.250.280.280.250.250.220.460.270.27

-41.164116

11.1111.1118.93-947

-1.04.X】/己_11.14-12.6e-12.66-14.18^7.09

Q280.280.48-0.241.0C-1.991.771.771.56丝1,46

0.27-0.31-0.31-0.35-0.18-0.34巫--067-0,39-0.39

0.150.130.130.11

39.46-12,97-12.97-13.535.131.901.901.3G

11.3911.39-22.7S0.79-0.39-0.39

|xl/3]>d/3jxl/3

.怎3

3.800.63-0.13

物^3^3

二层分层法计算过程（靴kn/M）

表5风荷载作用下框架柱轴力和梁端剪力计算

层号梁端剪力/kN柱轴力/kN

AB跨BC跨CD跨A轴B轴C轴D轴

31.021.341.021.02<0.320.31.02<

拉）2拉）

23.133.973.134.15<1.861.84.15<

拉）6拉）

15.767.055.769.91<3.153.19.91<

拉）5拉）

瀛相法计算螳（靴kn/M）

图b活荷载作用在AB轴间分层法计算过程

图13风神作用下框架M图（单蛆NN）

图4活荷载作用在AB轴间的M因（单住kN,M）

26.502.27

0.26

27.42

1.27

0.15

27.42

1.27

0.15

32.48

©5浦载作MAB椭的V因（单%N）

99.07108.242.530.26

99.07108,242.530.26

199.06214.563.650.41

199.06214,563.650.41

299,09

323.154.770.56

299.09

323.154.770.56

囱6帝荷载作用在AB轴同驷图（单械N）

0.3640.6360.2840,3370.37Sb.3790.337b,2S40,6360.364

-41.1641.16

5.85(M/2H.6913.8715.60xi/^-15.60-13.87-11.69^-5.85

X

1,863372

-2.133,72.-1.86-7.87.82.13

1.37^2-2.743.263.66势-366-3.26-274%-L37

-1.83A1,83

0.50

-0.50-0.87x50320.620.69-0.69-0.62-0.52乂1/10.37

父Q44X-0.26

0.26X-0.44-0.35八0.35

22-0.27-0.22(H70.09

-0.09-0.170'0.270.30-0.30

18.02-30.8930.89-18.02-12.87a7a

-2.722.72产一-2.72

卜必卜/3xl/3]

-0.91gm-6.01-0.91

顶■层法计算遽（靴kn/M）

1.021.02

1.34

3.133.973.13

5765.76

7.05

图14风荷载作用下框架V图（单位kN）

1

0.48klO-21.100.48

d/3xl/3xl/3xl/9

匕270.27I0,461|0.22|0.250.25|0.28|1028|0.250.2510.2e||o.46I0.27。27|

-41.1641.16

4.53*9.0610.2910.29il.5exi/e-11.52-10.29-10.29-9.06好-4.53

-1.22-1£2-2.08-2^-104.1.04-2081.221.22

-5.765.76

0,75*1,501.701.701.90公-1.90-1.70-1.70-1.503-0,75

-0.95、0.95

-0.20-0.20-0.35"20.210.240.240.27M/S-0.27-0.24-0.24-0.21xi/2Q.35).200.20

0.11XrQ/80.18X^-011

-0.140.14

-0.03-0.03-0.050.070.080.080.09-0.09-0.08-0.08-0.07Q,050.030.03

9,6212,3112.31-34.2334.23-12.31

-1.45-1.452.91-12.31-9.62-2.911.451.45

>4/3xl/3xi/axl/3

-J.484104.,00.48

.■'''y'j■I*':;:，:?

二层分麟计算过翟（单段kn/M）

因15凡髓作用下隧N因（靴kN）

-0.484.10-4.100.48

xl/3XJ/3xl/3xl/3

|«,27

0.26|0.47||0.22|0.250.25|0.28||0.28|0.250.251Q,22||0.46|0.270困

-41.1641.16

4,53滓9.0610.2910.2911.52>4^-11.52-10.29-10.29-9.063-4.53

-1.22-L22-2O&皿inA1tL04^za_2,QGG1.22

-5.765.76811

0.75AiZ1.501.701.701.90土-1.90-1.70-L70-1.50g-0.75

-0.950.95

-0.20-0.20-0.35we,。210.240.240.27e-0.27-0.24-0.24-0.21o,350.200.20

0.11XrQ180.18^-0.11

-0.140.14

-0,03-0,03-0.05°，°7Q°80.080.09-0.09-0.08-0.08-0.070.050.030.03

12.31-34.2334.23-12.31-12.31-9.62_j.45

-1.45-1.452.91哗12.31£i911.45

xl/3xi/aXJ/3

-0.484.104.10-0.48

底层分层法计算过程《单他kn/M）

-0.484.10-4.100.48

xl/3xi/axl/3xl/3

|o.”0,2610.47||0,2加250,2510.28110.S8I0.25O.£5l0.22)10.46I0.270.2耳

-41.1641.16

4.53诏9,0610.29L0.2911.52xV2-il.52-10.29-10.29-9.06哗-4,53

X

-1.22-1.22-2.08-^^-i.O41.042,081.221.22

-5.765.76

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-0,20-0.20-0.35£论,0'210.240.240.27-0.27-0.24-0.24-0.21xi/a0.350.200.20

0.11^KrO.18o.ia^v-o.n