(完整版)混凝土框架结构毕业课程设计

温州大学瓯江学院《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：王超学号：指导教师：日期：2011年6月10号混凝土框架结构课程设计设计资料某三层工业厂房，采用框架结构体系。框架混凝土柱截面尺寸边柱为500mm×500mm，中柱600mm×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4.5，4.2，4.2米。地面粗糙度类别为B类。（L1=8100，L2=6600）1.楼面构造层做法：20mm厚水泥砂浆地面，钢筋砼现浇板，15mm厚石灰砂浆刷。2．可变荷载：楼面屋面标准值取5.0KNm2，活荷载分项系数1.3。3．永久荷载:包括梁、板及构造层自重。钢筋砼容重25KNm3，水泥砂浆容重20KNm3，石灰砂浆容重17KNm3，分项系数为1.2。材料选用：混凝土采用C20（fc＝9.6Nmm2,ft＝1.10Nmm2）。钢筋柱、梁受力筋采用Ⅱ级钢筋（fy＝300Nmm2），板内及梁内其它钢筋采用Ⅰ级（fy＝210Nmm2）二．框架梁及柱子的线刚度计算取①轴上的一榀框架作为计算简图，如图所示。梁、柱混凝土强度等级为C20，Ec＝2.55×104Nmm2＝25.5×106KNm2。框架梁惯性矩增大系数：边框架取1.5，中框架取2.0。中框架梁的线刚度：ib1＝αbEIbl=2.0××25.5×106×0.3×0.736.6＝66.28×103KN·m2边框架梁的刚度：ib2αbEIbl＝1.5××25.5×106×0.3×0.736.6＝49.70×103KN·m2底层中柱的线刚度：i底中＝EIcl=×25.5×106×0.6×0.634.5＝61.44×103KN·m2底层边柱的线刚度i底边＝EIcl=×25.5×106×0.5×0.54.5＝29.51×103KN·m2其余各层中柱的线刚度i其中＝0.9EIcl=0.9××25.5×106×0.6×0.634.5＝55.30×103KN·m2其余各层边柱的线刚度i底边＝0.9EIcl=0.9××25.5×106×0.5×0.54.5＝26.56×103KN·m2三．荷载计算1．恒荷载标准值计算楼（屋）面自重结构层:80厚现浇钢筋砼板0.1m×25KNm3＝2.5KNm220mm厚水泥砂浆面层0.02m×20KNm3＝0.4KNm220mm石灰砂浆天棚抹灰0.015m×17KNm3＝0.26KNm2合计gk＝3.16KNm2梁自重次梁自重25KNm3×0.25m×（0.45m－0.1m）＝2.19KNm次梁抹灰自重2×17KNm3×0.015m×（0.45m－0.1m）＋0.02m×0.25m×17KNm＝0.26KNm合计gk＝2.45KNm主梁自重25KNm3×0.3m×（0.7m－0.1m）＝4.5KNm主梁抹灰自重2×17KNm3×0.015m×（0.7m－0.1m）＋0.02m×0.3m×17KNm＝0.41KNm合计gk＝4.91KNm柱自重边柱自重25KNm3×0.5m×0.5m＝6.25KNm边柱抹灰自重4×17KNm3×0.02m×0.5m＝0.68KNm合计gk＝6.93KNm中柱自重25KNm3×0.6m×0.6m＝9.0KNm中柱抹灰自重4×17KNm3×0.02m×0.6m＝0.82KNm合计gk＝9.82KNm2．活荷载标准值计算（1）楼（屋）面活荷载标准值：5.0KNm2（2）雪荷载sk=0.35KNm2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：3.16KNm2×3.3 m×58＝6.52KNm活载：5.0KNm2×3.3m×58＝10.31KNm梁自重：4.91KNmA~B(B~C,C~D)轴间框架梁均布荷载为:恒载＝板传荷载＋梁自重＝6.52KNm＋4.91KNm＝11.43KNm活载<板传荷载取荷载11.34KNmA(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3.16KNm2×3.3m×58×3.3m＋3.16KNm2×3.3m×（1－2×0.422×0.423）×3.9m＝63.15KN梁传荷载2.45KNm×（3.9m－0.25m）＋4.91KNm×（3.3m－0.25m）＝23.92KN顶层柱顶活载：屋面板传荷载5.0KNm2×3.3m×58×（3.3m－0.25m）＋5.0KNm2×3.3m×（1－2×0.422×0.423）×（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＝2×44.82KN＋2×23.92KN＋6.93KNm×4.2m＝166.59KN二层柱顶活载＝板传荷载＝2×72.57KN＝145.14KN底层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋2×6.93KNm×4.2m＝264.43KN底层柱顶活载＝板传荷载＝3×72.57KN＝217.71KN基础顶面恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋(2×6.93KNm×4.2m＋6.93KNm×4.7m)＝297.0KN基础顶面活载＝0KNB(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2×（3.16KNm2×3.3m×58×3.3m＋3.16KNm2×3.3m×（1－2×0.422×0.423）×3.9m）＝89.64KN梁传荷载2×（2.45KNm×（3.9m－0.25m）＋4.91KNm×（3.3m－0.25m））＝47.84KN顶层柱顶活载：屋面板传荷载2×（5.5KNm2×3.3m×58×（3.3m－0.25m）＋5.5KNm2×3.3m×（1－2×0.422×0.423）×（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＝βzμsμzω0（hi＋hj）B2WK计算过程见表集中风荷载标准值离地高度zmμzβzμsω0KNm2hihjBWkKN13.11.091.31.30.64.203.99.058.91.001.071.30.64.24.23.913.674.71.001.021.30.64.74.23.913.81四．框架结构内力计算（采用分层法和D值法）为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：恒载作用活荷载作用于A～B轴跨间活荷载作用于B～C轴跨间活荷载作用于C～D轴跨间风荷载作用（从左向右或从右向左）恒荷载标准值作用下的内力计算节点各杆的弯矩分配系数按下式计算μik=iikΣiik节点的不平衡弯矩即梁固端弯矩M=－112ql02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）后采用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。梁端剪力根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11、图12风荷载标准值作用下的内力计算采用D值法按下述步骤计算框架内力(见表1~5)确定各柱的反弯点位置；分层取脱离体计算各反弯点处剪力；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分配节点的柱端不平衡弯矩。其他内力的计算

:根据力的平衡条件，由梁两端的弯矩求出梁的剪力；由梁的剪力，根据节点的平衡条件，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yoy1y2y3yyhm34.21.750.390000.391.6424.21.750.45000.451.8914.71.760.560000.562.63表2B(C)轴框架柱反弯点位置层号yoy1y2y3yyhm34.21.970.400000.401.6824.21.970.450000.451.8914.71.980.550000.552.59表3框架柱修正后的抗侧刚度轴号层号αcEIhD=αc12EIh3A(D)3层0.4728.469.102层0.4728.469.101层0.6028.269.21B(C)3层0.5059.0120.082层0.5059.0120.081层0.6258.6019.74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VikNDkNm∑DkNmD∑DVkNyhmMcskN·mMcxkN·mMbzkN·mMbykN·mA(D)39.059.1058.360.161.451.643.712.383.71222.729.1058.360.163.641.898.416.8810.79136.539.2157.90.186.582.6313.6217.3120.50B(C)39.0520.0858.360.343.081.687.765.173.344.42222.7220.0858.360.347.721.8917.8314.599.8913.11136.5319.7457.900.3412.422.5926.2132.1717.5423.26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kNAB跨BC跨CD跨A轴B轴C轴D轴31.021.341.021.02（拉）0.320.321.02（拉）23.133.973.134.15（拉）1.861.864.15（拉）15.767.055.769.91（拉）3.153.159.91（拉）图b活荷载作用在AB轴间分层法计算过程1图c活荷载作用在BC轴间分层法计算过程图d活荷载作用在CD轴间分层法计算过程五．框架结构内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。比较恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由恒荷载效应控制的组合的大小，取两者中大者。构件控制截面的内力按下式计算：梁支座边缘处的内力值：M边=Mb－Vb·b2V边=Vb－q·b2柱上端控制截面在上层的梁底,其内力按下式计算:Mcs=Mc－Vc·－40mm＝460mm，Vmax＝14.94KN因为所以KN>14.94KN满足要求（3）正截面受弯承载力计算柱同一截面分别承受正反向弯矩，故采用对称配筋A(D)轴柱Nb＝1层从柱的内力组合表可见，Nb>N，为大偏心受压，选用M大、N小的组合，最不利组合为：M=29.45KN·M和M=20.36KN·MN=869.71KNN=407.65KN第一组内力M=29.45KN·MN=869.7KN弯矩中由风荷载作用产生的弯矩>75%,柱的计算长度取下列二式中较小值：其中——柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值；——比值中的较小值；H——柱的高度，对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上、下两层楼盖顶面之间的高度。H1=4.7mψu=(28.46+28.26)49.70=1.14l0＝(1+0.15×1.14)×4.7＝5.5ml0＝(2+2×0)×4.7＝9.4m所以取：l0＝5.5mea=20mm或h30=50030=16.7mm取ea=20mm应考虑偏心距增大系数η=取=1.0取=ζb<0按构造配筋：每侧实配318（）第二组内力M=20.36KN·MN=407.65KN弯矩中由风荷载作用产生的弯矩>75%,柱的计算长度取下列二式中较小值：其中——柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值；——比值中的较小值；H——柱的高度，对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上、下两层楼盖顶面之间的高度。H1=4.7mψu=(28.46+28.26)49.70=1.14l0＝(1+0.15×1.14)×4.7＝5.5ml0＝(2+2×0)×4.7＝9.4m所以取：l0＝5.5mea=20mm或h30=50030=16.7mm取ea=20mm应考虑偏心距增大系数η=取=1.0取=ζb<0按构造配筋：每侧实配318（）3层最不利组合为M=59.92KN·MN=253.72KN弯矩中由风荷载作用产生的弯矩<75%,柱的计算长度l0=1.25H＝1.25×4.2＝5.25mea=20mm或h30=50030=16.7mm取ea=20mm应考虑偏心距增大系数η=取=1.0取=ζb<0按构造配筋：每侧实配318（）（4）垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算1层878.81KN=0.9×0.965×(9.6×5002＋300×763×2)＝2482.00KN>878.81KN满足要求（5）斜截面受剪力承载力计算1层最不利内力组合M=29.54KN·MN=869.71KNV=14.92KN因为剪跨比4.7（2×0.460）＝5.11＞3，所以因为0.3fcA=0.3×9.6×500×500=720KN<N=869.71KN所以N=720KN=3层最不利内力组合M=45.95KN·MN=287.48KNV=24.72K