四层框架结构设计计算书毕业设计.doc

1、 1 框架结构课程设计任务书 一、设计题目 某商业批发楼 二、工程概况 某商业批发楼为三层全现浇框架结构，建筑面积为 1582m2。 三、设计条件 1、地质情况：地基土由素填土，砂砾石，弱风化基岩组成，第一层土为素填土，层厚 1.5 1.7m，地基承载力标准值为 120KN/m2，第二层为砂砾石，层厚8.5 8.8m，地基承载力标准值为 250KN/m2，第三层为弱风化基岩，地基承载力标准值为 350KN/m2，场地类别为类，场地地下 15.00m 深度范围内无可液化土层。地下水位标高为 690m，水质对砼无侵蚀性。拟建场地地形平缓，地面绝对标高 700.00m。 2、抗震设防为： 8 度、

2、0.2g、第一组。 3、楼面活荷载标准值为 3.5KN/m2。 4、基本风压 w0 0.60KN/m2（地面粗糙度属 B 类），基本雪压 S0 0.8KN/m2（ n 50）。 5、材料强度等级为：砼强度等级为 C25，纵向钢筋为 HRB335级，箍筋为 HPB235级。 6、屋面作法：（自上而下） SBS 防水层（ 0.4KN/m2） ,30 厚细 石砼找平（ 24KN/m3） ,陶粒砼找坡（ 2%、 7KN/m3） ,125 厚加气砼块保温（ 7KN/m3） ,150 厚现浇钢筋砼板（ 25KN/m3） ,吊顶或粉底（ 0.4KN/m2） 。 7、楼面作法：（自上而下）水磨石地面（ 0.6

3、5KN/m2） ， 150 厚现浇钢筋砼板(25KN/m3)，吊顶或粉底（ 0.4KN/m2） 。 8、门窗作法：均采用铝合金门窗。 9、墙体：外墙为 250 厚加气砼块，外贴面砖内抹灰；内墙为 200 厚加气砼块，两侧抹灰。 10、室内外高差 450mm，初定基础底面标高为 -2m，初估基础高度为 1m，底层柱高 5.5m。 四、设计内容 1、 结构布置及截面尺寸初估； 2、 荷载计算； 3、 内力及侧移计算； 4、 内力组合及内力调整； 5、 截面设计。 2 第二节 框架结构课程设计指导书及实例 一、设计资料 规范：混凝土结构设计规范 GB 50010 2002 简称砼设计规范建筑结构荷载

4、规范 GB 50009 2001 简称荷载规范 建筑结构抗震设计规范 GB 50011 2001 简称抗震规范 手册：静力计算手册 砼结构计算手册 抗震设计手册 图集：建筑抗震构造图集 97G329（一）（九） 二、结构方案 （一） 结构体系 考虑该建筑为商业批发楼，开间进深层高较大，根据抗震规范第 6.1.1 条，框架结构体系选择大柱网布置方案。 （二）结构抗震等级 根据抗震规范第 6.1.2 条，该全现浇框架结构处于 8 度设防区，总高度 12.84m，因此属二级抗震。 （三） 楼盖方案 考虑本工程楼面荷载较大，对于防渗、抗震要求较高，为了符合适用、经济、美观的原则和增加结构的整体性及施工

5、方便，采用整体式双向板交梁楼盖。 （四）基础方案 根据工程地 质条件，考虑地基有较好的土质，地耐力高，采用柱下独立基础，并按抗震规范第 6.1.14 条设置基础系梁。 三、结构布置及梁柱截面初估 1、结构布置 3 4 2、各梁柱截面尺寸初估： （ 1）框架梁 根据抗震规范第 6.3.1 条，梁宽不小于 200mm，梁高不大于 4倍梁宽，梁净 跨不小于 4 倍的梁高，又参考受弯构件连续梁 ，梁高 h=（ 1/8 1/12） L，梁宽 b=（ 1/2 1/3） h 。 （ 2）框架柱 根据抗震规范第 6.3.6 条，柱截面宽度 b不小于 300mm，柱净高与截面高度之比不宜小于 4，抗震规范第 6

6、.3.7 条，二级抗震等级框架柱轴压比限值为 0.8 。 框架梁，柱截面尺寸板初估 。 KL h=（ 1/8 1/12） L=（ 825550） mm b=（ 1/2 1/3） h=(412275)mm 故取梁截面尺寸（ 300 600） mm 柱 KZ N=1.25PkF=1.25 12 6.6 6 4=2376KN A=N/0.75fc=189700mm2 故柱截面尺寸 b h=600 600mm 板厚 h=(1/401/45) 6000=150133mm 故取板厚 h=150mm 框架梁的计算跨度以柱形心线为准，由于建筑轴线与柱形心线重合，而外墙面与柱外边线齐平，故轴，轴， A 轴， C

7、 轴梁及填充墙均为偏心 125mm，满足抗震规范 6.1.5 条规定。 四、 荷载计算 1、屋面荷载标准值 SBS 防水层 =0.40KN/m2 30 厚细石砼找平层 24 0.03=0.72KN/m2 陶粒砼并找坡 0.03+(0.03+0.02 7.8)/2 7=0.0.756KN/m2 125 厚加气砼块保温 7 0.125=0.875KN/m 150 厚现浇钢筋砼板 25 0.15=3.75KN/m2 吊顶 =0.40KN/m2 屋面恒载标准值小计 =6.91KN/m2 屋面活荷载标准值 雪荷 =0.80KN/m2 2、楼面荷载标准值： 地板砖 地面 =0.60KN/m2 150 厚现

8、浇砼板 25 0.15=3.75KN/m2 吊顶 =0.40KN/m2 楼面恒载标准值 =4.75KN/m2 楼面活载标准值 =4.50KN/m2 3、楼面自重标准值 包括梁侧、柱侧抹灰，有吊顶房间梁不包括抹灰。 例： L1： b h=0.3 0.6 净长 6m 均布线荷载为 25 0.3 0.6=4.5KN/m; 重量为 4.5 6 =27KN Z1： b h=0.6 0.6 净长 4.2m; 均布线荷载 25 0.6 0.6 0.02 4=9.08KN/m; 5 Z1 重量为 4.2 9.08=38 荷载汇集 计算公式 构件 四层（屋面） 1/2 层高 =2.1m 荷载 柱 0.6 0.6

9、（ 2.1-0.6） 25 24+0.02（ 0.64 2+0.6 2）（ 2.1-0.6） 20 24 359.7 屋盖 13.2 38 7.651 3837 梁 5.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 15+3.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 6+6 0.3(0.6-0.15) 25+0.4 16 683.1 女儿墙 0.9 0.1（ 13.2+38） 2 25 230.4 墙 0.25 2.1 （ 4 2+6 5） -0.6 8 2+(6.6 2-0.6 3) 2 7 327.8 可变荷载 屋面可变荷载组合系数 0.5 0.8 13.2 38 200.64 G

10、4 359.7+3837+683.1+230.4+327.8+200.64 5638.6 三层 二层层高 4.2m 柱 0.6 0.6（ 4.2-0.15） 25 24+0.02（ 0.64 2+0.6 2）（ 4.2-0.15） 20 24 971 屋盖 13.2 38 5.5 2759.8 梁 5.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 15+3.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 6+6 0.3(0.6-0.15) 25+0.4 16 683.1 墙 0.25 4.2 （ 4 2+6 5） -0.6 8 2+(6.6 2-0.6 3) 2 7 655.6 可变荷载 屋

11、面可变荷载组合系数 0.5 13.2 38-(0.6 0.6 24) 4.5 0.5 1117.7 G3G2 971+2759.8+683.1+655.6+1117.7 6187.2 一层 1/2 层高 =2.25 柱 0.6 0.6（ 2.25+2.1-0.15） 25 24+0.02（ 0.64 2+0.6 2）（ 2.25+2.1-0.15） 20 24 1007.2 屋盖 13.2 38 5.5 2758.8 梁 5.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 15+3.4 0.3（ 0.6-0.15） 25+0.4 6+6 0.3(0.6-0.15) 25+0.4 16 683.

12、1 墙 0.25 (2.25+2.1） （ 4 2+6 5） -0.6 8 2+(6.6 2-0.6 3) 2 7 679 可变荷载 屋面可变荷载组合系数 0.5 13.2 38-(0.6 0.6 24) 4.5 0.5 1109 G1 1007.2+2758.8+683.1+679+1109 6237 总和 G1+G2+G3+G4=5638.6+6187.2+6187.2+6237 24250 4、墙体自重标准值 外墙体均采用 250 厚加气砼块填充，内墙均采用 200 厚加气砼块填充。内墙抹灰，外墙贴面转，面 荷载为： 250 厚加气砼墙： 7 0.25+17 0.02+0.5=2.59K

13、N/m2 200 厚加气砼墙： 7 0.2+17 0.02 2=2.28JKN/m2 240 厚砖墙砌女儿墙： 18 0.24+17 0.02+0.5=5.16KN/m2 6 五、内力及侧移计算 一水平地震作用下框架的侧移计算 1、 梁、柱的线刚度 因本例采用现浇楼盖，在计算框架梁的截面惯性矩时，对边框架梁取 I=1.5 I0 I0为矩形梁的截 面惯性矩；对中框架梁取 I=2.0I0，采用 C30 混凝土， Ec=3.00 104N/mm2 C40 混凝土 Ec=3.25 104N/mm2 I0=121 bh3=121 0.3 0.63=5.5 10-3m4 Ib=2.0I0=2 5.4 10

14、 3=10.8 10 3m4 梁的线刚度为： Kb=ECIb/L=（ 3.25 104 10.8 10 3） /6.6=5.3 104KNm 横梁线刚度计算见表 7 4。 表 7-4 横梁线刚度计算表 梁 号 截 面 b h 跨 度 m 砼 标号 惯性矩 I0 m4 边框架梁 中框架梁 Ib=1.5I0 Kb=EIb/L Ib=2I0 Kb=EIb/L KJL1 0.3 0.6 6 C40 5.5 10 3 8.25 10 3 4.4 104 11 10 3 5.9 104 KIL2 0.3 0.6 4 C40 5.5 10 3 8.25 10 3 6.7 104 11 10-3 8.9 10

15、4 2柱的线刚度 柱的线刚度计算见表 7-5。 表 7-5 柱 的线刚度表 7 柱 号 截面 bh(m2) 柱高 (m) 惯性矩 Ic=121 bh3（ m4） 线刚度 Kc (KNm) KZ1 0.6 0.6 4.5 121 0.6 0.63=10.8 10-3 6.05 104 KZ2 0.6 0.6 4.2 121 0.6 0.63=10.8 10-3 8.3 104 2.横向框架柱侧向刚度 横向框架柱侧向刚度计算见表 7 6。 表 7-6 横向框架柱侧向刚度 D 值计算 层 柱 类 型 cb KKK 2/ 一般层 cb KKK / (底层 ) KK 2/ 一般层 KK 2/5.0 (

16、底层 ) 2/12 hKD cim (KN/M) 根 数 二 三四 层 边框架 边柱 (4.4 2)/(2 8.3)=0.5 0.5/(2+0.5)=0.2 11.3 103 4 边框架 中柱 (4 4.4)/(2 8.3)=1.06 1.06/（ 2+1.06） =0.346 19.5 103 2 中框架 边柱 (2 5.9)/(2 8.3)=0.71 0.71/(2+0.71)=0.5 28.2 103 12 中框架 中柱 (4 5.9)/(2 8.3)=1.42 1.42/(2+1.42)=0.42 80 103 6 D 902 103 底层 边框架 边柱 4.4 2/6.05=1.45

17、 (0.5+1.45)/(2+1.45)=0.56 20 103 4 边框架 中柱 4.4 4/6.05=2.9 (0.5+2.9)/(2+2.9)=0.69 24 103 2 中框架 边柱 2 5.9/6.05=1.9 (0. 5+1.9)/(2+1.9) =0.61 21 103 12 中框架 中柱 4 5.9/6.05=3.9 (0. 5+3.9)/(2+3.9) =0.74 26 103 6 D 536 103 3、横向框架自振周期 按顶点位移法计算框架的自振周期 max01 7.1 T 式中 : 0 考虑填充墙影响的周期调整系数 ,取 0.6 0.7,本工程中横墙较少取0.6 ； m

18、ax -框架的顶点位移。 8 横向框架顶点位移的计算见表 7 7。 表 7-7 横向框架顶点位移计算 层次 Gi(KN) Gi D 层间相对位移 i Gi/ D 4 5639 5639 9.02105 0.062 0.123 3 6187 11826 9.02105 0.013 0.058 2 6187 18013 9.02105 0.019 0.045 1 6237 24250 5.36105 0.026 0.026 1 1 .7 0 .6 0 .1 2 3 0 .3 6T 4. 横向地震作用 由抗震规范 5.1.4 条查得，在类场地， 8度区，结构的特征周期 Tg 和地震影响系数 max

19、为： 35.0gT （ S） 16.0max 因为 1 0.36 gTT 所以 1 1 2 m a x( / ) 0 .1 2gTT 因为 gTT 4.145.01 ，所以 n=0.顶部附加地震作用为： 0 EKnn FF eqEK GF 1 =0.12 0.85 32985=2473.5KN 各质点的水平地 震作用标准值、楼层地震作用、地震剪力及楼层间位移计算过程见表 7 8。 表中： )1(1 nEKii ii FHGHGF DVU ie / 表 7-8 iF 、 iY 和 eU 的计算 层次 hi（ m） Hi（ m） Gi GiHi（ KNm） Fi（ KN） vi（ kn） D ue

20、 （ m） 4 4.2 17.1 5639 96426.9 923.99 923.99 902000 0.001 3 4.2 12.9 6187 79812.3 764.78 1688.77 902000 0.002 2 4.2 8.7 6187 53826.9 515.78 2204.55 902000 0.003 1 4.5 4.5 6237 28066.5 268.94 2473.49 536000 0.005 24250 258132.6 2473.49 横向框架各层水平地震作用 地震剪力分布见图 7-6。 9 5、横向框架抗震变形验算 首层 e= ue/hi=0.01/5.8=1/1

21、160 e=1/550 层间相对位移的限制满足规范要求 同理可进行纵向框架变形验算，在此略 （二）水平地震作用下，横向框架的内力计算 以轴横向框架为例进行计算。在水平地震作用下，框架柱剪力及弯矩计算采用 D值法，其计算结果见表 7 9。 表 7-9 水平地震作用轴框架剪力及弯矩标准值 柱号 层次 层高 层间剪力 Vi 层间刚度 Di 各 柱刚度 Dim K y M 下 M 上 h A柱 4 4.2 933 902000 28200 0.031 28.92 0.71 0.45 54.65 66.8 3 4.2 1689 902000 28200 0.031 52.36 0.71 0.42 92.

22、36 127.55 2 4.2 2205 902000 28200 0.031 68.36 0.71 0.47 134.94 152.17 1 4.5 2473 536000 21000 0.039 96.45 1.9 0.55 238.71 195.31 B 柱 4 4.2 933 902000 80000 0.088 82.1 1.42 0.45 155.17 189.65 3 4.2 1689 902000 80000 0.088 148.63 1.42 0.45 280.9 343.34 2 4.2 2205 902000 80000 0.088 194.04 1.42 0.5 407

23、.48 407.48 1 4.5 2473 536000 26000 0.048 118.7 3.9 0.55 293.78 240.37 注：表中 Vik 第 I 层第 K 号柱的剪力 y 反弯点高度系数， y=y0+y1+y2+y3 ， y0、 y1、 y2、 y3均查表求得， y 值计算见表 7 10。 M 下 -柱下端弯矩， M 下 =Vikyh M 上 -柱上端弯矩。 M 上 = Vik（ 1-y） h 表 7-10 y 值计算 DDim iimim VDDV 10 柱号 层次 K y0 1 Y1 2 Y2 3 Y3 y 4 0.71 0.45 1 0 - - 1 0 0.45 边柱

24、 3 0.71 0.42 1 0 - - 1 0 0.42 2 0.71 0.47 1 0 1 0 1.31 0 0.47 1 1.9 0.55 - - 0.764 0 - - 0.55 4 1.42 0.45 1 0 - - 1 0 0.45 中柱 3 1.42 0.45 1 0 - - 1 0 0.45 2 1.42 0.5 1 0 1 0 1.31 0 0.5 1 3.9 0.55 - - 0.764 0 - - 0.55 表 7-11 地震力作用下框架梁端弯矩， 剪力及柱轴力 层次 AB 跨 BC 跨 柱轴力 L （ m） M 左 (KNm) M 右 (KNm Vb (KN) L （

25、m） M 左 (KNm) M 右 (KNm) Vb （ kN） NA （ kN） Nb Nc （ kN） 4 6.6 68.5 43.2 15.45 6.6 49.5 58.21 13.58 -10.59 0 16.48 3 6.6 89.66 60.4 22.74 6.6 60.4 89.66 22.74 -22.74 0 22.74 2 6.6 201.4 141 51.88 6.6 140.9 201.4 51.88 -74.62 0 74.62 1 6.6 319 205.3 79.44 6.6 205.3 319 79.44 -154.06 0 154.06 注：轴力拉为，压为。 （

26、三） 恒载作用下的内力计算 恒载作用下的内力计算采用弯矩二次分配法，由于框架梁上的分布荷载由矩形（ gi ）和梯形荷载（ gi“ ）两部分组成，根据固端弯距相等的原则，先将梯形荷载化为等效均匀荷载，等效均匀的计算公式见静力计算手册。计算简图见图 7-8。 1.框架梁上梯形荷载化为等效均布荷载 qid=(1-2 2+ 3)q; =a/L=4/6.6=0.455 四 层 q3d=g3 +（ 1-2 2+ 3 ） g3” =4.06+（ 1-2 0.4552+0.4553）41.7=32.46KN/m 三 层 q2d=g2 +（ 1-2 2+ 3 ） g2” =4.06+（ 1-2 0.4552+0.4553）28.8=23.64KN/m 二层 q2d=g2 +（ 1-2 2+ 3 ） g2” =4.06+（ 1-2 0.4552+0.4553）28.8=23.64KN/m 一层 q1d=g1 +（ 1-2 2+ 3） g1” =23.64KN/m 2、恒载作用下的杆端弯矩 本工程框架结构对称，荷载对称，故可利用对称性进行计算。 (1)固定端弯矩的计算 MFA3B3=- MFB3A3=-1/12q3dL2=-1/12 32.46 6.62=-117.83KNm MFA2B2=- MFB2A2=-1/12q2dL2=1/12 23.64 6.62=-85.81KNm