混凝土课程设计小烨

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1、框架结构设计计算专业：土木工程班级：07土木本一组别：第十六组组长：张烨组员：宋子腾 解雯博 康杰时间：2010年7月5日7月9日某市郊三层百货商店营业厅，柱网平面布置如下图所示。采用预制楼板、现浇横向承重框架，抗震设防烈度为 7 度，地震分组为第一组，二类场地，基本风压0=0.35KN/ 。基本风压，楼面均布活荷载标准值3.5kN/；屋面活荷载标准值0.5KN/ 。C25混凝土，10=0.55。进行框架结构设计。一、框架计算简图及梁柱截面尺寸1.计算单元选取框架布置均匀对称，现取一榀框架作为计算单元，单元宽度是8.1m，计算简图如下：2.荷载标准值的计算（1） 恒荷载标准值Gk1)屋面恒载屋

2、面防水、保温、隔热 2.91 KN/m2预制楼板 250.16=4.00 KN/m2吊顶 0.12 KN/m2合计 7.03 KN/m22）楼面荷载面层 水磨面层 0.65 KN/m2整浇层 35厚细石混凝土 0.84 KN/m2结构层 预制楼板 4.00 KN/m2吊顶 0.12 KN/m2合计 5.61 KN/m23）框架横梁自重3）框架横梁自重，取梁宽 b=350mm,梁高h=700mm,则有250.350.706.125（KN/m）4)梁顶线荷载屋面梁： 7.038.1+6.125=63.1（KN/m）楼面梁： 5.618.1+6.125=51.6（KN/m）(2)竖向活荷载标准值Qk

3、1)屋面活载雪荷载： 0.25 KN/m2屋面均布活荷载：按不上人,考虑维修荷载,取为 0.7 KN/m2屋面梁活载： 0.78.15.67（KN/m）2）楼面活载根据荷载规范，商场楼面活载标准值取 3.5 KN/m2楼面梁活荷载： 3.58.128.35（KN/m）3）风荷载标准值Wk基本风压为W0=0.35 KN/m2 ,风载体型系数迎风面为0.8,背风面为0.5,综合为s=0.8(0.5)=1.3。风压高度系数按B类地区，如表确定，房屋高度不小于30m,取z=1.0表1风压高度系数离地高度/m510152030z111.141.251.42作用于各楼层处的集中风荷载标准值Fwk=zszW

4、0Bh，计算结果如下，3层：Fw3k=1.01.31.140.358.1=10.71 (KN)2层：Fw2k=1.01.30.358.15.1=20.11 (KN)1层：Fw1k=1.01.30.358.1=21.36 (KN)3.初估梁柱截面尺寸（1）梁截面尺寸 取h=（1/101/18）l=400720初选720mm，b=（1/21/3）h=360240初选300mm。（2）柱截面尺寸 初选尺寸，bh=500500 （mm）4.梁柱线刚度及柱抗侧移刚度计算梁、柱截面惯性矩，线刚度（i=）及D值计算见表2，梁柱相对线刚度见图2.表2 梁柱线刚度及D值计算表项 目柱梁一层柱二、三层柱边柱内柱外

5、柱内柱边跨中跨截面尺寸（bh）500500500500500500500500350700350700惯性矩I /mm45.21095.21095.21095.21091.010101.01010跨度(柱高)/mm650065005100510072007200线刚度ic /KNm2.241042.241042.851042.851043.91043.9104k=ib/ic底层k=2ib/ic其他层1.743.481.372.74=底层=其他层=0.60=0.73=0.400.58Dij=3817=4644=5260=7626Dij1692225772二、框架内力计算1.恒载作用内力计算恒荷载

6、为Mik=-1/3qL2, Mik=-1/6qL2采用分层法计算前，对二层以上的各柱线刚度乘以0.9的折减系数。（1） 顶层计算单元计算简图及弯矩计算结果见图图5和图8（2）中间层计算单元，其计算过程见图6和图9（3）底层计算单元，其计算过程见图7和图十（4） 总的弯矩叠加见图十一（5） 最后恒荷载弯矩图见图十二（6） 剪力图见图十三恒荷载作用下的弯矩图恒荷载作用下的弯矩图恒荷载作用下的弯矩图恒荷载作用下的弯矩图图十三2.活荷载作用下的内力由于活载是满布在结构上类似于恒荷载，从上面计算的过程来看每个单元上每个节点中的梁和柱的弯矩和上面满布荷载q成正比的关系。故结构上每单元每一节点中梁和柱的弯矩

7、是M活=M恒qg则活荷载作用下的开口框架内力计算式（1）顶层计算单元A3右梁 M=-140.575.687.94=-14.7A3下柱 M柱 =140.575.687.94=14.7A2 上柱 M柱 =-46.875.687.94=-4.9B3 左梁 M =383.5375.687.94=40.2B3 右梁 M =-351.075.687.94=-36.8B3 下柱 M =-32.575.687.94=-3.4B2 下柱 M =-10.875.687.94=-1.13（2）中间层计算单元A2右梁 M = -157.661.8839.7=-101.11A2 上柱M =78.861.8839.7=5

8、0.56A2 下柱M =78.861.8839.7=50.56A1 上柱= A3柱 M =26.361.8839.7=16.87B2 左梁 M =305.361.8839.7=195.87B2 右梁 M =-277.861.8839.7=-178.23B2 柱上= B2 柱下 M =-13.861.8839.7=-8.85B1 柱= B3 柱 M =4.661.8839.7=2.95（3）底层计算单元A1 右梁 M = 153.661.8839.7=98.54A1 上柱M =81.861.8839.7=52.48A2 下柱 M =27.2761.8839.7=17.51A1 下柱M =71.8

9、61.8839.7=46.06A0 上柱 M =35.961.8839.7=23.03B1 左梁M =278.761.8839.7=178.8B1 上柱M =15.161.8839.7=9.69B1 下柱M =13.161.8839.7=8.40B2下柱 M =5.0361.8839.7=3.23B0上柱 M =6.5561.8839.7=4.20B1右梁M =306.961.8839.7=196.90下图为活荷载弯矩图叠加（4）活荷载作用下各节点柱端、梁端弯矩计算A3 下 0.4=24.8A3 右 0.6=-24.8B3 左 40.2+2.950.460=41.6B3 右 -36.8+2.9

10、50.230=-36.1B3 下 -6.35+2.950.310=-5.5A2 上 55.46-（4.9+17.51）0.284=49.1A2 下 68.07-（4.9+17.51）0.284=61.7A2 右 -101.11-（4.9+17.51）0.432=-110.8B2 上 -9.98+（1.13+3.23）0.23=-9.0B2 左 195.87+（1.13+3.23）0.36=197.4B2 下 -12.08+（1.13+3.23）0.23=-11.0B2 右 -178.23+（1.13+3.23）0.18=-177.4A1 上 0.294=64.4A1 下 0.258=41.7A

11、1 右 98.54+16.870.448=106.1B1 上 -12.64+2.950.241=12.0B1 左 196.90+2.950.366=198.0B1 下 -8.4+2.950.210=-7.8B1 右 -178.80+2.950.183=-178.2A0上 23.03B0 上 4.203风荷载作用下框架的内力及侧移计算（1）风荷载设计值=10.711.4=15.00 (KN)=（20.11+10.71）1.4=43.15 (KN)=(21.36+20.11+10.71)1.4=73.05 (KN)（2） 用D值法计算框架弯矩利用D值法计算出各柱的剪力，根据各柱剪力值和反弯点高度，

12、求出柱端弯矩，根据节点平衡求出梁端弯矩，根据弯矩与剪力的关系计算出梁的剪力。左风作用下的框架弯矩及剪力如图表2 各柱在风荷载作用下的剪力表层间剪力三层14.99KN二层43.15KN一层73.05KN柱编号A3A2B3B2A2A1B2B1A1A0B1B0Dij/Dij0.2040.2960.2040.2960.2260.2743.064.438.8012.7716.5120.02表三各层柱反弯点高度yh项目柱号Ky0Y12Y23Y3yh第三层（n=3 j=3 h=5.1）A3A21.360.371000101.887B3B22.740.451000102.295第二层（n=3 j=2 h=5.

13、1）A2A11.360.4810101.2702.448B2B12.740.4510101.2702.295第三层（n=3 j=1 h=6.5）A1A01.740.5700.780003.705B1B03.480.5500.780003.575风荷载作用下的弯矩剪力图4、水平地震作用计算（1）结构重力荷载代表值三层：7.0398.17.23+0.50.798.17.23+0.350.7257.2310+0.350.7258.193+0.50.50.55.125410=14920KN二层：5.6198.17.23+0.53.598.17.23+0.350.7257.2310+0.350.7258

14、.193+0.50.55.12540=15527KN一层： 5.6198.17.23+0.53.598.17.23+0.350.7257.2310+0.350.7258.193+0.50.5 =15702KN各层重力荷载代表值取全部楼面恒载、一半活载（雪载）、上下各半层的建筑结构重量计算，建筑各层重力荷载代表值分别为：三层14920KN：；二层15527KN；一层15702KN；考虑到该设计共有十榀框架，且每榀框架的抗侧刚度相同，简化为作用在一榀框架上的重力荷载代表值为：G3=1492KN ，G2=1553KN ，G1=1570KN，则 ： （2）水平地震作用计算 1）结构自振周期。采用假想顶

15、点位移法：T1 =1.70 ，本框架结构无内部填充墙体，取0 = 0.7 框架假想顶点位移计算见下表框架假想顶点位移计算表层号GiV iDiuii314921492257720.0580.449215533045257720.1110.391115704615169220.2730.272T1=1.70.7=0.82）地震作用影响系数。7度抗震设防，地震分组为第一组，二类场地有：=0.08， Tg=0.35s取结构阻尼比为 =0.05则 1 =0.08=0.0383）水平地震作用及框架侧移验算计算。由于1=0.81.4Tg=0.49，应考虑顶部附加水平地震作用，顶部附加水平地震作用系数为结构总

16、水平地震作用标准值为=0.08T+0.07=0.080.8+0.07=0.134可得各层水平地震标准值为表4水平地震作用下框架层间侧移计算相对值限值80.5380.53257723.121/16351/55043.78124.31257724.821/105824.89149.11169228.811/738表5各柱在水平地震作用下的剪力表层间剪力三层80.53KN二层124.31KN一层149.11KN柱编号A3A2B3B2A2A1B2B1A1A0B1B0Dij/Dij0.2040.2960.2040.2960.2260.27416.4323.4825.3636.8033.740.86表6各

17、层柱反弯点高度yh项目柱号Ky0Y12Y23Y3yh第三层（n=3 j=3 h=5.1）A3A21.360.371000101.887B3B22.740.451000102.295第二层（n=3 j=2 h=5.1）A2A11.360.4810101.2702.448B2B12.740.4510101.2702.295第三层（n=3 j=1 h=6.5）A1A01.740.5700.780003.705B1B03.480.5500.780003.575弯矩图如下：水平地震荷载作用下的弯矩和剪力标准值三、荷载组合和内力组合1.梁内力组合边支座A产生最大负弯矩、最大剪力及AB跨跨中产生最大弯矩，B

18、支座左右产生的弯矩剪力和BC跨跨中产生的最大弯矩见表72.柱内力组合 框架柱是偏心受压构件，其主要内力是轴力和弯矩。采用对称配筋时，由大偏心受压控制的组合项为与相应的N、V以及Nmin与相应的M、N；由小偏心受压控制的组合项为Nmax与相应的M、V。柱内力组合见表8表7 一层横梁内力组合杆件名称A1B1B1C1截面位置A1跨中B1左B1右跨中内力种类MVMMVMVM竖向恒载-165.4165.997.4-308.58-205.7-277.86185.76140.19竖向活载-106.1130115.6-198.0-155.7-178.2142.987风荷载（左风）67.7-15.511.9-4

19、3.94-15.543.94-12.210风荷载（右风）-67.715.5-11.943.9415.5-43.9412.210水平地震作用（左向）156.27-35.8727.14-102.0-35.87102.0-28.330水平地震作用（右向）-156.2725.87-27.14102.035.87-10228.330内力组合1.2恒+1.4活+-271.5295.9213-506.7-361.4-420.8328.7227.21.2恒+0.91.4(活+风)+0.9（+或）+0.9（+或）-321.82296.85212.15-526.33-359.78-477.79325.36218.

20、51.2恒+1.3水平地震+1.3或+1.337.8119.31327-441.2-252.3145.3148.9140.19-368.6199.562.1-176-159.1-410.5222.687表8 一层柱内力组合杆件名称A1A2B1B2截面位置上端下端剪力上端下端剪力内力种类MNMNVMNMNV竖向恒载65.01803.3-35.9843.9-15.5-12.1315476.5515882.87竖向活载41.7287.2-23.0287.2-10.0-7.8655.84.2655.81.8风荷载（左风）-46.1-24.961.1-24.9-16.5-58.54.671.64.620

21、.0风荷载（右风）46.124.9-61.124.916.5158.5-4.6-71.6-4.6-20.0水平地震作用（左向）-94.1-72.5124.8-72.533.7-119.5-12.9146.1-12.940.8水平地震作用（右向）94.172.5-124.872.5-33.7119.512.9-14612.9-40.8内力组合1.2恒+1.4活Mmax+106.71090-58.91130-25.5-19.9220210.822434.67Nmax+106.71090-58.91130-25.5-19.9220210.822434.67Nmin+106.71090-58.9113

22、0-25.5-19.9220210.822434.671.2恒+0.91.4(活+风)Mmax+0.9(+)+0.9(+)-1441083-111.61124-9.6-71.8214174.7218222.5Nmax+0.9(+)+0.9(+)-1441083-111.61124-9.6-71.8214174.7218222.5Nmin+0.9(+)+0.9(+)611039-1.611079-39.333.52133-54.1217413.51.2恒+1.3水平地震Mmax+1.3+1.3187.3897-198.193828.3-167.51564196.5157155.9Nmax+1.3

23、+1.3187.3897-198.193828.3143.21564-183160550.1Nmin+1.3+1.3-57.3708.8126.3749.728.3-167.51564196.5157155.9四、框架梁柱配筋1、横梁配筋以一层梁为例，从横梁内力组合表选取各截面不利内力，并转化为支座边缘控制截面内力，其中：=V-V=V-(g+q)，=M-,各控制截面的内力设计值见表一层横梁控制截面组合内力设计值楼层A支座AB跨跨中M/(KNm)B支座左B支座右BC跨跨中M/(KNm)M/(KNm)V/KNM/(KNm)V/KNM/(KNm)V/KN支座截面-368.6199.5212.15-5

24、26.33-361.4-477.79328.7227.237.8支座边缘控制截面-336.5183.5212.15-465.9-345.4-423.1312.7227.25.7(1) 正截面受弯承载力计算采用单筋矩形截面，混凝土保护层厚度取25mm，=35mm，各控制截面设计配筋见下表。一层梁正截面设计截面A支座AB跨中B支座左B支座右BC跨中bh0350665350665350665350665350665控制截面M/(KNm)-336.5212.15-465.9-423.1227.2 -252.4212.15-349.4-317.3227.2=0.1370.1150.1890.1720.1

25、24=1-0.1480.1230.2110.1900.133=1-0.50.9260.9390.8950.9050.934AS=（mm2）13661133177817571220实配钢筋325420328328420实配面积/(mmmm)14731256187418741256实际配筋率%0.70.60.90.90.6要求最小配筋率%0.30和65ft/fy=0.27较大值0.25和55ft/fy=0.23较大值0.30和65ft/fy=0.27较大值0.30和65ft/fy=0.27较大值0.25和55ft/fy=0.23较大值要求最大配筋率%2.52.52.52.52.5故满足要求2.框架

26、柱配筋（1）正截面设计计算采用单筋矩形截面，混凝土保护层厚度取30mm，=40mm，柱弯矩设计值取=1.2()，在一层柱顶，二层柱底按弹性分析的柱弯矩比进行分配。设计采用、Nmax、Nmin为组合目标的三组内力进行计算。一层中柱（B）正截面配筋计算表位置1层柱组合NmaxNminbh0500500500500500500有、无地震组合有无无内力组合弯矩M/(KNm)196.574.7-54.1N/kN224322432243轴压比要求n=0.80.760.760.76=1.2()805.3-柱顶调整弯矩354.7-柱底调整弯矩=1.25柱底组合弯矩245.6-设计弯矩值354.7-l0=1.2

27、5H812581258125l0/h16.2516.2516.25e0=(mm)158.133.324.10.3h0138138138ea(取20mm与h/30较大值)（mm）202020ei+e0=ea（mm）178.153.344.1=1.01.01.01.00.990.99099=1+()21.482.612.95ei263.5139.1130.1e=ei+-4435319.1310.1=(=0.55)0.820.820.82偏心类型小偏心小偏心小偏心0.81.01.0As=1358722.15561.94实配钢筋325325325实配面积/(mmmm)147314731473实际柱总配筋率/%1.761.761.76要求最小总配筋率/%0.8（满足）0.8（满足）0.8（满足）实际柱一侧配筋率/%0.50.50.5要求柱一侧配筋率/%0.2（满足）0.2（满足）0.2（满足）