房屋结构课程设计

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1、目 录 1.概述.1 房屋结构概况.1 设计参数.2 设计参考.3 2.截面设计.3 构件截面尺寸.3 刚度计算.4 3.重力荷载作用下的内力计算.6 重力荷载计算.6 弯矩二次分配法计算框架内力.11 4.水平地震荷载作用下的内力计算.18 水平地震作用标准值计算.18 D 值法计算水平地震作用下的内力.20 5.框架的内力组合.22 梁控制截面内力与梁端负弯矩调幅.22 底层边跨梁内力组合与截面计算.22 底层中跨梁内力组合与截面计算.24 底层柱内力组合与截面计算.27 1.概述 房屋结构概况 某七层办公楼为钢筋混凝土全现浇框架结构，其平面柱网布置如图 1-1，轴线对应的框架立面如图 1

2、-2。图 1-1 柱网布置图 图 1-2 框架立面图 设计参数 结构层高 如图 1-2 所示。荷载 楼面恒载：2m/kN5.4，屋面恒载：2m/kN0.5，楼面活载：2/0.2mkN 走廊活载：2/5.2mkN，屋面活载：2m/kN7.0 二三层横墙荷载：2m/kN5.13 四至七层横墙荷载：2m/kN5.15 二至七层外纵墙荷载：2m/kN0.18 屋面以上外纵墙荷载：2m/kN5.16 二至七层内纵墙荷载：2m/kN0.13 注：（1）楼面层恒载中已计入楼屋面面层，结构层即楼屋面板及顶棚抹灰或吊顶重，但未计入梁自重。（2）内外纵墙荷载已计及门、窗及相关装饰、粉刷、贴面，且忽略结构层高差别的

3、影响。（3）屋面以上外纵墙荷载为屋面女儿墙荷载。（4）一层墙对框架结构内力无影响，未列入。查建筑结构荷载规范表钢筋混凝土自重取3m/kN25。钢筋种类 梁、柱钢筋：HRB400，2/400mmNfyk，2/360mmNffyy，其他钢筋：HRB335，2/335mmNfyk，2/300mmNffyy 混凝土强度等级 混凝土强度等级为 C30，2/1.20mmNfck，2/01.2mmNftk，2/3.14mmNfc，2/43.1mmNft。混凝土弹性模量2/30000mmNEc。抗震设防烈度 本设计抗震设防烈度设定为度。设计地震分组 本设计设计地震分组为第一组。建筑场地类别 本设计选定场地类别

4、为：类。其他 由于本设计是抗震设防烈度为度，高度为的框架结构,查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）表可知，本设计的抗震等级为一级。本设计将轴横向框架作为典型框架。设计参考（1）中华人民共和国国家标准建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（2）中华人民共和国国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）（3）中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2010）（4）高层建筑结构设计原理（第二版），西南交通大学出版社。2.截面设计 构件截面尺寸 板厚 由柱网布置图可知，本设计中的板为双向板，查混凝土结构设计规范（GB50010-2002），现浇钢筋混凝土双向板

5、的最小板厚为 80mm。考虑到本设计的荷载，以及模数要求，板厚取为 100mm。梁截面设计 框架梁截面高度 h 可按计算跨度的151101选取，且不小于400mm，也不宜大于41净跨。框架梁的宽度b 一般为梁截面高度h 的3121，且不应小于200mm。考虑到实际承受的荷载大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等级等因素，本设计选取梁的截面为：梁：mm400mm600 柱截面设计 框架柱的截面尺寸一般由最小构造、模数、剪跨比、轴压比要求决定。在本设计中剪跨比不起控制作用，可不考虑。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）可知，柱截面的宽度和高度不宜小于400mm。截面长边与短边的边长比不宜

6、大于 3。查建筑抗震设计规范（GB50011-2010）可知，柱轴压比限值为。根据轴压比按下式估算截面尺寸：cNcfNA 式中 cA柱所需截面面积；N柱组合的轴压力设计值：AGnN 式中 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，取；A按简支状态计算的柱的负载面积，本设计中为281.1895.48.3mmm；G折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可近似取2/1612mkN，本设计取2m/kN12 n验算截面以上楼层层数；cf混凝土轴心抗压强度设计值；N框架柱轴压比限值。本设计中起控制作用的是底层的中柱 kN052.205471281.183.1AGnN 截面尺寸：2cNcmm61.2209843.

7、1465.01000052.2054fNA 选取截面尺寸为22mm61.220984mm250000mm500mm500。刚度计算 梁的刚度计算 计算梁的截面惯性矩时，对于两侧有板的中间框架，横梁截面惯性矩可取梁矩形截面（包括板厚在内）惯性矩I的 2 倍，对于仅有一侧有板的横梁，则取I5.1。梁的计算过程见表。表 梁的刚度 部位 断面 hb)(mm 跨度 L)(m 截面惯性矩 0I)10(43m 边框架梁 中框架梁 05.1IIb)10(43m LIEibcb)10(3mkN 02IIb)10(43m LIEibcb)10(3mkN 边跨梁 中跨梁 120 90 柱的刚度计算 按 D 值法计算

8、柱的刚度的计算过程见表。表 柱的刚度 层数 层高（m）柱号 柱根数 ci（mkN）cbiiK2 KK2 212hiDc（mkN/）楼层D(mkN/)1 1 4 60000 404519 2 12 3 4 4 12 2 至 6 1 4 859509 2 12 3 4 4 12 7 1 4 81000 554757 2 12 3 4 4 12 3.重力荷载作用下的内力计算 重力荷载计算 恒载参数计算 对于双向板，由板传到框架横梁上的荷载为对称的梯形或三角形分布，荷载传递简图如图 3-1 所示。楼面：kN245.168.49.1212pAP2111 kN9152.365.48.1)1.09.1(21

9、9.1212pAP2221屋面：kN05.180.59.1212pAP2111 kN05.360.58.1)1.09.1(219.1212pAP2221 二至七层：kN9.778.34.025.0258.30.18P12梁重纵墙荷载 kN9.588.34.025.0258.30.13P22梁重纵墙荷载 屋面以上：kN2.728.34.025.0258.35.16P12梁重纵墙荷载 kN5.98.345.025.025P22梁重纵墙荷载 图 3-1 恒载传递简图 横墙及横梁荷载集度：二三层：m/kN186.030.0255.13q1横梁荷载横墙荷载 m/kN66.04.025q2 横梁荷载 四至

10、七层：m/kN5.216.04.0255.15q1横梁荷载横墙荷载 m/kN5.24.025.025q2 横梁荷载 屋面：m/kN66.04.025q1 横梁荷载 m/kN5.24.025.025q2 横梁荷载 板传递至框架的恒载集度最大值：楼面：m/kN1.178.35.4qmax1 m/kN2.166.35.4qmax2 屋面：m/kN198.30.5qmax1 m/kN186.30.5qmax2 框架上的恒载 框架上的恒载由上述所算出的各参数组合而成，分为二三层、四至七层、屋面三种情况，分别如图3-2、3-3、3-4 所示。整个框架的受力简图如图 3-5 所示。图 3-2 一二层框架恒载

11、受力简图 图 3-3 三至六层框架恒载受力简图 图 3-4 七层框架恒载受力简图 图 3-5 整个框架的恒载受力简图 活载参数计算 活载的传递方式同恒载相同。荷载传递简图如图 3-6 所示。楼面：图 3-6 活载传递简图 kNpAP22.70.29.12122111 kNpApAPPP44.235.28.1)1.09.1(210.29.1212222212122212屋面：kNpAP22.70.29.12122111 kNpApAPPP64.210.28.1)1.09.1(210.29.1212222212122212板传递至框架的活载载集度最大值：楼面：mkNq/6.78.30.2max1

12、mkNq/96.35.2max2 屋面：mkNq/6.78.30.2max1 mkNq/2.76.30.2max2 框架上的活载 框架上的恒载由上述所算出的各参数组合而成，分为楼面、屋面两种情况，分别如图 3-7、3-8所示。整个框架的受力简图如图 3-9 所示。图 3-7 楼面的活载受力简图 图 3-8 屋面的活载受力简图 图 3-9 整个框架的活载受力简图 框架上的重力荷载 框架上的重力荷载=100%的恒荷载+50%的活荷载。叠加框架上的恒载及活载的一半得整个框架的重力荷载，如图 3-10 所示。图 3-10 整个框架的重力荷载受力简图 弯矩二次分配法计算框架内力 梁柱转动刚度 除底层柱外

13、，其余各层柱的线刚度乘以的折减系数。梁柱转动刚度见表。计算分配系数 分配系数按下式计算：SS/由于结构和荷载对称，仅计算半边结构的分配系数，各节点杆件分配系数见表。表 梁、柱转动刚度 构件名称 转动刚度 S（mkN）框架梁 边跨 33b1056.1641014.414i4 中跨 33b1014410722i4 框架柱 顶层 33106.29110819.049.04bi 中间层 331045.3531018.989.049.04bi 底层 3310240106044bi 梁端固端弯矩FM 七层：边跨：mkn02.34ql121pl)la()la(21121M2232F中跨：mkN908.41q

14、l121pl965M22F 三至六层 边跨：mkN28.50ql121pl)la()la(21121M2232F中跨：mkN908.41ql121pl965M22F 一、二层 边跨：mkN932.47ql121pl)la()la(21121M2232F中跨：mkN908.41ql121pl965M22F 弯矩分配与传递 由于结构以及荷载对称，可以取半结构进行弯矩分配与传递。弯矩分配与传递分别如图 3-11 所示。作框架弯矩图 将杆端弯矩按比例画在杆件受拉一侧，如图 3-12 所示。作框架剪力图和轴力图 根据弯矩图很容易作出剪力图和轴力图。但是在横向框架柱中，除了上述由楼板及框架横梁上的恒载和活

15、载经框架横梁在框架柱中产生的轴力外，框架柱中轴力还应包括：（1）楼屋面恒载和活载通过双向板传给纵向框架梁对柱引起的压力；（2）纵向框架梁自重及其上外纵墙、内纵墙经纵向框架梁对柱引起的压力；（3）对于各层柱的下端截面尚有柱自重产生的轴力。单位长度柱产生的自重为：m/kN25.6255.05.0 q 框架剪力图、轴力图分别如图 3-13、3-14 所示。图 3-11 弯矩分配与传递 图 3-13 框架剪力图（kN）图 3-14 框架轴力图（kN）4.水平地震荷载作用下的内力计算 水平地震作用标准值计算 楼层重力荷载代表值 各楼层的重力荷载代表值采用估算的算法。kNGi88.60326.262.16

16、14 自振周期计算 基本自振周期采用顶点位移法计算。其中非结构墙影响的折减系数T取。结构顶点假象侧移Tu计算结果见表。表 顶点假象侧移 层次 iG（kN）iG(kN)D(mkN/)DGuuiii1(m)iu(m)7 554757 6 859509 5 859509 4 859509 3 859509 2 859509 1 404519 s516.02556.06.07.1u7.1TTT 地震影响系数 根据建筑抗震设计规范中地震影响系数的曲线，设防烈度为度，设计地震分组为第一组，类场地时：12.0max，s15.0Tg。由于ggTTT5，地震影响系数按下式计算：max21TTg 式中曲线下降段的

17、衰减指数，取；2阻尼比调整系数，取 1；T结构自振周期；gT特征周期；max地震影响系数最大值。0282.012.01749.015.09.01 由于gTT4.11,需计算附加顶部集中力：1299.007.0T08.0n 结构水平地震作用标准值 结构总水平地震作用效应标准值为:kN02.10414343085.00282.0G85.0GFi1eq1Ek 附加顶部集中力为：kN23.13502.10411299.0FFEknn 各层水平地震作用标准值：)1(1nEknjjjiiiFHGHGF 屋面：kNGGFii5.131545135988.1079.257 楼面：kNGGFii9.730359

18、88.1079.216 kNGGFii8.62035988.1076.185 kNGGFii7.51035988.1073.154 kNGGFii5.40035988.107123 kNGGFii4.29035988.1077.82 kNGGFii2.18035988.1074.51 D 值法计算水平地震作用下的内力 典型框架柱的剪力 根据表计算的框架柱侧向刚度 D 值，柱的剪力按下式计算：jmijijkjkVDDV1 式中jkV第j层第k柱的剪力；jiD第j层第k柱的抗侧刚度；mijiD1第j层所有柱的抗侧刚度之和；jV第j层由外荷载引起的总剪力。计算反弯点高度比 根据框架总层数n、所在楼层

19、j以及梁柱线刚度比K查高层建筑结构设计原理表查出0y。由于上下层梁线刚度相同，反弯点高度比修正值01y。由于上下层层高可能变化，其中：hh上2，hh下3 式中上h、下h上层、下层层高。上层层高大于本层，向上移；反之，向下移。下层层高大于本层，向下移；反之，向上移。于是，框架各层柱经过修正后的反弯点高度可由下式计算得到：3210yyyyy 梁端弯矩 边柱梁按节点平衡得到梁端弯矩；中间节点按线刚度比分配柱端弯矩。中柱梁外侧刚度比分配系数为：63.0;中柱梁内侧刚度比分配系数为：梁端弯矩详细计算过程表 层数 边柱梁（mkN）中柱梁外侧 （mkN）中柱梁内侧 （mkN）1 03.43349.25854

20、.174 28.33963.0)80.31549.220(01.19737.0)80.31549.220(2 98.33554.17444.161 84.31363.0)49.26959.226(24.18237.0)49.26959.226(3 47.29044.16103.129 93.25763.0)59.22611.181(77.14937.0)59.22611.181(4 2.26171.15749.103 21.23663.0)36.22100.152(15.13737.0)36.22100.152(5 49.20518.13731.68 12.18363.0)78.18567.1

21、03(33.10637.0)78.18567.103(6 98.17532.11666.59 60.13963.0)51.15515.65(06.8137.0)51.15515.65(7 22.139 27.7363.081.115 54.4237.081.115 5.框架的内力组合 由于是钢筋混凝土全现浇框架结构，所示截面最大内力会出现在底层。以上各层配筋与底层一致，下面以底层的梁、柱为例，进行抗震内力组合与截面计算。梁控制截面内力与梁端负弯矩调幅 底层梁地震作用下：kN76.123VE mkN13.429ME1 mkN36.318ME2 重力荷载作用下：kNVG94.1071 kNVG10

22、.1112 mkNMG59.951 mkNMG57.1052 考虑梁端负弯矩调幅，取调幅系数8.0，则 mkNMG47.768.059.951 mkNMG46.848.057.1052 调幅后的跨中弯矩为 mkNMmkNMM105.962172.107)46.8447.76(21111中 底层边跨梁内力组合与截面计算 梁正截面计算 故梁端顶部按mkNM70.654，梁底部按mkNM47.486确定纵向受拉钢筋。（1）梁底部纵向受拉钢筋计算 )2(01xhbxfMcRE 根据规范，75.0RE，C30 时11，3.14cf，采用25 的钢筋，保护层厚度mmc25，故mmh5.6122252565

23、00 故上式为 )25.612(3003.1411047.48675.06xx 解得mmx66.159 518.0261.05.61266.1590bhx 又由sycAfbxf1，可得 262.190236066.1593003.14mmAs 选 425，21964mmAs。（2）梁顶部纵向受拉钢筋计算 采用20 的钢筋，双排布置，保护层厚度mmc25，故mmh5.59222520256500)25.592(3003.1411070.65475.06xx 解得mmx01.243 518.0410.05.59201.2430bhx 又由sycAfbxf1，可得 287.289536001.243

24、3003.14mmAs 选 1020，23142mmAs，双排。（3）梁纵向受拉钢筋配筋率 梁端%4.0%77.15.5923003142min0bhAs 跨中%3.0%07.15.6123001964min0bhAs 5.0625.031421964ss顶底AA 满足规范要求。梁斜截面计算 GbnrbualbuabVlMMV/)(1.1 其中，根据实配钢筋面积和材料强度确定的截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值为：mkNMlbua285.830 mkNMrbua205.556 kNVlMMVGbnrbualbuab61.35152.1093.6/5.13861.1/)(1.1 剪压比验算：2.0

25、128.05.5423003.1411061.35185.0bhfV30ccbRE 配箍计算：mm874.05.54230025.15.54240043.142.01061.35185.0hf25.1bhf42.0VsA30yv0tbREsv 选用双肢10100，有 mm874.0mm57.1100157sAsv%143.030043.13.0ff3.0%393.0100400157bsnAyvtsvsv 满足规范要求。底层中跨梁内力组合与截面计算 梁正截面计算 梁左端最大负弯矩 mkN9.270)97.186(3.1)2.23(2.1M1 梁左端最大正弯矩 mkN86.21997.1863.

26、1)2.23(0.1M1 梁右端最大负弯矩 mkN9.270)97.186(3.1)2.23(2.1M2 梁左端最大正弯矩 mkN86.21997.1863.1)2.23(0.1M1 将跨中正弯矩 mkNM85.1603.104.142.1max 故梁端顶部按mkN9.270M，梁底部按mkN86.219M确定纵向受拉钢筋。（1）梁底部纵向受拉钢筋计算 )2(01xhbxfMcRE 根据规范，75.0RE，C30 时11，3.14cf，采用20 的钢筋，保护层厚度mmc25，故mm56522025600h0 故上式为)2x565(x4003.1411086.21975.06 解得mm3.140

27、 x 518.0384.05653.140hxb0 又由sycAfbxf1，可得 2smm32.15103603.1404003.14A 选 520，21570mmAs。（2）梁顶部纵向受拉钢筋计算 采用25 的钢筋，保护层厚度mmc25，故mm5.56222525600h0)2x5.562(x4003.141109.27075.06 解得mm59.174x 518.0310.05.56259.174hxb0 又由sycAfbxf1，可得 2smm81.187536059.1854003.14A 选 425，21964mmAs。（3）梁纵向受拉钢筋配筋率 梁端%4.0%089.05.56240

28、01964bhAmin0s 跨中%3.0%696.05654001570bhAmin0s 5.080.019641570ss顶底AA 满足规范要求。梁斜截面计算 由于本框架是一级框架，还应符合下式要求：GbnrbualbuabVlMMV/)(1.1 其中，根据实配钢筋面积和材料强度确定的截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值为：mkNMlbua56.352 mkNMrbua51.264 kNVlMMVGbnrbualbuab21.21366.246.3/07.6171.1/)(1.1 剪压比验算：2.0098.05.5624003.1411021.21385.0bhfV30ccbRE 配箍计算：mm

29、74.05.562400025.15.56240043.142.01021.21385.0hf25.1bhf42.0VsA30yv0tbREsv 选用双肢10100，有 mm74.0mm57.1100157sAsv%143.030043.13.0ff3.0%392.0100400157bsnAyvtsvsv 满足规范要求。底层柱内力组合与截面计算 轴压比验算 柱：kNN99.231842.393.179.18892.1max 65.045.05005003.141099.2318bhfN3cmax 正截面计算 在内力组合时，对柱顶需考虑柱端弯矩的调整，对柱底需乘以规范要求的增大系数，则柱采用如

30、下最不利内力组合。中柱柱顶：maxM及相应的N：（A）mkNiiMMMMMccEEGG69.49782.981816000060000)01.19728.339(3.1)26.2246.84(2.17.1)(3.1)(2.17.13232 kNN67.226042.393.119.18412.1 mkNiiMMccbua32.49882.981816000060000)51.264285.830(2.12.1 kNN67.226042.393.119.18412.1 maxN及相应的M：（B）kNN67.226042.393.119.18412.1 mkNiiMMMMMccEEGG69.497

31、82.981816000060000)01.19728.339(3.1)26.2246.84(2.17.1)(3.1)(2.17.13232 minN及相应的M：（C）kNN94.178942.393.119.18410.1 mkNiiMMMMMccEEGG45.40982.981816000060000)01.19728.339(3.1)26.2246.84(0.17.1)(3.1)(0.17.13232 中柱柱底：maxM及相应的N：（D）mkNM16.98910.4363.144.122.17.1 kNN99.231842.393.179.18892.1 maxN及相应的M：（E）kNN

32、99.231842.393.179.18892.1 mkNM16.98910.4363.144.122.17.1 minN及相应的M：（F）kNN54.183842.393.179.18890.1 mkNM63.942)10.4363.144.120.1(7.1 初步试算可知，以上全部为大偏心受压构件，可能起控制作用的组合有 D：mkNM16.989，kNN99.2318 F：kNN54.1838，mkNM63.942 柱采用对称配筋,初步试算可知，为大偏心受压。配筋计算：D:mmNMe42799.231816.9890，mmhmmea20)30,20max(mmeeeai4470，取mmh5

33、600，ml4.50 1387.11099.23188.06003.145.05.0321NAfREc，取11。1596.04.50hl，取12。068.111944714905601149011221200hlhei 518.0386.05606003.141099.23188.0301bcREbhfN mmaheesi396.737402600447068.12 223020143.2830)40560(360)386.05.01(386.05606003.14396.7371099.23188.0)()5.01(mmahfbhfNeAsycREs F:mmNMe51354.183863.

34、9420，mmhmmea20)30,20max(mmeeeai5330，取mmh5600，ml4.50 1750.11054.18388.06003.145.05.0321NAfREc，取11。1596.04.50hl，取12。057.111953314905601149011221200hlhei 518.0306.05606003.141054.18388.0301bcREbhfN mmaheesi38.823402600533057.12 223020199.2743)40560(360)306.05.01(306.05606003.1438.8231054.18388.0)()5.01

35、(mmahfbhfNeAsycREs 按最小配筋率 22189060010005.121mmAs 综上，底层柱钢筋选用 1020，23142mmAs。斜截面计算 剪力设计值的调整其中，根据实配钢筋面积和材料强度确定的截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值为：mkNMtcua18.588 mkNMbcua18.588 kNVc19.297)65.04.5/()18.58818.588(2.1 弯矩设计值为kNVc82.322 剪跨比 边柱逆时针上端2hVM0cc 边柱顺时针上端2hVM0cc 边柱逆时针下端2hVM0cc 边柱顺时针下端2hVM0cc 中柱逆时针上端2hVM0cc 中柱顺时针上端2hV

36、M0cc 中柱逆时针下端2hVM0cc 中柱顺时针下端2hVM0cc 取3剪压比验算 2.0057.05606003.1411082.32285.030bhfVcccRE 配箍计算 kNhbfkNNccc44.1441105606003.143.03.097.272530 故取kNN44.1441。则 mmhfNbhfVsAyvtcREsv402.05603001044.1441056.056060043.1405.11082.32285.0056.0105.13300 选取10200，3 肢箍。mmmmsAsv402.018.1200236 柱端加密区配10100，3 肢箍，则加密区体积配箍率为%87.054010065405.782corisvvsAlA 加密区最小体积配箍率为%78.03007.1614.0yvcvff 故满足规范要求。装 订 线