河南理工大学土木建筑专业设计已改框架结构设计

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1、3 结构设计说明书3.1框架结构设计任务书工程概况某旅馆设计楼，主体七层，钢筋混凝土框架结构，局部8 层。梁板柱均为现浇，建筑面积约为 6500m2，建筑物平面为 L 形，受场地限制，宽 40 米，长为 70 米，建筑方案确定，房间开间 3.6 米，进深 6.6 米，走廊宽 2.4 米，底层层高 3.9 米，其它层高 3.3 米，室内外高差为 0.45 米，设防烈度 7 度，一类场地。地震参数区划的特征周期分区为二区，抗震等级二级。图 3-1 柱网布置设计资料（1） 气象条件22.基本风压 0.35KN/m ;基本雪压 0.25 KN/m七度近震。(3) 层面做法： 二毡三油防水层；冷底子油热

2、玛蹄脂二道；水泥石保湿层（ 200mm 厚）；20mm 厚水泥砂浆找平层； :120mm 后钢筋混凝土整浇层；吊顶（或粉底）。(4) 楼面做法： 水磨石地面；120mm 厚钢筋混凝土整浇层；粉底（或吊顶）。混凝土强度等级为C30，纵筋 2 级，箍筋 1 级。设计内容(1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图(2)荷载计算(3)框架纵横向侧移计算；(4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析；(5)内力组合及截面设计；(6)节点验算。3.2框架结构设计计算梁柱截面、梁跨度及柱高度的确定(1)初估截面尺寸柱：一、二、三、四五、六、七层： bh=500mm500mm。梁：L1=b h=300mm600mmL2

3、=b h=300mm600mmL3=b h=300mm600mmL4=b h=300mm600mmL5=bh=300mm 600mmL6= bh=300mm600mm(2) 梁的计算跨度以上柱形心线为准，由于建筑轴线与墙轴线不重合，故建筑轴线与结构计算跨度相同，见图中所示。底层柱高度： h=3.9m+0.45m+0.5m=4.85m，其中 3.9m 为底层层高，0.45m 为室内外高差， 0.5m 为基础顶面至室外地面的高度，其它柱高等于层高，即 3.3m，由此得框架计算简图图 3-2 框架梁编号250 250250250250 250660024006600ABCD图 3-3 梁的计算跨度荷

4、载计算（1）屋面均布恒载按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算时注意：吊顶处不做粉底，无吊顶处做粉底，近似取吊顶，粉底为相同重量。二毡三油防水层0.35KN/m 2冷底子油热玛蹄脂二道0.05 KN/m 2200mm 厚泡沫混凝土保温层0.2 6=1.2KN/m2120mm 厚现浇板0.12 25=3 KN/m 215 mm 厚吊顶与粉底0.01517= 0.2 6KN/m 2共计5.26 KN/m 2因为本设计中屋面在七八层中均有所以要分项计算。八层屋面恒载标准值：5.26（ 7.2+3.6+0.5+0.5）（ 6.6+0.5）=461 KN0.25（ 7.2+0.5+3.6+0.5）（ 6.6

5、+0.5）=21 KNG8=461+210.5+36.34+30.96+610.1+1024.1/2+(282+438)/2=1189 KN七层屋面恒载标准值：G7=3091+1470.5+36.3 4+2 11.3+1830.96+95.51+40 10.1+（ 24.144） /2+（ 1316+1450+445+640）/2+86+19=6904 KN图 3-4 横向框架计算简图及柱编号（2）楼面均布恒载按楼面做法逐项计算；水磨石地面0.65KN/m2120 厚现浇板0.1225=3 KN/m2吊顶与粉底0.01517= KN/m2共计3.91 KN/m2八层楼面均布荷载因为该层设有小水

6、箱，因此要将水箱荷载转化为均布荷载， 20 吨水箱在 7.25.6 房间内转化后的均布荷载约为 5.0 KN/m 2。（ 7.2+0.5）（ 5.6+0.5） 9.65=453.261KN其中 9.65 为细石混凝土（ 50 厚），水转化后的均布荷载120 厚的现浇板和吊顶与粉底的荷载标准值之和。因此八层楼面的荷载为：（ 5.62+0.5） 3.6 1+0.5） 4.152+（ 7.2 1+0.5）（ 5.61+0.5） 4.15+453.261=1046.338KN其它层楼面荷载：（ 5.6 2+0.5）（3.614+0.5）4.15+（5.6+0.5）（3.612+0.5） 4.5+（ 4

7、.2+0.5）（ 3.6+0.5） 4.154+（ 7.2+0.5）（ 7.2+0.5）4.152=4389.704KN（ 3）屋面均布活荷载雪荷载标准值：（ 103.6+0.5）（ 6.62+2.4+0.5） 0.25=147 KN计算重力荷载代表值时，由于设计的可上人屋面，因此取荷载为1 .5KN/m 2，此时雪荷载考虑。八层屋面活荷载标准值：（ 5.62+0.5）（3.6+0.5）1.52+（ 5.6 1+0.5）（7.21+0.5） 1.5+（7.2+0.5）（ 5.6+0.5） 1.5=284.82 KN七层屋面活荷载标准值：（ 5.6 3+0.5）（ 7.2 4+0.5） 1.5+

8、（7.2+0.5）（ 7.2+0.5）1.5 2+（3.6+0.5）（ 4.2+5.63+4.2+0.5）1.52+（5.6+0.5）（7.2+0.5） 1.5=1324.77 KN（ 4）楼面均布活荷载楼面均布活荷对旅馆的一般房间为1.5 KN/m2 ；走廊、楼梯、门厅等处取为 2.0 KN/m2 为了计算方便，此处偏安全地同意取均布活荷载2.0KN/m2楼面均布活荷载标准值为：（10 3.6+0.5）（ 6.6 2+2.4+0.5） 2=1175 KN（5）梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰重量）梁侧、梁底抹灰近似按加大了梁宽考虑每根重量计算见例0.340.76.125=36.3KN表 3

9、-1 梁柱自重编号截面（ m2）长度（ m）根数每根重量（KN）L10.3 0.66.12836.3L20.3 0.61.91411.3L30.25 0.66.112630.96L40.25 0.41.9635.51L50.25 0.63.14013.48L60.25 0.453.124010.1Z10.5 0.54.854435.4Z20.5 0.53.326424.1（6）墙体自重墙体均为 240 厚，两面抹灰，近似按加厚墙体考虑抹灰重量。单位面积上墙体重量为0.2819=5.32KN/m2卫生间墙厚为 180:0.2 19=3.8 KN/m2墙体自重计算见表：考虑墙体上有门和窗,所以墙净

10、重按 80%折算 .表 3-2 墙体自重每片面积重量（ KN ）折算重量墙体（m2）片数（KN ）底层纵墙3.14.23322861829底层横墙6.14.21317721550标准层纵墙3.1 2.853516451316标准层横墙6.1 2.71916651450卫生间纵墙1.71 2.8524445445卫生间横墙2.6 2.724640640女儿墙纵墙1.210 3.628686女儿墙横墙1.2（ 6.6 119192+2.4）(7) 荷载分层总汇。顶层重力荷载代表值包括：屋面恒载， 50%的均布活荷载，纵横墙自重、楼面上、下各半层的柱及纵横墙体自重。其它层重力荷载代表值包括：楼面恒载

11、； 50%的楼面均布活荷载；纵横梁自重，露面上下半层的柱及纵横墙体自重。将上述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下： 第八层： G8=1189KN第七层： G7=6904KN第六层： G6=8976KN第五层： G5=8976KN第四层： G4=8976KN第三层： G3=8976KN第二层： G2=8976KN第一层： G1=10196KN水平地震作用下框架的侧移验算.（ 1）横梁线刚度 .混凝土 C30，Ec=3107KN/m 2，fe=1.5N/mm2在框架结构中为考虑这一有利作用，在计算梁的截面惯性矩时，对现浇楼面的边框架取I=1.5I0（ I0 为梁的截面惯性矩）；对中

12、框架梁取 I=2.0I0，、图 3-5 质点重力荷载值8建筑物总重力荷载代表值Gi 为： 63169KNi1横梁线刚度计算结果列于表表 3 3 横梁线刚度边框 架 梁中框架梁梁 号截 面跨度I0=bh 3/12I b=2.0Kb=EI b/LIb=2.0K b=EI b/LLb h（ m2）L （ m）m4I 0（ KNm ）I0（ KNm ）（ m4）（m4 ）L 10.3 0.66.65.4 10-38.3.68 10410-3L 20.3 0.62.45.4 10-38.110.1 104-310L 30.25 0.66.64.5 10-394.09 104-310L 40.25 0.4

13、2.41.3 10-32.6 3.25 10410-3L 50.25 0.63.64.5 10-36.755.63 10497.5 104 10-310-3L 60.253.61.9 10-32.852.38 1043.8 3.17 1040.45 10-310-3（ 2）横向框架柱的侧移刚度D 值计算 .柱线刚度列于下表表 34 柱线刚度柱号截面柱高度 h惯性矩线刚度 Kc（ Z ）（ m2）（ m）Ic=bh 3/12 （m4 ） Kc=EIc/hZ 10.5 0.54.855.21 10-33.22104Z 20.5 0.53.3-34.7445.21 1010横向框架侧移刚度D 值计算

14、见下表表 3 5 横向框架侧移刚度D 值计算层柱类型边框边柱边框中柱底层中框边柱中框中柱 D边框边柱二 .三 . 边框中柱四五中框边柱六七层中框中柱 DK K b ( 一般层 ) 2K cK K b ( 底层 ) Kc3.68/3.22=1.143（ 3.68+10.1）/3.22=4.284.09/3.22=1.27（ 4.09+3.25）/3.22=2.28（ 3.68+3.68） /（ 2*4.74 ）=0.78（ 3.68+10.1）*2/ （ 2*4.74 ）=2.91（ 4.09+4.09） /（ 2*4.74 ）=0.86（ 4.09+3.25 ）*/（ 2*4.74 ）=1.5

15、5K （一般层）2+KDKc122 (kN / m)0.5 K(底层 )h根数2+K0.523859140.7611250140.5418887180.65010677184365200.2811467740.5933097340.30115722180.4372282518876446八 层（ 3.68+3.68） /边框边柱电 梯（ 2*4.74 ）=0.78及 楼（ 4.09+4.09） /中框中柱梯 间（ 2*4.74 ）=0.860.2811467780.301157222柱 D148860（ 3）横向框架的自振周期按顶点位移法计算框架的自振周期。顶点位移法是求结构基频的一种近似方法

16、。将结构按质量分布情况简化成无限点的悬臂直杆， 导出以直杆顶点位移表示的基频公式，这样，只要求出结构顶点位移，就可按下式得到结构的基本周期：T11.70T式中0基本周期调整系数。考虑非承重填充墙时取0.6 T框架的顶点位移。 在未求出框架的周期前， 无法求出框架的地震力及位移， T 是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假象框架顶点位移，然后由 T 求出 T1，在用 T1 求得框架结构的底部剪力，进而求出框架多层剪力和结构真正的位移。表 3 6 横向框架顶点位移层间相对位层次Gi （ KN ） Gi （ KN ）Di （ KN/m ）移 i = Gi/ Di7690469048764460.

17、00790.34368976158808764460.0180.33558976248568764460.02840.31748976338328764460.03860.28938976428088764460.04880.25028976517848764460.05910.2011110196619804365200.1420.142T1= T11.7 0T =1.7 0.60.343 =0.597（ s）（4）横向地震作用计算在工类场地二区，结构的特征周期Tg 和地震影响系数 max 为：Tg=0.35（s） max=0.08由于 T1=0.597（s）1.4=1.40.35=0.49

18、（ s），应考虑顶点附加地震作用。按底部剪力法求得基部剪力， 若按GiHiFEFi=GiHi分配给各层顶点，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层，这种分布基本符合实际，但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分解法求得的结果，特别对周期较长的结构相差更大，地震的宏观震害也表明，结构上部往往震害严重。因此引入 n，即顶部附加的影响，且使修正后的剪力分布与实际更加吻合。由于本设计中有突出屋面的小塔楼，因此由于考虑鞭梢效应，通常将按顶部剪力法计算分配给小塔楼质点上的等效地震力加大，抗震规范规定放大系数取了增大的地震作用离用于设计其自身以及与其相连接的结构构件，附加应力 Fn 加到主体结构顶部。

19、n= 0.08 T1+0.01=0.080.597+0.01=0.0578结构横向总水平地震作用标准值：EK1）0.9max 0.858GiF =（Tg/ Ti 1=2656KN顶点附加水平地震作用Fn=n FEK=0.05782656=31.46KN各层横向地震剪力见表如下表 3 7 各层横向地震作用及楼层地震剪力层hiHiGiGiHi次83.327.9511893323373.324.65690417018463.321.35897619163853.318.05897616201743.314.75897613239633.311.45897610277523.38.1589767315

20、414.854.851019649451注： 1Fn 只加入主体的顶层即7 层2突出屋面的第 8 层 V 8=3F8GiHi8GjHjj10.0360.1860.2090.1770.1450.1120.0800.054FiVi90.09270.27619 889.3523 1412.3443 1855.3363 2218.3280 2498.3135 2833.5图 36 横向框架各层水平地震作用及地震剪力（5）横向框架抗震变形验算.多遇地震作用下，层间弹性位移验算见下表表 3 8 横向变形验算层间剪力 Vi层间刚度 Di层间位移层高（ m）层间相对层次弹性转角（KN ）（KN ）Vi/Di

21、（ m）e7889.38764460.013.31/330061412.38764460.00163.31/206351855.38764460.00213.31/157142218.38764460.00253.31/132032498.38764460.00293.31/113722698.58764460.00313.31/106412833.5101960.00654.851/746层间弹性相对转角均满足要求e1.47s=0.42（s）（8）纵向地震作用计算结构纵向水平地震作用标准值为：FEK=( Tg8)0.9 max 0.85T1i 1Gi （0.3） 0.9 0.08 0.85

22、0.89622388.003=568.66KN定点附加地震作用： n 0.08 T10.010.08 0.420.01 0.043Fnn FEK0.0436568.66=24.73KN各顶层纵向地震剪力计算见下页表11Fi GiHiFEK（1n）GiHij表 3 11 各层纵向地震作用及层地震剪力层H iA iGiGiHiGiHiFiV i次（ m）（ m）（KN）GiHi（KN ）（KN ）j83.328.4443.275125890.03519.0319.0373.325.14073.5491022460.286155.55174.5863.321.82948.354642740.1809

23、7.90272.4853.318.52948.354545450.15382.21354.6943.315.23004.042456610.12869.61424.3033.311.93059.729364110.10255.47479.7723.38.63059.729263140.07440.25520.0212.35.32850.971151100.04222.84542.86（ 9）纵向框架变形验算多遇地震作用，纵向框架层间弹性位移验算见表3-12。表 3-12 纵向框架变形验算层间剪力层间刚度层间位移 V i/D i层高 hi层间相对弹层间（ m）性转角 eV i（KN ）D i（

24、KN/m ）（m）1819.03525360.000363.391667174.581136340.0015413.321426272.481136340.002413.313755354.691136340.0031213.310574424.301319550.0032213.310243479.771319550.0036413.390612520.021319550.003943.38381542.861172000.0046314.851144层间弹性相对转角均满足要求e e 1450水平地震作用下，横向框架的内力分析以上框架为例进行计算，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中框架

25、完全相同，故不再赘述。框架柱端弯矩见表13。梁端弯矩、柱轴力见表14。中柱两侧梁端弯矩按梁线刚度分配。地震力作用下框架弯矩见图3-8 ，剪力及柱轴力见图3-9 。表 3-14 地震力作用下框架梁端弯矩及柱轴力层AB 跨BC 跨柱轴力M 左M 右M 左M 右Vb次lV blNDNJ(KNm(KN(KN(KN(KNn(m)（ KN ） (m)(KN)(KN)m)m)m)76.634.3225.49.042.420.1420.1416.7-9.04-7.74866.667.9854.318.522.443.2143.2136.0-27.5-25.216356.692.976.525.672.460.

26、8260.8250.6-53.2-50.283446.6121.6101.33.762.480.4880.4867.0-86.9-83.52795133.6107.71.2 -123. -118.36.636.542.485.585.55555326153.4124.82.2-68.0-158.26.642.052.498.6598.65511342168.2146.116.3116.396.9-87.8-207.16.647.662.453556372计算梁端弯矩M ：梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上下柱端弯矩之和按左右梁的线刚度比例分配。M 左（ M 上M 下）K 左/（K 左K 右

27、）M 右（ M 上M 下）K 右/（K 左K 右）计算梁端剪力V b：根据梁的两端弯矩V b（ M 上 M 下 ）/L计算柱轴力 N：边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加，中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差，亦按层叠加。竖向荷载作用下框架的内力分析仍取中框计算（ 1） 荷载计算第七层梁的均布线荷载AB跨屋面均布恒载传给梁5.26 3.6 18.94 KN/m横梁自重（包括抹灰）0.290.6254.35 KN/m恒载23.29 KN/m图 3 8 地震作用下框架梁柱弯矩图9.049.0416.789.049.0416.78-9.049.0418.5218.5236.0118.5218.5236.01-27

28、.56-25.2325.2327.5625.6725.6750.6825.6725.6750.68-53.23-50.2450.2453.2333.7633.7667.0733.7633.7670.83-86.9986.9936.5436.5471.2536.5436.5484.92-123.53-118.26118.26123.5342.0542.0582.2142.0542.0582.21165.5847.6647.6696.9647.6647.6696.96-213.24-207.72207.72213.24ABCDBC跨屋面均布恒载传给梁5.263.618.94 KN/m横梁自重（包括

29、抹灰）0.290.425 2.9 KN/m恒载21.84 KN/m第七层活载： 1.5 3.6 5.4 KN/m第二三四五六层梁的均布线荷载AB 跨：楼面均布荷载传给梁3.913.614.08 KN/m横梁自重（包括抹灰）0.290.4252.9 KN/m内横墙自重（包括粉刷）0.28 19（ 3.6 0.6 ） 15.96KN/m恒载BC 跨：32.94KN/m楼面均布荷载传给梁横梁自重（包括抹灰）3.910.293.6 14.08KN/m 0.4 252.9 KN/m恒载16.98KN/m第二三四五六层活荷载：2 3.6 7.2 KN/m第二三四五六层集中荷载：纵梁自重（包括抹灰）0.29

30、 0.45 253.6 11.75 KN纵墙自重（包括抹灰）0.28 19+3.6 （ 3.6 0.45 ）60.33 KN柱自重（包括抹灰）0.540.54 3.3 2526.24 KN总计：98.32 KN第一层梁的均布线荷载：AB跨恒载：32.94 KN/mBC 跨恒载：16.98 KN/m活载：7.2 KN/m第一层集中荷载：纵梁自重（包括抹灰）0.29 0.6 25 3.6 15.66 KN纵墙自重（包括抹灰）0.28 19+3.6 （ 3.6 0.45 ） 60.33 KN柱自重（包括抹灰）0.540.54 3.3 2526.24 KN第一层柱自重（包括抹灰） ： 0.54 0.5

31、4 4.85 2535.36 KN总计：102.23KN注：双向板支承梁计算梯形分布荷载作用下，可将实际荷载换算成等效的均布荷载梯形分布： qeq=(1-2k 2+k3)q s三角形分布：qeq=5/8 q sDCBPpPPPMABMBAMABqMBAABABaaaL0AL0图11图 3 10 双向板的传力图中框架恒载及活载见下图。图 3 11框架竖向荷载示意（2） 用弯矩分配法计算框架弯矩由于结构对称，在竖向荷载作用下的框架侧移可略去不计，其内力分析采用弯矩分配法。在竖向荷载作用下，梁端可以考虑塑性重分布，取弯矩调幅系数0.8，楼面竖向荷载分别按恒荷载及全部活荷载计算。竖向荷载作用下框架的内力分析，除荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活载的不利布置，这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活载不利布置求得的弯矩偏低，但当活载占总荷载比例较小时，其影响很小，若活荷载占总荷载比例较大，可在荷载面配筋时，将跨中弯矩乘以1.1 1.2 的放大系数予以调整。