某框架结构荷载统计及内力计算.doc

《荷载与结构设计方法》课程设计

——某框架结构荷载统计及内力计算

专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
考 号
成绩评定

2019年 05月14日

目录
一、设计条件 3
1、工程概况 3
2、 基本计算条件 3
二、计算内容 3
第1章 竖向荷载及水平荷载计算 3
1.1 结构布置 3
1.2 梁、柱截面尺寸估算 3
1.3 恒载标准值的计算 5
1.5厚单组份聚氨酯防水涂料 5
1.4 活荷载标准值计算 8
1.5 竖向荷载下框架受荷总图 9
1.6 风荷载标准值 12
第2章 风荷载作用下框架结构内力计算及位移计算 13
2.1框架梁柱的线刚度计算 13
2.2风荷载作用下的水平位移验算 14
2.3风荷载作用下的框架内力计算 16
第3章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 19
3.1 恒荷载标准值作用下的内力计算 19
3.2活荷载标准值作用下的计算： 20
第4章 框架梁、柱内力组合 21
4.1框架梁的内力组合 21
4.2框架柱的内力组合 21
第5章 参考文献; 22
[1]《混凝土结构基本原理》上、下册，第四版，天津大学，同济大学、东南大学主 22
[2] 《房屋建筑学》第三版，武汉理江大学编著，湖北，武汉理工大学出版社，2008 22
[3] 《结构力学》，文国治主编，重庆，重庆大学出版社，2008 22
[4]《土力学与基础工程》，赵明华主编，湖北，武汉理工大学出版社，2009 22
[5]《高层建筑结构设计》(第二版,沈蒲生编著，中国建筑工业出版社，2011 22
[6]《混凝土结 构设计规范》CGB50010-2002) 22
[7]《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001) 22
[8]《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002) 22

一、设计条件
1、工程概况
本工程项目名称为幼儿园综合楼，本项目总建筑面积为1819.98㎡，地上建筑面积1819.98㎡，主要使用功能为教学及辅助用房。本工程设计规模为中型，耐火等级为二级，设计分类使用年限为3类（50年），屋面防水等级为一类。建筑高度为（室外地坪至女儿墙顶）15.6m,建筑层数为地上四层，结构形式为框架，基础形式为独立基础，抗震设防分类为乙类，抗震设防烈度7度（第二组），设计基本地震加速度为0.10g。
2、 基本计算条件
《荷载与结构设计方法》课程设计选题表
设计条件
考号
工程名称
层数
层高
地区
地面粗糙度类别
轴号
内力组合层数
基底标高
（mm）
首层（m）
其它层
（m）
19
框架4
3
-900
3.9
3.3
北京
B
3
1、2、3

二、计算内容
第1章 竖向荷载及水平荷载计算
1.1 结构布置

本建筑物共3层，为市区教学楼，项目名称叫幼儿园综合楼。为了使结构的整体刚度较好，楼面、屋面、楼梯等均采用框架结构。基础为柱下独立基础。
本教学楼的结构平面布置如图所示。
本建筑的柱距为6m和3m，局部8.3m、5.7m和3.9m，根据结构布置，本建筑平面均为双向板。双向板的厚度h/50﹙为区格长边边长﹚。楼面板和屋面板为180㎜。
本建筑的材料选用如下：
混凝土：采用C20
钢筋：纵向受力钢筋采用热扎钢筋HRB400，其余采用热扎钢筋HPB235。
1.2 梁、柱截面尺寸估算
1.2.1 框架横梁截面尺寸
框架横梁截面高度h=（1/14～1/8），截面宽度b=（1/3～1/2）h[1]。
本结构中:
纵向框架梁1（跨度L=7500mm)
h=（1/14～1/8）=（1/14～1/8）×6000=428㎜～750㎜，取h=600㎜。
b=（1/3～1/2）h=（1/3～1/2）×600=200㎜～300㎜，取b=250㎜。
纵梁框架梁2（跨度L=8300mm)
h=（1/14～1/8）=（1/14～1/8）×3000=593㎜～1038㎜，取h=700㎜。
b=（1/3～1/2）h=（1/3～1/2）×700=233㎜～350㎜，取b=250㎜。
1.2.2 框架柱截面尺寸
底层柱轴力估算：根据经验公式：
A=a=
其中 A —— 柱横截面面积，取方形时的边长为a；
n —— 验算截面以上楼层层数；
F —— 验算柱的负荷面积；
f—— 混凝土轴心抗压强度设计值；
—— 为地震及中、边柱的相关调整系数，七度中间柱取1.0，边柱取1.1；
G —— 结构单位面积的竖向荷载，在本设计中，G取13kN/㎡，n=5。
F = 6×（8.3+6）/2=42.9㎡
取1.0，设防烈度为7度，小于30m高的框架结构抗震等级为三级，因此取0.9。C20混凝土f=9.6MPa。
A = =×1.0=0.29㎡ Þ = 0.538m
初步确定柱截面尺寸边柱为600㎜×600㎜、中柱为550mm×550mm。框架梁柱编号及其截面尺寸如图（1.1）所示，为了简便施工，各柱截面从底层到顶层不变。
1.1.3 框架的计算简图的确定
确定框架计算单元如图1-1所示，框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。二层楼面标高为，底层柱高为，其余各层柱高从楼面算至上一层楼面（即层高），故均为，由此可绘出框架的计算简图如图1-2所示。

1.3 恒载标准值的计算
1.3.1 屋面
40厚C20细石混凝土 1kN/㎡
满铺无纺聚酯纤维布（隔离层） 0.125kN/㎡
保温层40厚加气混凝土 0.34kN/㎡
3厚单面自粘改性沥青防水卷材 0.15kN/㎡
1.5厚单组份聚氨酯防水涂料
30厚C20细石砼找坡层 0.72kN/㎡
100 厚现浇板 2.5kN/㎡
合计 4.835kN/㎡
1.3.2 各层走廊楼面
水磨石楼面：
0.2厚真空镀铝聚脂薄膜
20厚极速聚苯板保温层 0.01kN/㎡
10厚防滑地砖； 0.18kN/㎡
50厚C20细石混凝土随打随抹 1.25kN/㎡
结构层：180厚现浇钢筋混凝土板 4.5kN/㎡
合计 5.94kN/㎡
1.3.3标准层楼面
18厚1:3水泥砂浆找平层 1.61kN/㎡
结构层：180厚现浇钢筋混凝土板 4.5kN/㎡
抹灰层：十厚混合砂浆 0.17kN/㎡
合计 6.28kN/㎡
1.3.4 梁自重
b×h = 250㎜×600㎜
自重 25×0.25×（0.6-0.18）=2.625kN/m
抹灰层 0.01×17×（0.6×2+0.25）=0.25kN/m
合计 2.875kN/m
b×h = 250㎜×700㎜
自重 25×0.15×（0.7-0.18）=3.25kN/m
抹灰层 0.01×17×（0.7×2+0.25）=0.28 kN/m
合计 3.53 kN/m
1.3.5 柱自重
b×h = 600㎜×600㎜
自重 25×0.6×0.6=9kN/m
抹灰层：10厚混合砂浆 17×0.01×2=0.34 kN/m
合计 9.34kN/m
b×h = 550㎜×550㎜
自重 25×0.55×0.55=7.56 kN/m
抹灰层：10厚混合砂浆 17×0.01×2=0.34 kN/m
合计 7.9kN/m
1.3.6 外纵墙自重
底层：
纵墙 [(4.55-1.2×2-1.5)×0.2×18×4.8+(4.8-3)×3.9×0.24×18]/4.55=9.13kN/m
[(6-0.3-1.5)×0.2×18×（4.8-0.6）/6=10.584kN/m

铝合金窗 0.48kN/m
水刷石外墙面 （4.55-1.2×2-1.5）×0.55= 0.36kN/m
水泥砂浆粉刷内墙面 0.23kN/m
合计 10.2kN/m
标准层：
纵墙 [(4.55-1.2×2-1.5)×0.2×18×3.6+(3.6-2.85)×3.9×0.24×18]/4.55=4.63kN/m
铝合金窗 0.48 kN/m
水刷石外墙面 0.36 kN/m
水泥砂浆粉刷内墙面 0.23 kN/m
合计 5.7kN/m
1.3.7 内隔墙
底层：
内隔墙 4.05×0.2×4.2×18/4.05×3.05/4.05=11.39 kN/m
水泥砂浆粉刷内墙面 0.36×4.05=1.458kN/m
合计 12.848kN/m
标准层：
内隔墙 4.05×0.2×3×18/4.05×3.05/4.05=8.13
水泥砂浆粉刷内墙面 1.458 kN/m
合计 14.306kN/m
1.3.8 内纵墙自重
底层：
纵墙 [(8.8-1×2)×0.24×18×4.1+(4.1-2.4)×1×2×0.24×18]/8.8=16.36kN/m
夹板门 0.48kN/m
水泥砂浆粉刷内墙面 2 ×4.8×0.36=3.456 kN/m
合计 20.30kN/m
标准层：
纵墙 [(8.8-1×2)×0.24×18×2.9+(2.9-2.4)×1×2×0.24×18]/8.8=10.17kN/m
夹板门 0.48kN/m
水泥砂浆粉刷内墙面 2×0.36×3.6=2.376kN/m
合计 13.03kN/m
1.4 活荷载标准值计算
1.4.1 屋面和楼面活荷载标准值
由《建筑结构荷载规范》得
上人屋面：0.5 kN/㎡
楼面：活动室：2.5 kN/㎡
寝室：2.5 kN/㎡
走廊：2.5 kN/㎡
1.4.2 雪荷载标准值
S=S=1.0×0.3=0.3kN/㎡[3]
屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取大值。
1.5 竖向荷载下框架受荷总图
3
1.5.1 D～C轴间框架梁
本结构楼面荷载的传递示意图见图3.1。
板传给梁的荷载：板传至梁上的三角形或梯形荷载可等效为均布荷载。
梯形：q=（1-2）q, [1]
其中，—— 短跨长度，—— 长跨长度。
三角形：q=5/8 q
B～C轴间框架均布荷载为：
屋面板传给梁的荷载（三角形）：
恒载：4.84×3×5/8=9.08kN/m
活载：0.5×3×5/8=0.94kN/m
楼面板传给梁的荷载（三角形）：
恒载：6.28×3×5/8=11.78kN/m
活载：2.5×3×5/8=4.69kN/m

屋面板传荷载：
恒载=4.84×03×(1-)×2=22.94kN/m
活载=0.5×3×(1-)×2=2.37kN/m
楼面板传荷载：
恒载=6.28×3×(1-)×2=29.77kN/m
活载=2.5×3×(1-)×2=11.85kN/m
梁自重标准值：3.53kN/m
屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=3.53+22.94=26.47kN/m
活载=板传荷载=2.37kN/m
楼面梁：恒载=梁自重+板传荷载 =3.53+29.77=33.3 kN/m
活载=板传荷载 =11.85 kN/m

1.5.2 2～3轴间框架梁
屋面板传给梁的荷载（三角形）：
恒载：4.84×3×5/8=9.08kN/m
活载：0.5×3×5/8=0.94kN/m
楼面板传给梁的荷载（三角形）：
恒载：6.28×3×5/8=11.78kN/m
活载：2.5×3×5/8=4.69kN/m
梁自重标准值：2.88kN/m
2～3轴间框架梁均布荷载为：
屋面梁：恒载=梁自重+板传荷载=2.88+9.08=11.96kN/m
活载=板传荷载=0.94N/m
楼面板：恒载=梁自重+板传荷载=2.88+11.78=14.66kN/m
活载=板传荷载=0.94kN/m

1.5.3 F轴柱纵向集中荷载的计算
顶层柱：
女儿墙自重：（做法：墙高750㎜，100㎜的混凝土压顶）
0.24×0.75×18+25×0.1×0.24=3.84kN/m
顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载
=3.84×6+2.88×9+9.06×6×2=155.76kN
顶层柱活载=板传荷载
=0.94×3=2.82kN
标准层恒载=墙自重+梁自重+板传荷载
=10.58×6+2.88×9+11.78×6×2=230.76kN
标准层柱活载=板传荷载
=4.69×3=14.07kN
1.5.4 C轴柱纵向集中荷载的计算
顶层柱恒载=梁自重+板传荷载
=2.88×6+2.88×3+3.53×4.15++11.78×3×6+22.94×4.15×2=377.13kN
顶层柱活载=板传荷载
=0.94×3+2.37×4.15=12.66kN
标准层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重
= 2.88×6×2+2.88×3+3.53×4.15+11.78×3×6+29.77×4.15×2+8.13×1.1×2=517.59kN
标准层柱活载=板传荷载
= 4.69×3+11.85×4.15=63.25kN

1.5.5 B轴柱纵向集中荷载的计算
顶层柱恒载=女儿墙自重+梁自重+板传荷载
=3.84×6+2.88×6+3.53×4.15+9.08×6+22.94×4.15×2 =399.13.85299kN
顶层柱活载=板传荷载
=2.37×4.15=9.84kN
标准层柱恒载=梁自重+板传荷载+墙自重
= 2.88×6+3.53×4.15+11.78×6+×29.77×4.15×2+9.13×6=404.48kN
标准层柱活载=板传荷载
= 11.85×4.15=49.18kN

1.6 风荷载标准值
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值当计算主要承重结构时按下式来计算：
（3-22）
式中 : —风荷载标准值（）
—高度Z处的风振系数
—风荷载体型系数
—风压高度变化系数
—基本风压，=0.3

由《荷载规范》，地面粗糙度为B类。
《荷载规范》规定，对于高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。

离地面或海平面平均高度/m
地面粗糙度类别
备注
A
B
C
D
A类指近海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
C类指有密集建筑群的城市市区；
D类指密集建筑群且房屋较高的城市市区。
5
1.09
1.00
0.65
0.51
10
1.28
1.00
0.65
0.51
15
1.42
1.13
0.65
0.51
20
1.52
1.23
0.74
0.51
30
1.67
1.39
0.88
0.51
40
1.79
1.52
1.00
0.60
风压高度变化系数.

离地高度
μz
βz
μs
w0
hi
B
wk
15.6
1.14
2.74
1.30
0.35
3.6
6
1.421
12
1.06
2.42
1.30
0.35
3.6
6
1.167
8.4
1.000
2.12
1.30
0.35
3.6
6
0.965
4.8
1.000
1.69
1.30
0.35
4.8
6
0.769
集中风荷载计算结果-

框架结构分析时，应按静力等效原理将的分布风荷载转化为节点集中荷载，集中荷载等效方法如图所示。

框架受风荷载图（标准值）
第2章 风荷载作用下框架结构内力计算及位移计算
2.1框架梁柱的线刚度计算

框架的单元节点图

由于楼面板与框架梁的混凝土一起浇捣，
对于中框架梁取I=2I，边跨取I=1.5I（I=bh/12）[2]。
左跨梁：=EI/
=
=2.87×10kN·m
右跨梁：=EI/
=
=3.29×10kN·m
底层柱：=EI/
=
=5.74×10kN·m
其余各层柱： =EI/ ==7.65×10kN·m
底层柱：=EI/
=
=4.50×10kN·m
其余各层柱： =EI/ ==5.40×10kN·m
令=1.0，则其余各杆件的相对刚度为：
=2.87×10/5.40×10=0.531
=3.29×10/5.40×10=0.309
=5.74×10/5.40×10=1.063
框架梁柱的相对线刚度
2.2风荷载作用下的水平位移验算
根据水平荷载，计算层间剪力，再依据层间侧移刚度，计算出各层的相对侧移和绝对侧移。计算过程如下表，侧移刚度D见下表
横向2-3层D值得计算
构件名称

F轴柱
0.38
0.160
11333
C轴柱
1.14
0.363
18150
B轴柱
0.86
0.301
21321
=50804
横向底层D值得计算
构件名称

F轴柱
0.50
0.400
11958
C轴柱
1.37
0.555
13008
B轴柱
0.57
0.416
12437
=37403
风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算

—第j层所有柱的抗侧移之和
—第j层的总剪力
—第j层所有柱的抗侧移刚度i之和
框架在风荷载作用下侧移的计算见下表
风荷载作用下框架层间剪力及侧移计算
层次

3
3.3
25.21
40.56
50804
0.000798
1/12531
2
3.3
24.32
64.86
50804
0.001277
1/7831
1
3.9
11.07
75.95
37403
0.002031
1/4924
由表可以看出：风荷载作用下框架的最大层间位移角为一层的1/16022，小于1/550满足规范要求。
2.3风荷载作用下的框架内力计算
图示横向框架在风荷载作用下的梁端剪力及柱轴力见下图。

第3章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算
3.1 恒荷载标准值作用下的内力计算

恒载标准值作用下M图（kN·m）

恒载标准值作用下V图（kN）

恒载标准值作用下N图（kN）

3.2活荷载标准值作用下的计算：

活载标准值作用下M图（kN·m）

活荷载标准值作用下V图

活载标准值作用下N图（kN）

第4章 框架梁、柱内力组合
4.1框架梁的内力组合
4.2框架柱的内力组合

第5章 参考文献;
[1]《混凝土结构基本原理》上、下册，第四版，天津大学，同济大学、东南大学主
编，清华大学主审。北京，中国建筑工业出版社，2008
[2] 《房屋建筑学》第三版，武汉理江大学编著，湖北，武汉理工大学出版社，2008
[3] 《结构力学》，文国治主编，重庆，重庆大学出版社，2008
[4]《土力学与基础工程》，赵明华主编，湖北，武汉理工大学出版社，2009
[5]《高层建筑结构设计》(第二版,沈蒲生编著，中国建筑工业出版社，2011
[6]《混凝土结 构设计规范》CGB50010-2002)
[7]《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)
[8]《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)

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