混凝土和砌体结构设计课程设计样本.doc

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混凝土和砌体结构设计课程设计
――多层框架结构设计

指导教师: 张蕾春
班 级: 11土木( 2) 班
学生姓名: 施迎宁
学 号: Xf11220222
设计时间: .5.7-6.5

浙江理工大学科技与艺术学院建筑系

混凝土和砌体结构设计课程设计

一、 目 的
掌握现浇多层框架结构方案布置、 荷载分析、 框架结构内力分析、 内力组合、 框架梁、 柱和节点设计。经过该课程设计, 能综合运用结构力学和钢筋混凝土基本构件的知识, 掌握结构设计的基本程序和方法。
二、 设计任务
1.工程概况
本工程为钢筋混凝土框架结构体系, 共三层, 层高3.6m, 室内外高差为0.45m, 基础顶面至室外地面距离0.5m。框架平面柱网布置见图1所示, 选择典型一榀框架进行计算。框架梁、 柱、 屋面板、 楼面板全部现浇。
2. 设计资料
( 1) 气压条件
基本雪压0.3 kN/m2 , 基本风压0.4 kN/m2, 地面粗糙度类别为B类。不上人屋面, 屋面活荷载0.5kN/m2。
( 2) 抗震设防: 不考虑抗震设防。
( 3) 主要建筑做法:
构件尺寸: 梁: 250X550; 柱: 600X600
屋面做法: 20mm厚板底抹灰, 钢筋混凝土板厚90mm, 120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡, 20mm厚水泥砂浆找平层, 4mm厚SBS卷材防水层。
楼面做法: 20mm厚板底抹灰, 钢筋混凝土板厚90mm, 30mm厚水磨石面层。梁柱表面采用20mm厚抹灰。
( 4) 荷载取值: 钢筋砼容重25 kN／m3, 水泥膨胀珍珠岩砂浆15 kN／m3, 水泥砂浆容重20kN／m3, 石灰砂浆容重17kN／m3, SBS卷材防水层0.30kN/m2, 水磨石自重0.65kN/m2。恒载分项系数为1.2, 活荷载3.5 kN/m3, 分项系数1.4。
( 5) 材料: 混凝土强度等级为C30。受力钢筋采用三级钢。

根据地质资料, 确定基础顶离外地面为500mm, 由此求得底层层高为4.55m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图中。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用, 取I=2I0( I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩) 。
AB、 CD跨梁:
BC跨梁:
上部结构各层柱:
底层柱:
结构计算简图
图中数字为线刚度, 单位: X

三、 荷载计算
1、 恒荷载计算
( 1) 屋面框架梁线荷载标准值:
20mm厚板底抹灰:
90mm厚的钢筋混凝土板:
120mm水泥膨胀珍珠岩保温层找坡:
20mm厚水泥砂浆找平层:
4mm厚SBS卷材防水层:
_________________________________________________________________
屋面恒荷载:
框架梁自重:
梁侧粉刷:
_________________________________________________________________

因此, 作用在屋顶框架梁上的线荷载为:

（2） 楼面框架梁线荷载标准值
20mm厚板底抹灰:
90mm厚的钢筋混凝土板:
30mm厚水磨石面层:
________________________________________________________________
楼面恒荷载:
框架梁自重及梁侧粉刷:
因此, 作用在中间层框架梁上的线荷载为:

（3） 屋面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重:
粉刷:
边柱连系梁传来屋面自重:
边柱次梁自重:
粉刷:
_________________________________________________________________
顶层边节点集中荷载:
中柱连系梁自重:
粉刷:
中柱连系梁传来屋面自重:

_________________________________________________________________
顶层中节点集中荷载:

( 4) 楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重:
粉刷:
边柱连系梁传来楼面自重:
框架柱自重:
粉刷:
_________________________________________________________________
顶层边节点集中荷载:

中柱连系梁自重:
粉刷:
中柱连系梁传来屋面自重:
框架柱自重:
粉刷:
_______________________________________________________________
顶层中节点集中荷载:
( 5) 恒荷载作用下的结构计算简图

恒荷载作用下的结构计算简图

2、 活荷载计算
( 1) 屋面活荷载计算
活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为:

( 2) 楼面活荷载计算
活荷载作用在楼面上的线荷载为:

5) 活荷载作用下的结构计算简图
活荷载作用下的结构计算简图

3、 风荷载计算
风压标准值计算公式:
因结构高度, 可取; 对于矩形平面; 可按线性插入法求得。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载, 计过程如表1所示。表中z为框架节点至室外地面的高度, A为一榀框架各层节点的受风面积, 计算结果如图所示。
层次

z (m)

3
2
1
1.0
1.0
1.0
1.3
1.3
1.3
11.4
7.8
4.2
1.0392
1
1
0.45
0.45
0.45
12.96
25.92
28.08
7.582
15.163
16.427
风荷载计算 表1

四、 内力计算
1、 恒荷载作用下的内力计算
恒载( 竖向荷载) 作用下的内力计算采用分层法。计算中柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。
梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成, 在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算, 也根据固端弯矩相等的原则, 先将梯形分布荷载及三角形分布荷载, 化为等效均布荷载。
把梯形荷载转化作等效均布荷载

( 1) 顶层

结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。
各杆的固端弯矩为:

顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m)
0.488
0.511

0.155
0.148
0.697

A-1
A-B

B-A
B-2
B-C

C-B

-48.02

48.02

-5.81

-2.90
23.43
24.54
→
12.27

-4.22
←
-8.44
-8.06
-37.97
→
34.435
2.06
2.16
→
1.08

-0.16
-0.16
-0.75
→
0.75
25.48
-25.54

52.77
-8.22
-44.53

35.82

顶层分层法弯矩计算结果

( 2) 中间层

结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。
各杆的固端弯矩为:

中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m)
0.328
0.328
0.344

0.135
0.129
0.129
0.607

A-1
A-5
A-B

B-A
B-2
B-6
B-C

C-B

-34.82

34.82

-4.476

-2.238
11.42
11.42
11.98
→
5.99

-2.46
←
-4.91
-4.69
-4.69
-22.05
→
22.05
0.81
0.81
0.85
→
0.43

-0.06
-0.06
-0.06
0.26
→
0.26
12.23
12.23
-25.45

36.27
-4.75
-4.75
-26.786

20.072

中间层分层法弯矩计算结果

( 3) 底层
底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m)

0.293
0.345
0.362

0.138
0.112
0.131
0.619

A-1
A-5
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B

-34.82

34.82

-4.476

-2.238
10.2
12.01
12.60
→
6.30

-2.53
←
-5.06
-4.10
-4.80
-22.68
→
22.68
0.74
0.87
0.92
→
0.46

-0.06
-0.05
-0.06
0.28
→
0.28
10.94
12.88
-23.83

36.46
-4.15
-4.86
-27.436

20.722
底层层分层法弯矩计算结果

二次分配不平衡弯矩:
标准层传给顶层的弯矩分配:
0.488
0.511

0.155
0.148
0.697

A-1
A-B

B-A
B-2
B-C

C-B
4.08

-1.58

-1.99
-2.08
→
-1.04

-0.21
←
0.41
0.39
1.83
→
-1.83
0.10
0.11
→
-0.06

0.009
0.008
0.04
→
-0.04
2.19
-1.991

-0.681
-1.182
1.87

-1.87

底层、 顶层传给标准层的弯矩分配:
0.328
0.328
0.344

0.135
0.129
0.129
0.607

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B
4.29
8.49

-1.62
-2.74

-4.19
-4.19
-4.40
→
-2.2

0.445
←
0.89
0.85
0.85
3.98
→
-3.98
-0.146
-0.146
-0.153
→
-0.77

0.01
0.01
0.01
0.05
→
-0.05
-0.046
4.154
-4.108

-1.287
-0.76
-1.88
4.03

-4.
标准层传给底层的弯矩分配:
0.293
0.345
0.362

0.138
0.112
0.131
0.619

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B

4.08

-1.58

-1.195
-1.408
-1.477
→
-0.739

0.16
←
0.32
0.26
0.304
1.44
→
-1.44
-0.05
-0.06
-0.06

-1.245
3.612
-1.377

-0.419
0.26
-1.276
1.44

-1.44

跨中弯矩计算:

框架在恒荷载下的弯矩图

剪力计算:

轴力计算:

框架在恒荷载下的梁剪力, 柱轴力图

弯矩调幅:

2、 活荷载作用下的内力计算
把梯形荷载转化作等效均布荷载。
( 1) 顶层

各杆的固端弯矩

顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m)
0.488
0.511

0.155
0.148
0.697

A-1
A-B

B-A
B-2
B-C

C-B

-3.564

3.564

-0.36

-0.18
1.74
1.82
→
0.91

-0.32
←
-0.64
-0.61
-2.87
→
2.87
0.156
0.163

1.896
-1.901

3.834
-0.61
-3.23

2.69
顶层分层法弯矩计算结果

( 2) 中间层

各杆的固端弯矩

中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m) 2
0.328
0.328
0.344

0.135
0.129
0.129
0.607

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B

-24.96

24.96

-2.52

-1.26
8.19
8.19
8.59
→
4.295

-1.805
←
-3.61
-3.45
-3.45
-16.23
→
16.23
0.59
0.59
0.62
→
0.31

-0.04
-0.04
-0.04
-0.19
→
0.19
8.78
8.78
-17.555

25.915
-3.49
-3.49
-18.94

15.16
中间层分层法弯矩计算结果

( 3) 底层
底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表: ( 单位: kN∙m)
0.293
0.345
0.362

0.138
0.112
0.131
0.619

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B

-24.96

24.96

-2.52

-1.26
7.31
8.61
9.04
→
4.52

-1.86
←
-3.72
-3.02
-3.53
-16.69
→
16.69
0.54
0.64
0.67
→
0.335

-0.05
-0.04
-0.04
-0.21
→
0.21
7.85
9.25
-17.11

26.045
-3.06
-3.57
-19.42

15.64
底层分层法弯矩计算结果

二次分配不平衡弯矩:
标准层传给顶层的弯矩分配:
0.488
0.511

0.155
0.148
0.697

A-1
A-B

B-A
B-3
B-C

C-B
2.93

-1.16

-1.43
-1.5
→
-0.75

0.15
←
0.3
0.28
1.33
→
-1.33
-0.07
-0.08

1.43
-1.43

-0.45
-0.88
1.33

-1.33

底层、 顶层传给标准层的弯矩分配:
0.328
0.328
0.344

0.135
0.129
0.129
0.607

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B
3.08
0.632

-1.19
-0.203

-1.22
-1.22
-1.28
→
-0.64

0.135
←
0.27
0.26
0.26
1.23
→
-1.23
-0.04
-0.04
-0.05
→

1.82
-0.628
-1.195

-0.37
-0.93
0.057
1.23

-1.13

标准层传给底层的弯矩分配:
0.293
0.345
0.362

0.138
0.112
0.131
0.619

A-1
A-2
A-B

B-A
B-2
B-3
B-C

C-B

2.93

-1.16

-0.86
-1.01
-1.06
→
-0.503

0.115
←
0.23
0.19
0.22
1.03
→
-1.03
-0.03
-0.04
-0.04

-0.89
1.88
-0.985

-0.733
0.19
-0.94
1.03

-1.03

跨中弯矩计算:

框架在活荷载下的弯矩图

剪力计算:

轴力计算:

框架在活荷载下的梁剪力, 柱轴力图

弯矩调幅:

3、 风荷载作用下的内力计算
风荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩
风荷载作用下剪力在各柱间分配

风荷载作用下的框架弯矩图

风荷载作用下框架剪力轴力图

五、 内力组合
根据上述内力计算结果, 即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合, 其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中, 由于对称性, 每层梁有5个控制截面。柱分为边柱和中柱, 每根柱有2个控制截面。内力组合使用的控制截面标于下图。

梁和柱内力组合表:
柱内力组合表
楼层
柱
截面
①恒荷载
②活荷载
③风荷载
④

⑤
Nmax,, M
Nmin, M
N,V
顶层
A
M6
26.67
3.326

36.3278

M5
16.384
8.152

30.2584
36.813
40.008
40.008
N
167.584
10.45

214.6858
245.303
243.088
243.088
V
—
—

—
—
—
1.479
B
M6
-9.402
-1.49

-13.2194
-28.403
-13.764
-28.403
M5
-6.63
-3.433

-12.4189
-23.745
-14.640
-23.745
N
216.403
14.93

279.0926
330.131
319.469
330.131
V
—
—

—
—
—
-3.297
中间层
A
M4
12.814
10.6

29.1568
26.351
43.925
43.926
M3
15.492
11.3

33.2804
35.923
49.902
49.902
N
322.879
84.798

497.6922
587.715
578.874
570.062
V
—
—

—
—
—
4.438
B
M4
-5.51
-4.42

-12.358
-38.521
0.653
-38.521
M3
-6.136
-4.51

-13.2262
-36.806
-4.754
-36.806
N
392.12
118.26

624.282
782.054
736.941
782.054
V
—
—

—
—
—
-9.892
底层
A
M2
9.695
6.96

20.682
10.799
42.359
42.359
M1
5.47
3.925

11.6665
-15.981
46.666
46.666
N
479.22
159.26

782.102
917.195
890.518
890.518
V
—
—

—
—
—
-10.022
B
M2
-3.89
-2.87

-8.399
-44.075
17.922
-44.075
M1
-2.075
-1.53

-4.479
-44.998
30.776
-44.998
N
567.521
221.51

968.9882
1249.527
1136.288
1136.288
V
—
—

—
—
—
-14.656

六、 侧移验算

, 能够。

, 能够。

, 底层框架层间位移角过大, 超过限制。
七、 梁的截面设计
由混凝土强度等级为C30, 受力钢筋采用HRB335查表, , 截面尺寸为, 。, 保护层厚度取25mm。
顶层:
1截面:

取2B16, 。 满足
2截面:

取2B16, 。 满足

3截面:

取2B16, 。 满足

5截面:

取2B16, 。
即, 梁上部、 下部纵筋均按构造配筋, 选配2B16。
箍筋:

因此, 按构造配箍。选配A8@200。

中间层、 底层:
同理可得,
梁上部、 下部纵筋均按构造配筋, 选配2B16。箍筋按构造配箍。选配A8@200。
2、 柱的截面设计
按对称矩形截面偏心受压计算, 按底层柱配筋
A柱:

, 属于大偏心受压。
<0
因此按构造配筋:

选配4B16。。
由于柱受剪力较小, 亦按构造设置箍筋, 选配A8@200(2)。
同理可得:
B柱按构造配筋。每侧选配纵筋4B16。箍筋, 选配A8@200(2)。