混凝土框架结构课程设计计算书.docx

钢筋混凝土现浇框架课程设计计算书 系 别： 土木工程与建筑系 专业年级： 09级土木工程专业姓 名： 学 号： 指导教师： 2012 年 06月 18日目 录111222336720242532324048 一、设计任务 某五层教学楼，钢筋混凝土现浇框架结构。建筑平面为一字形，如图1所示。底层层高4.2m，其它层高3.6m，室内外高差0.3m。(结构布置如下图1) 图11设计内容二.框架结构计算过程梁柱线刚度图33.内力计算(1)恒荷载计算a)屋面框架梁线荷载的标准值: 20mm厚1:2水泥砂浆： 100-150mm厚膨胀珍珠岩：100mm厚先交钢筋混凝土板：0.1025=2.515mm厚纸筋石灰抹底：0.01516=0.24屋面恒荷载： 4.18边跨（AB，CD跨）框架梁自重：0.250.525=3.13梁侧粉刷： 3.42（0.5-0.1）0.0217=0.27 中跨BC跨框架梁自重：0.250.425=2.5侧梁粉刷： 2.72（0.4-0.1）0.0217=0.2 因此，作用在顶屋框架梁上的线荷载为： 100mm厚先交钢筋混凝土板：0.1025=2.515mm厚纸筋石灰抹底： 0.01516=0.24边跨框架梁及侧梁粉刷 3.4屋面活荷载1.78KN/m2，楼面活荷载1.78KN/m2，走廊楼面活荷载1.78KN/m2。(3)荷载转化（同时列出弯矩分配系数如下）梯形转化为均布荷载的公式为：三角形转化为均布荷载的公式为： 弯矩分配系数 ）=14.48kN=14.48+3.4=17.88 kN=7.84 kN7.84+2.7=10.54 kN=11.23kN=11.23+19.64=30.87 kN=6.08 kN=6.08+2.7=8.78 kN转换后恒荷载均分荷载图a) 顶层： 弯矩分配法计算恒荷载顶层各柱端弯矩如下表格：()杆件位置A5A4A5B5B5A5B5B4B5C5C5B5弯矩分配系数0.40 0.60 0.46 0.30 0.24 固端弯矩-53.64 53.64 -7.91 -3.45 第一次弯矩分配21.2432.40-21.08-13.86-10.79弯矩传递-10.54 16.20 10.79 第二次弯矩分配4.17 6.37 -7.47 -4.91 -3.82 结果25.42 -25.42 41.29 -18.76 -22.53 7.34 A4A5=25.42 =8.47 B4B5=-18.75 = -6.25 边跨跨中弯矩： 47.10 中跨跨中弯矩: 10.57b)标准层： 弯矩分配法计算恒荷载标准层各柱端弯矩如下表格：()杆件位置A4A5A4A3A4B4B4A4B4A3B4B5B4C4C4B4弯矩分配系数0.28 0.28 0.43 0.35 0.23 0.23 0.18 固端弯矩-92.61 92.61 -6.59 -3.29 第一次弯矩分配26.30 26.30 40.01 -30.45 -19.96 -19.96 -15.66 弯矩传递 -15.23 20.00 15.66 第二次弯矩分配4.32 4.32 6.58 -7.08 -4.64 -4.64 -3.64 结果30.63 30.63 -61.25 75.08 -24.60 -24.60 -25.89 12.37 A5A4=30.63=10.21 A3A4=30.63=10.21B5B4=-24.6=-8.2 B3B4=-24.6=-8.2边跨跨中弯矩：70.06 中跨跨中弯矩: 16.01c)底层：弯矩分配法计算恒荷载底层各柱端弯矩如下表格：()A0A1= 26.16=13.08 A2A1=32.68=10.89B0B1=-20.91=10.46 B2B1=-26.16=8.72边跨跨中弯矩： 72.48 中跨跨中弯矩: 17.08i.叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配，得整个结构弯矩图如下图所示:ii.计算梁端剪力梁平衡受力及柱轴力图如下：梁平衡受力图由梁的平衡条件可得：和 可知恒荷载标准值作用下梁剪力、柱轴力图如下：（单位：KN）B.活载作用下 =6.17kN=6.17kN=3.34kN=3.34kNa)顶层： 弯矩分配法计算活荷载顶层各柱端弯矩如下表格：()杆件位置A5A4A5B5B5A5B5B4B5C5C5B5弯矩分配系数0.40 0.60 0.46 0.30 0.24 固端弯矩-18.51 18.51 -2.50 -1.25 第一次弯矩分配7.33 11.18 -7.38 -4.85 -3.78 弯矩传递-3.69 5.59 3.78 第二次弯矩分配1.46 2.23 -2.58 -1.69 -1.32 结果8.79 -8.79 14.14 -6.54 -7.60 2.53 A4A5=8.79 =2.93 B4B5=-6.54= -2.18 边跨跨中弯矩： 16.31 中跨跨中弯矩: 3.84()b)标准层： 弯矩分配法计算活荷载标准层各柱端弯矩如下表格：()杆件位置A4A5A4A3A4B4B4A4B4B3B4B5B4C4C4B4弯矩分配系数0.28 0.28 0.43 0.35 0.23 0.23 0.18 固端弯矩-18.51 18.51 -2.50 -1.25 第一次弯矩分配5.26 5.26 8.00 -5.67 -3.71 -3.71 -2.91 弯矩传递 -2.83 4.00 2.91 第二次弯矩分配0.80 0.80 1.22 -1.42 -0.93 -0.93 -0.73 结果6.06 6.06 -12.12 15.43 -4.64 -4.64 -6.14 1.66 A5A4=6.06 =2.02 A3A4=6.06=2.02B5B4=-4.64=-1.55 B3B4=-4.64=-1.55()13.95边跨跨中弯矩13.95： 中跨跨中弯矩: 2.6113.95c)底层： 弯矩分配法计算活荷载底层各柱端弯矩如下表格：()杆件位置A1A0A1A2A1B1B1A1B1B0B1B2BC1C1B1弯矩分配系数0.24 0.30 0.46 0.37 0.20 0.24 0.19 固端弯矩-18.51 18.51 -2.50 -1.25 第一次弯矩分配4.46 5.57 8.48 -5.94 -3.12 -3.91 -3.04 弯矩传递-2.97 4.24 3.04 第二次弯矩分配0.72 0.89 1.36 -1.57 -0.83 -1.03 -0.81 结果5.18 6.47 -11.64 15.24 -3.95 -4.94 -6.35 1.79 A0A1=5.18=2.59 A2A1=6.47=2.16 B0B1=-3.95=-1.98 B2B1=-4.94=-1.67边跨跨中弯矩： 14.33 中跨跨中弯矩: i叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配，得整个活载下结构弯矩图如下图所示:ii计算梁端剪力梁平衡受力及柱轴力图如下：梁平衡受力图由梁的平衡条件可得：和 可知恒荷载标准值作用下梁剪力、柱轴力图如下：（单位：KN）=1.3，可查建筑结构荷载规范，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如下表。Z为框架节点到室外地面高度，A为一榀框架各层节点的受风面积计算如下表：层次51.01.318.91.2260.568.17.2341.01.315.31.1470.5616.213.5331.01.311.71.0480.5616.212.3621.01.38.11.000.5616.211.7911.01.34.5 1.000.5618.2313.27 满足要求 满足要求 满足要求 满足要求 满足要求（此层h取5m）顶层总位移为：风荷载作用下的框架内力图：（kN）(5) 弯矩调幅至80将框架梁在各种荷载作用下经弯矩调幅并换算至柱边截面的弯矩如下表：框架梁在恒荷载作用下梁端剪力算到柱边截面：梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值V/kNgkN/mb/m调幅前M/kNm调幅后M/kNmM/kNmV/kN恒载上层边左52.43 17.88 0.30 37.0129.61 22.15 49.75 边右54.77 17.88 0.30 44.0235.22 27.40 52.09 中跨左13.17 10.54 0.30 20.7416.59 14.85 11.59 标准层边左90.69 30.87 0.30 70.9456.75 43.84 86.06 边右94.53 30.87 0.30 82.4865.98 52.50 89.90 中跨左13.17 8.78 0.30 23.4718.78 17.00 11.85 底层边左91.14 30.87 0.30 70.4356.34 43.37 86.51 边右94.08 30.87 0.30 79.2763.42 50.00 89.45 中跨左13.17 8.78 0.30 24.6119.69 17.91 11.85 梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值V/kNpkN/mb/m调幅前M/kNm调幅后M/kNmM/kNmV/kN活载上层边左17.96.17 0.30 10.968.77 6.22 16.97 边右19.136.17 0.30 14.6511.72 8.99 18.20 中跨左5.013.34 0.30 7.35.84 5.16 4.51 标准层边左17.836.17 0.30 13.2510.60 8.06 16.90 边右19.196.17 0.30 17.3513.88 11.14 18.26 中跨左5.013.34 0.30 5.344.27 3.60 4.51 底层边左18.186.17 0.30 13.8111.05 8.46 17.25 边右18.826.17 0.30 15.7512.60 9.92 17.89 中跨左5.013.34 0.30 6.124.90 4.22 4.51 梁端弯矩调幅及剪力换算到柱边后数值V/kNb/m调幅前M/kNm调幅后M/kNmM/kNmV/kN风载五层边左0.920.30 3.452.76 2.62 0.92 边右0.920.30 2.071.66 1.52 0.92 中跨左1.440.30 2.161.73 1.51 1.44 四层边左3.10.30 11.148.91 8.45 3.10 边右3.10.30 7.475.98 5.51 3.10 中跨左5.190.30 7.786.22 5.45 5.19 三层边左5.230.30 19.9615.97 15.18 5.23 边右5.230.30 13.2110.57 9.78 5.23 中跨左9.170.30 13.7511.00 9.62 9.17 二层边左7.910.30 28.1522.52 21.33 7.91 边右7.910.30 19.9315.94 14.76 7.91 中跨左13.850.30 20.7716.62 14.54 13.85 一层边左10.270.30 38.1630.53 28.99 10.27 边右10.270.30 23.4818.78 17.24 10.27 中跨左16.290.30 24.4419.55 17.11 16.29 (6)内力组合根据内力计算结果，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，每层有5个控制截面，即下图6-7中的1、2、3、4、5号截面，表1给出了各层梁的内力组合过程。柱则分柱边和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图6-7中第三层为例，控制截面为5、6号截面，表2给出了各层柱的内力组合过程。图6-7注：使梁下部受拉的弯矩为正，使梁截开部分产生顺时针方向转动的剪力为正。楼层控制截面荷载类型恒载活载风载左风右风五MVMVMVMV1-22.15 49.75 -6.22 16.97 2.62 0.92 -2.62 -0.92 239.95 -1.17 14.97 -0.62 0.69 -0.92 -0.69 0.92 3-27.40 -52.09 8.99 -18.20 1.52 -0.92 -1.52 0.92 4-14.85 11.91 -5.16 4.51 1.51 -1.44 -1.51 1.44 5-9.08 0.00 -3.77 0.00 0.00 -1.44 0.00 1.44 四1-43.84 86.06 -8.06 16.90 8.45 -3.10 -8.45 3.10 262.21 -1.92 12.47 -0.68 1.17 -3.10 -1.17 3.10 3-52.05 -89.90 -11.14 -18.26 -5.51 -3.10 5.51 3.10 4-17.00 11.85 -3.60 4.51 5.45 -5.19 -5.45 5.19 5-13.59 0.00 -1.80 0.00 0.00 -5.19 0.00 5.19 三1-43.84 86.06 -8.06 16.90 15.18 -5.23 -15.18 5.23 262.21 -1.92 12.47 -0.68 3.38 -5.23 -3.38 5.23 3-52.05 -89.90 -11.14 -18.26 -9.78 -5.23 9.78 5.23 4-17.00 11.85 -3.60 4.51 9.62 -9.17 -9.62 9.17 5-13.59 0.00 -1.80 0.00 0.00 -9.17 0.00 9.17 二1-43.84 86.06 -8.06 16.90 21.33 -7.91 -21.33 7.91 262.21 -1.92 12.47 -0.68 4.11 -7.91 -4.11 7.91 3-52.05 -89.90 -11.14 -18.26 -14.76 -7.91 14.76 7.91 4-17.00 11.85 -3.60 4.51 14.54 -13.38 -14.54 13.38 5-13.59 0.00 -1.80 0.00 0.00 -13.85 0.00 13.85 一1-43.37 86.51 -8.06 18.25 28.99 -10.27 -28.99 10.27 269.87 -1.47 12.99 -0.32 7.34 -10.27 -7.34 10.27 350.00 -89.45 -11.14 -17.89 -17.24 -10.27 17.24 10.27 417.91 11.85 -3.60 4.51 17.11 -16.29 -17.11 16.29 5-14.73 0.00 -2.59 0.00 0.00 -16.29 0.00 16.29 内力组合恒载1.2+活载1.4恒载1.2+0.9(活载1.4+风载1.4)左风右风左风右风MVMVMV-35.29 83.46 -31.12 82.24 -37.72 79.92 68.90 -2.27 67.67 -3.34 65.93 -1.02 -20.29 -87.99 -19.64 -86.60 -23.47 -84.28 -25.04 20.61 -22.42 18.16 -26.22 21.79 -16.17 0.00 -15.65 -1.81 -15.65 1.81 -63.89 126.93 -52.12 120.66 -73.41 128.47 92.11 -3.26 91.84 -7.07 88.89 0.75 -78.06 -133.44 -83.44 -134.79 -69.55 -126.98 -25.44 20.53 -18.07 13.36 -31.80 26.44 -18.83 0.00 -18.58 -6.54 -18.58 6.54 -63.89 126.93 -43.64 117.98 -81.89 131.16 92.11 -3.26 94.62 -9.75 86.11 3.43 -78.06 -133.44 -88.82 -137.48 -64.17 -124.30 -25.44 20.53 -12.81 8.35 -37.06 31.46 -18.83 0.00 -18.58 -11.55 -18.58 11.55 -63.89 126.93 -35.89 114.60 -89.64 134.53 92.11 -3.26 95.54 -13.13 85.19 6.81 -78.06 -133.44 -95.09 -140.85 -57.90 -120.92 -25.44 20.53 -6.62 3.04 -43.26 36.76 -18.83 0.00 -18.58 -17.45 -18.58 17.45 -63.33 129.36 -25.67 113.87 -98.73 139.75 102.03 -2.21 109.46 -15.11 90.96 10.77 44.40 -132.39 24.24 -142.82 67.69 -116.94 16.45 20.53 38.51 -0.62 -4.60 40.43 -21.30 0.00 -20.94 -20.53 -20.94 20.53 内力组合最不利内力值恒载1.35+1.4(活载0.7+风载0.6)左风右风MVMVMmaxMminVmax-33.80 84.57 -38.20 83.02 -38.20 84.57 69.18 -2.96 68.02 -1.41 69.18 -3.34 -26.90 -88.93 -29.46 -87.38 -29.46 -88.93 -23.84 19.29 -26.37 21.71 -26.37 21.79 -15.95 -1.21 -15.95 1.21 -16.17 1.81 -59.98 130.14 -74.18 135.35 -74.18 135.35 97.19 -5.86 95.22 -0.65 97.19 -7.07 -85.81 -141.86 -76.56 -136.66 -85.81 -141.36 -21.90 16.06 -31.06 24.78 -31.80 26.44 -20.11 -4.36 -20.11 4.36 -20.11 6.54 -54.33 128.35 -79.83 137.14 -79.83 137.14 99.04 -7.65 93.36 1.13 99.04 -9.75 -89.40 -143.65 -72.97 -134.87 -89.00 -143.65 -18.40 12.71 -34.56 28.12 -34.56 31.46 -20.11 -7.70 -20.11 7.70 -20.11 11.55 -49.17 126.10 -85.00 139.39 139.39 99.66 -9.90 92.75 3.39 99.66 -13.13 -93.58 -145.90 -68.79 -132.62 -93.58 -145.90 -14.26 9.18 -38.69 31.66 -43.26 36.76 -20.11 -11.63 -20.11 11.63 -20.11 17.45 -42.10 126.05 -90.80 143.30 -98.73 143.30 113.22 -10.92 100.89 6.33 113.22 -15.11 42.10 -146.92 71.06 -129.66 -71.06 -146.92 35.02 6.73 6.28 34.10 -38.51 40.43 -22.42 -13.68 -22.42 13.68 -22.42 -20.53 楼层柱子控制截面荷载类型恒载活载风载左风右风MNMNMNVMNV五A柱顶37.0 88.9 11.0 17.9 -3.5 0.9 1.5 3.5 -0.9 -1.5 底33.5 5.5 -2.0 2.0 B柱顶-23.1 120.1 -7.4 24.1 -4.2 0.5 2.1 9.1 -0.5 -2.1 底-28.3 -6.3 -3.3 6.6 四A柱顶37.4 299.1 7.8 35.7 -9.1 1.0 4.4 9.1 -1.0 -4.4 底33.5 5.5 -6.6 6.6 B柱顶-30.7 358.5 -5.8 48.3 -11.9 2.6 6.0 11.9 -2.6 -6.0 底-28.3 -6.3 -9.8 9.8 三A柱顶37.4 507.3 7.8 53.6 -13.4 9.3 7.0 13.4 -9.3 -7.0 底33.5 5.5 -11.3 11.3 B柱顶-30.7 597.0 -5.8 72.5 -17.2 6.6 9.6 17.2 -6.6 -9.6 底-28.3 -6.3 -17.2 17.2 二A柱顶37.4 716.5 7.8 71.4 -17.0 17.2 9.4 17.0 -17.2 -9.4 底48.3 5.5 17.0 -17.0 B柱顶-30.7 835.4 -5.8 96.7 -23.5 12.5 13.0 23.5 -12.5 -13.0 底-35.0 -6.3 -23.5 23.5 一A柱顶22.2 926.1 4.4 89.6 -21.2 27.4 13.4 21.2 -27.4 -13.4 底11.1 2.2 -27.0 27.0 B柱顶-19.2 1073.4 -3.8 120.6 -24.5 18.5 15.7 24.5 -18.5 -15.7 底-9.1 -1.9 -31.1 31.1 恒载1.2+活载1.4恒载1.2+0.9(活载1.4+风载1.4)左风右风MNMNVMNV59.8 131.8 53.9 130.4 1.9 62.6 128.1 -1.9 47.9 44.6 49.6 -38.0 177.9 -42.3 175.2 2.6 -25.5 173.9 -2.6 -42.7 -46.0 -33.5 55.8 408.9 43.2 405.2 5.5 66.2 402.7 -5.5 47.9 38.8 55.4 -44.9 497.9 -59.2 494.4 7.6 -29.1 487.9 -7.6 -42.7 -54.1 -29.5 55.8 683.7 37.9 687.9 8.8 71.6 664.6 -8.8 47.9 32.9 61.3 -44.9 817.9 -65.8 816.0 12.0 -22.4 799.5 -12.0 -42.7 -63.5 -20.1 55.8 959.7 33.3 971.3 11.9 76.1 928.1 -11.9 65.6 86.2 43.4 -44.9 1138.0 -73.7 1140.1 16.4 -14.6 1108.7 -16.4 -50.7 -79.4 -20.3 32.8 1236.7 5.5 1258.8 16.9 58.9 1189.6 -16.9 16.4 -17.9 50.1 -28.5 1456.9 -58.7 1463.4 19.8 2.9 1416.7 -19.8 -13.6 -52.5 25.9 |M|max,N,VNmax,MNmin,MMNVMNMN63.6 136.3 1.3 57.8 13.8.362.2 128.1 52.3 48.9 49.6 -42.3 175.2 2.6 -41.9 186.2 -25.5 173.9 -47.1 186.2 -2.6 -47.1 -33.5 66.2 402.7 -5.5 50.5 439.7 66.2 402.7 56.1 45.1 55.4 -59.2 494.4 -7.6 -57.1 533.6 -29.1 487.9 -54.1 -52.5 -29.5 71.6 664.6 -8.8 46.9 745.1 71.6 664.6 61.3 41.1 61.3 -65.8 816.0 12.0 -61.6 882.5 -22.4 799.5 -63.5 -58.8 -20.1 76.1 928.1 -11.9 43.9 1051.6 76.1 928.1 84.8 1051.6 -7.9 84.8 43.3 -73.7 1140.1 16.4 -66.8 1233.1 -14.6 1108.7 -79.4 -73.0 -20.3 58.9 1189.6 -16.9 16.5 1361.1 58.9 1189.6 50.1 -5.5 50.1 -58.7 1463.4 19.8 -50.3 1582.8 2.9 1416.7 -52.5 -40.2 25.9 三.构件配筋计算1.梁的设计梁的混凝土强度等级为C30，最小保护层厚度为25mm。受力钢筋采用HRB335级，其他均为HPB235级钢筋。A）正截面受弯承载力计算查表可得 边跨梁的截面尺寸为。设，则梁端控制截面1：对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。