混凝土框架结构课程设计.doc

温州大学瓯江学院WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE混凝土结构课程设计（二）专 业：土木工程班 级：08土木工程本一姓 名：王超学 号：08207023219指导教师：张茂雨日 期：2011年6月10号混凝土框架结构课程设计一 设计资料某三层工业厂房，采用框架结构体系。框架混凝土柱截面尺寸边柱为500mm500mm，中柱600mm600mm。楼盖为现浇钢筋混凝楼盖，其平面如图所示。（图示范围内不考虑楼梯间）。厂房层高分别为4.5，4.2，4.2米。地面粗糙度类别为B类。（L1=8100，L2=6600） 1. 楼面构造层做法：20mm厚水泥砂浆地面，钢筋砼现浇板，15mm厚石灰砂浆刷。2 可变荷载：楼面屋面标准值取5.0KNm2，活荷载分项系数1.3。3永久荷载:包括梁、板及构造层自重。钢筋砼容重25 KNm3，水泥砂浆容重20KNm3，石灰砂浆容重17KNm3，分项系数为1.2。材料选用： 混凝土 采用C20（fc9.6Nmm2,ft1.10Nmm2）。 钢筋 柱、梁受力筋采用级钢筋（fy300 Nmm2），板内及梁内其它钢筋采用级（fy210 Nmm2）二框架梁及柱子的线刚度计算取轴上的一榀框架作为计算简图，如图所示。梁、柱混凝土强度等级为C20，Ec2.55104N/mm225.5106KN/m2。框架梁惯性矩增大系数：边框架取1.5，中框架取2.0。中框架梁的线刚度：ib1bEIb/l=2.025.51060.30.73/6.666.28103KNm2边框架梁的刚度：ib2bEIb/l1.525.51060.30.73/6.649.70103KNm2底层中柱的线刚度：i底中EIc/l= 25.51060.60.63/4.561.44103KNm2底层边柱的线刚度i底边EIc/l= 25.51060.50.5/4.529.51103KNm2其余各层中柱的线刚度i其中0.9EIc/l= 0.925.51060.60.63/4.555.30103KNm2其余各层边柱的线刚度i底边0.9EIc/l= 0.925.51060.50.5/4.526.56103KNm2 三荷载计算1恒荷载标准值计算（1） 楼（屋）面自重结构层:80厚现浇钢筋砼板 0.1 m25 KNm32.5 KNm220mm厚水泥砂浆面层 0.02 m20 KNm30.4 KNm220mm石灰砂浆天棚抹灰 0.015 m17 KNm30.26 KNm2- 合计 gk3.16 KNm2 （2） 梁自重次梁自重 25 KNm30.25 m（0.45m0.1m）2.19 KNm 次梁抹灰自重 217KNm30.015m（0.45m0.1m）0.02m0.25m17KNm0.26 KNm - 合计 gk2.45 KNm 主梁自重 25 KNm30.3 m（0.7m0.1m）4.5 KNm 主梁抹灰自重 217KNm30.015m（0. 7m0.1m）0.02m0.3m17KNm0.41KNm - 合计 gk4.91 KNm （3） 柱自重边柱自重 25 KNm30.5 m0.5 m6.25 KNm边柱抹灰自重 417 KNm30.02 m0.5 m0.68 KNm- 合计 gk6.93 KNm中柱自重 25 KNm30.6 m0.6 m9.0 KNm中柱抹灰自重 417 KNm30.02 m0.6 m0.82 KNm- 合计 gk9.82 KNm2活荷载标准值计算 （1）楼（屋）面活荷载标准值：5.0KNm2 （2）雪荷载 sk=0.35 KNm2 屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，取两者中大者。3框架竖向荷载计算 （1） AB(BC,CD)轴间框架梁楼面（屋面）板传荷载;恒载：3.16 KNm23.3m58 6.52 KNm活载：5.0KNm23.3m58 10.31 KNm 梁自重：4.91 KNmAB(BC,CD)轴间框架梁均布荷载为:恒载板传荷载梁自重 6.52 KNm4.91KNm11.43 KNm活载板传荷载取荷载11.34 KNm（2） A (D)轴柱竖向荷载计算顶层柱顶顶层柱顶恒载：屋面板传荷载3.16 KNm23.3m583.3 m3.16 KNm23 .3m（120.4220.423）3.9 m63.15KN梁传荷载2.45 KNm（3.9m0.25m）4.91 KNm（3.3m0.25m）23.92KN顶层柱顶活载：屋面板传荷载 5.0KNm23.3m58（3.3m 0.25m）5.0KNm23 .3m（120.4220.423）（3.9m0.25m）90.10KN顶层柱顶恒载板传荷载梁传荷载 63.15KN23.92KN87.07 KN顶层柱顶活载板传荷载90.10KN二层柱顶恒载板传荷载梁传荷载柱自重 244.82KN223.92KN6.93 KNm 4.2 m166.59KN二层柱顶活载板传荷载 272.57KN145.14 KN底层柱顶恒载板传荷载梁传荷载柱自重 344.82KN323.92KN26.93 KNm4.2 m264.43 KN底层柱顶活载板传荷载 372.57KN217.71 KN基础顶面恒载板传荷载梁传荷载柱自重 344.82KN323.92KN(26.93 KNm4.2 m6.93 KNm4.7 m)297.0 KN基础顶面活载0 KN（3） B(C)轴柱竖向荷载计算顶层柱顶顶层柱顶恒载：屋面板传荷载2（3.16 KNm23.3m583.3 m3.16 KNm23 .3m（120.4220.423）3.9 m）89.64KN梁传荷载2（2.45 KNm（3.9m0.25m）4.91 KNm（3.3m0.25m）47.84KN顶层柱顶活载：屋面板传荷载 2（5.5KNm23.3m58（3.3m 0.25m）5.5KNm23 .3m（120.4220.423）（3.9m0.25m）145.14KN顶层柱顶恒载板传荷载梁传荷载137.48 KN顶层柱顶活载板传荷载145.14KN二层柱顶恒载板传荷载梁传荷载柱自重316.2KN二层柱顶活载板传荷载290.28 KN底层柱顶恒载板传荷载梁传荷载柱自重494.93 KN底层柱顶活载板传荷载435.42KN基础顶面恒载板传荷载梁传荷载柱自重541.08 KN基础顶面活载板传荷载0 KN框架在竖向荷载作用下的受荷图如图所示4框架水平荷载计算为简化计算，将风荷载近似用作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载，其标准值：Wkzsz0（hihj）B2WK计算过程见表集中风荷载标准值离地高度zmzzs0KNm2hihjBWkKN13.11.091.31.30.64.203.99.058.91.001.071.30.64.24.23.913.674.71.001.021.30.64.74.23.913.81四框架结构内力计算（采用分层法和D值法） 为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：（1） 恒载作用（2） 活荷载作用于AB轴跨间（3） 活荷载作用于BC轴跨间（4） 活荷载作用于CD轴跨间（5） 风荷载作用（从左向右或从右向左）1 恒荷载标准值作用下的内力计算节点各杆的弯矩分配系数按下式计算ik=iikiik节点的不平衡弯矩即梁固端弯矩M=112ql02由分层法可求得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图（计算过程见图a），在求得结构支座弯矩（按弹性理论计算）后采用结构实际荷载按静定结构由平衡条件可求得杆件其他内力。跨内最大正弯矩近似按跨中弯矩计算。梁端剪力根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力叠加而得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得。恒荷载标准值满跨作用的弯矩图、剪力图、轴力图见图1、图2、 图32 活荷载标准值作用下的内力计算活荷载标准值作用在AB轴跨间的分层法计算过程见图b、弯矩图、剪力图、轴力图见图4、图5、 图6活荷载标准值作用在BC轴跨间的分层法计算过程见图c、弯矩图、剪力图、轴力图见图7、图8、 图9活荷载标准值作用在CD轴跨间的分层法计算过程见图d、弯矩图、剪力图、轴力图见图10、图11、 图123 风荷载标准值作用下的内力计算 采用D值法按下述步骤计算框架内力(见表15)（1） 确定各柱的反弯点位置；（2） 分层取脱离体计算各反弯点处剪力；（3） 先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按梁的线相对线刚度分配节点的柱端不平衡弯矩。（4） 其他内力的计算: 根据力的平衡条件，由梁两端的弯矩求出梁的剪力；由梁的剪力，根据节点的平衡条件，可求出柱的轴力。 风荷载标准值作用下的内力图见图13、14、15所示 图a 恒荷载作用下分层法计算过程表1 A(D)轴框架柱反弯点位置层号h/myoy1y2y3yyh/m34.21.750.390000.391.6424.21.750.45000.451.8914.71.760.560000.562.63表2 B(C)轴框架柱反弯点位置层号h/myoy1y2y3yyh/m34.21.970.400000.401.6824.21.970.450000.451.8914.71.980.550000.552.59表3框架柱修正后的抗侧刚度轴号层号cEI/hD=c 12EI/h3A(D)3层0.4728.469.102层0.4728.469.101层0.6028.269.21B(C)3层0.5059.0120.082层0.5059.0120.081层0.6258.6019.74表4风荷载作用下框架柱端剪力弯矩和梁端弯矩计算轴号层号Vi kND kN/mD kN/mD/DV kNyh/mMcs/ kNmMcx/kNmMbz/kNmMby/kNmA(D)39.059.1058.360.161.451.643.712.383.71222.729.1058.360.163.641.898.416.8810.79136.539.2157.90.186.582.6313.6217.3120.50B(C)39.0520.0858.360.343.081.687.765.173.344.42222.7220.0858.360.347.721.8917.8314.599.8913.11136.5319.7457.900.3412.422.5926.2132.1717.5423.26表5风荷载作用下框架柱轴力和梁端剪力计算层号梁端剪力/kN柱轴力/kNAB跨BC跨CD跨A轴B轴C轴D轴31.021.341.021.02（拉）0.320.321.02（拉）23.133.973.134.15（拉）1.861.864.15（拉）15.767.055.769.91（拉）3.153.159.91（拉）图b 活荷载作用在AB轴间分层法计算过程1图c 活荷载作用在BC轴间分层法计算过程图d 活荷载作用在CD轴间分层法计算过程五框架结构内力组合各种荷载情况下的框架内力求得后，根据最不利又是可能的原则进行内力组合。比较恒荷载和活荷载由可变荷载效应控制的组合和由恒荷载效应控制的组合的大小，取两者中大者。构件控制截面的内力按下式计算： 梁支座边缘处的内力值：M边=MbVbb/2V边=Vbqb/2柱上端控制截面在上层的梁底,其内力按下式计算: Mcs= McVch/2 Mcx= McVch/2 Vc=（Mc1+ Mc2）/H式中 M边 支座边缘截面的弯矩标准值；V边支座边缘截面的剪力标准值；Mb, Mc分别为梁柱中线交点处的梁端的弯矩标准值和柱端的弯矩标准值；Mc1, Mc2分别为梁柱中线交点处的柱上端和下端的弯矩标准值Vb, Vc与M相应的梁柱中线交点处的梁端的剪力标准值和柱端的剪力标准值q梁单位长度的均布荷载标准值；b梁端支座宽度（即柱截面高度）；h梁截面高度H柱的计算长度本课程设计为简化计算，采用轴线处内力值进行组合。各内力组合见表613所示表6 用于承载力计算的框架梁AB(CD)由可变荷载效应控制的基本组合层号恒载活载活载活载左风右风及相应的V及相应的V及相应的M组合项目值组合项目值组合项目值3左M-18.94-24.903.81-0.745.19-5.19+0.6-47.69+0.6-47.69V33.7637.10-1.540.36-1.431.4372.0872.08中M22.3451.41-7.111.530.30-0.30+0.675.46V右M-60.79-56.83-17.893.81-4.684.68+0.6- 118.84+0.6118.84V-46.44-46.76-1.540.36-1.431.43-95.60-95.602左M-27.56-31.904.07-0.4315.11-15.11+0.6-68.96+0.6-68.96V35.4038.39-1.430.21-4.384.3876.6376.63中M24.9548.65-4.700.710.63-0.63+0.674.69V右M-50.58-55.24-13.471.86-13.8513.85+0.6-127.6+0.6-127.6V-44.80-45.47-1.430.21-4.384.38-94.33-94.331左M-27.07-31.904.07-1.0528.7-28.7+0.6-77.42+0.6-77.42V35.2938.39-1.430.21-8.068.0678.7378.73中M24.8048.65-4.700.412.07-2.07+0.675.10V右M-58.79-55.24-13.471.86-24.5624.56+0.6-142.24+0.6-142.24V-44.90-45.47-1.430.21-8.068.06-96.64-96.64注：1、活载分别作用在AB轴间、BC轴间、CD轴间；2、恒载的分项系数为1.2；3、活载的分项系数为1.3；左风、右风的分项系数为1.4，4、以上各值均为轴线处的M和V；5、表中弯矩的单位为，剪力单位为。表7用于承载力计算的框架梁AB(CD)由恒荷载效应控制的基本组合层号恒载活载活载活载左风右风及相应的V及相应的V及相应的M组合项目值组合项目值组合项目值3左M-21.31-24.903.81-0.745.19-5.19+0.7+0.7+0.7-42.89+0.7+0.7+0.7-42.89V37.9837.10-1.540.36-1.431.4365.2065.20中M25.1351.41-7.111.530.30-0.30+0.7+0.7+0.762.40V右M-68.39-56.83-17.893.81-4.684.68+0.7+0.7+0.7- 132.97+0.7+0.7+0.7- 132.97V-52.25-46.76-1.540.36-1.431.43-87.06-87.062左M-31.01-31.904.07-0.4315.11-15.11+0.7+0.7+0.7-63.65+0.7+0.7+0.7-63.65V39.8338.39-1.430.21-4.384.3870.2970.29中M28.0748.65-4.700.710.63-0.63+0.663.06V右M-56.90-55.24-13.471.86-13.8513.85+0.7+0.7+0.7-114.69+0.7+0.7+0.7-114.69V-50.4-45.47-1.430.21-4.384.38-86.61-86.611左M-30.45-31.904.07-1.0528.7-28.7+0.7+0.7+0.7-73.61+0.7+0.7+0.7-73.61V39.7038.39-1.430.21-8.068.0672.3672.36中M27.948.65-4.700.412.07-2.07+0.663.69V右M-66.14-55.24-13.471.86-24.5624.56+0.7+0.7+0.7-123.30+0.7+0.7+0.7-123.30V-50.51-45.47-1.430.21-8.068.06-88.98-88.98注：1、活载分别作用在AB轴间、BC轴间、CD轴间；2、恒载的分项系数为1.35；3、活载的分项系数为1.3，组合系数为0.7；左风、右风的分项系数为1.4，组合系数为0.64、以上各值均为轴线处的M和V；5、表中弯矩的单位为，剪力单位为。表8 用于承载力计算的框架梁BC由可变荷载效应控制的基本组合层号恒载活载活载活载左风右风及相应的V及相应的V及相应的M组合项目值组合项目值组合项目值3左M-54.19-30.09-43.259.116.19-6.19+0.6-131.24+0.6-131.24V41.293.181.78-3.18-1.881.8847.3747.37中M33.02-10.4949.00-10.4900+0.682.02V右M-54.199.11-43.25-30.09-6.196.19+0.6- 131.24+0.6- 131.24V-41.293.18-1.78-3.18-1.881.88-47.37-47.372左M-51.91-18.94-47.927.1818.35-18.35+0.6-129.78+0.6-129.78V41.291.781.78-1.78-5.365.3648.0748.07中M32.34-5.8844.32-5.8800+0.676.66V右M-51.917.18-47.92-18.94-18.3518.35+0.6-129.78+0.6-129.78V-41.291.78-1.78-1.78-5.365.36-48.07-48.071左M-51.97-18.94-47.927.1832.56-32.56+0.6-138.37+0.6-138.37V41.291.781.78-1.78-9.879.8750.7750.77中M32.35-5.8844.32-5.8800+0.676.66V右M-51.977.18-47.92-18.94-32.5632.56+0.6-138.37+0.6-138.37V-41.291.78-1.78-1.78-9.879.87-50.77-50.77注：1、活载分别作用在AB轴间、BC轴间、CD轴间；2、恒载的分项系数为1.2；3、活载的分项系数为1.3，组合系数为0.7；左风、右风的分项系数为1.4，组合系数为0.64、以上各值均为轴线处的M和V；5、表中弯矩的单位为，剪力单位为。表9用于承载力计算的框架梁BC由恒荷载效应控制的基本组合层号恒载活载活载活载左风右风及相应的V及相应的V及相应的M组合项目值组合项目值组合项目值3左M-60.96-30.09-43.259.116.19-6.19+0.7+0.7+0.6-116.01+0.7+0.7+0.6-116.01V46.453.181.78-3.18-1.881.8851.2451.24中M37.15-10.4949.00-10.4900+0.7+0.671.45V右M-60.969.11-43.25-30.09-6.196.19+0.7+0.7+0.6- 116.08+0.7+0.7+0.6- 116.08V-46.453.18-1.78-3.18-1.881.88-51.05-51.052左M-58.40-18.94-47.927.1818.35-18.35+0.7+0.7+0.6-116.21+0.7+0.7+0.6-116.21V46.451.781.78-1.78-5.365.3652.1652.16中M36.38-5.8844.32-5.8800+0.7+0.667.40V右M-58.407.18-47.92-18.94-18.3518.35+0.7+0.7+0.6-116.21+0.7+0.7+0.6-116.2V-46.451.78-1.78-1.78-5.365.36-52.16-52.161左M-58.47-18.94-47.927.1832.56-32.56+0.7+0.7+0.6-124.81+0.6-124.81V46.451.781.78-1.78-9.879.8754.8654.86中M36.39-5.8844.32-5.8800+0.7+0.676.66V右M-58.477.18-47.92-18.94-32.5632.56+0.7+0.7+0.6-124.81+0.6-124.81V-46.451.78-1.78-1.78-9.879.87-54.86-54.86注：1、活载分别作用在AB轴间、BC轴间、CD轴间；2、恒载的分项系数为1.35；3、活载的分项系数为1.3；左风、右风的分项系数为1.44、以上各值均为轴线处的M和V；5、表中弯矩的单位为，剪力单位为。表10 用于承载力计算的框架柱A(D)由可变荷载效应控制的基本组合层恒载活载活载活载左风右风及相应的M、V及相应的M、V及相应的N、V组合项目值组合项目值组合项目值3上M23.5830.23-4.480.92-5.195.19+53.81+0.6（）16.91+0. 659.92N116.24138.70-1.61-0.36-1.43-1.43254.94113.41253.72下M-20.09-23.443.30-0.423.33-3.33+-43.49+0.6（）19.21+0. 6-45.95N150138.70-1.61-0.36-1.43-1.43288.7147.17287.48V10.4012.781.850.32-2.032.0323.1813.7924.721上M12.0815.95-2.030.55-19.0719.07+28.03+0.6（）20.36+0.