框架结构设计集荷载计算.doc

3 框架结构设计与荷载计算3.1 结构布置3.1.1 柱网与层高 民用建筑的柱网和层高根据建筑的使用功能拟定。柱网布置应当规整，由内廊式和跨度组合式，这里采用跨度组合式（如图）。层高宜取同一个尺寸，这里采用层高3.6m，对于底层由于市内外地面高差加急出埋深影响为4.7m。框架结构总高度在8度抗震设防时，高度不应大于45m，而此建筑总高度也才22.7m。 图3.1 柱网布置图3.1.2 框架的承重方案 根据楼盖的平面布置和竖向荷载的传递途径，框架的承重方案可以分为向承重方案。横向，纵向及纵横向承重三种方案。此工程采用纵横向承重方案，现浇楼面为双向板（纵向承重时因横向刚度较小一般很少采用）。3.1.3 变形缝设立的考虑 变形缝有温度伸缩缝，沉降缝，和防震缝三种。 伸缩缝是为了避免温度变化和混凝土的收缩产生的赚钱是结构产生裂缝，在结构一定长度范围内设立伸缩缝。在伸缩缝处，基础顶面以上的结构及建筑构造完全断开，伸缩缝最大间距见下表3.1。表3.1 伸缩缝的最大间距(m)结构类型施工方法室 内露 天排架结构装 配10070框架结构装 配7550现 浇5535剪力墙结构装 配6540现 浇4530挡土墙地下室墙装 配4030现 浇3020 由于此建筑最大长度85.8米，如设立伸缩缝也许不太经济，综合考虑，采用不设立伸缩缝方案，而是采用构造和施工措施，如在顶层，底层和山墙等温度变化大的部位提高配筋率。 沉降缝是为了避免地基不均匀沉降使结构产生裂缝，在结构易产生不均匀沉降的部位设缝，将结构完全分开。此建筑中间部分是6层，两边为4层，房屋高度有一定变化，但考虑到变化不大，可以不设沉降缝。 防震缝，是为了防止在地震作用下，特别不规则结构的薄弱部位容易导致震害而可用防震缝将结构分为若干独立抗震单元，使各结构规则，但目前设计更倾向于不设，而采用加强结构整体性的措施。3.1.4 材料选择 柱采用C35, 梁采用C30混凝土。梁纵筋用HRB335,柱纵筋用HRB400,箍筋均用HPB235。3.1.5 截面尺寸初步选择 梁截面： 梁高 h=(1/12-1/8）L(单跨用较大值，多跨用较小值或负荷较大时用 上限值）且净跨与h比不宜小于4； AB跨h=1/12*7200=600mm 梁宽 b=(1/3-1/2)h,抗震结构b200mm,h/b4; b=300mm 其余尺寸见后梁截面表。 柱截面：N=*F*gE*n AcN/Nfc 柱截面的宽与高一般取1/20-1/15层高，需满足h1/25净高，b 1/30净高。且柱子b*h250*250,抗震结构b不宜小于300mm,柱的 净高于界面高度之比宜大于4，按轴压比限值估算： 估算时，楼层荷载按1114kN/m2计算，本工程边柱按13kN/m2计， 中柱12kN/m2计。二级抗震时轴压比限值N取0.8，考虑地震作用 组合后柱的轴压力增大系数。边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等 跨内柱取1.2。 边柱Z1 Ac 边柱Z2 Ac 边柱Z3 Ac 若取柱截面为正方形，得截面高度为： h1=433mm h2=492mm h3=292mm最后初步拟定尺寸：1层中柱截面取为550mm*550mm ，边柱截面取为450mm*450mm，2层中柱500*500，其余中柱取为450*450，短跨边柱取为400*400。具体尺寸见后柱截面表。3.2计算简图3.2.1 基本假定平面结构假定：该工程为正交布置，可以认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不承担。楼板在自身平面内的刚性假定：各个平面抗侧力结构之间，通过楼板联系而成为整体。楼板假定在自身平面内刚度无限大，在平面外刚度很小可以不予考虑。建筑结构在水平荷载下侧移时，楼板只有刚性位移，即平动和转动，不考虑其变形。不计扭转假定：结构体型规整，并简化计算，不考虑结构的扭转效应。3.2.2 计算简图 计算简图用两梁柱的轴线表达，分别取各自的形心线；对钢筋混凝土楼盖整体浇筑的框架梁，一般可以取楼板底面作为梁轴线。对底层柱的下端一般取至基础顶面；当各层柱的截面尺寸不同且形心线不重合时，一般去顶层柱的形心线作为柱子的轴线。 图3.2 计算简图3.2.3框架梁柱的线刚度计算结构计算见图如图3-1所示。在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，对于第一榀和最后一榀及变形风两侧的框架，取I=1.5Ir;中框架取I=2Ir（Ir为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。梁的线刚度ib=EcIb/l。其中，Ec为混凝土的弹性模量，Ec35=3.15*104N/mm2；Ec30=3.0*104N/mm2；l为梁的计算跨度；Ib为梁截面惯性矩，对装配式楼面，Ib按梁的实际截面计算，对现浇楼面及装配整体式楼面，Ib按下表采用，其中Io为梁截面矩形部分截面的惯性矩。 表3.2 梁截面惯性矩取值楼面做法中框架梁边框架梁现浇楼面装配整体式楼面柱的线刚度为ic=EcIc/h, 其中Ic为截面的惯性矩，h为框架柱的计算高度。表 3.3 横梁线刚度ib计算表类别Ec/104mm2b*h/mm*mmIr/109mm4L/mm1.5/N/mm22.0/N/mm2边横梁3.0300*6005.466003.682*10104.909*1010走道梁3.0200*4001.26730001.901*10102.534*1010边横梁3.0300*6005.472003.375*10104.500*1010表3.4 柱的线刚度计算表层次hc/mmEc/(N/mm2)b*h/mm*mmIc/mm4EcIc/hc/N*mm147003.15*104500*5005.208*1093.49*1010147003.15*104450*4503.417*1092.29*10102-636003.15*104450*4503.417*1092.99*10102-636003.15*104400*4002.133*1091.87*10103.3 荷载的汇集3.3.1竖向荷载（1）屋面及楼面均布永久荷载标准值屋面（上人）： 30厚细石混凝土保护层 22*0.08=0.66kN/m2 三毡四油防水层 0.4kN/m2 20厚水泥砂浆找平层 20*0.02=0.4kN/m2 150厚水泥蛭石保温层 5*0.15=0.75kN/m2 100厚钢筋混凝土板 25*0.1=2.5kN/m2 粉底 0.5kN/m2 合计 5.21kN/m2楼面： 水磨石地面 0.65kN/m2 100厚钢筋混凝土板 25*0.1=2.5kN/m2 粉底 0.5kN/m2 合计 3.65kN/m21-3层楼面恒载标准值（9.3*3+3.3+0.25）*（3+7.2+0.25）*2+11.2*9.3*2+7.5*4*（6.6+3）+（6+5.6+6）*（3.3+0.25）*2+（8+1.7+0.25）*（6*2+3.3*2+3.9*6+0.25）*3.65=6093.31kN4层楼（屋）面恒载标准值(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*3.65+（9.3*2+3.3）*（3+7.2+0.25）*2+（6+5.6+6）*（3.3+0.25）*2+（8+1.7+0.25）*(6*2+3.3*2+3.9*6+0.25）*5.21=8101.55kN5层楼面恒载标准值(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*3.65=2758.98kN6层屋面恒载标准值(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*3.65=3938.16kN（2）屋面与楼面活荷载标准值按荷载规范规定，教室活载取2.0kN/m2，厕所走廊楼梯间活荷载取2.5kN/m2，为简化计算，并偏于安全考虑，统一取2.5kN/m2 上人屋面的均布活荷载标准值 2.0kN/m2 楼面活荷载标准值 2.5kN/m2 屋面雪荷载标准值 sk=r*s0=1.0*0.4=0.4kN/m2（注：无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。)1-3层楼面活载标准值（9.3*3+3.3+0.25）*（3+7.2+0.25）*2+11.2*9.3*2+7.5*4*（6.6+3）+（6+5.6+6）*（3.3+0.25）*2+（8+1.7+0.25）*（6*2+3.3*2+3.9*6+0.25）*2.5=4173.5kN4层楼（屋）面活载标准值楼面(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*2.5 =1889.71kN屋面（9.3*2+3.3）*（3+7.2+0.25）*2+（6+5.6+6）*（3.3+0.25）*2+（8+1.7+0.25）*(6*2+3.3*2+3.9*6+0.25）*0.4=410.178kN5层楼面活载标准值(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*2.5 =1889.71kN6层屋面活载标准值(9.3+3.3+0.25)*(3+7.2+0.25)*2+11.2*9.3*2+7.5*4*(6.6+3)*0.4= 302.36kN（3）梁柱自重荷载标准值(其中=25kN/m2）构件bhgLnGiGiL1（横梁）3006001.054.7256.5730.71214.99L2（走道梁）2004501.052.1002.9176.09103.53L33006001.054.7257.11633.55536.76L4（纵梁）3007001.055.5127.41240.79489.47Z15505501.17.564.7535.5177.7Z25005001.16.8754.77131.322455.75Z34504501.15.5694.71626.17418.79Z44504501.15.5693.67620.051523.8Z54004001.14.4003.61615.84253.44 表3.5 梁柱重力荷载标准值注：表中的为考虑梁柱的粉刷层荷载而对其重力荷载的增大系数；g表达单位长度构件重力荷载；n为构件的数量；梁长度取净长；柱长度取层高。（4）墙窗门重力荷载标准值 墙体为250厚混凝土空心砌块，外墙面贴瓷砖（0.5kN/m2），内墙面为20厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷 0.5+10.3*0.25+17*0.02=3.415kN/m2 内墙两侧抹灰均为200厚，则内墙单位面积重力荷载为 10.3*0.25+17*0.02*2=3.255kN/m2 木门窗单位面积重力荷载为0.2kN/m2；铝合金窗户单位面积重力荷载取0.4kN/m2（5）荷载分层总汇及重力荷载代表值 集中于各楼层高处的重力荷载代表值Gi可以计算得到： 重力荷载代表值是指结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和，是表达地震发生是根据遇合概率拟定的有效重力。Gi为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙、柱的重量。且无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪荷载。 各可变荷载的组合值系数按下表采用 表3.6 可变荷载的组合值系数表 可变荷载种类 组合值系数雪荷载屋面积灰荷载屋面活荷载按实际情况考虑的楼面活荷载0.50.5不计入1.0按等效均布荷载考虑楼面活荷载藏书库档案库其他民用建筑0.80.5吊车悬吊物重力硬钩吊车软钩吊车0.3不计入屋面层： 屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层的柱及纵横墙体自重其他层： 楼面恒载，50%楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼面上下各半层的柱及纵横墙体自重将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下：第1层：6093.31+4173.5*0.5+214.99+103.53+536.76+489.47+531.3+(2455.75+418.79)*0.5+(1523.8+253.44)*0.5+633.8*(4.7+3.6)*0.5*3.415-0.4*(3*1.8*8+4.8*1.8*12+ 4.8*2.7*2+2.4*1.8*6+1.5*1.8*2)-0.2*(1.5*1.8*4+1.8*1.8*18+2.4*1.8*8+1.0*2.1*26) = 23533.68 kN第2-3层：6093.31+4173.5*0.5+214.99+103.53+536.76+489.47+531.3+(1523.8+253.44)*0.5*2+640.4*(3.6+3.6)*0.5*3.415-0.4*(3*1.8*12+4.8*1.8*12+2.4*1.8*6+1.5*1.8*2)-0.2*(1.5*1.8*4+1.8*1.8*18+2.4*1.8*8+1.0*2.1*26) = 22983.15 kN第4层8101.55+(1889.71+410.178)*0.5+214.99+103.53+536.76+489.47+531.3+(1523.8+253.44)*0.5*2+226.6*(3.6+3.6)*0.5*3.415+413.8*3.6*0.5*3.415-0.4*2.4*1.8*6*0.5-0.2*(1.8*1.8*20+2.4*1.8*2+1.0*2.1*18)*0.5-0.4*(3*1.8*12+4.8*1.8*12+2.4*1.8*6+1.5*1.8*2)*0.5-0.2*(1.5*1.8*4+1.8*1.8*18+2.4*1.8*8+1.0*2.1*26)*0.5 = 15344.88 kN第5层：2758.98+1889.71*0.5+214.99+54.81+268.38+842.03+63.36+226.6*(3.6+3.6)*3.415*0.5-0.4*2.4*1.8*6-0.2*(1.8*1.8*20+2.4*1.8*2+1.0*2.1*18) =10685.47 kN第6层：3938.16+302.36*0.5+214.99+54.81+268.38+842.03*0.5+63.36*0.5+226.6*(3.6+3.6)*3.415*0.5-0.4*2.4*1.8*6*0.5-0.2*(1.8*1.8*20+2.4*1.8*2+1.0*2.1*18) *0.5= 7865.64kN建筑物总重力荷载代表值为=23533.68+2*22983.15+15344.88+10685.47+7865.64=103395.97kN质点重力荷载值见图： 图3.2 各质点的重力荷载代表值G6=7865.64 kNG5=10685.47 kNG4=15344.88 kNG3=22983.15 kNG2=22983.15 kNG1= 23533.68 kN图3.3 各质点的重力荷载代表值