现浇混六层框架结构设计计算书.doc

摘要 框架结构由梁和柱连接而成的。框架结构按所用材料的不同，可分为钢框架和钢筋混泥土框架。钢框架结构用钢量大，造价高耐火耐腐蚀性能差。由于钢筋混泥土结构造价低廉，取材方便，耐久性好，可模性好等特点。因此，多采用此种材料。此六层办公楼结构设计即采用钢筋混凝土结构。其结构布置，既满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又使结构设计合理，施工方便。采用横墙承重方案，有利于提高建筑物横向抗侧刚度。竖向荷载采用分层计算法，水平荷载D值法。选取控制截面，进行最不利内力组合，根据组合值进行梁、板、柱的配筋。同时，考虑抗震设防要求。关键词 多层建筑 混凝土框架结构 D值法 分层法 抗震设计Abstract: Framed structures consist of beams and columns .On the basis of the different materials ,the framed structures can be divided into two parts: steel structure and reinforce concrete framed structures. About steel structures ,the quantity of the steel use is great ,the expense is high, the capacity of resisting etch ,watertight is worse ,while because of the character included the low expense ,the convenience materials ,good endurance ,the reinforce concrete framed structures. Its structure arrangement can meet the productive arts and make the structure subjects to loads rationally easily enhance the horizontal rigidity. The vertical loads are calculated in the layering method ,and the horizontal loads in the method of value “D” .Choose the controllable section to aggregate the most dangerous loads according to the results to reinforce, at the same time, consider the demands the anti- earthquake establishes to defend. Keyword Multi-ply construction Reinforced concrete framed structure Layering method Method of value “D”The anti- earthquake establishes to defend 目 录1 设计资料12 结构布置及结构计算简图2 2.1 梁柱截面尺寸2 2.2 结构计算简图及梁柱线刚度 23 地震作用下的内力 3 3.1 线荷载、集中荷载3 3.2 荷载代表值6 3.3 梁柱线刚度7 3.4 框架柱的侧移刚度D值7 3.5 水平地震作用和标准值和位移7 3.6 水平地震作用下横向框架内力94 荷载计算11 4.1 恒荷载11 4.2 风荷载11 4.3 活荷载125 内力计算12 5.1 恒荷载作用下内力12 5.2 活荷载作用下内力16 5.3 风荷载作用下内力206 内力组合22 6.1 梁柱控制截面22 6.2 梁的内力组合22 6.3 柱的内力组合227 配筋计算23 7.1双向板的配筋23 7.2梁柱的配筋28 参考文献31致谢32现 浇 混 凝 土 多 层 框 架 结 构 设 计 某六层办公楼，采用现浇框架结构，建筑平面图如图1、剖面图如图2所示，主体结构应达三级抗震要求。1 设 计 资 料（1）设计标高：室内设计标高+0.000相当于绝对标高4.400m，室内外高差600mm。（2）墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm；外粉刷为1:3水泥砂浆底，厚20mm,陶瓷锦砖贴面。（3）楼面做法：楼板顶面为20mm厚水泥啥浆找平，5mm厚1:2水泥砂浆面层，楼板底面15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。（4）屋面做法：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm，2%自两侧檐口向中间找坡），1:2水泥砂浆找平厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆砂保护。（5）门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其它均为木门，钢窗。（6）基本风压：0=0.55KN/m2（7）活荷载： 屋面活荷载1.5KN/m2，楼面活荷载1.5KN/m2，走廊楼面荷载2.0KN/m2。（8）地质资料：属类建筑场地：2 结 构 布 置 及 结 构 计 算 简 图 2.1 梁柱截面尺寸 结构平面布置如图12所示。各梁柱截面尺寸确定如图示： 边跨（AB、CD跨）：取h=L/12=6000=500mm，取b=250mm； 中跨（BC跨）：取h=400mm，b=250mm； 边柱（A轴、D轴）连系梁，取bh=250mm500mm； 中柱（B轴、C轴）连系梁，取bh=250mm400mm； 柱截面均为bh=300mm450mm；现浇楼板厚100mm。2.2 结构计算简图及线刚度结构计算简图如图4所示：根据地质资料，求得底层层高为4.3m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图13。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，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：i=2E0.25=8.6810-4E(m3)BC跨梁： i=2E0.25=10.6710-4E(m3)上部各层柱： i=E0.30=7.1210-4E(m3)底层柱： i=E0.3=5.3010-4E(m3)3 地 震 作 用 下 的 内 力3.1 线荷载、集中荷载（1）屋面框架梁线荷载标准值：20mm厚1:2水泥砂浆找平 0.0220=0.4KN/m2100140mm厚（2%找坡）膨胀珍珠岩 7=0.84KN/m2100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.1025=2.5KN/m215mm厚纸筋石灰抹底 0.01516=0.24KN/m2屋面恒荷载 3.98KN/m2边跨（AB、CD跨）框架梁自重 0.250.5025=3.13KN/m梁侧粉刷 2(0.50.1)0.0217=0.27KN/m中跨(BC跨）框架梁自重 0.250.4025=2.5KN/m梁侧粉刷 2(0.40.1)0.0217=0.2KN/m因此，作用在顶层框架梁上的线荷载为： g6AB1=g6AB2=3.4KN/m g6BC1=2.7KN/m g6AB2=g6AB2=3.93.9=15.52KN/m g6BC2=3.982.5=9.95KN/m（2）楼面框架梁线荷载标准值25mm厚水泥沙浆找平层0.02520=0.50 KN/m2100mm现浇钢筋混泥土楼板0.0125=2.5 KN/m215mm纸筋抹石灰灰0.01516=2.5 KN/m2楼面横荷载3.24 KN/m2边跨框架及梁侧粉刷3.4KN/m边跨填充墙自重0.24（3.2-0.5）19=12.31KN/m墙面自重（3.2-0.5）0.02217=1.84KN/m中跨框架梁及侧梁自重2.7KN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷载为： gAB1=gCD1=3.4+14.5=17.55KN/m gBC1=2.7KN/m gAB2= gCD2=3.243.9=12KN/m gBC2=3.242.5=8.1KN/m（3）屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 0.250.503.92.5=12.19KN粉刷 0.02(0.50-0.01)23.917=1.06KN1m高女儿墙自重 13.920.2419=17.78KN粉刷 10.0223.917=2.65KN连系梁传来屋面自重 0.53.90.53.93.98=15.13KN顶层边节点集中荷载 G6A=G6D=48KN中柱连系梁自重 0.250.43.925=9.75KN粉刷 0.02(0.40-0.01)23.917=0.8KN连系梁传来屋面自重 0.5(3.93.9-2.5)1.253.98=13.1KN 0.53.90.53.93.98=15.13KN顶层中节点集中荷载 G6B=G6C=38.86KN（4）楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 12.19KN粉刷 1.06KN钢窗自重 3.01.80.45=2.43KN窗下墙体自重 0.240.93.619=14.7KN粉刷 20.020.93.617=2.20KN窗边墙体自重 0.60(3.2-1.4)0.2419=4.92KN粉刷 0.60(3.2-1.4)20.0217=0.73KN框架柱自重 0.300.453.225=10.8KN粉刷 0.780.023.217=0.85KN连系梁传来楼面自重 0.53.90.53.93.24=12.32KN中间层边节点集中荷载 GA=GD=62.72KN中柱连系梁自重 9.75KN粉刷 0.8KN抠除门洞重加上门重 -2.11.0(5.24-0.2)=-10.58KN内纵墙自重 3.6(3.2-0.24)0.2419=45.96KN粉刷 3.6(3.2-0.24)20.0217=6.85KN框架柱自重 10.8KN粉刷 0.85KN连系梁传来屋面自重 0.5(3.93.92.5)1.253.24=10.73KN 0.53.91.953.24=12.32KN中间层中节点集中荷载 GB=GC=87.48KN3.2 荷载代表值（1）屋面均布重力荷载代表值计算G=PEAG6=3.98（27.614.95m2）=1643KNG女儿墙=2（27.614.95）0.2419=388.1KN（2）楼面均布重力荷载代表值G5=G4=G3=G2=G1=3.24（27.614.95m2）=1337KN（3）标准层梁柱重力荷载代表值（表1）表1构件rbhLinGi=rbhnLi边横梁250.250.55.5516277.5KN中横梁250.250.42.058 41KN纵梁250.250.53.4528301.9KN柱250.300.453.232345.6KN Gi=966KN钢窗自重：2.4316=38.88KN标准层墙体自重：(27.63.231.8814.953.2)2250.24847.8KN质点重力荷载代表值计算表（表2 单位：KN） 表2项次荷载项目总重力代表值6层25层1层1横梁318.5318.5318.52纵梁301.9301.9301.93柱345.6345.6464.44墙体936.6936.6936.65楼层1643133713376女儿墙388.1007Gi=1+2+3+4+5+63884319037363.3 梁、柱线刚度（1）梁的线刚度：为了简化计算，框架梁截面惯性矩增大系数均取1.2AB、CD跨梁：Kb=1.2iAB=1.28.6810-4E=10.41610-4EBC跨梁： Kb=1.2iBC=1.210.6710-4E=12.80410-4E(2)柱的线刚度：底层： Kc=ic=5.3010-4E其它层： Kc=ic=7.1210-4E3.4 框架柱的侧移刚度D值：构件K=D=A1.460.423.510-4EB3.260.625.1710-4EC3.260.625.1710-4ED1.460.423.510-4ED=17.3410-4E 8=353736KN/m(26层柱)构件K=D=A1.970.622.1310-4EB4.380.762.6110-4EC4.380.762.6110-4ED1.970.622.1310-4ED=9.4810-4E 8=193392KN/m(底层柱)3.5 水平地震作用标准值和位移（a）、框架自振周期T1=0.33+0.00069=0.33+0.00069=0.42 S多遇地震作用下，设防烈度为7度； 查中国建筑工业出版社，2002年版建筑结构抗震设计表33得max=0.08；由地质资料可知属于类场地，设计地震分组为第二组，查中国建筑工业出版社，2002年版建筑结构抗震设计表32得特征周期值 Tg=0.40 S1=max=0.08=0.076因为T1=0.421.4 Tg=0.56,所以不考虑顶部附加水平地震作用，即n=0 (b)、结构总水平地震作用标准值（见下图 ）框架等效总重力荷载代表值： Geq=0.85 GE=0.8520380=17323KNFEK=1 Geq=0.07617323=1317KN （c）地震作用下的侧移验算（表5） 6 6 Fi= GiHi / GjHj FEK U= Vik/ Dij i=1 j=1 表5层数Hi(m)Gi(KN)GiHi(KNm)Fi(KN)Vik(KN)D(KN/m)U（m）620.33884788454124123537360.0012517.13190545492856973537360.0020413.93190443412329293537360.0026310.731903413317811073537360.003127.531902392512512323537360.003514.33736160618413161933920.0068251858注：底层：U/h=0.0068/4.3=（1/633）（1/550）2层：U/h=0.0035/3.2=（1/915）（1/550）,满足要求(d)对于边跨梁端弯矩，由节点平衡原理计算 Mbi= 对于中跨梁端弯矩，由于梁端弯矩与梁的线刚度成正比，因此M M3.6 水平地震作用下横向框架内力（a）边柱-柱端轴线地震弯矩Mec和梁边地震弯矩ME设计值（表6 KNM）层数H柱（m）D（KN/m）D（KN/m）Ky0vim（KN）M下ec（KNM）M上ec（KNM）63.23.510-4E138.7210-4E1.460.3710.4012.3120.9753.23.510-4E138.7210-4E1.460.4217.5923.6432.6543.23.510-4E138.7210-4E1.460.4523.4433.7541.2533.23.510-4E138.7210-4E1.460.4731.0946.7652.7623.23.510-4E138.7210-4E1.460.5034.6055.3655.3614.32.110-4E75.8410-4E1.970.6060.9693.3663.57（b）中柱-柱端轴线地震弯矩Mec（表7 KNM）层数654321H柱（m）3.23.23.23.23.24.3V（KN）412697929110712321316D（KN/m）5.1710-4E5.1710-4E5.1710-4E5.1710-4E5.1710-4E2.6110-4ED（KN/m）138.7210-4E138.7210-4E138.7210-4E138.7210-4E138.7210-4E75.8410-4Evim（KN）15.3525.9834.6241.2645.9245.29K3.263.263.263.263.264.38y00.450.470.500.500.500.55M下ec（KNm）22.3639.0755.3966.0273.47107.11M上ec（KNm）27.0244.0655.3966.0273.47107.11M下i，j M上i+1，j27.0266.4294.46121.41139.49161.11MBA梁12.1229.7942.3754.4665.6772.27MBC梁14.9036.6352.0966.9576.9288.84M= vim y0hi M= vim （1-y0）hi vim=v（C）梁端剪力和柱轴力标准值（表8 KN）表8 层数654321AB跨梁L（m）666666ME左（KN.m）20.9744.9664.8986.48102.12118.93ME右（KN.m）12.1229.7942.3754.4665.5772.27VE=（ME左+ ME右）/L（KN）5.5212.4617.88123.4927.9531.87BC跨梁L（m）2.52.52.52.52.52.5ME左（KN.m）14.9036.6352.0966.9576.9288.84ME右（KN.m）14.9036.6352.0966.9576.9288.84VE=（ME左+ ME右）/L（KN）11.9229.341.6753.5661.5471.07柱轴力边柱A（KN）5.5217.9835.8659.3587.30119.17中柱B（KN）11.9241.2282.89136.45197.99269.06图5 地震荷载作用下框架内力图4 荷 载 计 算4.1 恒荷载恒荷载作用下的计算简图如图6所示。4.2 风荷载： 风压标准值计算公式：=zsz0 0 基本风压值0.55KN/m2 s 风载体型系数，因为是矩形平面取1.3 z 风压高度变化系数，查荷载规范 z高度处的风振系数，结构高度H=20.3 30m，取z=1.0；计算过程见下表：将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，其中Z为框架节点到室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积。风 荷 载 计 算 表表9楼层zsZ(m)z0(KN/m)A(m2)PW(KN)61.01.319.81.2460.5510.149.0351.01.316.61.1750.5512.4810.4841.01.313.41.0900.5512.489.7231.01.310.21.0060.5512.488.9721.01.37.00.8800.5512.487.8511.01.33.80.6080.5513.655.934.3 活荷载楼面活荷载作用下的计算简图如图7所示。图中各荷载值计算如下：（1）顶层: P6AB=P6CD=1.53.9=5.85KN/m P6BC=1.52.5=3.75KN/m P6A=P6D=0.53.90.53.91.5=5.7KN P6B=P6C=0.5（3.9+3.9-2.5）1.252+0.253.93.9 1.5=12.33KN （2）标准层： PAB=P6CD=1.53.9=5.0KN/m PBC=2.02.5=3.75KN/m PA=PD=0.53.90.53.91.5=5.7KN PB=PC=0.5（3.9+3.9-2.5）1.252+0.253.93.91.5=12.33KN5 内 力 计 算5.1恒载作用下内力恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层如图8：梁上分布荷载由梯形和矩形组成，先将梯形和三角形分布荷载等效为均布荷载再计算。把梯形荷载化作等效均布荷载，如图9所示：（1）顶层g边=g6AB1（1223）g6AB23.4（120.32520.3253）15.5216.18KN/mg中g6bc1g6bc22.79.958.93KN/m各杆固端弯矩（对称性）MAB=-g边L2边=-16.1862=-48.54KNm MBA=48.54KNmMBE=-1/3 g中L2中=-1/38.931.252=-4.66KNmMEB=-1/6 g中L2中=-1/68.931.252=-2.33KNm分层计算法计算恒载作用下内力如图10（a）所示：（2）中间层（如图10（b）g边=gAB1（1223）gAB217.55（120.32520.3253）12.6427.99KN/mg中gbc1gbc22.78.17.76KN/m固端弯矩MAB=- g边L2边=-27.9962=-83.85KNm MBA=83.85KNmMBE=- g中L2中=-7.761.252=-4.04KNmMEB=- g中L2中=-7.761.252=-2.02KNm将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整各框架结构在恒载作用下的弯矩图。叠加后框架内各节点弯局并不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差造成的。为提高精度，可将节点不平衡弯矩再分配一次进行修正。（3）底层计算结果如图10（c）所示： （3）梁柱轴力、剪力计算简图如图13示：5.2 活荷载作用下内力（1）、顶层PAB6=（1223）PAB6（120.32520.3253）5.854.82KN/mPBC6Pbc63.752.34KN/mMAB6=- PAB6L2=-4.8262=-14.46KNm MBA6=14.46KNmMBE6=- PBC6L2=-2.341.252=-1.22KNmMEB6=- PBC6L2=-2.341.252=-0.61KNm办公室楼面活荷载1.5KN/m2,走廊活荷载标准值2.0KN/m2均小于5KN/m2,所以此多层框架可采用活荷载满布，为安全起见，跨中弯矩乘以1.1的增大系数。（2）、楼面活荷载满布计算如下：（15层）PAB=（1223）PAB（120.32520.3253）5.854.82KN/mPBCPbc53.13KN/mMAB=- PABL2AB=-4.8262=-14.46KNm MBA=14.46KNmMBE=-PBCL2BC=-3.131.252=-1.63KNmMEB=- PBCL2BC=-3.131.252=-0.82KNm用分层法求顶层、中间层、底层的弯矩如图14所示： 5.3 风荷载作用下内力风荷载作用下的结构计算简图如图18所示：内力计算采用D值法，其中由混泥土结构 混泥土建筑结构设计，2002年第2版，中国建筑工业出版社。附113、114中查得y1=y2=y3=0,即y=y0：26层柱D值的计算 表10构件名称DA轴柱1.220.383.1716.02B轴柱2.720.584.84C轴柱2.720.584.84D轴柱1.220.383.17底层柱D值的计算（横向） 表11构件名称 DA轴柱1.640.592.039.32B轴柱3.650.732.63C轴柱3.650.732.63D轴柱1.640.592.03 图19风荷载作用下的内力计算Mij上=Vijh（1-y0） Mij下=Vijhy0 图20风荷载作用下内力图6 内 力 组 合