十层教学楼框架结构设计计算书.doc

某十层教学楼框架结构设计计算
（黄石理工学院土木建筑工程学院：廖志稳 指导老师：胡杰）
一、工程概况：
场地二类，设计地震分组二组,柱网平面图如附图所示，总层数为10层，总高为43.3m；柱尺寸1~3层为0.70m0.70m，4~5层为0.60m0.60m，6~9层为0.50m0.50m，10层为0.40m0.40m；柱框架尺寸1~5层边跨300mm800mm，中间跨300mm600mm；6~10层边跨250mm750mm，中间跨250mm500mm；板厚100mm.层高；底层5m，二层5.5m，其它各层4.1m。柱(包括节点区)，基础埋深1米。砼强度等级为C30，梁，板的砼强度等级为C20；整个结构为现浇；不考虑风荷载的作用。屋面恒载取，不上人屋面活荷载取为。学号为12(向前推一位)，查表可得:抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度为0.2g，楼面等效均布活荷载标准值为。平面尺寸为A*B为3600mm*6000mm.(见附录 设计资料)

二、地震作用及坚向荷载计算
(一)荷载设计
1．楼(屋)面恒活荷载标准值：

水磨石地面：
平顶粉刷层：
楼面恒重选用：++=
(4)楼面活载选用：
2．坚向荷载
(1)梁高1～5层 边跨:：
6～10层
(2)分别计算各层梁上荷载,如图等效荷载计算如下：

(3)1层楼面荷载：

A~B(C~D)跨楼面荷载

B~C楼面荷载标准值

(4)2~4层A~B(C~D)跨楼面荷载

B~C楼面荷载标准值:同底层B~C楼面荷载标准值

(5)5层A~B(C~D)跨楼面荷载

B~C楼面荷载标准值:同底层B~C楼面荷载标准值

(6)6~9层 A~B(C~D)跨楼面荷载

B~C楼面荷载标准值

(7)10层屋面荷载标准值
A~B(C~D)跨屋面荷载

B~C屋面荷载标准值

3．各层荷载分布图(括号内为均布活载标准值)：

(二)各层坚向荷载代表值计算
(1)1层楼面永久荷载标准值:

1层楼面可变荷载标准值:
(2)2层楼面永久荷载标准值:

2层楼面可变荷载标准值:
(3)3~4层楼面永久荷载标准值:

3~4层楼面可变荷载标准值:
(4)5层楼面永久荷载标准值:

5层楼面可变荷载标准值:
(5)6~8层楼面永久荷载标准值:

6~8层楼面可变荷载标准值:
(6)9层楼面永久荷载标准值:

9层楼面可变荷载标准值:
(7)10层楼面永久荷载标准值:

10层楼面可变荷载标准值:
(三)水平地震作用及侧移计算
因场地类别为二类,设计地震分组为第二组,查表得特征周期.而框架结构自振周期为

顶部附加作用系数
重力荷载代表值：

，，=0.08

各层地震作用标准值绘制表格如下：

层/(m)

备注
十/(43.3)
337.415
14610.07
34.30341

九/(39.2)
447.98
17560.82
24.71488
八/(35.1)
479.25
16820.8
23.67339
七/(31.0)
479.25
14855.98
20.90812
六/(26.9)
479.25
12891.15
18.14285
五/(22.8)
498.865
11374.12
16.0078
四/(18.7)
534.39
9993.093
14.06416
三/(14.6)
534.39
7802.094
10.98057
二/(10.5)
578.59
6075.195
8.550156
一/(5)
685.83
3429.15
4.826144
(四)参数计算
①柱线刚度计算：
第10层：
第 9 层：
第6~8层:：
第4~5层：
第3层：
第2层：
第1层：
②梁的线刚度(注:计算梁的线刚度时，考虑到楼板的作用,边框架梁，中框架梁，由于轴线梁属于中框架梁，因此线刚度应取为
所以：
1~ 5 层：
边跨

中跨

6~10层:：
边跨

中跨

③各层各杆件EA和EI的计算如下表
构件
层数
EA(KN)
EI
梁
A~B
(C~D)跨
1~5层

6~10层

B~C跨
1~5层

6~10层

柱
1~3层

4~5层

6~9层

10层

三、利用结构力学求解器求内力

水平地震作用下计算简图

水平地震作用下弯矩图

水平地震作用下剪力图

水平地震作用下轴力图

竖直恒载作用下计算简图

竖直恒载作用下弯矩图

竖直恒载作用下剪力图

竖直恒载作用下轴力图

竖直活载作用下计算简图

竖直活载作用下弯矩图

竖直活载作用下剪力图

竖直活载作用下轴力图

四、确定房屋建筑高度级别和抗震等级
本框架结构抗震设防烈度为7度,高度为43.3m,接近45m,因此可确定该房屋高度属于A级高度.
框架结构抗震等级设防烈度为7度,高度为43.3m>30m.因此可以确定该房屋的抗震等级为二级.

五、水平地震作用下框架结构层间侧移计算见下表
水平地震作用下层间侧移计算
表1
层数
上端
下端

相对值
限值
1
0.00057
0
0.00057
0.000114

=

=0.001818182

2
0.00226
0.00057
0.00169
0.000307273
3
0.00287
0.00226
0.00061
0.00009
4
0.00354
0.00287
0.00067
0.000163415
5
0.00463
0.00354
0.00109
0.000265854
6
0.00583
0.00463
0.0012
0.000292683
7
0.00684
0.00583
0.00101
0.000246341
8
0.00759
0.00684
0.00075
0.000182927
9
0.00804
0.00759
0.00045
0.00056
10
0.00853
0.00804
0.00049
0.00037
注：经计算，层间侧移均未超过限值，不需进行截面调整

六、荷载组合及内力计算
一层横梁内力组合
截面位置
A1
跨中
B1左
B1右
跨中
内力种类
M (KN*m)
V (KN)
M (KN*m)
M (KN*m)
V (KN)
M (KN*m)
V (KN)
M (KN*m)
竖向恒载(调幅后)
a
-70.560
82.630
53.400
-70.510
-82.610
-24.090
21.330
-5.420
竖向活载(调幅后)
b
-28.100
32.180
20.400
-27.230
-31.900
-11.660
13.410
1.520
重力荷载代表值(a+0.5b)(调幅后)
c
-84.610
98.720
63.600
-84.125
-98.560
-29.920
28.035
-4.660
水平地震作用(左向)
(调幅后)
d
150.630
-46.780
10.300
-130.050
-46.780
122.140
-69.790
0.020
水平地震作用(右向)
(调幅后)
e
-150.630
46.780
-10.300
130.050
46.780
-122.140
69.790
-0.020
内力种类
1.2恒+1.4活
1.2*a+1.4*b
-124.012
144.208
92.640
-122.734
-143.792
-45.232
44.370
-4.376
1.35恒+0.7*1.4活
1.35*a+0.7*1.4*b
-122.794
143.087
92.082
-121.874
-142.786
-43.948
41.937
-5.827
1.2重力+1.3水平地震
1.2*c+1.3*d或1.2*c+1.3*e
94.287
57.650
89.710
-270.015
-179.086
122.878
-57.085
-5.566
-297.351
179.278
62.930
68.115
-57.458
-194.686
124.369
-5.618
根据结构力学求解器算出的结果,经调幅后将相应数据摘录计算如下
说明：表格中取弯矩调幅系数0.85 单位：（剪力KN 弯矩KNM）

说明：表格中取弯矩调幅系数0.85 单位：（剪力KN 弯矩KNM
一层柱内力组合
杆件名称
A1A2
B1B2
截面位置
上端
下端
剪力
上端
下端
剪力
内力种类
M
N
M
N
V
M
N
M
N
V
竖向恒载
(调幅后)
a
-32.08
-655.25
16.33
-737.88
-9.68
21.72
-812.26
-10.81
-916.2
6.51
竖向活载
(调幅后)
b
-12.4
-273.46
6.36
-305.64
-8.75
7.15
-361.92
-3.55
-407.22
2.14
重力荷载代表值
(调幅后)
c
-38.28
-791.98
19.51
-890.7
-14.055
25.295
-993.22
-12.585
-1119.81
7.58
水平地震作用(左)
(调幅后)
d
60.52
239.13
-126.02
285.91
37.31
105.86
75.75
-148.64
98.76
50.9
水平地震作用(右)
(调幅后)
e
-60.52
-239.13
126.02
-285.91
-37.31
-105.86
-75.75
148.64
-98.76
-50.9
内力组合
1.2恒+1.4活
1.2*a+1.4*b
-55.856
-1169.14
28.5
-1313.35
-23.866
36.074
-1481.4
-17.942
-1669.55
10.808
1.35*恒+0.7*1.4活
1.35*a+0.98*b
-55.46
-1152.58
28.2783
-1295.67
-21.643
36.329
-1451.23
-18.0725
-1635.95
10.8857
1.2重力+1.3*水平地震
1.2*c+1.3*d或1.2*c+1.3*e
32.74
-639.507
-140.414
-697.157
31.637
167.972
-1093.39
-208.334
-1215.38
75.266
-124.612
-1261.25
187.238
-1440.52
-65.369
-107.264
-1290.34
178.13
-1472.16
-57.074

七．框架梁柱配筋
1．横梁配筋
从一层梁内力组合表中选取各截面不利内力，并转化为支座边缘控制截面内力，其中，，各截面的内力设计值如下表:
一层横梁控制截面组合内力设计值
楼层
A1
A1B1跨 跨中M /(KN*m)
B1左
B1右
B1C1跨 跨中M /(KN*m)
M /(KN*m)
V /KN
M /(KN*m)
V /KN
M /(KN*m)
V /KN
支座截面
-297.351
197.278
92.64
-270.015
-179.086
-194.686
124.369
-5.83
94.28
——
——
68.115
——
122.878
——
——
支座边缘控制截面
-228.3
183.9
92.64
-207.33
-192.46
-151.16
117.42
-5.83
25.23
——
——
5.43
——
79.35
——
——
2．正截面受弯承载力计算
采用单筋矩形截面，混凝土保护层厚度取25㎜，=35㎜，各控制截面设计配筋如下表
一层梁正截面设计
截面
A1
A1B1跨中
B1左
B1右
B1C1跨中
b*ho/(mm*mm)
300*765
300*765
300*765
300*565
300*565
控制截面M/(KN*m)
-228.300
92.640
-207.330
-151.160
-5.830

-171.225
69.480
-155.498
-113.370
-4.373

0.102
0.041
0.092
0.067
0.003

0.107
0.042
0.097
0.070
0.003

0.946
0.979
0.952
0.965
0.999

788.397
309.257
712.070
511.822
19.077
实配钢筋
4φ16
4φ16
4φ16
4φ16
4φ16
实配面积
804
616
804
804
616
实际配筋率
0.350
0.264
0.350
0.350
0.264
要求最小配筋率
0.3和65ft/fy=0.24的较大值
0.25各55ft/fy=0.20的较大值
0.3和65ft/fy=0.24的较大值
0.3和65ft/fy=0.24的较大值
0.25各55ft/fy=0.20的较大值
要求最大配筋率
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
支座处要求
0.75>0.3
——
0.79>0.3
0.79>0.3
——

3．斜截面受剪承载力计算
为保证梁实现强剪弱弯设计，梁端加密区截面设计时对剪力进行调整，非加密区剪力设计值仍取最不利组合的剪力值。一层梁斜截面设计如下表

截面
支座加密区
跨中非加密区
支座左加密区
支座右加密区
跨中非加密区
b
300765
300765
300765
300565
300565
不利组合控制截面V/KN
183.9
183.9
-192.46
117.42
117.42

156.315
156.315
-163.591
99.807
99.807
　/KN
144
----　
144
44.366
-----　
调整剪力值
(KN)　
190.512
----　
190.512
90.468
-----　

161.9352
----　
161.9352
76.8978
-----　
截面尺寸验算

440.64(325.44)
满足
满足
满足
满足
满足

0.25
0.25
0.287
-0.30
-0.30
箍筋直径
8,2肢
=101
8,2肢
=101
8,2肢
=101
8,2肢
=101
8,2肢
=101
需配箍筋间距/mm
404
404
352

实配箍筋
8@100
8@200
8@100
8@100
8@200
箍筋最大间距
8d,,100的最小值(mm)
100　
200　
100　
100　
200　
配筋率
0.34%
0.34%
0.34%
0.34%
0.34%
最小配筋率

0.15%
0.15%
0.15%
0.15%
0.15%
一层梁斜截面设计
4．框架柱配筋
柱采用对称配筋，纵筋采用HRB335级钢筋，混凝土保护层厚度取30mm,=40mm,柱弯矩设计值取，在一层柱顶，二层柱底按弹性分析的柱弯矩比进行分配。设计采用为组合目标的三组内力进行计算，一层边柱正截面配筋计算见表7
一层边柱正截面配筋计算
表7
位置
边柱
组合

b(mmmm)
700700
700700
700700
有,无地震组合
有
无
有
内力组合弯矩M/(KNm)
187.238
28.28
32.74
N/KN
1440.52
1440.52
-639.507
轴压比要求0.9
0.205582988
0.205583
0.091267
(KNm)
356.8212
---　
----　
柱顶调整弯矩(KNm)
297.351
---　　
---　　
柱底调整弯矩柱底组合弯矩
234.0475
---　　
---　　
设计变矩值
297.351
---　　
---　　
(m)
5
5
5
/h
7.142857143
7.142857
7.1428571
(mm)
206.4192097
19.6318
51.195687
0.3(mm)
198
198
198
(取20mm与h/30的较大值(mm)
23.33
23.33
23.33
(mm)
229.7492097
42.9618
74.525687

1
1
1

1
1
1

1.104690145
1.559857
1.3227408
η(mm)
254.1
50.8
47.3
e=(mm)
564.1
360.8
357.3

0.184
0.25
0.166
偏心类型
大偏心
大偏心
大偏心

0.85
1
1

<0
< 0
< 0
实配钢筋
4φ22　　
4φ22　　
4φ22　　
实配面积/(mmmm)
1521
1521
1521
实际总配筋率 %
0.93
0.93
0.93
要求总最小配筋率 %
0.8(满足)
0.8(满足)
0.8(满足)
实际柱一侧配筋率 %
0.31
0.31
0.31
要求柱一侧配筋率 %
0.2(满足)
0.2(满足)
0.2(满足)

一层边柱斜截面配筋计算
b
700660=462000
组合控制截面V (KN)
-65.369

151.8282857

118.065

1.86851836
截面尺寸验算
118.065<0.2*1*14.3*0.001*700*660=1321.22满足
0.3
2102>1440.52取N=1440.52

<0
箍筋形式
4肢箍φ10

0.13*14.3/210=0.009
箍筋直径,间距
4肢箍φ10@100
非加密区箍筋直径,间距
4肢箍φ10@200

一层中柱正截面配筋计算表
位置
一层柱
组合

b(mmmm)
700700
700700
700700
有,无地震组合
有
无
无
内力组合弯矩M/(KNm)
208.334
-17.942
-36.074
N/KN
-1215.38
-1669.55
-1093.39
轴压比要求0.8
0.174
0.238
0.156
(KNm)　
1.2 (270.015+194.686)
=557.64
---　
----　
柱顶调整弯矩(KNm)
232.35
---　　
---　　
柱底调整弯矩柱底组合弯矩
260.42
---　　
---　　
设计变矩值
260.426
---　　
---　　
(m)(现浇)
5.0
5.0
5.0
/h
7.14
7.14
7.14
(mm)
214
10.74
33
0.3(mm)
198
198
198
(取20mm与h/30的较大值(mm)
23.33
23.33
23.33
(mm)
237.33
34.07
30.47

1
1
1

1
1
1

1.07
1.49
1.55
η(mm)
254.1
50.8
47.3
e=(mm)
564.1
360.8
357.3

0.184
0.25
0.166
偏心类型
大偏心
大偏心
大偏心

0.85
1
1

<0
< 0
< 0
实配钢筋
4φ22　　
4φ22　　
4φ22　　
实配面积/(mmmm)
1521
1521
1521
实际总配筋率 %
0.93
0.93
0.93
要求总最小配筋率 %
0.8(满足)
0.8(满足)
0.8(满足)
实际柱一侧配筋率 %
0.31
0.31
0.31
要求柱一侧配筋率 %
0.2(满足)
0.2(满足)
0.2(满足)

注:：对柱采用对称配筋。

一层中柱斜截面配筋计算
b
700660=462000
组合控制截面V (KN)
75.266

1.2*(214.8+271.3)/(5-0.6)=138.9

118.065

208.334*1000/(138.9660)=2.27
截面尺寸验算
118.065 < 0.21.014.30.001700660=1321.22满足
0.3
2102 >1215.38取N=1215.38

<0
箍筋形式
4肢箍φ10

0.1314.3/210=0.009
箍筋直径,间距
φ10@100
非加密区箍筋直径,间距
φ10@200

5.节点核心区截面设计：
1）核心区剪力及配筋

取核心区

取

。因些采用构造配筋，按最小配筋率来计算：
取4肢箍10，，实际取10@100
2）核心区剪压比验算

满足要求

八、绘制施工图(见附图)
九、参考文献
1．《混凝土结构设计》阎兴华主编，李玉顺、王振、李亚娥副主编。北京：科学出版社，2007
2．《混凝土结构设计基本原理》何淅淅主编，翁维素、刘铮副主编。北京：科学出版社，2007
3．《混凝土结构》 上册，第二版，天津大学、同济大学、东南大学主编、清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998
4．《混凝土结构设计规范》。02---2---20发布，02---4---1实施。中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002
5．《高层建筑混凝土结构技术规程》。（JGB3---2002）。02---2---20发布，02---9---1实施。
中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002
6．《房屋建筑学》 第三版，同济大学、西安建筑科技大学、东南大学、重庆建筑大学编。北京：中国建筑工业出版社，1997
7．《建筑荷载规范》。02---1---10发布，02---3---1实施。中华人民共和国建设部主编，北京：中国建筑工业出版社，2002