五层结构设计混凝土框架结构计算书.doc

1 绪论根据设计材料提供的建筑场地的工程地质条件、气象条件以及基本设计资料，确定计算方案。建筑物的设计过程包括建筑设计和结构设计两部分。1.1 结构设计部分分别从结构体系、结构总体布置、屋盖的结构方案、基础方案的选择及结构计算等多方面进行了论述。构件布置：按建筑方案中的平、立、剖面进行设计，确定各构件的截面及布置，绘出结构计算简图并初选梁、柱截面。荷载统计：在选截面的基础上，按从到下的顺序进行，在荷载的取值按各房间的使用功能及位置查找荷载规范，完成恒载及活载的统计，并求出重力荷载代表值。横向框架内力分析：分析了横向框架在竖向荷载作用下的内力。用弯矩二次分配法计算梁端、柱端弯矩、剪力。内力组合：对恒载、活载作用下横向框架的内力进行组合，找出最不利的内力组合，作为对框架梁、柱进行截面设计，和截面配筋计算的依据。板的设计：用弹性理论对板进行设计，求出板的配筋。1.2计算机应用使用了、表格制作和进行了排版设计。在设计过程中我严格按照现行结构设计规范和现行施工组织设计规范进行设计，并取一榀框架进行内力配筋计算，绘制建筑施工图和结构施工图，在设计的过程中我们还参考了有关房建、混凝土结构、抗震等教材。2 工程概况1工程名称：某学生宿舍楼2 拟建地点：见总平面图。3 建设规模：建筑层数为4层。4 建筑面积：约26005 结构形式：钢筋混凝土框架结构2.1设计原始资料（一）气象条件 （1）气温 ：北方寒冷地区。 （2）主导风向为北风，基本风压W0=0.75KN/m2。 （3）年降雨量：7至8月份为雨季，施工中应采用防范技术措施。（二）地质条件 （1）场地描述：建筑场地地段情况见总平面图图所示，场地地势平坦。 （2）地质条件：根据勘察报告，建筑场地土类别为类，其它略。 （三）材料供应 （1）三材品种齐全，可生产C50以下混凝土。 （2）墙体材料：承重墙可供应页岩砖，填充墙用190规格混凝土小型空心砌块、 加气混凝土砌块或粉煤灰小型空心砌块。（四）施工条件 （1）合同工期：9个月 （2）水、电、路已通至现场（五）基本资料本建筑为某学生宿舍楼，共4层，室内地面标高：，室外标高：，采用现浇钢筋混凝土框架结构，地上建筑混凝土强度 等级为，梁、板、柱受力钢筋采用级，箍筋采用级。（六）建筑做法1）屋面做法防水层：两道3厚SBS防水层找平层：15厚水泥砂浆找平层找坡层：水泥珍珠岩2%找坡，最薄处30；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；保温层：100厚的棉板保温层2）标准层楼面面层：10厚地砖，素水泥砂浆填缝；结合层：4厚水泥胶结合层；找平层：20厚1：3水泥砂浆找平层，素水泥砂浆一道；结构层：100厚现浇钢筋混凝土板；3）卫生间楼地面做法面层：10厚防滑陶瓷地面砖，稀水泥浆填缝；结合层： 1:2干硬性水泥砂浆结合层最薄处20厚，从门口向地漏找坡1%；素水泥砂浆一道；防水层：高分子聚合物水泥复合防水涂料厚，四周沿墙刷起250高；结构层：120厚现浇钢筋混凝土板；找平层：20厚1:3水泥砂浆找平层，素水泥一道工具体情况实测后予以适当调整，用料必须满足各种强度要求。3 结构设计3.1 采用现浇钢筋混凝土框架结构（横向承重）体系下面以计算第榀为例计算：3.1.1 结构布置及结构计算简图的确定：结构平面布置如图(3.1)所示图3.1 结构平面布置图各梁柱截面尺寸确定如下：边跨（、跨）梁：取，。中跨（跨）梁：取，。边柱连系梁（轴、轴）：取=。中柱（轴、轴）连系梁：取=。柱截面均为=。现浇楼板厚。各梁柱构件的线刚度经计算见图3.2其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取=2（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯矩）。、跨梁：= 跨梁： 上部各层柱： 底层柱： 3.2 荷载统计3.2.1 恒荷载计算 屋面框架梁线荷载标准值：厚1:2水泥砂浆找平 水泥珍珠岩2%找坡 100厚钢筋混凝土楼板 屋面恒荷载 因此作用在顶层框架梁上的线荷载为： =2.204 （注：下标4代表第四层及顶层框架梁） 楼面框架梁线荷载标准值20mm厚水泥砂浆找平 10mm厚地砖 120mm厚钢筋混凝土面板 15mm厚纸筋石灰抹灰 楼面恒荷载 边跨梁及其粉刷 中跨框架梁及梁侧粉刷 2.204 因此作用在中间层框架梁上的线荷载为： g=g=2.204+8.5=10.704 g= g=g= g= 屋面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 粉刷 0.9 m高女儿墙自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 粉刷 连系梁传来屋面自重 顶层中节点集中荷载 楼面框架节点集中荷载标准值边柱连系梁自重 6.6 粉刷 0.63钢窗自重 窗下墙体自重 粉刷 窗边墙体自重 窗上墙体自重 框架柱自重 粉刷 0.80.023.317=0.84连系梁传来楼面自重 中间层边节点集中荷载 中柱连系梁自重 6.6粉刷 0.63内纵墙自重 扣除门洞重加上门重 框架柱自重 13.2连系梁传来楼面自重 =10.40 3.31.84.12=12.24过梁自重 中间层边界点集中荷载 恒荷载作用下的结构计算简图恒荷载作用下结构计算简图如下图3.3 3.2.2楼面活荷载计算楼面活荷载作用下的结构计算简图如图3.4所示图中各荷载值计算如下：顶层：3.33.30.5=1.36标准层： 3.3内力计算3.3.1恒荷载作用下的内力计算恒荷载（竖向荷载）作用下内力采用分层法。标准层：由图3取出中间任一层进行分析，结构计算简图如图(a)所示，图中除底层柱外其余柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图3.5-(a)中梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载如图3.5(b)所示，等效均布荷载的计算公式如图所示。图3.5 分层法计算简图图3.6荷载等效图把梯形荷载化作等效均布荷载 =20.96 图示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =20.96=50.93 7.7=3.70 7.7=1.85 0.3160.3160.2780.2340.3240.3240.118A上A下ABBAB上B下BCCB-50.950.93-3.7-1.8516.1016.1018.730.59.365-6.620.5-13.24-18.34-18.34-6.67-16.672.092.091.8400.50.92-0.110.5-0.215-0.30-0.30-0.10-10.100.030.030.0218.2218.22-36.4447.76-18.64-18.6-0.774.92图3.7 标准层弯矩分配法计算过程图3.8标准层恒荷载弯矩图顶层：由图中取出顶层进行分析，结构计算简图如图(a)所示，图中除底层柱外其余柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。 把梯形荷载化作等效均布荷载 =13.32 =8.172图示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =13.32=32.36 8.172=3.92 8.172=1.96弯矩分配法计算过程如图3.9所示，计算所得结构弯矩图见图3.100.5810.4190.3470.480.173A下ABBAB下BCB-32.3632.36-3.92-1.9618.813.56126.78-6.7912-13.58-18.78-6.78-16.783.942.845121.42-0.2512-0.49-0.68-0.25-10.250.150.10120.05-0.015-0.027-0.009-10.00922.89-22.9026.52-19.484-10.965.08图3.9 顶层弯矩分配法计算过程图3.10 顶层恒荷载弯矩图底层：把梯形荷载化作等效均布荷载 =20.96 图示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =20.96=50.93 7.7=3.70 7.7=1.85弯矩分配法计算过程如图3.11所示，计算所得结构弯矩图见图03510.3770.2720.2400.3080.3080.120A上A下ABBAB上B下BCCB-50.9350.93-3.7-1.8517.8819.2013.58126.925-6.512-13.00-16.68-16.68-7.80-17.802.282.281.77120.885-0.10612-0.212-0.272-0.272-0.129-10.130.0360.040.0320.19621.69-41.88645.528-16.95-16.95-11.6296.08图3.11 底层弯矩分配法计算过程 图3.12 底层恒荷载弯矩图将各层分层法求得的弯矩图叠加，可得整个框架结构在恒荷载作用下的弯矩图。很显然，叠加后框架内各节点弯矩不一定能达到平衡，这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度，将节点弯矩再分配一次进行修正，修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如图3.13所示。并进而求得框架各梁柱的剪力和轴力图3.14在求得梁端支座弯矩后，欲求梁跨中弯矩，则需根据求得的支座弯矩和各跨的实际荷载分布按平衡条件计算而不能按等效分布荷载计算。框架梁在实际分布荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩如图3.15所示。图3.13 框架在恒荷载作用下的弯矩图（KNm）图3.14 框架在恒荷载作用下的梁剪力、轴力图（KN）图3.15结构弯矩调幅：考虑结构塑性内力重分布的影响，在内力组合之前，对竖向作用下的荷载的内力进行调幅，将杆端弯乘以0.9，支座剪力相应改变。考虑梁端弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩以便内力组合使用，如下图：图3.16 框架恒荷载条幅并算至柱边截面弯矩图3.3.2 活荷载作用下的内力计算活荷载作用下的内力计算采用分层法。由抗震规范，对于一般民用建筑不考虑活荷载的不利布置，梁跨中弯矩乘以增大系数1.2。同样采用弯矩分配法计算，考虑弯矩调幅，并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩值。计算过程同恒荷载内力计算。活荷载（竖向荷载）作用下内力采用分层法。标准层：由图3.18取出中间任一层进行分析，结构计算简图如图(a)所示，图中除底层柱外其余柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。图3.17(a)中梁上分布荷载梯形组成，根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载，化为等效均布荷载如图3.17(b)所示，等效均布荷载的计算公式如图3.17所示。图3.17 荷载的等效图3.18 分层法计算简图把梯形荷载化作等效均布荷载 = 6.6=5.60 6=3.75图3.19示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =5.60=13.608 3.75=1.8 3.75=0.9两边跨满布：0.3610.3610.2780.2340.3240.3240.118A上A下ABBAB上B下BCCB-13.60813.6084.914.913.78121.89-1.81312-3.627-5.02-5.02-1.83-11.830.660.660.50120.25-0.05-0.085-0.085-0.03-10.035.585.58-11.1612.06-5.1-5.1-1.861.86图3.19 弯矩分配法计算过程图3.20两边跨满布的梁柱弯矩图（KNm）(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)中跨满布：0.3610.3610.2780.2340.3240.3240.234A上A下ABBAB上B下BCCB-1.8-0.90.225120.450.580.580.19-1-0.19-0.081-0.081-0.062-0.081-0.0810.1670.4260.590.59-1.60-0.28图3.21 弯矩分配法计算过程图3.22 中跨满布梁柱弯矩图(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)左边跨加中跨：0.3610.3610.278 0.1730.2410.2410.3460.3460.2410.2410.1730.2780.3610.293A下A上ABBAB下B上BCCBC下C上CDDCD上D下-13.6113.68-1.81.84.914.913.781.89-1.18-2.37-3.3-3.3-4.7-2.350.430.430.330.16-0.06-0.05-0.05-0.03-0.0150.005-0.03-0.04-0.04-0.055.345.34-10.6813.25-3.34-3.34-6.55-0.61-0.05-0.05-0.23-0.010.005图3.23 弯矩分配法计算过程图3.24顶层：由图中取出顶层进行分析，结构计算简图如图(a)所示，图中除底层柱外其余柱的线刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。把梯形荷载化作等效均布荷载 =1.400.75图示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =1.4=3.4 0.75=0.36 0.75=0.18弯矩分配法计算过程如下图所示，计算所得结构弯矩图见图（a）。两边跨满布：0.5810.4190.3470.480.173A下ABBAB下BCB-3.43.41.981.425120.712-0.71512-1.43-1.97-0.712-10.7120.4150.300120.15-0.025-0.05-0.07-0.03-10.032.40-2.412.78-2.04-7420.742图3.25 弯矩分配法计算过程图3.26 两边跨满布梁柱弯矩图(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)中跨满布：0.5810.4190.3470.480.173A下ABBAB下BCB-0.36-0.180.0621/20.1250.1730.06-0.06-0.036-0.026-0.013-0.0360.0360.1120.173-0.3-0.24 图3.27 中跨满布弯矩分配法计图3.28中跨满布梁柱弯矩图（KNm）(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)左边跨加中跨：0.5810.4190.2950.410.2950.3950.410.2950.4190.581A下ABBAB下BCCBC下CDDCD下-3.43.4-0.360.361.981.420.71-0.103-0.209-0.29-0.21-0.100.060.0430.0220.0190.0390.0410.020.01-0.005-0.0052.04-2.043.923-0.29-0.5510.2990.0410.020.005-0.005图3.29左边加中跨弯矩分配法计算过程图3.30 边跨加中跨满布作用下弯矩图（KNm）(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)底层：把梯形荷载化作等效均布荷载 = 6.6=5.60 6=3.75 图示结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取二分之一结构计算，各杆的固端弯矩为： =5.60=13.608 3.75=1.8 3.75=0.9弯矩分配法计算过程如下图所示，计算所得结构弯矩图见图两边跨满布： 底层弯矩分配 0.2730.298 0.421 0.2890.188 0.210 0.313A下A上ABBAB下B上BCCB-13.68 13.68 3.974.07 5.642.82-2.55-0.840 -0.53 -0.59 -0.880.88 0.700.76 1.07 0.54-0.08 -0.16-0.10-0.11 -0.170.17 0.020.02 0.03 4.69 4.85-9.57 16.04-0.63 -0.7 -1.05 1.05 图3.31 两边跨满布弯矩分配法计算过程图3.32 两边跨满布梁柱弯矩图(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)中跨满布： 底层弯矩分配 0.2730.298 0.421 0.2890.188 0.210 0.313A下A上ABBAB 下B上BCCB -1.8-0.90.26 0.520.340.770.56-0.56-0.07-0.08-0.11-0.060.01 0.020.010.01 0.02-0.02-0.003-0.003-0.004 -0.073-0.0830.2460.480.35 0.78 -1.22 -1.48 图3.33 中跨满布弯矩分配法计算过程图3.34 中跨满布梁柱弯矩图（KNm）(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)左边跨加中跨：0.2730.298 0.421 0.2890.188 0.210 0.3130.3130.210 0.188 0.2890.4210.298 0.273A下A上ABBAB下B上BCCBC下C上CDDCD上D下-13.60813.608-1.81.83.714.065.732.87-0.42-0.83-0.54-0.60-0.89-0.450.1150.1250.180.09-0.07-0.14-0.09-0.08-0.14-0.07-0.03-0.017-0.02-0.0290.030.020.023.8254.185-8.11815.708-0.557-0.62-2.791.21-0.09-0.08-0.14-0.040.020.02图3.35 左边加中跨弯矩分配法计算过程图3.36 左边加中跨满布梁柱弯矩图（KNm）(括号内为梁端弯矩经调幅并折算至柱边截面的弯矩)3.4 地震作用计算3.4.1 重力荷载代表值计算总重力荷载代表值为总重力荷载代表值为： =371.36kN + 516.48kN + 516.48kN + 531.54kN =1935.86kN3.4.2抗侧刚度D值计算抗侧刚度D值计算过程及计算结果见下表抗侧刚度D值计算表楼层构件名称4层A1A2(A2A3)(A3A4)23.9510426.46104=0.5940.0966833.723层B1B2 (B2B3)(B3B4)228.810426.46104=2.7240.39327975.532层C1C2 (C2C3)(C3C4)228.810426.46104=2.7240.39327975.53D1D2 (D2D3)(D3D4)23.9510426.46104=0.5940.0966833.72=227975.53kNm +26833.72kNm=69618.5kNm楼层构件名称1层A0A13.951044.68104=0.8440.1406066.67B0B1 28.81044.68104=3.7600.48320930C0C1 28.81044.68104=3.7600.48320930D0D1 3.951044.68104=0.8440.1406066.67=220930kNm +26066.67kNm=53993.34kNm 表3.4.1 抗侧刚度D值计算表结构自振周期计算（顶点位移法）按顶点位移法，将结构各层重力荷载代表值作为水平作用，施加到各层质点上，计算结构顶点位移。计算过程见下表3.4.2层号4371.36371.3669618.50.00050.06893516.48833.8469618.50.01190.06542516.481350.3269618.50.01940.05361531.481881.853993.340.03480.0335. 表3.4.2 考虑到填充墙对结构刚度的贡献，取周期折减系数=0.7，计算公式为：=1.8=1.80.7 =0.33 s水平地震作用系数：7度抗震设防，设计地震分组为第一组，二类场地，设计基本地震加速度值为0.10g=0.08，=0.35 s由于=0.33 s =0.35 s 且 =1.0则：=0.08由于=0.33 s 1.4=0.49 s，故无需考虑顶部附加水平地震作用。水平地震作用下结构基底剪力标准值为：=0.080.851935.86=131.64kN按底部剪力法，各层水平地震作用标准值可以用以下公式计算：第一层：=5313.6131.641/（5313.6+516.486.9+516.4810.2+515.0113.5） =14.22kN 第二层：=516.486.9131.64/（5313.6+516.486.9+516.4810.2+515.0113.5） =26.51kN第三层：=516.4810.2131.64/（5313.6+516.486.9+516.4810.2+515.0113.5）=39.20kN第四层：=371.3613.5131.64/（5313.6+516.486.9+516.4810.2+515.0113.5） =37.30kN各层水平地震作用力计算结果如图所示。图3.37水平地震作用楼层最小地震剪力验算根据抗震规范5.2.5条，结构任一楼层的水平地震剪力应符合式的要求。由抗震规范5.2.5可知，=0.016。=14.22kN 0.016371.36kN =5.94kN=14.22kN + 26.51kN =40.70kN 0.016833.84kN =13.34kN=40.70kN + 39.20kN =79.9kN 0.0161350.32kN =21.60kN=79.9kN + 37.30kN =117.2kN 0.0161881.8kN =30.10kN经验算，满足要求。多遇地震作用下的框架弹性侧位移验算根据抗震规范5.2.1条要求，钢筋混凝土框架梁弹性层间位移1550。验算过程及结果见表3.4.3。楼层相对值限值437.3014.2269618.50.00041/82501/550339.2040.7069618.50.00131/2538226.5179.969618.50.00181/1835114.22117.253993.340.00231/15653.4.3水平地震力作用下框架梁层间侧位移计算表经验算，结构层间最大侧位