钢筋混凝土现浇框架课程设计.doc

提供全套毕业设计，欢迎咨询 课 程 设 计钢筋混凝土现浇框架课程设计计算书院 系： 土木工程与建筑学院专业年级： 11级土木工程专业 （房建方向） 姓 名： 陆泽凌学 号： 1109022237指导教师： 焦俊婷2014年07月 目录一、 课程设计任务书-3 1、设计任务-3 2、设计内容-3 3、设计条件-4二、框架结构计算过程-51、结构平面布置及各梁柱截面尺寸-5 2、计算梁、柱线刚度-63、竖向荷载计算- -74、风荷载计算-145、框架侧移验算-156、框架内力计算-167、内力组合-31 三、截面配筋计算-38 1、梁的设计-38 2、柱的设计-45四、框架结构施工图-48一、课程设计任务书1、设计任务 某五层教学楼，钢筋混凝土现浇框架结构。建筑平面为一字形，如图1所示。底层层高4.2m，其它层高3.5m，室内外高差0.6m。图1 柱网尺寸图2、设计内容（1）结构布置确定柱网尺寸，构件截面尺寸，绘制框架结构平面布置图。（2）框架内力计算竖向荷载作用下可按分层法计算内力；水平荷载作用下按D值法计算框架内力。（3）内力组合（4）框架梁和柱承载力计算框架梁承载力计算包括正截面和斜截面承载力计算，计算梁的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。框架柱承载力计算包括正截面和斜截面承载力计算，计算柱的纵向钢筋和箍筋，并配置钢筋。（5）框架侧移验算验算顶点侧移和层间侧移，使之符合规范要求。（6）绘制框架配筋施工图3、设计条件1、气象条件基本风压0.4kN/m2，地面粗糙度为B类。注：以现场按编号布置的为准。（即：0.4+30.01=0.43kN/m2）2、工程地质条件地表下0-10m深度土层均可做天然地基，地基承载力特征值（修正后）为220kPa。3、屋面及楼面做法（1）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水泥砂浆找平层厚20mm；现浇混凝土楼板；15mm厚纸筋面石灰抹底。（2）楼面做法顶层为20mm厚水泥砂浆找平；5mm厚1：2水泥砂浆加“107”胶水着色粉面层；现浇混凝土楼板；底层为15mm厚纸筋面石灰抹底。（3）注：楼面、屋面活荷载以现场按学号布置的为准。（即：1.0+30. 1=1.3kN/m2 ）4、内外墙均为为Mu10普通烧结砖、M5水泥混合砂浆砌筑的240墙，20mm后双面抹灰。5、梁、柱梁混凝土强度等级C30。柱、主梁、次梁受力钢筋采用HRB400级钢筋，其他均用HPB335级钢筋。注：本人分组为第3组编号：3学号：37二、框架结构计算过程1、结构平面布置及各梁柱截面尺寸（1）结构平面布置（选取轴框架来设计，如下图2所示）（2）构件尺寸确定 1）梁截面尺寸 ， 边跨（AB、CD）梁：取 ， 中跨(BC)梁：取 ，边跨（AB、CD）次梁：取 ，中跨(BC)次梁：取 ， 2）连系梁及柱截面尺寸 边柱（A轴、D轴）连系梁：取 ， 中柱（B轴、C轴）连系梁：取 ， 柱截面（按底层柱计算）：取 ， 3）板厚 现浇楼板厚 4）梁跨度、柱高度梁：边跨：6.5m ；中跨：3.0m柱：底层柱高：；其它层柱高： (基础顶面至室外地面高差取500mm。)图2 结构平面布置图2、计算梁、柱线刚度 (计算结果见图3)（1）梁：，,梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的 作用，取为(为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。AB、CD跨梁线刚度： BC跨梁线刚度： （2）柱：，非底层柱线刚度： 非底层柱线刚度： 图3 梁、柱线刚度图，单位：3、竖向荷载计算（1）竖向恒载计算图4 均布荷载向梁传递图示1）屋面框架梁线荷载标准值 ：屋面均布恒荷h/m容重荷载值（KN/m2 ）100厚（2%结构找坡）膨胀珍珠岩0.1070.7020mm厚1:2水泥砂浆找平0.02200.40100mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.10252.5015mm厚纸筋面石灰抹底0.015160.24屋面恒荷载3.84梁的均布恒荷b/mh/m容重荷载值（KN/m）边跨（AB、CD）框架梁自重0.250.55253.44边梁侧粉刷0.4520.02170.31中跨（BC）框架梁自重0.250.50253.13中梁侧粉刷0.4020.02170.27因此，由图4板上恒载向梁传递图，可以求得作用在顶层框架梁上的线荷载为: 边跨梁自重及粉重 中跨梁自重及粉重 楼板传给边跨梁的荷载 楼板传给中跨梁的荷载(注：公式中下标5表示第5层即顶层框架梁)2）楼面框架梁线荷载标准值：楼面均布恒荷h/m容重荷载值（KN/m2 ）25mm厚水泥砂浆找平0.025200.50100mm厚现浇钢筋混凝土楼板0.10252.5015mm厚纸筋面石灰抹底0.015160.24楼面恒荷载3.24梁的均布恒荷b/mh/m容重荷载值（KN/m）边跨（AB、CD）框架梁自重0.250.55253.44边梁侧粉刷0.4520.02170.31边跨填充墙自重0.242.951913.45墙面粉刷0.0222.95172.01中跨（BC）框架梁自重0.250.50253.13中梁侧粉刷0.4020.02170.27因此，由图4上恒载向梁传递图，可以求得作用在中间层框架梁上的线荷载为： 边跨梁、填充墙自重及粉重 中跨梁自重及粉重 楼板传给边跨梁的荷载 楼板传给中跨梁的荷载3）屋面框架节点集中荷载标准值：计算节点集中荷载标准值参照图5所示。屋面边节点集中荷载标准计算表b/mh/ml/m容重荷载值（KN）边柱连系梁自重0.250.554.52515.47梁侧粉刷0.4520.024.5171.401m高女儿墙自重0.241.004.51920.52墙侧粉刷120.024.5173.06连系梁传来屋面自重39.13屋面边节点集中荷载79.58屋面中节点集中荷载标准计算表b/mh/ml/m容重荷载值（KN）中柱连系梁自重0.250.504.52514.06梁侧粉刷0.3020.024.5170.91连系梁转来屋面自重39.1320.69屋面中节点集中荷载74.794）楼面框架节点集中荷载标准值：计算节点集中荷载标准值参照图5所示。楼面边节点集中荷载标准值计算表b/mh/ml/m容重荷载值（KN）边柱连系梁自重0.250.554.52515.47粉刷0.4520.024.5171.40钢窗自重3.001.800.452.43窗下墙体自重4.11.150.241921.50粉刷4.11.150.022173.21窗边墙体自重1.11.800.24199.03粉刷1.11.800.022171.35框架柱自重0.400.43.502514.00粉刷0.780.023.50170.93连系梁传来楼面自重34.74楼面边节点集中荷载104.06楼面中节点集中荷载标准值计算表b/mh/ml/m容重荷载值（KN）中柱连系梁自重0.250.504.52514.07粉刷0.3020.024.5170.92内纵墙体自重4.12.900.241955.15粉刷4.12.900.022178.22框架柱自重0.400.453.502514.00粉刷0.780.023.50170.93扣除门洞重加上门重1.002.105.04-10.58连系梁传来楼面自重34.7418.59楼面中节点集中荷载136.045）恒荷载作用下的结构计算简图 恒载作用框架的计算简图如图5（1）所示。 将非均布荷载化为均布荷载的形式，计算简图如图5（2）所示。图5 恒载作用下框架的计算简图其中，由梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的公式为：表1 竖向恒载汇总表79.5810.6474.797104.0625.03136.046.44104.0625.03136.046.44（2）竖向活荷载计算屋面活荷载1.23KN/m2，楼面活荷载1.23KN/m2。屋面活荷载计算表均布标准值（KN/m2）跨度l/m荷载值（KN/m）边跨均布活载P5AB(P5CD)1.34.55.85中跨均布活载P5BC1.33.03.90边节点集中活载P5A(P5D)1.34.55.85中节点集中活载P5B(P5C)1.33.013.89楼面活荷载计算表均布标准值（KN/m2）跨度l/m荷载值（KN/m）边跨均布活载PAB(PCD)1.34.55.85中跨均布活载PBC1.33.03.90边节点集中活载PA(PD)1.34.55.85中节点集中活载PB(PC)1.33.013.89活载作用框架的计算简图如图6（1）所示。将非均布荷载转化为均布荷载的形式，计算简图如6（2）所示。图6 活载作用下框架的计算简图其中，有梯形转化为均布荷载的公式为：由三角形转化为均布荷载的公式为： 表2 竖向活载汇总表5.854.6713.892.445.854.6713.892.445.854.6713.892.444、风荷载计算 风荷载标准值计算公式：；因结构高度H=22.8m30m，可取=1.0；对于矩形截面=1.3；可查荷载规范，当查得的时，取=1.0。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积，计算简图如图7所示，计算结果见表3。表3 风荷载汇总表层数Z（m）61.00 1.30 22.05 1.28 0.45 12.38 8.03 51.00 1.30 19.30 1.23 0.45 15.75 10.16 41.00 1.30 15.80 1.16 0.45 15.75 10.71 31.00 1.30 12.30 1.08 0.45 15.75 9.91 21.00 1.30 8.80 1.00 0.45 15.75 9.21 11.00 1.30 5.30 1.00 0.45 18.68 10.07 图7 风荷载作用下结构计算简图5、框架侧移验算（1）计算框架柱抗侧刚度图8 框架柱抗侧刚度（单位：）（2）计算框架柱侧移（计算结果如表4所示）表4 框架柱侧移计算楼层层高/m抗侧刚度备注63.534.78 7.910.0002 0.0001 0.002满足53.534.78 17.860.0005 0.0001 0.002满足43.534.78 28.270.0008 0.0002 0.002满足33.534.78 38.480.0011 0.0003 0.002满足23.534.78 47.690.0014 0.0004 0.002满足15.314.27 57.760.0040 0.0008 0.002满足顶点总水平位移：6、框架内力计算（1）节点弯矩分配系数（取半框架） 图9 半框架梁柱线刚度示意图 图10 梁、柱节点分配系数（2） 分层法计算竖向恒荷载的作用计算图11 分层法恒荷载作用的计算简图1）顶层计算计算梁端弯矩：（计算结果见表5和图12.1）表5 竖向恒荷载作用下框架顶层弯矩分配杆端位置A5A4A5B5B5A5B5B4B5C5C5B5弯矩分配系数0.340.660.520.160.32固端弯矩-37.4637.46-5.25-2.63第一次弯矩分配12.7224.74-16.69-5.27-10.25弯矩传递-8.3412.3710.25第二次弯矩分配2.835.51-6.41-2.02-3.94结果15.56-15.5626.74-7.30-19.447.63A4A5：5.19B4B5：-2.43边跨跨中弯矩： 35.05中跨跨中弯矩：-11.562）标准层计算计算梁端弯矩：（计算结果见表6和图12.2）表6 竖向恒荷载作用下框架标准层弯矩分配杆端位置：A5A4A5A6A5B5B5A5B5B4B5B6B5C5C5B5弯矩分配系数：0.250.250.490.450.140.140.27固端弯矩：-88.1388.13-4.83-2.42第一次弯矩分配：22.3422.3443.44-37.08-11.72-11.72-22.78-18.5421.7222.78第二次弯矩分配4.704.709.14-9.67-3.06-3.06-5.94结果27.0427.04-54.0963.09-14.77-14.77-33.5520.36A1A2：9.01B1B2：-4.92边跨跨中弯矩： 73.60A3A2：9.01B3B2：-4.92中跨跨中弯矩：-26.303）底层计算计算梁端弯矩：（计算结果见表7和图12.3）表7 竖向恒荷载作用下框架底层弯矩分配杆端位置：A1A0A1A2A1B1B1A1B1B0B1B2B1C1C1B1弯矩分配系数：0.200.270.530.460.110.150.28固端弯矩：-88.1388.13-4.83-2.42第一次弯矩分配：17.5823.9646.59-38.53-8.93-12.17-23.67弯矩传递：-19.2623.2923.67第二次弯矩分配3.845.2410.18-10.77-2.50-3.40-6.62结果21.4329.20-50.6262.12-11.43-15.58-35.1221.25A0A1：10.71B0B1：-5.72边跨跨中弯矩： 75.82A2A1：9.73B2B1：-5.19中跨跨中弯矩：-27.87图12.1 顶层图12.2 标准层图12.3底层图12 恒载标准值分层法得各层弯矩图（单位：KNm）4） 叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配。（如图13） 图13 恒载标准值作用下框架弯矩图（单位：KNm）5）计算梁端剪力梁平衡受力图（见图14）图14 梁平衡受力图由梁的平衡条件可得：和计算结果见图15所示。6）计算柱轴力依据节点的平衡条件可得柱轴力，计算结果见图15所示。 图15 恒荷载标准值作用下梁剪力、柱轴力图（单位：KN）7）将梁端剪力换算到柱边（），计算结果如图16所示。图16 框架梁在恒荷载作用下梁端剪力换算到柱边截面（单位：KN）8） 将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值（），如图17。图17 框架梁在恒荷载作用下经调幅并换算至柱边截面的弯矩（单位：KNm）竖向活荷载的作用计算图18 分层法活荷载作用的计算简图1）顶层计算（取半框架计算）计算梁端弯矩：（计算结果见表8和图19.1）表8 竖向活荷载作用下框架顶层弯矩分配杆端位置A5A4A5B5B5A5B5B4B5C5C5B5弯矩分配系数0.340.660.520.160.32固端弯矩-16.4416.44-1.83-0.92第一次弯矩分配5.5810.86-7.57-2.39-4.65弯矩传递-3.795.434.65第二次弯矩分配1.292.50-2.81-0.89-1.73结果6.87-6.8711.49-3.28-8.213.74A4A5：2.29B4B5：-1.09边跨跨中弯矩： 26.97中跨跨中弯矩：-5.462）标准层计算（取半框架计算）计算梁端弯矩：（计算结果见表9和图19.2）表9 竖向活荷载作用下框架标准层弯矩分配杆端位置A2A1A2A3A2B2B2A2B2B1B2B3B2C2C2B2弯矩分配系数0.250.250.490.450.140.140.27固端弯矩-16.4416.44-1.83-0.92第一次弯矩分配4.174.178.10-6.51-2.06-2.06-4.00弯矩传递-3.254.054.00第二次弯矩分配0.820.821.60-1.80-0.57-0.57-1.11结果4.994.99-9.9912.19-2.63-2.63-6.933.08A1A2：1.66B1B2：-0.88边跨跨中弯矩： 25.76A3A2：1.66B3B2：-0.88中跨跨中弯矩：-4.193）底层计算（取半框架计算）计算梁端弯矩：（计算结果见表10和图19.3）表10 竖向活荷载作用下框架底层弯矩分配杆端位置A1A0A1A2A1B1B1A1B1B0B1B2B1C1C1B1弯矩分配系数0.200.270.530.460.110.150.28固端弯矩-16.4416.44-1.83-0.92第一次弯矩分配3.284.478.69-6.76-1.57-2.14-4.15弯矩传递-3.384.354.15第二次弯矩分配0.670.921.79-2.01-0.47-0.64-1.23结果3.955.39-9.3412.02-2.03-2.77-7.223.24A0A1：1.98B0B1：-1.02边跨跨中弯矩： 13.98A2A1：1.80B2B1：-0.92中跨跨中弯矩：-7.22图19.1 顶层图19.2 标准层图19.3底层图19 活载标准值分层法得各层弯矩图（单位：KN）5） 叠加分层法计算结果，并进行节点不平衡弯矩分配。（如图20）图20 活载标准值作用下框架弯矩图（单位：KNm）5）计算梁端剪力梁平衡受力图（见图21）图21 梁平衡受力图由梁的平衡条件可得：和计算结果见图22所示。6）计算柱轴力依据节点的平衡条件可得柱轴力，计算结果见图22所示。图22 活荷载标准值作用下梁剪力（左半边）、柱轴力图（右半边）7）将梁端剪力换算到柱边（），计算结果如图23所示。图23 框架梁在活荷载作用下梁端剪力换算到柱边截面（单位：KN）8）将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值（），如图24。图24 框架梁在活荷载作用下经调幅并换算至柱边截面的弯矩（单位：KNm）（3）D值法计算风荷载作用下内力计算1）风荷载作用下的结构计算简图如图7所示。 内力计算采用D值法，计算过程见图25所示。查得，即。表11 侧向刚度D层数层高A柱B柱C柱D柱水平力Vpi53.33.154.174.173.157.9043.33.154.174.173.1517.1133.33.154.174.173.1525.5523.33.154.174.173.1533.7914.81.611.861.861.6143.27 （a）剪力在各柱间分配 b）各柱反弯点及柱端弯矩图25 风荷载作用下的内力计算2） 风荷载作用下框架弯矩图如图26所示，轴力和剪力如图27所示。图26 风荷载作用下框架的弯矩图（KNm）图27 风荷载作用下框架的剪力图(左半边)、轴力图（右半边）3）将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值，计算结果如图28所示。图28 框架梁在风荷载作用下算至柱边截面的弯矩（单位：KNm）7、内力组合根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中。由于对称性，每层有5个控制截面，即图29中的1、2、3、4、5号截面，表12给出了各层梁的内力组合过程。柱则分柱边和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图29中第三层为例，控制截面为5、6号截面，表13给出了各层柱的内力组合过程。图29 框架梁、柱控制截面50表12 各层梁的内力组合过程楼层控制截面荷载类型恒载活载风载左风右风MVMVMVMV61-15.2331.41-5.4812.463.3-0.77-3.30.77225.06026.4500-0.77-00.773-12.35-79.77-9.06-13.64-1.78-0.771.780.774-14.1213.86-7.282.260.92-1.25-0.921.255-6.260-4.5300-1.25-01.2551-42.1994.5-9.9310.059-2.4-92.4219.06025.0300-2.4-02.43-45.96-95.74-10.67-10.29-6.04-2.46.042.44-16.2911.88-5.582.372.64-3.65-2.643.655-9.040-2.2400-3.65-03.6541-44.0494.69-9.6310.0116.15-3.15-16.153.15219.41025.1500-3.15-03.153-46.28-95.56-10.6-10.33-5.19-3.155.193.154-15.9311.88-5.682.374.98-6.33-4.986.335-8.690-2.9400-6.33-06.3331-44.0494.69-9.6310.0122.02-4.38-22.024.38219.41025.1500-4.38-04.383-46.28-95.56-10.6-10.33-9.67-4.389.674.384-15.9311.88-5.682.377.18-9.02-7.189.025-8.690-2.9400-9.02-09.0221-44.0494.69-9.6310.0129.12-5.52-29.125.52219.41025.1500-5.52-05.523-46.28-95.56-10.6-10.33-17.9-5.5217.95.524-15.9311.88-5.682.3715.13-11.9-15.1311.95-8.690-2.9400-11.9-011.911-35.0593.73-9.119.9546.2-9.4-46.29.4220.26025.3300-9.4-09.43-44.19-95.51-10.44-10.39-28.06-9.428.069.44-16.7111.88-5.932.3714.45-18.43-14.4518.435-9.470-3.1900-18.43-018.43注：使梁下部受拉的弯矩为正，使梁截开部分产生顺时针方向转动的剪力为正。续表12楼层控制截面内力组合内力组合最不利内力值恒载1.35+活载1.4恒载1.35+1.4(活载0.7+风载0.6)左风右风MVMVMVMmaxMminVmax61-28.23 59.85 -23.16 53.97 -28.70 55.26 -28.70 59.85 270.86 0.00 59.75 -0.65 59.75 0.65 70.86 -3-29.36 -126.79 -27.05 -121.70 -24.06 -120.41 -29.36 -126.79 4-29.25 21.88 -25.42 19.88 -26.97 21.98 -29.25 21.98 5-14.79 0.00 -12.89 -1.05 -12.89 1.05 -14.79 -51-70.86 141.65 -59.13 135.41 -74.25 139.44 -74.25 141.65 260.77 0.00 50.26 -2.02 50.26 2.02 60.77 -3-76.98 -143.66 -77.58 -141.35 -67.43 -137.32 -77.58 -143.66 4-29.80 19.36 -25.24 15.29 -29.68 21.43 -29.80 21.43 5-15.34 0.00 -14.40 -3.07 -14.40 3.07 -15.34 -41-72.94 141.85 -55.33 135.00 -82.46 140.29 -82.46 141.85 261.41 0.00 50.85 -2.65 50.85 2.65 61.41 -3-77.32 -143.47 -77.23 -141.78 -68.51 -136.48 -77.32 -136.48 4-29.46 19.36 -22.89 13.04 -31.26 23.68 -31.26 23.68 5-15.85 0.00 -14.61 -5.32 -14.61 5.32 -15.85 -31-72.94 141.85 -50.39 133.96 -87.39 141.32 -87.39 141.85 261.41 0.00 50.85 -3.68 50.85 3.68 61.41 -3-77.32 -143.47 -80.99 -142.81 -64.74 -135.45 -80.99 -143.47 4-29.46 19.36 -21.04 10.78 -33.10 25.94 -33.10 25.94 5-15.85 0.00 -14.61 -7.58 -14.61 7.58 -15.85 -21-72.94 141.85 -44.43 133.00 -93.35 142.28 -93.35 142.28 261.41 0.00 50.85 -4.64 50.85 4.64 61.41 -3-77.32 -143.47 -87.90 -143.77 -57.83 -134.49 -87.90 -143.77 4-29.46 19.36 -14.36 8.36 -39.78 28.36 -39.78 28.36 5-15.85 0.00 -14.61 -10.00