4层框架结构设计计算书.doc

多层框架设计实例
    某四层框架结构，建筑平面图、剖面图如图1所示，试采用钢筋混凝土全现浇框架结构设计。
    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，M5水泥砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内墙涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，马赛克贴面。
    （3）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；底层为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水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层。
    （5）门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其它均为木门，钢窗。
    （6）地质资料：属Ⅲ类建筑场地，余略。
    （7）基本风压：（地面粗糙度属B类）。

    （8）活荷载：屋面活荷载，办公楼楼面活荷载，走廊楼面活荷载。
图1 某多层框架平面图、剖面图
    2．钢筋混凝土框架设计
    （1）结构平面布置如图2所示，各梁柱截面尺寸确定如下。

图2 结构平面布置图

    边跨（AB、CD）梁：取
    中跨（BC）梁：取
    边柱（A轴、D轴）连系梁：取
    中柱（B轴、C轴）连系梁：取
    柱截面均为

    现浇楼板厚100mm。

    结构计算简图如图3所示。根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为4.3m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图3。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。
    边跨（AB、CD）梁：

    （其他梁、柱的线刚度计算同上，略）
    图 3 结构计算简图
    （图中数字为线刚度）
    （2）荷载计算
    1）恒载计算
    ①屋面框架梁线荷载标准值：
    20mm厚水泥砂浆找平
    100厚～140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩

    100厚现浇钢筋混凝土楼板
    15mm厚纸筋面石灰抹底
屋面恒荷载
    边跨（AB、CD）框架梁自重
    梁侧粉刷
    中跨（BC）框架梁自重
    梁侧粉刷
    因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：

    ②楼面框架梁线荷载标准值
    荷载计算同上（略），作用在中间层框架上的线荷载为：

    ③屋面框架节点集中荷载标准值
    边柱连系梁自重
    梁侧粉刷
    1m高女儿墙自重
    墙侧粉刷
    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
    梁侧粉刷
    连系梁传来屋面自重

顶层中节点集中荷载
    ④楼面框架节点集中荷载标准值(荷载计算方法同上,具体计算过程略)
    中间层边节点集中荷载：
    中间层中节点集中荷载：
    恒荷载作用下的结构计算简图如图4所示：

    图4图5
    2）活荷载计算
    活荷载作用下的结构计算简图如图5所示。图中各荷载值计算如下：

    3）风荷载计算
    风荷载标准值计算公式为

    因结构高度小于30m，可取；对于矩形截面；可查荷载规范，当查得的时，取。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1为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图6所示。

    表1风荷载计算
层次

A/
Pw/kN
1
1.0
1.3
13.4
1.10
0.55
10.14
9.64
2
1.0
1.3
10.2
1.01
0.55
12.48
8.92
3
1.0
1.3
7.0
1.00
0.55
12.48
8.92
4
1.0
1.3
3.8
1.00
0.55
13.65
9.76

图6 风荷载作用下的计算简图
    (3)内力计算
    1）恒荷载作用下的内力计算
    恒荷载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法（具体计算过程略），在恒荷载作用下结构的弯矩图、剪力图和轴力图见图7～图9。

图7 在恒荷载作用下结构的弯矩图（单位：）

图8 在恒荷载作用下结构的剪力图（单位：kN）

图9 在恒荷载作用下结构的轴力图（单位：kN）

    2）活荷载作用下的内力计算
    活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼层活荷载布置可能如图10所示的几种组合形式。计算结果见图10（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯矩图）。

图10标准层在活荷载作用下的弯矩图

    (3)活荷载作用下的内力计算
    活荷载作用下的结构计算简图见图6，内力计算采用D值法，计算过程见图11。风荷载作用下框架弯矩图如图12所示，框架轴力图和剪力图如图13所示。

剪力各层分配（单位：kN）各柱反弯点及柱端弯矩（单位：kN）

图11 D值法计算过程

图12 在风荷载作用下结构的弯矩图（单位：）

                            图13                                        图14
在风荷载作用下结构的剪力图、轴力图（单位：kN）
    (4)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14中的1、
2、3、4、5号截面，表2给出了第二层梁的内力组合过程；柱则分为边柱和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面以图14中第二层为例，控制截面为3、4号截面。表3给出了二层柱的内力组合过程。
表2二层梁内力组合
第
表3第二层柱内力组合

AB

M＝－71.45 kN·mM＝107.95 kN·mM＝－75.79 kN·m
V＝103.69 kNV＝－108.02 kN
图15梁AB的最不利组合内力

    （5）截面计算
    1）梁的设计
    以第二层梁AB为例，其最不利的组合内力如图15所示。
    ①正截面强度计算：

    梁的截面尺寸为500mmx250mm。
    C20时，梁的混凝土保护层最小厚度为30mm。
    故设，则，
    。
    对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。
    梁端A：

    （满足要求）

    选用316，。
    梁端B：计算公式同上，计算过程略。计算结果：
    选用316，。
    对于梁中截面，考虑混凝土现浇板翼缘受压，按T形梁计算。
    翼缘计算宽度取

    属于第一类型的T形截面。

（满足要求）

    选用320，。
    ②斜截面强度计算
    取较大设计剪力V＝－108.02 kN。
    验算截面尺寸

    （截面符合要求）
    验算是否需要计算配置箍筋

    故需要配置箍筋。若选用φ8@200,

    （满足要求）

    配箍率
    最小配箍率（满足要求）
    2）柱的设计
    以第二层A轴线柱为例。其最不利组合如图16所示。
    A 4M＝60.59 kN·m
    V＝500.06 kN
    A 3M＝63.70 kN·m
    V＝500.06 kN

图16柱A 4 A 3的最不利组合内力
    柱的截面尺寸为300mmx450mm。
    ①受力纵筋的计算
    柱的计算长度
    柱端A 4：

；

    先按大偏心受压情况计算

    选用216，。
    柱端A 3：计算公式同上，计算过程略。计算结果：
    选用216，。
    ②抗剪强度计算

    。

    故可按构造要求配置箍筋，取φ8@200。