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1、 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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，
7、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
8、 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>30
9、m.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 0.0
10、0226 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
11、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
12、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 -
13、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*
14、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
15、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
16、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
17、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 -140.4
18、14 -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
19、 /(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.
20、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
21、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
22、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
23、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 ----
24、 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
25、 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
26、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) 356.821
27、2 --- ---- 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.
28、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
29、 % 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
30、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
31、 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
32、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
33、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)=
34、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
35、 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
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