一榀框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

1、結(jié)構(gòu)筆記 劉浩 孫艷坤 http:/www.s- 結(jié)構(gòu)博客 徐珂 一榀第六章 某框架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書6.1截面尺寸估算圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖橫梁AB的截面尺寸為1：h=L/12=6000/12=500mm，取750mm500mmb=h/3=550500/3=183mm167mm，取300mm250mm 橫梁BD的截面尺寸為： h=L/12=8000/12=666mm，取750mm700mm b=h/3=700/3=233mm，取300mm縱梁12的截面尺寸為：h=L/12=8100/12=675mm，取700mm700mm b=h/3=700/3=233mm，取300mm次梁的截面尺寸為：h=L/

2、18=8100/12=450mm，取500mm b=h/3=500/3=167mm，取250mm 現(xiàn)澆板厚為： h=L/50=6000/50=120mm柱子的截面尺寸：按層高確定： 底層層高H =3900 mmb =(1/10-1/15)×H =390-260 mm按軸壓比確定：可根據(jù)式估算。各層的平均荷載設(shè)計值近似取14 kN/m2，柱的負載面積（從屬面積）為（4+3）×8.1m2。由公式可得第一層柱截面面積為：AcN/fc1.4×14×（4+3）×8.1×3×103/14.3=233144mm2 所以b=h482mm，第

3、一、二層柱截面取b=h=600mm500mm 第三層柱截面面積為：AcN/fc1.4×14×（4+3）×8.1×103/14.3= 77714233144mm2 所以b=h278mm，取b=h=400mm柱子的高度：首層柱高3.9m，二、三層柱高3.6m6.2 框架結(jié)構(gòu)計算簡圖6.2.1 框架的線剛度計算取樓層中間的一榀框架進行計算。框架的計算單元如圖 2，繪出框架計算簡圖。圖2框架計算簡圖框架梁、柱的混凝土強度等級為C30，計算梁的截面慣性矩2：表1 橫梁線剛度ib計算表梁編號層次EcbhI0LEcI0/LEcI0/L（N/mm2）(mm)(mm)(m

4、m4)(mm)(N.mm)(N.mm)中框架AB133.00E+0425050026041666676000130208333332.60E+10BD133.00E+04300700857500000080003.22E+106.43E+10邊框架AB133.00E+04250500260416666760001.30E+101.95E+10BD133.00E+04300700857500000080003215625000048234375000注：為梁剛度調(diào)整系數(shù)2梁編號層次Ec（N/mm2）b×h(mm2)I0(mm4)L(mm)EcI0/L(N.mm)EcI0/L(N.mm)

5、中框架AB133.0×104300250×7505001.0552.604×101010960005.2751.302×10101.0552.604×10111010BD133.0×104300×7507001.0558.575×101010980003.956216×10107.9126.431×1010邊框架AB133.0×104250×500300×7502.604×1091.055×101060001.302×10105.275

6、×10107.9131.953×1010BD133.0×104300×7507008.575×1091.055×101080003.216×10103.956×10105.9344.823×1010注：為梁剛度調(diào)整系數(shù)2表2 柱線剛度ic計算表層次hc(mm)Ec（N/mm2）b×h(mm2)Ic(mm4)EcIc/ hc(N.mm)139003.0×104600500×6005001.085.21×10101098.314.01×10102336003.

7、0×104500×500600×6005.21×1091.08×10109.004.34×1010336003.0×104400×4002.13×1091.78×1010表3 梁柱相對線剛度i計算（底層柱ic=1.0）令底層柱ic=1.0，則中框架其余各桿件的線剛度為：中框架iab0.65邊框架iab0.048ibd1.60ibd1.20i21.08i21.083i30.44i30.44iab=1.055×1011/ 8.31×1010=1.2700.65ibd=7.912&

8、#215;1010/ 8.31×1010=0.9521.605i2i132=9.00×1010/ 8.31×1010=1.084i13=9.00×1010/ 8.31×1010=0.444邊框架其余各桿件的線剛度為：iab=7.913×1010/ 8.31×1010=0.9520.488ibd=5.934×1010/ 8.31×1010=0.7141.204i12=9.00×1010/ 8.31×1010=1.084i13=9.00×1010/ 8.31×1010=

9、0.444i23=9.00×1010/ 8.31×1010=1.0846.3 荷載計算6.3.1 荷載標準值計算 屋面恒載（上人）20厚水泥砂漿找平層 150厚水泥蛭石保溫層 120厚鋼筋混凝土板 20厚石灰砂漿 合計 屋面均布恒荷載為： 樓面恒載：瓷磚地面（包括水泥粗砂打底） 120厚鋼筋混凝土板 20厚水泥砂漿 合計 樓面均布恒荷載為： 屋面活載： 屋面為上人屋面，查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范得均布荷載標準值為2.0kN/m2，所以屋面均布荷載標準值為：樓面活載：查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范樓面均布活載中：辦公室、閱覽室、會議活

10、動室為2.0kN/m2，餐廳為2.5kN/m2，走廊、門庭、樓梯為2.5kN/m2，為便于計算，居室中的隔墻，隔斷統(tǒng)一不計，樓面均布荷載統(tǒng)一偏大取為2.5kN/m2。所以樓面均布荷載標準值為3： 雪荷載標準值 基本雪壓為0.4kN/m2 雪荷載標準值查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范得： 故雪荷載標準值為： 6.3.2 梁、柱、墻、窗、門重力荷載計算梁、柱可根據(jù)截面尺寸、材料容重及粉刷等計算出單位長度上的重力荷載。具體計算過程從略，計算結(jié)果見表3所示：表3 4 梁、柱恒荷載標準值構(gòu)件b(m)h(m)(kN.m-3)(kN.m-1)g(kN.m-1)L(m)nGi(kN)梁120.30.7250.

11、3400.3475.595.5978.11612543.35725.37梁BD0.7525250.340.3645.595.9898855223.60239.56梁AB0.7525250.2550.3643.385.9896655101.40179.67次梁0.250.5250.2553.388.14109.512G977.861層柱0.625250.340.4086.59 9.4083.93.91515385.52 550.3723層柱0.625250.340.4086.59 9.4083.63.61515355.86

12、 508.033層柱0.40.4250.2724.27 3.615230.69 注：1)表中為10mm厚水泥砂漿抹灰的線密度；g表示單位長度構(gòu)件重力荷載；n為構(gòu)件數(shù)量 2）梁長度取計算長度；柱高取層高。內(nèi)外墻都采用陶?？招钠鰤K，外墻厚250mm，內(nèi)墻厚200mm，墻體抹灰近似按加厚墻體考慮其重量。單位面積墻體自重： 外墻： 0.29×6=1.74kN/m2 內(nèi)墻： 0.24×6=1.44kN/m2 女兒墻：（8.1×4+6+8）×2×1.44×0.8=106.91kN 23層墻體： 外墻：(8.1×4+6+8) ×

13、2×3.6-8×2×2×2-2×1.2×2 ×1.74=461.59kN 內(nèi)墻：(8.1×2×4+6×3×2)×3.6-4×2×1×2.1 ×1.44=498.36kN 首層墻體： 外墻：(8.1×4+14) ×2×3.9-7×2×2×2-3×2-2×1.2×2 ×1.74=513.51kN 內(nèi)墻：(8.1×2×4+6

14、×3×2)×3.9-4×2×1×2.1 ×1.44=541.90kN6.3.3 荷載分層總匯由建筑抗震規(guī)范第5.1.3條可知，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標準值和各可變荷載組合值之和：頂層重力荷載代表值包括，屋面恒載，50%屋面雪荷載，縱橫梁自重，半層柱自重，半層墻體自重。其他層重力荷載代表值包括，樓面恒載，50%樓面活載，縱橫梁自重，樓面上、下各半層的柱子及縱橫墻體自重。將前述分項荷載相加，得集中于各層樓面的重力荷載代表值如下。第三層：G3=106.91+（461.59+498.36）×0.5+181

15、.44×0.5+508.03230.69×0.5+2036.66 +977.86 725.37 +239.56+179.67=3807.479.014111.48kN（屋面恒載占53.46%）第二層：G2=1791.72+461.59+498.36+1134×0.51134+508.03（230.69+355.86）×0.5+977.86+725.37 +239.56+179.67 =5536.904589.8091.53 kN（樓面恒載占39.02%，樓面活載占12.35%）第一層：G1=1791.72+（461.59+498.36）×0.5

16、+（513.51+541.9）×0.5 +1134×0.5+（355.86508.03+385.52） 550.37）×0.5 +977.86+ =725.37+239.56+179.67=5605.804714.956.69kN（樓面恒載占37.99%，樓面活載占12.02%）(統(tǒng)計恒荷載及活荷載占總荷載的比例，還有柱子和梁自重的改變)建筑物總重力代表值G=G1+G2+G3=131172.232 15254.19kN圖3重力荷載代表值修改6.4 水平地震力作用下框架的側(cè)移計算框架梁、柱的混凝土取C30等級，混凝土的彈性模量為Ec=3×107kN/m2。

17、6.4.1 梁、柱線剛度計算詳見章節(jié)1.2.1，此處不再贅述。6.4.2 橫向框架柱的側(cè)移剛度D值橫向框架柱的側(cè)移剛度D值的計算見下表45表7：，表5表4 5 底層橫向框架柱的側(cè)移剛度D值編號根數(shù)邊框架邊柱1-A / 5-A0.480.488 0.952 0.390.397 0.492 12548.2012548 32241 2221-D / 5-D1.201.204 0.714 0.530.532 0.447 16810.3216810 29320 222邊框架中柱1-B / 5-B1.691.691 1.666 0.590.594 0.591 18764.6418765 38728 222

18、中框架邊柱2-A / 3-A / 4-A0.650.650 1.270 0.430.434 0.541 13717.0013717 35474 3332-D / 3-D / 4-D1.601.605 0.952 0.580.584 0.492 18457.5818458 32241 333中框架中柱2-B / 3-B / 4-B2.252.255 2.222 0.640.647 0.645 20466.4620466 42256 333D254169.52254170 530486 1515表5 6 二、三層橫向框架柱的側(cè)移剛度D值編號根數(shù)邊框架邊柱1-A / 5-A0.450.450 0.8

19、79 0.180.184 0.305 7381.427381 25441 2221-D / 5-D1.111.111 0.659 0.350.357 0.248 14354.5014355 20657 222邊框架中柱1-B / 5-B1.561.561 1.538 0.430.438 0.435 17618.7317619 36227 222中框架邊柱2-A / 3-A / 4-A0.600.600 1.172 0.230.231 0.369 9274.099274 30788 3332-D / 3-D / 4-D1.481.482 0.879 0.420.426 0.305 17103.0

20、217103 25441 333中框架中柱2-B / 3-B / 4-B2.082.082 2.051 0.510.510 0.506 20496.3720496 42189 333D219329.79219330 459905 1515表67 三層橫向框架柱的側(cè)移剛度D值編號根數(shù)邊框架邊柱1-A / 5-A1.091.099 0.350.355 5836.285836 221-D / 5-D2.712.713 0.570.576 9475.859476 22邊框架中柱1-B / 5-B3.813.812 0.650.656 10796.2710796 22中框架邊柱2-A / 3-A / 4

21、-A1.461.465 0.420.423 6959.236959 332-D / 3-D / 4-D3.613.618 0.640.644 10600.4010600 33中框架中柱2-B / 3-B / 4-B5.085.082 0.710.718 11812.5211813 33D140333.30140333 1515將上述不同情況下同層框架側(cè)移剛度相加，即得框架各層層間側(cè)移剛度Di。由上表可見，D1/D2=254170254170530486 /219330 459905 =1.151.16>0.7，故該框架為橫向規(guī)則框架4。按頂點位移法計算框架的自振周期式中：a 0 基本周期

22、調(diào)整系數(shù)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)取a 0 =0.75。 T 框架的頂點位移。在未求出框架的周期前，無法求出框架的地震力及位移，T是將框架的重力荷載視為水平作用力，求得的假想框架頂點位移。然后由 T求出T1，再用T1求得框架結(jié)構(gòu)的底部剪力，進而求出框架各層剪力和結(jié)構(gòu)真正的位移。表6 8 橫向框架頂點位移計算層次Gi（kN）Gi（kN）Di（N/mm）層間相對位移Gi /Di（mm）層間位移（mm）三3809.003807.47 4111.48 3809.003807.47 4111.48 140333.30140333.30 459904.93 0.02727.13 8.94 0.11117.01 58.67

23、 二4591.524589.80 5536.90 8400.538397.27 9648.39 219329.79219329.79 459904.93 0.03838.29 20.98 0.08989.87 49.73 一4716.684714.95 5605.80 13117.2213112.22 15254.19 254169.52254169.53 530486.30 0.05151.59 28.76 0.05151.59 28.76 將T=58.67m0.117m代入，得出T1=0.288407s6.4.3 橫向地震作用計算本方案結(jié)構(gòu)高度小于40m，質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻，可用底

24、部剪力法計算水平地震作用。因為是多質(zhì)點結(jié)構(gòu)，所以設(shè)防烈度按8度考慮，場地土類對應(yīng)的特征周期值為Tg=0.45s，水平地震影響系數(shù)最大值6，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，T1Tg因為1.4Tg=1.4×0.45=0.63>T1=0.288407，所以不用考慮頂部附加水平地震作用。各質(zhì)點的水平地震作用7：表7 9 各質(zhì)點橫向水平地震作用及樓層地震剪力計算表層次Hi（m）Gi（kN）GiHi（kN）Fi（kN）Vi （kN）三11.13809.003807.47 4111.48 42280.0042262.91 45637.47 0.440.445 0.419 793.01792.70 12

25、96.62 793.01792.70 1296.62 二7.54591.524589.80 5536.90 34436.4634423.53 41526.78 0.360.362 0.381 645.90645.66 1179.83 1438.911438.36 2476.46 一3.94716.684714.95 5605.80 18395.0818388.30 21862.64 0.190.193 0.201 345.02344.90 621.15 1783.941783.26 3097.61 各質(zhì)點水平地震作用及樓層地震剪力沿房屋高度的分布如下圖4：圖4a縱向水平地震作用分布圖4b層間剪

26、力分布6.4.4 橫向框架抗震變形計算水平地震作用下的位移驗算-水平地震作用下框架結(jié)構(gòu)的層間位移i和頂點位移i按下式計算： ，各層的層間彈性位移角，計算結(jié)果如表8。表8 10 橫向水平地震作用下的位移驗算層 次層間剪力Vi(kN）層間剛度Di （N/mm）層間相對位移iVi /Di（mm）層間位移i（mm）hi （mm）三793.01792.70 1296.62 140333.30140333 459905 0.00565.649 2.819 0.0195.649 2.819 3.63600.00 3600637.06 1/1277637二1438.911438.36 2476.46 2193

27、29.79219330 459905 0.00656.558 5.385 0.01312.207 8.204 3.63600.00 3600548.731/669549一1783.941783.26 3097.61 254169.52254170 530486 0.00707.016 5.839 0.007019.223 14.043 3.93900.00 3900555.65 1/668556由表可見，最大層間彈性位移角發(fā)生在第一層最大層間彈性位移角發(fā)生在第二層，其值1/668549，小于等于1/550,滿足要求,其中/h=1/550是由彈性層間位移角限值查得。6.4.5 橫向框架水平地震作

28、用下內(nèi)力計算以3軸線框架內(nèi)力計算，其余框架計算從略?？蚣苤思袅皬澗匕聪率接嬎悖?； ；梁端彎矩、剪力及柱軸力分別按下式計算： ； ； ；經(jīng)查標準反彎點修正值表知： 文中所有柱子均無需修正。計算結(jié)果見表9。表9a11a梁柱內(nèi)力計算表-柱剪力與反彎點柱層次Hi（m）Vi （kN）Di（N/mm）Di（N/mm）Di /Di剪力Vij（kN）反彎點y0A軸柱三3.6793.01792.70 1296.626959.236959 30788140333.30140333 4599050.0490.050 0.06739.3239.31 86.870.420.410.42二3.61438.91143

29、8.36 2476.469274.099274 30788219329.79219330 4599050.0420.042 0.06760.8460.82 165.920.450.450.46一3.91783.941783.26 3097.6113717.0013717 35474254169.52254170 5304860.0530.054 0.06796.2796.24 40.70B軸柱三3.6793.01792.70 1296.6211812.5211813 42189140333.30140333 4599050.0840.084 0.09266.7566.7

30、3 119.290.50.450.50二3.61438.911438.36 2476.4620496.3720496 42189219329.79219330 4599050.0930.093 0.092134.46134.42 227.830.50.50一3.91783.941783.26 3097.6120466.4620466 42256254169.52254170 5304860.0800.081 0.080143.64143.59 247.810.590.590.59D軸柱三3.6793.01792.70 1296.6210600.4010600 25441140333.30140

31、333 4599050.0750.076 0.05559.9059.88 71.310.450.390.45二3.61438.911438.36 2476.4617103.0217103 25441219329.79219330 4599050.0770.078 0.055112.20112.16 136.210.470.450.43一3.91783.941783.26 3097.6118457.5818458 32241254169.52254170 5304860.0720.073 0.061129.54129.50 188.950.620.650.62表9b 11b 梁柱內(nèi)力計算表-柱彎

32、矩層數(shù)A軸柱B軸柱D軸柱Vij（kN）(kN·m)(kN·m)Vij（kN）(kN·m)(kN·m)Vij（kN）(kN·m)(kN·m)一層96.2795.61 207.14262.83261.03 514.21 112.64111.87 293.63 143.64142.66 247.81330.53326.73 570.21229.69229.65 396.25129.54128.66 188.95313.24310.96 479.00191.99190.80 257.92二層60.8460.41 165.9298.5697.8

33、7 274.76120.46119.62 322.55134.46133.52 227.83242.04240.33 410.10242.04240.33 410.10112.20111.41 136.21189.85170.83 220.66214.08230.26 269.70三層39.3239.03 86.8759.4659.46 128.2282.1181.03 184.5166.7566.24 119.29120.15119.24 193.25120.15119.24 236.2059.9059.45 71.3197.0496.30 100.12118.60117.70 156.60

34、表9c 11c 梁柱內(nèi)力計算表-梁剪力與彎矩層數(shù)AB軸梁BD軸梁VL（kN）MA(kN·m)MB(kN·m)VL（kN）MB(kN·m)MD(kN·m)一層57.8657.91 171.60211.20211.13 568.39135.96136.36 461.2389.7087.60 102.96335.77336.74 345.12381.84364.03 478.58 二層47.3847.44 132.65179.93180.32 450.77104.39104.35 345.1271.1173.31 78.51257.80257.70 258.23311.12328.81 369.82 三層19.4