西南交通大學框架結構課程設計指導書

1、房屋建筑課程設計多層鋼筋混凝土框架結構設計指導教師： 班 級： 學生姓名： 學 號： 設計時間： 西南交通大學土木工程學院建筑工程系鋼筋混凝土框架結構課程設計指導書一、題目多層鋼筋混凝土框架結構設計二、目 的掌握現(xiàn)澆多層框架結構方案布置、荷載分析、框架結構內力分析、內力組合、框架梁、柱和節(jié)點設計。通過該課程設計，能綜合運用結構力學和鋼筋混凝土基本構件的知識，掌握結構設計的基本程序和方法。三、設計任務1.工程概況 某鋼筋混凝土框架結構，功能為辦公樓，共M層，層高Hm，室內外高差為0.6m，基礎頂面至室外地面距離m。框架平面柱網布置見圖1所示，選擇典型一榀框架進行計算。框架梁、柱、屋面板、樓面板全

2、部現(xiàn)澆。2. 設計資料（1） 氣壓條件基本雪壓K(kN/m2)，基本風壓W(kN/m2)，具體見分組，地面粗糙度類別為B類。不上人屋面。（2） 抗震設防：考慮抗震設防，設防烈度為I度，分區(qū)：三組，場地：二類。（3） 主要建筑做法：l 構件尺寸根據相關要求確定：l 屋面做法：20mm厚板底抹灰，鋼筋混凝土板厚具體見分組，120mm水泥膨脹珍珠巖保溫層找坡，20mm厚水泥砂漿找平層，4mm厚SBS卷材防水層。l 樓面做法：20mm厚板底抹灰，鋼筋混凝土板厚120mm，30mm厚水磨石面層。梁柱表面采用20mm厚抹灰。 l 墻體做法：外墻用240mm普通磚砌體，內外層抹灰20mm。內墻用200mm混

3、凝土空心砌塊，兩側抹灰20mm。不考慮門窗開洞，內外墻均按滿布考慮。（4） 荷載取值：鋼筋砼容重25 kNm3，水泥膨脹珍珠巖砂漿15 kNm3，水泥砂漿容重20kNm3，石灰砂漿17kNm3，SBS卷材防水層0.3kN/m2，水磨石自重0.65kN/m2。恒載分項系數為1.2，活荷載具體見分組，分項系數1.3。（5） 材料：梁混凝土強度等級為C30，柱為C40。受力鋼筋采用級鋼。四. 設計任務l 手算出各樓層的恒載，給出計算過程，查規(guī)范得到各樓層活荷載；l 給出豎向荷載的力學計算簡圖：其中活載采用滿跨布置；l 確定出完整的地震計算參數；l 分別給出恒載、活荷載（雪荷載）、地震作用、風荷載作用

4、下的內力計算結果簡圖，包括梁柱彎矩圖、剪力圖、軸力圖（可用電算）；l 內力組合，包括：梁端和跨中截面，柱上下端截面；l 側移驗算；l 梁柱配筋計算；l 畫出底層梁柱配筋圖（3號圖，與任務書一起裝訂，作為附件）。五. 設計相關重要參考1、結構方案設計（1） 結構平面布置： 結構設計者應根據建筑的使用和造型的要求，確定一個相對合理的結構布置方案。結構布置基本原則為結構受力合理；傳力體系簡單明確。結構平面布置內容包括框架梁、柱布置；非框架梁布置；樓、屋面板布置；以及其它構件布置。框架的布置可根據具體情況選擇采用：l 橫向承重體系豎向荷載主要由橫向框架梁承擔，用縱向連系梁連接各榀橫向框架。l 縱向承重

5、體系豎向荷載主要由縱向框架梁承擔，用橫向連系梁連接各榀縱向框架。l 雙向承重體系縱、橫向框架梁均要承擔樓板傳來的豎向荷載，有抗震設防要求的房屋宜采用此方案。非框架梁一般優(yōu)先布置于墻下和較重設備下，然后再根據樓板的大小和框架承重體系布置。（2） 構件的材料及施工方法： 框架結構梁、板、柱混凝土等級不低于C20，目前框架梁、柱混凝土等級通常采用C30及以上。多層框架結構梁、板、柱常采用相同的混凝土等級；高層框架結構梁、板、柱常采用不同的混凝土等級。梁、柱主筋常采用熱軋II級鋼筋；箍筋常采用熱軋I級鋼筋；現(xiàn)澆板、樓梯構件及非主結構構件常采用熱軋I級鋼筋。在抗震設防區(qū)，全現(xiàn)澆框架被廣泛采用，也可采用現(xiàn)

6、澆裝配整體式框架。（3） 構件截面估算：l 梁高hb：主、次梁交接時，主梁梁高一般比次梁梁高大50mm以上?？蚣芰?、非框架主梁 hb=（1/81/12）l（l為梁的跨度）連系梁、次梁 hb=（1/121/15）l（l為梁的跨度）l 梁寬bb：框架梁和主梁梁寬一般不小于250mm；次梁梁寬一般不小于200mm。bb=（1/21/3）hbl 框架柱截面尺寸： 框架柱截面尺寸一般按軸壓比估算；但不小于300mm300mm（考慮抗震時要求更高，查教材或者規(guī)范）。軸力N可按柱受荷面積以板面綜合荷載12/M214/M2計算；柱面積A按下式算出后可適量放大1.11.2倍。N/Afc0.9（三級框架）l 現(xiàn)澆

7、板厚度：連續(xù)板h=（1/301/40）l0；懸臂板h=（1/101/12）l0；l0為板跨。（4） 結構平面布置簡圖：以上結果還應在結構計算書中繪制結構平面布置簡圖來表達；其圖樣可參照例圖一。2、框架結構計算簡圖（1） 計算單元：在較為簡單規(guī)整的工程設計中，通常是將結構簡化為一系列平面框架進行內力分析和側移計算，不考慮空間工作影響，計算單元寬度取相鄰開間各一半。豎向荷載計算時，要注意相關支承構件的傳力路線。（2） 框架計算模型：框架的桿件一般取其截面形心軸線表示；桿件間的連接用節(jié)點表示；對于全現(xiàn)澆和現(xiàn)澆整體式框架各節(jié)點視為剛接點；桿件的長度用節(jié)點間的距離表示；框架柱在基礎頂面處為固接。通常的處

8、理方法為：l 框架跨度取柱軸線間距。當部分框架柱截面形心不在軸線上時，通常采用力的平移原理來處理荷載，而不改變框架計算跨度。l 二層及二層以上框架層高取建筑層高；底層框架層高取基礎頂面至二層框架梁面間的距離，若基礎頂面標高暫時確定時，也可近似取底層層高加1.0米。l 各跨跨度相差不超過10%時，可視為等跨框架；斜梁斜度不超過1/8時，可視為水平梁；基礎頂面標高相差不超過1.0米時，可視為等標高。l 各桿件的線剛度： 梁的原始慣性矩I0按梁矩形截面計算，I0=bbhc3/12。 梁的計算慣性矩Ib按梁與板的連接方式確定，對于現(xiàn)澆裝配整體式框架梁的中框架梁Ib=1.5I0；邊框架梁Ib=1.2I0

9、。對于全現(xiàn)澆框架梁的中框架梁Ib=2.0I0；邊框架梁Ib=1.5I0。 柱的計算慣性矩Ic按實際截面計算，Ic=bchc3/12。 梁的線剛度ib=EIb/l；柱的線剛度ic=EIc/h；框架內力計算時可采用相對線剛度以簡化計算。3、荷載計算（1） 豎向荷載l 恒荷載：恒荷載即結構及建筑裝飾材料自重等，可按構件的設計尺寸與材料自重計算。常用材料的重力密度可查閱建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2012）； l 樓面活荷載：樓面均布活荷載可查閱建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2012）； l 屋面活荷載：不上人屋面均布活荷載取0.5KN/M2；當施工荷載較大時，按實際荷載取用。上人屋面均布活

10、荷載取1.5KN/M2；當屋面兼作其它用途時，應按實際荷載取用。l 在計算框架梁及節(jié)點上的豎向荷載時，各傳力構件均按簡支考慮。（2） 水平荷載：一般僅考慮水平地震荷載，手算時可采用D值法，電算時可以用振型分解反應譜方法計算。本次課程設計分別按七度和八度抗震設防、II類場地、近震考慮。l 集中于i質點的重力荷載代表值Gi，Gi按建筑抗震設計規(guī)范第5.1.3條規(guī)定計算，其中構件自重標準值為與該質點相鄰樓層各取一半層高范圍內的所有構件自重標準值之和。l 結構等效總重力荷載Geq，Geq=0.85G，G=。l 結構基本自振周期T1，結構基本自振周期采用頂點位移法計算。T1=1.70，其中結構基本自振周

11、期折減系數0=（0.60.7）；G為相當于重力荷載代表值大小的水平荷載作用下結構的頂點位移，頂點位移以米為單位。l 水平地震影響系數1，按建筑抗震設計規(guī)范（GBJ50011-2010）第5.1.4條計算。l 底部總剪力標準值FEk=1Geq。l 樓層水平地震力標準值Fi=（）FEk(1n)，n為頂部附加地震系數，按建筑抗震設計規(guī)范中表5.2.1計算。l 屋頂水平地震力標準值為Fn+n FEk。4、框架結構計算（1） 內力計算（采用手算時）l 豎向荷載作用下的內力計算：豎向荷載作用下的內力計算采用彎矩二次分配法計算，該方法就是將各節(jié)點的不平衡彎矩同時進行分配和傳遞，并以二次分配為限。具體計算方法

12、可參照高層結構設計原理教材P144。當采用對稱結構時，應注意節(jié)點條件的改變以及分配系數的調整。豎向活荷載考慮滿布，其跨中彎距應乘（1.11.2）放大系數。豎向荷載最終計算結果應分別繪制框架彎矩圖、剪力圖和軸力圖。l 水平荷載作用下的內力計算：水平荷載作用下的內力計算采用D值法。最終計算結果應分別繪制框架彎矩圖、剪力圖和軸力圖。l 柱抗側移剛度D=（12ic/h2）。柱抗側移剛度影響系數按高層結構設計原理教材中表3.5計算。l 柱的反彎點高度=（0+1+2+3）h。其中0為標準反彎點高度比，查閱高層結構設計原理教材中表3.6；1為上、下層梁線剛度變化時，柱的反彎點高度比修正值，查閱高層結構設計原

13、理教材中表3.8；2、3分別為上、下層層高與本層層高不同時，柱的反彎點高度比修正值，查閱高層結構設計原理教材中表3.9。在確定1、2、3時，要注意反彎點移動方向。l 采用D值法計算水平荷載作用下的內力可參考高層結構設計原理教材中例3.4。也可列表計算。例表一：各柱剪力計算（1）*層剪力V系 數3層=*2層=*A3A2B3B2C3C2A2A1B2B1C2C1=c=D=cV= （KN）（2）底層剪力V系 數底層=*A1A0B1B0C1C0=c=D=cV= （KN）例表二： 柱反彎點高度層 數三層（m=3，n=3，h=3.6m）柱 號A3A2B3B2C3C2層 數二層（m=3，n=2，h=3.6m）

14、A2A1B2B1C2C1層 數一層（m=3，n=1，h=4.6m）A1A0B1B0C1C0u 采用電算時參照手算要求提供的數據，從計算結果中提取相應數據組表。（2） 側移驗算一般多層框架結構在水平荷載作用下的側移僅考慮總體剪切變形，可用D值法計算，注意此時的D值應是結構真實的D值，而不象內力計算那樣采用相對值。l 層間位移ui=Vi/Dji，其中，Vi為第i層剪力標準值，頂點位移u=ui。l 層間位移限制：（ui/h）1/450（輕質隔墻）；（ui/h）1/500（砌體填充墻）。頂點位移限制：u/H1/550（輕質隔墻）；u/H1/650（砌體填充墻）。其中，h、H分別為層高和建筑總高。例表三

15、：側移驗算層間相對側移和頂點側移位置u=層高h(m)相對值限值3層2層1層頂點（3） 內力組合l 控制截面和最不利內力：梁的控制截面為兩端支座截面和跨中截面，支座截面最不利內力為可能出現(xiàn)的+Mmax、Mmax及Vmax；跨中截面最不利內力為可能出現(xiàn)的+Mmax、Mmax。梁跨中最大彎矩值可近似用跨中彎矩值代替，在配筋時適量增加配筋量。柱的控制截面為柱兩端截面，采用對稱配筋時，其最不利內力有三種：（1）、Mmax及相應的N、V。（2）、Nmax及相應的M、V。（3）、Nmin及相應的M、V。在最不利內力組合時,對水平地震荷載，應考慮左震和右震。l 豎向荷載作用下的梁端負彎矩調幅：對于裝配整體式框

16、架，負彎矩調幅系數=（0.70.8）；對于現(xiàn)澆整體式框架，負彎矩調幅系數=（0.80.9）。梁端負彎矩減小后，梁跨中正彎矩應按平衡條件相應增大。l 荷載效應組合：。參考教材3-8節(jié)；各桿件的控制截面內力組合應列表計算，內力組合表可參照例表，也可自行設計表格。例表四： 內力組合表橫梁內力組合表桿件號A2 B2B2 C2截面A2跨中B2左B2左跨中C2內力種類MVMMVMVMMV恒載活荷載左震右震內力組合恒+活=具體組合公式具體組合公式抗震組合具體組合公式具體組合公式注：豎向荷載作用下的梁端彎矩調幅可在此表中進行。*層柱內力組合表桿件號Ai AjBk Bl截面上端下端剪力上端下端剪力內力種類MNM

17、NVMNMNV恒載活荷載左震右震內力組合恒+活具體組合公式具體組合公式Nmax具體組合公式具體組合公式Nmin具體組合公式具體組合公式抗震組合具體組合公式具體組合公式Nmax具體組合公式具體組合公式Nmin具體組合公式具體組合公式（4） 桿件截面設計l 當地震荷載不參與組合時，0SR，本此課設中0=1；當地震荷載參與組合時，SR/RE，承載力抗震調整系數RE按建筑抗震設計規(guī)范中表5.4.2取用。l 在梁各截面最不利內力相差不大時，可有選擇的進行梁截面配筋計算。l 在進行柱截面配筋計算時，應盡量利用偏心距對截面承載能力的影響來選擇最不利內力，一般情況下，多層框架結構僅需計算底層和頂層柱控制截面的

18、配筋。l 結構抗震設計時，還應考慮截面延性設計時的各種內力調整。l 構件截面配筋可自行設計表格進行列表計算。4、主要參考資料l 建筑抗震設計規(guī)范l 混凝土結構設計規(guī)范l 建筑結構荷載規(guī)范l 高層結構設計原理（彭偉版）l 高層建筑結構設計（方鄂華版）六. 設計任務書內容排版順序及格式1、封面（統(tǒng)一采用任務書版式） 2、目錄3、課程設計報告書 3.1設計資料（參考任務書） 3.2荷載計算 荷載標準值計算 荷載標準值布置簡圖 3.3結構計算簡圖的確定（只需一榀框架） 3.4內力計算（可電算，可手算，要求給出每一種荷載工況下的結構內力圖） 3.5內力組合（要求給出內力組合計算過程） 3.6截面設計 梁

19、的截面配筋計算 柱的截面配筋計算 3.7截面設計配筋圖繪制 4、參考文獻資料（除任務書指定外，可自行另行添加） 七. 設計任務進度安排l 第10周：布置設計任務，閱讀設計任務書、指導書及設計例題，復習有關課程內容。確定課程設計總體思路；l 第11周：進行結構荷載計算，確定計算簡圖；l 第12周：進行框架內力計算及內力組合；l 第13周：進行框架內力計算及內力組合；l 第14周：進行框架截面設計計算及繪制配筋草圖；l 第15周：進行框架截面設計計算及繪制配筋草圖；l 第16周：繪制結構平面布置圖（取一層）、框架配筋圖（取一層）；l 第17周：整理計算書，提交課程設計報告；八. 成績評定（1） 課

20、程設計的成績構成 課程設計的成績由三部分構成，各部分成績所占比例如下：設計成果（包括設計計算書和設計圖紙）占70；設計過程（包括設計態(tài)度和創(chuàng)新精神）占30； l 設計成果包括：概念是否清楚；設計條理是否清晰；設計方案是否正確、合理；設計方案的確定是否經過充分論證；設計參數的選擇是否正確；設計計算部分是否完整、正確；設計圖紙是否滿足施工圖的要求；設計計算書是否符合規(guī)范、內容是否完整、書寫是否清楚、層次是否分明；文字是否流暢；手繪和計算機繪圖是否合理搭配運用。l 設計過程包括：設計的進度是否符合要求；能否按時完成規(guī)定的設計任務；對待設計技術問題是否具有嚴謹的科學態(tài)度；是否具有求實與探索創(chuàng)新精神；能

21、否主動學習；是否遵守紀律。（2） 課程設計的成績評定標準l 課程設計成績分優(yōu)（90）、良（8089）、中（7079）、及格（6069）、不及格五個等級。1）優(yōu)：設計思路清晰，結構方案良好。設計參數選擇正確，選擇依據充分，設計計算內容完整，正確無誤。設計圖紙滿足工程制圖要求，表達內容滿足課程設計要求，正確無誤。圖面整潔，布局合理。設計計算書規(guī)范、完整，語言表達邏輯性強，書寫清晰，有條理。設計態(tài)度端正。2）良：設計思路清晰，結構方案合理。設計參數選擇正確，選擇依據較充分，設計計算內容完整、正確。設計圖紙能滿足工程制圖要求，表達內容能滿足課程設計要求。圖面較整潔，布局較好。設計計算書規(guī)范、完整。語言

22、表達邏輯性較強，書寫清晰，有條理。設計態(tài)度端正。3）中：設計思路較清晰，結構方案基本合理。設計參數選擇基本正確，主要參數的選擇有依據。設計計算內容完整，有少量錯誤。設計圖紙主要內容滿足工程制圖要求，表達內容滿足課程設計要求。圖面基本整潔。設計計算書較規(guī)范，內容完整。語言表達有一定的邏輯性，書寫整齊。設計態(tài)度基本端正。4）及格：設計思路基本清晰，結構方案基本合理。主要設計參數選擇正確。設計計算內容基本完整，有一些錯誤。設計圖紙基本滿足工程制圖要求，表達內容基本滿足課程設計要求。圖畫基本整潔。設計計算書基本規(guī)范，內容基本完整，語言表達有一定的邏輯性，書寫整齊。設計態(tài)度基本端正。5）不及格：設計思路

23、不清晰，結構方案不合理。關鍵設計參數選擇有錯誤。設計計算內容不完整，計算有明顯錯誤。設計圖紙基本滿足工程制圖要求，設計圖紙表達內容不滿足課程設計要求。設計計算書不規(guī)范，內容不完整。設計態(tài)度不端正。樓層數M層高H(m)基礎頂至地面(m)基本雪壓K(kN/m2)基本風壓地震設防烈度Ia (mm)b (mm)c (mm)d (mm)學號姓名63.30.5 0.7 0.3 8270054005400390020100004蘇鏡超3.90.5 0.7 0.3 8270054005400390020100190程業(yè)一4.20.5 0.7 0.3 8270054005400390020100294柳春63.31.0 0.30.5 7270045005400360020100516莫雄深3.91.0 0.30.5 7270045005400360020100535李陽4.21.0 0.30.5 7270045005400360020100536翟旭63.30.8 0.7 0.7 7270045005400390020100556喬冬冬3.90.8 0