土木工程本科毕业设计-框架结构手算书.doc

土木工程本科毕业设计-框架结构手算书2 结构选型及平面布置23 框架计算简图33.1 计算单元33。2 梁的跨度33.3 柱高53。4 梁柱的线刚度54 恒载及内力分析64.1 恒荷载计算64.2 恒荷载作用下内力计算75 屋面楼面荷载及内力分析195.1 活荷载计算196 风载及内力分析246.1 风荷载计算246.2 内力计算266.3 剪力计算337 地震作用及内力分析357.1 重力荷载代表值计算357。2 水平地震作用计算387.3 一榀框架内力计算428 梁柱内力组合469 梁柱配筋计算479。1 梁截面设计479.2 柱截面设计5010 基础设计5210。1 边柱基础5210.2 承台设计5310。3 中柱基础5511 楼梯设计5811。1 楼梯板TB设计5811。2 平台板PTB设计5911.3 平台梁TL1设计6012 楼板配筋6112.1 荷载设计值6212。2 内力计算6222 结构选型及平面布置(1）钢混框架结构是由梁、柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系.墙体只给围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活，室内空间大的的优点,广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。因此此次用钢混框架结构。按结构布置不同，框架结构可以分为横向承重,纵向承重和纵横向承重三种布置方案.本次采用横向承重方案，竖向荷载主要由横向框架承担.楼板为预制板时应沿横向布置,楼板为现浇时，一般需设置次梁,将荷载传至横向框架。横向框架还要承受横向水平风载和地震荷载。在房屋的纵向布置连系梁与横向框架连接。这些连系梁与柱实际上形成了纵向框架，承受平行与房屋纵向的水平风载和地震荷载。本建筑可以不设置伸缩缝。（2）结构平面布置图2.1 结构平面布置图柱截面尺寸底层， 为安全起见，并考虑上述的轴压比，一至三层选用500×500mm的柱子，四至八层选用600×600mm的柱子。梁的截面尺寸 纵横框架梁 ，且b>0。5柱宽则,边跨取，中跨取次梁同样取。楼板厚:根据经验取130mm.混凝土的等级、钢号的选择图2.23 框架计算简图在恒载、活载、风载等作用下取一榀框架计算。3.1 计算单元取第三轴线框架进行计算,如下图所示图 3.13。2 梁的跨度（柱中线间的距离）主梁：边跨 图3。2 框架计算简图中跨 连系梁： 边跨 中跨 3.3 柱高对于底层柱，假设基础顶面与室内地面相差1.5m，则底层柱高为3.9+1。5=5。4m。其他层高均为3.9m，则框架计算简图如图3.2.3.4 梁柱的线刚度截面惯性矩的求法：由于现浇板对梁的抗弯刚度的增强作用，故对中框架梁乘以2。0，边框架梁乘以1。5.边梁：中梁:柱：各杆件的线刚度i（对于C25的混凝土，。对于C30的混凝 土，) 。边梁:中梁：底层柱:2-3层柱：48层柱：4 恒载及内力分析4.1 恒荷载计算1、屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥混凝土找平 0。02×20=0。4kN/m2120厚焦渣混凝土找坡层 15×0.12=1。8kN/m2三毡两油防水层 0。45kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板 0.13×25=3.25kN/m220厚板底抹灰 0.02×17=0.34kN/m2 屋面恒荷载 6.24 kN/m2边框架梁自重 0。3×0.7×25=5.25kN/m边框架梁粉刷 2×(0。70。1）×0.02×17=0.408kN/m中框架梁自重 0。3×0。5×25=3.75kN/m2中框架梁粉刷 2×(0.50.1)×0。02×17= 0.272kN/m则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为：G8AB1=5.25+0。408=5。658kN/m G8BC1=3.75+0。272=4。022kN/mG8AB2=6。24×4。0=24。96kN/mG8BC2=6。24×2。1=13.1kN/m2、楼面框架梁线荷载标准值50mm厚水泥砂浆贴砖 0.05×20=1kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板 0。13×25=3kN/m220mm厚石灰砂浆抹底 0。02×17=0.34kN/m2 楼面恒荷载 4。34kN/m2 边框架梁自重及粉刷 5。658kN/m中框架梁自重及粉刷 4。022kN/m边跨填充墙自重 0.24×3。2×18=16。848kN/m填充墙粉刷 2×0。02×3.2×17=2。45kN/m则作用于楼面框架梁上线荷载标准值为:gAB1=5。658+16.848+2.45=24.956kN/m gBC1=4.022kN/m gAB2=4.34×4=17.36kN/m gBC2=4.34×2.1=9.114kN/m3、楼面框架节点集中荷载标准值 纵向框架梁自重 0。3×0。7×4×25=21kN纵向框架梁粉刷 2×（0。7-0。1)×0.02×4×17=1.632kN框架柱自重及粉刷 楼板重 4×3×4.34=52。08kN墙体自重（减去窗户） 18×0。24×4×（3。90.7)-2×2=38kN则边节点集中荷载为: GA=137。77kN纵向框架梁自重及粉刷 22.632kN纵向框架梁传来的楼面恒荷载 4×（2。1+6）/2×4。34=70。308kN框架柱自重及粉刷 25。055KN墙体自重 18×0。24×4×(3。9-0.7)=55。3kN则中节点集中荷载为： GB=173。3kN4屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 22。632KN屋面板重 4×3×6.24=74。88kN1m高女儿墙自重及粉刷 1×4×0.24×18+2×1×4×0.02×17=20kN则顶层边节点集中荷载为： G8A=117。512kN纵向框架梁自重及粉刷 22。632kN屋面恒荷载 4×（2。1+6）/2×6.24=101。088kN则顶层中节点集中荷载为 G8B=123。72kN4.2 恒荷载作用下内力计算计算简图（如图4.1）2荷载等效 顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如图4.2图4.1 计算简图图4.2 等效计算简图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 分层计算弯矩分配系数的计算：第二层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线:左梁 下柱 上柱 右梁 第三层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线：左梁 下柱 上柱 右梁 第四层 A轴线：下柱 上柱 右梁 B轴线:左梁 下柱 上柱 右梁 第五-八层 A轴线： 下柱 上柱 右梁 B轴线： 左梁 下柱 上柱 右梁 顶层 A轴线： 下柱 右梁 B轴线： 左梁 下柱 右梁 则弯矩二次分配如下（由于为对称结构，故只列出一半):表4。1恒载作用下弯矩分配表层下柱上柱右梁左梁下柱上柱右梁八分配系数0.390.610.340。220.44固端弯矩-78.3778.37-4.930.5747.8125.12-16.26-32。51传递来的弯矩16。46-12.5623.91-10。2616.26弯矩第二次分配-1.52-2.38-10。17-6.5813.16最终杆端弯矩45.51-45.5167-33.1-33.9七分配系数0。280。280。440。280.180.180。36固端弯矩-117。57117.57-3.5732。9232.9251。7331.92-20.5220。5241.04传递来的弯矩16。4615。2915。9625.87-10.26-8。1320.52弯矩第二次分配4。42-4。426.95-7.84-5。04-5.0410.08最终杆端弯矩44.9643。79-88.75103.68-40。82-33.6934。17六分配系数0.280.280。440.280.180。180.36固端弯矩117。57117.57-3。5732。9232.9251.7331。9220。5220。5241。04传递来的弯矩16.4616.46-15.9625。87-10.26-10.2620.52弯矩第二次分配-4。754。75-7.46-7。244。664。669.31最终杆端弯矩44.6344.63-89。26104。28-35。4435。44-33。4五分配系数0。280。280。440.280.180.180。36固端弯矩-117。57117。573.5732。9232.9251。7331.92-20.52-20.52-41。04传递来的弯矩16.4616.4615。9625.87-10。26-10.2620。52弯矩第二次分配4.75-4。75-7.467.244.664.66-9.31最终杆端弯矩44。6344。63-89。26104.28-35。4435。4433.4四分配系数0.280。280.440.280.180.180。36固端弯矩-117.57117。57-3。5732。9232.9251。7331。92-20。5220.5241.04传递来的弯矩16。4616。46-15。9625.8710。26-10。2620.52弯矩第二次分配4。754。757.467。24-4。66-4。669。31最终杆端弯矩44。6344.63-89.26104.2835。4435。4433.4三分配系数0。30。280。420。270.190。180。36固端弯矩117。57117。57-3。5735。2732.9449。38-30。7821。6620.52-41.04传递来的弯矩17.0516。46-15。3924。6910。3810.4620.52弯矩第二次分配5.445.17。616.464。54-4.3-8.61最终杆端弯矩46。8844.28-91。19105.0237.03-35.2832。7二分配系数0。290。290。420。270.190。190.35固端弯矩117。57-117.573。5734.134.149。38-30.7821.66-21。66-39。9传递来的弯矩18。8117.64-15。3924。6911。410。8319.95弯矩第二次分配-6。116.11-8.85-6。05-4。264.267。84最终杆端弯矩46.845.63-92。43105。4337。3236.7531.36一分配系数0。230.320.450。290.140。20.37固端弯矩117.57-117。573.5727。0437.6252.9133。06-15。96-22.842。18传递来的弯矩17。0516。5326.410。8321.09弯矩第二次分配0.120.170。23-10。655.147.34-13.59最终杆端弯矩26。9254.5-81.42100。3221.140。9738.255、对弯矩进行调幅对于梁端弯矩，均乘以0.85的调幅系数，而对于跨中弯矩，则按下面的公式计算：调幅后的数值为弯矩图括号内的数值,调幅后:顶层： 第八层： 第七-五层： 图4。3 恒载作用弯矩图第四层： 第三层: 第二层： 3、剪力计算剪力使结构顺时针转动为正,此处M均为调幅后的弯矩值。顶层： 第八层： (下面各层均不变）第七五层： 第四层： 第三层： 第二层： 轴力计算 图4.4 剪力轴力图框架结构的剪力图和轴力图如图4。4。5 屋面楼面荷载及内力分析5.1 活荷载计算由于此方案设计的是不上人的屋面，楼面活载取雪载和活载的较大值计算，因均为0.5KN/m2，故此处只计算雪荷载的影响。 1、屋面框架梁线荷载标准值qAB=0。5×4=2。0kN/mqBC=0.65×2。1=1.05kN/m2、楼面框架梁线荷载标准值qAB=2。0×4=8kN/mqBC=2。5×2。1=5.25kN/m3、屋面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的雪荷载 42×0。5/2=4kN横向框架传来的雪荷载 （12×0。332+0。333)×0。5×4×6/2=4.9kN 则QA=8.92kN中节点:纵向框架梁传来的雪荷载 4+（12×0.352+0。353)×0。5×8×2。1/2=7.35kN则QB=7。35+4。9=12.25kN4、楼面框架节点集中荷载标准值边节点：纵向框架梁传来的活荷载 42×2/2=16kN横向框架传来的活荷载 （12×0。332+0.333)×2×4×6/2=19。6kN 则QA=35.6kN中节点：纵向框架梁传来的雪荷载 16+（1-2×0.352+0。353）×2.5×8×2.1/2=32.76kN则QB=19.6+32.76=52。36kN（1）活荷载作用下内力计算1计算简图图5.1 计算简图荷载等效顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 荷载等效后的计算简图如下：图5。2 等效计算图3固端弯矩计算顶层边跨 顶层中跨 中间层边跨 中间层中跨 用弯矩二次分配法计算弯矩表5.1 横在作用下弯矩分配表恒载作用下弯矩分配表层下柱上柱右梁左梁下柱上柱右梁八分配系数0。390.610.340.220.44固端弯矩-4.924.920。241。923-1。591.032。06传递来的弯矩2.760.81。51.671。03弯矩第二次分配-0。76-1.20.290.190.38最终杆端弯矩3.92-3.924。542.89-1.65七分配系数0。280。280。440。280.180。180。36固端弯矩-19。6819.68-1.25。515.518.665.173.33-3。33-6.65传递来的弯矩2。760。962.564.331。670.523.33弯矩第二次分配-0。320.320。51-1。53-0。98-0.981.97最终杆端弯矩7.956.1514.0917。315。98-4.836.49六分配系数0。280。280.440.280。180.180.36固端弯矩19.6819。681.25。515.518。66-5.173。33-3。33-6。65传递来的弯矩2。762.76-2.564。331.67-1.673。33弯矩第二次分配-0。83-0.83-1.3-1。53-0。980。98-1。97最终杆端弯矩7。447.44-14。8817.315。98-4。83-6.49五分配系数0。280。280。440.280.180.180。36固端弯矩-19。6819.68-1。25.515.518。66-5。173.33-3.336.65传递来的弯矩2.762。762。564.331.67-1.673.33弯矩第二次分配-0.83-0。831。31。530。980.981.97最终杆端弯矩7。447。44-14.8817.31-5.984.836。49四分配系数0。280.280。440.280.180.180.36固端弯矩-19.6819.681。25.515.518.66-5.17-3。33-3。336.65传递来的弯矩2。762.762.564.331。671.673。33弯矩第二次分配0.83-0。831.31。53-0。98-0。981。97最终杆端弯矩7。447。44-14。8817.31-5.984.836.49三分配系数0。30。280。420。270.190.180。36固端弯矩-19.6819.68-1。25.95.518.274。993。51-3。34-6。65传递来的弯矩2。852.76-2.54。14-1.761.673。33弯矩第二次分配-0.93-0。871。31-1.090.77-0。73-1。45最终杆端弯矩7。827。24-15.2217。746.045。74-5。97二分配系数0.290。290。420。270.190。190。35固端弯矩-19.6819。681.25。75。78.274。99-3。513.51-6.47传递来的弯矩3.152。95-2.54。141。851.753.24弯矩第二次分配1.041.04-1.511。020。720。721。32最终杆端弯矩7。817.6115.4217。81-6.085。98-5.75一分配系数0.230.320。450.290。140。20。37固端弯矩19。6819.68-1.24.536.38.865.362.593.7-6.84传递来的弯矩2。85-2。684.43-2.53。42弯矩第二次分配-0.040.050.081.550.75-1.07-1.98最终杆端弯矩4。499.113。5917.2-3。34-7.276。66 风载及内力分析夏季平均风速为19m/s，冬季为22m/s。基本风压w0=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。本章计算以左风为例。6。1 风荷载计算,建筑物的高度H30m,且高宽比H/B=31。2/14.1=2.2>1.5，故需考虑风振系数，且。查建筑结构荷载规范可得到下列数据：查得迎风时s1=+0.8，背风时s2=0。5。B类地区H/B=32.7/60。6=0。54（B为建筑物的迎风面宽度）。查得。钢混框架结构： ,查得则计算过程见下表:表6.1楼层高度H（m）Hi/HzZ迎风面s背风面sq左q右八32.711.4621。3830.8-0.52.2651.416七28.80。881.4031。3510.8-0.52.1231。327六24。90。761 1。3351。3190.80.51.9721.233五210。642 1。2671。2840.8-0.51。8221.139四17.10。523 1.1841.2470。80。51。6541。034三13。20.404 1.0841.2090.8-0。51。4680.917二9.30。284 11。1590。80.51。2980。811一5.40.165 11。0920.80。51。2230.764荷载分布图如图6。1：各层的集中荷载换算过程如下：图6.1 荷载分布图则计算简图如图6。2图6。2 计算简图6.2 内力计算1、抗侧刚度和反弯点高度确定表6。2楼层KD(104kN/m)y0Iy12y23y3yhh-yh边柱八1。540。441.290。3810-101.482.42七1。540.441。290。431010101.682。42六1。540.441。290。451010101.762.14五1。540。441.290。51010101。951。95四1。540。441.290。51010101。951。95三1.430。421。330。51010101。951。95二1.430。421.330。51010101。951。95一1。980。620.740。6-00。720-3。242。16中柱八3.530。641.880。4510-101.762.14七3。530.641。880。51010101.951.95六3。530.641.880。51010101.951。95五3。530.641.880.51010101.951.95四3.530.641.880。51010101.951。95三3.290。621.960.51010101。951.95二3。290。621。960.51010101。951。95一4.550。770。920。5500。720-2。972。432、剪力在各层分配（单位:kN）图6。3柱端弯矩计算表6。33。414。412.093.639.1911.826。9611。8214.319。0511。7619。0517。5925。7217。5925。7221。731。7721.731.7725.2937.325。2937.328.5942.1828。5942。1838.7554。2158。1366。26风载作用下的内力图图6。4 风载作用下的内力图 图6.5 弯矩图图6.6 剪力图和轴力图3、对弯矩进行调幅对于梁端弯矩，均乘以0.85的调幅系数，而对于跨中弯矩，则按下面的公式计算:调幅后的数值为弯矩图括号内的数值，调幅后：顶层： 第八层： 第七五层： 第四层： 第三层： 第二层： 6。3 剪力计算剪力使结构顺时针转动为正，此处M均为调幅后的弯矩值.顶层中跨端部剪力 其他层中跨端部剪力 则各边跨的剪力为：顶层： 第八层： 第七-五层： 第四层： 第三层： 第二层: 轴力计算 图6。7 剪力图和轴力图 7 地震作用及内力分析7.1 重力荷载代表值计算1、墙、梁、门、窗、柱及重力荷载代表值汇总(1）梁表7。1构件层次b/mh/mg/kNLi/mGi×LinGi/kN横梁18层0。30。75.658633。9520679走道梁18层0。30。54.0222。18。451084.5次梁18层0。250。53.397620。3816326。1纵梁18层0.30.75。658422。6340905.23.318。678149。43。922.07