土木工程框架结构设计说明.doc

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1、第1章 项目概况与设计资料1.1 项目概况1.项目名称:省市寿县某建筑结构设计；2.建筑占地面积:364.5，总建筑面积:2151；3.建筑高度:17.7m；4.设计使用年限:50年；5.建筑层数:六层；6.结构类型:现浇钢筋混凝土框架结构；7.抗震设防烈度:6度；8.设计耐火等级:二级。1.2 设计资料1.设计标高:室设计标高为，室外高差；2.基本风压:；3.基本雪压:；4.地面粗糙程度:B类；5.建筑物安全等级:级；6.墙体材料:以上采用MU10混凝土多孔砖，M5混合砂浆一砖实砌；以下采用MU10混凝土实心砖，M10水泥砂浆一砖实砌,20厚1:2水泥砂浆双面粉刷，-0.060处设20厚1:

2、2水泥砂浆，掺5%防水剂防潮层。第2章 结构布置与计算简图的确定2.1 结构平面布置1.选取单榀框架根据图形的对称性，本次计算选用轴进行计算，结构布置图如下:图2-1 结构布置图2.2 梁柱截面初估1.梁截面初估确定，各梁截面宽度按照高度的确定。那么，各截面尺寸确定如下:次梁截面高度按照跨度的确定，主梁截面高度按照跨度的确定，悬臂梁截面高度按照跨度的(1) 主梁:，取；，取。(2)主梁:，取；，取。(3)810、1012轴间主梁尺寸:，取，。2.柱截面初估(1)根据混凝土设计原理中的承载力计算公式，可推出构件截面面积的计算公式如下: (2-1)式中:轴压比(一级0.7、二级0.8、三级0.9，

3、短柱减0.05)；砼轴心抗压强度设计值；估算柱轴力设计值。(2)柱轴力设计值: (2-2)式中:竖向荷载作用下柱轴力标准值(已包含活载)；中柱、边柱、角柱。(3)竖向荷载作用下柱轴力标准值:(2-3)柱承受楼层数；柱子从属面积；竖向荷载标准值(已包含活载)，对于框架结构各层的重力代表值一般为，此处取。(4)柱A:，。取截面为，同理，柱、D也取截面为。2.3 计算简图的确定1.线刚度计算根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为600mm，室外高差为300mm，由此求得底层层高为5.1m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图2-2，其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，边跨梁取I=1.5I0，中跨

4、梁取I=2I0(I0为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。(1)由混凝土结构中得到线刚度计算公式如下:(2-4)式中:梁的长度；混凝土弹性模量。(2)各梁柱的线刚度计算如下:1)梁的线刚度计算L1:；L2:；2)柱的线刚度计算首层柱Z1:；二六层柱Z1:；图2-2 梁柱线刚度图(单位:10-3Em3)第3章 荷载计算3.1 恒荷载计算1.屋面板(按屋面做法逐项计算均布荷载):防水层：40mm厚C20细石混凝土 ；找平层：20mm厚水泥砂浆 ；找坡层：C15加气混凝土找坡2%（最薄处30厚）；保温层：40mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫保温板；结构层：120mm厚钢筋混凝土整浇层 ；抹灰层：20mm厚混合

5、砂浆 ；小计 。2. 楼面恒载:找平层：20mm厚1:3水泥砂浆找平 ；结构层：120mm厚现浇板 ；抹灰层：20mm厚混合砂浆 ；小计 。3.墙体恒载:240mm厚空心砖；20mm厚水泥砂浆面。小计 。120mm厚空心砖；20mm厚水泥砂浆面。小计 。4.梁的自重线荷载:梁L1、L2自重线荷载 ；梁侧粉刷线荷载 ；梁L3自重线荷载 ；梁侧粉刷线荷载 ；梁L4自重线荷载 ；梁侧粉刷线荷载 。5.柱自重线荷载:Z1:；6.门窗自重:木门，自重；塑钢门窗，自重。7.墙体自重线荷载:门窗面积所占比例较大的墙体，墙重按80%折算:；、:；:；:；:。图3-1 墙体编号图8. 各层梁所受恒载:图3-2

6、传力路线图(1)屋顶层梁所受恒荷载(图3-3)1)线荷载屋面板:；梁、门、墙:。2)集中荷载A点屋面:；梁:；女儿墙:；小计 。D点屋面:；梁:；女儿墙:；小计 。点屋面:；梁:；小计 。图3-3 屋顶层梁所受恒载图(2)二六层梁所受恒荷载(图3-4)1)线荷载楼面:；梁、门、墙:。2)集中荷载A点楼面:；梁:；柱:；墙:；小计 。D点楼面:；梁:；柱:；墙:；小计 。点楼面:；梁:；柱:；墙:；小计 。图3-4二五层梁所受恒载图3.2 活荷载计算1.各种活荷载分析活荷载各层的传力路线均与恒荷载一样。不上人屋面活荷载:；厕所、浴室活荷载:；走廊、楼梯活荷载:；阳台、阅览室活荷载:；楼面活荷载:

7、。(1)二屋顶层梁所受活荷载(图3-5)1)线荷载 ；2)集中荷载A点 ；D点 ；点 。图3-5二屋顶层梁所受活载图3.3 竖向荷载作用下框架所受荷载总图图3-6 整榀框架所受恒荷载图3-7 整榀框架所受活荷载3.4 风荷载计算1.根据混凝土结构风荷载标准值计算公式如下: (3-1)式中:高度z处的风振系数，由于房屋结构高宽比小于1.5，所以；风压高度变化系数；风荷载体型系数，由于地面粗糙度为B类，所以体型系数迎风面取0.8，背风面取-0.5。2.风荷载设计值计算公式如下:(3-2) (3-3)B计算单元宽度；下层柱高；上层柱高，对于顶层为女儿墙的2倍；可变荷载分项系数，取1.4。表3-1 风

8、荷载计算结果表层次迎风面背风面61.00.3517.71.2000.80.33617.71.200-0.5-0.215.2151.00.3514.81.1340.80.31814.81.134-0.5-0.1945.3941.00.3511.91.0530.80.29511.91.053-0.5-0.1845.0031.00.359.01.0000.80.289.01.000-0.5-0.1754.7521.00.356.11.0000.80.286.11.000-0.5-0.1754.7511.00.353.91.0000.80.283.91.000-0.5-0.1755.00图3-8风荷载

9、作用下计算简图第4章 力计算4.1 风荷载作用下弯矩求解1.D值计算(1)一般层:；(2)底层:。(3) 计算结构如下表所示:表4-1 风荷载作用下D值计算层数柱号26层A柱柱D柱底层A柱柱D柱2.V值计算根据可求得每层各柱的剪力V值，如下表所示:表4-2 风荷载作用下剪力V计算层数6层5.215层10.64层15.63层20.352层25.11层30.13.反弯点高度计算根据总层数，该柱所在层，梁柱线刚度比，查表得到标准反弯点系数；根据上下横梁线刚度比值查表得修正；根据上下层高度变化查表的修正值、。那么各层反弯点高度为如下表所示:表4-3 风荷载作用下反弯点高度yh计算层数柱号6层662.9

10、A0.2310000.2310.670.3670000.3671.064D0.3350000.3350.9725层652.9A0.3310000.3310.9600.4170000.4171.21D0.4000000.4001.164层642.9A0.3810000.3811.1050.4500000.4501.305D0.4500000.4501.3053层632.9A0.4500000.4501.3050.4670000.4671.354D0.4500000.4501.3052层622.9A0.50000-0.0500.4501.3050.5000000.5001.450D0.50000-

11、0.0500.4501.3051层613.9A0.7000000.7002.730.5720000.5722.231D0.6340000.6342.4734.弯矩计算根据各柱分配到的剪力与反弯点位置可以计算第层第个柱上、下端弯矩分别为、。要求梁端弯矩，可以由柱端弯矩，并根据节点平衡计算所得。对于边跨梁端弯矩:对于中跨，由于梁的端弯矩与梁的线刚度成正比，因此；。因此，可以绘得整榀框架在风荷载作用下的弯矩图:图4-1 风荷载作用下弯矩图4.2 竖向荷载作用下弯矩求解竖向荷载作用下框架的力分析，除活荷载较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置。这样求得的框架力，梁跨中弯矩较

12、考虑活荷载不利布置求得的弯矩偏低，但当活荷载在总荷载比例较大时，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.11.2的放大系数予以调整。考虑本建筑实际活荷载相对于恒荷载不大，因此不考虑活荷载不利布置。1.固定端弯矩将框架视为两端固定梁，计算固端弯矩。在计算固端弯矩时，可根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载与三角形分布荷载，化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如图4-2所示。图4-2 荷载的等效(1)荷载转化把梯形荷载化作等效均布荷载，AB为边跨梁，BC为中跨梁。，。(2)各杆的固端弯矩。1)竖向恒荷载作用下弯矩屋顶层:，；，；二六层:，。图4-3 恒荷载作用下梁固端弯矩2)竖向活荷载作用下弯矩计算

13、方法与恒荷载作用下一样。图4-4 活荷载作用下梁固端弯矩2. 弯矩分配系数(中间层省略)图4-5节点编号节点1:，；节点2:，；节点3:，；节点4:，；节点5:，；节点6:，；节点7:，；节点8:，；节点9:，；3.弯矩分配(1)恒荷载作用下弯矩分配图4-6屋顶层梁固端弯矩一次分配图4-7三六层梁固端弯矩一次分配图4-8二层梁固端弯矩一次分配图4-9屋顶层梁固端弯矩二次分配图4-10六层梁固端弯矩二次分配图4-11四、五层梁固端弯矩二次分配图4-12三层梁固端弯矩二次分配图4-13二层梁固端弯矩二次分配(2) 活荷载作用下弯矩分配图4-14屋顶层梁固端弯矩一次分配图4-15三六层梁固端弯矩一次

14、分配图4-16二层梁固端弯矩一次分配图4-17屋顶层梁固端弯矩二次分配图4-18六层梁固端弯矩二次分配图4-19四、五层梁固端弯矩二次分配图4-20三层梁固端弯矩二次分配图4-21二层梁固端弯矩二次分配4. 弯矩图绘制图4-22恒荷载作用下弯矩图图4-23活荷载作用下弯矩图5.梁跨中弯矩计算(1)恒荷载梁跨中弯矩计算；，；，；，；，。(2)活荷载梁跨中弯矩计算；，；，；，；，。4.3 剪力计算1. 取屋顶层EF杆件为隔离体(弯矩取顺时针为正，逆时针为负):图4-24 AB1梁受力分析图，得。，得。因此，其剪力图为图4-25 AB1梁剪力图2.取B1D杆件为隔离体:图4-26 FG梁受力分析图，

15、得。，得。图4-27 B1D梁剪力图3.其它杆件计算过程从略，各种工况下的框架剪力图分别如图5-26图5-28:图4-28整榀梁在恒荷载作用下剪力图图4-29 整榀框架梁在活荷载作用下剪力图图4-30 整榀框架在风荷载作用下剪力图4.4 轴力计算框架梁的轴力一般不大，且影响较小，因此，可以不必计算梁的轴力，本设计只计算柱的轴力。1.以屋顶层A轴柱为例:图4-31 屋顶层A柱受力分析图Z1自重:；,。其它杆件计算过程从略，各种工况下的框架剪力图分别如图5-29图5-31:图4-32 整榀框架在恒荷载作用下轴力图图4-33 整榀框架在活荷载作用下轴力图图4-34 整榀框架在风荷载作用下轴力图第5章

16、 力组合根据以上力计算结果，即可进行各梁柱各控制截面上的力组合，其中梁的控制截面为梁端与跨中，每层共有9个截面。柱每层有两个控制截面，与柱顶和柱底。为了施工方便，对梁端弯矩进行调幅(只对恒载和活载下弯矩进行调幅，端部调幅系数取0.85，跨中调幅系数取1.1)。图5-1 恒荷载作用下调幅后梁端弯矩图图5-2 活荷载作用下调幅后梁端弯矩图5.1 梁的力组合1.取所有梁端和跨中为控制截面，梁截面编号每层自左向右按阿拉伯数字顺序排列，如下图所示:图5-3梁截面编号图梁跨中弯矩以梁下部受拉为正，上部受拉为负；梁支座的弯矩和剪力以使梁产生顺时针转动为正，反之为负；由于二五层的力基本一样，所以取屋顶层和五层

17、为例，力组合:=1.2恒+1.4活，=1.2恒+0.91.4(活+风)，=1.35恒+1.4(0.7活+0.6风)，结果见表5-1和5-2:表5-1 屋顶层梁力组合截面123456恒载M-22.6423.428.99-16.72.621.836V34.19-1.6-37.3824.187-10.19活载M-8.978.9411.01-5.422.220.71V9.93-10.957.082.22-2.64风载M2.4491.4932.7973.423V0.8390.8390.8392.4882.4882.488力组合 M-39.7331.3750.2-27.634.8323.2V54.93-1

18、.92-60.1938.9311.5115.92M-41.5630.450.54-30.394.597.41V54.6-0.86-57.5841.0711.2-12.42M-41.4131.1851.18-30.214.416.05V56.59-1.46-60.4941.6711.63-14.25表5-2 六层梁力组合截面123456恒载M21.116.1721.41-8.253.753.43V35.735.8757.4817.19-23.11活载M-10.328.0211.08-4.941.851.77V10.25-10.636.351.49-3.37风载M5.073.6636.8638.0

19、08V1.8581.8581.8585.9485.9485.948力组合M-39.7723.6841.212.985.486.6V57.19-57.9377.8722.71-32.45M-44.7122.8144.27-24.775.2816.44V58.12.341-54.184.4730-24.48M-39.3322.9542.84-21.745.3213.09V56.591.56-57.2888.8229.66-29.55.2 底层柱的力组合图5-4底层柱编号图表5-3 底层柱力组合截面A柱B1柱D柱上下上下上下恒载M8.274.14-4.65-2.33-1.87-0.94N-813.4

20、5-837.47-1442.69-1466.71-772.25-796.27活载M5.572.79-2.44-1.22-0.85-0.43N-162.5-162.5-237.3-52.8-52.8-52.8风载M8.29119.34520.05926.8115.70127.203N-20.65-20.65-47.32-47.3267.9667.96M17.728.87-9-4.5-3.43-1.73N-998.9-1232.5-2063.4-2092.3-1000.6-1029.4M27.3932.8616.6229.4516.4732.6N-1206.9-1235.7-2089.8-2118

21、.7-907.6-336.4M23.5924.578.1818.189.8321.16N-1274.8-1307.2-2220-2252.4-999.1-1069.6Mmax与相应的NM27.3932.8616.6229.4516.4732.6N-1206.9-1235.7-2089.8-2118.7-907.6-336.4Nmin与相应的MM17.728.87-9-4.516.4732.6N-998.9-1232.5-2063.4-2092.3-907.6-336.4Nmax与相应的MM23.5924.578.1818.18-3.4321.16N-1274.8-1307.2-2220-225

22、2.4-1000.6-1069.6第6章 截面设计6.1 梁截面设计1.已知条件混凝土强度等级选用C25，。纵向受力钢筋HRB335()，箍筋选用HRB235()。梁的截面尺寸均为250500。2.箍筋的最小配筋率。3.配筋计算当梁下部受拉时，按T形截面设计；当梁上部受拉时，按矩形截面设计。(1)跨中2截面1)屋顶层跨中2截面，取，；，故属于第一类截面。,，故取配筋为418，。2)六层跨中2截面，取，；，故属于第一类截面。,，故取配筋为216，。(2)截面1设计1)屋顶层截面1设计，将下部截面的418深入支座，作为支座负弯矩下的受压钢筋，再计算相应的受拉钢筋。说明富余，且达不到屈服，可以近似取

23、，故取配筋为218，。2)六层截面1设计，将下部截面的218深入支座，作为支座负弯矩下的受压钢筋，再计算相应的受拉钢筋。说明受压区钢筋已经屈服，所以，故取配筋为218，。其他截面的计算过程从略，结果见表6-1和6-2:表6-1 屋顶层选配钢筋表截面选用钢筋实际钢筋1-41.562330.44%218509231.373220.88%4181018351.583730.88%41810184-30.392330.35%21640254.8322330.35%21640267.412330.35%216402表6-2 五层选配钢筋表截面选用钢筋实际钢筋1-44.712330.35%21640222

24、3.684130.44%218509344.273430.44%2185094-24.772330.35%21640255.482330.35%216402616.442330.35%2164026.2 底层柱截面设计1.已知条件混凝土强度等级选用C30，。纵向受力钢筋HRB335()，箍筋选用HRB235()。柱的截面尺寸:边柱，中柱，。2.构造要求框架柱纵筋最小配筋率为6%，。表6-3 A柱正截面配筋计算表A柱底层组合方式|M|maxNmaxNminM32.8624.5717.72N1235.71307.21232.5e0=M/N26.618.814.4ea (mm)202020ei= e

25、0+ ea46.638.834.9ei/h00.10.080.081111l0 (m)3.93.93.9l0/h7.87.87.821111.431.541.54ei66.659.858.120.3h0138138138大小偏心小小小e276.6269.8268.10.570.580.49AS=AS(mm2)按构造配筋按构造配筋按构造配筋实配钢筋1216面积(mm2)2413表6-4 B1柱正截面配筋计算表B1柱底层组合方式|M|maxNmaxNminM29.4518.189.0N2118.72252.42063.4e0=M/N13.98.14.4ea (mm)202020ei= e0+ ea

26、33.928.124.4ei/h00.070.060.0510.840.790.87l0 (m)3.93.93.9l0/h7.87.87.821111.521.571.76ei51.544.142.90.3h0138138138大小偏心小小小e261.5254.1252.00.620.620.66AS=AS(mm2)按构造配筋按构造配筋按构造配筋实配钢筋1216面积(mm2)2413表6-5D柱正截面配筋计算表D柱底层组合方式|M|maxNmaxNminM32.621.1616.47N907.61069.6907.6e0=M/N35.919.818.1ea (mm)202020ei= e0+

27、ea55.939.838.1ei/h00.120.090.081111l0 (m)3.93.93.9l0/h7.87.87.821111.361.481.54ei76.058.958.70.3h0138138138大小偏心小小小e286268.9268.70.580.580.62AS=AS(mm2)按构造配筋按构造配筋按构造配筋实配钢筋1216面积(mm2)2413第7章 楼梯设计7.1 楼梯基本资料楼梯开间为2.6m，进深为5.4m。采用板式楼梯，底层楼梯，踏步宽280mm，踏步高160mm,二六层楼梯，踏步宽270mm，踏步高161.1mm。楼梯的踢面和踏面均做25厚磨光花岗岩板，底面为水

28、泥砂浆粉刷。混凝土强度等级C20。板采用HPB235钢筋，梁纵筋采用HRB335钢筋。7.2 梯段板设计取二六层的梯段板计算，底层的梯段板配筋与二五层的一样。板倾斜角tan=161.1/280=0.58，cos=0.87。板斜长为2240/0.87=2574mm，板厚h=2574/28=91.9mm，取h=100mm。取1m宽板带计算。1.荷载计算梯段板的荷载计算列于表7-1。恒荷载分项系数G=1.2，活荷载分项系数为Q=1.4。总荷载设计值P=pcosa=(1.27.62+1.42.0)0.87=10.4kN/m。表7-1 梯段板的荷载荷载种类荷载标准值 (kN/m)恒荷载水磨石面层(0.2

29、8+0.161)0.65/0.28=1.02水泥砂浆找平(0.28+0.161) 0.0220=0.176三角形踏步0.50.280.16125/0.28=2.01混凝土斜板0.1425/0.87=4.02板底抹灰0.0217/0.87=0.39小计7.62活荷载2.02.截面计算板水平计算跨度，弯矩设计值。板的有效高度。，得。，选配8150，。分布筋每级踏步1根。7.3 平台板设计设平台板厚120mm，取1m宽板带计算。1.荷载计算平台板的荷载计算列于表7-2。总荷载设计值P=1.24.39+1.42.0=8.07kN/m。表7-2 平台板的荷载荷载种类荷载标准值 (kN/m)恒荷载水磨石面

30、层0.65水泥砂浆找平0.0220=0.4混凝土板0.1225=3板底抹灰0.0217=0.34小计4.39活荷载2.02.截面计算平台板的计算跨度。弯矩设计值。板的有效高度。，得。，选配200，。7.4 梯梁设计设梯梁截面尺寸为250mm350mm。1.荷载计算梯梁的荷载计算列于表7-3。总荷载设计值p=1.214.04+1.43.86=22.25kN/m。表7-3 梯梁的荷载荷载类型荷载标准值(kN/m)恒荷载梁自重0.250.3525=2.2梁侧粉刷0.02(0.35-0.1) 217=0.17平台板传来3.891.615/2=3.14梯段板传来7.622.24/2=8.53小计14.0

31、4活荷载2.0(2.24/2+1.615/2)=3.862.截面设计计算跨度。弯矩设计值。剪力设计值。截面按倒L形计算，梁的有效截面高度。经判别属于第一类T形截面，得。，选配216，。第8章 单桩承载力计算8.1 工程地质状况表8-1 三个孔位的地质状况土层Z19孔位J20孔位J21孔位土层顶标高土层厚度桩侧摩阻力土层顶标高土层厚度桩侧摩阻力土层顶标高土层厚度桩侧摩阻力素填土5.851.06.010.85.810.9砂质粉土2.852.0122.512.7122.712.212-1.854.714-1.694.214-1.894.614-5.753.912-5.69412-5.994.112粉

32、砂-11.155.425-11.195.525-11.195.225淤泥质粘土-21.9510.89-21.3910.29-21.697.59粉质粘土-26.054.125-25.193.825-24.893.2258.2 单桩承载力计算1.单桩直径为600mm，桩端阻力特征值，2.单桩竖向承载力特征值计算公式: (8-1)为桩底横截面面积；为桩身周长；桩侧阻力特征值；桩身穿越的第i层岩土的厚度。3个桩端阻力分别都为(1)Z19桩。(2)J20桩。(3)J21桩。4.平均单桩承载力，取。参考文献1程绍革, 任卫教. 钢筋混凝土抗震加固J. 建筑科学, 2001, 17(3): 35382伟军.

33、 基于弹塑性分析的钢筋混凝土框架结构体系可靠度研究J. 交通学院, 2000, 12(6): 17213宋翔. 现有混凝土结构耐久性的检测与评估D. 大学， 2003. 55874国, 云贵. 钢筋混凝土构件的近似概率设计法J. 建筑科学研究, 1997. 19225马宏晓, 晓宏. 钢筋混凝土结构强柱弱梁设计的概率分析J. 交通大学学报, 2005, 39(5): 27306易伟建, 何庆峰, 肖岩. 钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的研究J. 建筑结构学报, 2007, 28(5): 31257黄建伟, 邦信. 钢筋混凝土框架结构优化设计J. 建筑科学研究, 2006, 32(1): 9128

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