2022年某大学学生宿舍框架结构设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 钢筋混凝土结构课程设计指导书李双营 2022.12名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 多层混凝土结构课程设计任务书1.1 设计任务1.1.1 设计题目：某高校同学宿舍框架结构设计1.1.2 设计条件7 层钢筋混凝土框架结构同学宿舍,设计使用年限为50 年,其建筑平面图和剖面图分别如图 1-1、图 1-2 所示, L1=5.4m （5.7m、6m）, H1=4.2m （4.5m）.楼面和屋面采纳现浇 钢筋混凝土肋形楼盖结构；屋面采纳柔性防水,屋面构造层地恒载标准值为

2、 3.24 kN/ ；屋面为上人屋面,活荷载标准值为 值为 1.56kN/ ；楼面活荷载标准值为2.0kN/ （ 3kN/ 、 4kN/ ）；楼面构造层地恒载标准 2.0kN/ （ 2.5kN/ 、 3kN/ ）；墙体采纳灰砂砖,重度 =18kN/m 3 ,外墙贴瓷砖,墙面重 0.5kN/ ,内墙面采纳水泥粉刷,墙面重 0.36kN/；木框玻璃窗重 0.3kN/ ,木门重 0.2kN/ ；混凝土强度等级和钢筋级别请自行挑选 .建设地点位于某城市郊区,底层为食堂,层高 5.0m,27 层为同学宿舍,层高 4.2m,室内外高差 0.6m ,基础顶面标高-1.500m.基本风压 0=0.5kN/ （

3、 0.45kN/ 、 0.4kN/ ） .试对该结 构 进 行 结 构 设 计,不 考 虑 抗 震 设防 .图 1-1 标准层平面图1.1.2 设计内容（1）确定构件截面尺寸、材料选用；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）荷载运算；（3）对一榀框架进行内力分析、运算及组合；（4）框架构件截面设计 .图 1-2 II 剖面图 1.1.3 设计成果（1）设计运算说明书一份 课程设计运算说明书应装订成册,要求打印（严禁复印）,应包括以下内容：1）封面：包括课程设计名称、学院（系）及专业名称、同学姓名、学号、班级、指导

4、老师姓名,以及编写日期等 .2）目录：应留意与设计运算书相对应,尽量细致划分、重点突出 .3）课程设计任务书名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4）课程设计运算书：课程设计运算书主要记录全部地设计运算过程,应完整、清楚、干净、正确 .运算步骤要条理清晰,引用数据要有依据,采纳运算图表和运算公式应注明其来源或出处,构件编号、运算结果（如构件截面尺寸、配筋等）应与图纸表达一样,以便核对 .当采纳运算机运算时,应在运算书中注明所采纳地运算机软件名称及代号,运算机软件必需经过审定（或鉴定）才能在工程设计中推广应用,电算结果应

5、经分析认可 .荷载简图、原始数据和电算结果应整理成册,与手算运算书统一整理 图集地说明,进行必要地选用运算,作为设计运算书地内容之一 打印 .5）参考文献：列出主要地参考文章、书籍等 .6）封底（2）结构施工图,主要包括：1）标准层结构平面布置图；2）横向框架配筋图 .选用标准图集时,应依据 .运算书中图表及公式必需设计图纸要求：依据国家制图标准房屋建筑制图统一标准（CB T 50001 2001）和建筑结构制图标准（GBT 501052001）,采纳铅笔或 CAD 绘图,设计内容满意规范地要求,图面布置合理,表达正确,文字规范,线条清晰,达到施工图要求 .凡不符合房屋建筑制图统一标准和建筑结

6、构制图标准,图纸表达不清、不正确、结构构造关系纷乱和文字不规范者,一律返工重画 .1.1.4 设计参考进度及要求第一天：布置设计任务,阅读设计任务书、指导书及设计例题,复习有关课程内容 .确定建筑结构平面布置图草图；其次天：进行结构设计参数运算；第三天：进行框架内力运算及内力组合；第四天：进行框架截面设计运算及绘制配筋草图,第五天、第六：绘制结构平面布置图、运算框架配筋图；第七天：整理运算书；1.1.5 参考资料（ 1）李汝庚、张季超主编 . 混凝土结构设计 M. 北京：中国环境科学出版社,2002.（2）中华人民共和国标准 . 混凝土结构设计规范 GB 50010-2002S.（3）孙香红、

7、李红主编 . 有用混凝土结构设计 M. 西安：西北工业高校出版社,2022.1.1.6 成果评定（1）课程设计地成果构成课程设计地成果由三部分构成,各部分成果所占比例如下：设计成果（包括设计运算书名师归纳总结 和设计图纸）占50；设计过程（包括设计态度和创新精神）占30；设计答辩（包括自第 4 页,共 46 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 述情形和回答疑题情形）占 20 . l）设计成果设计成果包括：概念是否清晰；设计条理是否清晰；设计方案是否正确、合理；设计方案地确定是否经过充分论证；设计参数地挑选是否正确；设计运算部分是否完整、正确；设计图纸是

8、否满意施工图地要求；设计运算书是否符合规范、内容是否完整、书写是否清楚、层次是否分明；文字是否流畅；手绘和运算机绘图是否合理搭配运用 . 2）设计过程设计过程包括：设计地进度是否符合要求；能否按时完成规定地设计任务；对待设计技术问题是否具有严谨地科学态度；是否具有求实与探究创新精神；能否主动学习；是否遵守纪律 . 3）设计答辩设计答辩包括：自述表达是否清晰；自述内容是否完整；回答疑题是否完整、精确；分析问题、解决问题地才能如何；是否具有肯定地应变才能 .（2）课程设计地成果评定标准课程设计成果分优、良、中、及格、不及格五个等级 . 1）优：设计思路清晰,结构方案良好.设计参数挑选正确,挑选依据

9、充分,设计运算内容完整,正确无误.设计图纸满意工程制图要求,表达内容满意课程设计要求,正确无误.图面干净,布局合理.设计运算书规范、完整,语言表达规律性强,书写清晰,有条理.设计态度端正 . 2）良：设计思路清晰,结构方案合理.设计参数挑选正确,挑选依据较充分,设计运算内容完整、正确 .设计图纸能满意工程制图要求,表达内容能满意课程设计要求 .图面较整洁,布局较好 .设计运算书规范、完整 .语言表达规律性较强,书写清晰,有条理 .设计态度端正 . 3）中：设计思路较清晰,结构方案基本合理.设计参数挑选基本正确,主要参数地挑选名师归纳总结 有依据 .设计运算内容完整,有少量错误.设计图纸主要内容

10、满意工程制图要求,表达内容满.第 5 页,共 46 页足课程设计要求.图面基本干净.设计运算书较规范,内容完整.语言表达有肯定地规律性,书写整齐 .设计态度基本端正. 4）及格：设计思路基本清晰,结构方案基本合理.主要设计参数挑选正确.设计运算内容基本完整,有一些错误.设计图纸基本满意工程制图要求,表达内容基本满意课程设计要求图画基本干净 .设计运算书基本规范,内容基本完整,语言表达有肯定地规律性,书写整齐.设计态度基本端正. 5）不及格：设计思路不清晰,结构方案不合理.关键设计参数挑选有错误.设计运算内容不完整,运算有明显错误.设计图纸基本满意工程制图要求,设计图纸表达内容不满意课程设计要求

11、 .设计运算书不规范,内容不完整.设计态度不端正.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 .运算书某高校 7 层同学宿舍楼,采纳钢筋混凝土框架结构,没有抗震设防要求,设计年限为 50年,试设计该结构 限于篇幅,本例仅介绍 轴框架结构地设计 .2.1 设计资料 7 层钢筋混凝土框架结构同学宿舍,设计使用年限为 如图 1-1、图 1-2 所示, L1=6m ,H1=4.5m.50 年,其建筑平面图和剖面图分别 1设计标高：室内设计标高土0.000 相当于肯定标高4.400m,室内外高差600mm.0.5kN/ ,内2.5kN/ . 2墙身做法：墙体采纳灰砂砖

12、,重度=18kN/m3,外墙贴瓷砖,墙面重墙面采纳水泥粉刷,墙面重0.36kN/ . 3楼面做法：楼面构造层地恒载标准值为1.56kN/ ；楼面活荷载标准值为 4屋面做法：屋面采纳柔性防水,屋面构造层地恒载标准值为 面,活荷载标准值为 2.0kN/ . 5门窗做法：木框玻璃窗重 0.3kN/ ,木门重 0.2kN/ .3.24 kN/ ；屋面为上人屋 6地质资料：位于某城市地郊区,底层为食堂,层高4.5 m,27 层位同学宿舍 .HRB400 和 HPB300.7基本风压：00 .4kNm2.8材料挑选：混凝土强度等级C35,钢筋级别图 1-1 建筑平面图名师归纳总结 - - - - - -

13、-第 6 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1-2 建筑剖面图2.2 结构布置及结构运算简图地确定结构平面布置如图 2-1 所示 .各梁柱截面尺寸确定如下：图 2-1 结构平面布置图名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 边跨 AB 、CD 跨梁：h1l1l18000666.71000mm,81212取h1000mm；b1 21h,取3b400 mm.边柱和中柱 A 轴、 B 轴、 C 轴连系梁 ： 取 b h 250 mm 500 mm；中 柱 截 面 均 为b h 500 mm 6

14、00 mm, 边 柱 截面 均 为 b h 450 mm 500 mm 现浇楼板厚 120 mm .结构运算简图如图 3-59 所示根据地质资料,确定基础顶面标高为 1500 mm,由此求得底层层高为6 . 5 mm .各梁柱构件地线刚度经运算后列于图 2-2.其中在求梁截面惯性矩时 考 虑 到 现 浇 楼 板 地 作 用 , 取I 2I 0（0I 为考虑楼板翼缘作用地梁截面惯性矩）. 图2-2 结构运算简图：单位；10-3E（m3）AB 、BC 跨梁：i2E1 12.043 1.833103E3 m8 0.中柱：上部各层柱iE1.0 530 6.32 . 003103E m3124 5.底层

15、柱iE10 . 50 . 6.1 3810E3 m12.65边柱：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 上部各层柱iE1.0450 5.3.1 04103Em 3124 5.底层柱iE10 . 45.03 50 . 72103Em 3126 . 5各节点梁地线刚度与柱地线刚度比均大于32.3 荷载运算 1.恒荷载运算 1屋面框架梁线荷载标准值：屋面构造层地恒载标准值 3.24 kN/ kNm 2120mm 厚现浇钢筋混凝土楼板0 . 12253 . 06 . 24kNm 2屋面恒荷载边跨 AB 、BC 跨框架梁自重.0

16、41 . 002510 .0kNm梁侧粉刷21 . 00 . 12 .0 0217.0 6kNm10 6.kNm因此,作用在顶层框架梁上地线荷载为：g 7AB1g 7BC110 . 6kNm. 44kNmg 7AB2g 7BC26. 24637 2楼面框架梁线荷载标准值楼面构造层地恒载标准值 1.56 kN2 mm120mm 厚现浇钢筋混凝土楼板0 . 12253 0.kNm2.456kN2 m10 .6kNm边跨框架梁及梁侧粉刷边跨填充墙自重灰砂砖0 . 24 4 . 5.10 1815 . 12kNm墙粉刷24 5.1 0. 0 . 362 . 52kNm17 . 64kN作用在中间层框架

17、梁上地线荷载为：名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - gAB 1gBC128 .24kNmgAB2gBC24 . 56627 . 36kNm 3屋面框架节点集中荷载标准值边柱连续梁自重0. 250. 5062518. 75kNkN粉刷0.020 .500. 1226171. 56kN0 .9m高女儿墙自重0.90.2061819. 44kN粉刷0.90 .0226173. 67kN连续梁传来屋面自重16166 . 2456.16kN22顶层边节点集中荷载G7AG7C99. 58kND、E 连续梁自重0.250 .506

18、2518.75kN粉刷0.020 .500. 1226171. 56kN连续梁传来屋面自重16166.2411.466.2482.37222顶层 D、E 节点地集中荷载G7DG 7E102.68kN中柱连续梁自重0. 250. 5062518. 75kN粉刷0.020 .500. 1226171. 56kN连系梁传来屋面自重14.66.2452.42kN顶层中节点集中荷载G B72.73kN4楼面框架节点集中荷载标准值名师归纳总结 边柱连系梁自重18. 75kN第 10 页,共 46 页粉刷1 . 56 kN木窗自重36.24.0 .32 .59kN墙风光积60 . 45 4 5.10. 3

19、. 62 . 4 10 .2 79 mm墙体自重0.2410.791846. 61kN外墙贴瓷砖10.790.55.4kN内墙粉刷10.790.363.88kN框架柱自重0 .4505.4.52525.31 kN粉刷0.950. 0245.171. 38kN连系梁传来楼面自重16164. 5641.04kN22中间层边节点集中荷载GAGC146.36kN- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - D、E 柱连系梁自重18.75kN粉刷.156 kNkN内纵墙自重605.1.24 .505.0. 201861.92kN粉刷60 .51.24.50.5 0. 021

20、7211.7kN门重12.2.402.0.58kN连系梁传来楼面自重16164.5611.464 .5660.19222中间层 D、E 节点集中荷载GD154.54kNGE80. 34kN18. 75kN边柱连系梁自重粉刷1 . 56 kN墙体、粉刷、门自重74 .2 kN框架柱自重0 .50 .645.2533.75kN粉刷11.00245.171. 68kN连系梁传来楼面自重1 .464.56383.kN中间层中节点集中荷载G B168.08kN5恒荷载作用下地结构运算简图恒荷载作用下结构运算简图如图 3-1 所示 .2楼（屋）面活荷载运算楼面活荷载作用下结构运算简图如图 顶层3-61 所

21、示 .图中各运算荷载值如下：均布p 7ADp7CE2 . 0612kNm18kN462.026.4kN集中载p7Ap 7C16162.022p7Dp 7E161620.11.222p B1 4.6.2016 . 8 kN中间层名师归纳总结 均布pADAp CE.25615kNm225.kN625.33kN第 11 页,共 46 页集中载ppC16162.522pDpE16162.5114.222- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - pB1.4625.21 kN图 3-1 恒荷载作用下结构运算简图名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 46

22、 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3-2 楼面活荷载作用下结构运算简图3.风荷载运算风压标准运算公式为因结构高度 H=32m30m ,故 z按荷载规范求；对于矩形平面 s 3.1；z可查荷载规范 .将风荷载换算成作用于框架每层节点上地集中荷载,运算过程如表 3-3 所示 .表中 z为框架节点至室外地面地高度,A 为一榀框架各层节点地受风面积,运算结果如图 3-4 所示.表 3-3 风荷载运算名师归纳总结 层风振系体型系高度 z变化系基本风受风面风荷载作用第 13 页,共 46 页次数数（m）数压积（kN ）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

23、- - - Am271.3981.332.61.4480.417.961.05318.9161.3471.328.11.3780.425.650.96524.7651.2831.323.61.3010.425.650.86822.2641.2081.319.11.2170.425.650.76419.6131.1451.314.61.1120.425.650.66216.9821.0861.310.110.425.650.56514.4911.0291.35.610.427.080.53514.49图 3-4 风荷载作用下结构运算简图2.4 内力运算1. 恒荷载作用下地内力运算恒载和楼面活载（

24、竖向荷载）作用下地内力运算采纳分层法.这里以框架恒载中间层为例说明分层法地运算过程,其他层（顶层、底层）仅给出运算结果 .由图 3-1 取出任一层进行分析,结构运算简图如图 柱实际线刚度地 0.9 倍.4-1 所示 .图 4-1 柱地线刚度取框架图中梁上分布荷载由梯形（及矩形和三角形）两部分组成,在求固端弯矩时可直接 依据图示荷载运算,也可依据固端弯矩相等地原就,名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 先将梯形分布荷载和三角形分布荷载,化为等效均布荷载,等效均布荷载地运算公式如图4-2 所示 .图 4-1 恒载荷载作用

25、下结构运算简图l01,q5p（三角形）2l028图 4-2 荷载地等效图因此图不太规章,不能完全等效,故采纳结构力学求解器,求得杆端地弯矩为名师归纳总结 M AB276 . 86kNm4-3 所示,运算所得结构弯矩图见图4-4.同样可用分层法求得顶第 15 页,共 46 页M BA371.29kNmM Bc300 . 59kNmM cB261 . 87 kNm弯矩安排法运算过程如图层及底层地弯矩图.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-3 弯矩安排法运算过程图 4-4 标准层单层结构弯矩图将各层分层法求得地弯矩图叠加,可得整个框架结构在恒载作用下地

26、弯矩图 .很明显,叠加后框架内各节点弯矩并不肯定能达到平稳,这是由于分层法运算地误差所造成地 .为提高精度,可将节点不平稳弯矩再安排一次进行修正,修正后竖向荷载作用下整个结构弯矩图如名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-5 所示 .并进而可求得框架各梁柱地剪力和轴力如图 4-6 和图 4-7.必需留意,在求得图 4-5 所示结构地梁端支座弯矩后,如欲求梁跨中弯矩,就需依据求得地支座弯矩和各跨地实际荷载分布按平稳条件运算,而不能按等效分布荷载运算 .考虑梁端弯矩调幅,并将梁端节点弯矩换算至梁端柱边弯矩值,以备内

27、力组合时用,可适当求出 .图 4-5 恒载弯矩运算结果（单位：kNm）名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-6 恒载轴力运算结果（单位：kN ）名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-7 恒载剪力运算结果（单位：kN）2楼面活荷载作用下地内力运算活荷载作用下地内力运算也采纳分层法,考虑到活荷载分布地最不利组合,各层楼面活荷载布置可能有几种组合形式 弯矩换算成梁端柱边弯矩值.同样采纳结构力学求解器运算,考虑弯矩调幅,并将梁端节点

28、 .其最终弯矩图 标准层 如图 4-8 所示 .并进而可求得框架各梁柱名师归纳总结 地剪力和轴力如图4-9 和图 4-10.第 19 页,共 46 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-8 楼面活载弯矩运算结果（单位：kNm）名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-9 楼面活载轴力运算结果（单位：kN ）名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-10 楼面活载剪力运算结果（单位：kN

29、）3风荷载作用下内力运算考虑到风荷载分布地最不利组合,即分为左风右风,因其不行能同时显现,这里只作最不利地地弯矩图 .同样采纳结构力学求解器运算,考虑弯矩调幅,并将梁端节点弯矩换算成梁端柱边弯矩值 .其最终弯矩图 标准层 如图 4-11 所示 .并进而可求得框架各梁柱地剪力和轴力如图 4-12 和图 4-13.名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-11 风载作用弯矩地运算结果（kN.m）名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-

30、12 风载作用轴力地运算结果（kN ）名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 46 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4-13 风载作用剪力地运算结果（kN ）2.5 内力组合依据上节内力运算结果,即可进行框架各梁柱各掌握截面上地内力组合,其中梁地控制截面为梁端柱边及跨中.由于对称性,每层有五个掌握截面,即图5-1 梁中地A、AB 跨中、 B 左、 B 右、 BC 跨中、 C 截面,表5-2 给出了第四层梁地内力组合过程；柱就分为边名师归纳总结 柱和中柱,每个柱每层有两个掌握截面,表5-3 给出了柱地内力组合过程.第 25 页,共 46 页- - - -

31、 - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 5-1 框架梁柱掌握截面1、对 17 层梁进行内力组合值如表 5-2. 表 5-2 梁截面内力组合表名师归纳总结 层截内恒载活载风载左风载右恒1.2+恒恒最大第 26 页,共 46 页1.2+0.1.35+1面9.4 （活次位力活1.4（活0.7+风置1.4+风0.6）1.4）7AM-8.46 -1.82 11.26-11.26-12.70 -26.63 -22.66 -26.63 V78.50 16.95 -2.782.78117.93 119.07 124.93 124.93 BM-221.40 -50.06 -10.991

32、0.99-335.76 -342.61 -357.18 -357.18 左V-174.34 -38.62 -2.782.78-263.27 -261.37 -275.54 -275.54 BM-219.66 -50.06 10.99-10.99-333.68 -340.52 -354.83 -354.83 右V174.43 38.62 -2.782.78263.38 261.49 275.67 275.67 CM-5.95 -1.82 -11.2611.26-9.69 -23.62 -19.27 -23.62 V-78.40 -16.95 -2.782.78-117.81 -118.94 -1

33、24.79 -124.79 6跨M184.14 42.85 0.14-0.14280.96 220.15 232.58 280.96 AB中M187.33 42.85 -0.140.14284.79 223.21 236.03 284.79 BCA-34.14 -7.11 35.64-35.64-50.92 -94.84 -83.00 -94.84 MV116.14 22.14 -8.818.81170.36 178.37 185.90 185.90 BM-276.82 -60.33 -34.8534.85-416.65 -452.11 -462.11 -462.11 左V-254.37 -4

34、7.34 -8.818.81-371.52 -375.99 -397.19 -397.19 BM-278.46 -60.33 34.85-34.85-418.61 -454.07 -464.31 -464.31 右V205.30 47.34 -8.818.81312.64 317.10 330.94 330.94 CM-24.42 -7.11 -35.6435.64-39.26 -83.17 -69.87 -83.17 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - V-105.86 -22.14 -8.818.81-158.03 -166.03 -172.01 -

35、172.01 5跨M250.33 51.67 0.4-0.4372.74 292.91 311.21 372.74 AB中M207.04 51.67 -0.40.4320.78 251.34 264.45 320.78 BAC-36.22 -7.25 62.29-62.29-53.61 -131.08 -108.32 -131.08 MV116.37 22.17 -15.415.4170.68 186.98 191.76 191.76 BM-277.21 -60.26 -60.8960.89-417.02 -485.30 -484.44 -485.30 左V-254.14 -47.30 -15.415.4-371.20 -383.98 -402.39 -402.39 BM-277.23 -60.26 60.89-60.89-417.05 -485.33 -484.47 -485.33 右V205.17 47.30 -15.415.4312.43 325.21 336.27 336.27 CM-24.16 -7.25 -62.2962.29-39.14 -116.61 -92.04 -116.61 V-105.98 -22.17 -15.415.4-158.22 -174.52 -177.74 -177.74 跨M248.50