钢筋混凝土框架结构计算书.pdf
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1、 1 1 引言 随着社会的发展,钢筋混凝土框架结构的建筑物越来越普遍。由于钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有很多优点;与钢结构相比又具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。因此,在我国乃至世界各地钢筋混凝土结构是多层框架最常用的结构型式。本设计也是采用了钢筋混凝土框架结构,根据设计材料提供的建筑场地的地质条件及所在地区的抗震烈度,确定出拟建建筑物的抗震等级为二级,设计使用年限为 50 年,耐火等级为一级。此设计包括建筑设计和结构设计,其中结构设计是本设计的重点。此外,还有其他辅助应用部分。2 工程概况 2.1 建筑规模及场地设计参数 该工程为廊坊市某高校办公楼,总
2、建筑面积 3132.4 左右,层数为四层,层高为底层 3.9m,标准层 3.6m,基础顶面距室外地面为 700mm,承重结构体系拟采用现浇钢筋混凝土框架结构。2.2 气象条件(1).冬季采暖室外计算温度-9 度。(2).主导风向:西南、东北风,冬季以北风、西北风为主;夏季以偏南风、东北风为主。基本风压 0.45kN/m2。(3).基本雪压:0.40kN/m2。(4).年降雨量:570.3mm;雨季集中在降水集中在 78 月份月份。(5).土壤最大冻结深度 0.7m。2.3 基本资料 本建筑为廊坊市高校某办公楼,共 4 层,室内地面标高:0.000,室外标高:-0.450m,采用现浇钢筋混凝土框
3、架结构,地上建筑混凝土强度等级为 C35,梁、板、柱受力钢筋采用 HRB400 级,箍筋采用 HRB335 级。表 2.1 2 2.4 建筑做法(1)墙身做法:内墙、外墙厚均为200mm,0.000 以上采用 MU2.5 陶粒空心砌块(容重不大于 8kN/m3),M5 混合砂浆砌筑,内粉刷 20mm 厚石灰砂浆,喷内墙涂料。外墙0.000 以下采用 MU10 烧结页岩砖,M7.5 水泥砂浆砌筑。(2)楼面做法:10mm 厚花岗岩面层 20mm 厚 1:2.5 水泥砂浆找平层 钢筋混凝土楼面板 楼板底面为 20mm 厚纸筋灰石灰打底,涂料两度。(3)屋面做法:水泥炉渣 2%找坡,20 厚 1:2
4、.5 水泥砂浆找平,二粘三油防水层上铺小豆石 干铺 100mm 厚加气混凝土保温层,表面平整扫净 铺油毛毡隔离层一道,40 厚 C25 刚性防水层 钢筋混凝土屋面板 粉底(喷涂料)(4)卫生间做法:防滑地砖 10 厚,20 厚 1:2.5 水泥砂浆粘结层,高分子防水卷材 一层大于等于 1.2 厚,20 厚 1:2.5 水泥砂浆向地漏找坡,现浇钢筋混凝土板,楼板底面 20 厚纸筋灰石灰打底,涂料两度。(5)门窗做法:门庭处为断桥铝合金门,其他均为木门、塑钢窗。其他说明:女儿墙厚 200mm,高 500mm,采用陶粒空心砌块砌筑。除标高单位为 m 以外,其余均为 mm 设计使用年限 50 年 建筑
5、总面积 3123.4m2 结构安全等级 二级 结构层数 地上 4 层 结构重要性系数 1.0 结构形式 框架结构 抗震设防烈度 8 度 框架抗震等级 二级 设计特征周期 0.55s 场地类别 类 抗震构造措施 二级 地基承载力 100kPa 3 3、钢筋混凝土框架设计 各梁柱截面尺寸确定如下:边跨(AB、CD)梁:取 h=600mm,b=300 中跨(BC)梁:取 h=500mm,b=300mm 边柱(A 轴、D 轴)连系梁:取 bh=250mm500mm 中柱(B 轴、C 轴)连系梁:取 bh=250mm500mm 柱截面均为:bh=600mm600mm 现浇楼板厚为:100mm。根据地质资
6、料,确定基础顶面离室外地面为 700mm,由此求得底层层高 5.05m。各梁柱构件的线刚度经计算后列于图 1-1。其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用,取02II(0I为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)。边跨(AB、CD)梁:i=2cE1210.30.636.6=16.4104cE(m3)中跨(BC)梁:i=2cE1210.30.532.7=23.1104cE(m3)上部各层柱:i=cE1210.60.633.6=30.0104cE(m3)底层柱:i=cE1210.60.635.05=21.4104cE(m3)4 图 3.1 结构计算简图(图中数字为线刚度,单位:4310(m)CE)2
7、1.4 21.4 21.4 21.4 16.4 16.4 16.4 16.4 16.4 16.4 16.4 16.4 23.1 23.1 23.1 23.1 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 30.0 A B C D 6600 2700 6600 3600 3600 3600 5050 5 4 恒荷载计算 4.1.恒荷载计算(1)屋面框架梁线荷载标准值:水泥炉渣2%找坡 0.14212=0.84 kNm2 20 厚 1:2.5 水泥砂浆找平 0.0220=0.4 kNm2 二粘三油防水层上铺小豆石 0.3 kNm2 1
8、00mm 厚加气混凝土保温层 0.16=0.6 kNm2 100mm 厚钢筋混凝土屋面板 0.125=2.5kNm2 40 厚 C25 刚性防水层 0.0422=0.88 kNm2 屋面恒荷载 5.52kNm2 边跨(AB、CD 跨)框架梁自重 0.300.625=4.5kNm 梁侧粉刷 2(0.6-0.1)0.0217=0.34kNm 中跨(BC 跨)框架梁自重 0.30.525=3.75 kNm 梁侧粉刷 2(0.5-0.1)0.0217=0.27 kNm 作用在顶层框架梁上的线荷载为:g14AB=g14CD=4.5+0.34=4.84kNm g14BC=3.75+0.27=4.02kNm
9、 g2AB=g2CD=5.524.5=24.8kNm g24BC=5.522.7=14.90kNm(注:下标 4 代表楼层数)(2)楼面框架梁线荷载标准值 10mm 厚花岗岩面层 0.0115.4=0.15 kNm2 20mm 厚 1:2.5 水泥砂浆找平层 0.0220=0.4 kNm2 100mm 厚钢筋混凝土面板 0.125=2.5kNm2 6 20mm 楼板底面纸筋灰石灰打底 0.0216=0.32 kNm2 楼面恒荷载 3.37 kN m2 边跨梁及其梁侧粉刷 4.84 kNm 边跨填充墙自重 顶层或标准层 0.2(3.6-0.6)8=4.8 kNm 底层 0.2(3.0-0.6)8
10、=5.28 kNm 边跨填充墙粉刷 顶层或标准层 0.02 2(3.6-0.6)17=2.04 kN/m 底层 0.02 2(3.9-0.6)17=2.24 kN/m 中跨框架梁及梁侧粉刷 4.02 kNm 作用在中间层框架梁上的线荷载为:g1AB=g1CD=4.84+4.82.04=11.68kNm g1BC=4.02kNm g2AB=g2CD=3.374.5=15.17kNm g2BC=3.372.7=9.10 kNm 作用在底层框架梁上的线荷载为:g1AB=g1CD=4.84+5.282.24=12.36kNm g1BC=4.02kNm g2AB=g2CD=3.374.5=15.17 k
11、Nm g2BC=3.372.7=9.10 kNm(三)屋面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重 0.250.54.525=14.06kN 粉刷 2(0.5-0.1)0.02174.5=1.23 kN 0.5m 高女儿墙自重 0.54.50.28=3.6 kN 粉刷 0.50.0224.517=1.53 kN 连系梁传来屋面自重 0.54.50.54.55.52=27.95kN 顶 7 层边节点集中荷载 GA4=GD4=48.36kN 中柱连系梁自重 0.50.254.525=14.06kN 粉刷 0.02(0.5-0.1)24.517=1.23kN 连系梁传来屋面自重 0.5(4.5+4.5
12、2.7)1.355.52=22.47kN 0.5 4.52.255.52=27.95kN 顶层中节点集中荷载 GB4=GC4=65.71kN(4)楼面框架节点集中荷载标准值 边柱连系梁自重及粉刷:15.28kN 钢窗自重:3.32.10.45=3.12kN 窗下墙体自重:标准层 0.21.03.98=6.24kN 底层 0.21.33.98=8.11 kN 粉刷:标准层 20.021.03.917=2.65kN 底层 20.021.33.917=3.45kN 窗边墙体自重:0.62.10.28=2.02kN 粉刷:0.62.120.0217=0.86kN 框架柱自重:标准层 0.60.63.6
13、25=32.4kN 底层 0.60.65.0525=45.45kN 框架柱粉刷:标准层(2.4-0.6)3.6170.02=2.20kN 底层(2.4-0.6)3.9170.02=2.39kN 连系梁传来屋面自重:0.54.50.54.53.37=17.06kN 中间层边节点集中荷载:GA=GD=81.83kN 底层边节点集中荷载:GA=GD=97.74kN 中柱连系梁自重及粉刷:15.29 kN 内纵墙自重:标准层 3.93.6-0.50.28=19.34kN 底层 3.93.9-0.50.28=21.22kN 内纵墙粉刷:标准层 3.93.6-0.520.0217=8.22kN 底层 3.
14、93.9-0.520.0217=9.02kN 框架柱自重及粉刷:标准层 34.6kN 底层 47.84kN 8 连系梁传来屋面自重:0.5(4.5+4.52.7)1.353.37=14.33kN 0.54.50.54.53.37=17.06kN 扣除门洞重加上门重:-2.110.280.022170.2=4.37kN 中间层中节点集中荷载:GB=GC=104.47kN 底层中节点集中荷载:G1B=G1C=120.39kN 恒荷载作用下的结构计算简图如图2-1 所示:图 4.1 恒荷载作用下的结构计算简图 4.2楼面活荷载计算 不上人屋面活荷载:0.5 kNm2 办公室楼面活荷载 2.0 kNm
15、2 走廊 2.5 kNm2 pAB4=pCD4=0.54.5=2.25kNm pBC4=0.52.7=1.35 kNm A B C D 6600 2700 6600 2100 2400 2100 1350 1350 2100 2400 2100 G 4A G 4B G 4C G 4D G D G A G B G C g 4AB2 g 4AB1 g 4BC1 g 4BC2 g 4CD2 g 4CD1 g CD1 g CD2 g AB2 g AB1 g BC1 g BC2 9 PA4=PD4=0.54.50.54.50.5=2.53 KN PB4=PC4=0.5(4.5+4.5-2.7)0.51.
16、35+0.254.50.54.5=4.66kN CDABpp24.5=9.00KN/m BCp=2.52.7=6.75 kNm DAPP0.54.54.52=10.13KN CBPP0.5(4.5+4.5-2.7)1.352.5+10.13kN=16.52kN(注:PA4、PD4、PB4、PC4代表屋面活荷载)图 4.2楼面活荷载作用下的结构计算简图 A B C D 6600 2700 6600 2100 2400 2100 1350 1350 2100 2400 2100 P 4A P 4B P 4C P 4D P D P A P B P C P 4AB P 4BC P 4CD P CD P
17、 AB P BC 1 0 4.3风荷载计算 风压标准值计算公式为:0zsz 因结构高度 H=14.85m30m,可取0.1z;对于矩形平面3.1s;按 B 类环境查建筑结构荷载规范z。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,计算过程如下表所示。风荷载计算表 4.1 风荷载计算表 4.1 表中 z 为框架节点至室外地面的高度,A 为一榀框架各层节点的受风面积,计算结果如下图所示。层次 z s z(m)z)20m(KM)(2mA)(KNPw 4 1.0 1.3 15.15 0.743 0.45 10.35 4.50 3 1.0 1.3 11.55 0.74 0.45 16.20 7.01 2
18、 1.0 1.3 7.95 0.74 0.45 16.20 7.01 1 1.0 1.3 4.35 0.74 0.45 17.89 7.74 4.5 7.01 7.01 7.74 6600 2700 6600 4350 3600 3600 3600 图 3.4 风荷载作用下结构计算简图 500 1 1 5、内力计算 5.1 恒荷载作用下的内力计算 横载作用下的内力计算采用分层法,除底层以外其它层柱的线刚度均乘以 0.9的折减系数。梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成,在求固端弯矩时根据固端弯矩相等的原则,先将梯形分布荷载及三角形分布荷载,化为等效均布荷载。(=0.54.56.6=0.341)5.
19、1.1 各层荷载作用下的等效均布荷载(1)屋面等效均布荷载 g边=g4AB1+(31212-1)g4AB2=4.84+(1-20.3412+0.3413)24.80=24.80kNm,中g=g4BC1+5/8g4BC2=5/814.90+4.02=13.33kNm 标准层等效均布荷载 g边=gAB1+(31212-1)gAB2=11.68+(1-20.3412+0.3413)15.17=23.92kNm,中g=gBC1+5/8gBC2=5/89.10+4.02=9.71kNm 底层等效均布荷载 g边=g1AB1+(31212-1)g1AB2=12.36+(1-20.3412+0.3413)15
20、.17=24.60kNm,中g=g1BC1+5/8g1BC2=5/89.10+4.02=9.71kNm 5.1.2 各层恒荷载下各杆的固端弯矩(因结构对称取一半研究)(1)屋面恒荷载弯矩分配 a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算,各杆的固端弯矩为:2边边lg121-ABM-1/1224.866.62=-90.24 kNm 2中中)2l(g31BCM-1/313.33(2.7/2)2=-8.10 kNm 2中中)2l(g61CBM-4.05 kNm b.弯矩分配过程:1 2 图 5.1 顶层弯矩分配法计算过程 标准层恒荷载弯矩分配 a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构
21、计算,各杆的固端弯矩为:2边边lg121-ABM-1/1223.926.62=-86.83 kNm 2中中)2l(g31BCM-1/39.71(2.7/2)2=-5.90 kNm 2中中)2l(g61CBM-2.95 kNm b.弯矩分配过程:图 5.2 标准层弯矩分配 底层恒荷载弯矩分配 a.利用弯矩分配法并利用结构对称性区二分之一结构计算,各杆的固端弯矩为:2边边lg121-ABM-1/1223.276.62=-89.30kNm 0.622 0.378 0.298 0.491 0.211-90.24 90.24-8.10-4.05 梁 柱 34.11-14.78 5.65-0.42 0.1
22、6 0.26 9.13 56.13 17.06-29.56 2.83-0.84 008-0.02-0.04-1.39-48.71-20.93-0.60-0.02 20.93-0.60 0.02 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2-1-1-1 A 4 B 4 CB 65.52-65.52 79.79-50.14-29.65 16.30 梁 梁 柱 7.00 0.09 1/2 1/2 1/2 1/2-1-1 A 3 B 3 CB 37.15-74.3 78.23-32.62-32.62 4.14 0.077-5.9 梁 下柱 下柱 0.384 37.15-12.99 33.34 20.15 3
23、.76 0.05-7.00-0.09 10.08 0.384 0.232 0.215 0.354 0.354-86.83 86.83-2.95 梁 梁 上柱 上柱-9.79 2.27-0.13 0.03 0.05 3.76 33.34-19.57 1.14-0.25-0.40-32.22-32.22-0.40 1 3 2中中)2l(g31BCM-1/39.71(2.7/2)2=-5.90 kNm 2中中)2l(g61CBM-2.95 kNm b.弯矩分配过程:图 5.3 底层弯矩分配 为提高精度,将节点弯矩再分配一次进行修正。将各层分层法求得的弯矩图叠加,可得整个框架结构在恒荷载作用下的弯矩图
24、。很显然,叠加后框架内各节点弯矩不能达到平衡,这是由于分层法计算的误差所造成的。为提高精度,将节点弯矩再分配一次进行修正。修正后结果如下图:7.77 0.11 1/2 1/2 1/2 1/2-1-1 CB 41.89-75.04 79.7-36.8-29.10 4.93 0.082-5.90 梁 下柱 下柱 0.330 33.15-13.78 29.47 22.59 3.63 0.05-7.77-0.11 11.30 0.417 0.253 0.232 0.383 0.303-89.30 89.30-2.95 梁 梁 上柱 上柱-10.99 2.78-0.16 0.04 0.07 4.58 3
25、7.24-21.97 1.39-0.32-0.53-36.27-28.69-0.41 1 4 图 5.4 框架在恒荷载作用下的弯矩图 25.60 28.84 1 5 结构弯矩调幅:考虑结构塑性内力重分布的影响,在内力组合之前,对竖向作用下的荷载的内力进行调幅,将杆端弯矩乘以0.8,支座剪力相应改变。修正后弯矩图如图:图 5.5 框架梁在恒荷载作用下经调幅并算至柱边截面的弯矩 进而求得框架的剪力和轴力如下:1 6 图 5.6 梁剪力、柱轴力图 5.2 活荷载作用下的内力计算 边跨 ge边=)322-1(pAB=0.89.0=7.2kNm 楼面 中跨,中g=5/8pBC=5/86.75=4.23k
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