层框架结构一榀框架手算计算书14713.pdf
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1、某培训中心综合楼计算书 1 工程概况 拟建 5 层培训中心,建筑面积 4500m2,拟建房屋所在地的设防参数,基本雪压S0=0.3kN m2,基本风压0=0.45kN m2地面粗糙度为 B 类。2 结构布置及计算简图 主体 5 层,首层高度 3.6m,标准层 3.3m,局部突出屋面的塔楼为电梯机房层高 3.0m,外墙填充墙采用 300mm,空心砖砌筑,墙为 200mm 的空心砖填充,屋面采用 130mm,楼板采用100mm 现浇混凝土板,梁高度按梁跨度的 1/121/8 估算,且梁的净跨与截面高度之比不宜小于 4,梁截面宽度可取梁高的 1/21/3,梁宽同时不宜小于 1/2 柱宽,且不应小于
2、250mm,柱截面尺寸可由 AccNfN 确定本地区为四级抗震,所以8.0c,各层重力荷载近似值取 13kNm-2,边柱及中柱负载面积分别为7.8 6.9226.91m2 和7.8(6.922.72)37.44m2.柱采用 C35 的混凝土(fc=16.7Nmm 2,ft=1.57Nmm 2)第一层柱截面 边柱 AC=31.3 26.91 13 1051702810.8 16.7mm2 中柱 AC=31.25 37.44 13 1052276950.8 16.7mm2 如取正方形,则边柱及中柱截面高度分别为 339mm 和 399mm。由上述计算结果并综合其它因素,本设计取值如下:1 层:60
3、0mm600mm;25 层:500mm500mm 表 1 梁截面尺寸(mm)及各层混凝土等级强度 层次 砼等级 横梁(bh)主梁(bh)次梁(bh)AB、CD 跨 BC 跨 1 C35 350500 350400 400700 300450 25 C30 300500 300400 350700 300450 基础选用桩基础。25 层柱高为 3.3m,底层柱高度从基础顶面取至一层底板,即13.60.452.21.10.15.05hm。图 1 结构平面布置图 图 2 建筑平面图 100厚钢筋混凝土板20厚水泥砂浆找平层三毡四油防水层40厚刚性防水细石砼保护层50厚炉渣 图 3 剖面图 7.8m7
4、.8m7.8m7.8m3.34=13.2m3.0m6.9m2.7m6.9m5.05m (a)横向框架 (b)纵向框架 图 4 框架结构计算简图 3 重力荷载计算 3.1 屋面及楼面的永久荷载标准值 40mm 刚性防水细石砼配4200 钢筋网 250.04=1.0 kNm-2 20mm1:3 水泥砂浆找平层 200.02=0.4 kNm-2 50mm 炉渣找坡 2%120.05=0.6 kNm-2 三毡四油防水层 0.4 kNm-2 100mm 钢筋混凝土板 0.125=2.5 kNm-2 V 型轻钢龙骨吊顶 0.25 kNm-2 合计 5.15 kNm-2 15 层楼面:瓷砖地面 0.55 k
5、Nm-2 60mm 浮石珍珠岩混凝土隔声层 50.06=0.3 kNm-2 100mm 混凝土楼板 0.1025=2.5 kNm-2 V 型轻钢龙骨吊顶 0.25 kNm-2 合计 3.6 kNm-2 3.2 屋面及楼面可变荷载标准值 上人屋面均布活荷载标准值 2.0 kNm-2 楼面活荷载标准值 2.0 kNm-2 电梯机房楼面活荷载标准值 7.0 kNm-2 屋面雪荷载标准值 0.3 kNm-2 3.3 墙重力荷载计算 外墙:墙体为 300mm 粘土空心砖,外墙面贴瓷砖。墙面为 20mm 厚抹灰,则外墙单位墙面重力荷载为:150.3+170.02=4.84 kNm-2 墙:为 200mm
6、粘土空心砖,两侧均为 20mm 抹灰,则墙单位面积重力荷载为:150.24+170.022=3.68 kNm-2 3.4 梁柱自重重力荷载(见表 2)表 2 梁柱重力荷载标准值 层次 构件 b/m h/m /kNm-3 g /kNm-1 Li/m n Gi/kN iG/kN 1 边横梁 0.35 0.5 25 1.05 4.59 6.12 16 449.45 2278.13 中横梁 0.35 0.4 25 1.05 3.68 2.1 8 61.824 次梁 0.3 0.45 25 1.05 3.54 6.5 14 322.14 纵梁 0.4 0.7 25 1.05 7.35 7.02 28 1
7、444.716 柱 0.6 0.6 25 1.10 9.9 5.05 32 1599.84 2 5 边横梁 0.3 0.5 25 1.05 3.94 6.27 16 395.26 2066.21 中横梁 0.3 0.4 25 1.05 3.15 2.2 8 55.44 次梁 0.3 0.45 25 1.05 3.54 6.55 14 324.62 纵梁 0.35 0.7 25 1.05 6.43 7.17 28 1290.89 柱 0.5 0.5 25 1.10 6.88 3.3 32 726.528 3.5 门窗自重重力荷载 塑钢窗:0.45 kNm-2 普通钢铁门:0.45 kNm-2 铝
8、合金门:0.40 kNm-2 火 门:0.45 kNm-2 木 门:0.2 kNm-2 玻璃门:1.0 kNm-2 3.6 重力荷载代表值 具体数据见图 5 中标注,Gi的单位为 kN。4 框架侧移刚度计算 图 5 各质点重力荷载代表值 4.1 横向框架侧移刚度计算 表 3 横梁线刚度 ib计算 类 别 层次 Ec/Nmm-2 bh/(mmmm)IO/(mm4)l(mm)E0I0/l/(Nmm)1.5E0I0/l/(Nmm)2.0 E0I0/l/(Nmm)边 横 梁 1 3.15104 350500 3.646109 6900 1.66101 0 2.49101 0 3.32101 0 2 5
9、 3.0104 300500 3.646109 6900 1.5851010 2.37101 0 3.16101 0 走 道 梁 1 3.15104 350400 1.869109 2700 2.18101 0 3.27101 0 4.36101 0 2 5 3.0104 300400 1.6109 2700 1.81010 2.71010 3.61010 表 4 柱线刚度 ic计算 层 次 hC/mm EC N/mm bh /mmmm Ic /mm4 ECI0/hc/N.mm 1 5000 3.15104 600600 1.081010 6.8041010 25 3300 3.0104 50
10、0500 0.5211010 4.7361010 表 5 中框架柱侧移刚度 D 值(Nmm-1)层次 边柱(8 根)中柱(8 根)iD K c 1 iD K c 1 iD 35 0.335 0.154 8030 1.175 0.528 27550 286240 2 0.343 0.113 6940 0.822 0.468 36550 347920 1 0.244 0.356 23360 1.175 0.528 27550 408880 表 6 边框架柱侧移刚度 D 值(Nmm-1)层 次 A-1、A-8、D-1、D-8 B-1、B-8、C-1、C-8 iD K c Di1 K c Di2 35
11、 0.335 0.143 7350 0.714 0.174 9080 65720 2 0.343 0.146 19100 0.763 0.190 9916 116064 1 0.244 0.332 1721.088 0.564 0.362 23757 183988 表 7 楼、电梯间框架柱侧移刚度 D 值(Nmm-1)层 次 C-3、C-4、C-5、C-6 D-3、D-4、D-5、D-6 iD K c Di1 K c Di2 35 1.267 0.388 20240 0.633 0.240 12520 131040 2 1.409 0.473 21550 0.367 0.155 8080 11
12、8520 1 0.847 0.413 31040 0.270 0.340 22310 213400 表 8 横向框架层间侧移刚度(Nmm-1)层次 1 2 3 4 5 iD 614208 482504 483000 483000 483000 由上表得到1D/iD=614208/482504=1.270.7,故该框架为规则框架。5 横向水平荷载作用下框架结构的力和侧移计算 5.1 横向水平地震作用下框架结构的力和侧移计算 5.1.1 横向自振周期计算 突出屋面部分的折算重力荷载 331411.0711731.77219.8eG kN 结构顶点的假想侧移计算由表 9 体现。表 9 结构顶点的假想
13、侧移计算 层次 Gi/KN VGi/kN iD/(Nmm-1)u/mm iu/mm 5 6948.24 6948.24 483000 14.39 210.73 4 7352.14 14300.38 483000 29.61 196.34 3 7352.14 21652.52 483000 44.83 166.73 2 7352.14 29004.66 482504 60.11 121.9 1 8946.07 37950.73 614208 61.79 61.79 计算基本周期 T1,其中T的量纲为 m,取T=0.7,则 T1=1.70.70.21073=0.57s 5.1.2 水平地震作用及楼
14、层地震剪力 结构不超过 40m,质量和刚度沿高度分布比较均匀,变形以剪切性为主,故可用底部剪力法计算水平地震作用。结构总水平地震作用标准值,即 0.850.85(894.60722056.426948.24eqiGG)=0.8529899.27=25414.38KN 0582.008.0)57.04.0()(9.0max9.011TTg FEK=1Geq=0.0582 25414.38=1479.12kN 因 1.4Tg=1.40.40=0.56sT1=0.57s 所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数n n=0.08T1+0.01=0.08 0.57+0.01=0.0556 5
15、0.0556 1479.12109.350FkN 各质点的水平地震作用按公式 Fi=1479.12iijjG HG H计算 具体计算结果由表 10 体现 表 10 各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算 层次 Hi/m Gi/KN GiHi/KN ijiiHGHG Fi/KN Vi/KN 21.7 1731.770 37579.41 0.078 115.4 115.4 5 18.7 6948.247 129932.22 0.271 400.9 516.3 4 15.4 7352.141 113222.97 0.236 349.1 910.4 3 12.1 7352.141 88960.91
16、0.186 275.1 1185.5 2 8.8 7352.141 64698.84 0.135 199.7 1385.2 1 5.05 8946.071 45177.66 0.094 139.0 1524.2 各质点水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布图见图 6 F6F5+F5F1F2V1V2(a)水平地震作用分布 (b)层间剪力分布 图 6 横向水平地震作用及楼层地震剪力 5.1.3 水平地震作用下位移计算 水平地震作用下框架结构层间位移i和顶点位移i分别 按niijiiDVu1和kniuV1计算。计算结果见表 11 表 11 横向水平作用下的位移验算 层 次 Vi/KN iD(N/
17、mm)iu/mm ui/mm Hi/mm iihu 5 516.3 483000 1.07 10.75 3300 0.000324 4 910.4 483000 1.88 9.68 3300 0.000567 3 1185.5 483000 2.45 7.8 3300 0.000742 2 1385.2 482504 2.87 5.35 3300 0.000870 1 1524.2 614208 2.48 2.48 5050 0.000491 由表 11 可知,最大层间弹性位移角发生在第二层,其值为 0.0008701/550,满足 huee的要求,其中5501hu,查表可得,(土木工程专业毕
18、业设计指导)。5.1.4 水平地震作用下框架力计算 表 12 各层柱端弯矩及剪力计算 层次 hi/m Vi/kN Dij Nm 边 柱 中 柱 Di1 Vi1 k y biM1 uiM1 Di2 Vi2 k y biM2 uiM2 5 3.3 516.3 483000 8030 8.58 0.335 0.25 8.81 26.43 27550 36.92 1.175 0.35 42.64 79.19 4 3.3 910.4 483000 8030 15.13 0.335 0.35 20.93 38.87 27550 62.14 1.175 0.45 92.28 112.78 3 3.3 118
19、5.5 483000 8030 19.71 0.335 0.45 35.49 43.38 27550 81.94 1.175 0.45 121.68 148.72 2 3.3 1385.2 482504 6940 23.03 0.343 0.55 50.78 41.55 36550 95.51 0.822 0.5 158.25 158.25 1 4.75 1524.2 614208 23360 25.34 0.244 0.85 124.80 22.02 27550 105.97 1.175 0.65 327.18 176.18 注:表中 M 的量纲为 kNm,V 量纲为 kN 以图 2 中轴线
20、横向框架力计算为例进行计算,框架柱端剪力及弯矩分别按式njijijijDDV1和hyVMyhVMijuijijbij1计算,各柱反弯点高度 y 按式 y=y0+y1+y2+y3确定。其中 yn 由表可查得。具体计算结果见表 12。梁端弯矩、剪力及轴力分别用下式计算,具体结果由表 13 体现。uijbjilbrbrbrbuijbjirblblblbMMiiiMMMiiiM1,1、lMMVrblb和knkrblbiVVN1 13 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算 层 次 边 梁 走 道 梁 柱 轴 力 lbM rbM l Vb lbM rbM l V 边柱 N 中柱 N 5 26.43 11.59 6.
21、9 6.34 44.45 34.74 2.7 33.10-6.34-26.76 4 39.68 26.76 6.9 11.07 87.04 68.38 2.7 64.76-17.41-80.45 3 64.31 36.09 6.9 16.73 134.96 106.04 2.7 100.42-34.41-164.14 2 77.04 43.14 6.9 20.03 156.76 123.17 2.7 116.64-54.44-260.75 1 32.80 40.77 6.9 18.93 187.28 147.15 2.7 139.35-73.37-381.17 注:1)柱轴力中的负号表示拉力。
22、当为左地震时,左侧两根柱为拉力,对应的右侧两根柱为压力。2)表中单位为 kNm,V 单位 N,l 的单位为 m。水平地震作用下框架的弯矩图、梁端剪力图及柱轴力图见图 7.5.2 横向风荷载作用下框架结构力和侧移计算 5.2.1 风荷载标准值 风荷载标准值按式ozszk,基本风压o=0.45kN m2。由 荷载规 查得8.0s(迎风面)和5.0s(背风面),C 类场地,H/B=18.1/54.6=0.332 查表得4.02、T1=0.76S,2210.450.760.318oT kNS2m2,由表查得28.1 由式:HHizz42.028.11 仍取图 2 中的轴线横向框架,其负载宽度为 8.2
23、5m。由式ozszk得,沿房屋高度的分布风荷载标准值:()8.250.454.5375zzszzsq z 根据各楼层标高处的高度 Hi由表查取z,代入上式可得各楼层标高处的 q(z)。见表14;q(z)沿高度的分布见图 8(a)11.59-381.17139.35-260.75116.64-164.14100.42-80.4564.76-26.7638.106.3411.071720.0318.93124.8050.7835.4920.938.8126.4338.8743.3841.5522.0279.19112.78148.72158.25176.1844.4542.6492.28121.6
24、8158.15327.1826.4339.6864.3177.0432.8187.28218.51134.96170.28140.00155.42241279.93334.336.3438.1011.0764.7617100.4220.03116.6418.93139.35-6.34-17.41-34.41-54.44-73.37-26.76-80.45-164.14-260.75-381.1773.3754.4434.3117.416.34 图 7 左地震作用下框架弯矩图、梁端剪力及柱轴力图 10.2019.5418.2416.8715.391.7981.9682.1272.2772.428
25、3.8443.6443.4043.1502.875(a)风荷载沿房屋高度的分布(单位:kN)(b)等效结点集中风荷载(单位:kN)图 8 框架上的风荷载 390039004578007800323002300230023002300230013501350690027006900荷载规规定对于对于高度大于 30m 且高宽比大于 1.5 的房屋结构,应采用风振系数z来 考 虑 分 压 脉 动 的 影 响,由 于 在 本 设 计 中 房 屋 高 度18.1 30m,但H/B=18.1/14.4=1.2782.33mkN 属第一类 T 形截面:201bhfMcs=401.065620007.160.
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