土木工程框架结构设计说明.docx
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土木工程框架结构设计说明
第2章结构布置及计算简图确实定
2.1结构平面布置
1.选取单棍框架
根据图形的对称性,本次计算选用⑩轴进行计算,结构布置图如下:
Cl;
图2-1结构布置图
梁柱截面初估
1•梁截面初估
1/6~1/4确定,各梁截面宽度按照高度的1/3~1/2确定。
那么,各截面尺寸确定如下:
次梁截面高度按照跨度的1/15~1/12确定,主梁截面高度按照跨度的1/12^1/8确定,悬臂
梁截面高度按照跨度的
(1)主梁
力=(1/12~1/8)x4700=390〃皿〜600〃〃“,取/?
=500/?
mw;
/?
=(1/3=1/2)x500=170/77/77〜250〃〃〃,取/?
=250〃7〃7。
(2)主梁BQ:
力=(1/12、1/8)x25OO=210/77/77〜320〃〃〞,取力=500mm;
b=(1/3'1/2)x500=170〃"?
?
~250〃"",取Z?
=250nun。
(3)8~10、10~12轴间主梁尺寸:
力=(1/12'1/8)x3600=300/77/7?
~400〃?
〃?
,取/?
=400〃“〞,b=250mm。
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:
Ac>Nc/(axfc)
(2-1)式中:
a——轴压比(一级、二级、三级0.9,短柱减0.05);
fc——観轴心抗压强度设计值;
g——估算柱轴力设计值。
(2)柱轴力设计值:
Nc=\25CN
(2-2)式中:
N——竖向荷载作用下柱轴力标准值(已包含活载);
C——中柱C=l、边柱、角柱
(3)竖向荷载作用下柱轴力标准值:
N=nAq
(2-3)
n——柱承受楼层数;
A——柱子附属面积;
q——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
q=\2~\5kN]nd,此处取q=15kN/m2
(4)柱A:
A=,
/V=15X16.92x6=1522.8W,
=1.25x1.lxx!
522.8=2094W,
2094x1000.
Ar>—=
=0.9x14.3“62704〃"。
取截面为500mmx500〃〃〞,Ac=250000/?
?
///2>162704〃〃〃'
同理,柱B]、D也取截面为500/77/?
/x500mm0
计算简图确实定
1•线刚度计算
根据地质资料,确定根底顶面离室外地面为600mm,室外高差为300mm,由此求得底
层层高为5.Imo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1=1.51,中跨梁取1=21(I为不考虑楼板翼缘作用的梁
000
截面惯性矩)。
(1)由?
混凝土结构?
中得到线刚度计算公式如下:
・EI
I=——
H
(2-
式中:
H——梁的长度;
E——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:
-4.7=O.831xlO~3Em;12
Zl:
3-3.9=1.34x10-3£/7?
3;
12
2二〜六层柱
Zl:
3-2.9=1.8xlO"3E/n3;
12
UL?
rsj
oc
Zl
7LL
oo
「71
L?
oo
K
g
6
CN
oc
•
V
Zl
7LL
'L;-
uo
•
g
6
0
■
oo
Z1
•L-
□0
•
*-7*
L2一
□0
•
—
o
3
Cxj
■
OD
0
Zl
LZ1
□o
'L2Z1
oq
h
6
Cxj
oc
<
z:
L,Zl
g
LL2Z1
g
—
6
I
•
v-■
sx\\
ZlZl
□Zl
•
x
\\\
1700
2500
图2-2梁柱线刚度图〔单位:
10W〕
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〕:
0」2x25=3kN/m1;
0.02x17=0.34W/zm2;
结构层:
120mm厚钢筋混凝土整浇层
抹灰层:
20mm厚混合砂浆
小计
5.324W/m2o
2.楼面恒载:
找平层:
20mm厚1:
3水泥砂浆找平
0・02x20=0・4RN/加丄;
结构层:
120mm厚现浇板
;
抹灰层:
20mm厚混合砂浆
2;
小计
4.0kN/m2o
3.墙体恒载:
240mm厚空心砖
2;
20mm厚水泥砂浆面
2。
小计
2.24kN/nr。
120mm厚空心砖
2;
20mni厚水泥砂浆面
。
小计
52kN/m2o
4•梁的自重线荷载:
梁LI、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
0.25x0.5x25=3・\25k叫m;
0.02x(0.5-0.12)x2x17=kN/m;
0.25x0.4x25=2.5kN/m;
kN/m;
梁L4自重线荷载
梁侧粉刷线荷载
5•柱自重线荷载:
;
kN/m。
Zl:
ty=0.5x0.5x25+kN/m;
6•门窗自重:
木门,自重0.2kN;塑钢门窗,自重0AkN°
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
w2.w3:
q=)x0.8=4ASkN/tn;
W4:
6/=1.52x(2.9-)kN/m;
必:
-0.35)x0.8=3.1kN/m;
%:
q)。
函:
q=(2.9-0.5)=;
&各层梁所受恒载:
w—d
-——旷
』A
图3-2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:
q=3.6x5.33=;
梁、门、墙:
0
2〕集中荷载
®A点
屋面:
§=1.8x4.7x5.33=29.563;
梁:
q=2.69x3.6+3.38x4.74-2=17.63W;
女儿墙:
q=2.4x1.2x3.6=1O.37A7V;
小计
Fa册o
②D点
屋面:
q=1.15x2.5x5.33=;
梁:
q=1.21x2.5x—x2+—x3.38x2.5+2.69x3.6x-4-2=\5A2kN;
422
女儿墙:
q=2.4xl.2x2.3=6.62W;
小计
Fd。
3冋点
屋面:
^=(lx1.8xl.8<-2+-xl・152x2+丄(0・2+2.5)xl.15+1(1.1+4.7)x1.8)x533=67.21W;
22
22
梁:
q=l・21x2・5x丄x2+3・38x2・5x丄+3・38x4・7x丄=35・07kN;
422
小计
F&=。
57.56?
02.28J/.J6
/k
7
/\
A
B1
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
g=3.6x3.74=13・37£N伽;
q=3.38+2.24=。
楼面:
2〕集中荷载
©A点
楼面:
梁:
柱:
墙:
梁、门、墙:
<7=1.8x4.7x3.74=31.64kN;
=2.69x3.6x|x2+3.38x4.7x|=17.63W;
°=2.9x7.082=20.54RN;
§=3.6x2.24+丄x4.7x2.24=13.33RN;
2
0=2・9x7・O82=2O・54册;
/X
/
X
LCC
I
•
A
B1
J
墙:
=3.1x2.5xlx2+lx4.48x3.6x2+5.38x2.5xl=26.73^
q=3.1x2.5x丄x2+3.8x3.6+5.38x2.5x丄+5.38x4.7x丄=36.92kN;
22
图3-4二〜五层梁所受恒载图
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相同。
不上人屋面活荷载:
0.5kN/m2;
厕所、浴室活荷载:
2;
走廊、楼梯活荷载:
2;
阳台、阅览室活荷载:
2;
楼面活荷载:
2.0kN[m1o
(1)二〜屋顶层梁所受活荷载(图3-5)
1)线荷载g=3.6x2.0=kN/m;
2)集中荷载
A点;
D点g=l」5x2.5x2=5.75W;
色点22」。
22
竖向荷载作用下框架所受荷载总图
5/戈6
/f\
、心8
\/
f
83.1^1
13.472
心
X
/
/
/f
h
\
/
\
/
•
/
A
D
—
图3-6整棍框架所受恒荷载
图3-7整棍框架所受活荷载
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:
叫=Axz/cx/ (3-1) 式中: A——高度z处的风振系数,由于房屋结构高宽比小于1.5,所以P: ; ——风压髙度变化系数; ——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-0.50 2.风荷载设计值计算公式如下: &+h'B/2(3-2) %2=(3一3) B——计算单元宽度; h,——下层柱高; 勺一一上层柱高,对于顶层为女儿墙的2倍; 乙一一可变荷载分项系数,取。 表3-1风荷载计算结果表 层 次 0; /(KN/m2) 迎风而 背风面 /kN Z|/m ◎ IV /(KN/m1) Zi/ni ": 2 % KKN/m1) 6 0.35 0.336 5 0.35 1.134 1・134 -0.194 5.39 4 0.35 -0.181 5.00 3 0.35 0.28 -0.175 4.75 2 0.35 6.1 0.28 6.1 -0.175 1.75 1 0.35 0.28 -0.175 5.00 图3-8风荷载作用下计算简图 第4章力计算 4.1风荷载作用下弯矩求解 I.D值计算 (1)一般层: 4訴心黑厶心皐 crIr2+KcIr (2)底层: “/;+/.门•120.5+K.12 /c=__,D=^xzfx__=____x? fx_o (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 K D 为D 2'6 层 A柱 2x0.831心“= 0.462.Q12n x1.8x——-= 2+0.4622 耳柱 2x0.831+2x1.56,“ =1 133乂乂匕一 2+1.3329 I)柱 2x1.56_08? 0.87(°12 xl.8x―-= 2+0.8720 底层 A柱 °九 0.6212八K X1.34X—r=0.252+0.622 坊柱 0.831+1.56=1.78 |3419 xl.34x二一 2+1.342 D柱 L56 1,6 2+1.1630 2.V值计算 根据v=JL^v可求得每层各柱的剪力V值,如下表所示: mJ 表4-2风荷载作用下剪力V计算 层数 V品KN) 匕(KN) V^KN) Vd(KN) 6层 0482 1026 0779 5层 0.482 = 1026 x1 0779 4层 °-482 = 1026 0.779心x1 3层 20.35 0482X 吗 =9129 0779X = 2层 25.1 。 性25」 22B7X25J 0779X 1层 30.1 0388x30.1 3•反弯点高度艸计算 根据总层数〃2,该柱所在层“,梁柱线刚度比K,查表得到标准反弯点系数儿;根 据上下横梁线刚度比值i查表得修正比;根据上下层高度变化查表的修正值力、儿。 那 么各层反弯点高度为yh=〔y0+儿+力+『3〕x〃如下表所示: 表4-3风荷载作用下反弯点高度yh计算 展数 m n h 柱号 儿 X 〉'2 儿 y 6层 6 6 A 0.231 0 0 0 0.231 0.67 d 0.367 0 0 0 0.367 D 0.335 0 0 0 0.335 0.972 5层 6 5 A 0.331 0 0 0 0.331 0.960 0 0 0 0.417 D 0.100 0 0 0 0.400 1.16 4层 6 4 A 0.381 0 0 0 0.381 1.105 B\ 0.450 0 0 0 0.450 D 0.450 0 0 0 0.450 3层 6 3 A 0.450 0 0 0 0.450 场 0.467 0 0 0 0.467 D 0.450 0 0 0 0.450 2层 6 2 A 0.500 0 0 0.450 d 0.500 0 0 0 0.500 1.150 D 0.500 0 0 0.450 1层 6 1 A 0.700 0 0 0 0.700 2.73 场 0.572 0 0 0 0.572 D 0.634 0 0 0 0.634 2.473 4.弯矩计算 根据各柱分配到的剪力及反弯点位置M可以计算第j层第丿•个柱上、下端弯矩分别 为-刃、肉=V詁iy°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: M,,=+M爲. 对于中跨,由于梁的端弯矩与梁的线刚度成正比,因此 lb+0 b 因此,可以绘得整棍框架在风荷载作用下的弯矩图: 19.34声Z卞亦27.203^^ 图4-1风荷载作用下弯矩图 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〜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那么,先将梯形分布荷载及三角形分布荷载,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。 3623 q=0.5=0.383,a1=0.5x^^=0.46,g•边=g&n+(1—+a8abi ・75 5 gw=g/e+§g必2。 (2)各杆的固端弯矩叫詁g/边。 1)竖向恒荷载作用下弯矩 1屋顶层: M4场=一-x1&7x2=—34.4kN•m,M阳=34.43-m; 12 M冲〕2=-S.S5kN•m,MHG=S.S5kN-m; 12 2二~六层: =—26.43m,=2S4kNm,M叩=425kN・m,妨=6.85Z7V・rn。 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 计算方法与恒荷载作用下相同。 一行.25 -「3 J./b -z -1•乃 -m J./b -S5 「 A [31 J D w、 4700 250C 更 C_D 6-j y CD 更 6 1、 ex 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〕 12 3 45 6 78 9 g 6 g 6 CxJ 3 Csj o 3 CsJ g CxJ 10 11 12 aw 4/0C 2500 图4-5节点编号 节点1: 一0.831+1.8一'*,"“一 0.684; 节点2: 节点3: 节点4: 节点5: 节点6: 节点7: 节点8: / 节点9: //: ,"0.831+1.8+1.56"°198? 3 九 =0.372, ==043; 「 1Q——: ——=0.536; =°・464,//36 '"1.8x2+0.831_°'406, "°139"% ^=1.8x2+=QJ88; =0.261, “63-“69-1 =0.349, 一1.8+1.34+0.831一°453' =03• //6S==0.302; 65 ^7'10-1.8+1.34+0.831-°337, 0.831+1.8+1.34+1.56一°"' =0282 0.831+1.8+1.56+1.34' //? 8-1.8+1.34+0.831_021: _0.831+1.8+1.56+1.34_, Aj,_0.831+1.8+1.56+1.34_°242; ^=+1.8+=°332- "1.56+1.8+1.34"°383'Az,2"1.56+1.8+1.34"°,28: 〕; 3.弯矩分配 (I)恒荷载作用下弯矩分配 下 T • ■V 左 下 0 0 -8,.85 0 O <3 o- O V— &54 777777/W7ZWZ 图4-6屋顶层梁固端弯矩一次分配 上 下 右 T 右 S. 上 下 0 0 0 0 0 0 A <1 -6.6- [> CA V 25).91 -6./5 -2〃 777777. 图4-7三~六层梁固端弯矩一次分配 上 下 右 上 下 右 左 上 下 0 0 0 0 0 0 &90 A <1 A O <1 777777/W7 图4-8二层梁固端弯矩一次分配 下 右 左下 下 0 0 0 0 O <1 A O U -\02 777777/Tn77TL^TTf/TL 图4-9屋顶层梁固端弯矩二次分配 ^5— 0.22v -ZM 777777} 左 上 F 右 i 丄 0 0
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