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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流框架梁设计.精品文档.框架梁设计 混凝土结构课程设计设计说明书 摘 要 对于此工程，首先要确定的建筑地点的工程概况，它是确定该工程各项建筑指标的标准，比如风载、雪载以及地区的抗震要求，还有地下水位位置以及该地区地下土层状况等。总之，工程概况是一个建筑物建造的必要条件。 之后，根据建造的层数6层，层高3.6m，横向边梁梁跨8.0m，中间梁梁跨3.0m，确定柱子截面、板厚以及梁的截面尺寸。再根据钢筋混凝土框架梁、柱性质确定框架结构侧向刚度。 第二部分就是重力荷载及水平荷载计算。根据计算简图确定框架结构内力标准值，之后进行五种内力组合，包括梁的内力
2、组合、柱的内力组合。确定这些后就开始选择最不利内力组合，利用这些值进行梁、柱截面设计，配出所需要钢筋，并画出配筋图。 关键词：框架梁、柱尺寸的确定；竖向荷载内力求解；水平荷载内力求解；内力组合；界面设计。 1 混凝土结构课程设计设计说明书 目 录 1 工程概况 . 1 2 梁、柱截面尺寸及计算简图 . 1 1)梁、柱截面尺寸的确定 . 1 2)基础选型与埋深 . 2 3)框架结构计算简图 . 2 3 框架梁、柱线刚度计算 . 2 4 竖向荷载内力计算 . 4 1）屋面及楼面的活荷载标准值 . 4 2）计算单元及计算单元简图 . 4 3）活载计算 . 5 4） 内力计算 . 6 5内力组合 .
3、10 1）梁控制截面内力标准值 . 10 2）梁控制截面内力组合值 . 12 3) 柱控制截面内力组合 . 17 6 梁、柱截面设计 . 19 1)梁截面设计. 19 2) 柱截面设计. 22 2 混凝土结构课程设计设计说明书 1 工程概况 某行政楼采用六层现浇钢筋混凝土结构，结构平面布置图见图1,各层高均3.6m。拟建房屋所在地基本雪压s0=0.4KN/,基本风压w0=0.45KN/，地面粗糙度为类，不考虑地震设防，设计使用年限50年，面降雨量650mm，常年地下水位6m，水质对混凝土无蚀性。地基承载力特征值fak=160KN/。 图1 框架结构平面布 行政楼 内墙和外墙均采用250mm厚水
4、泥空心砖（9.6KN/）砌筑，外墙面贴瓷砖（0.5KN/），内墙面抹20mm厚混合砂浆。窗户尺寸1.5m1.8m，门尺寸为0.9m2.7m，门窗单位面积重量为0.4KN/。屋面采用卷材防水和组织排水，采用结构找坡，按上人屋面考虑。女儿墙高度1.2m，采用粘土实心砖砌筑，强度为9KN/。在1-2层混凝土强度等级为C40,2-4层采用C35，楼板厚100mm，混凝土强度等级为C30。其强度设计值：C40(fc=19.1KN/，ft=1.71KN/）；C35（fc=16.7KN/，ft=1.57KN/）。 2 梁柱截面尺寸及计算简图 1）梁柱截面尺寸的确定 梁截面高度按梁跨1/18-1/10，由此估
5、出梁截面尺寸见表1。 柱截面尺寸可根据公式Ac(1.1-1.2)N/fc，N=1.25Nv估算。各层的重力荷载可接近 gE=14KN/，与图1边柱及中柱的负载面积分别F=8.04.0,和F=8.0(1.5+4.0)。有上述公式可得第一层柱截面面积为: 边柱Ac1.2N/fc=1.21.25（68.04.01410）/19.1=211099.5 中柱 Ac1.2N/fc=1.21.25（68.05.51410）/19.1=290261.8 1 33 混凝土结构课程设计设计说明书 表1 梁截面尺寸（mm）及各层混凝土强度等级 如截面采用为正方形，则边柱和中柱截面尺寸分别为460mm和539mm。所
6、以可取600mm600mm。 2）基础选型及基础埋深 基础选用柱下条形基础，基础埋深2.2m（地沟和地下管道顶预留高度按1.0m考虑），室内外地坪高度差为0.5m。 3）框架结构计算简图 选取3号轴一榀框架进行分析，其计算简图见图二。 图2 横向框架计算简图 柱子轴线重合，两轴线取在板底处，2-6层柱计算高度即为层高取3.6m；底层计算高度从基础梁顶面取至一层底板，即h1=3.6m+2.2+0.5-1.2-0.1=5.0m。 3 计算框架梁、柱线刚度计算 1）框架梁线刚度计算 2 混凝土结构课程设计设计说明书 框架梁线刚度ib=EIbb。考虑到楼板的作用，对中框架梁，ib=2EIbb，对边框架
7、梁，ib=1.5EIblb，其中bh的矩形截面梁计算所得的梁截面惯性矩，计算结果见表2。 4250?600 以第一层为例：AB、CD跨，Ec=3.2510，bh=250600，I0=4.5 12 3 109,则利用公式求得ib=2EIbb=23.251044.5109/8.0=3.6561010 （N?mm）。BC跨bh=250300，I0=0.563109，ib=2EIblb=1.2201010（N?mm）。 2）框架柱线刚度计算 （见表3） 表3 柱线刚度（N?mm） 3 混凝土结构课程设计设计说明书 图3 框架梁、柱刚度（1010N?mm） 4 竖向活荷载内力计算 1）屋面及楼面可变荷载
8、标准值 上人屋面均布荷载标准值 2.0 KN/ 楼面活荷载标准值（房间） 2.0 KN/ 楼面活荷载标准值（走廊） 2.5 KN/ 2）计算单元及计算单元简图 取第三榀框架进行计算。由于楼面荷载均匀分布，所以可取两轴线之间的长度为计算单元，如图3 图4 竖向荷载作用下框架结构的计算单元 4 混凝土结构课程设计设计说明书 3）活载计算 如图5所示，q1，q2为面板传给横梁的梯形和三角形分布荷载峰值，由图4所示计算单元可得。 图5 活载计算简图 屋面活载： 4=8.0（KN/m），q2=2.03.0=6.0（KN/m） q1=2.0 P1，M1,P2,M2由板上荷载产生的集中荷载与集中力矩， 由图
9、5可得。 A1=421/2=4，A2=(4+8)2/2=12 A3=(34-31.5/2)/2=4.875 则，P1=2.0（2A1+A2）=2（24+12）=40kN P2=2.0(2A1+A2+2A3)=2(24+12+24.875)=59.51kN M1=P1e1=40(600-250)/2=7.0kN?m M2=P2e2=59.50.175=10.413kN?m 楼面荷载 q1=2.04=8.0（KN/m），q2=2.53=7.5（KN/m） P1=2.0（2A1+A2）=2（24+12）=（40kN） P2=2.0(2A1+A2)+2.52A3=64.375（kN） 第1-5层：e1
10、=e2=0.175m，M1=P1e1=40(600-250)/2=7.0kN?m M2=P2e2=64.3750.175=11.27kN? m 5 混凝土结构课程设计设计说明书 根据以上计算结果，各层框架梁上的竖向荷载标准值见表4。 注：q1、q2的量纲为KN/m，P1、P2的量纲为KN，M1、M2的量纲为kN?m。 4）活荷载内力计算 本设计中，因结构和荷载均对称，故取对称轴一侧的框架梁为计算对象，且中间跨取为竖向滑动支座如图6所示。采用二次分配法计算杆端弯矩。对弯矩剪力轴力的符号规定为：杆端弯矩以绕杆顺时针旋转为正，节点力矩以绕节点逆时针为正；杆端剪力以绕杆件顺时针为正；轴力以受压为正。
11、图6 活载作用下框架梁弯矩二次分配 上柱 0.437 13.547 12.028 0.776 下柱 0.224 右梁 -38 6.944 -2.651 -0.624 -34.631 0.126 -38 3.906 -1.481 0.214 左梁 38 -5.32 3.472 0.353 36.523 0.123 38 -2.961 1.953 6 上柱 0.425 -10.231 -121 0.74 下柱 0.046 右梁 -2.813 -1.14 0.076 -3.877 0.027 -3.516 -0.649 7 -10.41 7 附加弯矩 -11.27 混凝土结构课程设计设计说明书 -7
12、.569 18.006 0.437 13.547 6.774 -5.273 15.048 0.437 13.547 6.774 -5.111 15.211 0.413 12.8 6.774 -5.076 14.491 0.477 14.787 6.637 -2.202 19.222 4.538 -2.183 -37.758 0.126 -38 3.906 -1.481 -1.52 37.049 0.126 -38 3.906 -1.481 -1.474 -37.049 0.16 -38 4.96 -1.878 -1.966 -36.884 0.179 -38 5.549 -2.02 -0.82
13、7 -35.298 1.517 38.509 0.123 38 -2.961 1.953 1.018 38.01 0.123 38 -2.961 1.953 0.986 37.978 0.156 38 -3.756 2.48 1.25 37.974 0.174 38 -4.039 2.775 0.386 37.122 5.241 -14.158 0.425 -10.231 -5.116 3.519 -11.828 0.425 -10.231 -5.116 3.407 -11.94 0.403 -9.847 -5.116 3.228 -11.525 0.463 -10.748 -4.996 1.
14、028 -14.716 -7.753 0.742 -10.527 -5.264 0.333 -3.877 0.027 -3.516 -0.649 0.223 -3.942 0.027 -3.516 -0.649 0.216 -3.949 0.026 -3.516 -0.691 0.209 -3.998 0.029 -3.516 -0.673 0.064 -4.125 7 附加弯矩 -11.27 7 附加弯矩 -11.27 7 附加弯矩 -11.27 7 -11.27 （1）计算玩具分配系数 图6所示计算简图的中间跨梁跨减小一半，故其线刚度值增大一倍。具体步骤如下。其中SA、SB分别表示边节点和
15、中节点各杆端的转动刚度之和。 第一层：SA=4(9.75+7.02+3.656)103=420.426(N?mm/rad） 7 混凝土结构课程设计设计说明书 SB=4（3.656+9.750+7.02）+21.220=421.036(N?mm/rad） 则： 9.7507.0203.656AA=0.477 ，?下柱=0.344，?右梁=0.179 20.72620.42620.426 9.7507.0203.656BBB=0.463，?下柱=0.334，?左梁=0.174 ?上柱21.03621.03621.036 2?1.22B=0.029 ?右梁4?21.036A=?上柱 （2）计算活荷载
16、固端界面弯矩 1MA1?q1l2(1?2?2?3) 12 =-38kN?m MB1?55q2l2?7.5?1.52=-3.516kN?m 242412223?8?82?1-2?（）?（）1288? （3）采用弯矩二次分配法计算杆端弯矩 活载作用下框架各节点的弯矩分配以及杆端分配弯矩的传递过程在图6中进行，最后所得杆端弯矩应为固端弯矩、分配弯矩、和传递弯矩的代数之和，不计入节点力矩。 活荷载作用下弯图见（图7）所示。 图7 活荷载作用下的弯矩图 （4）梁端剪力及柱轴力计算 根据梁上荷载及梁端弯矩，用平衡条件求的 梁端剪力。将柱两侧的梁端剪力、节点集中力及 柱轴力的叠加，即得柱轴力。以下以第六层为
17、力 说明梁端剪力及柱轴力计算过程。 梁端剪力计算 a.活荷载作用下，梁端弯矩产生的剪力为： AB跨： VA=VB=-(-34.631+36.523)/8.0=-0.237 （kN） BC跨:VB=VC=-(-1.064+1.064)/3.0=0 b.梁上荷载引起剪力为： 1AB跨：VA=-VB=?8.0?4?8?2?24（kN） 2 8 混凝土结构课程设计设计说明书 11 BC跨: VB=-VC=?6?3=4.5（kN） 22 总剪力为： AB跨：VA=24-0.237=23.763（kN），VB=-24-0.237=-24.237（kN） BC跨：VB=-VC=4.5（kN） 柱轴力计算 活
18、荷载作用下的轴力，第6层A柱 ub=NA=40+23.763=63.763（kN） NA 第6层B柱为： ub =NA=59.5+24.237+4.5=88.237（kN） NA 其余各层梁端剪力及柱轴力的计算过程与计算结果见表5 9 混凝土结构课程设计设计说明书 注：表中弯矩的量纲kN?m；梁端弯矩及剪力均以绕杆段顺时针为正方向，轴力以受压为正。 5 内力组合 1）梁控制截面内力标准值 根据第3、4层梁在横载、活载、风荷载标准值作用下，支座中心处及支座边缘处（控制截面）的梁端弯矩值和剪力值，其中支座中心处的恒载弯矩值和剪力值取自3号同学，水平荷载的值取自5号同学，活荷载取自图7，表6；支座边
19、缘处弯矩值Mb和剪力值Vb按下述方法计算。表7为第3层，表8为第4层。具体数据见表7，表8。 均布荷载q作用下： Mb=M?V?b/2 Vb=V?q?b/2 三角形荷载q?作用下：Mb=M?V?b/2 Vb=V?q?/2?b/2 风荷载作用下： Mb=M?V?b/2 10 混凝土结构课程设计设计说明书 Vb=V 上述各式中的均为支座中心处的弯矩值和剪力值，b为柱截面高度。 因为柱子采用的均为600mm600mm，所以柱轴线至梁边缘的距离为0.6/2=0.3m。 第3层AB跨梁A支座边缘处的活载作用下弯矩及剪力值内力为： 0.3=-29.884kN?m Mb=M?V?b/2=-37.049+23
20、.884 Vb=V?q?/2?b/2=23.884-1.2/20.3=23.704（kN） q?=0.3/28=1.2KN/m B支座边缘处内力为： Mb=M?V?b/2=37.978-24.1160.3=30.73kN?m Vb=V?q?/2?b/2=-24.116+1.2/20.3=-23.936（kN） BC跨：B支座边缘处内力为： Mb=M?V?b/2=-0.443+5.630.3=1.256kN?m Vb=V?q?/2?b/2=5.63-1.2/20.3=5.45（kN） 注：表中弯矩的量纲kN?m；梁端弯矩及剪力均以绕杆段顺时针为正方向。 表8 第4层框架梁端控制截面内力标准值 1
21、1 混凝土结构课程设计设计说明书 注：表中弯矩的量纲kN?m；梁端弯矩及剪力均以绕杆段顺时针为正方向。 2）梁控制截面的内力组合 框架梁进行非抗震内力组合，框架梁端控制截面内力组合值见表9，相应截面的内力标准值取自表8。在进行内力组合时，竖向荷载作用下的梁支座截面负弯矩乘调幅系数0.8，跨中截面弯矩相应增大（由平衡条件确定）。 现以第3层为例，说明非抗震组合在 1.2SGK?1.4SWK?1.4?0.7SQK组合项中各控制截面内力组合值的计算方法。 左风作用下，由表7的有关数据，可得各控制截面的弯矩和剪力组合值： MA=1.2?0.8MGK?1.4MWK?1.4?0.7?0.8MQK =1.2
22、0.8(-99.906)+1.417.870+1.40.70.8(-29.884)=-94.321KN?m Mbl=1.2?0.8MGK?1.4MWK?1.4?0.7?0.8MQK =1.20.8101.450+1.417.839+ 1.40.70.830.73=170.807kN?m Mbr=1.2?0.8MGK?1.4MWK?1.4?0.7?0.8MQK =1.20.81.256+1.48.353+1.40.70.81.256=7.511kN?m VA=1.2VGK?1.4VWK?1.4?0.7?VQK =1.285.975+1.4(-4.826)+1.40.723.704=119.644
23、kN 12 混凝土结构课程设计设计说明书 VBl=1.2VGK?1.4VWK?1.4?0.7?VQK =1.2(-86.417)+1.4(-4.826)+1.40.7(-23.936)=-133.913kN VBr=1.2VGK?1.4VWK?1.4?0.7?VQK =1.28.009+1.46.683+1.40.75.45=24.307kN 表9 第3层框架梁端控制截面非地震内力组合值 KN；梁端弯矩及剪力均以绕杆段顺时针为正方向。 表10 第4层框架梁端控制截面非地震内力组合值 13 混凝土结构课程设计设计说明书 注：表中弯矩的量纲kN?m；剪力量纲为KN；梁端弯矩及剪力均以绕杆段顺时针为
24、正方向。 求框架梁跨中最大弯矩时，应根据梁端弯矩组合值及梁上荷载设计值，由平衡条件 14 混凝土结构课程设计设计说明书 确定。梁端弯矩值和剪力值组合值均采用支座中心处的内力，从表9，表10取值。 图8 AB跨计算简图 以第3层为例： 12.513=15.016KN/m q0=1.2 13+0.71.48=23.44KN/m q1=1.2 由于梁端弯矩值系支座边缘处的弯矩值，故计算时应取净跨： ln=8-0.6=7.4m 由图可计算出两端剪力值： 7.4/2+23.444/2+23.441.7/2)-(170.807-94.321)/7.4 VA=(15.016 =112.027kN 7.4/2
25、+23.444/2+23.441.7/2)+(170.807-94.321)/7.4 VB=(15.016 =122.363kN 因为最大弯矩出剪力为0，即V(x)?0。可以先假定剪力为0处x?1.7，那么， 112.027-15.016?1.7-23.44?1.7? x=1.7+23.44?15.0161=3.453m，则假定成立。 跨中最大弯矩值 M=-94.321+112.0273.453-15.0163.4533.453/2-23.441.7531.753/2-23.441.71/2(1.753+1.7/3)=120.756kN?m 1.386=1.663KN/m BC跨： q0=1.
26、2 9.75+0.71.4 7.5=19.050KN/m q1=1.215 混凝土结构课程设计设计说明书 由图8，可求得梁两端剪力值。 图9 BC跨计算简图 因MBr=MCl=7.511kN?m，则由结构以及荷载对称可以知道最大剪力值在BC跨梁中点处。 2.4/2+19.0502.4/21/2=13.426kN; VB?VC=1.663 M=7.511+13.4261.2-1.6331.21.2/2-19.0501.2/21.2/3 =17.853kN?m 其他数据见表11，表12. 表11 第4层框架梁控制截面内力组合值 16 混凝土结构课程设计设计说明书 表12 框架梁控制截面内力组合值
27、注：表中弯矩的量纲kN?m；剪力量纲为KN；梁支座和跨中截面的弯矩均以下部受拉为正，梁端剪力以绕杆顺时针为正。 3）柱控制截面组合 框架柱的控制截面为上下端面，为简化计算，可偏向安全地取上下层两轴线处。第3、4层A、B柱非地震内力组合值见表13。表中弯矩与剪力均以绕杆端顺时针方向为正；柱子以受压为正。图9是第3、4层柱端在恒载、活载、左风作用下弯矩图以及相应的剪力和轴力的实际方向，内力组合应根据这些图确定内力值的正负。 图9 第3、4层框架柱示意图 （a） 恒载 （b）活载 （c）左风 以第3层A柱在1.2SGK?1.4SWK?1.4?0.7SQK组合下计算。 左风 17 混凝土结构课程设计设
28、计说明书 柱上端：M=1.245.39+1.4(-15.459)+1.40.714.831=47.360kN?m N=1.21218.17+1.4(-11.048)+1.40.7255.439=1696.667kN V=1.2(-25.006)+1.47.063+1.40.7(-8.261)=-28.215kN 44.63+1.4(-9.967)+1.40.714.91=54.214 柱下端：M=1.2 kN?m N=1.21253.51+1.4(-11.048)+1.40.7255.439=1739.075kN V=1.2(-25.006)+1.47.063+1.40.7(-8.261)=-
29、28.215kN 注：表中弯矩的量纲kN?m；轴力、剪力量纲为KN；梁支座和跨中截面的弯矩均以顺时针为正，梁端剪力以绕杆顺时针为正，柱子受压为正。 注：表中弯矩的量纲kN?m；轴力、剪力量纲为KN；梁支座和跨中截面的弯矩均以顺时针为正，梁端剪力以绕杆顺时针为正，柱子受压为正。 18 混凝土结构课程设计设计说明书 注：表中弯矩的量纲kN?m；轴力、剪力量纲为KN；梁支座和跨中截面的弯矩均以顺时针为正，梁端剪力以绕杆顺时针为正，柱子受压为正。 注：表中弯矩的量纲kN?m；轴力、剪力量纲为KN；梁支座和跨中截面的弯矩均以顺时针为正，梁端剪力以绕杆顺时针为正，柱子受压为正。 6 梁柱截面设计 1）梁截
30、面设计 22 材料强度C35（fc=16.7N/mm,ft=1.57N/mm）；HRB335级钢筋（fy=300N/mm2 2 ）;HPB300级钢筋（fy=270N/mm）。 第3层梁截面设计 从表11中挑出AB跨中及支座截面最不利内力，即 AB跨： 19 混凝土结构课程设计设计说明书 跨中截面：M=199.019（kN?m） 支座截面：MA=-144.357kN?m，MBl=-171.143 kN?m VA= 139.296kN， VBl=-141.264 kN BC跨中：M=17.835 kN?m， 支座截面：MBr=-15.877 kN?m， V=24.307 kN （1）梁正截面受弯
31、承载力计算 AB跨中：M=199.019 (kN?m) ? 因梁板为现浇，故对正弯矩按T型截面计算。as=40mm，hf=100mm,h0=510mm。 ?hf/h0=100/510=0.196>0.1，故bf不受影响；b+sn=4000mm,8000/3=2667mm，故取较 ?小者bf=2667mm。 ?1fcbf?hf?(h0?bf?/2)=1.016.72667（510-100/2) 100= 2048kN?m>M= 199.019kN?m 故选第一T型截面。 199.109?106 ?s=2=0.0172 ?1fcbfh021.0?16.7?2667?510M ?1-2?
32、s=0.0174 ?2As=?1fcbfh0?/fy=1.016.726670.0174510/300=1317.5mm 又Amin=?minbh，其中?min=max(0.45ft，0.2）则?min=0.2355， fy 2Amin=0.2355250550=323.812mm。 ?2A 选用5 20全部伸入支座，作为受压钢筋（s=1570mm） ?2kN?mAM支座A：A=-144.357，s=1570mm。 ?M?fyAS(h0?as)144.357?106-300?1526?（510-40）?s=<0 221.0?16.7?250?510?1fcbfh0 20 混凝土结构课程设
33、计设计说明书 则不需要考虑受压筋，直接梁上部受拉进行设计。 ?s=M ?1fcbfh02=0.133 ?1-2?s=0.143<?b=0.550 As=?1fcbh0?/fy 可选用2=1.016.72500.143510/300=1015mm 2420（1256mm）。 2BC跨梁：计算方法与上述相同，计算结果为：跨中截面 A =233 mm，实配钢筋2 S 16（402 mm）；支座截面A S =240 mm,采用 面上部钢筋不截断，全部贯通布置。 （2）梁斜截面受剪承载力计算 AB跨梁支座截面剪力值相差较小，所以两支座截面均按V=141.264kN确定箍筋数量。因 h w / b
34、=510/250=2.04<4,故 22216（402mm） ；且BC梁支座截2 0.25?cfcbh0=0.251.016.7250510=532.3kN>V=141.264kN 截面尺寸满足要求 0.7ftbh0?0.7?1.57?250?510?140.125，与V=141.264kN接近，所以此梁可以按构造配置箍筋,取8 经计算BC跨也按照构造要求配置箍筋，取 第4层梁截面设计 从表12中挑出AB跨中及支座截面最不利内力，即 AB跨： 跨中截面：M=234.974 kN?m 支座截面：MA=-138.595kN?m kN250 8 250 MBl=-142.832kN?m
35、VBlkN VA = 139.336 =140.113 BC跨中：M=23.793kN?m， 21 混凝土结构课程设计设计说明书 支座截面：MBr=-13.451kN?m， V=20.630 kN 其第四层计算方法与第三层相同，配筋结果为：As=1552.2mm，AB跨采用5根 2 As 2220（1570mm2），并全通入支座中；A支座 =972 mm，用4 18（1018mm）；支 22座B,AS=1013mm,同样采用4 18（1018mm）。BC跨跨中用2 16；支座处 用2 16，不截断，贯通整个梁。箍筋在AB跨、BC跨均为8 250。 2）柱截面设计 （1）柱正截面受压承载力计算 下面以第3层A柱为例说明计算方法。 ?fff 纵筋选用HRB400级（y=y=360 N/mm2）钢筋，箍筋用HPB300级(