第二章结构设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流第二章结构设计.精品文档.第二章 结构设计第一节 框架结构的设计一， 工程概况旅馆为六层钢筋框架结构体系，建筑面积约6600m2，建筑平面为M字形。多层高3.9m，其它层3.6m，室内外高差0.45m，因毕业设计未给定0.000标高所对应绝对标高，框架平面柱网布置图如图2-1所示：二， 设计资料1， 气象条件基本风压0.35N/m2，基本雪压0.35 N/m22， 抗震设防烈度8度第二组，设计基本地震加速度值为0.002g3， 工程地质条件地层由杂填土，粉土，粗砂，砾砂组成。4， 屋面及楼面做法屋面做法：防水层：二毡三油或者三毡四油结合层：冷

2、底子油热马蹄脂二道保温层：水泥石保温层（200mm厚）找平层：20mm厚1:3水泥砂浆结构层：100mm厚钢筋混凝土屋面板板底抹灰：粉底15mm厚5， 材料混凝土强度等级为C30，纵筋HRB335，箍筋HPB2356， 设计依据建筑地基基础设计规范（GB50007-2001）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）混凝土设计规范理解与应用北京：中国建筑工业出版社2002混凝土结构设计规范算例中国建筑工业出版社2003房屋结构设计毕业指南第二节 框架结构设计计算一， 梁柱面，梁跨度及柱高的确定1， 初估

3、截面尺寸板厚：取h=L/50=3900/50=78mm，取h=100mm。横梁：高h=L/8L/14=（1/81/14）7200=900513，取h=600mm，纵梁：高h=L/12L/18=（1/121/14）7800=650433.3，取h=600,mm，梁宽：b=（1/21/3）h 且h/b=11.5为了方便施工，取梁的宽度为300mm。2， 框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下例公式计算（1） 柱组合的轴压力设计值N=注：考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，F按简支状态计算柱的负载面积折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可以近似取1KN/m2n为验算截面以上的楼层层数（2） Ac

4、=N/ un 注：un为框架柱轴压比限值，本方案为二级框架，则un取0.8 为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为C30混凝土，则取14.3kN/mm2（3） 计算过程对于边柱：N= =1.314146=1528.8(KN)Ac=N/ un =1528.8103/0.814.3=133636（mm2）对于内柱：N=1.218.8146=1895.04(KN)Ac=N/ un =1895.04103/0.814.3=33873.84（mm2）因此：取柱bh=500mm500mm即可满足要求柱：所有层柱截面尺寸为500mm500mm梁：梁编号见图2-2其中：图2-2其中：L1：bh=300mm600

5、mm L2：bh=250mm500mm3， 计算梁的跨度如图2-3所示，框架梁的计算跨度以上柱柱形心为准，由于建筑轴线与强重合，故建筑轴线与结构计算跨度不同。图2-3梁的计算跨度4， 柱高度底层高度h=3.9m+0.45m=4.35m，其中3.9m为底层层高，0.45m为室内外高差。其它柱高等于层高及3.6m，由此得框架计算简图（图2-4）。图2-4横向框架计算简图二， 荷载计算1， 屋面均布恒载按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算时注意：吊顶处做粉底抹灰，无吊顶处做粉底，近似取吊顶粉底为相同重量。二毡三油防水层：0.35KN/m2冷底子油两道结合层：0.05KN/m2200mm厚水泥石保温层：

6、0.26.5=1.3 KN/m220mm厚1:3水泥砂浆找平层：0.0220=0.4 KN/m2100mm厚钢筋混凝土屋面板结构层：0.10025=0.25 KN/m2粉底或吊顶：0.5 KN/m2合计：5.1 KN/m2屋面恒载标准值为：602.6175.1=3073.35 KN2， 楼面均布恒载按楼面做法逐项计算水磨石地面：0.65 KN/m2100mm厚钢筋混凝土整浇层：0.125=2.5 KN/m2粉底或吊顶：0.5 KN/m2合计：3.65 KN/m2楼面恒载标准值为：602.6173.65=2199.6 KN3， 屋面均布活载计算重力载荷代表值时，仅考虑屋面雪荷载0.35KN/m2

7、由于屋面雪荷载0.35KN/m21.4=1.40.35=0.49（s），应考虑顶点附加地震作用。由于=0.35（s）0.35固按计算按底部剪力法求得的基地剪力，若按：分配给各层质点，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般层，这种分布基本符合实际，但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分析法求得的结果，特别对周期较长的结果相差更大，地震的宏观震害也表明，结果上部往往震害严重，因此引入，即顶部附加地震作用系数考虑顶部地震力的加大。考虑了结构周期和场地的影响，且使修正后的剪力分布于实际更加吻合。因此引入结构横向纵水平地震作用标准值：6544注：为多质点体系结构等效总重力荷载按规定应取总重力荷载代

8、表值得85%顶点附加水平地震作用：=0.1126544=732KN各层横向地震剪力计算见表2-8，其中：各层横向地震作用及楼层地震剪力 表2-8层数63.622.35173163870130.21162.211162.2153.618.75276465183630.271568.992731.243.615.15276464188370.221278.444009.6433.611.55276463193110.17987.884997.5223.67.95276462197860.11639.225636.7414.354.3511911518130.03174.335811.07横向框架各

9、层水平地震作用和地震剪力见图2-6图2-6横向框架各层水平地震作用和地震剪力5、横向框架抗震变动验算多遇地震作用下，层间弹性位移验算见表2-9，层间弹性相对转角均满足要求横向变形验算 表2-9层数层间剪力（KN）层间刚度（KN）层间位移（m）层高（m）层间相对弹性转角61162.217488960.00153.60.0004352731.27488960.00363.60.001044009.647488960.00533.60.001434997.527488960.00663.60.001825636.747488960.00703.60.001915811.076278000.0094.

10、350.0020四、水平地震作用下，横向框架的内力分析 以中框架为例进行计算，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中框架完全相同。故不再在赘述、框架柱剪力及弯矩计算，采用D值法，其结果见表2-10框架柱剪力及弯矩计算表 表2-10层数654321层高3.63.63.63.63.64.35层间剪力1162.212731.24009.644997.525636.745811.07层间刚度74889674889674889674889674889662780013轴柱（19）（KN）y(m)M上M下17轴（）（KN）y(m)M上M下注：y= M上= M下= 框架梁端弯矩、剪力及柱轴力见表2-11地

11、震作用下框架深端弯矩及柱轴力 表2-11层数n65432113-15跨l(m)M左M右（KN）15-17跨l(m)M左M右（KN）柱轴力 (KN)(KN)中柱两侧梁端弯矩按深线刚度分配，地震力作用下框架弯矩见图2-7图2-7 地震作用下框架弯矩图（KN.m）五、竖向荷载作用下横梁框架的内力分析仍取中柱架计算1、 荷载计算第六层梁的均布线荷载13-15跨屋面均布荷载传给梁 5.13.9=19.89KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.1KN/m 恒载 24.99 KN/m15-17跨屋面均布荷载传给梁 5.13.9=19.89KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.

12、1KN/m 恒载 24.99 KN/m 第六层活载： 2.53.9=9.75KN/m第一、二、三、四、五层梁均布线荷载：13-15跨楼面均布恒载传给梁 3.653.9=14.235KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.1KN/m内横墙自重（包括抹灰） 0.296.7（3.6-0.6）=5.829KN/m恒载 25.164 KN/m15-17跨屋面均布荷载传给梁 3.653.9=14.235KN/m横梁自重（包括粉刷） 0.340.625=5.1KN/m恒载 19.335 KN/m第一、二、三、四、五层活载： 2.53.9=9.75KN/m第一、二、三、四、五层集中荷载纵梁自重（

13、包括抹灰） 0.340.6253.9=19.89KN纵横墙自重（包括抹灰） 0.296.73.9（3.6-0.6）=22.73KN柱自重（包括抹灰） 0.540.543.625=26.24KN 总计 P=68.87KN第一层柱自重： 0.540.544.3525=31.712KN中框架恒载及活载图见图2-9见图2-9 框架竖向荷载示意图 （a）恒载示意图 （b）活载示意图2、用弯矩分配法计算框架弯矩 竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷载比较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活荷载的不利位置，这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利位置法求得的弯矩较低，但当荷载占总荷载比较小

14、时，其影响很小，若活荷载占总荷载的比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.1到1.2的放大系数予以调整。（1） 固端弯矩计算将框架梁视为两端固定梁计算固端弯矩，计算结果见表2-12固端弯矩计算表2-1213到15跨15到17跨简图固端弯矩简图固端弯矩（2） 分配系数计算考虑框架计算性，取半框架计算，半框架的梁柱线刚度如图2-10所示，切断的横梁线刚度为原来的一倍，分配系数按与节点连接的转动刚度比值计算。图2-10 半框架梁柱刚度示意（KN/m）例：13柱（图示左边的柱）顶层节点。 （下柱）= （右梁）=（3） 传递系数远端固定，传递系数1/2，远端滑动铰支座传递系数为-1（4） 弯矩分配 恒

15、载，活载作用下弯矩分配系数利用上面方法计算。恒载作用下框架弯矩图如图2-13，活载作用下的框架弯矩图如图2-14.图2-13恒荷载作用下框架弯矩图（KN/m）图2-13恒荷载作用下框架弯矩图（KN/m）2、 梁端剪力及柱轴力计算 梁端剪力V 表示梁上均布荷载引起的剪力， 表示梁端弯矩引起的剪力，（M左+ M右）/l柱轴力N=V+P式中：V_梁端剪力，P_节点集中及柱自重以LM跨五，六层梁在恒荷载作用下，梁端剪力及柱轴力计算为例。由框架竖向荷载示意图查得梁上均布荷载为五层：25.164KN/m，集中荷载：68.87 KN/m柱自重：26.2 KN六层：24.99 KN/m由恒载作用下框架弯矩图查

16、得：五层梁端弯矩 M左=117.9 （-58.2 ） M右=-137（79.5 ）六层梁端弯矩M左=121.5 （-67.9） M左=-138（76.7）括号内为调幅后的数值六层两端剪力调幅前 =64.525+35.16=99.69kN=64.525-35.16=29.37kN调幅后 =64.525+19=83.525kN同理可得五层梁端剪力调幅前 =调幅后 =六层13柱柱顶记柱底轴力N顶=V+P=94.03+0=94.03KNN底=V+P=94.03+26.2=120.23KN五层13柱柱顶记柱底轴力N顶=V+P=94.03+96.04+68.87=258.94KNN底=V+P=258.94

17、+26.2=285.14KN其它梁端剪力及柱轴力计算与上述方法相同，活荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算也一样；六、内力组合1、框架内力组合在恒荷载和活荷载作用下，跨间可近似取中跨的M代替。式中：、为梁左右端弯矩，见图2-13、2-14括号内的数值，跨中M若小于，应取M=在竖向荷载与地震力组合时，跨间最大弯矩采用数解法计算，活荷载作用下的内力图活荷载租用下的弯矩包络图活载作用下的轴力包络图活荷载作用下的剪力包络图弯矩包络图七、截面设计1、承载力抗力调整系数考虑地震作用时，结构构件的截面设计采用下面的表达式：式中：为承载力抗震调整系数，见表2-19 S为地震作用效应或者地震作用效应与其它荷载效应的基

18、本组合 R为结构构件的组合注意在截面配筋时，组合表中与地震力组合的内力均应乘以后再与静力组合的内力进行比较，挑出最不利内力承载力抗震调整系数 表2-19材料结构构件受力状态钢筋混凝土梁受弯0.75梁轴压比207.78+13.91=221.69=（23.78+0.5X7.8）=120.4kN 1517跨：=53.7+100.15=153.85=（19.08+0.5X7.8）=26.7kN=156.78kN=62.5kN考虑承载力抗震调整系数=0.85调整后的剪力值大于组合表中的静力组合的剪力值，故按调整后的剪力值进行斜截面计算。梁的斜截面强度计算见下表表2-21梁斜截面强度计算 表2-21截面支

19、座13右支座15左支座15右设计剪力（kN）145.61148.694.6123.77126.3180.41调整后剪力V（kN）140.57146.57108.35124.8124.892.1403980V403980V260980V箍筋直径肢数（n）n=2、=8n=2、=8n=2、=850.350.350.3箍筋间距s（mm）1001001000.40.40.40.20.20.24、 柱截面设计以第一、二层13,15柱为例，对图2-16中的-，-，-截面进行设计。混凝土强度等级C30，纵筋为HRB335，箍筋为HPB235，图2-16 柱计算截面示意（1） 轴压比验算轴压比限值见表2-22轴

20、压比限值 表2-22抗震等级一二三框架柱0.70.80.9框支柱0.60.70.8由13,15轴内力组合表2-17、2-18查得=772.41kN =939.26kN=957.940kN，=1212.35kN=995.94kN =1250.39Kn均满足轴压比限值要求（2） 正截面承载力计算 框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，一般框架梁的延性远大于柱，梁先屈服可能使整个框架体系有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移增大，抗震性能较好，若柱形成了塑性铰，则会伴随产生较大的层间位移，危及结构承受垂直荷载的能力并可能使结构成为机动体系。因此，在框架结构设计中，应体现“强柱弱梁”即一、二、三级框架的梁柱节点处除框架支层最上层的柱上端，框架顶层和柱轴压比小于0.15外，柱端弯矩设计值应符合：（为强柱系数，一级框架取1.5，二级框架取1.2，三级框架取1.1） 本设计为三级框架故： 地震往复作用，两个方向的弯矩设计均满足要求，当柱考虑顺时针弯矩和时，梁应考虑反时针方向弯矩和，反之亦然。若采用对称配筋，可取两组中较大者计算配筋。 由于框架的变形能