框架结构设计计算书(巨详细地步骤)2928.pdf
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1、实用文档 标准文案 框架结构设计 第一部分:框架结构设计资料 一 工程概况:本工程为某市科技局拟建的办公楼,其功能为该局提供日常办公活动、举办各类小型学术报告的场所。结构形式为整体五层框架结构,局部六层,第六层为砖结构。建筑面积为5238m2,层高3.6m,总高为21.900m,室内外高差0.450m。框架平面柱网布置如图1 所示。实用文档 标准文案 二 设计依据:2-1.气象条件:2-1.1 雪荷载:基本雪压力为S0=0.45kN/m2(水平投影);2-1.2 风荷载:全年主导风向为东南风,基本风压力为W0=0.60kN/m2;2-1.3 常年气温差值:年最高温度390C,最低气温-40C;
2、2-1.4 最大降雨程度65.2 /h,降雨强度145 /h。.2-2.建筑耐久等级、防火等级为级。2-3.工程地质条件:2-3.1 该场地地形平坦,地貌类型属浑河冲积阶地。根据建筑对基地的勘察结果,地质情况见表1:表 1 建筑地层情况表(标准值)序号 岩土分类(m)土层深度(m)厚度范围(m)地基承载力fak(kPa)1 耕植土 0-1.2 1.2 2 粘土 1.2-4.6 3.4 220 3 砾砂 4.6-5.5 0.9 320 4 圆砾 5.5-12.0 6.5 360 注:地下潜水水位埋深4.7-6.3;表中给定土层深度自然地坪算起.2-3.2 建筑场地冰冻深度:-1.2M;2-3.3
3、 建筑场地类别:类场地,拟建场地不存在软土震陷、砂(粉)土液化的可能性,为建筑场地有利地段。2-3.4 地震设防烈度:7 度,设计地震基本加速度为0.1g,设计地震分组为第一组。2-3.5 活荷载:走廊2.0KN/,楼梯间2.0KN/,厕所2.0KN/,办公室2.0KN/,门厅2.0KN/,库房6.0KN/,上人屋面2.0KN/,不上人屋面0.5KN/.2-4 主要参考资料:2-4.1 各专业课教材 2-4.2 国家标准和行业标准 建筑设计资料集 建筑制图标准 GB/T50104 2001 砌体结构设计规范GB50003 2001 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 建筑结构制图标准G
4、B/T50105 2001 实用文档 标准文案 砼结构设计规范 GB50010 2002 建筑结构荷载规范GB50009 2002 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑设计防火规范GBJ16 87(2001 年局部修订)2-4.3 设计手册 建筑设计资料集 建筑结构静力计算手册 砼结构设计手册 砌结设构计手册 2-4.4 标准图集 国标建筑、结构图集 中南标建筑、结构图集 三、结构形式及所用材料强度等级:采用框架结构,以横向承重为主。墙体厚度均为240,采用空心粘土砖。混凝土的强度等级如下:3-1.基础垫层为C10。3-2.梁、柱、楼梯等未注明的均为C30。Ec=3 107Kn
5、/。梁、柱纵向钢筋均为HRB335 级热轧钢筋,箍筋及楼梯的配筋均为HRB235 级的热轧钢筋。四、屋面、楼面及顶棚的做法:4-1.屋面的做法:地砖屋面10 厚,缝宽5,水泥砂浆填缝 水泥胶结合层3 厚 1:3 水泥砂浆找平20 厚 二毡三油撒粗砂,刷冷底子油 1:3 水泥砂浆找平15 厚 1:8 水泥膨胀珍珠岩找2%坡 40 厚(最薄处)刷冷底子油一道,热沥青玛蒂脂两道 1:3 水泥砂浆找平20 厚 预制空心钢筋混凝土楼板120 厚 (标准重量2.28 kN/m2 )4-2 楼面的做法:大理石面层20 厚,水泥浆擦缝 1:3 干硬性水泥砂浆30 厚 预制空心钢筋混凝土楼板120 厚 (标准重
6、量1.16 kN/m2 )4-3.顶棚做法:预制板用水加10%火碱清洗油腻 1:1:4 水泥石灰砂浆中层8 厚 1:2.5 水泥砂浆7 厚 喷大白浆两道2 厚 (标准重量0.3kN/m2 )实用文档 标准文案(做法及标准重量查找于工民建专业毕业设计手册)第二部分 框架结构设计计算 一 确定柱、梁及板的尺寸:1-1柱截面尺寸及柱高:1-1.1 柱的截面尺寸:由房屋主体结构总高为21.9m,抗震设防烈度为七度。柱截面尺寸确定如下:即先估算柱轴向力N,然后由轴压比限制条件确定截面尺寸,查得n=0.9(轴压比)。对办公楼上部结构的重量,按建筑面积为Pk=13KN/估算。fc=14.3N/2.底层边柱:
7、N=1.3 13KN/(9/2)m 3.9m 5=1428.975KN=1.43 106N A=1.43 106N/(0.9 14.3N/2)=1.11 1052 取 b h=400 400 底层中柱:N=1.25 13KN/(12/2)m 3.9m 5=1901.25KN=1.902 106N A=1.902 106N/(0.9 14.3N/2)=1.48 1052 取 b h=400 400 为了便于计算所有柱的截面尺寸均取为b h=400 400 1-1.2.柱高的确定:底层高度:=600 +室内外高差+底层层高 =600 +450 +3600 =4650 其中600 是假定基础顶面在室
8、外地面以下600 处。其它层柱高等于层高,即3600 .实用文档 标准文案 1-2 梁尺寸的确定:该工程定为纵横向承重,主要为横向承重,梁尺寸初步确定:1-2.1 框架梁:KL1 边跨:L=9000 h=(1/141/8)L=642.81125 取 h=650 b=(1/31/2)h=217325 取 b=300 KL2 中间跨=3000mm h=(1/141/8)L=214.3375 综合考虑,取 h b=400mm 250mm 1-2.2 连系梁:LL 开间为3900mm,(1/151/10)L=260 390 取 h=390 考虑到连梁兼做过梁使用,取 h b=400mm 250mm 1
9、-2.3.梁的计算跨度:取中框架梁轴为计算单元,如图3 所示 实用文档 标准文案 1-3.板的布置:屋面板、楼板均为预制钢筋混凝土空心板。规格为3900mm 900mm 120mm (重量为25 kN/m3 0.12m=3 kN/m2)二 梁柱刚度计算(取一榀横向框架计算)假定框架柱嵌固于基础顶面上,框架梁与柱刚接。由于各层柱的截面尺寸不变,故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。多层框架考虑为纵横向承重,主要为横向承重,为超静定结构,故在内力计算前,应预先估算梁,柱的截面尺寸及结构所采用的材料强度等级,以求得框架中各杆的线刚度。混凝土强度等级:梁用C30 (Ec=3 107 kN/)柱用C30
10、(Ec=3 107 kN/)结构计算简图如图2 2-1 梁的线刚度计算:KL1:I1=123bh=6.9 103m4 KL2:I2=123bh=1.33 103m4 全现浇框架梁:a.中框架梁 Ib2=2.0I2=2.67 103m4 b.边框架梁 Ib1=1.5I1=10.3 103m4 边框架梁(b=0.3m.h=0.65m):跨度为9m,ib1=11bbclIE=9103.1010337=3.44 104kN m 实用文档 标准文案 中框架梁(b=0.25m,h=0.65m):跨度为3m,ib2 =22bbclIE=31067.210337=2.67 104kN m 2-2 柱的线刚度计
11、算 (b=0.4m,h=0.4m)第一层:柱高4.65m,Ic=123bh=124.04=2.1 103m4 ic1=hEIc=65.4101.210337=1.4 104kN m 第二五层:柱高3.6m,Ic=123bh=124.04=2.1 103m4 ic2=hEIc=6.3101.210337=1.75 104kN m 2-3 柱的侧移刚度计算 见表2。对于高度小于50m,且高宽比h/b=21/62.4=0.341.4 Tg=0.49s.故应考虑顶点附加作用。n=0.08 T1+0.01=0.062 因 TgT5 Tg,取=0.9 结构底部剪力为:FEK=1nieqG1=1 0.85n
12、iiG1 1=9.01TTg=max=9.0648.035.0 0.08=0.0460 FEK=9.0648.035.0 0.08 0.85 58067.13=1816.34kN 顶点附加地震力作用为:nF=n FEK=0.062 1816.34=112.61kN Fi =niiiiiHGHG1FEK(1-n)表 4 各层横向地震作用及楼层的地震剪力 层次 hi(m)Hi(m)Gi(kN)GiHi iiiiHGHG niiiiiHGHG1FEK(1-n)Vi(kN)6 3.6 22.65 2266.18 51328.98 0.070 119.26 119.26 3=357.78 5 3.6 1
13、9.05 11531.27 219670.69 0.298 620.32 739.58 4 3.6 15.45 11574.09 178819.69 0.242 412.30 1151.88 3 3.6 11.85 11589 137332 0.186 316.89 1468.77 实用文档 标准文案.21.14 2 3.6 8.25 11622.64 95886.78 0.130 221.48 1690.25 1 4.65 4.65 11749.92 54637.13 0.074 126.08 1816.33 表 5 变形验算 层高 层间剪力 层间刚度 iiiiDVUU1 层高 层间相对转角
14、 5 739.58 538754 0 00137 3.6 26281 4 1151.88 538754 0 00214 3.6 16821 3 1468.77 538754 0 00273 3.6 13191 2 1690.25 538754 0 00314 3.6 11461 1 1816.33 306832 0 00592 4.65 7861 均满足 e=4501要求 3-2.2 横向框架柱端弯矩计算。第一层:边柱:ih=4.65m,iv=1816.33,iD=306832,imD=5160,60.0y,k=2.46 iimiimDDvv=306832516033.1816=30.55kN
15、 上M=iimhyv)1(=56.82kN m iimyhvM下=82.23kN m 中柱:ih=4.65m,iv=1816.33,iD=306832,imD=5936,k=4 36,55.0y iimiimDDvv=35.14kN 上M=iimhyv)1(=73.53 kN m iimyhvM下=89.87kN m 实用文档 标准文案 第二层:边柱:ih=3.6m,iv=1690.25,iD=538754,imD=8037,50.0y,k=1.97 iimiimDDvv=538754803725.1690=25.21 kN 上M=iimhyv)1(=45.39kN m iimyhvM下=45
16、.39kN m 中柱:ih=3.6m,iv=1690.25,iD=538754,imD=10306,k=3.49,50.0y iimiimDDvv=32.33kN 上M=iimhyv)1(=58.19kN m iimyhvM下=58.19kN m 第三层:边柱:ih=3.6m,iv=1468.77,iD=538754,imD=8037,50.0y,k=1.97 iimiimDDvv=21.91kN 上M=iimhyv)1(=39.44kN m iimyhvM下=39.44kN m 中柱:ih=3.6m,iv=1468.77,iD=538754,imD=10306,k=3.49,50.0y ii
17、miimDDvv=28.10kN 上M=iimhyv)1(=50.57kN m iimyhvM下=50.57kN m 第四层:边柱:ih=3.6m,iv=1151.88,iD=538754,imD=8037,45.0y,k=1.97 iimiimDDvv=17.18kN 实用文档 标准文案 上M=iimhyv)1(=34.02kN m iimyhvM下=27.83kN m 中柱:ih=3.6m,iv=1151.88,iD=538754,imD=10306,k=3.49,50.0y iimiimDDvv=22.03kN 上M=iimhyv)1(=39.66kN m iimyhvM下=39.66k
18、N m 第五层:边柱:ih=3.6m,iv=739.58,iD=538754,imD=8037,40.0y,k=1.97 iimiimDDvv=11.03kN 上M=iimhyv)1(=23.83kN m iimyhvM下=15.89kN m 中柱:ih=3.6m,iv=739.58,iD=538754,imD=10306,k=3.49,45.0y iimiimDDvv=14.15kN 上M=iimhyv)1(=28.01kN m iimyhvM下=22.92kN m 3-2.3 计算梁端弯矩 第一层:边柱:下上21MMM=56.82+45.39=102.21kN m 中 柱;67.244.3
19、44.321)(下上左MMM=(73.53+58.19)67.244.344.3=74.16kN m 67.244.367.221)(下上右MMM=(73.53+58.19)67.244.367.2=57.56kN m 第二层:实用文档 标准文案 边柱:下上32MMM=45.93+39.44=85.48kN m 中柱:)(下上左32MMM67.244.344.3=(58.19+50.57)67.244.344.3=61.23kN m )(下上右21MMM67.244.367.2 =(58.19+50.57)67.244.367.2=47.53kN m 第三层:边柱:下上43MMM=39.44+
20、27.83=67.27kN m 中柱:)(下上左43MMM 67.244.344.3=(50.57+39.66)67.244.344.3=50.80kN m )(下上右43MMM67.244.367.2=(50.57+39.66)67.244.367.2=39.43kN m 第四层:边柱:下上54MMM=34.02+15.89=49.91kN m 中柱:)(下上左54MMM67.244.344.3=(39.66+22.92)67.244.344.3=35.23kN m )(下上右54MMM67.244.367.2=(39.66+22.92)67.244.367.2=27.35kN m 第五层:
21、边柱:上5MM=28.83kN m 中柱:上左5MM67.244.344.3=28.0167.244.344.3=15.77kN m 上左5MM67.244.367.2=28.0167.244.367.2=12.24kN m 实用文档 标准文案 框架在地震作用下梁柱弯矩图:(单位:kN m)图四:横向水平地震作用梁柱弯矩图(从左到右,阴影及数字为柱弯矩)实用文档 标准文案 图五:横向水平地震作用梁柱弯矩图(从左到右,阴影及数字为梁弯矩)框架在地震作用下梁端剪力、柱轴力图:(单位:kN)图六:横向水平地震作用(从左到右)梁端剪力图 实用文档 标准文案 图七:横向水平地震作用(从左到右)柱轴力图
22、框架在地震作用下柱剪力图:(单位:kN)图八:横向水平地震作用下(从左到右)柱剪力图 实用文档 标准文案 四、风荷载计算:作用在框架节点上水平风荷载的设计值由下式计算:W=rQ(s1-s2)ZZw0(hi+hj)s/2 式中:s1=0.8;s2=-0.5;rQ=1.0;Z=1.0;w0=0.6 KN/m2 Z:地面粗糙程度为B 类,查GBJ-9-87 表,见表六 表 6 Z的取值 高度(m)5 10 15 20 25 30 Z 1.0 1.0 1.14 1.25 1.42 1.56 经查表和计算得Z值,见表七:表 7 Z值 高度(m)4.65 8.25 11.85 15.45 19.05 22
23、.95 Z 1.0 1.0 1.0518 1.1499 1.2291 1.3002 hi:下层高度 hj:上层柱高;对顶层为女儿墙高度的二倍 S:柱距,S=3.9 m 故 W=1.0(0.8+0.5)1.0 0.6 3.9/2(hi+hj)Z WW、W5、W4、W3、W2、列表计算见表8:表 8 风荷载计算值 集中风荷 Z(m)Z hi(m)hj(m)W(KN)W6 22.95 1.3002 3.9 0 7.861 W5 19.05 1.2291 3.6 3.9 14.406 W4 15.45 1.1499 3.6 3.6 13.057 W3 11.85 1.0518 3.6 3.6 12.0
24、74 W2 8.25 1.0 3.6 3.6 11.232 W1 4.65 1.0 4.65 3.6 10.951 实用文档 标准文案 表 9 变形验算 层高 层间剪力 层间刚度 iiiiDVUU1 层高 层间相对转角 5 14.406 36686 0.00039 3.6 91681 4 27.463 36686 0.00075 3.6 48091 3 39.537 36686 0.00108 3.6 33401 2 50.769 36686 0.00138 3.6 26011 1 61.720 21112 0.00292 4.65 15911 均满足 e=5501要求 3-2.2 横向框架柱
25、端弯矩计算 第一层:边柱:ih=4.65m,iv=61.720,iD=21112,imD=5160,60.0y,k=2.46 iimiimDDvv=211125160720.61=15.09kN 上M=iimhyv)1(=28.06kN m iimyhvM下=42.09kN m 中 柱:ih=4.65m,iv=61.720,iD=21112,imD=5936,k=4 36,55.0y iimiimDDvv=17.35kN 上M=iimhyv)1(=36.31 kN m iimyhvM下=44.38kN m 第二层:边 柱:ih=3.6m,iv=50.769,iD=36686,imD=8037,
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