一榀框架计算(土木工程毕业设计手算全过程) (1).doc
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一框架结构设计任务书
工程概况:
本工程为成都万达购物广场----成仁店,钢筋混凝土框架结构。
梁板柱均为现浇,建筑面积约为5750m2,宽27米,长为45米,建筑方案确定。
建筑分类为乙类公共类建筑,二类场地,抗震等级三级。
图1-1计算平面简图
设计资料
1)气象条件:
基本风压3155KN/m2
2)抗震设防:
设防烈度7度
3)屋面做法:
20厚水泥砂浆面层
一层油毡隔离层
40厚挤塑聚苯板保温层
15厚高分子防水卷材
20厚1:
3水泥砂浆找平
1:
6水泥焦渣1%找坡层,最薄处30厚
120厚现浇钢筋混凝土板
粉底
4)楼面做法:
8~13厚铺地砖面层
100厚钢筋砼楼板
吊顶
设计内容
1)确定梁柱截面尺寸及框架计算简图
2)荷载计算
3)框架纵横向侧移计算;
4)框架在水平及竖向力作用下的内力分析;
5)内力组合及截面设计;
6)节点验算。
二框架结构布置及结构计算简图确定
梁柱截面的确定
通过查阅规范,知抗震等级为3级,允许轴压比为[μ]=
由经验知n=12~14kn/m2取n=13kn/m2
拟定轴向压力设计值N=n•A=13kn/m2×81m2×5=5265KN
拟定柱的混凝土等级为C30,fc=mm2柱子尺寸拟定700mm×700mm
μ===<[μ]=满足
初步确定截面尺寸如下:
柱:
b×h=700mm×700mm
梁(BC跨、CE、EF跨)=L/12=9000/12=750mm取h=800mm,b=400mm
纵梁=L/12=9000/15=600mm取h=600mm,b=300mm
现浇板厚取h=120mm
结构计算简图
结构计算简图如下:
图2-1结构计算简图
图2-2平面计算简图
三荷载计算:
恒载标准值计算
1)①屋面板恒荷载标准值
20厚1:
3水泥砂浆面层×20=KN/M2
一层油毡隔离层KN/M2
40厚挤塑苯板保温层×=KN/M2
15厚高分子防水卷材M2
20厚1:
3水泥砂浆找平×20=KN/M2
1:
6水泥渣1%找坡层最薄处30厚(+)/2×14=KN/M2
120厚现浇钢筋混凝土板×25=3KN/M2
12厚板底抹灰×20=KN/M2
合计KN/M2
屋面板传递给边柱的集中荷载:
××9=63KN
中柱的集中荷载:
×3×9=
②屋顶次梁恒载标准值
单向板传给次梁的荷载×3=KN/M
次梁自重××25=KN/M
次梁粉刷()××17×2=KN/M
合计18KN/M
图3-1次梁计算单元及板传力图
③屋顶框架梁所受恒荷载标准值
次梁传给框架梁恒荷载18×9=162KN
④屋顶框架梁重量
梁自重:
×﹙粉刷:
﹙合计M
2)①楼面板恒载标准值
8~13厚铺地砖面层KN/M2
20厚1:
2水泥砂浆结合层×20=KN/M2
120厚钢筋砼楼板×25=3KN/M2
石膏板吊顶KN/M2
合计KN/M2
楼面板传递给边柱的集中荷载:
××9=
中柱的集中荷载:
×3×9=
②2~5层纵向次梁恒载标准值
计算简图见图3
楼面单向板传给纵向次梁恒荷载×3=KN/M
次梁自重×()×25=M
合计KN/M
③2~5层框架梁所受恒荷载标准值
次梁传递给框架梁恒荷载×9≈150KN
③2~5层框架梁恒载标准值
框架梁自重×()×25=KN/M
3)四层建在所取一榀框架梁上的填充墙恒荷载标准值
墙自重×()×≈M
粉刷()××17×2=M
合计取(因为有构造柱取大点)M
4)柱自重标准值
1~3层柱自重:
××(-)×25=
大理石贴面:
×4××=
合计
4~5层柱自重:
××()×25=
大理石贴面:
×4××=
合计
5)外墙自重标准值
5层外墙作用在边柱的集中荷载
墙自重:
×()××(9-07)=
粉刷:
2××()×17()=
合计
4层玻璃幕墙作用在边柱的集中荷载
玻璃幕墙自重:
m2×()×()=
2~3层外墙作用在边柱的集中荷载
墙自重:
×()××(9-07)=
粉刷:
2××()×17()=
合计
活荷载标准值计算
1)①屋面板活荷载标准值(不上人):
M²
②顶层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图2)
×3=M
③框架梁受次梁传递的活荷载标准值
×9=
④屋面板传递给边柱的集中荷载:
××9=
中柱的集中荷载:
×3×9=
2)①5层楼面板活荷载标准值:
5KN/M²
②5层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)
5×3=15KN/M
③框架梁受次梁传递的活荷载标准值
15×9=135KN
④5层面板传递给边柱的集中荷载:
5××9=
中柱的集中荷载:
5×3×9=135KN
3)①4层楼面板活荷载标准值:
M²
②4层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)
×3=M
③框架梁受次梁传递的活荷载标准值
×9=
④屋面板传递给边柱的集中荷载:
××9=
中柱的集中荷载:
×3×9=
4)①2~3层楼面板活荷载标准值:
M²
②2~3层次梁受板传递的活荷载标准值(计算简图见图3)
×3=M
③框架梁受次梁传递的活荷载标准值
×9=
④屋面板传递给边柱的集中荷载:
××9=
中柱的集中荷载:
×3×9=
四内力计算
恒荷载作用下的内力计算
刚度计算
梁线刚度:
截面的惯性矩Ib0===17×109mm4
考虑现浇楼板对框架梁截面惯性矩的影响,中框架梁取I中=2Ib0边框架取I边=
i边跨梁=E=28×105E
i中跨梁=E=38×105E
柱线刚度:
截面的惯性矩IC===20×109mm4
i4~5层柱=E=60×105E
i1~3层柱=E=48×105E
取105E值作为基准值1,算得各杆件相对线刚度(见下图)
图4-1梁柱相对线刚度图
图4-2恒载作用下的计算简图
由于分布荷载在梁汇总产生的内力远小于集中荷载,所以将梁的分布荷载近似等效为作用在次梁处的集中荷载,以便于计算。
图4-3恒载等效荷载作用下的计算简图
因为框架对称,且恒荷载为正对称荷载,所以取半榀框架进行计算。
由结构力学梁端弯矩公式得到:
顶层结点弯矩:
MAB=-MBA=-Pa(1-)=×3×(1-)=·M
4层结点弯矩:
MAB=-MBA=-Pa(1-)=213×3×(1-)=-426KN·M
标准层结点弯矩:
MAB=-MBA=-Pa(1-)=×3×(1-)=·M
采用二次弯矩分配法(见下图)
图4-4恒载弯矩分配图
在竖向荷载作用下,梁端截面有较大的负弯矩,设计时应进行弯矩调幅,降低负弯矩,以减少配筋面积。
对于现浇框架,支座弯矩调幅系数为(在内力组合的表中进行梁端调幅计算)
图4-5恒载作用下的框架弯矩图(等效为集中荷载时)
表4-1恒载作用下内力
楼
层
荷载引起的弯矩
弯矩引起的内力
AB跨
BC跨
CD跨
AB跨
BC跨
CD跨
VA
VB
VB
VC
VC
VD
VA
VB
VB
VC
VC
VD
顶层
0
0
5
0
0
4
213
-213
213
-213
213
-213
0
0
3
0
0
2
0
0
楼
层
恒载作用下的剪力
AB跨
BC跨
CD跨
VA
VB
VB
VC
VC
VD
顶
层
5
4
213
-213
3
2
图4-6恒载作用下的框架梁的剪力图
柱轴力包括柱传下轴力和柱自重,恒载作用下的柱轴力见下图。
图4-7恒载作用下柱的轴力图
活荷载作用下的内力计算
活荷载按满跨布置,不考虑活荷载的最不利布置。
此时,求得的跨中弯矩比最不利荷载位置法的计算结果偏小,故对梁跨中弯矩乘以的增大系数。
梁端弯矩应进行弯矩调幅,乘以调幅系数.在内力组合的表中进行跨中弯矩增大和梁端调幅计算。
方法同恒载作用下的内力计算,计算过程见下图。
图4-8活荷载作用下的计算简图
图4-9活荷载作用下的框架弯矩分配图
图4-10活荷载作用下的框架弯矩图
表4-2活载作用下的内力
楼
层
荷载引起的弯矩
弯矩引起的内力
AB跨
BC跨
CD跨
AB跨
BC跨
CD跨
VA
VB
VB
VC
VC
VD
VA
VB
VB
VC
VC
VD
顶层
0
0
5
135
-135
135
-135
135
-135
0
0
4
0
0
3
0
0
2
0
0
楼
层
活荷载作用下的剪力
AB跨
BC跨
CD跨
VA
VB
VB
VC
VC
VD
顶层
5
135
-135
4
3
2
图4-11活载载作用下的框架梁的剪力图
图4-12活荷载作用下柱的轴力图
地震荷载作用下框架的内力计算
一、水平地震作用标准值的计算
1、框架的抗震等级
由设计需求,抗震设防烈度为7度,房屋高度为<30m,可知该框架的抗震等级为三级。
2、场地和特征周期值
工程场地为Ⅱ类场地,地震设计特征周期值Tg=。
3、重力荷载代表值(取第④轴线的KJL计算各层重力荷载代表值)
对于楼层,重力荷载代表值取全部恒荷载和50%的楼面活荷载。
对于屋顶是不上人屋顶故屋面活荷载不计入。
顶层重力荷载代表值G6
G6恒
=(63+)×2+(+)×2+162×6+×27=
第5层重力荷载代表值G5
G5恒+活
=[++×2++×2+150×6+×27+×4]+×(×2+135×2+135×6)=
第4层重力荷载代表值G4
G4恒+活=[++×2++×2+150×6+×27+×27+×4]+×(×2+×2+×6)=
第3层重力荷载代表值G3
G3恒+活=[++×2++×2+150×6+×27+×4]+×(×2+×2+×6)=
第2层重力荷载代表值G2
G2恒+活=
4、结构自震周期T1
对框架结构,采用经验公式计算:
T1==×5=
5、地震影响系数
由=,T1=, 6、计算水平地震作用标准值(采用底部剪力法计算)因为T1<,故顶部附加地震作用不考虑。 可按下表计算 计算水平地震作用标准值表 二、水平地震作用产生的框架内力 表4-3水平地震作用产生的框架内力 位置 顶层 第5层 第4层 第3层 112 第2层 56 KN·m 1、各柱剪力值及反弯点高度 层数 柱号 反弯点高度y 5 A5 ()60 ()60 B5 ()60 C5 ()60 D5 ()60 4 A4 ()60 ()60 B4 ()60 127 C4 ()60 127 D4 ()60 3 550 A3 ()48 ()48 B3 ()48 C3 ()48 D3 ()48 2 662 A2 ()48 ()48 B2 ()48 C2 ()48 D2 ()48 1 718 A1 ()48 ()48 B1 ()48 C1 ()48 D1 ()48 2、水平地震作用下的框架内力图 求出各柱剪力Vi和该柱反弯点高度yi后,则该柱下端弯矩为Mi=Viyi,上端弯矩为Vi(hi-yi),再利用节点平衡求出框架梁端弯矩,画出左地震作用下的框架内力图,右地震作用下的框架内力与左地震作用下的反号。 图4-13水平地震(左震)作用下的框架内力图 弯矩图(单位: KN·m)与梁剪力图(单位: KN) 图4-14左震作用下的柱剪力图与轴力图(单位: KN) 五内力组合 框架横梁内力组合: 由于是对称结构,所以只算左跨和中跨,右跨内力与左跨反号。 表5-1KJ4的屋面框架梁(顶层)内力组合表 杆件 截面位置 内力种类 ①恒荷载 ②活荷载 ③重力荷载 ④左震 ⑤右震 M+max M-max Vmax 组合项 组合值 组合项 组合值 组合项 组合值 AB A M ×③+×⑤ ①+×② V 跨中 M — — ×①+×② B左 M -42 42 ①+×② ①+×② V BC B右 M 57 -57 ×③+×⑤ ①+×② V 跨中 M — — ×①+×② C左 M -57 57 ×③+×④ ①+×② V 表5-2KJ4的框架梁(5层)内力组合表 杆件 截面位置 内力种类 ①恒荷载 ②活荷载 ③重力荷载 ④左震 ⑤右震 M+max M-max Vmax 组合项 组合值 组合项 组合值 组合项 组合值 AB A M
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