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1、混凝土和砌体结构设计课程设计混凝土和砌体结构设计课程设计一一多层根架结构设计指导教师：张蕾春班 级：11 土木班学生姓名：施迎宁学 号：Xfl 1220222设计时间：20145765浙江理工大学科技及艺术学院建筑系混凝土和砌体结构设计课程设计一、目的掌握现浇多层框架结构方案布置、荷载分析、框架结构内力分析、 内力组合、框架梁、柱和节点设计。通过该课程设计，能综合运用结 构力学和钢筋混凝土基本构件的知识，掌握结构设计的基本程序和方 法。二、设计任务1 .工程概况本工程为钢筋混凝土框架结构体系，共三层，层高3.6m,室内 外高差为0.45m,基础顶面至室外地面距离0.5m。框架平面柱网布 置见图
2、1所示，选择典型一愠框架进行计算。框架梁、柱、屋面板、 楼面板全部现浇。Ain_8 芯_|g|D1B|JG_|8i_-ti8X18 一 z.1D1 I9 h1 I11 J11 iBh ay3&2OI勤善二01360D!lJ6K)i55D3泯0I3503II13M12345678910 112 .设计资料(1)气压条件基本雪压0.3kN/m2,基本风压O/kN/n?,地面粗糙度类别为B 类。不上人屋面，屋面活荷载。.5kN/m2。(2)抗震设防：不考虑抗震设防。(3)主要建筑做法：构件尺寸：梁：250X550;柱：600X600屋面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm, 120mm
3、水泥膨胀珍珠岩保温层找坡，20mm厚水泥砂浆找平层，4mm厚 SBS卷材防水层。楼面做法：20mm厚板底抹灰，钢筋混凝土板厚90mm, 30mm 厚水磨石面层。梁柱表面采用20mm厚抹灰。(4)荷载取值：钢筋硅容重25kN/m3,水泥膨胀珍珠岩砂浆15kN /m3,水泥砂浆容重ZOkN/n?,石灰砂浆容重17kN/m3, SBS 卷材防水层0.30kN/m2,水磨石自重0.65kN/m2。恒载分项系数 为1.2,活荷载3.5kN/m3,分项系数1.4。(5)材料：混凝土强度等级为C30。受力钢筋采用三级铜。根据地质资料，确定基础顶离外地面为500mm,由此求得底层 层高为4.55m。各梁柱构件
4、的线刚度经计算后列于图中。其中在求 梁截面惯性矩时考虑到现浇板的作用，取1=210 (I。为不考虑楼板翼 缘作用的梁截面惯性矩)。AB CD 跨梁：/ = 2Et. xx 0.25 x 0.553 / 5.4 = 1.28 x 1O_3Ec(m3) 12BC 跨梁：i = 2Ec x x 0.25 x 0.553 / 2.4 = 2.9x 10-3 Ee(zw3)上部结构各层柱：，=耳* * x 0.6 x 0.63 / 3.6 = 3 x 1 er耳(加)底层柱：i = .x!X 0.6 X 0.63/ 4.55 = 2.37x1 O-3)9 / 381.22.91.23331.22.91.
5、23331.22.91.22.372.372.37子”74 7JX CZr3DP40LLS4Q(J.结构计算简图2.37，=图中数字为线刚度,单位：X三、荷载计算1、恒荷载计算(1)屋面框架梁线荷载标准值:20mmO.O2x17 = O.34A:/V/777290mm009 x 25 = 2.25攵NO/120mm 水泥膨0.12x15 = 1.8A:N/m220mm0.02x20 = 0.4ArA/m24mm厚SBS卷材防水层:03kN/m2屋面恒 荷 载5.09/m2框架梁自重：0.25x(0. 55-0. 09)x25 = 2.875mIm梁侧粉刷2 x (0.55-0.09) x 0.
6、02 x 17 = 0.313M / 63A9kN / m因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为:g3ABi = S3CD1 =&8门=3.19kN / mg 3AM = g30r = 5.09x3.6 = 18.324AN / mg38c2 =5.09x2.4 = 12.216kN/m(2)楼面框架梁线荷载标准值底抹灰筋混凝 板磨 石 面 层20mm 厚 板0.02x17 = 0.34AN/J90mm 厚 的 钢0.09x25 = 2.25477/30mm 厚 水0.65kN/m2楼面恒 荷 载：3.24kN / m1框架梁 自 重 及梁 侧 粉刷：3A9kN/m因此，作用在中间层框架梁上的线荷
7、载为：8ab = 8bci = 8cd = 3.19AN / mgAti2 = gCD2 = 3.24x3.6 = 11.664W / m心口=3.24x2.4 = 7.776kN/？3）屋面框架节点集中荷载标准值边 柱 连 系 梁 自 重0.25 x(0. 55-0. 09 )x7.2x25 = 20粉刷0.02 x (0.55-0.09 )x7.2x2xl7 = 2.252内V边柱连系梁传来屋面自重：1.8x1.8x5.09/2 = 16.49边柱次梁自重:2 x 0.25 x (0.55 - 0.09)x5.4x25x1 = 7.594ZN0.02 x (0.55-0.09 )x5.4x
8、2xl7 = 1.652W顶 层 边 节 点 集 中 荷 载：G =G3D =48.962攵N中柱连系梁自重：20.7AN粉刷：2.525攵N中柱连系梁传来屋面自重：-x(3.6-1.2)+1.2xl.2x5.09 = l 0.99G0.5x3.6x3.67 2x5.09 = 16.491W顶 层 中 节 点 集 中 荷 载：Gyii = G3C =5.433AN(4)楼面框架节点集中荷载标准值边 柱 连 系 梁 自 重：0.3 x (0.6 0.1) x 7.2 x 25 = 27N粉刷:0.02 x (0.6-0.1) x 7.2 x 2 x 17 = 2.448KV边柱连系梁传来楼面自重
9、：2.7xl.8x 3.24 = 15.7463框架柱自重： 0.6x0.6x25x3.6 = 32AkN粉刷:0.02 x 0.6 x 4 x 3.6 x 17 = 2.94kN顶 层 边 节 点 集 中 荷 载：G3A =G3D =74.311ZN混凝土和砌体结构设计课程设计中 柱 连 系 梁 自 重：20.7AN粉刷：2.525AN中柱连系梁传来屋面自重：k 3.6 x 1.8 x 3.24 = 10.498攵N 23.6 + 3.6 - 2.4xl.2x 3.24 = 9.33 IkN框架柱自重32.4kN粉刷2.94Z7V顶 层 中 节 点 集 中 荷 载：Gb = Gc = 78.
10、394AN(5)恒荷载作用下的结构计算简图混凝土和砌体结构设计课程设计恒荷载作用下的结构计算简图2、活荷载计算(1)屋面活荷载计算活荷载作用在顶层屋面上的线荷载为：piAR = piCD = 0.5 x 3.6 = L8kN/ mP3bc = 0.5 x 2.4 = .2kN I mP3A = PiD = x(2.7+ 2.7-1.8)x1.8+ x3.6x1,8 x0.5x2 = 6.48kN 22P、B = P、(. = 6.48 + g x (3.6 1.2 + 3.6) x 1.2 x 0.5 x 2 = 10.08kN(2)楼面活荷载计算活荷载作用在楼面上的线荷载为：= Pcd =
11、3.5x 3.6 = 12.6kN / /?pBC = 3.5 x 2.4 = 8AkN / tnPA =PD= 6.48 x3.5x2 = 45.360VPli=Pc = 0.08 x3.5x2 = 75.56kN5)活荷载作用下的结构计算简图活荷载作用下的结构il算简图3、风荷载计算风压标准值计算公式：s =氏S因结构高度=119307,可取用= 1。；对于矩形平面4=1.3; /. 可按线性插入法求得。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中 荷载，计过程如表1所示。表中Z为框架节点至室外地面的高度，A 为一根框架各层节点的受风面积，计算结果如图所示。层次A出Z(m)氏cokN/nr)A
12、(m2)P&N)31.01.311.41.0390.4512.967.58221.01.37.820.4525.9215.1611.01.34.210.4528.083116.427风荷载计算表17.582KN -一g g s1R 497KNAg co cR,cn .O.1540。 j 24。j5400风触作用下的期计算陋四、内力计算1、恒荷载作用下的内力计算恒载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法。计算中柱的线 刚度取框架柱实际线刚度的0.9倍。梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接 根据图示荷载计算，也根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载 及三角形分布荷载，化为等效
13、均布荷载。把梯形荷载转化作等效均布荷载(1)顶层g3 边=g3Am+。；电.2=4.09 + (1 2 x 0.3332 + 0 3333)* 19 22413/38混凝土和砌体结构设计课程设计= 19.76kN/mg 3中=g38c + | g38c2 = 4 09 + | X 12.8 16 = 12.1/V / oo结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。各杆的固端弯矩为：弧as =5g德 =5x19.76 x 5.42 = 48.02kM/M = 1 g,片=1 x 12.1 x 1.2? =5.8 lkN- m3 3 31V3M3cB = L g 3中后=L
14、X12.1X1.2? = 29kN - m 6 ,6顶层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：（单位：kN-m）0.4880.5110.155 0.1480.697A-lA-BB-AB-2B-CC-B-48.0248.02-5.81-2.9023.4324.54 f 12.27-37.9 - 34.43-4.22-8.44-8.06752.062.16-1.08-0.16-0.16-0.75 -0.75-44.535.8225.48 -25.5452.77-8.223(2)中间层g 边=gym +(1 . 2a： + &；=4.09 + (1 - 2 x 0.3332 + 0.3333) x
15、12.564= 14.33kN / m5 。g 中=g/jci + : BC2 = 49顶层分层法弯矩计算结果 o结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性去二分之一结构计算。各杆的固端弯矩为：M殴?边德=3 4.33 x 5.4: = 34.82AM，Mbc = | g 中 = ； x9.325 xl.22= 4.476AM mMa = 18，片:x9325xl.22 = 2.238AMm6 6中间层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：出.111)0.320.13 0.120.120.3280.3440.6078599A-1A-5 A-BB-A B-2B-6 B-CC-B-34.
16、834.8-4.47-2.22263811.411.4211.98 - 5.992-4.9 -4.6-4.6 -22.0 22.0-2.46 199550.810.810.85 - 0.43-0.0 -0.0-0.0- 0.260.2666612.2 -25.436.2 -4.7-4.7 -26.720.012.2335755867245 / 38(3)底层底层弯矩计算。弯矩分配法计算内力过程如表：(单位：kN-m)0.340.110.130.2930.3620.1380.619521A-1A-5A-BB-A B-2B-3 B-CC-B-34.8-4.47-2.234.82263812.010
17、.212.60 - 6.301-4.1-4.8 -22.6 22.6-2.53 - -5.0600880.740.87 0.92 - 0.46-0.0-0.0-0.28-0.060.285612.8 -23.810.9483-4.1 -4.8 -27.436.4620.7225636底层层分层法弯矩计算结果二次分配不平衡弯矩：标准层传给顶层的弯矩分配：0.4880.5110.1550.148 0.697A-1A-BB-AB-2B-CC-B4.08-1.58-1.99-2.08-1.04-0.21-0.410.391.83 -1.830.100.11-0.060.009 0.0080.04-0.
18、04-1.18-1.872.19-1.991-0.6811.872底层、顶层传给标准层的弯矩分配:0.320.340.130.120.120.600.328 845997A-1A-2 A-BB-A B-2B-3 B-CC-B-1.6-2.74.298.4924-4.1 -4.4-4.19-2.2900.44-3.9-0.89 0.850.85 3.9858-0.14-0.1 -0.1-0.76465370.01 0.010.01 0.05 - -0.05-0.044.15 -4.1-1.2 -0.7-1.8-4.4.0364088768标准层传给底层的弯矩分配：0.34 0.360.13 0.
19、110.13 0.610.293528219A-1A-2 A-BB-A B-2B-3 B-CC-B-1.54.088-1.19-1.4 -1.4-0.750877390.30- -1.40.16 - 0.32 0.261.4444-0.0 -0.0-0.0566-1.243.61 -1.3-0.4-1.2-1.40.261.44527719764跨中弯矩计算：1 s” 22.67 +52.089 ”一、 A/、八 8 = 一 x 19.76 x 5.4 = 32.1462N - m82M38c =-x12.1x 2.42-42.66 = -33.948W m8M L14.33x5.42-29.
20、558 + 34.983 = 9962跳, i18 82M28c =-x9.325x 2.4? -22.756 = -16.042&N in 8a4 1 14 00 1.82 -0.6 -1.1-0.3 -0.9 0.05 1.23-1.128957373标准层传给底层的弯矩分配:0.2930.3450.3620.1380.1120.1310.619A-1A-2A-BB-AB-2B-3B-CC-B2.93-1.16-0.86-1.01-1.06-0.5030.1150.230.190.221.03-1.03-0.03-0.04-0.04-0.891.88-0.985-0.7330.19-0.9
21、41.03-1.03跨中弯矩计算:a彳1 u 八 3.326 + 3.384M3A8 = 一 x 1.467 x 5.4 = 1.99& N - m82M3BC=-x 0.75 x 2.42 -1.9 = 1.36ZN m8e 1 1八门 一，18.75 + 25.545 1C nnz.M mb =-x10.27x54-= 1529ZN ？82M28c = L 5.25 x 2.4?-l 7.71 = 13.93AM m8一 1 so .18.095 + 25.312Ml =-x 10.27x5.4= 15.73ZN?82框架在活荷栽下的弯矩图剪力计算:3.326-3.384 4-1x1.46
22、7 x5.42匕s八=f= 3.95kN匕八 8 = 1.467 x 5.4 3.95 = 3.97攵N,X 0.75x2.42匕叱=V3cB = 2一y = 09kN18.75-25.545 + -x 10.27 x 5.42Vn. = 26.47kN2&i5.4匕八s = 10.27 x 5.4 - 26.47 = 28.988攵NLx5.25x2.42匕sc =匕c* = 2- = 63kN18.095-25.312 +-x 10.27 x5.42V. =5= 26.39W35.4Vlz =10.27 X 5.4-26.39 = 29.068W1x5.25x2.4? = 6.3kN轴力计
23、算：=6.48+ 3.97 = 10.45W /i A心=10.08 + 3.95 + 0.9 = 14.93女NN” = 45.36 + 28.988+ 10.45 = 84.798攵NNB1 = 70.56 + 26.47 + 6.3 + 14.93 = 118.26ANNa =45.36 + 29.068 + 87.798 = 159.226ZNNr= 70.56 + 26.39 + 6.3 + 118.26 = 221.5 IkN弯矩调幅:框架在活触下经潮幅并算翱睇面的弯苑3、风荷载作用下的内力计算K-0.94K=3.07yo=O.35yo=O.45P3=7.582ac=0.32ac=
24、0.61M i =3.042M i =4.93Vp3=7.582V=1.30V=2.49Mb=1.638M 卜=4.03P2=15.163K=0.94K=3.07yo=O.45yo=O.5ac=0.32ac=0.61M i.=7.74Mi =13.428Vp2=22.745V=3.91V=7.46M 卜二6.33M 卜=13.428Pi=1 6.472K=1.23K=4.01y o=O. 59yo=O.55ac=0.54ac=0.75Mi =15.8Mi =24.09Vpi=39.172V=8.2V=11.39M 卜=22.73Mi =29.44La-B一L A4风荷载作用下剪力在各柱间分配风
25、荷载作用下各柱反弯点及柱墙弯矩3.04-U； .11 ri16单一-i3 z. J J/三1-eT。-J一至JI。/*/ d.OJ1.638二I I f I f J f / ftiT一但/ /J1s f f”97, /步3.42f fr777ABcL J 6风荷载作用下的框架弯矩图lj.8CR风荷载作用下框架剪力轴力图五、内力组合根据上述内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端柱边及跨中，由于对称性，每层梁 有5个控制截面。柱分为边柱和中柱，每根柱有2个控制截面。内 力组合使用的控制截面标于下图o梅料柱麟瞬梁和柱内力组合表:柱内力组合表楼层柱截面恒荷载活荷
26、载风荷载恒载xl.2 + 0.9x初（活载X1.4 +风载xl.4）Nmax, MNmin,MI1ImaxN,V顶层AM626.673.3263.02436.3278M516.3848.1521.63830.258436.81340.00840.008N167.58410.45钟.84214.6858245.303243.088243.088V1.31.479BM6-9.402-1.494.93-13.2194-28.403-13.764-28.403M5-6.63-3.4334.03-12.4189-23.745-14.640-23.745N216.40314.93+1.69279.0926
27、330.131319.469330.131V2.49-3.297中间层AM412.81410.67.7429.156826.35143.92543.926M315.49211.363333.280435.92349.90249.902N322.87984.798+3.55497.6922587.715578.874570.062V3.914.438BM4-5.51-4.4213.428-12.358-38.5210.653-38.521M3-6.136-4.5125.974-13.2262-36.806-4.754-36.806N392.12118.26+7.34624.282782.0547
28、36.941782.054V7.46-9.892底层AM29.6956.9615.820.68210.79942.35942.359Ml5.473.92522.7311.6665-15.98146.66646.666N479.22159.26+9.805782.102917.195890.518890.518V8.2-10.022BM2-3.89-2.8722.73-8.399-44.07517.922-44.075Ml-2.075-1.5329.44-4.479-44.99830.776-44.998N567.521221.51到54968.98821249.5271136.2881136.288V11.39-14.656六、侧移验算7.5820.567x2 + 1.264x2=2.070mm0.= 207 . =0.575x10-3 ,可以。3%3.6xl0355022.7450.567x2 + 1.264x2= 6.21 nunc6,21 1. rv ，八-31-r |M夕=-=1.725x10 +,底层框架层间位移角4过大,超过限制。七、梁的截面设计由混凝土强度等级为C30,受力钢筋采用HRB335