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1、结构设计计算书设计题目：多层框架结构设计。设计资料：设计资料见设计任务书。第一章 荷载计算1.1、结构选型1.1.1 结构体系选型：采用钢筋混凝土现浇框架结构（纵横向承重框架）体系。1.1.2 其它结构选型：（1）.屋面结构：采用混凝土现浇楼板，不上人屋面；（2）.楼面结构：采用混凝土现浇楼板；（3）.楼梯结构；采用混凝土板式楼梯；（4）.基础梁：采用钢筋混凝土基础梁；（5）.基础：采用钢筋混凝土柱下独立基础。1.2、结构布置：标准层楼面及屋面结构布置见结构施工图。1.3、框架结构荷载计算：选取为框架计算单元。1.3.1 确定框架的计算简图：假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。由于各层柱
2、的截面尺寸不变，故梁跨等于柱截面行心之间的距离，底层柱高从基础顶面算至二层楼面，其基顶标高根据地质条件室内外高差（-0.450m）等定为-0.950m，标准层柱高均为3.60m，底层柱高为3.9m，顶层柱高为4.2m.由以上条件画出框架结构计算简图如图所示：1.3.2 框架梁柱线刚度计算：材料选用：框架梁、柱：C混凝土 E3.1510N/mm横向框架梁尺寸确定：因为梁高应为跨度的1/151/10，b=(1/31/2)h对于边跨(AB、CD跨)梁取h=700mm，b=300mm对于边跨(BC跨)梁取h=450mm，b=300mm纵向框架梁尺寸确定：取h=7.2m/12=0.6m =600mm，
3、b=250mm框架柱:上层柱计算高度H=1.25H=1.254.2=5.25m,底层柱计算高度H=1.0H=1.0（3.9+0.5+0.45）=4.85m，由H0/b30，H0/h25，初选柱子截面为bh=500mm600mm对于抗震设防烈度为7度，房屋高度为26.55m24m，即抗震等级为二级的框架结构。框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算： （2-1）= （2-2）式中：N柱组合的轴压比设计值；F按简支状态计算的柱的负载面积；折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1215kN/m；考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱.取1.3，不等跨内柱取
4、1.25，等跨内柱取1.2；n验算截面以上楼层层数；柱截面面积；混凝土轴心抗压强度设计值； 框架柱轴压比限值，对一级、二级和三级抗震等级分别取0.7，0.8和0.9。该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值=0.8，各层的重力何在代表值近似取12kN/，由结构平面布置图可知边柱及中柱的负载面积分别为和。由式（2-1）得第一层柱截面面积为边柱 a=470mm中柱 a=548mm其他层柱子按公式（2-1）估算如果柱截面取为正方形，则边柱和中柱的截面尺寸: 500mm600mm。梁柱线刚度计算：考虑现浇板的作用，中框架梁截面惯性矩取2横向框架梁：边跨梁：=2EI/L22.86710=72031 中跨
5、梁：2EI/L16.87510=53156底层柱：EI/H18.55710=58454标准层柱：EI/H25.00010=78750顶层柱：EI/H21.42910=67500令=1,则其余各杆的相对线刚度为： 一、荷载计算：1、恒载标准值计算（1）屋面框架梁线荷载标准值：由中南地区通用建筑标准设计05ZJ001知：屋16 1.82100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10252.5010mm厚纸筋石灰粉平 0.010160.16V型轻钢龙骨吊顶 0.25kN/屋面恒载合计： 4.73kN/m边跨(BC、DE跨)框架梁自重及粉刷： （0.7-0.1）（0.325+20.0217）=4.908 k
6、N/m中跨(CD跨)框架梁自重及粉刷： （0.45-0.10）（0.325+20.0217）=2.863 kN/m故，作用在顶层框架梁上的线荷载为：=4.908 kN/m =2.863 kN/m=4.733.6=17.028 kN/m =4.732.7=12.771 kN/m（2）楼面框架梁线荷载标准值：由中南地区通用建筑标准设计05ZJ001知：楼6： 0.6 kN/m100mm厚现浇钢筋混凝土楼板 0.10252.50 kN/m10厚纸筋石灰粉平 160.01=0.16 kN/V型轻钢龙骨吊顶 0.25 kN/楼面恒载合计： 3.51 kN/m边跨(BC、DE跨)框架梁自重及粉刷： 4.9
7、08 kN/m中跨(CD跨)框架梁自重及粉刷： 2.863 kN/m边跨(BC、DE跨)填充墙自重及粉刷： （3.6-0.5）（0.25.5+20.0217）=5.518 kN/m故，作用在一至五层框架梁上的线荷载为：=4.908+5.518=10.426 kN/m =2.863 kN/m=3.513.6=12.636 kN/m =3.512.7=9.477kN/m作用在第六层框架梁上的线荷载为：=4.908 kN/m =4.908+5.518=10.426 kN/m =2.863 kN/m=3.513.6=12.636 kN/m =3.512.7=9.477kN/m（3）屋面框架节点集中荷载
8、标准值：檐沟自重及粉刷（为计算简便取其重度为26） 0.06457261.679kN/m纵向框架梁自重及粉刷： （0.60-0.10）（0.2525+20.0217）=3.465 kN/mL-1自重及粉刷： （0.50-0.10）（0.2025+20.0217）=2.272 kN/m顶层边节点荷载=梁自重+檐沟自重+板传来的荷载 =（3.465+1.679）7.2+2.2727.50.5+4.73（3.61.82+）=124.737 KN由于边梁不偏心，偏心弯矩仅由檐沟引起，故可不考虑其影响，按无偏心计算。顶层中节点荷载=梁自重+板传来的荷载=3.4657.2+2.2727.50.5+4.73
9、（3.61.82+）=150.003 KN=150.003=26.25 kNm（4）楼面框架节点集中荷载标准值：纵向框架梁自重及粉刷： （0.60-0.10）（0.2525+20.0217）=3.465 kN/mL-1自重及粉刷： （0.50-0.10）（0.2025+20.0217）=2.272 kN/m铝合金窗自重： 0.42.12.0=1.680 kN窗下墙自重及粉刷： （0.205.5+20.0217）1.0（7.2-0.5）=11.926 kN窗边墙自重及粉刷： （0.205.5+20.0217）（7.2-0.5-2.12）2.0=8.900 kNL-1上隔墙自重及粉刷： （0.20
10、5.5+20.0217）（3.6-0.5）=5.518 kN/m框架柱自重及粉刷： 0.50.625（3.6-0.1）+0.0217（3.6-0.1） 2 (0.5+0.6) -0.22 =28.392kN一至五层边节点荷载=梁自重+墙自重+窗自重+柱自重+板传来的荷载：=3.4657.2+2.2727.50.5+11.926+8.9+1.6802+28.392+5.5187.24+3.51（3.61.82+）=154.736 kN由于边梁不偏心，按无偏心计算。纵向框架梁自重及粉刷： 3.465 kN/m L-1自重及粉刷： 2.272 kN/m木门自重： 0.21.52.1=0.630 kN
11、 框架柱自重及粉刷： 28.392 kN高窗自重： 0.40.90.92=0.648 kN L-1上隔墙自重及粉刷： （0.205.5+20.0217）（3.6-0.5）=5.518 kN/m扣除门、窗洞墙体自重及粉刷： （0.25.5+20.0217）（7.2-0.5）（3.6-0.6）-1.52.1-0.90.92=27.287 kN一至五层中间节点荷载=梁自重+墙自重+门自重+柱自重+板传来的荷载：=3.4657.2+2.2727.50.5+0.630+28.392+0.648+5.5187.24+27.287+3.51（3.61.82+）=186.835 kN=186.835=32.7
12、0 kNm六层边节点荷载=梁自重+墙自重+窗自重+柱自重+板传来的荷载：=3.4657.2+2.2727.50.5+11.926+8.9+1.6802+28.392+5.5187.24+3.51（3.61.82+）=168.681 kN=3.4657.2+2.2727.50.5+11.926+8.9+1.6802+28.392+3.51（3.61.82+）=156.826 kN由于边梁不偏心，按无偏心计算。纵向框架梁自重及粉刷： 3.465 kN/m L-1自重及粉刷： 2.272 kN/m木门自重： 0.21.52.1=0.630 kN 防火门自重： 0.21.82.1=0.756 kN 框
13、架柱自重及粉刷： 28.392kN 高窗自重： 0.40.90.92=0.648 kN L-1上隔墙自重及粉刷： （0.205.5+20.0217）（4.2-0.5）=6.586 kN/mD轴扣除门洞墙体自重及粉刷：（0.25.5+20.0217）（7.2-0.5）（4.2-0.6）-1.52.1-0.90.92=34.443 kNC轴扣除门洞墙体自重及粉刷：（0.25.5+20.0217）（7.2-0.5）（4.2-0.6）2-1.82.1-0.90.962=35.244 kN六层中间节点荷载=梁自重+墙自重+门自重+柱自重+板传来的荷载：=3.4657.2+2.2727.50.5+0.63
14、0+28.392+0.648+5.5187.24+34.443+3.51（3.61.82+）=200.781 kN=200.781=35.14 kNm=3.4657.2+2.2727.50.5+0.7560.5+28.392+0.6481.5+35.244+3.51（3.61.82+）=189.799 kN=189.799=33.21 kNm恒载作用下计算简图如图所示：恒载作用下的内力计算采用分层法，计算简图如上所示（除底层柱外其它柱的线刚度取框架实际线刚度的0.9倍）。将梯形荷载进行等效化为均布荷载： =0.5=0.24故，顶层BC间梯形荷载=+（1-2+）=20.210 kN/mCD间荷载
15、等效为 =+=10.845 kN/m顶层各梁固端弯矩大小： =20.21=94.73 kNm =10.845=6.59 kNm同理求得标准层弯矩：六层：BC间梯形荷载 =+（1-2+）=16.263kN/mDE间梯形荷载 =+（1-2+）=21.781 kN/mCD间荷载等效为 =+=8.786 kN/m=76.23kNm； =102.10kNm； =5.34 kNm1-5层： BC间梯形荷载=+（1-2+）=21.781 kN/m CD间荷载等效为=+=8.786 kN/m顶层各梁固端弯矩大小： =21.781=102.10 kNm =8.786=5.34 kNm7层弯矩分配分配系数0.00
16、0 0.458 0.542 传递系数0.387 0.000 0.363 0.250 传递系数0.250 0.000 0.363 0.387 传递系数0.5420.000 0.458 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下节点弯矩26.25 -26.25 固端弯矩94.73 -94.73 -6.59 6.59 94.73 -94.73 分传-43.39 -51.34 1/2-25.67 25.67 1/251.34 43.39 19.49 1/238.99 36.57 25.19 1/212.59 -8.93 -10.57 1/2-5.28 -14.17 1/2-28.33 -
17、41.14 -43.86 1/2-21.93 3.76 1/27.53 7.06 4.86 1/22.43 5.94 1/211.89 10.04 -1.72 -2.04 1/2-1.02 -1.05 1/2-2.09 -3.04 -3.24 1/2-1.62 0.40 1/20.80 0.75 0.52 1/20.26 0.44 1/20.88 0.74 -0.18 -0.22 1/2-0.11 -0.09 1/2-0.17 -0.25 -0.27 1/2-0.13 0.04 1/20.08 0.07 0.05 1/20.02 0.04 1/20.07 0.06 -0.02 -0.02 -0
18、.02 -0.02 -0.02 最终弯矩0.00 -54.24 54.24 -79.42 0.00 44.45 8.72 -8.72 0.00 -44.46 79.43 -54.23 0.00 54.23 注：表中弯矩单位为kNm，弯矩保留两位小数。6层弯矩分配法分配系数0.331 0.387 0.282 传递系数0.280 0.263 0.307 0.150 传递系数0.150 0.263 0.307 0.280 传递系数0.2820.331 0.387 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下节点弯矩33.21 -35.14 固端弯矩76.23 -76.23 -5.34 5
19、.34 102.10 -102.10 分传-25.23 -29.50 -21.50 1/2-10.75 14.40 1/228.79 33.80 39.51 8.28 1/216.55 15.55 18.15 8.87 1/24.43 -2.74 -3.20 -2.33 1/2-1.17 -6.83 1/2-13.67 -23.97 -27.98 -25.52 1/2-12.76 1.12 1/22.24 2.10 2.46 1.20 1/20.60 1.80 1/23.60 4.22 4.94 -0.37 -0.43 -0.32 1/2-0.16 -0.18 1/2-0.36 -0.63 -
20、0.74 -0.67 1/2-0.34 0.05 1/20.09 0.09 0.10 0.05 1/20.03 0.05 1/20.09 0.11 0.13 -0.02 -0.02 -0.01 -0.01 -0.02 -0.02 -0.02 最终弯矩-28.36 -33.16 61.51 -69.42 17.74 20.71 -2.24 -3.64 -24.62 -28.74 92.13 -82.71 38.13 44.58 注：表中弯矩单位为kNm，弯矩保留两位小数。2-5层弯矩分配法分配系数0.368 0.368 0.264 传递系数0.270 0.295 0.295 0.140 传递系数
21、0.140 0.295 0.295 0.270 传递系数0.2640.368 0.368 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下节点弯矩32.70 -32.70 固端弯矩102.10 -102.10 -5.34 5.34 102.10 -102.10 分传-37.57 -37.57 -26.95 1/2-13.48 13.48 1/226.95 37.57 37.57 11.91 1/223.82 26.02 26.02 12.35 1/26.18 -4.38 -4.38 -3.14 1/2-1.57 -6.61 1/2-13.21 -27.85 -27.85 -25.49
22、1/2-12.74 1.10 1/22.21 2.41 2.41 1.15 1/20.57 1.68 1/23.36 4.69 4.69 -0.41 -0.41 -0.29 1/2-0.15 -0.16 1/2-0.32 -0.67 -0.67 -0.61 1/2-0.30 0.04 1/20.08 0.09 0.09 0.04 1/20.02 0.04 1/20.08 0.11 0.11 -0.02 -0.02 -0.01 -0.01 -0.02 -0.02 -0.02 最终弯矩-42.38 -42.38 84.75 -91.19 28.53 28.53 1.43 -1.43 -28.53
23、-28.53 91.19 -84.75 42.37 42.37 注：表中弯矩单位为kNm，弯矩保留两位小数。底层弯矩分配法分配系数0.391 0.290 0.319 传递系数0.283 0.309 0.230 0.178 传递系数0.178 0.309 0.230 0.283 传递系数0.3190.391 0.290 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下节点弯矩32.70 -32.70 固端弯矩102.10 -102.10 -5.34 5.34 102.10 -102.10 分传-39.92 -29.61 -32.57 1/2-16.28 16.28 1/232.57 39
24、.92 29.61 12.88 1/225.76 28.13 20.94 16.20 1/28.10 -5.04 -3.74 -4.11 1/2-2.05 -8.82 1/2-17.64 -30.63 -22.80 -28.05 1/2-14.03 1.54 1/23.08 3.36 2.50 1.94 1/20.97 2.24 1/24.47 5.48 4.07 -0.60 -0.45 -0.49 1/2-0.25 -0.29 1/2-0.57 -0.99 -0.74 -0.91 1/2-0.45 0.08 1/20.15 0.16 0.12 0.09 1/20.05 0.07 1/20.1
25、4 0.18 0.13 -0.03 -0.02 -0.02 -0.02 -0.04 -0.03 -0.03 1/2-0.02 0.01 0.01 0.00 最终弯矩-45.59 -33.81 79.40 -91.70 31.65 23.56 3.79 -3.78 -31.66 -23.56 91.70 -79.40 45.59 33.81 注：表中弯矩单位为kNm，弯矩保留两位小数。顶层0.000 0.458 0.542 0.387 0.000 0.363 0.250 0.250 0.000 0.363 0.387 0.5420.000 0.458 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DE
26、EDE上E下最终弯矩-59.36 59.36 -71.56 0.00 57.76 13.81 -13.23 -59.22 72.45 -61.13 61.13 六层0.331 0.387 0.282 0.280 0.263 0.307 0.150 0.150 0.263 0.307 0.280 0.2820.331 0.387 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下最终弯矩-35.78 -34.81 70.59 -67.94 37.55 31.84 -1.45 -4.72 -44.93 -40.46 90.11 -91.79 45.55 46.24 标准层层0.368 0.3
27、68 0.264 0.270 0.295 0.295 0.140 0.140 0.295 0.295 0.270 0.2640.368 0.368 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下最终弯矩-46.10 -46.10 92.20 -87.50 42.08 42.08 3.35 -3.35 -42.08 -42.08 87.50 -92.20 46.10 46.10 第二层0.368 0.368 0.264 0.270 0.295 0.295 0.140 0.140 0.295 0.295 0.270 0.2640.368 0.368 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D
28、下DEEDE上E下最终弯矩-42.91 -51.59 94.49 -89.20 40.21 46.53 2.46 -2.46 -40.21 -46.53 89.20 -94.49 42.91 51.59 底层0.391 0.290 0.319 0.283 0.309 0.230 0.178 0.178 0.309 0.230 0.283 0.3190.391 0.290 B上B下BCCBC上C下CDDCD上D下DEEDE上E下最终弯矩-54.19 -29.72 83.90 -85.14 48.33 28.89 7.92 -7.92 -48.33 -28.89 85.14 -83.90 54.1
29、9 29.72 注：对节点不平衡弯矩再次分配后弯矩（不传递）各层梁端剪力及柱子轴力（单位：kN）楼层774.16177.41414.64114.64177.29774.278198.898242.058241.941199.015682.03281.3259.57614.14681.45581.903437.756522.758538.323449.599582.30581.05211.86111.86181.05282.305674.797802.506818.071686.64482.30581.05211.86111.86181.05282.305911.8391082.2551097.
30、819923.682382.30581.05211.86111.86181.05282.3051148.881362.0031377.5671160.723282.38480.97311.86111.86180.97382.38413861641.6721657.2371397.843181.51381.84411.86111.86181.84481.5131622.251922.2121937.7771634.093由公式=-（g+p）；=- 调幅各层梁端弯矩经调幅并算至柱边：（单位：kN.m）楼层725.72-19.899.62-9.6220.66-27.1632.34-15-2.09-2
31、.3932.68-49.33550.04-32.171.53-1.5332.17-50.04450.04-32.171.53-1.5332.17-50.04350.04-32.171.53-1.5332.17-50.04251.85-33.570.81-0.8133.57-51.85143.64-29.885.18-5.1829.88-43.642. 活荷载标准值计算：雪荷载作用下的内力计算与位移验算根据设计任务书知道有关雪荷载的参数，并根据建筑结构荷载规范GB5009-2001，由公式，可知作用在屋面雪荷载标准值： kN由建筑结构荷载规范GB50009-2001知：不上人屋面：0.5 kN/
32、m 楼面： 2.0kN/m 走廊： 2.5kN/m（1） 作用在屋面框架梁线荷载标准值：（2） 边跨 (BC、DE跨) 梁： =0.53.6=1.8 kN/m 中间跨（CD跨）梁： =0.52.7=1.35 kN/m（2）作用在屋面框架节点集中荷载标准值：边节点： =0.5（3.61.82+）=8.370 kN 中间节点： =0.5（3.61.82+）=12.319 kN =12.319=2.16 kNm（3）作用在楼面框架梁线荷载标准值：边跨 (BC、DE跨) 梁： =23.6=7.2 kN/m 中间跨（CD跨）梁： =2.52.7=6.75 kN/m（4）作用在楼面框架节点集中荷载标准值：
33、边节点： =2.03.61.82+2=33.48 kN 中间节点：=2.03.61.82+2+2.5=53.224 kN =53.224=9.31 kNm活载作用下的内力计算亦采用分层法，顶层按活载满布，其它层考虑活载的不利位置，计算简图如上所示（中柱的线刚度取框架实际线刚度的0.9倍）。将梯形荷载进行等效化为均布荷载：=0.5=0.24故，顶层BC间梯形荷载=（1-2+）=1.618 kN/mCD间荷载等效为=0.844 kN/m顶层各梁固端弯矩：=1.618=7.58 kNm=1.618=0.98 kNm同理求得当标准层活荷载满布时弯矩：BC间梯形荷载=（1-2+）=6.470 kN/mCD间荷载等效为=4.219 kN/m=30.33 kNm；=2.56 kNm；活载载作用下弯矩分配7层弯矩分配法分配系数0.000 0.458 0.542 传递系数0.387 0.000 0.363 0.25