多層框架結構設計

1、多層框架結構設計任務書姓名：孫永 學號： 20111150215云南大學2011級土木某六層辦公樓，采用現(xiàn)澆框架結構，建筑平面圖、剖面圖如圖1所示。沒有抗震設防要求 設計資料(1) 設計標高：室內設計標高相當于絕對標高4.400m，室內外高差600mm，(2) (2) 墻身做法：墻身為普通機制磚填充墻，M5水泥沙漿砌筑。內粉刷為混合沙漿底，紙筋灰面，厚20mm，內墻涂料兩度。外粉刷為1：3水泥沙漿底，厚20mm，馬賽克貼面。(3) 樓面做法：頂層為20mm厚水泥沙漿找平，5mm厚1：2水泥沙漿加“108”膠水著色粉面層；底層為15mm厚紙筋面石灰抹底，涂料兩度。(4) 屋面做法：現(xiàn)澆樓板上鋪膨

2、脹珍珠巖保溫層（檐口處厚100mm，2%自兩側檐口向中間找坡）1：2水泥沙漿找平層厚20mm，二氈三油防水層，撒綠豆砂保護(5) 門窗做法：門廳處為鋁合金門窗，其它均為木門、鋼窗。(6) 地質資料：屬III類建筑場地。(7) 基本風壓：（地面粗糙度為B類）。(8) 活荷載：屋面活荷載2.0，辦公樓樓面活荷載2.0，走廊樓面活荷載2.5。結構布置及結構計算簡圖的確定結構平面布置如圖2所示，各梁柱截面尺寸確定如下：邊跨（AB、CD跨）梁：取中跨（BC跨）梁：取h=400mm，b=250mm。邊柱（A軸、D軸）連系梁，取b×h=250mm×500mm；中柱（B軸、C軸）連系梁，取

3、b×h=250mm×400mm；柱截面均為b×h=300mm×450mm，現(xiàn)澆樓板厚100mm。結構計算簡圖如圖3所示。根據(jù)地質資料，確定基礎頂面離室外地面為500mm，由此求得底層層高4.3m。各梁柱構件的線剛度經(jīng)計算后列于圖3。其中在求梁截面慣性矩時考慮到現(xiàn)澆樓板的作用，取I=2I0(I0為不考慮樓板翼緣作用的梁截面慣性矩）。AB、CD跨梁：BC跨梁：上部各層柱：底層柱：荷載計算1、 恒荷載計算屋面框架梁線荷載標準值：20mm厚1:2水泥砂漿找平0.02×20=0.4kN/ m2100160mm厚（2%找坡）膨脹珍珠巖100mm厚現(xiàn)澆鋼筋混

4、凝土樓板0.1×25=2.5kN/ m215mm厚紙筋石灰抹底0.15×16=0.24kN/ m2屋面恒荷載總計4.05kN/ m2邊跨（AB、CD跨）框架梁自重梁側粉刷0.25×0.50×25=3.13kN/ m2×（0.5-0.1）×0.02×17=0.27kN/ m合計3.4kN/ m中跨（BC跨）框架梁自重梁側粉刷0.25×0.40×25=2.5kN/ m2×（0.4-0.1）×0.02×17=0.2kN/ m合計2.7kN/ m因此，作用在頂層框架梁上的線荷載為：g

5、6AB1=g6CD1=3.4kN/ mg6BC1=2.7kN/ mg6AB2=g6CD2=4.05×4.2=17.01kN/ mg6BC2=4.05×3.6=14.58kN/ m樓面框架梁線荷載標準值：25mm厚1:2水泥砂漿找平0.025×20=0.5kN/ m2100mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板0.1×25=2.5kN/ m215mm厚紙筋石灰抹底0.15×16=0.24kN/ m2樓面恒荷載總計3.24kN/ m2邊跨填充墻自重墻面粉刷0.24×（3.2-0.5）×19=12.31kN/ m2×（3.2-0.5）

6、×0.02×17=1.84kN/ m合計14.15kN/ m中跨框架梁及梁側粉刷0.25×0.40×25=2.5kN/ m2×（0.4-0.1）×0.02×17=0.2kN/ m合計2.7kN/ m因此，作用在中間層框架梁上的線荷載為：g6AB1=g6CD1=3.4+14.15=17.55kN/ mg6BC1=2.7kN/ mg6AB2=g6CD2=3.24×4.2=13.61kN/ mg6BC2=3.24×3.6=11.66kN/ m屋面框架節(jié)點集中荷載標準值邊柱連系梁自重粉刷0.25×0.5

7、×4.2×25=13.13kN0.02×（0.5-0.1）×2×4.2×17=1.14kN1m高女兒墻自重粉刷1×4.2×0.24×19=19.15kN1×0.02×2×4.2×17=2.86kN連系梁傳來屋面自重頂層邊節(jié)點集中荷載總計G6A=G6D=54.14kN中柱連系梁自重粉刷0.25×0.4×4.2×25=10.50kN0.02×（0.4-0.1）×2×4.2×17=0.86kN連系梁傳來

8、屋面自重頂層邊節(jié)點集中荷載總計G6B=G6C=46.72kN樓面框架節(jié)點集中荷載標準值邊柱連系梁自重粉刷0.25×0.5×4.2×25=13.13kN0.02×（0.5-0.1）×2×4.2×17=1.14kN鋼窗自重3.3×1.8×0.45=2.67kN窗下墻體自重粉刷0.24×0.9×3.9×19=16.01kN2×0.02×0.9×3.9×17=2.39kN窗邊墻體自重粉刷0.6×（3.2-1.4）×0.24&

9、#215;19=4.92kN0.6×（3.2-1.4）×2×0.02×17=0.73kN框架柱自重粉刷0.3×0.45×3.2×25=10.8kN0.78×0.02×3.2×17=0.85kN連系梁傳來樓面自重中間層邊節(jié)點集中荷載總計GA=G6D=66.93kN中柱連系梁自重粉刷0.25×0.4×4.2×25=10.50kN0.02×（0.4-0.1）×2×4.2×17=0.86kN內縱墻自重粉刷3.9×（3.2-0

10、.4）×0.24×19=49.80kN3.9×（3.2-0.4）×2×0.02×17=7.43kN扣除門洞重加上門重-2.1×1.0×（5.24-0.2）=-10.58kN框架柱自重粉刷0.3×0.45×3.2×25=10.8kN0.78×0.02×3.2×17=0.85kN連系梁傳來樓面自重中間層中節(jié)點集中荷載總計GB=GC=97.95kN恒荷載作用下的結構計算簡圖恒荷載作用下的結構計算簡圖如圖4所示2、樓面活荷載計算樓面活荷載作用下的結構計算簡圖如圖5

11、所示。圖中各荷載值計算如下：p6AB=p6CD=2×4.2=8.4kN/ mp6BC=2×3.6=7.2kN/ mpAB=pCD=2×4.2=8.4kN/ mpBC=2.5×3.6=9kN/ m3、 風荷載計算風雅標準值計算公式：因結構高度H=20.3m<30m，可取z=1.0；可查建筑結構荷載規(guī)范。將風荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中荷載，計算過程如表所示，表中z為框架節(jié)點至室外地坪的高度，A為一榀框架各層節(jié)點的受風面積，計算結果如圖6所示。層次zz(m)(kN/ m2)A(m2)PW(kN)61.01.319.81.2460.5510.14

12、9.7351.01.316.61.1750.5512.4811.2941.01.313.41.0900.5512.4810.4731.01.310.21.0060.5512.489.6721.01.37.00.8800.5512.488.4611.01.33.80.6080.5513.656.39內力計算1、 恒荷載作用下的內力計算恒載（豎向荷載）作用下的內力計算采用分層法。這里以中間層為例說明分層法的計算過程，其它層（頂層、底層）僅給出計算結果。由圖 取出中間任一層進行分析，結構計算簡圖如圖所示圖 中柱的線剛度取框架柱的實際線剛度的0.9倍。圖 中梁上分布荷載由矩形和梯形兩部分組成，在求固端

13、彎矩時可直接根據(jù)圖示荷載計算，也可根據(jù)固端彎矩相等的原則，先將梯形分布荷載及三角形分布荷載，化為等效均布荷載，等效均布荷載的計算公式如圖所示。把梯形荷載化為等效均布荷載g邊=gAB1+(1-212+13)gAB2 =17.55+(1-2×0.3332×0.3333)×13.61 =28.64kN/m圖 所示結構內力可用彎矩分配法計算并可利用結構對稱性取二分之一結構計算。各桿的固端彎矩為：彎矩分配法計算過程如圖所示，計算所得結構彎矩圖見圖9 ，同樣可利用分層法求得頂層及底層的彎矩圖，列于圖10。將各層分層法求得的彎矩圖疊加，可得整個框架結構在恒荷載作用下的彎矩圖，疊

14、加后框架內各節(jié)點彎矩并不一定能達到平衡。這是由于分層法計算的誤差所造成的。為提高精度，可將節(jié)點不平衡彎矩再分配一次進行修正，修正后的豎向荷載作用下整個結構彎矩圖如圖11a所示。并進而可求得框架各梁柱的剪力和軸力(圖11b)在求得圖7所示結構的梁端支座彎矩后，如欲求梁跨中彎矩，則需根據(jù)求得的支座彎矩和各跨的實際荷載分布按平衡條件計算，而不能按等效分布荷載計算?？蚣芙Y梁在實際分布荷載作用下按簡支梁計算的跨中彎矩如圖12所示。考慮梁端彎矩調幅，并將梁端節(jié)點彎矩換算至梁端柱邊彎矩值，以備內力組合時用，如圖13所示。2、 樓面活荷載作用下的內力計算也采用分層法，考慮到活荷載分布的最不利組合，各層樓面活荷

15、載布置可能有圖14所示的幾種組合形式。同樣采用彎矩分配法計算，考慮彎矩調幅，并將梁端節(jié)點彎矩換算成梁端柱邊彎矩值。其最后彎矩圖（標準層）如圖14所示。3、 風荷載作用下的結構計算簡圖如圖6。內力計算采用D值法計算過程見圖15。其中由附表10-3、10-4查得y1=y2=y3=0，即y=y0。由圖可見，風荷載分布較接近于均布荷載，故y0由附表10-1查得。風荷載作用下框架結構彎矩圖如圖所示，框架軸力圖和剪力圖如圖16所示。4、 風荷載作用下考慮P-效應時的框架內力的調整。風荷載作用下考慮P-效應時的框架內力的調整按式（13-14）計算，具體計算過程列于表。其中表為框架結構剛度折減的計算過程，梁的

16、線剛度折減系數(shù)取0.4，柱的線剛度折減系數(shù)取0.6。考慮P-效應框架結構剛度折減計算層次柱號折減后的線剛度2-6層邊柱i2=i4=3.31Ic=4.270.7750.2791.39622.484中柱I1=i3=3.31i2=i4=2.96Ic=4.271.4680.4232.117底層邊柱i2=3.31Ic=3.181.0410.5071.04619.470中柱I1=3.31i2=2.96Ic=3.181.6570.5901.218考慮P-效應框架梁柱內力增大系數(shù)層次柱軸力標準值（kN）恒載活載622.484423.40136.08679.541.0101.010522.4841122.522

17、79.721699.471.0261.018422.4841821.64423.362719.401.0421.034322.4842520.765673739.331.0591.050222.4843219.28710.644758.541.0761.067119.4703919.00854.285779.191.1101.093在表13-5中，自重產(chǎn)生的柱軸向力標準值按一榀框架計算，取自圖的計算結果?；詈奢d產(chǎn)生的柱軸向力標準值參照圖的活荷載計算簡圖計算。其中頂層樓面活荷載所產(chǎn)生的框架柱總軸力標準值為：標準層樓面活荷載所產(chǎn)生的框架柱總軸力標準值為：考慮荷載組合系數(shù)按（1.2×恒載+

18、0.9×1.4×活載）得到柱軸力設計值。風荷載作用下考慮P-效應調整后的框架彎矩圖見圖17.內力組合根據(jù)上節(jié)內力計算結果，即可進行框架各梁柱各控制截面上的內力組合，其中梁的控制截面為梁端柱邊及跨中。由于對稱性，每層有五個控制截面，即圖梁中的1、2、3、4、5號截面，表給出了每四層梁的內力組合過程；柱則分為邊柱和中柱（及A柱、B柱），每個柱每層有兩個控制截面，如圖所示以第四層柱為例，控制截面為7、8號截面。因活荷載作用下內力計算采用分層法，故當三層梁和四層梁上作用有活荷載時，將對四層柱內產(chǎn)生內力。表整理出了當三層、四層分別有活荷載最不利組合時在7、8號截面所產(chǎn)生的內力。表給出

19、了四層柱的內力組合過程截面設計根據(jù)內力組合結果，即可選擇各截面的最不利內力進行截面配筋計算。必須指出的是，表中組合得到的內力，并不一定是最不利內力。例如對于大偏心受壓的情況，可能是N較小但不是最小而M又較大時更危險，因此，必要時應根據(jù)截面大小偏壓的情況重新組合做出最不利的一組內力配筋。最后，在考慮構造要求以后，確定有關控制截面的配筋，并做出結構施工圖，此處從略。第四層梁內力組合截面荷載類型恒載活載MVMVMVMVMV1-43.8878.24-12.69 16.74 0.51-0.54-15.39 16.74 -0.05-0.08262.2115.08-1.215.190.083-52.02-8

20、1.48-14.93-17.25-1.90-0.54-17.94-17.250.19-0.084-15.8812.96-3.940-5.145.32-8.498.500.51-0.035-6.99-4.86.3.66-2.30-0.50風載內力組合恒載×1.2+活載×1.4恒載×1.2+0.9×（活載×1.4+風載×1.4）MVMmaxMminVmaxMmaxMminVmax1±16.53 ±4.96 -60.62110.04-80.65 114.68 2± 0.9291.1290.633±12

21、.46±4.96 -73.16115.30-87.79 -119.80 4±10.65 ±6.76 -24.8223.98 -37.67 31.65 50-13.39-12.89 四層、五層柱內力計算結果柱截面荷載類型四層梁上有活荷載的情況三層梁上有活荷載的情況A柱M88.32-0.329.620.701.720.031.430.01M72.77-0.163.210.235.17-0.084.300.04N11.54-0.1111.100.060000B柱M8-7.230.40-5.91-0.61-1.430.13-1.04-0.07M7-2.410.13-1.9

22、7-0.20-4.290.40-3.13-0.25N12.153.2318.78-0.040000四層柱內力組合柱截面荷載類型恒載活載風載上層傳來上層傳來A柱M838.636.896.021.64±11.9M738.636.896065.14±9.74N82.24314.3711.5411.10-0.1133.75±4.96V±6.76B柱M8-31.76-5.72-4.56-1.03±16.00M7-31.76-5.72-5.33-4.16±13.63N102.44411.812.1518.783.2355.75±3.02V±9.26內力組合恒載×1.2+活載×1.4恒載×1.2+0.9×（活載×1.4+風載×1.4）Nmax，MNmin,，M|M|max，N,VNmax，MNmin,，M+A柱M854.62 48.32 54.62 70.03 48.42 70.03 M754.62 52.52 54.62 67.31 52.83 67.31 N207.04 98.56 112.54 526.75 475.79 484.22 V±8.52 +B柱M8-43.58 -39.35 -44.98 -65.48 -59.57 -