房屋結(jié)構(gòu)課程設計32頁

1、目 錄1.概述.11.1房屋結(jié)構(gòu)概況.11.2設計參數(shù)21.3設計參考32.截面設計.32.1構(gòu)件截面尺寸 .32.2剛度計算.43.重力荷載作用下的內(nèi)力計算.63.1重力荷載計算.63.2彎矩二次分配法計算框架內(nèi)力.114.水平地震荷載作用下的內(nèi)力計算.184.1水平地震作用標準值計算.184.2 D值法計算水平地震作用下的內(nèi)力.205. 框架的內(nèi)力組合.225.1梁控制截面內(nèi)力與梁端負彎矩調(diào)幅.225.2 底層邊跨梁內(nèi)力組合與截面計算.225.3 底層中跨梁內(nèi)力組合與截面計算.245.4底層柱內(nèi)力組合與截面計算.271.概述1.1房屋結(jié)構(gòu)概況某七層辦公樓為鋼筋混凝土全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，其平面柱

2、網(wǎng)布置如圖1-1，軸線對應的框架立面如圖1-2。圖1-1 柱網(wǎng)布置圖圖1-2 框架立面圖1.2設計參數(shù)1.2.1結(jié)構(gòu)層高如圖1-2所示。1.2.2荷載樓面恒載：，屋面恒載：，樓面活載：走廊活載：，屋面活載：二三層橫墻荷載：四至七層橫墻荷載：二至七層外縱墻荷載：屋面以上外縱墻荷載：二至七層內(nèi)縱墻荷載：注：（1）樓面層恒載中已計入樓屋面面層，結(jié)構(gòu)層即樓屋面板及頂棚抹灰或吊頂重，但未計入梁自重。（2）內(nèi)外縱墻荷載已計及門、窗及相關裝飾、粉刷、貼面，且忽略結(jié)構(gòu)層高差別的影響。（3）屋面以上外縱墻荷載為屋面女兒墻荷載。（4）一層墻對框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力無影響，未列入。查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范表A.1鋼筋混凝土自重取。

3、1.2.3鋼筋種類梁、柱鋼筋：HRB400， 其他鋼筋：HRB335，1.2.4混凝土強度等級混凝土強度等級為C30，?；炷翉椥阅Ａ?。1.2.5抗震設防烈度本設計抗震設防烈度設定為7.5度。1.2.6設計地震分組本設計設計地震分組為第一組。1.2.7建筑場地類別本設計選定場地類別為：類。1.2.8其他由于本設計是抗震設防烈度為7.5度，高度為25.5m的框架結(jié)構(gòu),查建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）表6.1.2可知，本設計的抗震等級為一級。本設計將軸橫向框架作為典型框架。1.3 設計參考（1）中華人民共和國國家標準建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）（2）中華人民共和國國家

4、標準混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB50010-2002）（3）中華人民共和國國家標準建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）（4）高層建筑結(jié)構(gòu)設計原理（第二版），西南交通大學出版社。2. 截面設計2.1構(gòu)件截面尺寸2.1.1 板厚由柱網(wǎng)布置圖可知，本設計中的板為雙向板，查混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB50010-2002），現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向板的最小板厚為80mm?？紤]到本設計的荷載，以及模數(shù)要求，板厚取為100mm。2.1.2 梁截面設計框架梁截面高度h可按計算跨度的選取，且不小于400mm，也不宜大于凈跨?？蚣芰旱膶挾萣一般為梁截面高度h的，且不應小于200mm?？紤]到實際承受的荷載大小、跨度、抗

5、震設防烈度、混凝土強度等級等因素，本設計選取梁的截面為：梁：2.1.3 柱截面設計框架柱的截面尺寸一般由最小構(gòu)造、模數(shù)、剪跨比、軸壓比要求決定。在本設計中剪跨比不起控制作用，可不考慮。查建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）6.3.5可知，柱截面的寬度和高度不宜小于400mm。截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。查建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010）6.3.6可知，柱軸壓比限值為0.65。根據(jù)軸壓比按下式估算截面尺寸：式中 柱所需截面面積；柱組合的軸壓力設計值： 式中 考慮地震作用組合后柱軸壓力增大系數(shù)，取1.3； 按簡支狀態(tài)計算的柱的負載面積，本設計中為； 折算在單位建筑面積上的

6、重力荷載代表值，可近似取，本設計取 驗算截面以上樓層層數(shù)； 混凝土軸心抗壓強度設計值； 框架柱軸壓比限值。本設計中起控制作用的是底層的中柱截面尺寸：選取截面尺寸為。2.2 剛度計算2.2.1 梁的剛度計算計算梁的截面慣性矩時，對于兩側(cè)有板的中間框架，橫梁截面慣性矩可取梁矩形截面（包括板厚在內(nèi)）慣性矩的2倍，對于僅有一側(cè)有板的橫梁，則取。梁的計算過程見表2.1。表2.1 梁的剛度部位斷面跨度截面慣性矩邊框架梁中框架梁邊跨梁0.6×0.46.37.214.468.5710.851.43中跨梁0.6×0.43.67.214.412010.8902.2.2 柱的剛度計算按D值法計算

7、柱的剛度的計算過程見表2.2。表2.2 柱的剛度層數(shù)層高（m）柱號柱根數(shù)（）（）樓層D()15.414600000.680.4410877.314045192120.910.4811955.76341.080.5112653.144121.440.5613910.662至63.31498181.820.420.1718637.388595092120.550.2223500.39340.660.2526780.784120.880.3032985.9774.014810000.500.2012237.885547572120.670.2515290.43340.800.2917318.3241

8、21.060.3521087.283. 重力荷載作用下的內(nèi)力計算3.1重力荷載計算3.1.1 恒載參數(shù)計算對于雙向板，由板傳到框架橫梁上的荷載為對稱的梯形或三角形分布，荷載傳遞簡圖如圖3-1所示。樓面：屋面：圖3-1 恒載傳遞簡圖 二至七層：屋面以上：橫墻及橫梁荷載集度：二三層：四至七層：屋面：板傳遞至框架的恒載集度最大值：樓面：屋面：3.1.2 框架上的恒載框架上的恒載由上述所算出的各參數(shù)組合而成，分為二三層、四至七層、屋面三種情況，分別如圖3-2、3-3、3-4所示。整個框架的受力簡圖如圖3-5所示。圖3-2 一二層框架恒載受力簡圖圖3-3 三至六層框架恒載受力簡圖圖3-4 七層框架恒載受

9、力簡圖圖3-5 整個框架的恒載受力簡圖3.1.3 活載參數(shù)計算活載的傳遞方式同恒載相同。荷載傳遞簡圖如圖3-6所示。圖3-6 活載傳遞簡圖樓面：屋面：板傳遞至框架的活載載集度最大值：樓面： 屋面： 3.1.4 框架上的活載框架上的恒載由上述所算出的各參數(shù)組合而成，分為樓面 、屋面兩種情況，分別如圖3-7、3-8所示。整個框架的受力簡圖如圖3-9所示。圖3-7樓面的活載受力簡圖圖3-8屋面的活載受力簡圖圖3-9 整個框架的活載受力簡圖3.1.5 框架上的重力荷載框架上的重力荷載=100%的恒荷載+50%的活荷載。疊加框架上的恒載及活載的一半得整個框架的重力荷載，如圖3-10所示。圖3-10 整個

10、框架的重力荷載受力簡圖3.2彎矩二次分配法計算框架內(nèi)力3.2.1 梁柱轉(zhuǎn)動剛度除底層柱外，其余各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù)。梁柱轉(zhuǎn)動剛度見表3.1。3.2.2 計算分配系數(shù)分配系數(shù)按下式計算：由于結(jié)構(gòu)和荷載對稱，僅計算半邊結(jié)構(gòu)的分配系數(shù)，各節(jié)點桿件分配系數(shù)見表3.2。表3.1 梁、柱轉(zhuǎn)動剛度構(gòu)件名稱轉(zhuǎn)動剛度S（）框架梁邊跨中跨框架柱頂層中間層底層3.2.3 梁端固端彎矩七層：邊跨：中跨： 三至六層邊跨： 中跨： 一、二層邊跨： 中跨： 3.2.4 彎矩分配與傳遞由于結(jié)構(gòu)以及荷載對稱，可以取半結(jié)構(gòu)進行彎矩分配與傳遞。彎矩分配與傳遞分別如圖3-11所示。3.2.5 作框架彎矩圖將桿端彎矩按比

11、例畫在桿件受拉一側(cè)，如圖3-12所示。3.2.6 作框架剪力圖和軸力圖根據(jù)彎矩圖很容易作出剪力圖和軸力圖。但是在橫向框架柱中，除了上述由樓板及框架橫梁上的恒載和活載經(jīng)框架橫梁在框架柱中產(chǎn)生的軸力外，框架柱中軸力還應包括：（1）樓屋面恒載和活載通過雙向板傳給縱向框架梁對柱引起的壓力；（2）縱向框架梁自重及其上外縱墻、內(nèi)縱墻經(jīng)縱向框架梁對柱引起的壓力；（3）對于各層柱的下端截面尚有柱自重產(chǎn)生的軸力。單位長度柱產(chǎn)生的自重為：框架剪力圖、軸力圖分別如圖3-13、3-14所示。圖3-11 彎矩分配與傳遞3-12 框架彎矩圖（）圖3-13 框架剪力圖（）圖3-14 框架軸力圖（）4.水平地震荷載作用下的內(nèi)

12、力計算4.1水平地震作用標準值計算4.1.1 樓層重力荷載代表值各樓層的重力荷載代表值采用估算的算法。4.1.2 自振周期計算基本自振周期采用頂點位移法計算。其中非結(jié)構(gòu)墻影響的折減系數(shù)取0.6。結(jié)構(gòu)頂點假象側(cè)移計算結(jié)果見表4.1。表4.1 頂點假象側(cè)移層次（）()()()()76032.886032.885547570.010870.2556566032.8812065.768595090.014040.2447856032.8818098.648595090.021060.2307446032.8824131.528595090.028080.2096836032.8830164.48595

13、090.035090.1816026032.8836197.288595090.042110.1465116032.8842230.164045190.104400.104404.1.3 地震影響系數(shù)根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范中地震影響系數(shù)的曲線，設防烈度為7.5度，設計地震分組為第一組，類場地時：，。由于，地震影響系數(shù)按下式計算：式中曲線下降段的衰減指數(shù)，取0.9；阻尼比調(diào)整系數(shù)，取1；結(jié)構(gòu)自振周期；特征周期；地震影響系數(shù)最大值。 由于,需計算附加頂部集中力：4.1.4 結(jié)構(gòu)水平地震作用標準值結(jié)構(gòu)總水平地震作用效應標準值為:附加頂部集中力為：各層水平地震作用標準值：屋面：樓面：4.2 D值法計算水

14、平地震作用下的內(nèi)力4.2.1 典型框架柱的剪力根據(jù)表2.2計算的框架柱側(cè)向剛度D值，柱的剪力按下式計算： 式中第層第柱的剪力；第層第柱的抗側(cè)剛度； 第層所有柱的抗側(cè)剛度之和；第層由外荷載引起的總剪力。4.2.2 計算反彎點高度比根據(jù)框架總層數(shù)、所在樓層以及梁柱線剛度比查高層建筑結(jié)構(gòu)設計原理表3.7查出。由于上下層梁線剛度相同，反彎點高度比修正值。由于上下層層高可能變化，其中：，式中、上層、下層層高。上層層高大于本層，向上移；反之，向下移。下層層高大于本層，向下移；反之，向上移。于是，框架各層柱經(jīng)過修正后的反彎點高度可由下式計算得到：4.2.3 梁端彎矩邊柱梁按節(jié)點平衡得到梁端彎矩；中間節(jié)點按線

15、剛度比分配柱端彎矩。中柱梁外側(cè)剛度比分配系數(shù)為：;中柱梁內(nèi)側(cè)剛度比分配系數(shù)為：0.37梁端彎矩詳細計算過程表4.4層數(shù)邊柱梁（）中柱梁外側(cè)（）中柱梁內(nèi)側(cè)（）12345675. 框架的內(nèi)力組合由于是鋼筋混凝土全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，所示截面最大內(nèi)力會出現(xiàn)在底層。以上各層配筋與底層一致，下面以底層的梁、柱為例，進行抗震內(nèi)力組合與截面計算。5.1梁控制截面內(nèi)力與梁端負彎矩調(diào)幅 底層梁地震作用下：重力荷載作用下：考慮梁端負彎矩調(diào)幅，取調(diào)幅系數(shù)，則 調(diào)幅后的跨中彎矩為 5.2 底層邊跨梁內(nèi)力組合與截面計算5.2.1 梁正截面計算故梁端頂部按，梁底部按確定縱向受拉鋼筋。（1）梁底部縱向受拉鋼筋計算根據(jù)規(guī)范，C30

16、時，采用25的鋼筋，保護層厚度，故故上式為 解得 又由，可得 選425，。（2）梁頂部縱向受拉鋼筋計算采用20的鋼筋，雙排布置，保護層厚度，故解得 又由，可得 選1020，雙排。（3）梁縱向受拉鋼筋配筋率梁端 跨中 滿足規(guī)范要求。5.2.2 梁斜截面計算其中，根據(jù)實配鋼筋面積和材料強度確定的截面抗震受彎承載力所對應的彎矩值為：剪壓比驗算：配箍計算： 選用雙肢10100，有 滿足規(guī)范要求。5.3 底層中跨梁內(nèi)力組合與截面計算5.3.1 梁正截面計算梁左端最大負彎矩 梁左端最大正彎矩 梁右端最大負彎矩 梁左端最大正彎矩 將跨中正彎矩 故梁端頂部按，梁底部按確定縱向受拉鋼筋。（1）梁底部縱向受拉鋼筋

17、計算根據(jù)規(guī)范，C30時，采用20的鋼筋，保護層厚度，故故上式為解得 又由，可得 選520，。（2）梁頂部縱向受拉鋼筋計算采用25的鋼筋，保護層厚度，故解得 又由，可得 選425，。（3）梁縱向受拉鋼筋配筋率梁端 跨中 滿足規(guī)范要求。5.3.2 梁斜截面計算由于本框架是一級框架，還應符合下式要求：其中，根據(jù)實配鋼筋面積和材料強度確定的截面抗震受彎承載力所對應的彎矩值為：剪壓比驗算：配箍計算： 選用雙肢10100，有 滿足規(guī)范要求。 5.4底層柱內(nèi)力組合與截面計算5.4.1 軸壓比驗算柱： 5.4.2 正截面計算在內(nèi)力組合時，對柱頂需考慮柱端彎矩的調(diào)整，對柱底需乘以規(guī)范要求的增大系數(shù)，則柱采用如下最不利內(nèi)力組合。中柱柱頂：及相應的：（A） 及相應的：（B） 及相應的：（C） 中柱柱底：及相應的：（D） 及相應的：（E） 及相應的：（F） 初步試算可知，以上全部為大偏心受壓構(gòu)件，可能起控制作用的組合有D：，F(xiàn)：，柱采用對稱