房屋結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)32頁(yè)

1、目 錄1.概述.11.1房屋結(jié)構(gòu)概況.11.2設(shè)計(jì)參數(shù)21.3設(shè)計(jì)參考32.截面設(shè)計(jì).32.1構(gòu)件截面尺寸 .32.2剛度計(jì)算.43.重力荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算.63.1重力荷載計(jì)算.63.2彎矩二次分配法計(jì)算框架內(nèi)力.114.水平地震荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算.184.1水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算.184.2 D值法計(jì)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(fù)彎矩調(diào)幅.225.2 底層邊跨梁內(nèi)力組合與截面計(jì)算.225.3 底層中跨梁內(nèi)力組合與截面計(jì)算.245.4底層柱內(nèi)力組合與截面計(jì)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(xiàn)對(duì)應(yīng)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(shè)計(jì)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(jì)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(jì)入梁自重。（2）內(nèi)外縱墻荷載已計(jì)及門(mén)、窗及相關(guān)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(duì)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力無(wú)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(lèi)梁、柱鋼筋：HRB400， 其他鋼筋：HRB335，1.2.4混凝土強(qiáng)度等級(jí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，?；炷翉椥阅Ａ?。1.2.5抗震設(shè)防烈度本設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度設(shè)定為7.5度。1.2.6設(shè)計(jì)地震分組本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)地震分組為第一組。1.2.7建筑場(chǎng)地類(lèi)別本設(shè)計(jì)選定場(chǎng)地類(lèi)別為：類(lèi)。1.2.8其他由于本設(shè)計(jì)是抗震設(shè)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(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）表6.1.2可知，本設(shè)計(jì)的抗震等級(jí)為一級(jí)。本設(shè)計(jì)將軸橫向框架作為典型框架。1.3 設(shè)計(jì)參考（1）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）（2）中華人民共和國(guó)國(guó)家

4、標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）（3）中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）（4）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第二版），西南交通大學(xué)出版社。2. 截面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中的板為雙向板，查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的荷載，以及模數(shù)要求，板厚取為100mm。2.1.2 梁截面設(shè)計(jì)框架梁截面高度h可按計(jì)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(yīng)小于200mm?？紤]到實(shí)際承受的荷載大小、跨度、抗

5、震設(shè)防烈度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素，本設(shè)計(jì)選取梁的截面為：梁：2.1.3 柱截面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中剪跨比不起控制作用，可不考慮。查建筑抗震設(shè)計(jì)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(zhǎng)邊與短邊的邊長(zhǎng)比不宜大于3。查建筑抗震設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jiǎn)支狀態(tài)計(jì)算的柱的負(fù)載面積，本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)取 驗(yàn)算截面以上樓層層數(shù)； 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 框架柱軸壓比限值。本設(shè)計(jì)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(jì)算2.2.1 梁的剛度計(jì)算計(jì)算梁的截面慣性矩時(shí)，對(duì)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(duì)于僅有一側(cè)有板的橫梁，則取。梁的計(jì)算過(guò)程見(jiàn)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(jì)算按D值法計(jì)算

7、柱的剛度的計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2.2。表2.2 柱的剛度層數(shù)層高（m）柱號(hào)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(jì)算3.1重力荷載計(jì)算3.1.1 恒載參數(shù)計(jì)算對(duì)于雙向板，由板傳到框架橫梁上的荷載為對(duì)稱(chēng)的梯形或三角形分布，荷載傳遞簡(jiǎn)圖如圖3-1所示。樓面：屋面：圖3-1 恒載傳遞簡(jiǎn)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(gè)框架的受力簡(jiǎn)圖如圖3-5所示。圖3-2 一二層框架恒載受力簡(jiǎn)圖圖3-3 三至六層框架恒載受力簡(jiǎn)圖圖3-4 七層框架恒載受

9、力簡(jiǎn)圖圖3-5 整個(gè)框架的恒載受力簡(jiǎn)圖3.1.3 活載參數(shù)計(jì)算活載的傳遞方式同恒載相同。荷載傳遞簡(jiǎn)圖如圖3-6所示。圖3-6 活載傳遞簡(jiǎn)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(gè)框架的受力簡(jiǎn)圖如圖3-9所示。圖3-7樓面的活載受力簡(jiǎn)圖圖3-8屋面的活載受力簡(jiǎn)圖圖3-9 整個(gè)框架的活載受力簡(jiǎn)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(gè)框架的重力荷載，如圖3-10所示。圖3-10 整個(gè)

10、框架的重力荷載受力簡(jiǎn)圖3.2彎矩二次分配法計(jì)算框架內(nèi)力3.2.1 梁柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度除底層柱外，其余各層柱的線(xiàn)剛度乘以0.9的折減系數(shù)。梁柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度見(jiàn)表3.1。3.2.2 計(jì)算分配系數(shù)分配系數(shù)按下式計(jì)算：由于結(jié)構(gòu)和荷載對(duì)稱(chēng)，僅計(jì)算半邊結(jié)構(gòu)的分配系數(shù)，各節(jié)點(diǎn)桿件分配系數(shù)見(jiàn)表3.2。表3.1 梁、柱轉(zhuǎn)動(dòng)剛度構(gòu)件名稱(chēng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)稱(chēng)，可以取半結(jié)構(gòu)進(jìn)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(huà)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(yīng)包括：（1）樓屋面恒載和活載通過(guò)雙向板傳給縱向框架梁對(duì)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(duì)柱引起的壓力；（3）對(duì)于各層柱的下端截面尚有柱自重產(chǎn)生的軸力。單位長(zhǎng)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(jì)算4.1水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)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(jì)算基本自振周期采用頂點(diǎn)位移法計(jì)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(diǎn)假象側(cè)移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.1。表4.1 頂點(diǎn)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(shè)計(jì)規(guī)范中地震影響系數(shù)的曲線(xiàn)，設(shè)防烈度為7.5度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，類(lèi)場(chǎng)地時(shí)：，。由于，地震影響系數(shù)按下式計(jì)算：式中曲線(xiàn)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(jì)算附加頂部集中力：4.1.4 結(jié)構(gòu)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)構(gòu)總水平地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值為:附加頂部集中力為：各層水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：屋面：樓面：4.2 D值法計(jì)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(jì)算的框架柱側(cè)向剛度D值，柱的剪力按下式計(jì)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(jì)算反彎點(diǎn)高度比根據(jù)框架總層數(shù)、所在樓層以及梁柱線(xiàn)剛度比查高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表3.7查出。由于上下層梁線(xiàn)剛度相同，反彎點(diǎn)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(guò)修正后的反彎點(diǎn)高度可由下式計(jì)算得到：4.2.3 梁端彎矩邊柱梁按節(jié)點(diǎn)平衡得到梁端彎矩；中間節(jié)點(diǎn)按線(xiàn)

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(xì)計(jì)算過(guò)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(huì)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(jìn)行抗震內(nèi)力組合與截面計(jì)算。5.1梁控制截面內(nèi)力與梁端負(fù)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(fù)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(jì)算5.2.1 梁正截面計(jì)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(jì)算根據(jù)規(guī)范，C30

16、時(shí)，采用25的鋼筋，保護(hù)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(jì)算采用20的鋼筋，雙排布置，保護(hù)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(mǎn)足規(guī)范要求。5.2.2 梁斜截面計(jì)算其中，根據(jù)實(shí)配鋼筋面積和材料強(qiáng)度確定的截面抗震受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值為：剪壓比驗(yàn)算：配箍計(jì)算： 選用雙肢10100，有 滿(mǎn)足規(guī)范要求。5.3 底層中跨梁內(nèi)力組合與截面計(jì)算5.3.1 梁正截面計(jì)算梁左端最大負(fù)彎矩 梁左端最大正彎矩 梁右端最大負(fù)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(jì)算根據(jù)規(guī)范，C30時(shí)，采用20的鋼筋，保護(hù)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(jì)算采用25的鋼筋，保護(hù)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(mǎn)足規(guī)范要求。5.3.2 梁斜截面計(jì)算由于本框架是一級(jí)框架，還應(yīng)符合下式要求：其中，根據(jù)實(shí)配鋼筋面積和材料強(qiáng)度確定的截面抗震受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值為：剪壓比驗(yàn)算：配箍計(jì)算： 選用雙肢10100，有 滿(mǎn)足規(guī)范要求。 5.4底層柱內(nèi)力組合與截面計(jì)算5.4.1 軸壓比驗(yàn)算柱： 5.4.2 正截面計(jì)算在內(nèi)力組合時(shí)，對(duì)柱頂需考慮柱端彎矩的調(diào)整，對(duì)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(yīng)的：（A） 及相應(yīng)的：（B） 及相應(yīng)的：（C） 中柱柱底：及相應(yīng)的：（D） 及相應(yīng)的：（E） 及相應(yīng)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(duì)稱(chēng)