土木工程专业毕业设计框架结构计算书6-11章.doc

烟 台 大 学 毕 业 设 计 第6章 竖向荷载作用下框架结构的内力计算6.1 计算单元的确定 根据板的长边/短边小于2，知板为双向板，板荷载传递路线如图6.1、6.2 图6.1 车库-五层 计算单元，图6.2 六层 计算单元6.2 荷载计算6.2.1 车库层-五层：（1）、恒荷载的计算以2层荷载计算为例梁自重加上梁上墙的荷载： 板面荷载传给梁的梯形荷载： 4.0=15.60卫生间板传给梁的三角形荷载： 纵梁传给柱的集中荷载：利用弯矩平衡对e点取矩可得： .由于对称，故同理可得 节点弯矩的计算： （2）、活荷载的计算以2层荷载计算为例板面活荷载传给梁的梯形荷载： 卫生间板传给梁的三角形荷载： 纵梁传给柱的集中荷载： 利用弯矩平衡对a点取矩可得：由于对称，故同理可得, 节点弯矩的计算： 楼层竖向荷载的计算见图6.3和图6.4 图6.3 恒载作用 (单位：集中力为，线荷载为，节点弯矩为) 图6.4 活载作用 (单位：集中力为，线荷载为，节点弯矩为)6.3 内力的计算6.3.1 竖向恒载作用下构件弯矩剪力轴力的计算 图6.5 恒载弯矩图 (单位：) 图6.6 恒载剪力图 (单位：) 图6.7 恒载轴力图 (单位：) 6.3.2 竖向活载作用下构件弯矩、剪力、轴力的计算 图6.8 活载弯矩图 (单位：) 图6.9 活载剪力图 (单位：) 图6.10 活载轴力图 (单位：) 第7章 内力组合7.1 结构抗震等级的确定结构的抗震等级可根据结构类型、地震烈度、房屋高度等因素查得，本工程高度小于24，结构类型为框架结构，7度设防，丙类建筑，根据建筑抗震设计规范gb 50011 2010知本工程抗震等级为三级。7.2 框架梁内力组合7.2.1 基本规定本工程考虑了七种组合：、1.2恒+1.4活、1.2恒+1.4风、1.35恒+1.4（0.7活0.6风）、1.2恒+1.40.9（活风）、1.0恒1.4风、1.2（恒+0.5活）1.3地震、1.0（恒+0.5活）1.3地震根据上述几种组合，结合梁的控制截面进行内力的计算。其中梁的控制截面位于梁端柱边及跨间最大弯矩处，各个截面的内力计算见表7.2。对于竖向荷载作用下，考虑塑性内力重分布，对于支座进行弯矩调幅（调幅系数取0.85），对梁中弯矩乘以1.2的系数予以增大。水平荷载作用下不进行调幅，故弯矩调幅在内力组合之前。为了保证强剪弱弯， 一、二、三级的框架梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整 ，其中梁端剪力增大系数，三级抗震取 1.1。为承载力调整系数，具体取值见表7.1 表7.1 承载力调整系数结构构件类型正截面承载力计算斜截面承载力计算梁偏心受压柱梁、柱0.750.800.85注：轴压比小于0.15的偏心受压柱，取为0.75 7.2.2 框架梁内力组合梁端剪力的调整：对于第一层中ab跨有：净跨为5.7-0.33-0.33=5.04,并且可以将均布力换算成集中力：在恒荷载作用下，按简支梁计算的梁剪力为： 梯形荷载转换为集中力为,三角形荷载转换为集中力为，均布力转换为集中力为。在活荷载作用下，按简支梁计算的梁剪力为：故 其中是在地震作用下ab梁左右最大的弯矩之和，是梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值：其余计算结果见表7.2 7.3 框架柱内力组合7.3.1 基本规定本工程考虑了七种组合、1.2恒+1.4活、1.2恒+1.4风、1.35恒+1.4（0.7活0.6风）、1.2恒+1.40.9（活风）、1.0恒1.4风、1.2（恒+0.5活）1.3地震、1.0（恒+0.5活）1.3地震根据上述几种组合，结合柱的控制截面进行内力的计算。其中柱的控制截面位于柱顶和柱底，各个截面的内力计算及组合见表7.37.3.2 柱端弯矩、柱轴力的调整 1考虑地震作用组合的框架柱，其节点上、下端和中间层节点上、下端的截面内力设计值应按下列公式计算： 式中-考虑地震作用组合的节点上、下柱端的弯矩设计值之和；柱端弯矩设计值的确定，在一般情况下，可将计算的弯矩之和，按上、下柱端弹性分析所得的考虑地震作用组合的弯矩比进行分配；-同一节点左、右梁端，按顺时针和逆时针方向计算的两端考虑地震作用组合的弯矩设计值之和的较大值； 三级抗震，取1.32.框架顶层柱、轴压比小于0.15的柱，柱端弯矩设计值可取地震作用组合下的弯矩设计值。 3.节点上、下柱端的轴向力设计值，应取地震作用组合下各自的轴向力设计值。考虑地震作用组合的框架结构底层柱下端截面弯矩设计值，对三级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值乘以系数1.3确定。4.以第二层b柱，柱端组合弯矩设计值调整为例，其余计算结果见表7.3 第二层梁与b柱节点的梁端弯矩值由内力组合表7.3查得。查表易得四种有关地震的组合下右震内力组合最大，故 右震 = 第二层梁与b柱节点的柱端弯矩值由内力组合表7.3查得。查表易得四种有关地震的组合下右震内力组合最大，故右震 节点上端弯矩-92.7，下端108.6=1.3190.7=将1.3按柱的弹性分析弯矩值之比分配给节点上下柱端mc1=mc25.柱剪力的调整一、二、三级的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式 其中抗震等级三级，、分别为柱的上下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值，应符合建筑抗震设计规范gb50011-20010(2010年版)第6.2.2、6.2.3 条的规定，为柱的净高。49烟 台 大 学 毕 业 设 计第8章 截面设计 8.1 框架梁截面设计8.1.1 基本资料框架横梁正截面及及斜截面的配筋计算，按受弯构件进行，由于考虑抗震设计，则横梁不设弯起钢筋，梁的下部纵筋不能在跨中截断。根据横梁控制截面内力设计值，利用受弯构件正截面承载力和斜截面承载力计算公式，算出所需纵筋及箍筋。这里仅以车库层ab梁为例说明计算方法框架ab梁的混凝土等级为c30 =14.3 n/mm2 =1.43 n/mm2 箍筋采用hrb335 =300 n/mm2 纵筋采用hrb400 =360 n/mm2截面尺寸：bh=250mm450mm8.1.2 正截面设计计算1梁的正截面受弯承载力的计算 （1）梁底配筋从表7.2查出最不利组合为地震作用组合，此时跨间 。梁下部受拉时，按t形截面设计。 翼缘计算宽度当按跨度考虑时，按梁间距考虑时，按翼缘厚度考虑时，此种情况不起控制作用。故取。梁内纵向钢筋采用hrb400级钢筋，因为： 属第一类t形截面故取218，（），且大于，满足要求。（2）支座配筋：从表7.2中选出ab跨跨间截面及支座截面的最不利内力(地震作用组合下)，（地震作用组合下）将支座中心处的弯矩换算到边缘控制截面的弯矩进行配筋计算：支座弯矩将下部跨间的218钢筋深入支座负弯矩作用下的受压钢筋（），再计算相应的受拉钢筋，b端弯矩大，计算a支座，即支座a上部：说明有富裕，且不屈服，可近似取实取318， 故满足要求。8.1.3 梁斜截面受剪承载力计算以ab跨计算为例由表7.2知最不利剪力为 将支座中心处的剪力换算到边缘控制截面的剪力进行配筋计算：支座剪力故截面尺寸满足要求。 查50011-2010建筑抗震设计规范表6.3.3易得，梁端箍筋最大间距取梁端加密区箍筋取8100双肢箍，用hrb335级钢筋，则： 加密长度取1.5的梁的高度和500mm中的较大者，故取为675 mm，规范规定非加密区间距不宜大于加密区间距的两倍，故取8200。其余梁的计算同上，计算时均取梁受力较大一端计算，另一端配筋与受力较大端相同，经分析ab梁及bc梁均是b端受力大，及b端起控制作用，故在进行ab梁及bc梁计算时均取b端进行计算。框架梁纵向钢筋计算及框架梁箍筋计算见表8.1、8.2 表8.1 框架梁纵向钢筋计算表层次截面m 实际配筋车库层支座ab梁左端a-83.510.0260.0230.987610.5318（763）0.735ab梁右端-65.630.0060.0060.997479.8318（763）0.735bc梁左端-79.820.0170.0170.991583.5318（763）0.735bc梁右端c-660318（763）0.735cd梁左端c-70.750.0020.0020.998515.8318（763）0.735cd梁右端d-68.550318（763）0.735ab跨间60.60.0130.0130.993408.5218（509）0.49bc跨间15.60.0130.0130.993105.2218（509）0.49cd跨间30.30.0090.0090.996202.2218（509）0.49六层支座ab梁左端a-35。10318（763）0.7354ab梁右端-25.040318（763）0.735bc梁左端-29.020318（763）0.735bc梁右端c-15.220318（763）0.735cd梁左端c-24.620318（763）0.735cd梁右端d-18.430318（763）0.735ab跨间41.80.00890.00890.996280.9216（402）0.387bc跨间100.00810.00810.99667.2216（402）0.387bc跨间24.60.00710.00710.996165216（402）0.387六层顶梁的配筋均小于0，按构造配筋即可表8.2 框架梁箍筋计算表层次截面梁端加密区非加密区车库层72.950.068 8100双肢箍（1.01）8200双肢箍195.890.8588100双肢箍（1.01）8200双肢箍71.610.0608100双肢箍（1.01）8200双肢箍六层54.9608100双肢箍（1.01）8200双肢箍45.4308100双肢箍（1.01）8200双肢箍38.1620.062 0.15 2 0.24 2 0.33 2 0.42 2 0.51 2 0.602 0.05 2 0.14 2 0.23 2 0.252 0.44 2 0.56 2 0.66 2 0.04 2 0.092 0.15 2 0.22 2 0.292 0.36 2 0.44 20.04 20.08 20.13 20.18 20.23 20.28 20.33 v104.3868.73v180.1868.73v162.5868.73v778.6868.73 0410100非加密区实配箍筋均取410150 8.3 框架梁柱节点核心区截面抗震验算gb50011-2010抗震规范规定：一、二、三级框架的节点核芯区，应进行抗震验算.1车库层中柱即b柱节点的核芯区验算三级框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值按式 计算 其中为柱的计算高度，取节点上下柱反弯点间的距离： mm (左震控制） 又三级抗震，故 则 核芯区截面有效验算宽度： mm，所以mm。 节点核芯区组合的剪力设计值 满足要求。.节点核芯区截面抗震受剪承载力节点核芯区抗震受剪承载力按下式计算，其中取一层柱底轴力和中的较小值，故取。该节点区配箍为410100，则 所以满足要求。2车库层中柱即a柱节点的核芯区验算三级框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值按式 计算 其中为柱的计算高度，取节点上下柱反弯点间的距离： mm （右震控制） 又三级抗震，故 则 核芯区截面有效验算宽度： mm，所以mm。 节点核芯区组合的剪力设计值 满足要求。.节点核芯区截面抗震受剪承载力节点核芯区抗震受剪承载力按下式计算，其中取一层柱底轴力和中的较小值，故取。该节点区配箍为410100，则 所以满足要求。gb50011-2010建筑抗震设计规范：三、四级框架柱不应大于15倍纵向钢筋直径。框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜按本规范第637条采用；一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08，且体积配箍率分别，不宜小于0.6、0.5和0.4。有以上可知，节点核芯区及柱的箍筋加密区为410100，非加密区箍筋为410200，故均满足gb50011-2010建筑抗震设计规范的设计要求。第9章 板的配筋9.1 板的设计资料9.1.1 板的基本资料本结构中板厚均为100,板的混凝土强度等级为，钢筋采用hrb400，。9.1.2楼面梁格布置图图 9.1 楼面梁格布置图9.2 板的内力计算9.2.1 计算方法板边界条件的确定根据最不利荷载布置原则，求某区格板跨内截面最大弯矩形时，应按在此区格板布置活荷载，其他板棋盘式布置活荷载。欲求支座最大弯矩时，活荷载可以近似按各区格板满布得到。当求区格板跨中最大弯矩时，将荷载分成对称荷载和反对称荷载然后叠加。对称荷载使板在支座处无转角，反对称荷载会使板在支座处出现转角。所以对于边支座，只有对称荷载作用，因此可以看成固定支座。对于内区格板的支座，由于有反对称荷载，所以看成为铰支座。其他情况也可以按此分析。另外，计算弯矩时，还要考虑泊松比的影响。9.2.2 板的内力计算1荷载设计值计算：板： 板：2. 内力计算(1) 楼板与楼板的系数选取 图 9.2 板的计算图形板为四边固支板，查四边支承矩形板在均布荷载作用下的弯矩挠度系数表得： 跨内弯矩系数 支座弯矩系数 四边简支情况：跨内弯矩系数 图 9.3 板的计算图形板为三边固支、一边简支板h为板厚，b为梁宽，经计算查三边固支、一边简支承矩形板在均布荷载作用下的弯矩挠度系数表得： 跨内弯矩系数 支座弯矩系数 四边简支情况：跨内弯矩系数 (2) 计算和楼板的弯矩：跨内弯矩： 支座弯矩：跨内弯矩： 支座弯矩： 9.3 楼板配筋9.3.1 截面有效高度计算 跨中部分:对板厚为100mm的板，跨中截面方向，方向。支座截面：对板厚为100mm的板，。9.3.2 支座配筋方法按支座两边板的支座弯矩绝对值的最大值进行配筋，这种方法偏于安全。为了便于计算，均近似取=0.95，。混凝土强度等级:c30 混凝土强度设计值=14.3 n/mm2 =1.43 n/mm2钢筋抗拉强度设计值360 n/mm29.3.3 板的配筋计算：跨中配筋x方向： 故按构造配筋，选配8150。跨中配筋y方向： 故按构造配筋，选配8150。支座配筋x方向： 选配10150。支座配筋y方向：选配10150。跨中配筋x方向： 故按构造配筋，选配8150。跨中配筋y方向：故按构造配筋，选配8150。支座配筋x方向： 选配10200支座配筋y方向：故按构造配筋，选配8150第10章 楼梯的设计 10.1 楼梯的设计资料10.1.1 示意图：标准层楼梯平面布置图如图10.1 图10.1 楼梯示意图10.1.2 基本资料：1几何参数：楼梯净跨: 楼梯高度: 梯板厚: (约为投影长度的) 踏步数: 2荷载标准值：可变荷载：栏杆荷载：3材料信息：混凝土强度等级: c30= 14.30 n/mm2= 1.43 n/mm2rc=25.0 kn/m3钢筋强度等级: hrb335 fy = 300.00 n/mm2 10.2 楼梯的计算10.2.1 梯段板的计算本设计采用板式楼梯，取板厚为，则板的倾斜角为，梯段板与水平方向夹角余弦值，取1米的板带进行计算。恒载的分项系数为，活载的分项系数为。1荷载计算重力荷载计算如下：地面砖面层 三角形踏步 100厚现浇混凝土楼面板 20厚板底抹灰 扶手 合计： 活荷载： 总荷载：恒载控制：活载控制： 2截面设计有效高度弯矩设计值选配8200，分布筋每级踏步1根8。10.2.2 平台板的计算1平台板荷载地面砖面层 0.55 30mm1:3干硬性水泥砂浆 0.0320=0.60 100mm厚混凝土板 0.1025=2.5 板底抹灰 0.0217=0.34 合计： 3.99活荷载 取1m板带进行计算永久荷载控制时设计值 可变荷载控制时设计值 取2平台板配筋(1)如图10.1所示与d轴相邻的平台板：受力筋选用8200，分布筋选择8200，为了承受平台板可能出现的负弯矩，在平台板端部的上部配置8200。(2) 如图10.1所示与c轴相邻的平台板： 受力筋选用8200，分布筋选择8200，为了承受平台板可能出现的负弯矩，在平台板端部的上部配置8200。10.2.3 平台梁的设计平台梁截面尺寸为250mm400mm 平台梁计算跨度为1. 荷载计算梁自重 0.25（0.4-0.10）25= 1.875梁侧粉刷 0.02(0.4-0.10）217= 0.204平台板传来 3.992/2= 3.99梯段板传来 合计： 12.86活荷载 永久荷载控制时设计值 p=1.3512.86+1.40.74.16=21.44可变荷载控制时设计值 p=1.212.86+1.44.16=21.26取p=21.442. 内力计算弯矩设计值 剪力设计值(1)正截面受弯承载力计算：截面按倒l形计算，梁的有效高度 属第一类t形截面故取 214 （）， ，满足要求。(2)斜截面受剪承载力计算：配置8200,则斜截面受弯承载力满足要求。 10.2.4 梯柱的设计 1基本资料： 截面形状: 矩形 截面宽度: b=200mm 截面高度: h=300mm 构件的计算长度: =1400mm 混凝土强度等级: c30 =14.3 n/mm2 钢筋类型: hrb400 =360 n/mm2 结构重要性系数: =1.0 纵筋最小配筋率: =0.75%2. 荷载计算和配筋 1) 轴向力设计值: 平台梁传来的活荷载为 2.02.60.5=2.6 kn平台梁传来的恒荷载为 12.862.60.5=16.72 kn柱子自重为 0.20.31.4025+1.40(0.2+0.3)20.0217=2.576 kn由永久荷载控制时 p=1.35(16.72+2.576)+1.40.72.6=28.60 kn由可变荷载控制时 p=1.2(16.72+2.576) +1.42.6=26.80kn故n=28.60kn 2) 确定稳定系数: =1400/200=7.00 查混凝土结构设计规范(gb 50010-2002)表7.3.1得, = 1.000 3) 计算纵筋面积: 截面面积因为as0，应按构造要求配筋。 as=as,min=mina=0.75%60000=450mm2 。同时应满足一侧钢筋配筋率不小于0.200% 故选用414，as=615 mm2第11章 基础设计 11.1 基础的设计资料基础设计选用柱下独基。选择所选框架的9与b轴相交柱基础进行设计。基础混凝土等级用c30，垫层混凝土等级c15。基础埋置深度初步定为1150mm。基础高度初步定为600mm。按规范阶梯每阶高度宜为300500mm，所以取为300mm、300 mm，11.2 基础的设计11.2.1 基础底面尺寸的确定先按轴心受压估算， 查建筑抗震设计规范50011-2010，4.2.1可知，地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层的不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架和框架-抗震墙房屋不进行抗震承载力验算，规范还规定场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物;次要的轻型建筑物为丙级建筑且，故可不做地基变形计算。基础所受的荷载见表11.1 表11.1 恒载活载左风右风m()-3.1-1.2-27.427.3 n（）-1021.7-207123.5-123.5 v（）6.81.9 15.2-15.2标准组合：恒+活+0.6风 恒+0.7活+风根据m： n: v: 计算基础和回填土所受重力gk时的基础埋深采用平均埋深d，即d=(1.15+1.30)/2=1.225m对于均小于0.85的粘性土，基础上覆土重平均值为：kn/m3故= 基础底面积按10%增大，即：m2，初步确定基础底面积m2。由于基础宽度等于3米，故不必对基础宽度进行修正11.2.2 地基承载力的验算对于第一种组合情况：恒+活+0.6风故承载力满足要求。故承载力满足要求。对于第二种组合情况：恒+0.7活+风故承载力满足要求。故承载力满足要求。11.2.3 基础的冲切验算1. 地基净反力的计算查柱弯矩组合表7.3知有9种组合：. . 1.2恒+1.4左风 . 1.2恒+1.4右风. 1.2恒+1.40.9（活+左风） . 1.2恒+1.40.9（活+右风）. 1.0恒+1.4左风 . 1.0恒+1.4右风 . 1.35恒+1.4（0.7活+0.6左风） . 1.35恒+1.4（0.7活+0.6右风）