普通框架结构手算计算书

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1设计目的与要求、提供设计资料:建筑设计要求:建设地点:本教学楼位于开封市,要求根据所学知识完成该大楼的结构设计施工图。

1.1.提供设计资料:1.1.1.地质资料:①素填土重度为18.5kN/m3,f k=85kPa,Es=4.0MPa,厚1m .②粉土重度为19.3kN/m3,f k=160kPa,Es=12MPa,厚5.2m .③粉质粘土重度为19kN/m3,f k=180kPa,Es=13.5MPa,厚3.6m .④粉细砂重度为19.5kN/m3,f k=220kPa,Es=15.9MPa,厚度大于12m,未穿透.地下水位位于地下6.6 m,对混凝土无侵蚀性 .1.1.2.场地类别:本工程场地土为二类场地土。

设计地震分组为第一组。

1.1.3.抗震设防:开封:抗震设防烈度为7度。

1.1.4.屋面做法:卷材防水层,40mm厚细石混凝土找平内配4@200钢筋;50~200mm厚膨胀珍珠岩找坡;15mm厚水泥砂浆找平层上做油膏、胶泥一度隔气;现浇钢筋混凝土板;现浇钢筋混凝土板下做20mm厚纸筋石灰粉底。

1.1.5.楼面做法:30mm厚水泥砂浆找平层;现浇混凝土板下做20mm厚纸筋石灰粉底。

1.1.6. 使用可变荷载取值:楼面、屋面及楼梯的可变荷载,按附表二取值。

1.1.7. 基本风压:0ω=0.5 kN/m2,地面粗糙度为C 类;基本雪压:0S =0.3 kN/m2。

1.1.8. 材料:混凝土:基础用C30;上部结构用C30。

受力钢筋采用HRB400,箍筋采用HRB235.砖墙:±0.000以下采用M10标准砖,M5水泥砂浆;±0.000以上采用M10标准砖M5混合砂浆。

外墙均为14mm 厚1:3水泥砂浆底,6mm 厚1:1水泥砂浆加107胶贴白色面砖;内墙用18mm 厚1:1:6混合砂浆,2mm 厚纸筋石灰抹面,刷白色内墙涂料二度。

1.1.9.建筑平面布置(注意:抄的时候下面这里差一个图,留一页纸出来,等结构图出来了画上去)2结构选型与布置2.1.结构方案选择根据指导书要求,本建筑结构形式采用钢筋混凝土框架结构。

框架结构的特点是梁柱承重,墙体只起分割、围护作用,房间布置比较灵活,门窗开启的大小、形状较为自由;钢筋混凝土的骨料可就地取材,耗钢量少,防火性和耐久性能好。

该结构的主要受力框架采用横向框架布置。

施工方法采用现浇整体式板。

因为横向和纵向的长度都没有超过60m,所以不用设置伸缩缝。

不过在4、5轴和9、10轴之间设置沉降缝。

2.2. 梁、柱截面形式和尺寸的估算2.2.1. 跨度的确定主梁纵向和横向的最大跨度分别为L1=5400mm ,L2=6600mm次梁的跨度为3900mm ,主梁跨内布置两根次梁板的跨度分别为3300mm,3900mm2.2.2. 板厚确定最小厚度必须满足≥60mm连续双向板h>35L =390035=112mm , 对民用建筑楼盖板,要求h ≥80mm ,因此:屋面板及楼面板板厚均取h=120mm ,h 0=120-20=100mm 。

2.2.3. 次梁截面尺寸的确定截面高度h=18L ~12L =390018~390012=217∽325mm ,取h=350mm 截面宽度b=3h ~2h =3503~3502=117∽175mm ,取b=200mm 2.2.4. 横向框架梁截面尺寸的确定:对于横向,截面高度规定: h=12L ~8L =660012~66008=550~825mm ,考虑外墙设置窗户和抗震要求,因此取h=600mm 。

其梁净跨与截面高度比值:(6600500)600 =10.2>4,满足要求,可按受弯构件计算。

截面宽度 b=3h ~2h =6003~6002=200~300mm ,考虑砖墙宽度取b=300mm2.2.5. 纵向框架梁截面尺寸的确定:截面高度的确定:h=12L ~8L =540012~54008=450~675mm , 对于纵向框架梁取h=600mm ,截面宽度的确定:b=3h ~2h = 6003 ~ 6002 =200~300mm,取b=300mm 2.2.6. 框架柱截面尺寸的确定:12c N G qSn =γααNc ----设计柱轴力; γG---- 竖向荷载分项系数,取为1.25;q ---- 每一楼层单位面积的竖向荷载标准值,框剪取12~14KN/㎡;剪筒取14~16KN/㎡,此处取12 KN/㎡;S---- 一根柱受荷面积(㎡);1α------考虑水平力产生的附加系数,风荷载或四级抗震的时候, 1α=1.05;三~一级抗震1α=1.05~1.15 2α----边柱、角柱轴向力增大系数,边柱为1.1;角柱为1.2;中柱为1n-------楼层数A. 对于中柱:12c N G qSn =γαα =1.25×12×5.1×3.9×1.1×1×4=1312.74KN混凝土凝土用 C30,fc=14.3MPa假设截面 b ×h=0.5m ×0.5m由于抗震设防烈度为 7 度,房屋高度≤24m ,结构类型为现浇混凝土结构,故结构抗震等级为三级。

根据 GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S]。

可得框架柱的轴压比极限值为 0.85轴压比 C c N f bh = 126023014.3500500⨯⨯ =0.367<0.85 轴压比满足要求,故中柱截面为:b ×h=0.5m ×0.5m 。

B .对于边柱:12c N G qSn =γαα =1.25×12×3.3×3.9×1.1×1.1×4=934.36KN混凝土用 C30,fc=14.3MPa假设截面 b ×h=0.5m ×0.5m由于抗震设防烈度为 6 度,房屋高度≤24m ,结构类型为现浇混凝土结构,故结构抗震等级为三级。

根据 GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S]。

可得框架柱的轴压比极限值为 0.85轴压比 C c N f bh = 93436014.3500500⨯⨯ =0.26<0.85 轴压比满足要求,故中柱截面为:b ×h=0.5m ×0.5m 。

以上柱截面满足框架柱中线的偏心距小于截面柱在该方向宽度的 1/4。

3 框架设计(选取H 轴线上在1、4轴之间的一榀框架计算)3.1. 结构布置及结构计算简图的确定3.1.1. 框架结构计算尺寸的确定A. 跨度取上柱中心线之间的距离,分别为6600mm 、3600mm 、6600mm 。

B. 高度底层取基础顶面到二层顶板之间的距离,本工程基础顶面为室外地坪以下500mm ,因此底 层高度为h1=(3.9-0.03)+0.45+0.50=4.75≈4.80m ;二层以上取楼面至楼顶板之间的距离,h2=3.9m 。

3.1.2. 框架梁柱线刚度的计算A. 框架柱线刚度计算 底层柱3370.50.531012124.8C c bh E E I i H H ⨯⨯⨯⨯⨯====3.25410⨯ kN .m 二层以上柱3370.50.531012123.9C c bh E E I i H H ⨯⨯⨯⨯⨯====4410⨯ kN .m B. 框架梁线刚度计算对于现浇整体式框架梁,由于梁两侧均受楼面(屋面)板影响,取02B I I =。

AB 梁b i =337110.30.62231012126.6b bh E E I l l ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===4.91410⨯kN .m BC 梁337220.30.62231012123.6b b bh E E I i l l ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯====9410⨯kN .m CD 梁与AB 梁一样4.13. 框架结构构件尺寸及线刚度、弯矩分配系数示意图3.2. 框架恒荷载作用下的内力计算3.2.1.计算从属面积示意图3.2.2框架恒载作用下内力计算简图板上荷载传递示意图3.2.3 屋面恒载统计AB,CD 跨内次梁均布荷载计算:由板荷载传递示意图可知,次梁接受的是梯形荷载,屋面荷载为5.84kN/m2。

等效转化为均布荷载为232311001100(12)12 1.1 5.84 5.4/39003900p kN m ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-α+α=-⨯+⨯⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦次梁的均布荷载为:2 5.410.8/kN m ⨯= AB,CD 跨主梁的均布荷载为:2.2 5.8412.85/kN m ⨯= BC 跨均布荷载为:3.6 5.84/2 5.11/kN m ⨯=1轴和4轴纵向梁的均布荷载:5.84kN/m2;2轴和3轴纵向梁的均布荷载:10.8kN/m23.2.4. 标准层恒载统计AB,CD 跨内次梁均布荷载计算:由板荷载传递示意图可知,次梁接受的是梯形荷载,屋面荷载为3.74kN/m2。

等效转化为均布荷载为232311001100(12)12 1.1 3.74 3.46/39003900p kN m ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-α+α=-⨯+⨯⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦次梁的均布荷载为:2 3.46 6.92/kN m ⨯= AB,CD 跨主梁的均布荷载为:2.2 3.748.23/kN m ⨯= BC 跨均布荷载为:3.6 3.74/2 6.73/kN m ⨯=1轴和4轴纵向梁的均布荷载:3.46kN/m2;2轴和3轴纵向梁的均布荷载:6.92kN/m2小计81.74 kNg i1 gi34.83+17.536+8.23=30.6 kN/mgi24.83+6.73=11.56kN/m3.2.5. 固端弯矩计算屋面:G42=G43=55.31kN g41=17.68kN / m AB 、CD 跨 0l =6.6m计算简图M 左 (kN .m)M 右 (kN .m)AB M =-64.18KN.m-81.12kN.m= - 145.3kN.mBA M =64.18KN.m+81.12 kN.m=145.3kN.mAB M =212ql -=217.68 6.612⨯-=-64.18KN.mAB M =1a Pa L ⎛⎫--⎪ ⎭⎝=2.255.31 2.21 6.6⎛⎫-⨯⨯-⎪ ⎭⎝=-81.12kN.mBA M =212ql =217.68 6.612⨯=64.18KN.mBA M =1a Pa L ⎛⎫-⎪ ⎭⎝=2.255.31 2.21 6.6⎛⎫⨯⨯-⎪ ⎭⎝=81.12kN.m标准层:Gi2=Gi3=40.18kN gi1=30.6kN / m AB 、CD 跨 0l =6.6m计算简图M 左 (kN .m)M 右 (kN .m)AB M =-111.08KN.m-58.93KN.m=-170KN.m BA M =111.08KN.m+58.93KN.m=170 KN.mAB M =212ql -=230.6 6.612⨯-=-111.08KN.mAB M =1a Pa L ⎛⎫--⎪ ⎭⎝=2.2-40.18 2.21-6.6⎛⎫⨯⨯⎪ ⎭⎝=-58.93 KN.mBA M =212ql =230.6 6.612⨯=111.08KN.mBA M =1a Pa L ⎛⎫-⎪ ⎭⎝=2.240.18 2.21-6.6⎛⎫⨯⨯⎪ ⎭⎝=58.93 KN.m屋面: g52=9.94kN / m BC 跨 0l =3.6m计算简图M 左 (kN .m)M 右 (kN .m)BC M =212ql -=29.94 3.612⨯-=-10.74kN .mCB M =212ql =29.94 3.612⨯=10.74 kN .m标准层: gi2=11.56kN / mBC 跨 0l =3.6m计算简图M 左 (kN .m)M 右 (kN .m)BC M =212ql -=211.56 3.612⨯-=-12.48 kN .m CB M =212ql =211.56 3.612⨯=12.48 kN .m3.2.6. 节点不平衡弯矩计算节点 弯矩值 ( kN .m )A4 4A M =145.3 kN.mB4 4B M =-145.3 kN.m+10.74 kN .m=-134.56 kN .m C4 4C M =-10.74kN .m+145.3kN .m=134.56kN .m D4 4D M =-145.3 kN.m Ai Ai M =170 KN.mBi Bi M =-170KN.m+12.48kN .m=-157.53kN .m Ci Ci M =170 kN .m-12.48KN.m=157.53KN.m DiDi M =-170 KN.m3.2.7.利用弯矩二次分配法求各杆端弯矩(利用对称性)算一半(怕你看不清,下面的这个图我分成两部分,炒的时候记得合在一起画图)3.2.8. 梁剪力及跨间最大弯矩Mmax (假定离边柱1/3 跨处为最大)计算计算简图40B M =∑44A B V ×6.6 +141.36 -88.04 -55.31×2.2 -55.31×4.4 -17.68×6.6×6.6/2 =044A B V =105.58KN0y F =∑44B A V =121.73KN44A Bmax M 13M 左=105.58×2.2-88.04-17.68×2.2×2.2/2=101.45kN.m 13M右=121.73×2.2-141.36-17.68×2.2×2.2/2=83.66kN.mmax M =101.45kN.m44B C 计算简图0yF=∑44B C V =44C B V =9.94×3.6/2=17.89KNmax Mmax M =M 中=-90.98+9.94×3.6×3.6/8= -74.88kN.mi iA B计算简图0BiM=∑AiBi V ×6.6+165.93 -134.88 -40.18×2.2 -40.18×4.4 -30.6×6.6×6.6/2=0AiBi V =136.46KN0y F =∑BiAi V =145.86KN max M13M 左=136.46×2.2-134.88-30.6×2.2×2.2/2=91.28kN.m 13M右=145.86×2.2-165.93-30.6×2.2×2.2/2=80.91kN.mmax M =91.28kN.mi iB C计算简图0y F =∑BiCi V =CiBi V =11.56×3.6/2=20.81KNmax Mmax M =M 中=-79.19+11.56×3.6×3.6/8= -60.46kN.m11A B计算简图10B M =∑11A B V ×6.6 +162.9 -134.27 -40.18×2.2 -40.18×4.4 -30.6×6.6×6.6/2 =0 11A B V =136.82KN0y F =∑11B A V =145.5KN max M13M 左=136.82×2.2-134.27-30.6×2.2×2.2/2=92.68kN.m 13M右=145.5×2.2-162.9-30.6×2.2×2.2/2=83.15kN.mmax M =92.68kN.m11B C计算简图0y F =∑11B C V =11C B V =11.56×3.6/2=20.81KNmax Mmax M =M 中=-76.13+11.56×3.6×3.6/8= -57.4kN.mA4B4计算简图柱剪力 V =-(88.04+72.51)÷3.9 =-41.17KNV =-(-49.9-44.36)÷3.9 =24.17KNA3 B3 计算简图柱剪力V=-(66.19+69.4)÷3.9=-34.77KNV=-(-43.78-44.13)÷3.9=22.54KNA2 B2算简图柱剪力V=-(65.49+68.49)÷3.9=-34.35KNV=-(-42.79-42.75)÷3.9=21.93KNA1 B1计算简图柱剪V=-(34.16+17.08)÷4.8=-10.68KNV=-(-23.04-11.52)÷4.8=7.2KN3.2.10.框架弯矩图(怕你看不清,下面的这个图我分成两部分,炒的时候记得合在一起画图)3.2.11. 框架剪力图(怕你看不清,下面的这个图我分成两部分,炒的时候记得合在一起画图)3.2.12. 框架柱轴力及轴力图杆件杆端轴力(怕你看不清,下面的这个图我分成两部分,炒的时候记得合在一起画图)4. 框架活荷载作用下的内力计算(满布荷载法)4. 1. 计算依据根据《建筑结构荷载规范》,为安全简化起见,活载不予折减,荷载按简支传递,采用满布4. 2. 计算简图:4.3 活荷载计算:不上人屋面活荷载为0.5kN / m2,屋面活载与雪载不同时考虑,取两者间大值0.5kN / m2 。