多高层课程设计-8层现浇钢筋混凝土框架结构.doc

1、 一、 工程概况某8层现浇钢筋混凝土框架结构，无地下室，平面布置如图1 所示，主体结构共8层，层高均为3.3米，局部突出屋面的塔楼为电梯房和水箱间，层高为3.0米。所在地的地震动设计参数max=0.16,Tg=0.3s,基本雪压S0=0.2KN/m2,基本风压w0=0.35 KN/m2,地面粗糙度类别为B类。地区年降雨量634mm，日最大降雨量92mm，lh最大降雨量为56mm。常年地下水位于地表下6m水质对混凝土无侵蚀性。地表下黄土分布厚度大于15m，垂直及水平分布较均匀，为可塑性状态、中等压缩性、弱湿陷性，属I级非自重湿陷性黄土地基。土的重度为19kNm3，孔隙比为0.8，液性指数为0.8

2、33，地基承载力特征值为150kNm2。土壤最大冻结深度为0.5m。内外墙均采用240mm厚的黏土空心砖砌筑，外墙面贴瓷砖，内墙面抹20mm厚混合砂浆。门为木门，门洞尺寸为0.9m2.4m，窗为铝合金，尺寸为1.5m1.8m。屋面采用卷材防水和有组织排水。按上人屋面考虑，女儿墙高度为1.2m，采用粘土实心砖砌筑19kNm3一、框架结构布置和计算简图本工程楼盖及屋盖均采用现浇钢筋混凝土结构，楼板厚100mm。梁截面高按梁跨度的1/12-1/8估计，由此估算的梁截面尺寸见下表一，表中还给出给了各层梁柱和板的混凝土强度等级。其设计强度：C35（fc=16.7N/mm2, ft=1.57 N/mm2）

3、,C30(fc=14.3N/mm2, ft=1.43N/mm2).表1层次混凝土强度等级横梁纵梁（bh）次梁（bh）AB跨,CD跨BC跨28C303005003004003006003004501C35350500350400350600300450柱截面尺寸可根据公式估算。有表可知该框架结构的抗震等级为二级，其轴压比限值 n=0.8。各层的重力荷载代表值近似取12KN/M2.由图可知边柱及中柱的负载面积分别为7.22.7 M2；7.23.9 M2。由公式得第一层柱截面面积为：边柱Ac（1.37.22.7121038）/（0.816.7）=181596mm2中柱Ac（1.257.23.9121

4、038）/（0.816.7）=252216 mm2如取柱截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为427mm和503mm。根据上述计算结果并综合考虑其他因素，设计柱截面尺寸取值如下：1层 ：700mm700mm 2-4：层600mm600mm 5-8：层550mm550mm基础选用肋梁筏板基础，基础埋深取2.5m，肋梁高度取1.2m框架结构计算简图如图1.14所示,取顶层柱的形心线为框架柱的轴线；梁轴线取至板底，2-8层高度即为层高，取3.3m：底层柱高度从基础顶面取至一层板底，即h1=3.3+0.6+2.5-1.2-0.1=5.1m。注：本设计取轴A.D跨为计算单元。跨度距离为5.4m，为8层

5、标高为26.400m。结构计算简图如图1:二、重力荷载计算 1、屋面及楼面荷载 (1)屋面（上人）：30厚细石混凝土保护层 220.03=0.66 KN/M2 三毡四油防水层 0.4 KN/M2 20厚水泥砂浆找平层 20 0.02=0.4 KN/M2150厚水泥蛭石保温层 50.15=0.75 KN/M2100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/M2V型轻钢龙骨吊顶 0.2 KN/M2合计 4.96 KN/M21-7层楼面：瓷砖地面（包括水泥粗沙打底）0.55 KN/M2100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/M2V型轻钢龙骨吊顶 0.25 KN/M2合计 3.30 KN/M2

6、(2)、屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布荷载标准值 2.0 KN/M2楼面活荷载标准值 2.0 KN/M2屋面雪荷载标准值 2、梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算。梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载；对墙门窗等可计算出单位面积上的重力荷载，具体计算过程如下表2。 表2轴A.D跨梁、柱重力荷载标准值层次构件b/mh/m/(KN/m2)g/(KN/m)/mn/KN/KN1边横梁0.350.50251.054.5944.625242.49229.808中横梁0.350.40251.053.6751.70016.24次梁0.30.45251.053.5445.325237

7、.74纵梁0.350.60251.055.5136.54143.338柱0.70.7251.1013.4755.1004274.89274.892-4边横梁0.30.50251.053.9384.775237.6206.1中横梁0.30.40251.053.1501.80015.67次梁0.30.45251.053.5445.375238.09纵梁0.30.60251.054.7256.6004124.74柱0.60.60251.109.93.3004130.68130.685-8边横梁0.30.50251.053.9384.85238.19207.63中横梁0.30.40251.053.15

8、01.85015.828次梁0.30.45251.053.5445.350237.92纵梁0.30.60251.054.7256.6504125.69柱0.550.55251.108.3193.3004109.81109.81注：（1）表中为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量。（2）梁长度取净长；柱长度取层高。墙体为240mm厚粘土空心砖，外墙面贴陶瓷砖（0.5KN/m2）,内墙面为20mm厚抹灰，则外墙单位墙面重力荷载为0.5+150.24+170.02=4.44 KN/m2。内墙为240mm粘土空心砖，两侧均为20厚抹灰，则内墙单位面积重力荷载为

9、150.24+170.022=4.28 KN/m2。木门单位面积重力荷载为0.2 KN/m2；铝合金窗单位面积重力荷载取0.4 KN/m23、重力荷载代表值集中于各楼层标高处的重力荷载代表值可根据式计算，按各楼层取左右半跨作为该楼层的重力荷载代表值的原则确定。屋面（上人）：（4.967.213.2）+0.30.5(13.2-0.553）25+（2.0 1.0+0.20.5）=516.81KN5-7层楼面： （3.37.213.2）+0.30.5(13.2-0.53）25+（2.01.0）= 359.51KN 2-4层楼面: (3.33.613.2)+0.30.5(13.2-0.63) 25+(

10、2.01.0)=201.57KN1层楼面: (3.33.613.2)+0.350.5(13.2-0.73) 25+(2.01.0) =207.38KN三、框架侧移刚度计算横向框架侧移刚度计算过程见下表3。柱线刚度计算过程见表4框架侧移刚度按式I=2I0 计算，其中I0=。表3横梁线刚度ib计算表类别层次Ec/(N/mm2)bh/mmmmI0/ mm4/ mmEc I0/N. mm2Ec I0/N. mm横梁13.151043505003.64610454002.12710104.2541010283.01043005003.1251041.73610103.4721010表4 柱线刚度ic计算

11、表层次hi/mmEc/(N/mm2)bh/mmmmI/ mm4Ec I/N. mm151003.151047007002.001101012.3610102433003.01046006001.08010109.81810105833003.01045505507.62610106.3921010柱的侧移刚度按式D=计算，式中系数按规定取值。根据梁柱线刚度比K的不同，结构平面布置图中的柱可分为框架中柱和边柱、边框架中柱和边柱以及楼、电梯间柱等。由于只计算3轴线框架，故值计算中框架和边框架的侧移刚度，其计算结果如下表5（a）、(b)、（c）。 表5(a) 中框架柱侧移刚度D值（N/ mm）层次边

12、柱（15根）中柱（15根）KK580.5010.20152771.0780.35026750630405340.3540.15162530.7610.2762982169111020.3930.164177700.8470.2983219674949010.3440.360205280.7410.45325817695175表5(b) 边框架柱侧移刚度D值（N/ mm）层次A-1，A-10B-1，B-10KK580.3760.158120770.8080.2882199168136340.2650.117126690.5710.222240197337620.2950.129139160.63

13、50.241261108005210.2580.336191390.5560.4132356285402将上述不同情况相加，即得框架各层层间侧移刚度，如表下表表5（c） 横向框架层间侧移刚度（N/ mm）层次12345678780577829542764486764486698541698541698541698541/=780577/829542=0.940.7，所以该框架为纵向规则框架。四、横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算1、横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算（1）横向自振周期计算。 表6 结构顶点的假想侧移计算层次810403.8510403.8569854113.24

14、07.779386.3919790.2469854125.2394.569386.3929176.6369854137.2369.359456.3238632.9569854149.2332.149513.2548146.1976448656.4282.939513.2557659.4476448667.5226.529513.2567172.6982954272.1159111215.3178387.9978057786.986.9计算基本周期，其中的量纲为m，取，则 （2）水平地震作用及楼层地震剪力计算。0.85（11215.31+9513.253+9456.32+9386.392+875

15、2.93+1423.73）=0.8578160.82=66436.70 KN因1.4，所以应考虑顶部附加水平地震作用。顶部附加地震作用系数 =0.080.76+0.07=0.1308 各质点的水平地震作用 具体计算过程见表7。各楼层地震剪力按式（2.9）计算，结果列入见表7。表7各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次/kN31.21423.7344420.380.034133.9133.9828.28752.93246832.630.1911345.41479.3724.99386.39233721.330.181713.12192.4621.69386.39202746.020.15

16、7618.52810.9518.39456.32173050.660.134527.93338.8415.09513.25142698.750.110433.43772.2311.79513.25111305.030.086338.34111.028.49513.2579911.300.062244.34355.315.111215.3157198.080.045177.34532.6各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力沿房屋高度的分布见图2（3）水平地震作用下的位移验算。水平地震作用下框架结构的层间位移和顶点位移分别按式（2.10）和（2.11）计算，计算过程见表8。表中还计算了各层的层间弹

17、性位移角。表8 水平地震作用下的位移验算层次81479.36985411.8831.4533001/175572192.46985412.7929.5733001/118362810.96985413.5826.7833001/92253338.86985414.2523.2033001/77643772.27644864.4218.9533001/74734111.07644864.8214.5333001/68524355.38295424.689.7133001/70514532.67805775.035.0351001/1014由此可见，最大层间弹性位移角发生在第3层，其值为1/685

18、1/550，满足要求。（4）水平地震作用下框架内力计算，计算过程结果见表9。表9 各层柱端弯矩及剪力计算层次边柱Ky83.31479.36985411527724.310.5010.2520.0660.1773.32192.46985411527739.230.5010.3545.3184.1563.32810.96985411527752.160.5010.4068.85103.2853.33338.86985411527763.20.5010.4593.85114.7143.33772.27644861625370.730.3540.45105.03128.3733.34111.07644

19、861625377.670.3540.50128.16128.1623.34355.38295421777082.850.3930.55150.37123.0315.14532.678057720528103.160.3440.81426.1699.96中柱83.31479.36985412675042.571.0780.3650.5789.9173.32192.46985412675068.691.0780.45102.01124.6763.32810.96985412675091.341.0780.45135.64165.7853.33338.869854126750110.671.078

20、0.45164.34200.8743.33772.276448629821129.780.7610.48205.57222.7033.34111.076448629821142.510.7610.50235.14235.1423.34355.382954232196150.110.8470.49242.73252.6415.14532.678057725817129.740.7410.66436.71224.97梁端弯矩，剪力及柱轴力计算。计算过程见表10：表10 梁端弯矩，剪力及柱轴力计算层次边梁走道梁柱轴力LL边轴N中轴N860.1741.785.418.8848.1348.132.440

21、.11-18.88-21.237104.2181.435.434.3893.8193.812.478.18-53.26-65.036148.59124.435.450.56143.36143.362.4119.47-103.82-133.945183.56156.375.462.95180.14180.142.4150.12-166.77-221.114222.22179.855.474.46207.19207.192.4127.66-241.23-319.313233.19204.785.481.11235.93235.932.4196.61-322.34-434.812251.19226.

22、665.488.49261.12261.122.4217.60-410.83-563.921250.33217.355.486.61250.35250.352.4208.63-497.44-685.94水平地震作用下框架的弯矩，梁端剪力及轴力图如下图3：2、横向风荷载作用下的框架结构内力和侧移计算（1）风荷载标准值风荷载标准值按式（1.2）计算。基本风压，由荷载规范查的（迎风面）和（被风面）。B类地区，又查的，。得：乃至图2.15中3轴线横向框架，其负宽度为7.2m得沿房屋高度的分布风荷载标准值根据各楼层标高处的高度由表1.11查取代入上式可得各楼层的，见表11；沿房屋高度的分布见下图4（a）

23、表11沿房屋高度的分布风荷载标准值层次828.21.001.3891.3873.8842.428724.90.8831.3331.3563.6442.277621.60.7661.2771.3223.4042.127518.30.6491.2131.2883.1501.968415.00.5321.1401.2512.8751.798311.70.4181.0481.2132.5631.60228.40.2981.001.1602.3881.46215.10.1811.001.0972.2121.382 荷载规范规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动

24、的影响。因为H=28.2m1.5,所以考虑风压脉动的影响。框架分析，按静力等效原理将图4（a）的分布荷载转化为节点集中荷载4（b）所示。第6层的集中荷载的计算过程如下：（2）风荷载作用的水平位移验算。根据图4（b）所示的水平荷载，计算层间剪力V,求出3轴线框架的层间侧移刚度，再计算各层的相对侧移和绝对侧移，计算过程见表12。满足要求。表12 风荷载作用下框架剪力及侧移计算层次1234567815.2112.6313.8215.3916.6718.2419.5410.20121.90106.6994.0680.2464.8547.9829.7410.20926909993292148921488

25、40548405484054840541.321.071.020.870.770.570.350.121.322.393.414.285.055.625.976.091/38711/30811/32351/38061/42661/57941/94691/27731（3）风荷载作用下框架结构内力计算风荷载作用下框架结构内力计算过程与水平地震作用下相同。图2.15中3轴线横向框架在风荷载作用下的弯矩，梁端剪力及轴力见图5。五、横向框架内力计算1、计算单元.取轴线横向框架进行计算，纵向计算单元宽度为7.2m，如图6所示，由于房间内布置有次梁，故直接传给该框架如图中的水平阴影线所示，计算单元范围内的其

26、余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用在各节点上，由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上还作用有集中力矩。2、荷载计算。1）恒载计算：恒荷载作用下各层框架梁上的荷载分布如下图7所示。在图7中, ,代表横梁自重，为均布荷载形式。对于第8层： =3.938kN/m =3.15 kN/m 和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载，由图2.25所示几何关系可得 =4.963.6=17.856 kN/m =4.962.4=11.904 kN/m ，分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重，楼板重和女儿墙等的重力荷载，计算如下：=（3.61.8）2+

27、1.84.96+4.7257.2+3.544+4.441.27.2=146.23KN=（3.61.8）2+1.8+（1.22）4.96+4.7257.2+3.544=143.58KN集中力矩 =146.23=18.28 kN/m =143.58=17.95 kN/m对57层，包括梁自重和其上横梁自重，为均布荷载。其他荷载计算方法同第8层，结果为： =3.938+4.282.8=15.922 kN/m =2.15 kN/m=3.33.6=11.88 kN/m =3.32.4=7.92 kN/m=(3.61.82)3.3+4.7257.2+3.5442.7+4.44(6.652.7-1.51.82

28、)+0.41.51.82=143.30=(3.61.82+61.2)3.3+4.7257.2+3.5442.7+4.282.7(7.2-0.55)=186.96KN=143.30=17.91 kN/m=186.96=23.52 kN/m对24层： =15.922 kN/m =3.15 kN/m=11.88 kN/m =7.92 kN/m=(3.61.82)3.3+4.7257.2+3.5442.7+4.44（6.62.7-1.51.82）+0.41.51.82=142.70 =(3.61.82+61.2)3.3+4.7257.2+3.5442.7+4.282.7(7.2-0.55)=186.9

29、6KN =142.70=21.41 kN/m=186.96=27.96 kN/m对1层：=4.594+4.282.8=16.578 kN/m=3.675 kN/m =11.88 kN/m =7.92 kN/m =(3.61.82)3.3+4.7257.2+3.5442.7+4.44（6.62.7-1.51.82）+0.41.51.82=142.70 =（3.63.6+61.2）3.3+5.5137.2+3.5442.7+4.282.7（7.2-0.6）=192.06 KN =147.200.175=25.76 kN/m=192.060.175=33.61 kN/m 2）活荷载计算活荷载作用下各

30、层框架梁上的荷载分布如下图8所示。对于第8层： =3.62=7.2 kN/m =2.42=4.8 kN/m =(3.61.8+3.61.8)2=25.92 KN =(3.61.82+61.2)2=40.32 KN =25.920.125=3.24 kN/m =40.320.125=5.04 kN/m同理，在屋面雪荷载作用下=7.2 kN/m =4.8 kN/=25.92 KN =3.24 kN/m =40.32 KN =5.04 kN/m对57层： =3.62=7.2 kN/m =2.42=4.8 kN/m=(3.61.8+3.61.8)2=25.92 KN=(3.61.82+61.2)2=4

31、0.32 KN =25.920.125=3.24 kN/m =40.320.125=5.04 kN/m 对24层： =7.2 kN/m =4.8 kN/ =25.92 KN =40.32 KN =25.920.175=4.54 kN/m =40.320.15=6.05 kN/m对1层： =7.2 kN/m =4.8 kN/ =25.92 KN =40.32 KN =25.920.175=4.54 kN/m =40.320.175=7.06 kN/m将以上计算结果汇总，见表13和14表13横向框架恒载汇总表层次/（KN/M）/（KN/M）（KN/M）（KN/M）（KN）（KN）（KN.M）（KN

32、.M）83.9383.1517.85811.904146.23143.2318.2817.955715.9223.1511.887.92143.30186.9617.9123.522415.9223.1511.887.92142.70186.3921.4127.95116.5783.67511.887.92147.20192.0625.7633.61表14 横向框架活载汇总表层次（KN/M）（KN/M）（KN）（KN）（KN.M）（KN.M）87.2（0.72）4.8（0.48）25.92（2.592）40.32（4.032）3.24（0.324）5.04（0.504）577.24.825.9

33、240.323.245.04247.24.825.9240.323.245.0417.24.825.9240.323.245.043) 弯矩、轴力、剪力计算：梁端、柱端弯矩采用弯矩二次分配法计算，由于结构和荷载均对称，故计算时可用半框架，弯矩计算过程如图14，所得弯矩图如图15。梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力相叠加而得，柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加得到。计算柱底剪力还需考虑柱的自重，如表15和表16所列。 表15恒载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨BC跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVB=VCVA=-VBVB=VC

34、VAVBVB=VCN顶N底N顶N底842.7710.92-0.50042.2743.2710.92188.50215.95197.77225.22764.378.53-0.45063.9264.828.53423.17450.62186.69514.14664.378.53-0.45063.9264.828.53657.84658.29775.61803.06564.378.53-0.47063.9064.848.53892.49919.941064.551092.00464.378.53-0.40063.9764.778.531127.211159.881353.421386.09364.3

35、78.53-0.32064.0564.698.531366.631399.301645.701678.37264.378.53-0.34064.0364.718.531606.031638.701937.991970.66166.149.16-0.51065.6366.659.161851.531920.252238.532307.25表16活载作用下梁端剪力及柱轴力层次荷载引起剪力弯矩引起剪力总剪力柱轴力AB跨AB跨AB跨BC跨AB跨BC跨A柱B柱VA=VBVA=-VBVA=-VBVB=VCVAVBVB=VCN顶= N底N顶= N底812.96（1.30）-0.33（0.02）-0.33（0

36、.02）012.63（1.32）13.29（1.28）2.88（0.29）38.55（3.91）56.49（5.60）712.96-0.11（-0.21）-0.11（-0.21）012.85（12.75）13.07（13.17）2.8877.32（42.58）112.76（61.97）612.96-0.14-0.14012.8213.102.88116.06（81.32）169.06（118.27）512.96-0.15-0.15012.8113.112.88154.79（120.05）225.37（174.58）412.96-0.13-0.13012.8313.092.88193.54（158.80）281.66（230.87）312.96-0.11-0.11012.8513.072.88232.31（197.57）337.93（287.14）212.96-0.11-0.11012.8513.072.88271.08（236.34）394.20（343.41）112.96-0.16-0.16012.8013.122.88309.80（275.06）450.52(399.73)六、横向框架内力组合（1）结构抗震等级。结构的抗震等级可根据结构的类型。地震烈度。房屋高度等因素，由表2.9确定。由此表可知，本工程的框架为二级抗震等级