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土木工程本科毕业设计-框架结构手算书解读

2 结构选型及平面布置 (1)3 框架计算简图 (2)3.1 计算单元 (2)3.2 梁的跨度 (2)3.3 柱高 (4)3.4 梁柱的线刚度 (4)4 恒载及内力分析 (5)4.1 恒荷载计算 (5)4.2 恒荷载作用下内力计算 (6)5 屋面楼面荷载及内力分析 (18)5.1 活荷载计算 (18)6 风载及内力分析 (23)6.1 风荷载计算 (23)6.2 内力计算 (25)6.3 剪力计算 (32)7 地震作用及内力分析 (34)7.1 重力荷载代表值计算 (34)7.2 水平地震作用计算 (37)7.3 一榀框架内力计算 (41)8 梁柱内力组合 (45)9 梁柱配筋计算 (46)9.1 梁截面设计 (46)9.2 柱截面设计 (49)10 基础设计 (51)10.1 边柱基础 (51)10.2 承台设计 (52)10.3 中柱基础 (54)11 楼梯设计 (57)11.1 楼梯板TB设计 (57)11.2 平台板PTB设计 (58)11.3 平台梁TL1设计 (59)12 楼板配筋 (60)12.1 荷载设计值 (61)12.2 内力计算 (61)2 结构选型及平面布置(1)钢混框架结构是由梁、柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。

墙体只给围护和隔断作用。

框架结构具有建筑平面布置灵活,室内空间大的的优点,广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。

因此此次用钢混框架结构。

按结构布置不同,框架结构可以分为横向承重,纵向承重和纵横向承重三种布置方案。

本次采用横向承重方案,竖向荷载主要由横向框架承担。

楼板为预制板时应沿横向布置,楼板为现浇时,一般需设置次梁,将荷载传至横向框架。

横向框架还要承受横向水平风载和地震荷载。

在房屋的纵向布置连系梁与横向框架连接。

这些连系梁与柱实际上形成了纵向框架,承受平行与房屋纵向的水平风载和地震荷载。

本建筑可以不设置伸缩缝。

(2)结构平面布置图2.1 结构平面布置图柱截面尺寸底层,KN 8.21777*8.4*05.4*16==N 233c 10*1.20310*3.14*75.028.2177f 8.0mm N A ==≥- 为安全起见,并考虑上述的轴压比,一至三层选用500×500mm 的柱子,四至八层选用600×600mm 的柱子。

梁的截面尺寸纵横框架梁mm l h 700~5006000*)121~81(121~81===h 31~21b =,且b>0.5柱宽则,边跨取mm h b 700*300*=,中跨取mm h b 500*300*= 次梁同样取mm h b 500*300*=。

楼板厚:根据经验取130mm. 混凝土的等级、钢号的选择图2.23 框架计算简图在恒载、活载、风载等作用下取一榀框架计算。

3.1 计算单元取第三轴线框架进行计算,如下图所示图 3.13.2 梁的跨度(柱中线间的距离)主梁:边跨 mm 5740)2/2402/500(*26000l 1=--=图3.2 框架计算简图中跨 mm 2360)2/2402/500(*22100l 2=-+= 连系梁: 边跨 mm 31701303300l 3=-= 中跨 mm 4000l 4=3.3 柱高对于底层柱,假设基础顶面与室内地面相差 1.5m,则底层柱高为3.9+1.5=5.4m.其他层高均为3.9m ,则框架计算简图如图3.2。

3.4 梁柱的线刚度截面惯性矩的求法:由于现浇板对梁的抗弯刚度的增强作用,故对中框架梁乘以2.0,边框架梁乘以1.5。

边梁:4233110*175.17.0*3.0*12/1*2*12/1*2m bh I -=== 中梁:4333210*25.65.0*3.0*12/1*2*12/1*2m bh I -=== 柱:4333310*2.55.0*5.0*12/1*12/1m bh I -=== 各杆件的线刚度i (对于C25的混凝土,241c 10*8.2mm N E =。

对于C30的混凝土,242c 10*3mm NE =) 。

边梁:mm N l I E c ⋅===-10264111110*73.574.510*175.1*10*10*8.2i中梁:mm N l I E c ⋅===-10264221210*42.736.210*25.6*10*10*8.2i底层柱:mm N I E c ⋅===-10364132310*89.274.510*2.5*10*10*3h i2--3层柱:mm N I E c ⋅===-10364232410*49.310*2.5*10*10*3h i4--8层柱:mm N I E c ⋅===-10364231510*73.39.310*2.5*10*10*8.2h i4 恒载及内力分析4.1 恒荷载计算1、屋面框架梁线荷载标准值20厚水泥混凝土找平0.02×20=0.4kN/m2120厚焦渣混凝土找坡层15×0.12=1.8kN/m2三毡两油防水层0.45kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板0.13×25=3.25kN/m220厚板底抹灰0.02×17=0.34kN/m2屋面恒荷载 6.24 kN/m2边框架梁自重0.3×0.7×25=5.25kN/m边框架梁粉刷2×(0.7-0.1)×0.02×17=0.408kN/m 中框架梁自重0.3×0.5×25=3.75kN/m2中框架梁粉刷2×(0.5-0.1)×0.02×17= 0.272kN/m 则作用于屋面框架梁上线荷载标准值为:G8AB1=5.25+0.408=5.658kN/mG8BC1=3.75+0.272=4.022kN/mG8AB2=6.24×4.0=24.96kN/mG8BC2=6.24×2.1=13.1kN/m2、楼面框架梁线荷载标准值50mm厚水泥砂浆贴砖0.05×20=1kN/m2130mm厚钢筋混凝土楼板0.13×25=3kN/m220mm厚石灰砂浆抹底0.02×17=0.34kN/m2楼面恒荷载 4.34kN/m2边框架梁自重及粉刷 5.658kN/m中框架梁自重及粉刷 4.022kN/m边跨填充墙自重0.24×3.2×18=16.848kN/m填充墙粉刷2×0.02×3.2×17=2.45kN/m则作用于楼面框架梁上线荷载标准值为:gAB1=5.658+16.848+2.45=24.956kN/mgBC1=4.022kN/mgAB2=4.34×4=17.36kN/mgBC2=4.34×2.1=9.114kN/m3、楼面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重0.3×0.7×4×25=21kN纵向框架梁粉刷 2×(0.7-0.1)×0.02×4×17=1.632kN框架柱自重及粉刷 KN 055.259.31702.05.04259.35.02=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯ 楼板重 4×3×4.34=52.08kN 墙体自重(减去窗户) 18×0.24×[4×(3.9-0.7)-2×2]=38kN 则边节点集中荷载为: GA=137.77kN 纵向框架梁自重及粉刷 22.632kN 纵向框架梁传来的楼面恒荷载 4×(2.1+6)/2×4.34=70.308kN 框架柱自重及粉刷 25.055KN 墙体自重 18×0.24×4×(3.9-0.7)=55.3kN 则中节点集中荷载为: GB=173.3kN 4.屋面框架节点集中荷载标准值纵向框架梁自重及粉刷 22.632KN 屋面板重 4×3×6.24=74.88kN 1m 高女儿墙自重及粉刷 1×4×0.24×18+2×1×4×0.02×17=20kN 则顶层边节点集中荷载为: G8A=117.512kN 纵向框架梁自重及粉刷 22.632kN 屋面恒荷载 4×(2.1+6)/2×6.24=101.088kN 则顶层中节点集中荷载为 G8B=123.72kN4.2 恒荷载作用下内力计算计算简图(如图4.1) 2.荷载等效33.06241=⨯=α 82.0*2-13121=∂+∂顶层边跨 m /kN 251.26856.596.4282.0'g 8=+⨯=边顶层中跨 m /12.209kN 4.02213.185'g 8=+⨯=中中间层边跨 m /39.19kN 569.2463.1782.0'g =+⨯=边中间层中跨 m /9.72kN 4.022441.985'g =+⨯=中荷载等效后的计算简图如图4.2图4.1 计算简图图4.2 等效计算简图3.固端弯矩计算顶层边跨 m 78.38kN 6251.26121M 28AB ⋅=⨯⨯=顶层中跨 m kN 49.450.1092.12121M 28BC ⋅=⨯⨯=中间层边跨 m kN 75.117691.39121M 2AB ⋅=⨯⨯=中间层中跨 m kN 75.350.127.9121M 25BC ⋅=⨯⨯=分层计算弯矩分配系数的计算:第二层 A 轴线:下柱 23.073.589.2489.21=++=μ上柱 32.073.589.2442=++=μ右梁 45.073.589.2473.53=++=μ B 轴线:左梁 29.073.542.789.2473.51=+++=μ 下柱 14.004.2089.22==μ 上柱 2.004.2043==μ 右梁 37.004.2042.74==μ 第三层 A 轴线:下柱 29.073.54441=++=μ 上柱 29.073.54442=++=μ 右梁 42.073.54473.53=++=μ B 轴线:左梁 27.073.542.74473.51=+++=μ 下柱 19.015.2142==μ 上柱 19.015.2143==μ 右梁 35.015.2142.74==μ 第四层 A 轴线:下柱 3.073.573.3441=++=μ 上柱 28.046.1373.32==μ 右梁 42.046.1373.53==μ B 轴线:左梁 27.073.542.773.3473.51=+++=μ 下柱 19.088.2042==μ 上柱 18.088.2043==μ 右梁 36.088.2042.74==μ 第五--八层 A 轴线: 下柱 28.073.573.373.373.31=++=μ上柱 28.02=μ右梁 44.02*28.0-13==μ B 轴线: 左梁 28.073.542.773.373.373.51=+++=μ下柱 18.061.2073.32==μ 上柱 18.03=μ右梁 36.028.0-2*18.0-14==μ 顶层 A 轴线: 下柱 39.073.573.373.31=+=μ右梁 44.02*28.0-12==μB 轴线: 左梁 22.073.542.773.373.51=++=μ下柱 22.042.773.373.573.32=++=μ 右梁 44.022.0-34.0-13==μ 则弯矩二次分配如下(由于为对称结构,故只列出一半):表4.1恒载作用下弯矩分配表层下柱 上柱 右梁 左梁 下柱 上柱 右梁 八分配系数 0.39 0.610.34 0.22 0.44 固端弯矩 -78.37 78.37 -4.9 30.5747.81-25.12-16.26-32.51传递来的弯矩 16.46-12.5623.91-10.2616.26弯矩第二次分配-1.52-2.38-10.17-6.58-13.16最终杆端弯矩45.51 -45.51 67 -33.1 -33.9七分配系数0.28 0.28 0.44 0.28 0.18 0.18 0.36 固端弯矩-117.57 117.57 -3.5732.92 32.92 51.73 -31.92 -20.52 -20.52 -41.04 传递来的弯矩16.46 15.29 -15.96 25.87 -10.26 -8.13 20.52弯矩第二次分配-4.42 -4.42 -6.95 -7.84 -5.04 -5.04 -10.08最终杆端弯矩44.96 43.79 -88.75 103.68 -40.82 -33.69 -34.17六分配系数0.28 0.28 0.44 0.28 0.18 0.18 0.36 固端弯矩-117.57 117.57 -3.5732.92 32.92 51.73 -31.92 -20.52 -20.52 -41.04 传递来的弯矩16.46 16.46 -15.96 25.87 -10.26 -10.26 20.52弯矩第二次分配-4.75 -4.75 -7.46 -7.24 -4.66 -4.66 -9.31最终杆端弯矩44.63 44.63 -89.26 104.28 -35.44 -35.44 -33.4五分配系数0.28 0.28 0.44 0.28 0.18 0.18 0.36 固端弯矩-117.57 117.57 -3.5732.92 32.92 51.73 -31.92 -20.52 -20.52 -41.04 传递来的弯矩16.46 16.46 -15.96 25.87 -10.26 -10.26 20.52弯矩第二次分配-4.75 -4.75 -7.46 -7.24 -4.66 -4.66 -9.31最终杆端弯矩44.63 44.63 -89.26 104.28 -35.44 -35.44 -33.4四分配系数0.28 0.28 0.44 0.28 0.18 0.18 0.36 固端弯矩-117.57 117.57 -3.5732.92 32.92 51.73 -31.92 -20.52 -20.52 -41.04 传递来的弯矩16.46 16.46 -15.96 25.87 -10.26 -10.26 20.52弯矩第二次分配-4.75 -4.75 -7.46 -7.24 -4.66 -4.66 -9.31最终杆端弯矩44.63 44.63 -89.26 104.28 -35.44 -35.44 -33.4三分配系数0.3 0.28 0.42 0.27 0.19 0.18 0.36弯矩-117.57 117.57 -3.5735.27 32.94 49.38 -30.78 -21.66 -20.52 -41.04 传递来的弯矩17.05 16.46 -15.39 24.69 -10.38 -10.46 20.52弯矩第二次分配-5.44 -5.1 -7.61 -6.46 -4.54 -4.3 -8.61最终杆端弯矩46.88 44.28 -91.19 105.02 -37.03 -35.28 -32.7二分配系数0.29 0.29 0.42 0.27 0.19 0.19 0.35 固端弯矩-117.57 -117.57 -3.5734.1 34.1 49.38 -30.78 -21.66 -21.66 -39.9 传递来的弯矩18.81 17.64 -15.39 24.69 -11.4 -10.83 19.95弯矩第二次分配-6.11 -6.11 -8.85 -6.05 -4.26 -4.26 -7.84最终杆端弯矩46.8 45.63 -92.43 105.43 -37.32 -36.75 -31.36一分配系数0.23 0.32 0.45 0.29 0.14 0.2 0.37 固端弯矩-117.57 -117.57 -3.5727.04 37.62 52.91 -33.06 -15.96 -22.8 -42.18来的弯矩 17.05 -16.53 26.4 -10.83 21.09弯矩第二次分配 -0.12 -0.17 -0.23 -10.65 -5.14 -7.34 -13.59最终杆端弯矩 26.92 54.5 -81.42 100.32 -21.1 -40.97 -38.255、对弯矩进行调幅对于梁端弯矩,均乘以0.85的调幅系数,而对于跨中弯矩,则按下面的公式计算:85.0)(21'q 812⨯+-=右左中M M l M调幅后的数值为弯矩图括号内的数值,调幅后:顶层:KN M A 68.3851.45*85.0'== KN M B 95.5667*85.0'==左 KN M B 82.283.93*85.0'==右75.6985.0)6751.45(216*125.26*81'2=⨯+-=中AB M08.2282.28.12*.729*81'2-=-=中BC M第八层:KN M A 44.7575.88*85.0'== KN M B 13.8803.681*85.0'==左 KN M B 04.294.173*85.0'==右57.94)13.8844.75(216*19.93*81'2=+-=中AB M68.2304.29.12*.729*81'2-=-=中BC M第七-五层:KN M A 87.7526.98*85.0'== KN M B 64.8804.281*85.0'==左 KN M B 39.283.43*85.0'==右1.94)64.8887.75(216*9.193*81'2=+-=中AB M03.2339.28.12*.729*81'2-=-=中BC M图4.3 恒载作用弯矩图第四层:KN M A 51.7719.19*85.0'== KN M B 27.8905.021*85.0'==左 KN M B 8.272.73*85.0'==右97.92)27.8951.77(216*19.93*81'2=+-=中AB M44.228.27.12*.729*81'2-=-=中BC M第三层:KN M A 57.7843.29*85.0'== KN M B 62.8905.431*85.0'==左 KN M B 49.261.363*85.0'==右27.92)62.8957.78(216*19.93*81'2=+-=中AB M13.2149.26.12*.729*81'2-=-=中BC M第二层:KN M A 21.6942.18*85.0'== KN M B 27.8500.321*85.0'==左 KN M B 51.328.253*85.0'==右12.99)27.8521.69(216*19.93*81'2=+-=中AB M15.2751.32.12*.729*81'2-=-=中BC M3、剪力计算剪力使结构顺时针转动为正,此处M 均为调幅后的弯矩值。

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