混凝土框架结构课程设计

钢筋混凝土课程设计三
钢筋混凝土多层框架结构设计
1. 设计资料
（1）基本资料
南方某高校拟建一四层教学楼，采用整体式钢筋混凝土框架结构，现浇双向板肋梁楼盖，楼板厚均按100㎜设计，屋面板按120㎜设计。

建筑总高19.0m，每层层高3.9m，室内外高差0.45m。

基础顶面标高定位－1.0m。

抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地土，特征周期分区为第三组。

基本风压w0=0.35kN/㎡，地面粗糙度为B类。

基本雪压s0=0.25 kN/㎡。

活荷载：内走道及卫生间：2.5 kN/㎡，其余房间：2.0 kN/㎡。

楼梯间荷载：10 kN/㎡（恒+活），一般取恒荷载为7.5 kN/㎡，活荷载为2.5 kN/㎡。

上人屋面活荷载：2.0 kN/㎡；不上人屋面活荷载:0.5 kN/㎡。

（2）建筑构造
楼面面层做法：水磨石楼面（0.76 kN/㎡）；
顶棚抹灰：20㎜厚混合砂浆刷乳胶漆（γ=17 kN/㎥）；
内墙做法：190厚小型空心砌块（2.28 kN/㎡）；
外墙做法：249厚小型空心砌块（2.88 kN/㎡）；
内外墙装修一律采用20㎜厚混合砂浆找平后刷外墙漆。

（3）材料选用
混凝土：底层采用C30；二层以上采用C30。

钢筋：梁、柱中受力纵筋均采用HRB335，箍筋及构造钢筋采用HPB235。

2. 结构布置及计算简图
（1）抗震等级确定：框架结构，高度H=19m<30m，设防烈度为7度，抗震等级为三级。

（2）框架结构梁、柱截面尺寸确定
①横向框架梁截面尺寸确定
边跨：hb=l0 =×6600=660㎜，取hb=600㎜，取bb=hb=×600=300㎜，取bb=250㎜，l0/hb=6600/600=11>4。

中间跨：hb=l0/8=3000/8=375㎜，取hb=400㎜，bb=hb/2=400/2=200㎜，取bb=250㎜，l0/h0=3000/400=7.5>4。

次梁：hb₂=l0/12=6000/12=500㎜，取hb₁=450㎜，bb₂=hb₂/2=450/2=225㎜，取bb₂=250㎜，l0/hb₂=6000/450=13.3>4。

②纵向框架梁截面尺寸
主梁600mm×250mm
次梁hb₁=l0/10=3600/10=360㎜，取hb₁=400㎜，bb₁=hb₁/2=400/2=200㎜，l0/hb₁=3600/400=9>4。

③框架柱截面尺寸确定
底层：bc=H₁/12=4900/12=408㎜，取bc=hc=450㎜
其他层：Hi/12=3900/12=325㎜，取bc=hc=450㎜。

（3）计算简图如下所示
3.重力荷载计算
（1）恒荷载标准值计算：
屋面：卷材防水屋面 2.23 kN/㎡结构层0.12×25=3 kN/㎡
抹灰层0.02×17=0.34 kN/㎡
合计 5.57 kN/㎡
各层楼面：水磨石地面0.76 kN/㎡结构层：100㎜厚现浇钢筋混凝土板0.1×25=2.5 kN/㎡
抹灰层：20厚混合砂浆刷乳胶漆0.02×17=0.34 kN/㎡
合计 3.6 kN/㎡
标准层梁自重（顶层）：
b×h=600×250：自重25×0.25×（0.6－0.1）=3.13 kN/m
抹灰0.02×（0.6－0.1）×17×2=0.34 kN/m
合计 3.47 kN/m（3.33 kN/m）b×h=400×200：自重25×0.2×（0.4－0.1）=1.5 kN/m
抹灰0.02×0.4－0.1）×17×2=0.2 kN/m
合计 1.7 kN/m(1.59 kN/m) b×h=450×200：自重25×0.2×（0.45－0.1）=1.75 kN/m
抹灰0.02×（0.45－0.1）×17×2=0.24 kN/m
合计 1.99 kN/m(1.87 kN/m) b×h=600×250：自重25×0.25×（0.6－0.1）=3.13 kN/m
抹灰0.02×（0.6－0.1）×17×2=0.34kN/m
合计 3.47kN/m(3.33 kN/m) b×h=400×250: 自重25×0.25×（0.4－0.1）=1.88KN/m
抹灰0.02×0.4－0.1）×17×2=0.2 kN/m
合计 2.08KN/m(1.94 kN/m)
基础梁：b×h=450×250: 自重25×0.25×0.45=2.81 kN/m
柱自重：b×h=450×450：自重25×0.45×0.45=5.06 kN/m
抹灰0.02×0.45×17×4=0.61 kN/m
合计 5.67 kN/m
外墙自重：墙体：240厚小型空心砌块 2.88 kN/㎡混合砂浆刷外墙漆0.02×17×2=0.68 kN/㎡
合计 3.56 kN/㎡
内墙自重：墙体：190厚小型空心砌块 2.28 kN/㎡混合砂浆刷外墙漆0.02×17×2=0.68 kN/㎡
合计 2.96 kN/㎡
女儿墙：墙体0.9×0.24×18=3.89 kN/m 抹灰0.02×17×2×0.9=0.41 kN/m 窗：0.4 kN/㎡（2）活荷载标准值计算
屋面：不上人屋面：0.5 kN/㎡
楼面：内走道及卫生间： 2.5 kN/㎡其余房间： 2.0 kN/㎡
楼梯间：恒+活=7.5+2.5=10 kN/㎡
雪荷载：0.25 kN/㎡
（3）各层重力荷载代表值计算
G ₄=屋面板重+顶层梁重+女儿墙重+0.5(标准层墙重+标准层柱重)+雪活载=5.57×36×15+（3.33×36×2+1.59×7.2×1.87×15×4+3.33×6×14+1.94×3×7）+396.58+2×0.34×0.9×(36+15) ×2+0.5 [23.85×10×2+0.34×(3.9×3.6-20×2.4^2) ×0.34×23.9×12×0.34×2+2×320.11+3.9×36×0.34×2×2+5×106.7+3.9×12×0.34×2×5+2.81×21+5.67×3.9×
28]+0.5×0.25×36×15=5801.94kN
G ₂=G ₃=楼板重+标准层梁重+标准层墙重+标准层柱重)+楼面活活载=3.6×36×15+(33.47×36×2+1.7×7.2+1.99×15×4+3.47×6×4+2.08×3×7）+0.5×[23.85×10×2+0.34×(3.9×3.6-20×2.4^2) ×0.34×2+3.9×12×0.34×2+2×320.11+3.9×36×0.34×2×2+5×106.7+3.9×12×0.34×2×5+2.81×21+5.67×3.9×28]+0.5×[2.5×（3×36+10.8×6）+2×3.6×6×
17]=6330.38kN
G ₁=楼板重+标准层梁重+0.5(标准层和底层墙重+标准层和底层柱重)+0.5*基础梁重+楼面活活载=3.6×36×15+（3.47×36×2+1.7×7.2+1.99×15×4+3.47×6×4+2.08×3×7）+0.5×[2548.38＋34.21×10×2+0.34×（4.9×3.6－20×2.4^2）+195.09+169.34+(4.9×12﹣2.4^2) ×0.34×2+4.9×12×0.34×2+2×402.19+4.9×36×0.34×2×2+5×134.06+4.9×12×0.34×2×5+2.28×21+5.67×4.9×2.8+5.67×3.9×28 ]+0.5×2.81×（4×36+7×15）+0.5×[2.5×（3×36+10.8×6）+2×3.6×6×17]=6735.50kN
4. 框架侧移刚度计算
（3
中框架梁2～4层D值计算
5. 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算
基本周期为：T₁=1.7ψt=1.7×0.7×=0.44s
（2）水平地震作用及楼层地震剪力计算
设防烈度7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第三组，αmax=0.08，Tg=0.45s Tg<T₁<5Tg α₁=αmax=0.08
T ₁＜1.4Tg=1.4×0.45=0.63，不考虑附加顶部集中力。

结构总水平地震作用效应标准值为：
Fek=α₁Geq=α₁×0.85×∑Gi=0.08×0.85×25198.2=1713.48kN
Fi=Fek
多遇地震下楼层剪力和楼层弹性位移计算：
层间最大位移为：1/650<1/550，满足要求。

（3）水平地震作用下框架内力计算
注：Vij=Vij Mij=Vijyihi（上端弯矩）
④各层梁端剪力计算
⑤各柱轴力计算
注：各柱轴力为相应层及以上层梁端剪力代数和。

⑥弯矩图、剪力图、轴力图分别如下：
6. 横向风荷载作用下框架结构的内力和侧移计算（1）风荷载标准值计算
续表
（5）风荷载作用下各层梁端剪力计算
7.竖向荷载作用下框架结构内力计算
（1）荷载计算
α=1-2×0.25^2+0.25^3=0.891
①边跨：屋面板传荷载：
恒载： 5.57×3.6×α=17.23 kN/m
活载：0.5×3.6×α=1.55 kN/m
梁自重： 3.33 kN/m
楼面板传荷载：
恒载： 3.6×3.6×α=11.54 kN/m
活载： 2.0×3.6×α=6.41kN/m
梁自重： 3.47 kN/m
框架梁均布荷载：
屋面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=3.33＋17.23=20.56 kN/m
活载=板传荷载=1.55kN/m
楼面梁：恒载=梁自重＋墙自重＋板传荷载=3.47＋11.54+3.3×（2.28+0.34×2）
=24.94 kN/m
活载=板传荷载=6.41kN/m
②中跨：屋面板传荷载：
恒载：5.57×3×=10.44kN/m
活载：0.5×3×=0.94 kN/m
梁自重：1.95 kN/m
楼面板传荷载：
恒载：3.6×3×=6.75kN/m
活载：2.5×3×=4.69 kN/m
梁自重：2.08 kN/m
框架梁均布荷载：
屋面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=1.94＋10.44=12.38 kN/m
活载=板传荷载=0.94 kN/m
楼面梁：恒载=梁自重＋板传荷载=2.08＋6.75=8.84 kN/m
活载=板传荷载=4.69kN/m
（2）边柱纵向集中荷载计算
顶层柱恒载=女儿墙＋梁自重＋板传荷载=4.5×7.2＋0.5×1.87×6+3.33×（7.2－0.45）
＋ 5.57×1.8×3.6×2+5.57×1.8×0.891×6=159.39kN
顶层柱活载=板传活载=0.5×1.8×0.891×6＋0.5×1.8×3.6×2×5/8=8.86kN
标准层柱恒载=墙自重＋梁自重＋板传荷载=3.3×(2.88+0.34×2)×7.2-2.4×2.4×
2.88+0.95×2.4＋0.5×1.99×6+
3.47×(7.2-0.45)+5/8×3.6×1.8×3.6×2+3.6×1.8×
0.891×6=166.93kN
标准层柱活载=板传活载=2×1.8×0.891×6＋2×1.8×3.6×2×5/8=35.44 kN
（3）中柱纵向集中荷载计算
顶层柱恒载=梁自重＋板传荷载=3.33×（7.2－0.45）＋0.5×1.87×9+5.57×1.5×0.891 ×3.6×2+5.57×1.8×0.891×6+5/8×1.5×3×5.57+5/8×1.8×3.6×5.57
×2=198.89kN
顶层柱活载=板传活载=0.5×1.5×0.891×3.6×2＋0.5×1.8×0.891×6＋0.5×5/8×1.5 ×3+0.5×5/8×1.8×3.6×2=15.08 kN
标准层柱恒载=梁自重＋墙自重＋板传荷载=3.47×（7.2－0.45）＋0.5×1.99×9＋3.6×1.5×0.891×3.6×2+3.6×1.8×0.891×6＋3.6×1.5×3×5/8＋3.6×5/8×1.8×3.6×2＋3.3×2.96×7.2 =214.83 kN
标准层柱活载=板传活载=2.5×1.5×0.891×3.6×2+2×1.8×0.891×6+2.5×5/8×1.5×3＋2×5/8×1.8×3.6×2=66.55 kN
竖向荷载作用下荷载分布图如下：
（4）内力计算①
恒载下梁端剪力计算
恒,活载下框架剪力图：
恒,活荷载下柱轴力图：
内力组合和截面尺寸设计见附表。