某四层办公楼结构设计混凝土框架结构课程设计7380300

某四层办公楼结构设计混凝土框架结构课程设计7380300
建筑工程学院
混凝土结构课程设计项目名称：某四层办公楼结构设计
目录
一．设计任务书----------------------------------------------------（1）二．结构计算书----------------------------------------------------（2）
1.结构布置--------------------------------------------------（2）
2.计算简图--------------------------------------------------（2）
3.荷载计算-------------------------------------------------（3）
（1）恒荷载------------------------------------------------（3）
（2）活荷载------------------------------------------------（5）
（3）风荷载------------------------------------------------（6）
4.内力分析--------------------------------------------------（7）
（1）恒荷载作用下的内力计算------------------------（7）
（2）活荷载作用下的内力计算------------------------（10）
（3）风荷载作用下的内力计算------------------------（14）
5.内力组合--------------------------------------------------（16）
6.截面设计--------------------------------------------------（17）
（1）梁的设计--------------------------------------------（24）
（2）柱的设计--------------------------------------------（26）三．设计图纸
（一）梁柱配筋施工图-------------------------------------------（29）（二）各截面配筋详图-------------------------------------------（30）附：柱钢筋表-------------------------------------------------------（31）梁钢筋表-------------------------------------------------------（31）附录-------------------------------------------------------------------（32）致谢-------------------------------------------------------------------（33）
一、某四层办公楼混凝土框架结构设计任务书
设计资料
设计标高：室内设计标高+-0.000相当绝对标高4.400米，室内外高差600mm。

墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，用M5混合砂浆砌筑。

内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，内外涂料两度。

外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，陶瓷锦砖贴面。

楼面：楼板顶面为20mm厚水泥砂浆找平，5mm 厚1:2水泥砂浆加“108”胶水找色粉面层，板底为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。

屋面：现浇楼板上铺膨胀珍珠岩保温层（檐口处厚100mm,2%自两侧檐口向中间找坡），1：2水泥沙浆找平层厚20mm，二毡三油防水层，撒绿豆沙保护。

门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其他均为木门钢窗。

地质资料：三类建筑场地。

基本风压w0=0.55kn/m2,地面粗糙度属于B类。

1）活荷载：屋顶活荷载2kn/m2，（不上人屋顶活荷载0.5kn/m2）办公楼楼面活荷载标准值2.0kn/m2,走廊.楼梯活荷载标准值2.5KN/m2。

设计第7榀横向框架，标准层建筑平面。

柱网平面布置如下图所示
柱的线刚度为
二、某四层办公楼混凝土框架结构设计计算书
1.结构平面布置
建筑平面图 建筑剖面图
边跨(AB CD跨)梁：取h=1/12*L=1/12*6000=500mm，取b=250mm。

中跨(BC跨)梁：取h=400mm,b=250mm。

边柱（A轴D轴）连系梁，取b×h=250mm×500mm；中柱（B轴，C轴）连系梁，取b*h=250mm*400mm；柱截面均为b*h=300mm*450mm，现浇楼板厚100mm。

结构计算简图如图1。

根据地质资料，确定基础顶面离室外地面为500mm，由此求得底层层高为 4.3m。

各梁柱构件的线刚度经计算后列于图1.其中在求梁截面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取I=2
I（I0为不考虑楼板翼缘作用的梁
截面惯矩）。

AB、CD跨梁：
i=2
E*1/12*0.25*0.50^3/6.0
c
=8.68*10^(-6)
E3m
c
BC跨梁：
i=2*
E*1/12*0.25*(0.4^3)/2.5=10.67*10^(-4) 3m
c
上部各层柱：
i=EC*1/12*0.30*(0.45^3)/3.2=7.12*10^(-4)
E3m
c
底层柱：
i=EC*1/12*0.3*(0.45^3)/4.3=5.30*10^(-4)
E3m
c 2.计算简图
结构平面布置图
结构计算简图
3.荷载计算
1）恒荷载
（1）屋面荷载
A
二毡三油防水层0.35kn/m2
20厚1：2水泥沙浆找平0.02×20=0.4kn/m2
100厚~140厚（2/100找坡）膨胀珍珠岩（0.1+0.14）/2×7=0.84kn/m2
100厚现浇钢筋混凝土楼板0.10×25=2.5 kn/m2
15厚纸筋灰抹底0.015×16=0.24kn/m2
合计4.33kn/m2
边跨（AB CD）框架梁自重
0.25×0.50×25=3.13 kn/m
梁侧粉刷2×
（0.5-0.1）×0.02×17=0.27 kn/m
中跨（BC）框架梁自重
0.25×0.4×25=2.5 kn/m
梁侧粉刷
2*(0.4-0.1)*0.02*17=0.2kN/m
因此作用在屋顶框架梁上的线荷载为：
g =g4cd1=3.4 kn/m
4ab1
=2.7 kn/m
4bc1
g4
=g4cd2=4.33×3.9=16.89 kn/m
ab2
=10.83 kn/m
4bc2
B
楼面框架梁线荷载标准值
20厚水泥沙浆面层
0.025×20=0.50 kn/m2
100厚现浇钢筋混凝土楼板
0.10×25=2.5 kn/m2
20厚纸筋灰石灰抹面
0.15×16=0.24 kn/m2
楼面荷载3.24 kn/m2
边跨框架梁及梁侧粉刷
3.4 kn/m
边跨填充墙自重0.24
×（3.2-0.5）×19=12.31 kn/m
墙面粉刷
（3.2-0.5）×0.02×2×17=1.84 kn/m
边跨框架梁及梁侧粉刷
2.7 kn/m
因此作用在中间层框架上的线荷载为
g =g cd1=17.55 kn/m
ab1
=2.7 kn/m
bc1
g
=6.32kn/m
ab2
g
=12.64 kn/m
cd2
bc2=8.1 kn/m
C
屋面框架节点集中荷载标准值
边跨连系梁自重0.25×0.5×3.9×25=12.19KN
梁侧粉刷0.02×（0.50-0.10）×2×3.9×17=1.06 KN
1米高女儿墙自重1×3.9×0.24×19=17.78KN
墙侧粉刷1×0.02×3.9×7=2.65KN
连系梁传来屋面自重0.5×3.9×0.5×3.9×3.98=15.13KN
顶层边节点集中荷载G4A=G4D=48.81KN
中柱连系梁自重0.25×0.40×3.9×25=9.75KN
梁侧粉刷0.02×（0.4-0.1）×2×3.9×17=0.80KN
连系梁传来屋面自重0.5×（3.9+3.9-2.5）×1.25×3.98=13.18KN
0.5×3.9×1.95×3.98=15.13KN
顶点中节点集中荷载G4B=G4C=38.86KN
D
楼面框架节点集中荷载标准值
边柱连系梁自重12.19KN
粉刷1.06KN
钢窗自重2.43KN
窗下墙体自重14.77KN
粉刷2×0.02×0.9×3.6×17=2.20KN
窗边墙体自重0.60*（3.2-1.4）*0.24*19 =4.92kN
粉刷0.73KN
框架柱自重0.3×0.45×3.2×25=10.8KN
粉刷0.78×0.02×3.2×17=0.85 KN
连系梁传来楼面自重
0.5×3.9×0.5×3.9×3.24=12.32KN
中间层边节点集中荷载G A=G D=62.27KN
中柱连系梁自重9.75KN
粉刷0.80KN
内纵墙自重3.6×（3.2-0.4）×0.24×19=45.96KN
粉刷3.6×（3.2-0.4）×2×0.02×17=6.85KN
扣除门洞重-2.1×1.0×（5.24-0.2）=-10.58KN
框架柱自重10.8KN
粉刷0.85KN
连系梁传来楼面自重10.73KN
12.32KN
中间层中节点集中荷载
G B=G C=87.48KN
恒荷载作用下的结构计算简图（）
2）活荷载计算
活荷载作用下的结构计算简图如图（）图中各荷载计算如下
P4AB =P4CD=0.5×3.9=1.95KN/m
P4BC=0.5×2.5=1.25 KN/m
P4A=P4D=0.5*3.9*0.5*3.9*0.5=1.90 KN
P4B=P4C=0.5*(3.9+3.9-2.5)*1.25*0.5+0.25*3.9*
3.9*0.5=3.56 KN
P AB =P CD =2.0×3.9=7.8 KN/m P BC =2.5×2.5=6.25 KN/m
PA=PD=0.25×3.9×6.0×2.0=8.7 KN PB=PC=14.79 KN
3）风荷载
风荷载标准值计算公式
因为高度小于30米，可取 =1.0；对于矩形截面 =1.3； 可查荷载规范当查得的 〈1.0 时，取 =1.0，将风荷载换算成作用在框架上的集中荷载计算结果如图所示
w w r z s z k μμμβ=z βs μz μz
μz
μ
层次
ßs Z/m
Ws A/ m 2 Pw/ KN
4 1.0 1.3 13.4 1.10 0.5
5 10.14 9.64 3 1.0 1.3
10.2
1.01 0.55 1
2.48 8.92
2 1.0 1.
3 7.0 1.00 0.55 12.48 8.92 1 1.0 1.3 3.8 1.00 0.55 13.65 9.76
4.内力分析
z
μs
μz
β
（1）恒荷载作用下的内力计算
恒荷载作用下的风力计算采用分层法
取出顶层进行分析结构计算如图图中框架刚度取框架柱实际刚度的0.9倍。

图中梁上分布荷载由三角形和梯形两部分组成；根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载及三角形分布荷载化为等效均布荷载计算公式如下图所示
把梯形荷载化为等效均布荷载
G4边=g4ab1+(1-2x2+x3)g4ab2=17.3 KN/m
G4中=g4bc1+5/8g4bc2=18.28kn/m
结构内力可用弯矩分配法计算并可利用结构对称性取1/2结构计算各杆件的固端弯矩为
M4AB=51.9 KN.m
M4bc=9.52 KN.m
M4CB=4.76 KN.m
1）顶层在恒荷载作用下的弯矩图：
2）标准层在恒荷载作用下的弯矩图：
3）底层在恒荷载作用下的弯矩图：
4）恒荷载作用下的弯矩总图：
5）恒载作用下的剪力轴力图：
6）恒载作用下的弯矩调幅图：
（2）活荷载作用下的内力计算
活荷载作用下的内力计算也采用分层法，考虑到活荷载分布的最不利组合，各层楼层活荷载布置可能如图所示的几种组合形式。

计算结果见图（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯矩图）1）顶层活荷载作用下的弯矩图：
2）标准层活荷载作用下的弯矩图：
3）底层活荷载作用下的弯矩图：
（3）风荷载作用下的计算
1）剪力在各柱间的分配图：
2）各柱反弯点及柱端弯矩图：
3）风荷载作用下的弯矩图：
4）风荷载作用下的剪力轴力图：
5）框架梁柱控制截面
5.内力组合
根据内力计算结果，即可进行框架各梁柱各控制截面上的内力组合，其中梁的控制截面为梁端、
柱边及跨中。

由于对称性，每层有5个控制截面，即图14中的1、2、3、4、5号截面，表2给出了第二层梁的内力组合过程；柱则分为边柱和中柱（即A柱、B柱），每个柱每层有两个控制截面，以图14中第二层为例，控制截面为3、4号截面。

表3给出了二层柱的内力组合过程。

顶层梁的内力组合
同理可以计算出第三层,第二层,第一层梁的内力
组合,见下表:
荷栽
类型 截面 恒载
活载
① ② ③ ④ ⑤ M V
M
V
M
V
M V
M V
第三层梁 1 2 3 4 5
-40.73 67.10 -57.42 -15.48 -10.76 80.76 ------- -86.82 8.88
------- -6.63 16.03 -10.26 -3.63
-3.63 17 ------
-18.32 0 -------
0.21 0.75 1.29 1.54 3.37 0.18 ------
0.18 3.91 ------ -6.22
16.15 -9.63
-4.15 0.48 17.04
------ -18.28 6.46 0
-0.07 0.10 0.27
1.2 0.48
-0.0
6 ------- -0.0
6
-1.3
6 ------- 第二1 2
-41.42 80.77 -6.63
17 -----0.21
0.18 ------6.22
17.04 -0.07
-0.0
6
顶层梁正截面承载力计算
正截面承载力
计算
底层梁正截面承载力计算
顶层梁斜截面承载力计算
中间层梁斜截面承载力计算
底层梁斜截面承载力计算
柱的内力计算结果
柱的内力组合
B M4
M3
N
V
-31.53
-35.26
200.85 317.58
-7.56
-7.75
19.92
-6.39
-7.37
27.32
-2.45
-6.05
4.71
6.截面设计
（1）梁的设计
以第二层梁AB为例，其最不利的组合内力如图15所示。

①正截面强度计算：
梁的截面尺寸为500mmx250mm。

C20时，梁的混凝土保护层最小厚度为30mm。

故设a=35mm,则
h=500-35=465mm，
f=9.6N/mm^2, y f=300N/mm^2,
cm
f=1.10Nmm^2.
t
对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。

梁端A：
=M/(α
s
1*
f*b*20h)=(71.45*10^6)/(1.0*9.6*250*465*4 cm
65)=0.138
ζ
=1-(1-2s
α)^(1/2)=1-(1-2*0.138)^(1/2)=0.14
9＜b
ξ=0.55
（满足要求）
s
A =b
ξ
0h cm
f /y
f =0.149*250*465*9.6/300=554mm^2
选用316，s
A =603mm^2。

梁端B ：计算公式同上，计算过程略。

计算结果： 选用316，s
A =603mm^2。

对于梁中截面，考虑混凝土现浇板翼缘受压，按T 形梁计算。

翼缘计算宽度取
0/36000/32000t f b l mm
===
属于第一类型的T 形截面。

（满足要求）
选用320，。

②斜截面强度计算
取较大设计剪力V＝－108.02 kN。

验算截面尺寸
（截面符合要求）
验算是否需要计算配置箍筋
故需要配置箍筋。

若选用φ8@200
（满足要求）
配箍率
最小配箍率
（满足要求）
（2）柱的设计
以第二层A轴线柱为例。

其最不利组合
A 4M＝60.59 kN·m
V＝500.06 kN
A 3M＝63.70 kN·m
V＝500.06 kN
柱A 4 A 3的最不利组合内力
柱的截面尺寸为300mmx450mm。

①受力纵筋的计算
柱的计算长度
柱端A 4：
；
先按大偏心受压情况计算：
选用216，。

柱端A 3：计算公式同上，计算过程略。

计算结果：。