4层框架结构

多层框架设计实例

某四层框架结构，建筑平面图、剖面图如图1所示，试采用钢筋混凝土全现浇框架结构设计。

1．设计资料

（1）设计标高：室内设计标高±0.000相当于绝对标高4.400m，室内外高差600mm。

（2）墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，M5水泥砂浆砌筑。内粉刷为混合砂浆底，纸筋灰面，厚20mm，“803”内墙涂料两度。外粉刷为1：3水泥砂浆底，厚20mm，马赛克贴面。

（3）楼面做法：顶层为20mm厚水泥砂浆找平，5mm厚1：2水泥砂浆加“107”胶水着色粉面层；底层为15mm厚纸筋面石灰抹底，涂料两度。

（4）屋面做法：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水泥砂浆找平层厚20mm，二毡三油防水层。

（5）门窗做法：门厅处为铝合金门窗，其它均为木门，钢窗。

（6）地质资料：属Ⅲ类建筑场地，余略。

（7）基本风压：（地面粗糙度属B类）。

（8）活荷载：屋面活荷载，办公楼楼面活荷载，走廊楼面活荷载。

图1 某多层框架平面图、剖面图

2．钢筋混凝土框架设计

（1）结构平面布置如图2所示，各梁柱截面尺寸确定如下。

图2 结构平面布置图

边跨（AB、CD）梁：取

中跨（BC）梁：取

边柱（A轴、D轴）连系梁：取

中柱（B轴、C轴）连系梁：取

柱截面均为

现浇楼板厚100mm。

结构计算简图如图3所示。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3。其中在求梁截

面惯性矩时考虑到现浇楼板的作用，取（为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

边跨（AB、CD）梁：

（其他梁、柱的线刚度计算同上，略）

图 3 结构计算简图

（图中数字为线刚度）

（2）荷载计算

1）恒载计算

①屋面框架梁线荷载标准值：

20mm厚水泥砂浆找平

100厚～140厚（2%找坡）膨胀珍珠岩

100厚现浇钢筋混凝土楼板

15mm厚纸筋面石灰抹底

屋面恒荷载

边跨（AB、CD）框架梁自重

梁侧粉刷

中跨（BC）框架梁自重

梁侧粉刷

因此，作用在屋顶框架梁上的线荷载为：

②楼面框架梁线荷载标准值

荷载计算同上（略），作用在中间层框架上的线荷载为：

③屋面框架节点集中荷载标准值

边柱连系梁自重

梁侧粉刷

1m高女儿墙自重

墙侧粉刷

连系梁传来屋面自重

顶层边节点集中荷载

中柱连系梁自重

梁侧粉刷

连系梁传来屋面自重

顶层中节点集中荷载

④楼面框架节点集中荷载标准值(荷载计算方法同上,具体计算过程略)

中间层边节点集中荷载：

中间层中节点集中荷载：

恒荷载作用下的结构计算简图如图4所示：

图4图5

2）活荷载计算

活荷载作用下的结构计算简图如图5所示。图中各荷载值计算如下：

3）风荷载计算

风荷载标准值计算公式为

因结构高度小于30m，可取；对于矩形截面；可查荷载

规范，当查得的时，取。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程如表1所示。表1为一榀框架各层节点的受风面积，计算结果如图6所示。

表1风荷载计算

A/

图6 风荷载作用下的计算简图

(3)内力计算

1）恒荷载作用下的内力计算

恒荷载（竖向荷载）作用下的内力计算采用分层法（具体计算过程略），在恒荷载作用下结构的弯矩图、剪力图和轴力图见图7～图9。

图7 在恒荷载作用下结构的弯矩图（单位：）

图8 在恒荷载作用下结构的剪力图（单位：kN）

图9 在恒荷载作用下结构的轴力图（单位：kN）

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10所示的几种组合形式。计算结果见图10（仅表示出标准层在活荷载作用下的弯矩图）。

图10标准层在活荷载作用下的弯矩图

(3)活荷载作用下的内力计算

活荷载作用下的结构计算简图见图6，内力计算采用D值法，计算过程见图11。风荷载作用下框架弯矩图如图12所示，框架轴力图和剪力图如图13所示。

剪力各层分配（单位：kN）各柱反弯点及柱端弯矩（单位：kN）

图11 D值法计算过程

图12 在风荷载作用下结构的弯矩图（单位：）

图13 图14

在风荷载作用下结构的剪力图、轴力图（单位：kN）

(4)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。

表2二层梁内力组合

表3第二层柱内力组合

M＝－71.45 kN·mM＝107.95 kN·m M＝－75.79 kN·m

V＝103.69 kNV＝－108.02 kN （5）截面计算

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，则，

。