多层框架结构设计

多层框架结构设计一、梁、柱的截面尺寸初选：结构平面布置如下图，各层梁柱板的混凝土强度为C30，fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2。取相邻两个柱距的尺寸宽作为计算单元。（1）梁截面初选：边跨梁(AB、CD跨)框架梁截面高度可按h=(1/18~1/10)l0确定其中l0为梁的计算跨度，为了防止梁发生剪切脆性破坏，梁净跨与截面高度之比l/h4，梁截面宽度可取b=(1/3~1/2)h且b200mm梁截面高宽比h/b4.由上图可知：L边=6300mm,L中=2700mm,h边=（350~630），h中=(150~270),6300/h边≧42700/h中≧4H边≦1575mmh中≦675mm。取h边=600mmh中=250mm取b=250mm由于框架梁的各跨度相差较大，为了利于梁内上部纵筋的贯通和下部筋的锚固，梁各跨截面宽度应该相同取b=250mm.H中/b=250/250=1≦4h边/b=600/250=2.4≦4(符合要求)（2）柱截面初选柱截面初选要同时满足最小截面，侧移限制和轴压比等诸多影响，对于较低设防裂度地区的多层民用框架结构，一般可通过满足轴压比限值进行截面估计。框架柱截面边长不宜小于350mm,剪跨比宜大于2，截面高宽比不宜小于400mm。柱截面宽度一般不小于（1/20~1/15），柱截面高度不宜小于350mm.柱截面高不宜小于400mm。取bc=hc=400mm(3)梁、柱的计算高度梁的跨度：取轴线间距，边跨梁为6.3m.中间跨梁2.7m，底层柱高为4.8m。二、框架计算简图及梁柱的线刚度1、确定框架的计算简图取①轴上的一榀框架计算，假定框架嵌固于基础顶面框架梁与柱刚接，由于各层柱的截面尺寸不变故梁跨等于柱截面形心之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层，楼面基顶标高根据地质条件，室内外高差是0.45m，基础顶面标高为-0.900m。具体如下图2、框架梁柱线刚度计算。由于是预制楼板，取边跨，中间跨I=I0，其中I0=1/12bh3左边跨梁i左边跨=EI/L=3107KN/m21/120.250.63/6.3=2.1104KN·m中跨梁i中跨梁=EI/L=3107KN/m21/120.250.253/2.7=3.6103KN·m底层柱（A~D轴）i=3107KN/m21/120.480.43/4.8=1.3104KN·m标准层柱：i=EI/L=3107KN/m21/120.40.43/3.3=1.9104KN·m令i边柱=1.0则其余各杆件的相对线刚度为：i边梁=2.1104/1.9104=1.1i中梁=3.6104/1.9104=0.19i底柱=1.3104/1.9104=0.68三、荷载计算参照有关建筑配件图集及《荷载规范》对材料的取值方法、分层、分部计算出有关的荷载标准值1、恒荷载标准值计算：（1）屋面恒荷载标准值计算屋面卷材，防水，找坡，保温2.5KN/m2预制楼板3.00KN/m2顶棚抹灰（15mm）0.26KN/m2屋面恒荷载总和5.76KN/m2(2)楼面恒荷载标准值计算面层水磨石楼面0.65KN/m2结构层预制楼板3KN/m2顶棚抹灰0.26KN/m2楼面恒荷载总和3.91KN/m2(3)框架横梁自重梁宽b=250mm高h边=600mmh中=250mm1、边跨梁自重（AB、CD）250.250.6=3.75KN/m2、中跨梁自重（BC）250.250.25=1.56KN/m（4）纵向框架梁自重250.40.25=2.5KN/m（5）框架柱自重底层：250.40.44.8=19.2KN标准层：250.40.43.3=13.2KN(6)外墙重1.930.25+0.0220=0.8825KN/m2标准层：0.8825（3.3-2.0）=1.15KN/m底层：0.8825（4.8-2.6）=1.94KN/m（7）内墙重1.540.2+0.0217=0.648KN/m2标准层：0.6480.33=2.14KN/m底层：0.6484.8=3.11KN/m(8)铝合金窗：0.45KN/m2标准层：0.452=0.9KN/m底层：0.452.6=1.17KN/m2、活荷载标准值Qk（1）屋面活荷载雪荷载：0.3KN/m2不上人屋面活荷载：0.5KN/m20.53.9=1.95KN/m（注：屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者取大值）（2）楼面活荷载中间跨：2.5kN/m22.53.9=9.75KN/m边跨：2.0KN/m223.9=7.8KN/m3、风荷载标准值Wk基本风压：W0=0.35KN/m2风荷载体型系数：s=1.3风镇系数z=1风压高度系数见下表离地高度510152030s1.001.001.141.251.42由公式：0kzsz可知:4层：Fw4k=11.3（1.14+1）/20.353.93.3=6.27KN3层：Fw3k=11.3（1.14+1）/20.353.93.3=6.27KN2层：Fwk=11.310.353.93.3=5.86KN1层：Fw1k=11.310.353.94.8=8.52KN四、框架内力计算1、恒荷载内力分析计算边跨框架承担的由屋面板，楼面板传来的荷载形式为梯形，如图所示，为了方便计算，按支座弯矩等效原则将其简化为矩形分布/AL=1.8/6.3=0.29屋面上的线荷载：边跨:Q=（1-22+3）q+3.75=（1-20.292+0.293）5.763.9+3.75=23KN/m中间跨：q=（1-22+3）q+1.56=（1-20.292+0.293）5.763.9+1.56=20.8KN/m楼面上的线荷载：边跨梁：q=（1-22+3）q+3.75=（1-20.292+0.293）3.913.9+3.75=16.8KN中跨梁：q=（1-22+3）q+1.56=（1-20.292+0.293）3.913.9+1.56=14.6KN/m3、固端弯矩边跨框架梁中间跨框架梁顶层1/12qL2=1/12236.32=76.07KN·m1/1220.82.72=12.6KN/m标准层1/12qL2=1/1216.86.32=55.57KN·m1/1214.62.72=8.87KN/m底层1/12qL2=1/1265BB16.86.32=55.57KN·m1/1214.62.72=8.87KN/m4、节点为分配系数由公式=Sik/ijS可知节点A，顶层：66AB=41.1/41.1+41=0.5265AA=41/41.1+41=0.48标准层：65AB=41.1/41.1+41+41=0.3654AA=41/41+41.1+41=0.3256AA=41/41.1+41+41=0.32底层：11AB=41.1/40.68+41.1+4=0.412AA=41/40.68+41.1+4=0.3610AA=40.68/40.68+41.1+4=0.24节点B：顶层66BA=41.1/41.1+41+40.19=0.4865BB=41/41+41.1+41.9=0.44标准层55BA=41.1/41.1+41+41+40.19=0.3456BB=41/41.1+41+41+40.19=0.355BC=40.19/41.1+41+41+40.19=0.06554BB=41/41.1+41+41+40.19=0.3底层：11BA=41.1/41.1+40.68+40.19+41=0.3711BC=40.19/41.1+40.68+40.19+41=0.061BBC=40.68/41.1+40.68+40.19+41=0.2312BB=41/41.1+40.68+40.19+41=0.345、恒荷载作用下内力分析：恒荷载作用下内力计算采用力矩二次分配法，计算过程如下：5、活荷载内力分析屋面不上人时活荷载为：0.5KN/m2边跨（AB、CD）框架梁承受的由屋面板、楼面板传来的活荷载形式仍为梯形，与恒荷载相同，为计算简便，可按支座弯矩等效原则将其简化为矩形分布，得屋面上的线荷载为：标准层：Q=(1-22+3)q=(1-20.292+0.293)0.5KN/m23.3=1.41KN/m底层：Q=(1-22+3)q=(1-20.292+0.293)0.5KN/m24.8=2.05KN/m6、活荷载固端弯矩：边跨框架梁中间框架梁顶层1/12qL2=1/121.416.32=4.66KN·m0底层及标准层1/12qL2=1/122.056.32=6.78KN·m07、风荷载内力分析(2)各柱的D值及剪力分配系数层位及层高柱号KcD=12cic/Hi2D=D/D标准层A2.20.5240.582.020.287B1.290.390.430.213C1.290.390.430.213D2.20.5240.580.287底层A1.620.590.210.860.24B1.900.620.220.26C1.900.620.220.26D1.620.590.210.24（3）层号柱号iDniiPViY0YyM底M顶四A(D)0.2872.026.271.800.4100.412.433.5B(C)0.2131.340.3600.361.592.82三A(D)0.2872.026.273.600.4600.465.466.41B(C)0.2312.760.4500.453.974.85二A(D)0.2872.026.275.280.500.58.718.71B(C)0.2133.920.500.56.476.47一A(D)0.240.866.276.460.5500.5517.0613.96B(C)0.267.000.5900.5919.8213.78第四层A节点：已知：MA4A3=3.5KN·m,则MA4B4=3.5KN·mB节点：已知：MB4B3=2.82KN·m则MB4A4=2.4KN·mMB4A4=0.42KN·m第三层：A节点：已知：MA3A2=6.41KN·m,MA4A3=2.43KN·m则：MA3Bc=8.84KN·mB节点：已知：MB4B5=1.59KN·m，MB$B3=4.85KN·m则MB4A4=1.1（1.59+4.85）/(1.1+0.19)=5.49KN·mMB3C3=0.19(1.59+4.85)/(1.1+0.19)=0.95KN·m五、内力组合由于标准层荷载、截面均相同，固只取首层、标准层、顶层的边跨和中间跨梁组合。梁截面内力恒荷载（1）活荷载（2）风荷载（3）1.35恒+1.40.7活1.2恒+1.4活+1.40.6风1.2恒+1.40.7活+1.4风A4B4A4B4M-48.8-4.746.78-70.53-70.89-72.7V91.5369.75.22.0299.1692.57跨中M59.54.60.584.8378.2676.61B4C4M-54.44.85.92-68.76-63.56-68.88V71.45.22.02101.4894.6493.59B4C4B4C4M-9.4-0.21.95-12.9-13.21-14.22V2.701.623.654.65.51跨中M7.80.2010.329.079.15C4BM-9.4-0.1.95-12.48-12.62-13.842V2.701.623.654.65.51B3C3B3C3M-56.4-17.441.89-93.21-131.46-150.4V28.220.213.9957.8373.8273.18跨中M41.518.92.875.5