一榀框架结构设计计算书

一榀框架结构设计计算书6.1截面尺寸估算图1结构平面布置图横梁AB的截面尺寸为[1]：h=L/12=6000/12=500mm，取500mmb=h/3=500/3=167mm，取250mm横梁BD的截面尺寸为：h=L/12=8000/12=666mm，取700mmb=h/3=700/3=233mm，取300mm纵梁12的截面尺寸为：h=L/12=8100/12=675mm，取700mmb=h/3=700/3=233mm，取300mm次梁的截面尺寸为：h=L/18=8100/12=450mm，取500mmb=h/3=500/3=167mm，取250mm现浇板厚为：h=L/50=6000/50=120mm柱子的截面尺寸：按层高确定：底层层高H=3900mmb=(1/10-1/15)×H=390-260mm按轴压比确定：可根据式cfNAc估算。各层的平均荷载设计值近似取14kN/m2，柱的负载面积（从属面积）为（4+3）×8.1m2。由公式可得第一层柱截面面积为：Ac≥N/fc≥1.4×14×（4+3）×8.1×3×103/14.3=233144mm2所以b=h≥482mm，第一、二层柱截面取b=h=500mm第三层柱截面面积为：Ac≥N/fc≥1.4×14×（4+3）×8.1×103/14.3=77714mm2所以b=h≥278mm，取b=h=400mm柱子的高度：首层柱高3.9m，二、三层柱高3.6m6.2框架结构计算简图6.2.1框架的线刚度计算取楼层中间的一榀框架进行计算。框架的计算单元如图2，绘出框架计算简图。图2框架计算简图框架梁、柱的混凝土强度等级为C30，计算梁的截面惯性矩[2]：表1横梁线刚度ib计算表梁编号层次EcbhI0LEcI0/LαEcI0/L（N/mm2）(mm)(mm)(mm4)(mm)(N.mm)(N.mm)中框架AB1~33.00E+0425050026041666676000130208333332.60E+10BD1~33.00E+04300700857500000080003.22E+106.43E+10边框架AB1~33.00E+04250500260416666760001.30E+101.95E+10BD1~33.00E+04300700857500000080003215625000048234375000注：α为梁刚度调整系数[2]表2柱线刚度ic计算表层次hc(mm)Ec（N/mm2）b×h(mm2)Ic(mm4)EcIc/hc(N.mm)139003.0×104500×5005.21×1094.01×1010236003.0×104500×5005.21×1094.34×1010336003.0×104400×4002.13×1091.78×1010表3梁柱相对线刚度i计算（底层柱ic=1.0）中框架iab0.65边框架iab0.048ibd1.60ibd1.20i21.08i21.083i30.44i30.446.3荷载计算6.3.1荷载标准值计算1.3.1.1屋面恒载（上人）20厚水泥砂浆找平层2m/40kN.002.020150厚水泥蛭石保温层2m/75kN.015.05.0120厚钢筋混凝土板2m/kN312.02520厚石灰砂浆2m/kN43.020.071合计2m/4.49kN屋面均布恒荷载为：kN66.203649.4)226()41.8(1.3.1.2楼面恒载：瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）2m/0.55kN120厚钢筋混凝土板2m/kN312.02520厚水泥砂浆2m/40kN.002.020合计2m/3.95kN楼面均布恒荷载为：kN72.179195.3)226()41.8(1.3.1.3屋面活载：屋面为上人屋面，查《建筑结构荷载规范》得均布荷载标准值为2.0kN/m2，所以屋面均布荷载标准值为：kN20.9070.2)226()41.8(1.3.1.4楼面活载：查《建筑结构荷载规范》楼面均布活载中：办公室、阅览室、会议活动室为2.0kN/m2，餐厅为2.5kN/m2，走廊、门庭、楼梯为2.5kN/m2，为便于计算，居室中的隔墙，隔断统一不计，楼面均布荷载统一偏大取为2.5kN/m2。所以楼面均布荷载标准值为[3]：kN00.11345.2)226()41.8(1.3.1.5雪荷载标准值基本雪压为0.4kN/m2雪荷载标准值0rkSS查《建筑结构荷载规范》得：2krkN/m2.0S1.0故雪荷载标准值为：kN44.1814.0)226()41.8(6.3.2梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算梁、柱可根据截面尺寸、材料容重及粉刷等计算出单位长度上的重力荷载。具体计算过程从略，计算结果见表3所示：表4梁、柱恒荷载标准值构件b(m)h(m)γ(kN.m-3)β(kN.m-1)g(kN.m-1)L(m)nGi(kN)梁120.30.7250.3405.598.112543.35梁BD0.30.7250.345.5985223.60梁AB0.250.5250.2553.3865101.40次梁0.250.5250.2553.388.14109.512∑G977.861层柱0.50.5250.346.593.915385.522层柱0.50.5250.346.593.615355.863层柱0.40.4250.2724.273.615230.69注：1)表中β为10mm厚水泥砂浆抹灰的线密度；g表示单位长度构件重力荷载；n为构件数量2）梁长度取计算长度；柱高取层高。内外墙都采用陶粒空心砌块，外墙厚250mm，内墙厚200mm，墙体抹灰近似按加厚墙体考虑其重量。单位面积墙体自重：外墙：0.29×6=1.74kN/m2内墙：0.24×6=1.44kN/m2女儿墙：（8.1×4+6+8）×2×1.44×0.8=106.91kN2~3层墙体：外墙：[(8.1×4+6+8)×2×3.6-8×2×2×2-2×1.2×2]×1.74=461.59kN内墙：[(8.1×2×4+6×3×2)×3.6-4×2×1×2.1]×1.44=498.36kN首层墙体：外墙：[(8.1×4+14)×2×3.9-7×2×2×2-3×2-2×1.2×2]×1.74=513.51kN内墙：[(8.1×2×4+6×3×2)×3.9-4×2×1×2.1]×1.44=541.90kN6.3.3荷载分层总汇由《建筑抗震规范》第5.1.3条可知，建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和：顶层重力荷载代表值包括，屋面恒载，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括，楼面恒载，50%楼面活载，纵横梁自重，楼面上、下各半层的柱子及纵横墙体自重。将前述分项荷载相加，得集中于各层楼面的重力荷载代表值如下。第三层：G3=106.91+（461.59+498.36）×0.5+181.44×0.5+230.69×0.5+2036.66+977.86=3809.01kN（屋面恒载占53.46%）第二层：G2=1791.72+461.59+498.36+1134×0.5+（230.69+355.86）×0.5+977.86=4591.53kN（楼面恒载占39.02%，楼面活载占12.35%）第一层：G1=1791.72+（461.59+498.36）×0.5+（513.51+541.9）×0.5+1134×0.5+（355.86+385.52）×0.5+977.86=4716.69kN（楼面恒载占37.99%，楼面活载占12.02%）建筑物总重力代表值G=G1+G2+G3=13117.23kN36003600390011100G14716.69kNG24591.53kNG33809.01kN图3重力荷载代表值6.4水平地震力作用下框架的侧移计算框架梁、柱的混凝土取C30等级，混凝土的弹性模量为Ec=3×107kN/m2。6.4.1梁、柱线刚度计算详见章节1.2.1，此处不再赘述。6.4.2横向框架柱的侧移刚度D值横向框架柱的侧移刚度D值的计算见下表5—表7：表5底层横向框架柱的侧移刚度D值编号cbiiiii25.0212cchiD根数边框架边柱1-A/5-A0.480.3912548.2021-D/5-D1.200.5316810.322边框架中柱1-B/5-B1.690.5918764.642中框架边柱2-A/3-A/4-A0.650.4313717.0032-D/3-D/4-D1.600.5818457.583中框架中柱2-B/3-B/4-B2.250.6420466.463ΣD254169.5215表6二层横向框架柱的侧移刚度D值编号cbiii2ii2cchiD12根数边框架边柱1-A/5-A0.450.187381.4221-D/5-D1.110.3514354.502边框架中柱1-B/5-B1.560.4317618.732中框架边柱2-A/3-A/4-A0.600.239274.0932-D/3-D/4-D1.480.4217103.023中框架中柱2-B/3-B/4-B2.080.5120496.373ΣD219329.7915表7三层横向框架柱的侧移刚度D值编号cbiii2ii2cchiD12根数边框架边柱1-A/5-A1.090.355836.2821-D/5-D2.710.579475.852边框架中柱1-B/5-B3.810.6510796.272中框架边柱2-A/3-A/4-A1.460.426959.2332-D/3-D/4-D3.610.6410600.403中框架中柱2-B/3-B/4-B5.080.7111812.523ΣD140333.3015将上述不同情况下同层框架侧移刚度相加，即得框架各层层间侧移刚度ΣDi。由上表可见，ΣD1/ΣD2=254170/219330=1.160.7，故该框架为横向规则框架[4]。按顶点位移法计算框架的自振周期T017.1T式中：0——基本周期调整系数。框架结构取0=0.7[5]。∆T——框架的顶点位移。在未求出框架的周期前，无法求出框架的地震力及位移，∆T是将框架的重力荷载视为水平作用力，求得的假想框架顶点位移。然后由∆T求出T1，再用T1求得框架结构的底部剪力，进而求出框架各层剪力和结构真正的位移。表8横向框架顶点位移计算层次Gi（kN）ΣGi（kN）ΣDi（N/mm）层间相对位移ΣGi/ΣDi层间位移（m）（mm）三3809.003809.00140333.300.0270.11二4591.528400.53219329.790.0380.089一4716.6813117.22254169.520.0510.051将∆T=0.117m代入T017.1T，得出T1=0.407s6.4.3横向地震作用计算本方案结构高度小于40m，质量和刚度沿高度分布较均匀，可用底部剪力法计算水平地震作用。因为是多质点结构，所以eqG0.850.85(3807.47459.804714.95)11145.38iGkN设防烈度按8度考虑，场地土Ⅲ类对应的特征周期值为Tg=0.45s，水平地震影响系数最大值61.0max[6]，结构阻尼比为0.05，∵T1＜Tg∴12max0.1610.1611145.391783.26EKeqFG因为1.4Tg=1.4×0.45=0.63T1=0.407，所以不用考虑顶部附加水平地震作用。各质点的水平地震作用[7]：11(1)1783.26iiiiinEKnnjjjjjjGHGHFFGHGH表9各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力计算表层次Hi（m）Gi（kN）GiHi（kN）jjiiHGHGFi（kN）Vi（kN）三11.13809.0042280.