四层框架结构设计计算书实例

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52）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风荷载计算层次A/Pw/kN11.01.313.41.100.5510.149.6421.01.310.21.010.5512.488.9231.01.37.01.000.5512.488.9241.01.33.81.000.5513.659.76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11D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＝－71.45kN·mM＝107.95kN·mM＝－75.79kN·mV＝103.69kNV＝－108.02kN（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，。对于梁端，不考虑现浇混凝土板的作用。梁端A：（满足要求）选用316，。梁端B：计算公式同上，计算过程略。计算结果：选用316，。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＝－108.02kN。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。其最不利组合如图16所示。A4M＝60.59kN·mV＝500.06kNA3M＝63.70kN·mV＝500.06kN柱的截面尺寸为300mmx450mm。①受力纵筋的计算柱的计算长度柱端A4：；先按大偏心受压情况计算选用216，。柱端A3：计算公式同上，计算过程略。计算结果：选用216，。②抗剪强度计算。故可按构造要求配置箍筋，取φ8@200。