浅埋式闭合框架结构设计

浅埋式闭合框架结构设计结构计算书班级：土木（隧道）***学号：*********姓名：****1第一部分，截面设计设S为600mm,则有h1=S+h=600+600=1200(mm),可得h+S/3=800≤h1=1200,如右图所示。第二部分，内力计算1计算弯矩M1.1.结构的计算简图和基本结构如下图。1.2典型方程弹性地基梁上的平面框架的内力计算可以采用结构力学中的力法，只是需要将下侧（底板）按弹性地基梁考虑。图-1截面图2由图-1的基本结构可知，此结构是对称的，所以就只有X1和X2，即可以得出典型方程为：系数是指在多余力xi的作用下，沿着xi方向的位移，△iP是指在外X1δ11+X2δ12+△1P=0X1δ21+X2δ22+△2P=0图-2计算简图和基本结构3荷载的作用下沿xi的方向的位移，按下式计算：δij=δ‘ij+bij△ij=△’iP+bipδ’ij=dsiEJMjMδij---框架基本结构在单位力的作用下产生的位移（不包括地板）。bij---底板按弹性地基梁在单位力的作用下算出的切口处xi方向的位移；△’iP---框架基本结构在外荷载的作用下产生的位移；bip---底板按弹性地基梁在外荷载的作用下算出的切口处xi方向的位移。1.2求δ‘ij和△’iP；4M1=1×Ly=3.4(kNm)M2=1(kNm)MP上=1/2×q1×(LX/2)2=79.38(kNm)MP下=1/2×q1×(LX/2)+1/2×q2×Ly2=229.66(kNm)M1=-3.4KNMQ10=0M2=-1KNMQ20=0MP下-MP上=150.28KN/M根据结构力学的力法的相关知识可以得到：I=b*h*h*h/12=0.018δ’11=EIy21L2/3M=4.85235x10-5δ’12=δ’21=EILMy1=2.14074x10-5δ’22=EILL2xy=2.03704x10-5Δ1P'=EIM3/4)M-(ML1/3M0.5LM21PPy1yP下）（=-0.003308Δ2P'=EIL1/3)M-(M22LM1M/2L1/32-yPPyPPx下=-0.001836图-3M1图-4M2图-5Mq5图-6M1作用时的弹性地基梁δ11'=4.85235x10-5δ12'=2.14074x10-5δ21'=2.14074x10-5δ22'=2.03704x10-5Δ1P'=-0.003308Δ2P'=-0.0016541.3求bij和bipα=44kEIb=0.368894(1/m)接下来要用弹性地基梁的知识，求的相应的θ值。对于受x1x2，xp的的情况进行讨论。φ1λ=chαxcosαx=0.052751φ2λ=chαxsinαx+shαxcosαx=2.50804φ3λ=shαxsinαx=2.2475062φ4λ=chαxsinαx-shαxcosαx=2.411645以x1=1时为例说明如何求θ。因为MΛ=-3.4KNM,QΛ=0KN可以求出令两个人未知初始值。然后根据所有的初始值求出他的M和Q等值。设A到H为下表的相应数值。A=bk/2α2=146969.3846B=bk/4α3=199202.7455C=1D=1/2α=1.355403005E=bk/2α=54216.12022F=bk/2α2=146969.4G=-α=-0.36889H=16这可以得到：MΛ=Aφ3λy0+Bθ0φ4λ+CM0φ1λ+DQ0φ2λQΛ=Ey0φ2λ+Fθ0φ3λ+GM0φ4λ+HQ0φ1λ这可以得到：θ0=E-ABDFACD--MAD=-1.28174x10-5y0=DF-EQ-Q0=8.89132x10-6同理可以得到当x2，xp时的θ0和y0。见下表y10=8.89132x10-6θ10=1.28174x10-5y20=2.61509x10-6θ20=3.76984x10-6Yp0=0.001488652θp0=0.000765b11=2×Ly×θ10;b12=b21=2×θ10；b22=2×θ20；b1p=2×Lxθp0；b2p=；2θp0和δ11=δ‘11+b11δ12=δ21=δ‘12+b12δ22=δ‘22+b22△1p=△’1P+b1p7△2p=△’2P+b2pb11=-8.71586E-05δ11=-3.9x10-5b12=-2.56349E-05δ12=-4.23x10-6b21=-2.56349E-05δ21=-4.2x10-6b22=-7.53967E-06δ22=1.283x10-5b1p=0.006324883Δ1P=0.003016883b2p=0.0023648Δ2P=0.00052881.4求X1和X2，又有典型方程：X1δ11+X2δ12+△1P=0，X1δ21+X2δ22+△2P=0可得，X1=211222112P1222P1-=79.0920702X2=21122211211P2P11--=-15.3478843弯矩按叠加法按如下公式计算M=M1X1+M2X2+MPM左上=15.3478843+79.38=94.7278843KN/M(外部受拉)M左下=-3.4*79.0920702+15.3478843+229.36=-24.20515438KN/M（内部受拉）由对称性可得M右上=94.7278843KN/M(外部受拉)M右下=-24.20515438KN/M（内部受拉）顶部中间叠加弯矩M=q1l2/8=36x4.22/8=79.38KN/M弯矩图如下8弹性地基梁的Q;因为Qx=Ey0φ2x+Fθ0φ3x+GM0φ4x+HQ0φ1x,所以可得Q左=75.6KNQ右=-75.6KN其他位置剪力按照结构力学截面法结点法求出结构顶部Q左上=75.6KNQ右上=-75.6KN两侧结构Q左上=-79.17924356KNQ左下=9.219706653KNQ右上=79.17924356KNQ右下=-9.219706653KN按照叠加法可得如下剪力图9框架的轴力N;对于上侧N=q2Ly,对于两侧N=1/2q2Lx对于地基N=q2Ly;则有N上侧=26*3.4=88.4KNN两侧=26*4.2/2=54.6KNN地基=26*3.4=88.4KN得轴力图如下10根据公式Mi=Mp-Qp*b/2求出设计弯矩和设计轴力第三部分，配筋设计一、偏心受压构件顶梁配筋计算（一）、基本信息执行规范:《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)（二）、设计要求结构安全等级:二级；重要性系数:γo=1.0混凝土强度等级:C30钢筋等级:HRB335一端弯矩设计值:M1=72.05(KN-m)另一端弯矩设计值:M2=72.05(KN-m)轴向压力设计值:N=88.4(KN-m)11矩形截面宽度:b=1000(mm)矩形截面高度:h=600(mm)受压As'保护层厚度a':a'=50(mm)受拉As保护层厚度a:a=50(mm)构件计算长度l0:l0=1000(mm)（三）、设计参数根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)混凝土C30轴心抗压强度设计值:fc=14.3(N/mm2)混凝土C30轴心抗拉强度设计值:ft=1.43(N/mm2)受压钢筋HRB335抗压强度设计值:fy'=300(N/mm2)（四）、计算过程(1)判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。1)判断两端弯矩的比值M1/M2=72.05/72.05=1.0000.92)构件长细比lc/i=1000/[1000/(2X1.732)]=3.46434-12X(M1/M2)=22.0003)柱的轴压比12N/fcA=N*1000/(fc*b*h)=0.0100.9根据以上判断，需要考虑轴力作用下二阶效应对截面偏心距的影响。(2)调整截面承受的弯矩。1)附加偏心距ea偏心距:ea=20mmh/30=20.000mm取ea=20mm2)求构件端截面偏心距调节系数CmCm=1.0000.73)求截面曲率休整系数ζcζc=48.5291.0取ζc=1.04)求截面弯矩增大系数ηnsηns=1.0015)计算调整后的的弯矩值MM=72.15KN.m(3)判断大小偏心受压13初始偏心距ei=e0+ea=M/N+ea=836.192mm相对受压区高度ξ：ξ=N/(γ0fcbh0)=0.011相对界限受压区高度ξb：ξb=0.550因ξ=ξb经判断此构件为大偏心受压构件e'=587.37(4)求截面配筋面积As=As'截面配筋面积As=As'=346.16二、偏心受压构件侧墙配筋计算（一）、基本信息执行规范:《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)（二）、设计要求结构安全等级:二级；重要性系数:γo=1.0混凝土强度等级:C30钢筋等级:HRB335一端弯矩设计值:M1=13.086(KN-m)14另一端弯矩设计值:M2=73.112(KN-m)轴向压力设计值:N=54.6(KN-m)矩形截面宽度:b=1000(mm)矩形截面高度:h=600(mm)受压As'保护层厚度a':a'=50(mm)受拉As保护层厚度a:a=50(mm)构件计算长度l0:l0=1000(mm)（三）、设计参数根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)混凝土C30轴心抗压强度设计值:fc=14.3(N/mm2)混凝土C30轴心抗拉强度设计值:ft=1.43(N/mm2)受压钢筋HRB335抗压强度设计值:fy'=300(N/mm2)（四）、计算过程(1)判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。1)判断两端弯矩的比值M1/M2=13.086/73.112=0.1790.92)构件长细比lc/i=1000/[1000/(2X1.732)]=3.46434-1512X(M1/M2)=31.8523)柱的轴压比N/fcA=N*1000/(fc*b*h)=0.0060.9根据以上判断，不需要考虑轴力作用下二阶效应对截面偏心距的影响。1)附加偏心距ea偏心距:ea=20mmh/30=20.000mm取ea=20mm2)求构件端截面偏心距调节系数CmCm=0.7540.73)求截面曲率休整系数ζcζc=78.5711.0取ζc=1.04)求截面弯矩增大系数ηnsηns=1.0015)计算调整后的的弯矩值MM=55.15KN.m16(3)判断大小偏心受压初始偏心距ei=e0+ea=M/N+ea=1030.107mm相对受压区高度ξ：ξ=N/(γ0fcbh0)=0.007相对界限受压区高度ξb：ξb=0.550因ξ=ξb经判断此构件为大偏心受压构件e'=781.00(4)求截面配筋面积As=As'截面配筋面积As=As'=284.28三、偏心受压构件底梁配筋计算（一）、基本信息执行规范:《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)（二）、设计要求结构安全等级:二级；重要性系数:γo=1.0混凝土强度等级:C30钢筋等级:HRB33517一端弯矩设计值:M1=22.482(KN-m)另一端弯矩设计值:M2=22.482(KN-m)轴向压力设计值:N=88.4(KN-m)矩形截面宽度:b=1000(mm)矩形截面高度:h=600(mm)受压As'保护层厚度a':a'=50(mm)受拉As保护层厚度a:a=50(mm)构件计算长度l0:l0=1000(mm)（三）、设计参数根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)混凝土C30轴心抗压强度设计值:fc=14.3(N/mm2)混凝土C30轴心抗拉强度设计值:ft=1.43(N/mm2)受压钢筋HRB335抗压强度设计值:fy'=300(N/mm2)（四）、计算过程(1)判断是否需要考虑轴向力在弯矩方向二阶效应对截面偏心距的影响。1)判断两端弯矩的比值M1/M2=22.482/22.482=1.0000.92)构件长细比18lc/i=1000/[1000/