第二章计算简图.doc

第二章 结构设计方案2.1 确定计算简图根据结构平面布置图，选定具有代表性的轴线作为计算单元，如图1-1中的斜线部分所示范围。框架梁柱节点为刚接，框架柱与基础固结；各杆件用轴线定位，框架梁跨度取柱子轴线之间的距离；本工程采用柱下独立基础，根据地质资料初步假定基础顶面到室外地坪的距离为500mm，则底层柱子的计算高度h1=4.0+0.45+0.5=4.95m，其余各层柱高取下层结构楼面到上层结构楼面的距离，即h2h5=3.5m，由此确定该榀框架KJ- 的计算简图如图2-1所示。图2-1 框架KJ-7计算简图2.2 构件材料选择混凝土：均采用C30混凝土（fc=14.3N/mm²，ft=1.43 N/mm²）。钢筋：直径12mm时选用HRB335钢筋，其余采用HPB235钢筋。2.3 构件截面尺寸估算2.3.1 框架柱截面初估根据经验估算钢筋混凝土多层建筑为5-10kN/m2 ，按N=12 kN/m2 估算；柱轴压比取0.9 1.2×S×N×n 1.2×4.0×3.6×12×4×1000边柱：Aa2 = = ×fc 0.9×14.3 =80559 mm²a=253mm1.2×S×N×n 1.2×4.0×(3.6+1.8)×12×4×1000中柱：Aa2 = = ×fc 0.9×14.3 =120839 mm²a=311mm由此，初步选取柱的截面尺寸：边柱b×h=400mm×400mm，中柱b×h=400mm×400mm2.3.2 梁截面尺寸初选各梁的截面尺寸按梁的跨度初步确定如下：框架横梁、其他承重横梁和框架纵梁高h均取（1/81/12）L，L为梁的跨度；其他纵梁高h均取（1/121/18）L，L为梁的跨度梁的宽度b取（1/21/3.5）h各梁的截面尺寸（mm）见表2-1。表2-1 梁截面尺寸（mm）表层次主梁（b×h）主梁（b×h）次梁（b×h）ABBCCD-AB，BC,CD1-4300×700250×500300×700250×500250×5002.3.3 楼板厚度初选本工程楼板为现浇板，板厚按hL/50、h70选取，取为100mm2.4 荷载计算本课题以轴线横向框架KJ-为计算分析对象2.4.1 恒荷载计算2.4.1.1 屋面框架梁线荷载标准值40厚细石混凝土保护层 0.04×25= 1.0 kN/m²高分子卷材防水层 0.3 kN/m²20厚1：3水泥砂浆找平层 0.02×20=0.4 kN/m²100厚钢筋混凝土现浇板 0.1×25=2.5 kN/m²10厚石膏砂浆粉平顶 0.01×12=0.12 kN/m²屋面恒载标准值 4.32 kN/m²边跨AB、CD跨框架梁自重： 0.3×0.7×25=5.25 kN/m²梁侧15厚石膏砂浆粉刷： 2×（0.7-0.1）×0.015×12=0.216 kN/m5.466 kN/m中跨BC跨框架梁自重： 0.25×0.5×25=3.125kN/m梁侧15厚石膏砂浆粉刷： 2×（0.5-0.1）×0.015×12=0.144 kN/m3.269 kN/m作用在顶层框架梁上的线恒荷载标准值为AB、CD跨（梁自重）： gAB= gBC=5.466 kN/m（均布）BD跨（梁自重）： gBD=3.269 kN/m（均布）AB、CD跨（板传来）： gAB= gBC=4.32×4.0=17.28 kN/m（梯形）BD跨（板传来）： gBD=4.32×306=15.55 kN/m（三角形）图2-2 屋面荷载传递路径及框架梁上荷载作用图2.4.1.2 楼面框架梁竖向线荷载标准值一至三层楼面设计均相同，故取二层楼面计算。水磨石地面 0.65 kN/m100厚钢筋混凝土现浇板 0.1×25=2.5 kN/m20厚水泥砂浆抹底抹灰 0.02×20=0.4 kN/m楼面恒载标准值 3.55 kN/m边跨（AB，CD跨）框架梁自重： 5.466 kN/m中跨（BC跨）框架梁自重： 3.269 kN/m作用在楼面层框架梁上的线恒荷载标准值为：梁自重： gAB= gBC=5.466 kN/m（均布）gBD=3.269 kN/m（均布）板传来荷载： gAB= gBC=3.55×4.0=14.2 kN/m（梯形）gBD=3.55×3.6=12.78 kN/m（三角形）图2-3 楼面荷载传递路径及框架梁上荷载作用图2.4.1.3 屋面框架节点集中荷载标准值恒载0.9m高女儿墙自重： 0.9×0.2×4.0×18=15.55 kN双面20厚水泥砂浆粉刷： 2×0.9×0.02×4.0×20=2.88 kN边跨连系梁自重： 0.25×0.5×4.0×25=12.5kN梁内侧15厚石膏砂浆粉刷： （0.5-0.1）×0.015×4.0×12=0.288kN梁外侧20厚水泥砂浆粉刷： 0.5×0.02×4.0×20=0.8 kN连系梁传来屋面自重： 0.5×4.0×0.5×4.0×4.32=17.28 kN顶层边节点集中荷载： G4A=G4D=49.30 kN中柱连系梁自重： 0.25×0.5×4.0×25=12.5 kN梁侧双面15厚石膏砂浆粉刷： 2×（0.5-0.1）×0.015×4.0×12=0.576 kN连系梁传来屋面自重： 1/2×4.0×1/2×4.0×4.32=17.28 kN1/2 ×(4.0+4.0-3.6)×3.6/2×4.32=17.11 kN顶层中间节点集中荷载： G4B=G4C=47.47 kN图2-4 恒载顶层集中力2.4.1.4 楼面框架节点集中荷载标准值取二层楼面计算恒载边柱连系梁自重及内外粉刷（同屋面）： 12.5+0.288+0.8=13.59 kN连系梁传来楼面自重： 1/2×4.0×1/2×4.0×3.55=14.2 kN第二层边节点集中荷载： GA=GD=27.79 kN框架柱自重： GA=GD=0.4×0.4×3.5×25=14 kN中柱连系梁自重及粉刷（同屋面） 12.5+0.576=13.076 kN连系梁传来楼面自重： 1/2×4.0×1/2×4.0×3.55=14.2 kN 1/2 ×(4.0+4.0-3.6)×3.6/2×3.55=14.06 kN第二层中节点集中荷载： GB=GC=41.34 kNGB=GC=0.4×0.4×3.5×25=14 kN 图2-5 恒载中间层节点集中力由此得该榀框架在恒载作用下的荷载作用计算简图，如图2-6所示图2-6 恒载作用下结构计算简图2.4.2 活荷载计算2.4.2.1 屋面活荷载计算本工程屋面为不上人屋面，查荷载规范取屋面活荷载标准值为0.7 kN/m1、 作用在屋顶框架梁上的线活荷载标准值：AB，CD跨： qAB= qCD =0.7×4.0=2.8 kN/mBC跨： qBC=0.7×3.6=2.52 kN/m2、 作用在屋顶框架节点的集中活荷载标准值：QA=QD=1/2×4.0×1/2×4.0×0.7=2.8 kNQB=QC=1/2×4.0×1/2×4.0×0.7+(4.0+4.0-3.6) ×3.6/2×0.7=5.57 kN2.4.2.2 楼面活荷载计算查荷载规范楼面活荷载标准值为2.0 KN/m以二层楼面为算例。1、 作用在楼面框架梁上的线活荷载标准值：AB，CD跨： qAB= qCD =2.0×4.0=8.0 kN/mBC跨： qBC=2.0×3.6=7.2 kN/m2、 作用在楼面框架节点的集中活荷载标准值QA=QD=1/2×4.0×1/2×4.0×2.0=8.0 kNQB=QC=1/2×4.0×1/2×4.0×2.0+(4.0+4.0-3.6) ×3.6/2×2.0=15.92 kN由此得该榀框架在活载作用下的荷载作用计算简图，如图2-7所示 图2-7 活载作用下结构计算简图2.4.3 风荷载计算按荷载规范，风荷载标准值计算公式为已知基本风压0.35 KN/m² 。本工程结构高度H=15m30m，取风振系数z=1.0；对于矩形平面，风荷载体形系数s=1.3（迎风面0.8，背风面0.5）；风压高度变化系数z查荷载规范。将风荷载换算成作用于框架每层节点的集中荷载，计算过程列于下表，表中Z为框架节点离室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风面积。表2-2 风荷载计算层次zsZ（m）z0 (kN/ m²)A（m²）PWi(kN)41.01.314.951.140.3513.256.8731.01.311.451.040.3517.58.2821.01.37.951.000.3517.57.9611.01.34.451.000.3519.889.05注：地面粗糙程度为B类图2-8 横向框架上风荷载作用图2.4.4 地震作用计算2.4.4.1 建筑物总重力荷载代表值计算1、集中于屋盖处的质点重力荷载代表值G4：50雪载： 0.5×0.35×38×18=119.7 kN屋面恒载： 4.32×7.2×2×38+4.32×38×3.6=2954.88 kN横梁重： (5.466×7.2×2+3.269×3.6) ×10=904.79 kN纵梁重： 13.59×9×2+13.076×9×2=479.99 kN女儿墙重： 0.9×3.6×(38+18) ×2=362.88 kN柱重： 0.4×0.4×2×25×1.75×20=280 kN横墙重： 3.6×15×7.2×1.75+(3.6×1.75-1.8×2.0/2) ×2=712.15 kN纵墙重： (4.0×1.75-1.8×2.0/2) ×4+(4.0×1.75-2.4×2.0/2) ×12+(6.0×1.75-3.0×2.0/2) ×2 ×3.6+4.0×1.75×3.6×16+6.0×1.75×3.6×2=798.84 kN窗重： 1.8×2.0/2×4+2.4×2.0/2×12+3.0×2.0/2×2 ×0.4=17.64 kNG4=6630.87 kN2、集中于四三层楼盖处的质点重力荷载代表值G3G250楼面活载： 0.5×2.0×38×18=684 kN楼面恒载： 3.55×7.2×2×38+3.55×38×3.6=2428.2 kN横梁重： 904.79 kN纵梁重： 479.99 kN柱重： 280×2=560 kN横墙重： 712.15×2=1424.3 kN纵墙重： 798.84×2=1597.68 kN窗重： 17.64 ×2=35.28 kNG3= G2=8104.24 kN3、集中于二层楼盖处的质点重力荷载代表值G1：50楼面活载： 684 kN楼面恒载： 2428.2 kN横梁重： 904.79 kN纵梁重： 479.99 kN柱重： 0.4×0.4×25×(2.475+1.75) ×20×2=676 kN横墙重： 621.43 +621.43×2.475/1.75=1719.33 kN纵墙重： 798.84 +798.84×2.475/1.75=1928.63 kN窗重： 17.64 ×2=35.28 kNG1=8846.22 kN2.4.4.2 框架侧移刚度计算在框架结构中，计算梁、柱线刚度时应考虑楼盖对框架梁的影响。本工程为现浇楼盖，现浇板可以作为梁的有效翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移。考虑这一有利作用，计算梁截面惯性矩时，对现浇楼年的边框架梁取I=1.5I0（I0为梁的截面惯性矩）；对中框架梁取I=2.0I0。横梁、柱的线刚度计算结果见表23表2-3 框架梁、柱线刚度计算表杆件截面尺寸Ec(kN/mm²)I0(mm4)I (mm4)L(mm)I=EcI/ L(kN·mm)相对刚度B(mm)H(mm)边框架梁300700308.6×10912.9×10972005.38×1071边框架梁250500302.6×1093.9×10936003.25×1070.604中框架梁300700308.6×10917.2×10972007.17×1071.333中框架梁250500302.6×1095.2×10936004.33×1070.805底层框架柱400400302.13×1092.13×10949501.29×1070.240中层框架柱400400302.13×1092.13×10935001.83×1070.339表2-4 框架柱横向侧移刚度D值 2.4.4.3 横向框架自振周期计算对质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，常采用顶点位移法计算基本自振周期，计算公式如下： T1=1.70式中T1结构的基本自振周期（s）;假设集中在各层楼板标高处的重力荷载代表值Gi视作水平荷载，在其作用下按弹性方法求得的结构顶点位移（m），可用D值法求得；0考虑填充墙对结构刚度影响的自振周期的修正系数，对于框架结构取0.6。横向框架顶点位移计算见表2-5表2-5 框架顶点假想水平位移D计算表层号楼层重力荷载代表值楼层侧移刚度层间相对位移总位移Gi(kN)Gi(kN)D(kN/mm)=Gi/D(mm)46630.876630.87499.2813.28240.9838104.2414735.11499.2829.51227.7028104.2422839.35499.2845.74198.1918846.2231685.57207.84152.45152.45则框架自振周期为：T1=1.700=1.70×0.6×0.2411/2= 0.501(s)2.4.4.4 水平地震作用及楼层地震剪力计算框架结构的水平地震作用采用底部剪力法计算。本工程建设在II类场地、7 度设防区，设计地震分组为第二组，查建筑抗震设计规范得结构的特征周期Tg=0.035 s，水平地震影响系数最大值口。max=0.08则水平地震影响系数：1=(Tg/T1) 0.9×max =0.052结构底部水平地震作用标准值：Geq=0.85GL =0.85×31685.57=26932.73kN由于 T1 =0.506>1.4Tg=1.4×0.35=0.49 s ，故需考虑框架顶部附如集中力作用。n=0.08T1+0.07=0.11结构底部总水平地震作用标准值：FEK=1Geq=0.052×26932.73=1400.50 kN顶点附加水平地震作用：Fn=n FEK =0.11×1400.50=154.06kN各楼层的水平地震作用按下式计算，结构顶部的水平地震作用加入Fn ，计算结果见表2-6。表2-6 各楼层地震作用和地震剪力标准值层号各层层高第i层计算高度楼层重力荷载代表值GiHi楼层地震作用楼层地震剪力hi(m)Hi(m)Gi(m)Fi(KN)Vi(KN)43.515.456630.87102446.94563.91563.9133.511.958104.2496845.67387.44951.3523.58.458104.2468480.83273.971225.3214.954.958846.2243788.79175.181400.50图2-9 横向框架各层水平地震作用及地震剪力