四层框架结构设计计算书实例

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：屋面活荷载载

。

，办公楼楼面活荷载

，走廊楼面活荷

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 边跨（AB、CD）梁：

（

为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩）。

（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5

2）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，可取的

时,取

;对于矩形截面;可查荷载规范,当查得

。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 1 2 3 4 1。0 1。0 1.0 1。0 1。3 1。3 1。3 1。3 13。4 10。2 7。0 3。8 1。10 1。01 1.00 1.00 0.55 0。55 0.55 0。55 A/12.48 12。48 13.65 Pw/kN 9. 8.92 8。92 9.76 10。14

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11 D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。45 kN·mM＝107。95 kN·mM＝－75.79 kN·m V＝103。69 kNV＝－108。02 kN （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3

16，

。

梁端B：计算公式同上,计算过程略。计算结果： 选用3

16,

。

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3

20，

.

②斜截面强度计算

取较大设计剪力V＝－108.02 kN. 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

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。 A 4M＝60.59 kN·m V＝500。06 kN A 3M＝63。70 kN·m V＝500.06 kN

柱的截面尺寸为300mmx450mm。 ①受力纵筋的计算 柱的计算长度

（满足

柱端A 4：

；

先按大偏心受压情况计算

选用2

16，

。

柱端A 3：计算公式同上，计算过程略。计算结果： 选用2

16,

.

②抗剪强度计算

。

故可按构造要求配置箍筋，取φ8＠200。