温州大学瓯江学院WENZHOU UNIVERSITY OUJIANG COLLEGE
《混凝土结构课程设计（二）》
专业：土木工程
班级：08土木工程本一
姓名：王超
学号：08207023219
指导教师：张茂雨
日期：20XX年6月10号
混凝土框架结构课程设计
一．设计资料
某三层工业厂房，采用框架结构体系。框架混凝土柱截面尺寸边柱为500mm×500mm，中柱600mm×600mm。楼盖为现浇钢筋混凝楼盖，其平面如图所示。（图示范围内不考虑楼梯间）。厂房层高分别为4.5，4.2，4.2米。地面粗糙度类别为B类。（L1=8100，L2=6600）
1. 楼面构造层做法：20mm厚水泥砂浆地面，钢筋砼现浇板，15mm厚石灰砂浆刷。2．可变荷载：楼面屋面标准值取5.0KN／m2，活荷载分项系数1.3。
3．永久荷载:包括梁、板及构造层自重。钢筋砼容重25 KN／m3，水泥砂浆容重20KN ／m3，石灰砂浆容重17KN／m3，分项系数为1.2。
材料选用：
混凝土采用C20（f c＝9.6N／mm2,f t＝1.10N／mm2）。
钢筋柱、梁受力筋采用Ⅱ级钢筋（f y＝300 N／mm2），板内及梁内其它钢筋采用Ⅰ级（f y＝210 N／mm2）
二．框架梁及柱子的线刚度计算
取①轴上的一榀框架作为计算简图，如图所示。
梁、柱混凝土强度等级为C20，E
c
＝2.55×104N/mm2＝25.5×106KN/m2。框架梁惯性矩增大系数：边框架取1.5，中框架取2.0。
中框架梁的线刚度：
i b 1＝α
b
EI
b
/l=2.0×
12
1
×25.5×106×0.3×0.73/6.6＝66.28×103KN·m2
边框架梁的刚度：
i b 2α
b
EI
b
/l＝1.5×
12
1
×25.5×106×0.3×0.73/6.6＝49.70×103KN·m2
底层中柱的线刚度：
i
底中＝EI
c
/l=
12
1
×25.5×106×0.6×0.63/4.5＝61.44×103KN·m2
底层边柱的线刚度
i
底边＝EI
c
/l=
12
1
×25.5×106×0.5×0.5/4.5＝29.51×103KN·m2
其余各层中柱的线刚度
i
其中＝0.9EI
c
/l= 0.9×
12
1
×25.5×106×0.6×0.63/4.5＝55.30×103KN·m2
其余各层边柱的线刚度
i
底边＝0.9EI
c
/l= 0.9×
12
1
×25.5×106×0.5×0.5/4.5＝26.56×103KN·m2
三．荷载计算
1．恒荷载标准值计算
（1）楼（屋）面自重
结构层:80厚现浇钢筋砼板0.1 m×25 KN／m3＝2.5 KN／m2
20mm厚水泥砂浆面层0.02 m×20 KN／m3＝0.4 KN／m2
20mm石灰砂浆天棚抹灰0.015 m×17 KN／m3＝0.26 KN／m2
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
合计g k＝3.16 KN／m2
（2）梁自重
次梁自重25 KN／m3×0.25 m×（0.45m－0.1m）＝2.19 KN／m
次梁抹灰自重2×17KN／m3×0.015m×（0.45m－0.1m）＋0.02m×0.25m×
17KN／m＝0.26 KN／m -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 合计g k＝2.45 KN／m
主梁自重25 KN／m3×0.3 m×（0.7m－0.1m）＝4.5 KN／m
主梁抹灰自重2×17KN／m3×0.015m×（0. 7m－0.1m）＋0.02m×0.3m×
17KN／m＝0.41KN／m ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 合计g k＝4.91 KN／m
（3）柱自重
边柱自重25 KN／m3×0.5 m×0.5 m＝6.25 KN／m
边柱抹灰自重4×17 KN／m3×0.02 m×0.5 m＝0.68 KN／m
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------合计g k＝6.93 KN／m
中柱自重25 KN／m3×0.6 m×0.6 m＝9.0 KN／m
中柱抹灰自重4×17 KN／m3×0.02 m×0.6 m＝0.82 KN／m
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 合计g k＝9.82 KN／m 2．活荷载标准值计算
（1）楼（屋）面活荷载标准值：5.0KN／m2
（2）雪荷载
s k=0.35 KN／m2
屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，
取两者中大者。
3．框架竖向荷载计算
（1）A~B(B~C,C~D)轴间框架梁
楼面（屋面）板传荷载;
恒载：3.16 KN／m2×3.3 m×5／8＝
6.52 KN／m
活载： 5.0KN／m2× 3.3m×5／8＝
10.31 KN／m
梁自重：4.91 KN／m
A~B(B~C,C~D)轴间框架梁均布荷载为:
恒载＝板传荷载＋梁自重
＝6.52KN／m＋4.91KN／m＝11.43KN／
m
活载<板传荷载
取荷载11.34 KN／m
（2） A (D)轴柱竖向荷载计算
顶层柱顶
顶层柱顶恒载：
屋面板传荷载
3.16 KN／m2×3.3m×5／8×3.3 m＋3.16
KN／m2×3 .3m×（1－2×0.422×0.423）
×3.9 m＝63.15KN
梁传荷载
2.45 KN／m×（
3.9m－0.25m）＋
4.91 KN
／m×（3.3m－0.25m）＝23.92KN
顶层柱顶活载：
屋面板传荷载
5.0KN／m2×3.3m×5／8×（3.3m－
0.25m）＋5.0KN／m2×3 .3m×（1－2×
0.422×0.423）×（3.9m－0.25m）＝
90.10KN
顶层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载
＝63.15KN＋23.92KN
＝87.07 KN
顶层柱顶活载＝板传荷载
＝90.10KN
二层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重
＝2×44.82KN＋2×23.92KN＋6.93 KN／m×4.2 m
＝166.59KN
二层柱顶活载＝板传荷载
＝2×72.57KN
＝145.14 KN
底层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重
＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋2×6.93 KN／m×4.2 m
＝264.43 KN
底层柱顶活载＝板传荷载
＝3×72.57KN
＝217.71 KN
基础顶面恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重
＝3×44.82KN＋3×23.92KN＋(2×6.93 KN／m×4.2 m
＋6.93 KN／m×4.7 m)
＝297.0 KN
基础顶面活载＝0 KN
（3）B(C)轴柱竖向荷载计算
顶层柱顶
顶层柱顶恒载：
屋面板传荷载
2×（3.16 KN／m2×3.3m×5／8×3.3 m＋3.16 KN／m2×3 .3m×（1－2
×0.422×0.423）×3.9 m）＝89.64KN
梁传荷载
2×（2.45 KN／m×（3.9m－0.25m）＋4.91 KN／m×（3.3m－0.25m））＝47.84KN
顶层柱顶活载：
屋面板传荷载
2×（5.5KN／m2×3.3m×5／8×（3.3m－
0.25m）＋5.5KN／m2×3 .3m×（1－2×0.422×0.423）×（3.9m－0.25m））＝145.14KN
顶层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＝137.48 KN
顶层柱顶活载＝板传荷载＝145.14KN
二层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝316.2KN
二层柱顶活载＝板传荷载＝290.28 KN
底层柱顶恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝494.93 KN
底层柱顶活载＝板传荷载＝435.42KN
基础顶面恒载＝板传荷载＋梁传荷载＋柱自重＝541.08 KN
基础顶面活载＝板传荷载＝0 KN
框架在竖向荷载作用下的受荷图如图所示
4．框架水平荷载计算
为简化计算，将风荷载近似用作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载，其标准值：
W k＝βzμsμzω0（h i＋h j）B／2
W K计算过程见表
集中风荷载标准值
四．框架结构内力计算（采用分层法和D值法）
为简化计算，考虑如下几种单独受荷情况：
（1）恒载作用
（2）活荷载作用于A～B轴跨间
（3）活荷载作用于B～C轴跨间
（4）活荷载作用于C～D轴跨间
（5）风荷载作用（从左向右或从右向左）
1．恒荷载标准值作用下的内力计算
节点各杆的弯矩分配系数按下式计算
μik=i ik／Σi ik
节点的不平衡弯矩即梁固端弯矩M=－1／12ql02
由分层法可求得整个框架在恒荷载作用下的弯矩图（计算过程见图a），在求得结构支座弯矩（按弹性理论计算）后采用结构实际荷载按静定
结构由平衡条件可求得杆件其他内力。跨内最大正弯矩近似按跨中弯矩计
算。梁端剪力根据梁上竖向荷载引起的剪力与梁端弯矩引起的剪力叠加而
得。柱轴力可由梁端剪力和节点集中力叠加而得。
恒荷载标准值满跨作用的弯矩图、剪力图、轴力图见图1、图2、图
3
2．活荷载标准值作用下的内力计算
活荷载标准值作用在A～B轴跨间的分层法计算过程见图b、弯矩图、剪力图、轴力图见图4、图5、图6
活荷载标准值作用在B～C轴跨间的分层法计算过程见图c、弯矩图、剪力图、轴力图见图7、图8、图9
活荷载标准值作用在C～D轴跨间的分层法计算过程见图d、弯矩图、剪力图、轴力图见图10、图11、图12
3．风荷载标准值作用下的内力计算
采用D值法按下述步骤计算框架内力(见表1~5)
（1）确定各柱的反弯点位置；
（2）分层取脱离体计算各反弯点处剪力；
（3）先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，
按梁的线相对线刚度分配节点的柱端不平衡弯矩。
（4）其他内力的计算: 根据力的平衡条件，由梁两端的弯矩求出梁的剪力；由梁的剪力，根据节点的平衡条件，可求出柱的轴力。
风荷载标准值作用下的内力图见图13、14、15所示
图a 恒荷载作用下分层法计算过程
表1 A(D)轴框架柱反弯点位置
层号h/m
y o y1y2y3y yh/m
i
3 4.2 1.75 0.39 0 0 0 0.39 1.6
4 2 4.2 1.7
5 0.45 0 0 0.45 1.89 1 4.7 1.7
6 0.56 0 0 0 0.56 2.63
表2 B(C)轴框架柱反弯点位置
层号h/m
y o y1y2y3y yh/m
i
3 4.2 1.97 0.40 0 0 0 0.40 1.68 2 4.2 1.97 0.45 0 0 0 0.45 1.89
1 4.7 1.98 0.55 0 0 0 0.55 2.59
表3框架柱修正后的抗侧刚度
轴号层号αc EI/h D=αc 12EI/h3
A(D) 3层0.47 28.46 9.10 2层0.47 28.46 9.10 1层0.60 28.26 9.21
B(C) 3层0.50 59.01 20.08 2层0.50 59.01 20.08 1层0.62 58.60 19.74
表4风荷载作用下框架柱端剪力弯矩和梁端弯矩计算
轴号层号V i kN D kN/m ∑D
kN/m D/∑D V kN yh/m Mcs
/ kN·m
Mcx
/kN·m
Mbz
/kN·m
Mby
/kN·m
A(D) 3 9.05 9.10 58.36 0.16 1.45 1.64 3.71 2.38 3.71
2 22.72 9.10 58.36 0.16 3.64 1.898.41 6.88 10.79
1 36.53 9.21 57.9 0.18 6.58 2.6313.6
2 17.31 20.50
B(C) 3 9.05 20.08 58.36 0.34 3.08 1.687.76 5.17 3.34 4.42
2 22.72 20.08 58.36 0.34 7.72 1.8917.8
3 14.59 9.89 13.11
1 36.53 19.74 57.90 0.34 12.4
2 2.5926.21 32.17 17.54 23.26
表5风荷载作用下框架柱轴力和梁端剪力计算
层号梁端剪力/kN 柱轴力/kN
AB跨BC跨CD跨A轴B轴C轴D轴
3 1.02 1.3
4 1.02 1.02（拉）0.32 0.32 1.02（拉）2 3.13 3.97 3.13 4.15（拉）1.86 1.86 4.15（拉）1 5.76 7.0
5 5.7
6 9.91（拉）3.15 3.15 9.91（拉）
图b 活荷载作用在AB轴间分层法计算过程
1
图c 活荷载作用在BC轴间分层法计算过程