1、房屋結構課程設計 1 房屋結構設計課程設計說明書班級：姓名：學號：指導教師： 房屋結構課程設計 2 第一章 概述 第一節 設計參考 房屋結構課程設計 3 1 中華人民共和國國家標準建筑結構荷載規范（GB50009-2001） 2 中華人民共和國國家標準混凝土結構設計規范（GB50010-2002） 3 中華人民共和國國家標準建筑抗震設計規范（GB50011-2010） 4 高層建筑結構設計原理（第二版），西南交通大學出版社。第二節 房屋結構概況 某七層辦公樓為鋼筋混凝土全現澆框架結構，其平面柱網布置如圖1-1，軸線對應的框架立面如圖1-2。 圖1-1 柱網布置圖房屋結構課程設計4 圖1-2 框

2、架立面圖 第三節 設計參數 1 結構層高如圖1-2所示。2 荷載樓面恒載：4.5kN/m2，屋面恒載：5.0kN/m2，樓面活載：2.0kN/m2 走廊活載：2.5kN/m2，屋面活載：0.7kN/m2二三層橫墻荷載：13.5kN/m2四至七層橫墻荷載：15.5kN/m2二至七層外縱墻荷載：18.0kN/m2屋面以上外縱墻荷載：16.5kN/m2二至七層內縱墻荷載：13.0kN/m2注：1）樓面層恒載中已計入樓屋面面層，結構層即樓屋面板及頂棚抹灰或吊頂重，但未計入梁自重。房屋結構課程設計 52）其他鋼筋：HRB335，fyk=335N/mm2，fy=fy=300N/mm24 混凝土強度等級混凝

3、土強度等級為C30，fck=20.1N/mm2，ftk=2.01N/mm2，fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2。混凝土彈性模量Ec=30000N/mm2。5 抗震設防烈度本設計抗震設防烈度設定為7.5度。6 設計地震分組本設計設計地震分組為第一組。7 建筑場地類別本設計選定場地類別為：類。8 其他由于本設計是抗震設防烈度為7.5度，高度為25.5m的框架結構,查建筑抗震設計規范（GB50011-2010）表6.1.2可知，本設計的抗震等級為一級。本設計將軸橫向框架作為典型框架。房屋結構課程設計 6 第二章 截面設計 第一節 構件截面尺寸 1 板厚由柱網布置圖可知，本設計中的板為

4、雙向板，查混凝土結構設計規范（GB50010-2002），現澆鋼筋混凝土雙向板的最小板厚為80mm。考慮到本設計的荷載，以及模數要求，板厚取為100mm。2 梁截面設計11選取，且不小于400mm，1015111也不宜大于凈跨。框架梁的寬度b一般為梁截面高度h的，且423框架梁截面高度h可按計算跨度的不應小于200mm。考慮到實際承受的荷載大小、跨度、抗震設防烈度、混凝土強度等級等因素，本設計選取梁的截面為： 梁：600mm´400mm 3 柱截面設計框架柱的截面尺寸一般由最小構造、模數、剪跨比、軸壓比要求決定。在本設計中剪跨比不起控制作用，可不考慮。查建筑抗震設計規范（GB5001

5、1-2010）6.3.5可知，柱截面的寬度和高度不宜小于400mm。截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。查建筑抗震設計規范（GB50011-2010）6.3.6可知，柱軸壓比限值為0.65。根據軸壓比按下式估算截面尺寸：房屋結構課程設計 7Ac³NmNfc式中 Ac柱所需截面面積；N柱組合的軸壓力設計值：N=bAGn式中 b考慮地震作用組合后柱軸壓力增大系數，取1.3； A按簡支狀態計算的柱的負載面積，本設計中為3.8m´4.95m=18.81m2；G折算在單位建筑面積上的重力荷載代表值，可近似取1216kN/m2，本設計取12kN/m2n驗算截面以上樓層層數；fc混凝土軸心

6、抗壓強度設計值；mN框架柱軸壓比限值。本設計中起控制作用的是底層的中柱N=bAGn=1.3´18.81´12´7=2054.052kN截面尺寸：Ac³NmNfc=2054.052´1000=220984.61mm2 0.65´14.3mm2>220984.61mm2。 選取截面尺寸為500mm´500mm=250000 第二節 剛度計算 1 梁的剛度計算計算梁的截面慣性矩時，對于兩側有板的中間框架，橫梁截面慣性矩可取梁矩形截面（包括板厚在內）慣性矩I的2倍，對于僅有一側有板的橫梁，則取1.5I。梁的計算過程見表2.1。

7、 房屋結構課程設計 8表2.1 梁的剛度按D值法計算柱的剛度的計算過程見表2.2。表2.2 柱的剛度房屋結構課程設計 9 房屋結構課程設計10 第三章 重力荷載作用下的內力計算第一節 重力荷載計算 1 恒載參數計算對于雙向板，由板傳到框架橫梁上的荷載為對稱的梯形或三角形分布，荷載傳遞簡圖如圖3-1所示。樓面：P11=A1´p1=2´´1.92´4.8 2=16.245kNP21=A2´p1é1ù=2´ê´1.92+´(1.9+0.1)´1.8ú´4.52&

8、#235;2û=36.9152kN屋面：P11=A1´p1=2´´1.92´5.0 2=18.05kNP21=A2´p1é1ù=2´ê´1.92+´(1.9+0.1)´1.8ú´5.02ë2û=36.05kN圖3-1 恒載傳遞簡圖二至七層：P12=縱墻荷載+梁重=18.0´3.8+25´0.25´0.4´3.8=77.9kN P22=縱墻荷載+梁重=13.0´3.8+25

9、80;0.25´0.4´3.8=58.9kN 屋面以上：房屋結構課程設計 11P12=縱墻荷載+梁重=16.5´3.8+25´0.25´0.4´3.8=72.2kNP22=縱墻荷載+梁重=25´0.25´0.45´3.8=9.5kN橫墻及橫梁荷載集度：二三層：q1=橫墻荷載+橫梁荷載=13.5+25´0.30´0.6=18kN/mq2=橫梁荷載=25´0.4´0.6=6kN/m四至七層：q1=橫墻荷載+橫梁荷載=15.5+25´0.4´0.6=2

10、1.5kN/mq2=橫梁荷載=25´0.25´0.4=2.5kN/m屋面：q1=橫梁荷載=25´0.4´0.6=6kN/mq2=橫梁荷載=25´0.25´0.4=2.5kN/m板傳遞至框架的恒載集度最大值：樓面：q1max=4.5´3.8=17.1kN/mq2max=4.5´3.6=16.2kN/m屋面：q1max=5.0´3.8=19kN/mq2max=5.0´3.6=18kN/m2 框架上的恒載框架上的恒載由上述所算出的各參數組合而成，分為二三層、四至七層、屋面三種情況，分別如圖3-2、3-

11、3、3-4所示。整個框架的受力簡圖如圖3-5所示。 圖3-2 一二層框架恒載受力簡圖房屋結構課程設計12 圖3-3 三至六層框架恒載受力簡圖 圖3-4 七層框架恒載受力簡圖 圖3-5 整個框架的恒載受力簡圖房屋結構課程設計 13 3 活載參數計算活載的傳遞方式同恒載相同。荷載傳遞簡圖如圖3-6所示。樓面：P1=A1´p11=2´´1.92´2.0 2=7.22kNP2=P21+P22=A21´p1+A22´p21é1ù=2´ê´1.92´2.0+´(1.9+0.1)

12、´1.8´2.5ú2ë2û=23.44kN屋面：P1=A1´p11=2´´1.92´2.0 2=7.22kNP2=P21+P22=A21´p1+A22´p21é1ù=2´ê´1.92´2.0+´(1.9+0.1)´1.8´2.0ú2ë2û=21.64kN圖3-6 活載傳遞簡圖板傳遞至框架的活載載集度最大值：樓面：q1max=2.0´3.8=7.6kN/m q

13、2max=2.5´3.6=9kN/m屋面：q1max=2.0´3.8=7.6kN/m q2max=2.0´3.6=7.2kN/m 4 框架上的活載框架上的恒載由上述所算出的各參數組合而成，分為樓面 、屋面兩種情況，分別如圖3-7、3-8所示。整個框架的受力簡圖如圖3-9所示。 圖3-7樓面的活載受力簡圖 房屋結構課程設計14 圖3-8屋面的活載受力簡圖 圖3-9 整個框架的活載受力簡圖5 框架上的重力荷載框架上的重力荷載=100%的恒荷載+50%的活荷載。疊加框架上的恒載及活載的一半得整個框架的重力荷載，如圖3-10所示。房屋結構課程設計15 圖3-10 整個框架

14、的重力荷載受力簡圖 第二節 彎矩二次分配法計算框架內力 1 梁柱轉動剛度除底層柱外，其余各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數。梁柱轉動剛度見表3.1。2 計算分配系數分配系數按下式計算：m=S/åS由于結構和荷載對稱，僅計算半邊結構的分配系數，各節點桿件分配系數見表3.2。房屋結構課程設計 16表3.1 梁、柱轉動剛度3 梁端固端彎矩MF七層：1éa2a3ù2121-2()+()úpl+qlê邊跨：中跨： 12ëllû12=34.02kn·m5212MF=pl+ql=41.908kN×m 9612MF=三至

15、六層邊跨： MF=1éa2a3ù2121-2()+()úpl+qlê中跨： 12ëllû12=50.28kN×m5212MF=pl+ql=41.908kN×m 9612一、二層1éa2a3ù2121-2()+()úpl+ql邊跨： 中跨： 12êllû12ë=47.932kN×m5212MF=pl+ql=41.908kN×m 9612MF=4 彎矩分配與傳遞由于結構以及荷載對稱，可以取半結構進行彎矩分配與傳遞。彎矩分配與傳遞分別如圖3-

16、11所示。5 作框架彎矩圖房屋結構課程設計 17將桿端彎矩按比例畫在桿件受拉一側，如圖3-12所示。6 作框架剪力圖和軸力圖根據彎矩圖很容易作出剪力圖和軸力圖。但是在橫向框架柱中，除了上述由樓板及框架橫梁上的恒載和活載經框架橫梁在框架柱中產生的軸力外，框架柱中軸力還應包括：1）樓屋面恒載和活載通過雙向板傳給縱向框架梁對柱引起的壓力；2）縱向框架梁自重及其上外縱墻、內縱墻經縱向框架梁對柱引起的壓力；3）對于各層柱的下端截面尚有柱自重產生的軸力。單位長度柱產生的自重為：q=0.5´0.5´25=6.25kN/m框架剪力圖、軸力圖分別如圖3-13、3-14所示。房屋結構課程設計1

17、8 圖3-11 彎矩分配與傳遞房屋結構課程設計19 3-12 框架彎矩圖（kN×m）房屋結構課程設計20 圖3-13 框架剪力圖（kN）房屋結構課程設計21 圖3-14 框架軸力圖（kN）房屋結構課程設計 22 第四章 水平地震荷載作用下的內力計算 第一節 水平地震作用標準值計算 1 樓層重力荷載代表值各樓層的重力荷載代表值采用估算的算法。Gi=14´16.2´26.6=6032.88kN2 自振周期計算基本自振周期采用頂點位移法計算。其中非結構墻影響的折減系數yT取0.6。結構頂點假象側移uT計算結果見表4.1。表4.1 頂點假象側移T=1.7yTuT=1.7&

18、#180;0.6´0.2556=0.516s3 地震影響系數根據建筑抗震設計規范中地震影響系數a的曲線，設防烈度為7.5度，設計地震分組為第一組，類場地時：amax=0.12，Tg=0.15s。房屋結構課程設計 23 由于Tg<T<5Tg，地震影響系數按下式計算：æTga1=ççTèö÷÷h2amax øg式中g曲線下降段的衰減指數，取0.9；h2阻尼比調整系數，取1；T結構自振周期；Tg特征周期；amax地震影響系數最大值。 0.15ö a1=æç÷&

19、#180;1´0.12=0.0282 è0.749ø0.9由于T1>1.4Tg,需計算附加頂部集中力：dn=0.08T+0.07=0.12994 結構水平地震作用標準值結構總水平地震作用效應標準值為: FEk=a1Geq=a1´0.85´åGi=0.0282´0.85´43430=1041.02kN 附加頂部集中力為：DFn=dnFEk=0.1299´1041.02=135.23kN 各層水平地震作用標準值：Fi=GiHiåGHjj=1nFEk(1-dn) j 屋面：F7=Gi´

20、25.9´3598+451=1315.5kN 107.8Gi樓面：F6=Gi´21.9´3598=730.9kN 107.8Gi房屋結構課程設計 24F5=Gi´18.6´3598=620.8kN 107.8GiF4=F3=F2=Gi´15.3´3598=510.7kN 107.8GiGi´12´3598=400.5kN 107.8GiGi´8.7´3598=290.4kN 107.8GiF1=Gi´5.4´3598=180.2kN 107.8Gi 第二節 D值法計

21、算水平地震作用下的內力 1 典型框架柱的剪力根據表2.2計算的框架柱側向剛度D值，柱的剪力按下式計算：Vjk=DjkåDi=1mVj ji式中Vjk第j層第k柱的剪力；Dji第j層第k柱的抗側剛度；åDi=1mji第j層所有柱的抗側剛度之和；Vj第j層由外荷載引起的總剪力。 2 計算反彎點高度比 圖4-1根據框架總層數n、所在樓層j以及梁柱線剛度比K查高層建房屋結構課程設計 25 筑結構設計原理表3.7查出y0。由于上下層梁線剛度相同，反彎點高度比修正值y1=0。由于上下層層高可能變化，所以反彎點高度比修正值y2、y3通過a2、a3與K值查高層建筑結構設計原理表3.9。其中

22、：a2=hh上，a3=下 hh式中h上、h下上層、下層層高。上層層高大于本層，向上移；反之，向下移。下層層高大于本層，向下移；反之，向上移。于是，框架各層柱經過修正后的反彎點高度可由下式計算得到：y=y0+y1+y2+y3詳細計算過程及結果見表4.2。 房屋結構課程設計 26表4.2 各層柱反彎點高度比計算 3 柱端彎矩柱端彎矩詳細計算過程見表4.3。表4.3 柱端彎矩房屋結構課程設計 27邊柱梁按節點平衡得到梁端彎矩；中間節點按線剛度比分配柱端彎矩。中柱梁外側剛度比分配系數為：0.63 中柱梁內側剛度比分配系數為：0.37 梁端彎矩詳細計算過程見表4.4。根據表4.3、4.4的計算結果作水平

23、地震作用標準值作用下的彎矩圖，如圖4-2所示。房屋結構課程設計 28 6 水平地震作用標準值作用下的剪力圖、軸力圖根據水平地震作用標準值作用下的彎矩圖，可以作出框架的剪力圖以及柱的軸力圖，如圖4-3、4-4所示。 圖4-2 水平地震作用標準值作用下的彎矩圖（kN×m）房屋結構課程設計29 圖4-3水平地震作用標準值作用下的剪力圖（kN）房屋結構課程設計30 圖4-3水平地震作用標準值作用下柱的軸力圖（kN）房屋結構課程設計 31 第五章 框架的 M1G=95.59´0.8=76.47kN×m M2G=105.57´0.8=84.46kN×m調幅

24、后的跨中彎矩為 M中1=M1-(76.47+84.46)=107.72kN×m>M1=96.105kN×m 1212第二節 底層邊跨梁內力組合與截面計算 房屋結構課程設計 32 1 梁正截面計算 故梁端頂部按M=-654.70kN×m，梁底部按M=486.47kN×m確定縱向受拉鋼筋。（1）梁底部縱向受拉鋼筋計算gREM=a1fcbx(h0-) x2根據規范，gRE=0.75，C30時a1=1，fc=14.3，采用25的鋼筋，保護層厚度c=25mm，故h0=650-25-故上式為 0.75´486.47´106=1´1

25、4.3´300x(612.5-) 解得x=159.66mm x=x159.66=0.261<xb=0.518 h0612.5x225=612.5mm 2又由a1fcbx=fyAs，可得As=14.3´300´159.66=1902.62mm2 360選425，As=1964mm2。（2）梁頂部縱向受拉鋼筋計算采用20的鋼筋，雙排布置，保護層厚度c=25mm，故h0=650-25-20-25=592.5mm 2x0.75´654.70´106=1´14.3´300x(592.5-) 2解得x=243.01mm x=x24

26、3.01=0.410<xb=0.518 h0592.5又由a1fcbx=fyAs，可得As=14.3´300´243.01=2895.87mm2 360房屋結構課程設計 33選1020，As=3142mm2，雙排。（3）梁縱向受拉鋼筋配筋率梁端 r=跨中 r=As底As頂As3142=1.77%>rmin=0.4% bh0300´592.5As1964=1.07%>rmin=0.3% bh0300´612.5=1964=0.625³0.5 3142滿足規范要求。2 梁斜截面計算lrVb=1.1(Mbua+Mbua)/ln+VG

27、b其中，根據實配鋼筋面積和材料強度確定的截面抗震受彎承載力所對應的彎矩值為：lMbua=-830.285kN×mrMbua=556.205kN×mlrVb=1.1(Mbua+Mbua)/ln+VGb=1.1´1386.5/6.3+109.52=351.61kN剪壓比驗算：gREVb0.85´351.61´103=0.128<0.2 bcfcbh01´14.3´300´542.5配箍計算：AsvgREVb-0.42ftbh00.85´351.61´103-0.42´1.43

28、0;400´542.5=0.874mms1.25fyvh01.25´300´542.5選用雙肢10100，有 Asv157=1.57mm>0.874mm s100rsv=nAsvf1571.43=0.393%>0.3t=0.3=0.143% bs400´100fyv300滿足規范要求。 房屋結構課程設計 34第三節 底層中跨梁 x=x140.3=0.384<xb=0.518 h0565又由a1fcbx=fyAs，可得As=14.3´400´140.3=1510.32mm2 360房屋結構課程設計 35選520，As=

29、1570mm2。（2）梁頂部縱向受拉鋼筋計算采用25的鋼筋，保護層厚度c=25mm，故h0=600-25-25=562.5mm 2x0.75´270.9´106=1´14.3´400x(562.5-) 2解得x=174.59mm x=x174.59=0.310<xb=0.518 h0562.5又由a1fcbx=fyAs，可得As=14.3´400´185.59=1875.81mm2 360選425，As=1964mm2。（3）梁縱向受拉鋼筋配筋率梁端 r=跨中 r=As底As頂As1964=0.089%>rmin=0.4%

30、 bh0400´562.5As1570=0.696%>rmin=0.3% bh0400´565=1570=0.80³0.5 1964滿足規范要求。2 梁斜截面計算由于本框架是一級框架，還應符合下式要求：lrVb=1.1(Mbua+Mbua)/ln+VGb其中，根據實配鋼筋面積和材料強度確定的截面抗震受彎承載力所對應的彎矩值為：lMbua=-352.56kN×mrMbua=264.51kN×mlrVb=1.1(Mbua+Mbua)/ln+VGb=1.1´617.07/3.6+24.66=213.21kN房屋結構課程設計 36剪壓比

31、驗算：gREVb0.85´213.21´103=0.098<0.2 bcfcbh01´14.3´400´562.5配箍計算：AsvgREVb-0.42ftbh00.85´213.21´103-0.42´1.43´400´562.5=0.74mms1.25fyvh01.25´4000´562.5選用雙肢10100，有 Asv157=1.57mm>0.74mm s100rsv=nAsvf1571.43=0.392%>0.3t=0.3=0.143% bs400&#

32、180;100fyv300滿足規范要求。 第四節 底層柱 =0.45<0.65 fcbh14.3´500´500 2 正截面計算在內力組合時，對柱頂需考慮柱端彎矩的調整，對柱底需乘以規范要求的增大系數，則柱采用如下最不利內力組合。中柱柱頂：Mmax及相應的N：（A）房屋結構課程設計 37 M=1.71.2(M2G-M3G)+1.3(M2E+M3E)´icic=1.71.2´(84.46-22.26)+1.3´(339.28+197.01)=497.69kN×mN=1.2´1841.19+1.3´39.42=2

33、260.67kN60000 60000+98181.82 M=1.2åMbua´icic=1.2´(830.285+264.51)=498.32kN×m60000 60000+98181.82N=1.2´1841.19+1.3´39.42=2260.67kN Nmax及相應的M：（B）N=1.2´1841.19+1.3´39.42=2260.67kN M=1.71.2(M2G-M3G)+1.3(M2E+M3E)´icic=1.71.2´(84.46-22.26)+1.3´(339.28

34、+197.01)=497.69kN×m60000 60000+98181.82Nmin及相應的M：（C）N=1.0´1841.19-1.3´39.42=1789.94kN M=1.71.0(M2G-M3G)-1.3(M2E+M3E)´icic=1.71.0´(84.46-22.26)-1.3´(339.28+197.01)=-409.45kN×m60000 60000+98181.82中柱柱底：Mmax及相應的N：（D）M=1.71.2´12.44+1.3´436.10=989.16kN×mN=

35、1.2´1889.79+1.3´39.42=2318.99kNNmax及相應的M：（E）N=1.2´1889.79+1.3´39.42=2318.99kN房屋結構課程設計 38M=1.71.2´12.44+1.3´436.10=989.16kN×m（F） Nmin及相應的M：N=1.0´1889.79-1.3´39.42=1838.54kNM=1.7(1.0´12.44-1.3´436.10)=-942.63kN×m初步試算可知，以上全部為大偏心受壓構件，可能起控制作用的組合

36、有D：M=989.16kN×m，N=2318.99kNF：N=1838.54kN，M=-942.63kN×m柱采用對稱配筋,初步試算可知，為大偏心受壓。 配筋計算：D:e0=M989.16h=427mm，ea=max(20mm,)=20mm N2318.9930ei=e0+ea=447mm，取h0=560mm，l0=5.4m0.5fcA0.5´14.3´6002z1=1.387>1，取z1=1。 3gREN0.8´2318.99´10l05.4=9<15，取z2=1。 h0.6560æl0öh=1+&#

37、180;92´1´1=1.068 ç÷z1z2=1+eh1490´447ièøh012gREN0.8´2318.99´103x=0.386<xb=0.518 a1fcbh014.3´600´560e=hei+h600-as=1.068´447+-40=737.396mm 22As=gRENe-a1fcbh02x(1-0.5x)fy(h0-as)0.8´2318.99´103´737.396-14.3´600´5602&#

38、180;0.386´(1-0.5´0.386)= 360´(560-40)=2830.43mm2M942.63h=513mm，ea=max(20mm,)=20mm N1838.5430F:e0=ei=e0+ea=533mm，取h0=560mm，l0=5.4m房屋結構課程設計 390.5fcA0.5´14.3´6002z1=1.750>1，取z1=1。 3gREN0.8´1838.54´10l05.4=9<15，取z2=1。 h0.6560æl0öh=1+´92´1´1=1.057 ç