PAGEPAGE1框架結構設計任務（二）一、工程概況某二層單跨框架結構，開間4m，共10個開間，跨度16m，層高7m。不上人屋面，屋面活載0.5，屋面恒載5（不含梁板自重），樓面活荷載3，恒載2（不含梁板自重），該結構位于南寧市，對結構進行布置并進行梁，板設計。框架平面柱網布置圖如圖1所示。框架結構設計任務書某結構為一個二層兩跨框架結構，開間6m，共8個開間，跨度18m，一層層高7.5m，二層層高6.5m。不上人屋面，樓面活荷載2，恒載1.5（不含梁板自重），屋面活載0.5，屋面恒載4（不含梁板自重），該結構位于南寧市,考慮抗震要求,本風壓0.4，對結構進行布置并進行梁，板設計。框架平面柱網布置圖如圖1所示。圖1結構平面布置圖框架結構設計算書1、結構構件初選(1)樓,屋面梁格的布置確定主梁跨度18m,次梁跨度6m,主梁跨內布置2根次梁,次梁間距為6m.(2)截面尺寸初選板的厚度:按高跨比條件,宜選,取次梁截面尺寸:一般取,考慮到荷載較大,支座主梁截面尺寸:一般取,取柱的截面尺寸:2.材料選用(1)混凝土混凝土選用C30混凝土，有《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）可知，=40，=14.3，=1.43，=2.01，=20.1，(2)鋼筋預應力鋼筋采用低松弛鋼絞線，=1860，1320，非預應力縱向鋼筋采用HRB335級鋼筋，300，，箍筋及其它受力鋼筋采用HPB235級鋼筋，210；3.內力計算(1)截面幾何特征架梁型梁為T形截面:,幾何特征值為:,,計算簡圖如圖2圖2截面簡圖(2)設計荷載樓面梁恒載:外加恒載板自重梁自重樓面梁活載:屋面梁恒載:外加恒載板自重梁自重屋面梁活載:(3)計算簡圖框架各構件的軸線取在截面形心位置。二層層高為6500mm,計算高度為1.25h=8125mm,一層層高為7500mm,現澆基礎頂離標高處得距離為700mm,室內外地坪差為150mm,故一層計算高度為8350mm,計算簡圖如圖(3)(4)內力計算按結構力學方法計算所得標準豎向荷載作用下及水平風荷載作用下框架彎矩圖4，5，6，7所示。單位均為恒載彎矩圖活載彎矩圖左風彎矩圖右風彎矩圖（5）內力組合框架梁各控制截面在荷載的基本組合為：；短期組合：；長期組合：,其中樓面梁和屋面梁恒載的分向系數為1.2，活載分向系數為1.4，準永久系數為0.7；屋面梁和樓面梁均按二級抗裂等級設計，對樓面梁的抗裂要求可適當放寬,計算結果見表1表1控制截面的彎矩值（）.梁號截面恒載活載風荷載組合左右基本組合短期組合長期組合樓面梁邊支座-496.28-193.7937.8-36.6-1120-885-853跨中568.90195.672.0-1.9927765707中支座-1109.3-386.9-29.629.01856-1496-1401屋面梁邊支座-691.44-62.384.29-12.4-924-754-744跨中995.4846.46-0.40125310421028中支座-1886.25-87.697.4111.43-2360-1974-19534.預應力的估計（1）預應力筋布置根據預應力筋的布置原則,該工程預應力筋可由正反兩段拋物線筋組成,如圖8所示,(端部的直線段)（2）預應力筋的估算取張拉控制應力為框架梁預應力筋有效預壓應力預估為:中支座:邊跨和跨中:樓面梁預應力筋的估算樓面梁控制截面在中支座處，按二級抗震等級要求,分別計算在長期荷載效應和短期荷載效應的預應力筋,考慮次彎矩的影響，支座彎矩乘以0.9短期荷載效應組合(標準組合)下:長期荷載效應組合(準永久組合)下:屋面梁預應力筋的估算屋面梁的控制截面仍在中支座處，同樣按二級抗震等級要求,分別計算在長期荷載效應和短期荷載效應的預應力筋,考慮次彎矩的影響，支座彎矩乘以0.9短期荷載效應組合(標準組合)下:長期荷載效應組合(準永久組合)下:根據現場材料和施工要求，實際配置預應力筋為樓面梁：選用低松弛鋼絞線，屋面梁：選用低松弛鋼絞線，5.預應力損失計算(1)樓面梁摩擦損失采用預埋金屬波紋管，可知k=0.0015,采用兩端張拉,摩擦損失的計算過程及結果見表2表2計算過程及結果表線段終點應力AB3.00.2070.05630.94576.71318.3BC6.30.2070.06120.941154.51240.5CB’6.30.2070.06120.941227.71167.3B’A’3.00.2070.05630.945291.91103.1錨固損失錨具采用夾片式錨具，從《混凝土結構設計規范》查得預應力筋的回縮值a=5mm假設錨固損失在AB段,則AB和BC段的摩擦損失的斜率為第一批預應力損失為:邊支座跨中中支座鋼筋松弛損失鋼筋松弛損失（不考慮超張拉）收縮徐變損失（考慮自重影響，近似取恒載的全部）計算預應力筋合力點處混凝土法向應力時,考慮第一批預應力損失,并計及自重的影響邊支座：跨中：中支座:假設非預應力筋的面積,取預應力度,跨中和支座處的非預應力筋均取:取則收縮徐變損失（張拉時混凝土立方體抗壓強度為設計強度的80%）邊支座：跨中：中支座:總預應力損失及有效預加應力如表3表3和截面()(KN)邊支座359.5+48.8+50.8=459.1[(1395-459.1)2520-50.83079]=2202跨中154.5+48.8+139.8=343.1[(1395-343.1)2520-139.83079]=2220中支座291.9+48.8+45.5=386.2[(1395-386.2)2520-45.53079]=2402(2)屋面梁計算過程同樓面梁,計算結果見表4表4屋面梁預應力筋的有效應力截面邊支座282.876.748.854.2462.52672跨中0154.548.8113.2316.52904中支座0291.948.828.6369.33053另外,屋面梁跨中及支座處的非預應力筋均取6.次內力的分析(1)等效荷載由于預應力的值沿預應力筋是不均勻的,因此,要精確計算等效荷載比較復雜,作為工程設計,按預應力的值沿跨間不變的情況計算樓面梁等效荷載計算有效預應力均值端彎矩豎向荷載均布荷載屋面梁等效荷載計算有效預應力均值端彎矩豎向荷載均布荷載(2)綜合彎矩框架等效荷載計算簡圖如圖9,根據結構力學方法,可求得框架在等效荷載作用下的綜合彎矩見圖10(3)次內力,計算結果見表5表5次彎矩計算彎矩(KN.m)樓面梁屋面梁邊支座跨中中支座邊支座跨中中支座1111.43-921.201226.871148.73-1276.681762.66584.6-1530.9584.6739.2-1935.75739.2526.83609.7642.27409.53659.071023.46樓面梁,屋面梁次剪力均為07.正截面承載力驗算進行正截面承載力驗算時,要考慮次彎矩對支座截面有利影響,乘以系數1.0,對跨中截面不利影響,乘以系數1.2（1）樓面梁,屬第類T型截面邊支座(滿足要求)跨中(滿足要求)中支座(滿足要求)(2)屋面梁,屬第類T型截面邊支座<(滿足要求)跨中(滿足要求)中支座(滿足要求)8.斜截面承載力設計對于預應力框架大梁,進行斜截面設計時要考慮預應力筋的有利作用(1)樓面梁,截面尺寸滿足要求箍筋計算采用箍筋雙肢箍n=2,,則箍筋間距為：按構造要求取s=200mm(2)屋面梁,截面尺寸滿足要求箍筋計算采用箍筋雙肢箍n=2,,則箍筋間距為：按構造要求取s=200mm9.使用階段正截面抗裂驗算截面抗裂驗算按荷載效應標準組合和準永久組合分別進行計算，計算時采用毛截面幾何特征，計算結果見表6所示表6各控制截面抗裂驗算過程表計算公式樓面梁屋面梁邊支座跨中中支座邊支座跨中中支座7.5210.039.946.0811.0711.147.679.159.225.9910.8711.199.3213.889.31108416.1910.86-1.8-3.850.63-3.16-5.12-0.28-1.65-4.73-0.09-4.85-5.320.33驗算結果表明，的值受壓均在范圍內，受拉在范圍內,均滿足設計要求。10.預應力梁的撓度驗算正常使用狀態下預應力的撓度驗算需分別計算荷載在長期和短期效應組合下的框架梁和柱的剛度,再計算相應短期和長期撓度以及預應力引起的反拱(1)樓面梁不考慮荷載長期作用的剛度計算垂直截面抗裂度驗算表明，使用階段構件不會開裂其短期剛度為使用荷載作用下的長期剛度外荷載作用下梁撓度的計算(向下)使用階段預應力反拱值計算由結構力學計算簡支梁在均布荷載下跨中撓度的方法可得預應力反拱值總撓度所以樓面梁的變形滿足要求。(2)屋面梁不考慮荷載長期作用的剛度計算垂直截面抗裂度驗算表明，使用階段構件不會開裂其短期剛度為使用荷載作用下的長期剛度外荷載作用下梁撓度的計算(向下)使用階段預應力反拱值計算由結構力學計算簡支梁在均布荷載下跨中撓度的方法可得預應力反拱值總撓度所以屋面梁的變形滿足要求。11.施工階段正截面抗裂驗算（1）施工階段荷載及內力計算混凝土強度達100%時進行張拉,,考慮結構自重的影響,A=562800,，并取施工荷載，故施工總荷載，框架彎矩圖如圖11（2）施工階段預應力等效荷載計算在施工階段預應力筋只產生第一批損失，并取支座和跨中有效預應力平均值計算等效荷載樓面梁有效預應力端彎矩豎向荷載均布荷載屋面梁有效預應力：端彎矩豎向荷載均布荷載施工階段等效荷載及綜合彎矩圖如圖12，13（3）施工驗算驗算時混凝土強度取設計強度的80%，在自重，施工荷載及預應力組合作用下支座和跨中上下邊緣的混凝土應力樓面梁邊支座<（滿足要求）（受拉，但不在范圍內，不滿足抗裂要求）跨中<（滿足要求）(受壓)<（滿足要求）中支座<（滿足要求）（滿足抗裂要求）屋面梁用同樣方法可計算屋面梁上下邊緣應力情況見表7表7屋面梁抗裂驗算邊支座跨中中