淺埋式閉合框架結構設計

1、淺埋式閉合框架結構設計結構計算書班級：土木（隧道）*學號：*姓名：*第一部分，截面設計設S為600mm,則有h1=S+h=600+600=1200(mm),可得h+S/3=800h1=1200,如右圖所示。圖-1截面圖第二部分，內力計算1計算彎矩M1.1.結構的計算簡圖和基本結構如下圖。1.2典型方程彈性地基梁上的平面框架的內力計算可以采用結構力學中的力法，只是需要將下側（底板）按彈性地基梁考慮。圖-2計算簡圖和基本結構由圖-1的基本結構可知，此結構是對稱的，所以就只有X1和X2，即可以得出典型方程為：X111+X212+1P=0X121+X222+2P=0 系數(shù)是指在多余力xi的作用下，沿著

2、xi方向的位移，iP是指在外荷載的作用下沿xi的方向的位移，按下式計算：ij=ij+bijij=iP+bipij=ij-框架基本結構在單位力的作用下產(chǎn)生的位移（不包括地板）。bij-底板按彈性地基梁在單位力的作用下算出的切口處xi方向的位移； iP-框架基本結構在外荷載的作用下產(chǎn)生的位移；bip-底板按彈性地基梁在外荷載的作用下算出的切口處xi方向的位移。1.2求ij和iP；圖-5 Mq圖-4 M2圖-3 M1M1=1×Ly=3.4(kNm)M2=1(kNm)MP上=1/2×q1×(LX/2) 2= 79.38 (kNm)MP下=1/2×q1×

3、(LX/2)+1/2×q2×Ly2=229.66(kNm)M1=-3.4KNMQ10=0M2=-1 KNMQ20=0MP下-MP上=150.28KN/M根據(jù)結構力學的力法的相關知識可以得到：I=b*h*h*h/12=0.01811=4.85235x10-512=21=2.14074x10-522=2.03704 x10-51P'=-0.0033082P'=-0.00183611'=4.85235x10-512'=2.14074x10-521'=2.14074x10-522'=2.03704 x10-51P'=-0.00

4、33082P'=-0.0016541.3 求bij和bip=0.368894(1/m)接下來要用彈性地基梁的知識，求的相應的值。對于受x1x2，xp的的情況進行討論。1=chxcosx=0.0527512=chxsinx+shxcosx=2.508043=shxsinx=2.24750624=chxsinx-shxcosx=2.411645 以x1=1時為例說明如何求。圖-6 M1作用時的彈性地基梁因為M=-3.4 KNM ,Q=0 KN可以求出令兩個人未知初始值。然后根據(jù)所有的初始值求出他的M和Q等值。設A到H為下表的相應數(shù)值。A= bk/22 =146969.3846B= bk/4

5、3 =199202.7455C=1D=1/2 =1.355403005E= bk/2=54216.12022F= bk/22 =146969.4G=-=-0.36889H=1這可以得到：M=A3y0+B04+CM01+DQ02Q=Ey02+F03+GM04+HQ01這可以得到：0=-1.28174 x10-5y0=8.89132x10-6同理可以得到當x2，xp時的0和y0。見下表y10=8.89132x10-610=1.28174x10-5y20=2.61509x10-620=3.76984x10-6Yp0=0.001488652p0=0.000765b11=2×Ly×1

6、0; b12= b21=2×10；b22=2×20 ；b1p=2×Lxp0；b2p=；2p0 和11=11+b1112=21=12+b1222=22+b221p=1P+b1p2p=2P+b2p b11=-8.71586E-0511=-3.9x10-5b12 =-2.56349E-0512=-4.23x10-6b21=-2.56349E-0521=-4.2 x10-6b22=-7.53967E-0622=1.283x10-5b1p=0.0063248831P=0.003016883b2p=0.00236482P=0.00052881.4 求X1和X2，又有典型方程：

7、X111+X212+1P=0， X121+X222+2P=0可得，X1=79.0920702X2= -15.3478843彎矩按疊加法按如下公式計算M=M1 X1+M2 X2+MPM左上=15.3478843+79.38=94.7278843KN/M(外部受拉)M左下=-3.4*79.0920702+15.3478843+229.36=-24.20515438KN/M（內部受拉）由對稱性可得M右上=94.7278843KN/M(外部受拉)M右下=-24.20515438KN/M（內部受拉）頂部中間疊加彎矩M=q1l2/8=36x4.22/8=79.38KN/M彎矩圖如下彈性地基梁的Q;因為Qx

8、=Ey02x+F03x+GM04x+HQ01x,所以可得Q左=75.6KN Q右=-75.6KN其他位置剪力按照結構力學截面法結點法求出結構頂部Q左上=75.6KN Q右上=-75.6KN兩側結構Q左上=-79.17924356KN Q左下=9.219706653KNQ右上=79.17924356KN Q右下=-9.219706653KN按照疊加法可得如下剪力圖框架的軸力N;對于上側N=q2Ly,對于兩側N=1/2q2Lx對于地基N= q2Ly;則有N上側=26*3.4=88.4KNN兩側=26*4.2/2=54.6KNN地基=26*3.4=88.4KN得軸力圖如下根據(jù)公式Mi=Mp-Qp*b

9、/2 求出設計彎矩和設計軸力第三部分，配筋設計一、偏心受壓構件頂梁配筋計算（一）、基本信息 執(zhí)行規(guī)范: 混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) （二）、設計要求 結構安全等級:二級； 重要性系數(shù):o=1.0 混凝土強度等級:C30 鋼筋等級:HRB335 一端彎矩設計值:M1=72.05(KN-m) 另一端彎矩設計值:M2=72.05(KN-m) 軸向壓力設計值:N=88.4(KN-m) 矩形截面寬度:b=1000(mm) 矩形截面高度:h=600(mm) 受壓As'保護層厚度a':a'=50(mm) 受拉As保護層厚度a:a=50(mm) 構件計算長度l0

10、: l0=1000(mm) （三）、設計參數(shù) 根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) 混凝土C30軸心抗壓強度設計值:fc=14.3 (N/mm2) 混凝土C30軸心抗拉強度設計值:ft=1.43 (N/mm2) 受壓鋼筋HRB335抗壓強度設計值:fy'=300 (N/mm2)（四）、計算過程 (1) 判斷是否需要考慮軸向力在彎矩方向二階效應對截面偏心距的影響。 1) 判斷兩端彎矩的比值 M1/M2=72.05/72.05=1.000 > 0.9 2) 構件長細比 lc/i=1000/1000/(2 X 1.732)=3.464 < 34-12X(M1/M

11、2)=22.000 3) 柱的軸壓比 N/fcA=N * 1000 / (fc * b * h)=0.010 < 0.9 根據(jù)以上判斷，需要考慮軸力作用下二階效應對截面偏心距的影響。 (2) 調整截面承受的彎矩。 1) 附加偏心距ea 偏心距: ea=20mm > h/30=20.000mm 取 ea=20mm 2) 求構件端截面偏心距調節(jié)系數(shù) Cm Cm=1.000 > 0.7 3) 求截面曲率休整系數(shù) c c=48.529 > 1.0 取 c=1.0 4) 求截面彎矩增大系數(shù) ns ns=1.001 5) 計算調整后的的彎矩值 M M=72.15 KN.m (3)

12、判斷大小偏心受壓 初始偏心距 ei= e0 + ea = M / N + ea=836.192mm 相對受壓區(qū)高度 ： = N / (0fcbh0) =0.011 相對界限受壓區(qū)高度b： b= 0.550 因 <= b 經(jīng)判斷此構件為大偏心受壓構件 e'= 587.37 (4) 求截面配筋面積As=As' 截面配筋面積As=As'= 346.16 二、偏心受壓構件側墻配筋計算（一）、基本信息 執(zhí)行規(guī)范: 混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) （二）、設計要求 結構安全等級:二級； 重要性系數(shù):o=1.0 混凝土強度等級:C30 鋼筋等級:HRB335

13、 一端彎矩設計值:M1=13.086(KN-m) 另一端彎矩設計值:M2=73.112(KN-m) 軸向壓力設計值:N=54.6(KN-m) 矩形截面寬度:b=1000(mm) 矩形截面高度:h=600(mm) 受壓As'保護層厚度a':a'=50(mm) 受拉As保護層厚度a:a=50(mm) 構件計算長度l0: l0=1000(mm) （三）、設計參數(shù) 根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) 混凝土C30軸心抗壓強度設計值:fc=14.3 (N/mm2) 混凝土C30軸心抗拉強度設計值:ft=1.43 (N/mm2) 受壓鋼筋HRB335抗壓強度設計

14、值:fy'=300 (N/mm2)（四）、計算過程 (1) 判斷是否需要考慮軸向力在彎矩方向二階效應對截面偏心距的影響。 1) 判斷兩端彎矩的比值 M1/M2=13.086/73.112=0.179 < 0.9 2) 構件長細比 lc/i=1000/1000/(2 X 1.732)=3.464 < 34-12X(M1/M2)=31.852 3) 柱的軸壓比 N/fcA=N * 1000 / (fc * b * h)=0.006 < 0.9 根據(jù)以上判斷，不需要考慮軸力作用下二階效應對截面偏心距的影響。 1) 附加偏心距ea 偏心距: ea=20mm > h/30

15、=20.000mm 取 ea=20mm 2) 求構件端截面偏心距調節(jié)系數(shù) Cm Cm=0.754 > 0.7 3) 求截面曲率休整系數(shù) c c=78.571 > 1.0 取 c=1.0 4) 求截面彎矩增大系數(shù) ns ns=1.001 5) 計算調整后的的彎矩值 M M=55.15 KN.m (3) 判斷大小偏心受壓 初始偏心距 ei= e0 + ea = M / N + ea=1030.107mm 相對受壓區(qū)高度 ： = N / (0fcbh0) =0.007 相對界限受壓區(qū)高度b： b= 0.550 因 <= b 經(jīng)判斷此構件為大偏心受壓構件 e'= 781.00

16、 (4) 求截面配筋面積As=As' 截面配筋面積As=As'= 284.28 三、偏心受壓構件底梁配筋計算（一）、基本信息 執(zhí)行規(guī)范: 混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) （二）、設計要求 結構安全等級:二級； 重要性系數(shù):o=1.0 混凝土強度等級:C30 鋼筋等級:HRB335 一端彎矩設計值:M1=22.482(KN-m) 另一端彎矩設計值:M2=22.482(KN-m) 軸向壓力設計值:N=88.4(KN-m) 矩形截面寬度:b=1000(mm) 矩形截面高度:h=600(mm) 受壓As'保護層厚度a':a'=50(mm) 受

17、拉As保護層厚度a:a=50(mm) 構件計算長度l0: l0=1000(mm) （三）、設計參數(shù) 根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范 (GB 50010-2010) 混凝土C30軸心抗壓強度設計值:fc=14.3 (N/mm2) 混凝土C30軸心抗拉強度設計值:ft=1.43 (N/mm2) 受壓鋼筋HRB335抗壓強度設計值:fy'=300 (N/mm2)（四）、計算過程 (1) 判斷是否需要考慮軸向力在彎矩方向二階效應對截面偏心距的影響。 1) 判斷兩端彎矩的比值 M1/M2=22.482/22.482=1.000 > 0.9 2) 構件長細比 lc/i=1000/1000/(2 X 1.732)=3.464 < 34-12X(M1/M2)=22.000 3) 柱的軸壓比 N/fcA=N * 1000 / (fc * b * h)=0.010 < 0.9 根據(jù)以上判斷，需要考慮軸力作用下二階效應對截面偏心距的影響。 (2) 調整截面承受的彎矩。 1) 附加偏心距ea 偏心距: ea=20mm > h/30=20.000mm 取 ea=20mm 2) 求構件端截面偏心距調節(jié)系數(shù) Cm Cm=1.000 > 0.7 3) 求截面