框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要設(shè)計規(guī)范主要設(shè)計規(guī)范p 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)p 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50003-2001)p 砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)p 建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)p 高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2002)p 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期工作p了解建筑布置和功能要求n建筑物設(shè)計基準期、建筑物重要性n建筑層數(shù)、總高、各層層高、柱網(wǎng)尺寸n各房間主要功能n圍護墻材料p了解建筑構(gòu)造做法（樓、屋面及墻面）p收集結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本條件p了解其他相關(guān)專業(yè)對結(jié)構(gòu)的要求建筑構(gòu)造做法

2、樓面、屋面p樓面做法n一般樓面做法(鋪地磚)用于普通房間辦公、住宅等n高級樓面做法(鋪石材)用于高級裝修走廊、門廳、電梯廳、樓梯間等n防水樓面做法(有防水層)衛(wèi)生間、浴室等n簡易樓面做法(水泥砂漿面層)儲藏室、電梯機房、出屋面樓梯間等p屋面做法n上人屋面n非上人屋面建筑構(gòu)造做法墻面p外墻n刷涂料外墻n貼石材外墻n鋁塑板(鋁板)外墻n玻璃幕外墻p內(nèi)墻n刷涂料內(nèi)墻n貼瓷磚內(nèi)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本條件p地質(zhì)資料n地基持力層范圍內(nèi)主要土層情況n地基持力層及其承載力特征值p氣象資料n基本風(fēng)壓n最大冰凍深度p抗震資料n抗震設(shè)防分類n場地類別、場地特征周期Tgn抗震設(shè)防烈度、設(shè)計地震分組其他相關(guān)專業(yè)對結(jié)構(gòu)的要求p

3、給排水專業(yè)n上下水管線進出戶的標高n高位水箱的設(shè)置p暖通專業(yè)n暖管線進出戶的標高n集中空調(diào)與吊頂及梁高的關(guān)系n防排煙及加壓送風(fēng)井的設(shè)置p電氣專業(yè)n電纜溝及電纜橋架p管道集中豎井框架結(jié)構(gòu)分析流程框架結(jié)構(gòu)分析流程結(jié)構(gòu)布置原則結(jié)構(gòu)布置原則p結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系n雙向抗側(cè)力體系雙向抗側(cè)力體系 框架結(jié)構(gòu)只能承受自身平面內(nèi)的水平力，因此框架應(yīng)沿建筑的兩個主軸雙向設(shè)置，形成雙向梁柱抗側(cè)力體系。n剛接體系剛接體系 除個別部位外，框架的梁柱應(yīng)采用剛接，以增大結(jié)構(gòu)剛度和整體性；抗震設(shè)計時不宜采用單跨框架。n純框架體系純框架體系 抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用部分由砌體承重的混合形式?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部突出屋頂

4、的電梯機房、樓梯間、水箱間等，應(yīng)采用框架承重結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用砌體墻承重。 結(jié)構(gòu)布置原則結(jié)構(gòu)布置原則p結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)受力n結(jié)構(gòu)傳力路徑簡單、合理結(jié)構(gòu)傳力路徑簡單、合理 有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，減少扭轉(zhuǎn)n抗震子結(jié)構(gòu)明確抗震子結(jié)構(gòu)明確p結(jié)構(gòu)規(guī)則結(jié)構(gòu)規(guī)則n平面：簡單、規(guī)則、對稱、均勻；避免過大內(nèi)收和外伸（凹角處應(yīng)力集中）；質(zhì)心于剛心宜接近，避免平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，n立面：沿高度之剛度、強度、質(zhì)量分布均勻、連續(xù)；避免立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置p柱網(wǎng)尺寸n框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)布置應(yīng)力求做到簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺小應(yīng)符合經(jīng)濟原則，盡量符合模數(shù)；n框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)

5、尺寸及層高應(yīng)根據(jù)建筑功能要求、施工條件及材料設(shè)備等各方面因素來確定。n房屋長度較大時，需考慮設(shè)置伸縮縫，以避免溫度開裂。因為伸縮縫將房屋上部結(jié)構(gòu)斷開，分成獨立的結(jié)構(gòu)單元，所以在縫的兩側(cè)應(yīng)各自設(shè)置框架。柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍p內(nèi)廊式柱網(wǎng)內(nèi)廊式柱網(wǎng) 常為對稱三跨(A+B+A)：nA邊跨跨度(房間進深)：常為6m、6.6 m、6.9mnB中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0mn開間方向，柱距為68.4m。n常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院等。p等跨式柱網(wǎng)等跨式柱網(wǎng)n進深常為6m、7.5m、9 m、12m，從經(jīng)濟考慮不宜超過9m。n開間方向的柱距常為69m。n適用于廠房、倉庫等。框架梁截面

6、尺寸框架梁截面尺寸p梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2（節(jié)點要求，聯(lián)結(jié)緊密）； p梁截面的高寬比小于4（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；p梁凈跨與截面高度之比宜大于4（避免形成深梁，以抗剪為主，脆性破壞）p考慮強度與剛度的需要，取值如下： 框架梁高h1/81/14 l， l為梁跨；通常取1/10 l； 框架梁寬b=1/21/3h；一般不小于一般不小于300mm。柱截面尺寸柱截面尺寸p構(gòu)造要求n柱的截面高度不宜小于300mm小于300mm時，其承載力折減20%。n在縱橫兩個方向上不宜相差過大。矩形柱邊長比不宜超過1.5，一般采用方形柱。n柱凈高與截面高度之比不宜小于4小于4

7、，變形能力要求較高，因為短柱剛度大易剪壞，需設(shè)全長加密箍筋。n層高與柱截面高度之比不宜大于15經(jīng)驗數(shù)值，大于15時不易滿足水平側(cè)移要求。柱截面尺寸柱截面尺寸p柱的截面尺寸估算（按軸壓比）nc：允許軸壓比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。n豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設(shè)計值N。nrG：分項系數(shù)，取為1.2；nw：單位面積重量，取為1214kN/m2；nS：柱承載樓面面積；n：柱設(shè)計截面以上樓層數(shù)；n1：一、二級抗震設(shè)計角柱為1.3,其余為1.0n2：由于水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。ccccGhbfNnSwN21次梁截面尺寸p次梁的作用n承托圍護墻、隔墻n

8、減小板的跨度n洞口邊緣的封梁p次梁截面尺寸n梁高梁高h（ l為梁跨） 簡支梁：h1/121/15 l ；連續(xù)梁：h1/121/20 l 井字梁：h1/151/20 l ；懸挑梁：h1/51/7 l n梁寬梁寬b 梁寬b=1/21/3h；一般不小于一般不小于200mm。現(xiàn)澆板的厚度p對板厚的要求n滿足承載力和剛度要求n滿足防火要求n滿足預(yù)埋暗管的要求p板厚h的取值（l為板跨）n板厚與板跨的最小比值簡支單向板：h=1/30 l；簡支雙向板：h=1/40 l；連續(xù)單向板：h=1/40 l；連續(xù)雙向板：h=1/50 l；懸臂板： h=1/12 l；n最小板厚一般為一般為80mm，預(yù)埋暗管時不小于預(yù)埋暗

9、管時不小于100mm計算模型p程序方法n空間協(xié)同分析方法n桿件有限元方法n三維桿件薄壁桿件空間分析方法n有限元或有限條方法應(yīng)用廣泛，特別是平面不規(guī)則、體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。p簡化方法（近似計算）n平面結(jié)構(gòu)協(xié)同分析廣泛用于由平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成、布置較為規(guī)則的結(jié)構(gòu)。平面剛架模型近似假定能基本反映實際情況計算結(jié)果有一定精度，方便、適用荷載計算荷載計算p豎向荷載n恒載Gkn可變荷載(活載) Qk按負荷面積折減活載最不利布置p水平荷載n風(fēng)荷載Wkn地震作用(偶然作用) EkWkGkQkQkEk豎向荷載豎向荷載p恒載導(dǎo)算按照建筑專業(yè)給定的做法計算n一般樓面做法(鋪地磚)n高級樓面做法(鋪石材)n防水樓面做法(有

10、防水層) n簡易樓面做法(水泥砂漿面層)n上人屋面n非上人屋面n墻體荷載（抹灰、石材、涂料）（抹灰、石材、涂料）n永久設(shè)備荷載p活載：按照荷載規(guī)范的規(guī)定取值一般樓面做法(鋪地磚)p 以下各種樓（屋）面做法及墻體做法均為華北地區(qū)某工程實際做法，其它地區(qū)參照當?shù)貙嶋H做法。樓面做法樓面做法厚度厚度（mm)容重容重(KN/m3)重量重量KN(m2)鋪地磚面層 10200.21:4水泥砂漿結(jié)合層20200.41:3水泥砂漿找平層 20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.34高級樓面做法(鋪石材)樓面做法樓面做法厚度厚度（mm)容重容重(KN/m3)

11、重量重量KN(m2)石材面層20280.561:4水泥砂漿結(jié)合層30200.61:3水泥砂漿找平層 20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.90防水樓面做法(有防水層)樓面做法樓面做法厚度厚度（mm)容重容重(KN/m3)重量重量KN(m2)防滑地磚面層 10200.21:4水泥砂漿結(jié)合層30200.6C20細石砼找坡 60251.5聚胺脂防水涂層 2120.021:3水泥砂漿找平層 20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值6.06簡易樓面做法(水泥砂漿面層)樓面做法樓面做法厚度厚度（m

12、m)容重容重(KN/m3)重量重量KN(m2)1:1.5水泥砂漿面層20200.41:2.5水泥砂漿底層10200.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.0上人屋面屋面做法屋面做法厚度厚度（mm)容重容重(KN/m3)重量重量KN(m2)地磚 10200.21:4水泥砂漿結(jié)合層25200.5高分子防水卷材 4120.051:3水泥砂漿找平層20200.4聚苯保溫板 10040.41:3水泥砂漿找平層20200.41:6水泥焦渣找坡 80151.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒載標準值6.50非上人屋面屋面做法

13、屋面做法厚度厚度（mm)容重容重(KN/m3)重量重量KN(m2)SBS改性瀝青防水卷材 4120.051:3水泥砂漿找平層20200.4聚苯保溫板 10040.41:3水泥砂漿找平層20200.41:6水泥焦渣找坡 80151.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒載標準值5.80墻體荷載p墻體荷載一般先導(dǎo)算為平米容重，再根據(jù)各層層高導(dǎo)算為作用在梁上的線荷載。p以加氣砼砌塊墻雙面摸灰為例：（外墻300mm厚，內(nèi)墻200mm厚，摸灰20mm）n考慮到組砌時在洞口處混砌部分粘土磚，按照8:2混砌比例計算砌體容重：砌體容重： 80.8 +190.2=10.2kN/

14、m3外墻： 0.310.2 +0.0220=3.46kN/m2內(nèi)墻： 0.210.2 +0.0220=2.44kN/m2n若某層墻體凈高為3m，則作用在梁上的線荷載導(dǎo)算為：外墻： 3.46kN/m23=10.38 kN/m 內(nèi)墻： 2.44kN/m23=7.32 kN/m2p組砌時，混砌比例可根據(jù)墻體實際情況調(diào)整。豎向荷載集成p分析水平地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力n僅計算荷載總值即重力荷載代表值p分析豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力n根據(jù)荷載傳遞路徑求出作用在某榀框架上的力（集中力或分布荷載）風(fēng)荷載基本風(fēng)壓，按全國基本風(fēng)壓分布圖采用，0.30kN/m20zszkzzz1脈動增大系數(shù)),(210ZoneTypeTf

15、脈動影響系數(shù)),/,(ZoneTypeBHHf振型系數(shù)HHTypeHHfiiz/),(風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)振系數(shù)作用在框架上的風(fēng)荷載p Bi：框架柱受風(fēng)面寬度(m)；p hj：框架本層層高(m)；p hj+1：框架上層層高(m)；2/1jjikWjhhBPPWjhjhj+1水平地震作用水平地震作用p抗震設(shè)防目標及實現(xiàn)目標的途經(jīng)抗震設(shè)防目標及實現(xiàn)目標的途經(jīng)p水平地震作用的計算范圍和原則水平地震作用的計算范圍和原則p水平地震作用的計算方法水平地震作用的計算方法p水平地震作用的計算模型水平地震作用的計算模型p水平地震作用的主要參數(shù)水平地震作用的主要參數(shù)p底部剪力法計算水平地震作用底部剪力

16、法計算水平地震作用三水準要求三水準要求水準水準涵義涵義要要 求求第一水準 小震不壞當遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用第二水準 中震可修當遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用第三水準 大震不倒當遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的預(yù)估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞兩階段設(shè)計兩階段設(shè)計目目 標標烈烈 度度受力狀態(tài)受力狀態(tài)作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合小震不壞（隱含中震可修）多遇烈度(小震)彈性(部分彈塑性)承載力驗算采用基本組合；層間彈性位移計算采用短期效應(yīng)組合。大震不倒罕遇烈度(大震)彈塑性層間彈塑性

17、位移驗算采剛短期效應(yīng)組合。p第一階段為彈性分析，包括截面設(shè)計和變形計算；p大部分建筑的第二階段設(shè)計主要由概念設(shè)計和構(gòu)造措施來保證。水平地震作用的計算原則水平地震作用的計算原則p計算范圍n多層建筑，6度區(qū)，除甲類建筑外，可不計算水平地震作用。n高層建筑，6度區(qū)及以上均需計算水平地震作用。p計算原則n一般正交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，可沿縱橫主軸方向分別計算n斜交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，宜按平行于抗側(cè)力構(gòu)件方向計算n質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響水平地震作用的計算方法結(jié)構(gòu)方法使用范圍彈性底部剪力法高度不超過40m，以剪切變形為主，質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻振型分解反應(yīng)譜

18、法不滿足底部剪力法應(yīng)用條件的結(jié)構(gòu)時程分析法(補充計算)甲類建筑、特別不規(guī)則的建筑H100m，8度I、II類場地和7度H80m，8度III、IV類場地H60m，9度彈塑性簡化方法（略）時程分析法 （略）計算模型計算模型p集中質(zhì)量模型p首層層高n應(yīng)計算至基礎(chǔ)頂面n基礎(chǔ)頂面位置應(yīng)位于冰凍線深度及管道埋深以下。jG水平地震作用的主要參數(shù)p地震動特性方面及建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50010-2001）附錄A 地質(zhì)勘探報告n場地類別n場地特征周期p結(jié)構(gòu)動力特性方面n建筑質(zhì)量（重力荷載）n結(jié)構(gòu)自振周期T1n結(jié)構(gòu)阻尼比（材料）場地類別的劃分 0 3 5 15 50 80 場地覆蓋層厚度（m）場地土類型50025

19、0140等等效效剪剪切切波波速速速速m/s場地特征周期Tg設(shè)計地震分組場地類別IIIIIIIV第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90重力荷載代表值重力荷載代表值Gjp重力荷載代表值Gjn永久荷載（建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)配件自重）標準值+可變荷載（雪、灰、樓面活荷載）組合值niikjjQikjjQGG1j層永久荷載標準值組合值系數(shù)，一般取0.5可變荷載標準值p總重力荷載代表值GE=Gj結(jié)構(gòu)自振周期T1p能量法1G2GjGnGjniiiniiiGGT11212ikki1kkkDVnkmmkGV結(jié)構(gòu)自振周期T1的調(diào)整p實際結(jié)構(gòu)往往是比較

20、復(fù)雜的，計算簡圖都經(jīng)過簡化，計算所得的周期要比實際周期長。p無論采用哪種計算模型，上述誤差都是存在的。因此，周期計算值必須進行折減。p周期折減系數(shù)取決于結(jié)構(gòu)形式和砌體填充墻的多少。當非承重墻體為填充磚墻時，框架結(jié)構(gòu)可取0.60.7；采用其它非承重墻體時，可取0.70.8，一般取0.8。設(shè)計反應(yīng)譜設(shè)計反應(yīng)譜水平地震影響系數(shù)曲線水平地震影響系數(shù)p水平地震影響系數(shù)n地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震-0.500.901.40水平地震影響系數(shù)最大值max9 . 011TTg正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合

21、正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合p荷載效應(yīng)組合標準組合n表達式與承載力極限狀態(tài)相同n荷載分項系數(shù)取1.0p荷載效應(yīng)類型n構(gòu)件裂縫寬度n梁撓度n結(jié)構(gòu)水平側(cè)移結(jié)構(gòu)水平側(cè)移p目的n防止主要結(jié)構(gòu)開裂、損壞n防止填充、裝修開裂、損壞n防止過大側(cè)移，以引發(fā)人的不適n防止產(chǎn)生過大的附加內(nèi)力抗震變形驗算p多遇地震作用下彈性變形驗算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高 huee抗震變形驗算p薄弱層彈塑性變形驗算p薄弱層部位的確定底層底層p薄弱層彈塑性變形計算簡化方法簡化方法彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高 huppeppuu彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數(shù)承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合組合類別組合類別非抗震設(shè)計非

22、抗震設(shè)計抗震設(shè)計抗震設(shè)計重力荷載 S=GCGGk+QCQQk G永久荷載控制： =1.35 可變荷載控制：永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時 1.0； 永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時 1.2Q 一般 1.4；Q4.0kN/m2時 1.3重力荷載+風(fēng)荷載 S=GCGGk+(QCQQk +WCWWk )=0.85， W=1.4重力荷載+地震作用SE=GCGGE+EhCEhEhkGE=Gk+QQk ，Q=0.5 ，Eh=1.3構(gòu)件截面承載力驗算p條件n構(gòu)件控制截面各截面中，內(nèi)力最大的截面構(gòu)件特性n控制截面的最不利內(nèi)力組合荷載組合特性p截面承載力驗算表達式n無地震作用組合 0SRn有地震作用組合 SER/REpS（S

23、E）基本組合基本組合n非抗震結(jié)構(gòu)僅需進行無地震作用組合（S）n抗震結(jié)構(gòu)必須進行有、無地震作用組合（S、SE）pRn抗震結(jié)構(gòu)抗彎承載能力R = 非抗震結(jié)構(gòu)抗彎承載能力Rn抗震結(jié)構(gòu)抗剪承載能力R 非抗震結(jié)構(gòu)抗剪承載能力R構(gòu)件控制截面及其最不利內(nèi)力構(gòu)件控制截面及其最不利內(nèi)力p梁n支座：Mmax，-Mmax |Vmax|n跨中：M中p柱n端部截面nN，Mx，My，Vx，Vy-MmaxMmax-MmaxMmaxM中|Vmax|N,Mx,My,Vx,VyN,Mx,My,Vx,Vy梁控制截面最不利內(nèi)力組合梁控制截面最不利內(nèi)力組合(永久荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利)4 . 12 . 1 (maxQkGkMMM)4 .17 .035.1 (maxQkGkMMM(永久荷載起控制作用時)(可變荷載起控制作用時)3 . 12 . 1 (maxEhGEMMM(地震組合)0 . 13 . 1 (maxGEEkMMM支座彎矩跨中彎矩)4 . 12 . 1 (QkGkMMM中)3 . 12 . 1