鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計講義

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

主要設(shè)計規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50003-2001)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2002)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)結(jié)構(gòu)設(shè)計的前期工作了解建筑布置和功能要求 建筑物設(shè)計基準期、建筑物重要性建筑層數(shù)、總高、各層層高、柱網(wǎng)尺寸各房間主要功能圍護墻材料了解建筑構(gòu)造做法（樓、屋面及墻面）收集結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本條件了解其他相關(guān)專業(yè)對結(jié)構(gòu)的要求建筑構(gòu)造做法——樓面、屋面樓面做法一般樓面做法(鋪地磚)——用于普通房間辦公、住宅等高級樓面做法(鋪石材)——用于高級裝修走廊、門廳、電梯廳、樓梯間等防水樓面做法(有防水層)衛(wèi)生間、浴室等簡易樓面做法(水泥砂漿面層)儲藏室、電梯機房、出屋面樓梯間等屋面做法上人屋面非上人屋面建筑構(gòu)造做法——墻面外墻刷涂料外墻貼石材外墻鋁塑板(鋁板)外墻玻璃幕外墻內(nèi)墻刷涂料內(nèi)墻貼瓷磚內(nèi)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本條件地質(zhì)資料地基持力層范圍內(nèi)主要土層情況地基持力層及其承載力特征值氣象資料基本風壓最大冰凍深度抗震資料抗震設(shè)防分類場地類別、場地特征周期Tg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)的要求給排水專業(yè)上下水管線進出戶的標高高位水箱的設(shè)置暖通專業(yè)暖管線進出戶的標高集中空調(diào)與吊頂及梁高的關(guān)系防排煙及加壓送風井的設(shè)置電氣專業(yè)電纜溝及電纜橋架管道集中豎井構(gòu)造要求截面設(shè)計變形驗算內(nèi)力及位移計算荷載計算框架結(jié)構(gòu)分析流程計算模型結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置原則結(jié)構(gòu)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。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。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。框架結(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部突出屋頂?shù)碾娞輽C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)受力結(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)抗震子結(jié)構(gòu)明確結(jié)構(gòu)規(guī)則平面：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)，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)。結(jié)構(gòu)構(gòu)布布置置柱網(wǎng)網(wǎng)尺尺寸寸框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的柱柱網(wǎng)網(wǎng)布布置置應(yīng)應(yīng)力力求求做做到到簡簡單單、、規(guī)規(guī)則則、、整整齊齊，，柱柱網(wǎng)網(wǎng)尺尺小小應(yīng)應(yīng)符符合合經(jīng)經(jīng)濟濟原原則則，，盡盡量量符符合合模模數(shù)數(shù)；；框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的柱柱網(wǎng)網(wǎng)尺尺寸寸及及層層高高應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)建建筑筑功功能能要要求求、、施施工工條條件件及及材材料料設(shè)設(shè)備備等等各各方方面面因因素素來來確確定定。。房屋長長度較較大時時，需需考慮慮設(shè)置置伸縮縮縫，，以避避免溫溫度開開裂。。因為為伸縮縮縫將將房屋屋上部部結(jié)構(gòu)構(gòu)斷開開，分分成獨獨立的的結(jié)構(gòu)構(gòu)單元元，所所以在在縫的的兩側(cè)側(cè)應(yīng)各各自設(shè)設(shè)置框框架。柱網(wǎng)尺尺寸的的適宜宜范圍圍內(nèi)廊式式柱網(wǎng)網(wǎng)常為對對稱三三跨(A+B+A)：A—邊跨跨跨度(房間進進深)：常為為6m、6.6m、6.9mB—中間跨跨為走走廊，，跨度度常為為2.4m、2.7m、3.0m開間方方向，，柱距距為6~8.4m。常用于于旅館館、辦辦公樓樓、宿宿舍、、教室室、醫(yī)醫(yī)院等等。等跨式柱柱網(wǎng)進深常為為6m、7.5m、9m、12m，從經(jīng)濟考考慮不宜宜超過9m。開間方向向的柱距距常為6~9m。適用于廠廠房、倉倉庫等。?？蚣芰航亟孛娉叽绱缌簩挷灰艘诵∮?00mm，且不宜小小于柱寬寬的1/2（節(jié)點要要求，聯(lián)聯(lián)結(jié)緊密密）；梁截面的的高寬比比小于4（抗剪要要求，避避免形成成薄腹梁梁降低其其抗剪性性能）；；梁凈跨與與截面高高度之比比宜大于于4（避免形形成深梁梁，以抗抗剪為主主，脆性性破壞）考慮強度度與剛度度的需要要，取值值如下：：框架梁高高h＝1/8~1/14l，l為梁跨；；通常取取1/10l；框架梁寬寬b=1/2~1/3h；一般不小小于300mm。柱截面尺尺寸構(gòu)造要求求柱的截面面高度不不宜小于于300mm小于300mm時，其承承載力折折減20%。在縱橫兩個個方向上不不宜相差過過大。矩形柱邊長長比不宜超超過1.5，一般采用用方形柱。。柱凈高與截截面高度之之比不宜小小于4小于4，變形能力力要求較高高，因為短短柱剛度大大易剪壞，，需設(shè)全長長加密箍筋筋。層高與柱截截面高度之之比不宜大大于15經(jīng)驗數(shù)值，，大于15時不易滿足足水平側(cè)移移要求。柱截面尺寸寸柱的截面尺尺寸估算（（按軸壓比比）μc：允許軸壓比比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。豎向荷載與與地震作用用組合的最最大軸力設(shè)設(shè)計值N。rG：分項系數(shù)，，取為1.2；w：單位面積重重量，取為為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面面積；n：柱設(shè)計截面面以上樓層層數(shù)；1：一、二級級抗震設(shè)計計角柱為1.3,其余為1.02：由于水平平力使軸力力增大的系系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。次梁截面尺尺寸次梁的作用用承托托圍圍護護墻墻、、隔隔墻墻減小小板板的的跨跨度度洞口口邊邊緣緣的的封封梁梁次梁梁截截面面尺尺寸寸梁高高h（l為梁梁跨跨））簡支支梁梁：：h＝1/12~1/15l；連續(xù)續(xù)梁梁：：h＝1/12~1/20l井字字梁梁：：h＝1/15~1/20l；懸挑挑梁梁：：h＝1/5~1/7l梁寬寬b梁寬寬b=1/2~1/3h；一般不小小于200mm?，F(xiàn)澆板的的厚度對板厚的的要求滿足承載載力和剛剛度要求求滿足防火火要求滿足預(yù)預(yù)埋暗暗管的的要求求板厚h的取值（l為板跨）板厚與板跨跨的最小比比值簡支單向板板：h=1/30l；簡支雙向板板：h=1/40l；連續(xù)單向板板：h=1/40l；連續(xù)雙向板板：h=1/50l；懸臂板：h=1/12l；最小板厚一般為80mm，預(yù)埋暗管時時不小于100mm計算模型程序方法空間協(xié)同分分析方法桿件有限元元方法三維桿件—薄壁桿件空空間分析方方法有限元或有有限條方法法應(yīng)用廣泛，，特別是平平面不規(guī)則則、體型復(fù)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)。簡化方法（（近似計算算）平面結(jié)構(gòu)協(xié)協(xié)同分析廣泛用于由由平面抗側(cè)側(cè)力結(jié)構(gòu)組組成、布置置較為規(guī)則則的結(jié)構(gòu)。。平面剛架模模型近似假定能能基本反映映實際情況況計算結(jié)果有有一定精度度，方便、、適用荷載計算算豎向荷載載恒載Gk可變荷載載(活載)Qk按負荷面面積折減減活載最不不利布置置水平荷載載風荷載Wk地震作用用(偶然作用用)EkWkGkQkQkEk豎向荷載載恒載導(dǎo)算算按照建筑筑專業(yè)給給定的做做法計算算一般樓面面做法(鋪地磚)高級樓面面做法(鋪石材)防水樓面面做法(有防水層層)簡易樓面面做法(水泥砂漿漿面層)上人屋面面非上人屋屋面墻體荷載載（抹灰、、石材、、涂料））永久設(shè)備備荷載活載：按按照《荷載規(guī)范范》的規(guī)規(guī)定定取取值值一般般樓樓面面做做法法(鋪地地磚磚)以下下各各種種樓樓（（屋屋））面面做做法法及及墻墻體體做做法法均均為為華華北北地地區(qū)區(qū)某某工工程程實實際際做做法法，，其其它它地地區(qū)區(qū)參參照照當當?shù)氐貙崒嶋H際做做法法。。樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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高級樓面面做法(鋪石材)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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防水樓面面做法(有防水層)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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簡易樓面面做法(水泥砂漿漿面層)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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上人屋面面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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非上人屋屋面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)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墻體荷載載墻體荷載載一般先先導(dǎo)算為為平米容容重，再再根據(jù)各各層層高高導(dǎo)算為為作用在在梁上的的線荷載載。以加氣砼砼砌塊墻墻雙面摸摸灰為例例：（外墻300mm厚，內(nèi)墻墻200mm厚，摸灰灰20mm）考慮到組組砌時在在洞口處處混砌部部分粘土土磚，按按照8:2混砌比例例計算砌砌體容重重：砌體容重重：8×0.8+19××0.2=10.2kN/m3外墻：0.3××10.2+0.02×20=3.46kN/m2內(nèi)墻：0.2××10.2+0.02×20=2.44kN/m2若某層墻體體凈高為為3m，則作用在在梁上的的線荷載載導(dǎo)算為為：外墻：3.46kN/m2×3=10.38kN/m內(nèi)墻：2.44kN/m2×3=7.32kN/m2組砌時，，混砌比比例可根根據(jù)墻體體實際情情況調(diào)整整。豎向荷載載集成分析水平平地震作作用下結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力力僅計算荷荷載總值值——即重力荷荷載代表表值分析豎向向荷載作作用下結(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力力根據(jù)荷載載傳遞路路徑求出出作用在在某榀框框架上的的力（集集中力或或分布荷荷載）風荷載基本風壓，，按全國基基本風壓分分布圖采用用，≥0.30kN/m2風壓高度變變化系數(shù)風荷載體型型系數(shù)風振系數(shù)作用在框架架上的風荷荷載Bi：框架柱受風風面寬度(m)；hj：框架本層層層高(m)；hj+1：框架上層層層高(m)；PWjhjhj+1水平地震作作用抗震設(shè)防目目標及實現(xiàn)現(xiàn)目標的途途經(jīng)水平地震作作用的計算算范圍和原原則水平地震作用用的計算方法法水平地震作用用的計算模型型水平地震作用用的主要參數(shù)數(shù)底部剪力法計計算水平地震震作用三水準要求水準涵義要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)計目標烈度受力狀態(tài)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)彈塑性層間彈塑性位移驗算采剛短期效應(yīng)組合。第一階段為彈彈性分析，包包括截面設(shè)計計和變形計算算；大部分建筑的的第二階段設(shè)設(shè)計主要由概概念設(shè)計和構(gòu)構(gòu)造措施來保保證。水平地震作用用的計算原則則計算范圍多層建筑，6度區(qū)，除甲類類建筑外，可可不計算水平地震作用用。高層建筑，6度區(qū)及以上均均需計算水平地震作用用。計算原則一般正交布置置抗側(cè)力構(gòu)件件的結(jié)構(gòu)，可可沿縱橫主軸軸方向分別計計算斜交布置抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件的結(jié)結(jié)構(gòu)，宜按平平行于抗側(cè)力力構(gòu)件方向計計算質(zhì)量和剛度明明顯不均勻、、不對稱的結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮慮水平地震作作用的扭轉(zhuǎn)影影響水平地震作用用的計算方法法結(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H>100m，8度I、II類場地和7度H>80m，8度III、IV類場地H>60m，9度彈塑性簡化方法（略）時程分析法（略）計算模型集中質(zhì)量模型型首層層高應(yīng)計算至基礎(chǔ)礎(chǔ)頂面基礎(chǔ)頂面位置置應(yīng)位于冰凍凍線深度及管管道埋深以下下。水平地震作用用的主要參數(shù)數(shù)地震動特性方方面抗震設(shè)防烈度度及設(shè)計地震分組組《建筑抗震設(shè)計計規(guī)范》（GB50010-2001）附錄A地質(zhì)勘探報告告場地類別場地特特征周周期結(jié)構(gòu)動力特特性方面建筑筑質(zhì)質(zhì)量量（（重重力力荷荷載載））結(jié)構(gòu)構(gòu)自自振振周周期期T1結(jié)構(gòu)構(gòu)阻阻尼尼比比ζ（材料料））場地地類類別別的的劃劃分分035155080場地地覆覆蓋蓋層層厚厚度度（（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ場地地土土類類型型500250140等效剪切波速速m/s場地地特特征征周周期期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重力力荷荷載載代代表表值值Gj重力力荷荷載載代代表表值值Gj永久久荷荷載載（（建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)配配件件自自重重））標標準準值值+可變變荷荷載載（（雪雪、、灰灰、、樓樓面面活活荷荷載載））組組合合值值j層永久荷載標準值組合值系數(shù)，一般取0.5可變荷載標準值總重重力力荷荷載載代代表表值值GE=ΣGj結(jié)構(gòu)構(gòu)自自振振周周期期T1能量量法法結(jié)構(gòu)構(gòu)自自振振周周期期T1的調(diào)調(diào)整整實際際結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)往往往往是是比比較較復(fù)復(fù)雜雜的的，，計計算算簡簡圖圖都都經(jīng)經(jīng)過過簡簡化化，，計計算算所所得得的的周周期期要要比比實實際際周周期期長長。。無論論采采用用哪哪種種計計算算模模型型，，上上述述誤誤差差都都是是存存在在的的。。因因此此，，周周期期計計算算值值必必須須進進行行折折減減。。周期期折折減減系系數(shù)數(shù)取取決決于于結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式和和砌砌體體填填充充墻墻的的多多少少。。當當非非承承重重墻墻體體為為填填充充磚磚墻墻時時，，框框架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可取取0.6~0.7；采采用用其其它它非非承承重重墻墻體體時時，，可可取取0.7~0.8，一一般般取取0.8。設(shè)計計反反應(yīng)應(yīng)譜譜水平平地地震震影影響響系系數(shù)數(shù)曲曲線線水平平地地震震影影響響系系數(shù)數(shù)水平平地地震震影影響響系系數(shù)數(shù)地震震影影響響系系數(shù)數(shù)應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)烈烈度度、、場場地地類類別別、、設(shè)設(shè)計計地地震震分分組組和和結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)自自振振周周期期以以及及阻阻尼尼比比確確定定。。烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40水平平地地震震影影響響系系數(shù)數(shù)最最大大值值正常常使使用用極極限限狀狀態(tài)態(tài)荷荷載載效效應(yīng)應(yīng)組組合合荷載載效效應(yīng)應(yīng)組組合合———標準準組組合合表達達式式與與承承載載力力極極限限狀狀態(tài)態(tài)相相同同荷載載分分項項系系數(shù)數(shù)取取1.0荷載載效效應(yīng)應(yīng)類類型型構(gòu)件件裂裂縫縫寬寬度度梁撓撓度度結(jié)構(gòu)水平側(cè)移移目的防止主要結(jié)構(gòu)構(gòu)開裂、損壞壞防止填充、裝裝修開裂、損損壞防止過大側(cè)移移，以引發(fā)人人的不適防止產(chǎn)生過大大的附加內(nèi)力力抗震變形驗算算多遇地震作用用下彈性變形驗算算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高≤1/550抗震變形驗算算薄弱層彈塑性變形驗驗算薄弱層部位的的確定——底層薄弱層彈塑性性變形計算——簡化方法彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高≤1/50彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數(shù)承載力極限狀狀態(tài)荷載效應(yīng)應(yīng)組合組合類別非抗震設(shè)計抗震設(shè)計重力荷載①

S=γGCGGk+γQCQQk

γG—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1.2γQ

—

一般1.4；Q≥4.0kN/m2時1.3重力荷載+風荷載②

S=γGCGGk+ψ(γQCQQk

+γWCWWk

)

ψ=0.85，γW=1.4重力荷載+地震作用③SE=γGCGGE+γEhCEhEhkGE=Gk+ψQQk，ψQ=0.5，γEh=1.3構(gòu)件截面承載載力驗算條件構(gòu)件控制截面面—各截面中，內(nèi)內(nèi)力最大的截截面—構(gòu)件特性控制截面的最最不利內(nèi)力組組合—荷載組合特性性截