畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)-框架結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

構(gòu)造要求截面設(shè)計(jì)變形驗(yàn)算內(nèi)力及位移計(jì)算荷載計(jì)算框架結(jié)構(gòu)分析流程計(jì)算模型結(jié)構(gòu)布置一、結(jié)構(gòu)布置原則結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)傳力路徑簡(jiǎn)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(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、均勻；避免過(guò)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(qiáng)度、質(zhì)量分布均勻、連續(xù)；避免立面不規(guī)則結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)??三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)具有??足夠的強(qiáng)度??足夠的剛度??足夠的延性（耗能能力）??體型簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則1、概念設(shè)計(jì)（方案設(shè)計(jì)）

??合理設(shè)置防震縫??合理設(shè)置防震縫現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）1房屋高度指室外地面至檐口獲屋面頂板的高度（不計(jì)局部突出）2框架-核心筒結(jié)構(gòu)指周邊稀柱框架與核心筒組成的結(jié)構(gòu)3部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)指首層或底部?jī)蓪涌蛑Э拐饓Y(jié)構(gòu)4超過(guò)表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究，采取必要的加強(qiáng)措施5平面和豎向均不規(guī)則或IV類場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)，適用最大高度應(yīng)適當(dāng)降低（20%）back二、結(jié)構(gòu)布置方案柱網(wǎng)尺寸3.柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍內(nèi)廊式柱網(wǎng)常為對(duì)稱三跨(A+B+A)：A—邊跨跨度(房間進(jìn)深)：常為6m、6.6m、6.9mB—中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m開(kāi)間方向，柱距為6~8.4m。常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院等。1）結(jié)構(gòu)豎向承重體系縱向框架承重、橫向框架承重、縱橫雙向框架承重柱網(wǎng)布置要簡(jiǎn)單規(guī)整貫通

1、.結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置2）結(jié)構(gòu)水平承重體系（樓屋面結(jié)構(gòu)布置）現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓屋面：肋梁樓蓋（單向板、雙向板）井式樓蓋（雙向板）梁板布置要傳力明確、簡(jiǎn)潔，美觀經(jīng)濟(jì)（1）（2）2、現(xiàn)澆板的厚度對(duì)板厚的要求滿足承載力和剛度要求滿足防火要求滿足預(yù)埋暗管的要求板厚h的取值（l為板跨）板厚與板跨的最小比值簡(jiǎn)支單向板：h=1/30l；簡(jiǎn)支雙向板：h=1/40l；連續(xù)單向板：h=1/40l；連續(xù)雙向板：h=1/50l；懸臂板：h=1/12l；最小板厚一般為80mm，預(yù)埋暗管時(shí)不小于100mm4.框架梁截面尺寸梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2（節(jié)點(diǎn)要求，聯(lián)結(jié)緊密）；

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）；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）考慮強(qiáng)度與剛度的需要，取值如下：框架梁高h(yuǎn)＝1/8~1/14l，l為梁跨；通常取1/10l；框架梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于300mm。構(gòu)造要求柱的截面高度不宜小于300mm小于300mm時(shí)，其承載力折減20%。在縱橫兩個(gè)方向上不宜相差過(guò)大。矩形柱邊長(zhǎng)比不宜超過(guò)1.5，一般采用方形柱。柱凈高與截面高度之比不宜小于4小于4，變形能力要求較高，因?yàn)槎讨鶆偠却笠准魤?，需設(shè)全長(zhǎng)加密箍筋。層高與柱截面高度之比不宜大于15經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，大于15不易滿足水平側(cè)移要求。5.柱截面尺寸柱的截面尺寸估算（按軸壓比）μc：允許軸壓比，三級(jí)0.9,二級(jí)0.8,一級(jí)0.7。豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設(shè)計(jì)值N。rG：分項(xiàng)系數(shù)，取為1.2；w：?jiǎn)挝幻娣e重量，取為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面積；n：柱設(shè)計(jì)截面以上樓層數(shù)；1：一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)角柱為1.3,其余為1.02：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。

柱軸壓比的限值框架柱的抗彎剛度EIc

混凝土的彈性模量：E

柱截面的慣性矩為：Ic6.次梁截面尺寸次梁的作用承托圍護(hù)墻、隔墻減小板的跨度洞口邊緣的封梁次梁截面尺寸梁高h(yuǎn)（l為梁跨）簡(jiǎn)支梁：h＝1/12~1/15l

；連續(xù)梁：h＝1/12~1/20l

井字梁：h＝1/15~1/20l

；懸挑梁：h＝1/5~1/7l

梁寬b梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于200mm。三、計(jì)算模型程序方法空間協(xié)同分析方法桿件有限元方法三維桿件—薄壁桿件空間分析方法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)。簡(jiǎn)化方法（近似計(jì)算）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(shí)際情況計(jì)算結(jié)果有一定精度，方便、適用四、荷載計(jì)算豎向荷載恒載Gk可變荷載(活載)Qk按負(fù)荷面積折減活載最不利布置水平荷載風(fēng)荷載Wk地震作用(偶然作用)EkWkGkQkQkEk豎向荷載集成分析水平地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力僅計(jì)算荷載總值——即重力荷載代表值分析豎向荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力根據(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）（二）風(fēng)荷載基本風(fēng)壓，按全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖采用，≥0.30kN/m2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Bi：框架柱受風(fēng)面寬度(m)；hj：框架本層層高(m)；hj+1：框架上層層高(m)；PWjhjhj+1（三）水平地震作用抗震設(shè)防目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的途經(jīng)水平地震作用的計(jì)算范圍和原則水平地震作用的計(jì)算方法水平地震作用的計(jì)算模型水平地震作用的主要參數(shù)底部剪力法計(jì)算水平地震作用三水準(zhǔn)要求兩階段設(shè)計(jì)第一階段為彈性分析，包括截面設(shè)計(jì)和變形計(jì)算；大部分建筑的第二階段設(shè)計(jì)主要由概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施來(lái)保證。水平地震作用的計(jì)算方法計(jì)算模型集中質(zhì)量模型首層層高應(yīng)計(jì)算至基礎(chǔ)頂面基礎(chǔ)頂面位置應(yīng)位于冰凍線深度及管道埋深以下。水平地震作用的主要參數(shù)地震動(dòng)特性方面抗震設(shè)防烈度及設(shè)計(jì)地震分組《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2001）附錄A

地質(zhì)勘探報(bào)告場(chǎng)地類別場(chǎng)地特征周期結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性方面建筑質(zhì)量（重力荷載）結(jié)構(gòu)自振周期T1結(jié)構(gòu)阻尼比ζ（材料）場(chǎng)地類別的劃分

035155080場(chǎng)地覆蓋層厚度（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ場(chǎng)地土類型500250140等效剪切波速速m/s場(chǎng)地特征周期Tg重力荷載代表值Gj重力荷載代表值Gj永久荷載（建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)配件自重）標(biāo)準(zhǔn)值+可變荷載（雪、灰、樓面活荷載）組合值j層永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合值系數(shù)，一般取0.5可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值總重力荷載代表值GE=ΣGj結(jié)構(gòu)自振周期T1能量法框架結(jié)構(gòu)及框支結(jié)構(gòu)查：剪力墻結(jié)構(gòu)查：框架結(jié)構(gòu)：n框架結(jié)構(gòu)層數(shù)水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈度、場(chǎng)地類別、設(shè)計(jì)地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。水平地震影響系數(shù)最大值back水平地震作用的計(jì)算振型分解反應(yīng)譜法底部剪力法時(shí)程分析法樓層水平地震剪力的分配扭轉(zhuǎn)問(wèn)題樓層最小地震剪力地基—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用底部剪力法計(jì)算方法底部剪力的計(jì)算地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkΔFn

頂部附加地震作用

突出屋面小建筑物適用條件backGeq——結(jié)構(gòu)等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算的一般規(guī)定驗(yàn)算范圍除6度建筑（IV類場(chǎng)地上的較高層除外）和規(guī)定可不進(jìn)行驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)外，均應(yīng)驗(yàn)算驗(yàn)算內(nèi)容截面抗震驗(yàn)算抗震變形驗(yàn)算多遇地震作用下的彈性變形驗(yàn)算——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞罕遇地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算——抗倒塌back（4）層間彈性位移驗(yàn)算：多遇地震作用下彈性變形驗(yàn)算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高≤1/550目的：防止倒塌或嚴(yán)重破壞薄弱層位置的確定：底層及屈服強(qiáng)度系數(shù)較小的樓層表達(dá)式彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數(shù)back彈塑性變形驗(yàn)算back彈塑性層間位移角限值五、框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形驗(yàn)算轉(zhuǎn)動(dòng)剛度:使桿端產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角需要施加的力矩，與構(gòu)件的截面慣性矩和遠(yuǎn)端的支承情況有關(guān)。分配系數(shù)：某桿端轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與該節(jié)點(diǎn)各桿轉(zhuǎn)動(dòng)剛度之和的比值傳遞系數(shù)：當(dāng)近端有轉(zhuǎn)角時(shí)，遠(yuǎn)端與近端彎矩的比值。和遠(yuǎn)端的支承情況有關(guān)1

豎向荷載作用內(nèi)力計(jì)算

（1）分層法

1.兩個(gè)假定：在豎向荷載作用下無(wú)側(cè)移框架進(jìn)行分析（2）某一層框架梁上荷載只對(duì)本層梁及相連的柱產(chǎn)生彎矩和剪力。

2.兩點(diǎn)修正：（1）

除底層以外其他各層柱的線剛度均乘以0.9的折減系數(shù)；（2）

除底層傳遞系數(shù)為1/2外，其他各層柱彎矩傳遞系數(shù)取為1/3。

3、內(nèi)力疊加在求得各開(kāi)口剛架內(nèi)力以后，可將相鄰兩個(gè)開(kāi)口框架中同層同柱號(hào)柱內(nèi)力疊加，作為原結(jié)構(gòu)柱的內(nèi)力。所得梁的內(nèi)力，即為原框架結(jié)構(gòu)中相應(yīng)層次的梁的內(nèi)力。豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算1.計(jì)算豎向荷載，并標(biāo)注在計(jì)算簡(jiǎn)圖上；2.活荷載滿布，梁跨中彎矩?cái)U(kuò)大1.1-1.2倍；3.活荷載、恒載分開(kāi)計(jì)算，只計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值。恒荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖變?yōu)槔龍D9所示因?yàn)榭蚣軐?duì)稱、荷載亦對(duì)稱，中跨中點(diǎn)無(wú)轉(zhuǎn)角，故僅需計(jì)算一半即可。計(jì)算中框架各桿件的相對(duì)線剛度比如例圖10所示。（2）彎矩二次分配法（也可采用此法）計(jì)算時(shí)，先對(duì)各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配，并向遠(yuǎn)端傳遞（傳遞系數(shù)為1/2），再將因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，整個(gè)彎矩分配和傳遞過(guò)程即告結(jié)束，此方法為彎矩二次分配法。

最后所得彎矩圖見(jiàn)例圖。進(jìn)而求得框架各梁、柱的剪力和軸力見(jiàn)例圖，柱軸力包括縱墻所傳軸力及自重。（2）活荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算（我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)活荷載按滿布荷載發(fā)算）受均布荷載框架梁，調(diào)幅后跨中彎矩滿足：豎向荷載作用下彎矩調(diào)幅現(xiàn)澆框架β=0.8～0.9裝配整體式框架β=0.7～0.8

?？紤]梁端彎矩調(diào)幅，并將梁端點(diǎn)彎矩?fù)Q算至梁端柱邊彎矩，以備內(nèi)力組合時(shí)用（見(jiàn)例圖）

（1）改進(jìn)后柱的抗側(cè)移剛度D

柱的抗側(cè)移剛度是柱上下端產(chǎn)生單位相對(duì)橫向位移時(shí)柱所承受的剪力，即對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中第j層第k柱

然后各柱按抗側(cè)剛度D之比分擔(dān)層間總剪力2、

水平荷載下內(nèi)力計(jì)算（D值法）

（2）修正后柱的反彎點(diǎn)高度（查表求）

（3）柱端及梁端彎矩

求得各柱所承受的剪力Vjk、反彎點(diǎn)高度以后，便可求得各柱的桿端彎矩

在求得柱端彎矩后，由節(jié)點(diǎn)彎矩平衡條件，即可求得梁端彎矩：

（4）梁內(nèi)剪力、柱內(nèi)軸向力以各個(gè)梁為脫離體，將梁的左右端彎矩之和除以該梁的跨長(zhǎng)，便得梁內(nèi)剪力。自上而下逐層疊加節(jié)點(diǎn)左右的梁端剪力，即可得到柱內(nèi)軸向力。

（3）風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算采用D值法：

②求反彎點(diǎn)高度

③風(fēng)荷載作用下的框架內(nèi)力計(jì)算過(guò)程求得各柱的反彎點(diǎn)高度和桿端剪力后即可求出各桿端彎矩。再根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡條件求得梁端彎矩并進(jìn)而求出各梁端剪力和各柱的軸力（見(jiàn)例圖）。

地震作用下的框架內(nèi)力計(jì)算過(guò)程back六、地震作用下的荷載效應(yīng)組合承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合框架柱截面內(nèi)力組合（1）控制截面每層柱的上下端。彎矩最大值在柱的兩端，剪力和軸力在同一層無(wú)變化或變化很小。（2）內(nèi)力組合（基本同單廠柱）框架柱通常對(duì)稱配筋，取三種情況：①|(zhì)M|max及相應(yīng)的N，V

②Nmax及相應(yīng)的M，V③Nmin及相應(yīng)的M，V承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算表達(dá)式：（一）無(wú)地震作用荷載效應(yīng)組合（二）有地震作用荷載效應(yīng)組合七、截面承載力驗(yàn)算抗震框架構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整梁柱彎剪強(qiáng)剪弱彎1.4,1.2,1.11.3,1.2,1.1底層柱下端1.5,1.25,1.15角柱1.101.35，1.2強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件節(jié)點(diǎn)剪力彎剪1.3,1.2,1.11.4,1.2,1.1強(qiáng)柱弱梁框架柱軸壓比限