框架結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)書（土木工程專業(yè)）二。一四年三月第一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計提綱一、首先要編寫結(jié)構(gòu)設(shè)計提綱俗話說“綱舉目張”，實踐證明結(jié)構(gòu)設(shè)計提綱是指導(dǎo)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計的綱領(lǐng)性文件。結(jié)構(gòu)設(shè)計提綱是為開展結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計工作而編寫的.因此，一切有關(guān)事項,相關(guān)數(shù)據(jù)，甚至重大問題的決策過程都應(yīng)該編寫進去。內(nèi)容包括：（一）工程概況建設(shè)單位和工程項目的名稱，或子項目工程的名稱.建設(shè)地點，該地區(qū)的地震烈度.結(jié)構(gòu)平面劃分區(qū)段，每個區(qū)段的結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)，主要使用功能、主要生產(chǎn)設(shè)備。相鄰建筑物的情況和影響關(guān)系，施工時深基坑的圍護措施和其它注意如項。（二）設(shè)計依據(jù)1.本工程應(yīng)遵循的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的名稱和代號。察報告各種結(jié)構(gòu)設(shè)計等級的確定抗震設(shè)防烈度、設(shè)計近震和遠(yuǎn)震、建筑物抗震重要性的分類、現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級；混凝土結(jié)構(gòu)的安全等級；防火的建筑物分類和耐火等級；應(yīng)用其它規(guī)范時的相應(yīng)等級。特殊的設(shè)計要求.如耐高溫、防滲漏、樓面機械派動、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形限制等。（三）荷載取值風(fēng)荷載、雪荷載、樓面荷載和特殊荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，必要時說明其分項系數(shù)和組合系數(shù)。地震荷載的調(diào)整系數(shù).例如次長周期（T]=2?3秒）高層建筑的地震荷載調(diào)整系數(shù)可取1.5?1.8（自振周期越長、系數(shù)越大）。（四）上部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型、根據(jù)所設(shè)計建筑物的情況，選擇適合本建筑物的最佳形式。溫度伸縮縫、沉降縫和防震縫的設(shè)置和做法。材料（框架結(jié)構(gòu)說明填充材料）。主要計算參數(shù)結(jié)構(gòu)計算原則、方法和手段；手算時應(yīng)說明其依據(jù)或出處；電算時應(yīng)說明軟件的編制單位名稱、代號和版本。主要構(gòu)件的截面尺寸和控制配筋率。主要構(gòu)造措施和施工要求。（五）地基基礎(chǔ)地基處理方法,經(jīng)處理后采用地基土承載力設(shè)計值。采用樁基時單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計值。沉降觀測的布置和要求，沉降計算方法?；A(chǔ)選型?；A(chǔ)材料。主要計算參數(shù)?；A(chǔ)計算原則方法和手段：手算時應(yīng)說明依據(jù)或出處；電算時應(yīng)說明軟件的編制單位名稱、代號和版本。7.主要構(gòu)件（或部件）的截面尺寸和控制配筋率。主要構(gòu)造措施和特殊施工要求。（六）其它第二部分結(jié)構(gòu)方案確定及結(jié)構(gòu)計算一、結(jié)構(gòu)體系的選擇和結(jié)構(gòu)布置（一）結(jié)構(gòu)體系的選擇在設(shè)計鋼筋混凝土多層及高層地筑結(jié)構(gòu)時.可供選擇的結(jié)構(gòu)體系有;框架結(jié)構(gòu)；框架——剪力墻結(jié)構(gòu)；剪力墻結(jié)構(gòu)；框支剪力墻結(jié)構(gòu)；筒體結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等.目前，我國采用較多的是前5種.設(shè)計中究竟采用哪種結(jié)構(gòu)體系，要經(jīng)過方案比較確定，這主要要看擬建筑物的高度、用途和施工條件和經(jīng)濟比較等.如果擬建建筑物為宿舍，高度又比較高，那么自然要選擇剪力墻結(jié)構(gòu)。因為居住建筑要有足夠的隔墻.如擬建建筑物為廠房或?qū)嶒炇?，則最好采用框架結(jié)構(gòu)，因為這類建筑要求開間大，多變，布置靈活，豎向構(gòu)件越少越好.再如擬建建筑為高層辦公樓或公寓，當(dāng)高度不太高時，宜采用框架一一剪力墻結(jié)構(gòu)；當(dāng)高度較高宜采用外框架內(nèi)核芯筒結(jié)構(gòu)；再高時最好采用筒中筒結(jié)構(gòu)，即采用外框架筒和內(nèi)核芯筒結(jié)構(gòu).此類結(jié)構(gòu)外框架筒可以開窗以滿足采光要求，在內(nèi)筒中布置樓電梯井,管道豎井及生活間等.而在豎井周圍布置大面積房間作為公用房，隔墻可采用輕質(zhì)的或采用半隔斷的，這樣布設(shè)靈活、自由，結(jié)構(gòu)布置高層框架結(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個方向都布置成框架，不得采用橫向為框架、縱向為鉸接排架的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)縱橫兩個方向都承受很大的水平力，都必須做成多次超靜定的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。若縱向做成鉸接排架結(jié)構(gòu)是不適宜的。因此，高層框架柱宜采用方形截面或近似于方形截面，截面高度與寬度之比不宜大于1.5。高層框架梁、柱軸線宜在一個平面內(nèi)，盡量避免梁位于柱的一側(cè)。反之，如果梁偏置，則內(nèi)力計算中必須考慮附加的偏心彎矩，而且節(jié)點構(gòu)造也要考慮偏心的不利影響?？蚣艿奶畛鋲σ朔旁诳蚣芷矫鎯?nèi)，砌體墻每隔500-600mm應(yīng)用2^6水平拉結(jié)鋼筋與柱子可靠拉結(jié)。當(dāng)層高大于4m時，在半層高處宜加設(shè)一道水平鋼筋帶。如果建筑上必須將填充墻外貼在柱子上，則每層宜設(shè)一道圈梁，并沿柱子全高都要與填充墻用水平拉結(jié)鋼筋可靠拉結(jié)。唐山地震中，北京百貨大樓頂層角部外貼磚墻倒坍就是構(gòu)造不當(dāng)?shù)牡湫屠樱酝赓N磚墻盡量不采用。在全裝配框架中，柱接頭比較難處理，特別是層數(shù)多、荷載大的情況下，柱的主筋直徑大、根數(shù)多，焊接工作量大，操作困難；節(jié)點的后澆混凝土往往不密實，出現(xiàn)孔洞、間隙。所以，裝配式框架宜優(yōu)先采用預(yù)制梁板現(xiàn)澆柱的方案，柱用工具式模板現(xiàn)場澆灌，施工時預(yù)制梁可以直接支承在柱內(nèi)或支承在工具式鋼模板上，到達指定強度后拆除柱的模板。預(yù)制梁宜采用疊合梁，使樓板錨固在粱的疊合部分中，以加強樓板的整體剛度。高層框架梁柱的混凝土強度不宜低于C25級(25MPa)。柱的混凝土強度一般用C30級以上。當(dāng)層數(shù)多、荷載大時，混凝土強度可用至C40級(40MPa)。節(jié)點區(qū)的混凝土強度應(yīng)與柱的混凝土強度一致。因此，最好柱的施工縫留在梁上皮標(biāo)高上，柱與節(jié)點區(qū)的混凝土同時澆筑。但目前許多工程的施工方法常常是將柱的施工縫留在梁下皮標(biāo)高上，節(jié)點區(qū)的混凝土與框架梁一并澆筑。這種情況下如果梁的混凝土強度低于柱混凝土強度太多，節(jié)點區(qū)的混凝土強度必然也會低于柱子混凝土強度太多，就會形成節(jié)點區(qū)的薄弱點，對抗震非常不利。所以，如果沒有采用專門措施來澆筑節(jié)點區(qū)混凝土，有可能使節(jié)點區(qū)的混凝土強度較低，梁、柱混凝土強度相差不應(yīng)大于5MPa?？蚣苤慕孛娉叽缈蚣苤孛嬉瞬捎谜叫位蚪咏谡叫危趦蓚€主軸方向上，剛度不宜相差太大，矩形柱的邊長比不宜超過1:1.5。柱截面尺寸應(yīng)考慮以下要求：截面高度h不宜小于400mm；截面寬度b不宜小于350mm；柱凈高H0與截面高度氣之比宜大于4,在有抗震設(shè)計要求時不得小于3；柱承受的水平剪力V應(yīng)符合以下要求：CTOC\o"1-5"\h\z匕<0.25b"0f (無地震作用組合) ⑴V<0.2bhf (有地震作用組合)cycc0c地震作用和重力荷載共同作用下產(chǎn)生的軸壓比R=N/bhf應(yīng)滿足表\o"CurrentDocument"C CCC1的要求。抗震等級一二三最大軸壓比0.70.80.9TOC\o"1-5"\h\z初估柱子的軸向力 N廣邛pSNsP1P2 (2)式中yG一分項系數(shù)，取為1.25；當(dāng)柱的凈高與截面長邊尺寸之比小于4時，軸壓比限值應(yīng)予減小0.05。0類場地土的較高建筑物也應(yīng)從嚴(yán)控制。不作抗震設(shè)計時，柱的軸壓比可以放寬至不超過1.0。當(dāng)軸壓比不能滿足要求時，首先應(yīng)考慮加大柱的截面面積Ac，其次可以提高混凝土的強度f?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的重量約為12-14kN/m2，所以在初步設(shè)計中，估算柱子截面可按下列公式?一單位面積重量，取12—14kN/m2；S一柱的承載樓面面積(m2)；N—截面以上樓層數(shù)；P1—一級、二級抗震設(shè)計角柱為1.3,其余情況為1.0；p2—由于水平力使軸力增大的系數(shù):非抗震設(shè)計、6度及7度抗震設(shè)計:P2=1.05?8度抗震設(shè)計：P2=1.1；9度抗震設(shè)計P2=1.2。按式(1)決定柱截面是否滿足抗剪要求時，初步設(shè)計階段，其剪力可按下式估AV=y&▽V (3)cv^Ac式中V一樓層剪力；A一柱截面面積；￡ac一樓層全部柱截面面積；Y一分項系數(shù)，風(fēng)荷載取為1.4；地震作用取為1.3；Pv一柱剪力的增大系數(shù)，按表2取值。為估算柱子的偏心受壓承載能力，首先估算柱的彎矩的大約數(shù)值M=Py瑚LvX如 (4)cm'￡A2式中h一層高；P一柱彎矩增大系數(shù)，按表3取值。MP的數(shù)值表2抗震等級底層以上各層一級1.951.80二級、角柱1.551.45二級、一般柱1.451.20三、四級、非抗震1.001.00P的數(shù)值表3 M 抗震等級底層 以上各層一級1.50 1.35二級1.50 1.10三、四級、非抗震1.00 1.00軸力Nc可按式(2)估算。然后計算偏心距e和混凝土受壓區(qū)高度x：e-^-c+0.5h-0.04mN c。cNX— c—要求偏心距e滿足下式條件：(5)e<^-h-2x+0.008fbh(h-0.04m)](5)yc0 ycc0c0RE式中 yre一在抗震設(shè)計時取為0.8；非抗震設(shè)計時yre不考慮。氣,氣0一柱截面寬度、有效高度；fcL混凝土軸心受壓強度設(shè)計值；fy一鋼筋強度設(shè)計值。柱截面尺寸滿足軸壓比要求(表1)、抗剪要求(式(1))、偏心受壓要求(式(5))后，大體上認(rèn)為合適，待正式計算時最后確定。按國內(nèi)工程實踐經(jīng)驗，框架柱底層總截面面積與樓面面積之比大約在1.5%-3%范圍內(nèi)較合適?？蚣芰旱慕孛娉叽缁境叽缫罂蚣芰旱淖钚〗孛娉叽鐬?50mmX400mm,一般情況下，梁高可取為跨度L的1/8?1/12。梁的截面高度不宜大于寬度的4倍。由于要求框架梁柱的軸線盡量處于同一平面內(nèi)，最大偏心e不應(yīng)大于柱截面邊長的L/4,所以當(dāng)粱邊與柱邊相齊時，梁寬至少為柱寬的一半。此外，為保證梁有足夠的剛度與柱連為整體，使節(jié)點區(qū)可靠工作，梁寬宜不小于柱寬的一半?？辜粢罅旱慕孛娉叽鐟?yīng)符合抗剪的要求，在估算梁的截面時，梁的剪力可按下式估算：式中 VGk一梁由于直接的重力荷載產(chǎn)生的剪力的標(biāo)準(zhǔn)值；yg一分項系數(shù)，取為1.25；PEv—由于地震作用、風(fēng)力作用使剪力增大的系數(shù)，PEv取1.5-2.5；Pb—梁的剪力調(diào)整系數(shù)，一級抗震時取為1.3；二級取為'1.05；其余情況下取1.0。梁的剪力V應(yīng)滿足以下條件：b無地震組合：匕<0.25b/bf有地震組合：V<—(0.20bhf) (7)by bbcRE式中,y取為0.85。RE(3)抗彎要求梁的彎矩可近似按下式估算Mb=y(Mk^Eb (8)式中 MGk一由直接靜力荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值；yg一分項系數(shù)，取為1.25；PEb—由于地震作用和風(fēng)力作用使梁端彎矩增大的系數(shù)，可取為1.5—3.0；由此可近似估算其配筋是否超筋：有地震組合 A=:V項s 0.7hfc0y無地震組合 A=%s 0.7hfc0yA 要求 p=———<0.025sbh0如不能滿足最大配筋率的限制，宜加大截面高度。受壓區(qū)混凝土高度X可按下式計算：X= (10)bb或1fc要求受壓區(qū)高度X不超過0.25h00(一級抗震設(shè)計)和0.35h00(其他情況)，不滿足時宜加大截面尺寸，也可以提高混凝土強度等級。、適宜周期和適宜地震作用力當(dāng)然，上述梁、柱截面尺寸的估計方法還是比較粗略的，只用于方案階段和初步設(shè)計階段初估截面，以便進行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計算。進行結(jié)構(gòu)分析、截面設(shè)計后，如果設(shè)計結(jié)果符合下列要求時，可以認(rèn)為設(shè)計是可行的：位移不超過限值；梁抗剪符合要求，沒有超筋，受壓區(qū)高度滿足要求；柱抗剪滿足要求，沒有超筋，軸壓比符合要求。另一方面，框架設(shè)計是否合理也可以由它的綜合指標(biāo)一一自振周期和底部地震剪力反映出來。從國內(nèi)的設(shè)計經(jīng)驗來看，框架的基本自振周期在下列范圍內(nèi)認(rèn)為是較合理的：T=(0.08?0.12)N(s)式中，Ns為框架的層數(shù)。相應(yīng)地，底部剪力系數(shù)a在表4范圍內(nèi)較為合適。a的適宜范圍 表4烈度場地、789I0.01?0.020.0.02?0.040.06?0.08II015?0.030.03?0.050.08?0.10m0.02?0.040.04?0.080.10?0.15W0.03?0.050.06?0.120.15?0.20二、框架結(jié)構(gòu)的計算(一)橫向水平地震力計算。重力荷載代表值的計算計算地震作用時，建筑物的重力荷載代表值，可按表5取用。重力荷載代表值取值 表5項次荷載類別荷載代表值取值1橫載(自重等)100%2雪荷載50%3層面、積灰荷栽50%4屋面活荷載不考慮5樓面荷載當(dāng)按實際情況計算時取100%，當(dāng)按等效樓面均布活荷載計算時：對藏書庫，檔案庫取80%。6吊車荷載對軟鉤吊車取橋架自重100%框架在水平荷載作用下的計算在進行內(nèi)力與位移計算時，現(xiàn)澆樓板可作為框架梁的有效翼緣，每側(cè)翼緣的有效寬度為板厚的6倍，然后按T形截面或L形截面計算梁的慣性矩。為簡化計算，也允許按下式計算梁的慣性矩：邊框架梁 I=1.5/0中框架梁 I=2.010式中，I為矩形部分的慣性矩。當(dāng)采用裝配式樓蓋時，視裝配式樓蓋與梁連接的整體性，取等于或小于上述數(shù)值；當(dāng)板與梁無可靠連接時，不考慮翼緣的作用，慣性矩按矩形部分計算。①D值法的基本原理D值指框架柱的抗推剛度，即柱子產(chǎn)生單位位移所需施加的水平力。柱子的D值越大，產(chǎn)生單位位移時要施加的水平力就越大。所以在同一樓層中，各柱水平位移相等時，樓層水平力就按各柱的D值分配到各柱上，從而直接求得各柱的剪力。柱剪力求得后，框架全部內(nèi)力便可由平衡條件逐一求出。用D值法進行框架內(nèi)力計算的步驟如下：將外荷載產(chǎn)生的樓層剪力巧按備柱的D值比例分配，得柱剪力1。求出柱的反彎點高度y，由幾及y可得柱端彎矩。由節(jié)點平衡條件，節(jié)點上下柱端彎矩之和應(yīng)等于節(jié)點左右粱端彎矩之和，由此求得梁端彎矩。將梁左右端彎矩之和除以梁跨，可得梁的剪力。從上到下，逐層疊加左右梁的剪力，得柱的軸力。

至此，框架全部內(nèi)力即可求得。這里的關(guān)鍵問題是如何計算柱的抗推剛度D和如何求出柱的反彎點高度柱子的抗推剛度抗推剛度D是使柱子產(chǎn)生單位水平位移所施加的水平力，即D=V （11）5式中V—施加在柱上的水平力；5一柱子的水平位移。由結(jié)構(gòu)力學(xué)的位移法計算單柱（柱端有梁）剪力V與位移5的關(guān)系，可得12D值的計算公式： D=a（K— （12）式中h一層高；K一柱的線剛度；a：一與梁柱剛度比有關(guān)的系數(shù)，參見文獻12計算。當(dāng)同一層中有個別柱子的高度h'與一般柱高不等時，特殊柱的抗推剛度D'=a'K'

式中aD'=a'K'

式中a；—按h'計算的a：參數(shù);（13）E'IK：—特殊柱的線剛度，K：=p框架柱的反彎點高度框架柱的反彎點高度y按（14）式計算(14)式中 yo一標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度；（參見文獻12）.一上、下層梁剛度不等時的修正值；（參見文獻12）y2,七一上、下層層高不等時的修正值；（參見文獻12）框架內(nèi)力的計算1.第i層第j柱的柱剪力V）.按式（15）計算：(15)v=y^D^-

iji(15)jj式中匕一由外荷載產(chǎn)生的第i層層剪力；D-第j柱的抗推剛度，按式（12）計算。2.柱端彎矩MyM2按式（16）計算：(16)M=V(h-(16)M2=Vxy式中 y—柱的剪力；y—反彎點高度，由式（14）計算：梁端彎矩按式（17）計算：M=（M+M）—&—

b1 C1 c2K+KTOC\o"1-5"\h\zbbKb2 （17）M22=（M1+M2） 一b1 b2式中 心禺,M22—左梁及右梁的梁端彎矩；M,M—上柱及下柱的柱端彎矩；c1c2K2],K22一左梁及右梁的線剛度。梁剪力可由梁左端彎矩與右端彎矩之和除以梁跨求得。柱軸力可從上到下逐層疊加左右梁的剪力求得。水平位移的計算高層框架的水平位移，可分為兩部分：由于框架梁柱彎曲變形產(chǎn)生的位移8M和由于柱軸向變形產(chǎn)生的位移8N8=8m+8n （18）8M可由D值法求得?？蚣艿趇層的層間位移為V8=—i- （19）iDi式中匕一第i層層剪力；D,—第i層所有柱子D值之和：D=ZDTOC\o"1-5"\h\zi ij框架的頂點位移為5 =汶5框架的頂點位移為M i若框架頂點作用有水平力P,'邊柱軸力為土N,產(chǎn)生水平位移8n，這時外1c力作功為5P8N，它變?yōu)檫呏淖冃文埽蓛?nèi)外功相等的條件可得-P8=2x-JN(x)—N^X)__dx2n2A(x)E(x)f(x)dxTOC\o"1-5"\h\z=JP2x2 1f(x)dxB2AE0 clcl式