框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 （土木工程專業(yè)）二一一年三月第一部分 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提綱一、首先要編寫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提綱俗話說“綱舉目張”，實(shí)踐證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提綱是指導(dǎo)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)的綱領(lǐng)性文件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提綱是為開展結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)工作而編寫的因此，一切有關(guān)亊項(xiàng),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(jìn)去。內(nèi)容包括：（一）工程概況1. 建設(shè)單位和工程項(xiàng)目的名稱，或子項(xiàng)目工程的名稱2. 建設(shè)地點(diǎn)，該地區(qū)的地震烈度3. 結(jié)構(gòu)平面劃分區(qū)段，每個(gè)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。4. 相鄰建筑物的情況和影響關(guān)系，施工時(shí)深基坑的圍護(hù)措施和其它注意如項(xiàng)。（二）設(shè)計(jì)依據(jù)1本工程應(yīng)遵循的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的名稱和代號。

2、2 察報(bào)告3各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等級的確定抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)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(shí)的相應(yīng)等級。4. 特殊的設(shè)計(jì)要求如耐高溫、防滲漏、樓面機(jī)械派動(dòng)、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形限制等。（三）荷載取值1. 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(shí)說明其分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù)。2. 地震荷載的調(diào)整系數(shù)例如次長周期（T1=23秒）高層建筑的地震荷載調(diào)整系數(shù)可取 1.51.8（自振周期越長、系數(shù)越大）。（四）上部結(jié)構(gòu)1. 結(jié)構(gòu)選型、根據(jù)所設(shè)計(jì)建筑物的情況，選擇適合本建筑物的最佳形式。2. 溫度伸縮縫、沉降縫和

3、防震縫的設(shè)置和做法。3. 材料（框架結(jié)構(gòu)說明填充材料）。4. 主要計(jì)算參數(shù)5. 結(jié)構(gòu)計(jì)算原則、方法和手段；手算時(shí)應(yīng)說明其依據(jù)或出處；電算時(shí)應(yīng)說明軟件的編制單位名稱、代號和版本。6. 主要構(gòu)件的截面尺寸和控制配筋率。7. 主要構(gòu)造措施和施工要求。（五）地基基礎(chǔ)1地基處理方法,經(jīng)處理后采用地基土承載力設(shè)計(jì)值。采用樁基時(shí)單樁豎向承 載力標(biāo)準(zhǔn)值或設(shè)計(jì)值。2 沉降觀測的布置和要求,沉降計(jì)算方法。3 基礎(chǔ)選型。4 基礎(chǔ)材料。5 主要計(jì)算參數(shù)。6基礎(chǔ)計(jì)算原則方法和手段：手算時(shí)應(yīng)說明依據(jù)或出處；電算時(shí)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。8主要構(gòu)造措施和特殊施工要求

4、。（六）其它第二部分 結(jié)構(gòu)方案確定及結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)鋼筋混凝土多層及高層地筑結(jié)構(gòu)時(shí)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(jì)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(jì)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?yàn)榫幼〗ㄖ凶銐虻母魤θ鐢M建建筑物為廠房或?qū)嶒?yàn)室，則最好采用框架結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@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) 3高度不太高時(shí)，宜采

5、用框架剪力墻結(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(shí)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，（二）結(jié)構(gòu)布置高層框架結(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向都布置成框架，不得采用橫向?yàn)榭蚣?、縱向?yàn)殂q接排架的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)縱橫兩個(gè)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

6、個(gè)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(jì)算中必須考慮附加的偏心彎矩，而且節(jié)點(diǎn)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26水平拉結(jié)鋼筋與柱子可靠拉結(jié)。當(dāng)層高大于4m時(shí)，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?，?以外貼磚墻盡量不采用。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(diǎn)的后澆混凝土往往

7、不密實(shí)，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(shí)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(dá)指定強(qiáng)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(qiáng)樓板的整體剛度。高層框架梁柱的混凝土強(qiáng)度不宜低于C25級(25MPa)。柱的混凝土強(qiáng)度一般用C30級 以上。當(dāng)層數(shù)多、荷載大時(shí)，混凝土強(qiáng)度可用至C40級(40MPa)。節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度應(yīng)與柱的混凝土強(qiáng)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(diǎn)區(qū)的混凝土同時(shí)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(diǎn)區(qū)的混凝土與框架梁一并澆筑。

8、這種情況下如果梁的混凝土強(qiáng)度低于柱混凝土強(qiáng)度太多，節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度必然也會(huì)低于柱子混凝土強(qiáng)度太多，就會(huì)形成節(jié)點(diǎn)區(qū)的薄弱點(diǎn)，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(diǎn)區(qū)混凝土，有可能使節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度較低，梁、柱混凝土強(qiáng)度相差不 4應(yīng)大于5MPa。(三)框架柱的截面尺寸框架柱截面宜采用正方形或接近于正方形，在兩個(gè)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：(1) 截面高度hc不宜小于400mm；截面寬度bc不宜小于350mm；(2) 柱凈高Hc0與截面高度hc之比宜大于4，在有抗震設(shè)計(jì)要求時(shí)不得小于3；(3)柱承受的水平剪力Vc應(yīng)符合以

9、下要求：Vc0.25bchc0fc (無地震作用組合) (1) Vc0.2gREbchc0fc (有地震作用組合)（4）地震作用和重力荷載共同作用下產(chǎn)生的軸壓比mc=N/bchcfc應(yīng)滿足表1的要求。初估柱子的軸向力 Nc=gGwSNsb1b2 (2) 式中 gG分項(xiàng)系數(shù)，取為125；當(dāng)柱的凈高與截面長邊尺寸之比小于4時(shí)，軸壓比限值應(yīng)予減小005。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(jì)時(shí)，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(shí)，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(qiáng)度fc?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的重量約為1214kN/m，所以在初步設(shè)計(jì)中，估算柱子截面可按下列公式2

10、w一單位面積重量，取1214kN/m2；2 S一柱的承載樓面面積(m)；Ns截面以上樓層數(shù)；b1一級、二級抗震設(shè)計(jì)角柱為1.3，其余情況為1.0；b2由于水平力使軸力增大的系數(shù)：非抗震設(shè)計(jì)、6度及7度抗震設(shè)計(jì)：b2=1.05；8度抗震設(shè)計(jì)：b2=1.1；9度抗震設(shè)計(jì)b2=1.2。按式(1)決定柱截面是否滿足抗剪要求時(shí)，初步設(shè)計(jì)階段，其剪力可按下式估算Vc=gbv 式中 V一樓層剪力； Ac柱截面面積；AcV Ac(3)Ac樓層全部柱截面面積；g一分項(xiàng)系數(shù)，風(fēng)荷載取為1.4；地震作用取為1.3；bv柱剪力的增大系數(shù)，按表2取值。AchV (4) Ac2為估算柱子的偏心受壓承載能力，首先估算柱的彎

11、矩的大約數(shù)值 Mc=bMg式中 h層高；bM一柱彎矩增大系數(shù)，按表3取值。軸力Nc可按式(2)估算。然后計(jì)算偏心距e和混凝土受壓區(qū)高度x：e=Mc+0.5hc0-0.04mNcNca1fcbc1 x=要求偏心距e滿足下式條件： e式中 gREhc0 -2x+0.008fybchc0(hc0-0.04m) （5）gRE在抗震設(shè)計(jì)時(shí)取為08；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)gRE不考慮。bc,hc0柱截面寬度、有效高度；fc 一混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；fy鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)算時(shí)最后確定。按國內(nèi)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，框架柱底

12、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。(四)框架梁的截面尺寸(1)基本尺寸要求框架梁的最小截面尺寸為250mm400mm，一般情況下，梁高可取為跨度L的18112。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(shí)，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(diǎn)區(qū)可靠工作，梁寬宜不小于柱寬的一半。(2)抗剪要求梁的截面尺寸應(yīng)符合抗剪的要求，在估算梁的截面時(shí)，梁的剪力可按下式估算： Vb=gGVGkbEvbb （6） 式中 VGk梁由于直接的重力荷載產(chǎn)生的剪力的標(biāo)準(zhǔn)值；gG

13、分項(xiàng)系數(shù)，取為1.25；bEv由于地震作用、風(fēng)力作用使剪力增大的系數(shù)，bEv取1.5-2.5；bb梁的剪力調(diào)整系數(shù)，一級抗震時(shí)取為1.3；二級取為1.05；其余情 7況下取1.0。梁的剪力Vb應(yīng)滿足以下條件：無地震組合： Vb0.25bbhbfc有地震組合： Vb式中,gRE取為0.85。(3)抗彎要求梁的彎矩可近似按下式估算Mb=gGMGkbEb (8) 式中 MGk由直接靜力荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值； 1gRE(0.20bbhbfc) (7)gG分項(xiàng)系數(shù)，取為1.25；bEb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 As=0.7

14、5Mb (9) 0.7hc0fy無地震組合 As=Mb 0.7hc0fyAs0.025 bbhc0 要求 rs=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(jì)算：x=Asfybba1fc (10)要求受壓區(qū)高度x不超過0.25hb0(一級抗震設(shè)計(jì))和0.35hb0 (其他情況)，不滿足時(shí)宜加大截面尺寸，也可以提高混凝土強(qiáng)度等級。(五)、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(jì)方法還是比較粗略的，只用于方案階段和初步設(shè)計(jì)階段初估截面，以便進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、截面設(shè)計(jì)后，如果設(shè)計(jì)結(jié)果符合下列要求時(shí)，可以認(rèn)為設(shè)計(jì)是可行的：(1)位移不超過限值；(

15、2)梁抗剪符合要求，沒有超筋，受壓區(qū)高度滿足要求；(3)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(jì)是否合理也可以由它的綜合指標(biāo)自振周期和底部地震剪力反映出來。從國內(nèi)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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：T1=(0.080.12)Ns(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。二、框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算（一）橫向水平地震力計(jì)算。1. 重力荷載代表值的計(jì)算計(jì)算地震作用時(shí)，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 52. 框架在水平荷載作用下的計(jì)算在進(jìn)行內(nèi)力與位移計(jì)算時(shí),現(xiàn)澆樓板可作為框架梁的有效翼緣，每側(cè)翼緣的有效

16、寬度為板厚的6倍，然后按T形截面或L形截面計(jì)算梁的慣性矩。為簡化計(jì)算，也允許按下式計(jì)算梁的慣性矩：邊框架梁 I=1.5I0中框架梁 I=2.0I0式中，I為矩形部分的慣性矩。當(dāng)采用裝配式樓蓋時(shí)，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(shí)，不考慮翼緣的作用，慣性矩按矩形部分計(jì)算。 D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(shí)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(shí)，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(jìn)

17、行框架內(nèi)力計(jì)算的步驟如下：(1)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l。(2)求出柱的反彎點(diǎn)高度y，由幾及y可得柱端彎矩。(3)由節(jié)點(diǎn)平衡條件，節(jié)點(diǎn)上下柱端彎矩之和應(yīng)等于節(jié)點(diǎn)左右粱端彎矩之和，由此求得梁端彎矩。（4）將梁左右端彎矩之和除以梁跨，可得梁的剪力。（5）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(jì)算柱的抗推剛度D和如何求出柱的反彎點(diǎn)高度y。 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=Vd （11）式中 V施加在柱上的水平力；d柱子的水平位移。由結(jié)構(gòu)力學(xué)的位移法計(jì)算單柱(柱端有梁)剪力V與位

18、移d的關(guān)系，可得 D值的計(jì)算公式： D=acKc式中 h層高；Kc柱的線剛度；12 （12） 2hac與梁柱剛度比有關(guān)的系數(shù)，參見文獻(xiàn)12計(jì)算。當(dāng)同一層中有個(gè)別柱子的高度h與一般柱高不等時(shí)，特殊柱的抗推剛度D可按式（13）計(jì)算：D式中 =acKc12h2 （13）ac 按h計(jì)算的ac參數(shù)；EI Kc特殊柱的線剛度， Kc=cc h框架柱的反彎點(diǎn)高度框架柱的反彎點(diǎn)高度y按（14）式計(jì)算y=y0+y1+y2+y3 （14）式中 y0標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度；（參見文獻(xiàn)12）y1上、下層梁剛度不等時(shí)的修正值；（參見文獻(xiàn)12）（參見文獻(xiàn)12） y2,y3上、下層層高不等時(shí)的修正值；框架內(nèi)力的計(jì)算1 第i層第j柱

19、的柱剪力Vij按式（15）計(jì)算：Vij=ViDjDjj （15）式中 Vi由外荷載產(chǎn)生的第i層層剪力；Di第j柱的抗推剛度，按式（12）計(jì)算。2 柱端彎矩M1,M2按式（16）計(jì)算：M1=V(h-y)M2=Vy （16）式中 V柱的剪力；y反彎點(diǎn)高度，由式（14）計(jì)算：3 梁端彎矩按式（17）計(jì)算：Mb1=(Mc1+Mc2)Kb1Kb1+Kb2Kb2Kb1+Kb2 （17） Mb2=(Mc1+Mc2)式中 Mb1,Mb2左梁及右梁的梁端彎矩；Mc1,Mc2上柱及下柱的柱端彎矩；Kb1,Kb2 一左梁及右梁的線剛度。4梁剪力可由梁左端彎矩與右端彎矩之和除以梁跨求得。5柱軸力可從上到下逐層疊加左右

20、梁的剪力求得。水平位移的計(jì)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dM和由于柱軸向變形產(chǎn)生的位移dNd=dM+dN （18）Vi （19） DidM可由D值法求得?？蚣艿趇層的層間位移為 di=式中 Vi 一第i層層剪力；Di第i層所有柱子D值之和：Di=框架的頂點(diǎn)位移為 dMD =d jniji若框架頂點(diǎn)作用有水平力P，邊柱軸力為土N，產(chǎn)生水平位移dN，這時(shí)外力作功為i=11PdN，它變?yōu)檫呏淖冃文埽蓛?nèi)外功相等的條件可得 211N(x)PdN=2N(x)22Ac(x)Ec(x)P2x21=2f(x)dxAc1Ec10BH式中，f（x）是表示頂層柱與底層柱剛度比的

21、函數(shù)，Ac1Ec1為底層柱的剛度。三、框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的計(jì)算在豎向荷載作用下的框架內(nèi)力，作為簡化計(jì)算方法可用分層法。此時(shí)，每層框架梁連同上下層框架柱作為基本計(jì)算單元，柱的遠(yuǎn)端按固定端考慮。豎向荷載產(chǎn)生的梁固端彎矩只在本單元內(nèi)進(jìn)行彎矩分配，單元之間不傳遞。分配完畢后梁的端彎矩可直接采用，柱的彎矩取相鄰兩個(gè)單元中同一柱對應(yīng)彎矩之和。 梁端負(fù)彎矩求得后，可以考慮梁端由于塑性變形而產(chǎn)生的內(nèi)力重分布，將梁端彎矩以降低，同時(shí)相應(yīng)加大梁的跨中彎矩。調(diào)幅系數(shù)b對現(xiàn)澆框架取0.8-0.9；對裝配式框架取0.70.8。將調(diào)幅后的梁端彎矩疊加簡支梁彎矩即可得到梁的跨中彎矩M3。為使梁跨中鋼筋不至于過少，保證梁跨中截面有足夠的安全度，M3至少取簡支梁彎矩的50。只有豎向荷載作用下的梁端彎矩可以調(diào)幅，水平荷載作用下的梁端彎矩是不允許調(diào)幅的，因此，必須將豎向荷載作用下產(chǎn)生的梁端彎矩先行調(diào)幅，然后再與水平地震作用或風(fēng)力產(chǎn)生的彎矩疊加。如果先將它們組合在一起以后再乘上調(diào)幅系數(shù)b，則變成水平地震作用和風(fēng)荷載產(chǎn)生彎矩予以折減，這是不正確的。由于只進(jìn)行了梁端彎矩調(diào)幅，柱端彎矩未變動(dòng)，所以節(jié)點(diǎn)彎矩之和不再為零。因此，節(jié)點(diǎn)的平衡校核必須在調(diào)幅之前進(jìn)行；調(diào)幅后，節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力不再保持平衡。一般情況下，高