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）荷載取值風荷載、雪荷載、樓面荷載和特殊荷載的標準值，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準值或設(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)。基礎(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，當高度不太高時，宜采用框架一一剪力墻結(jié)構(gòu)；當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?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?，在兩個主軸方向上，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?？拐鸬燃壱欢畲筝S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)生的剪力的標準值；yg一分項系數(shù)，取為1.25；PEv—由于地震作用、風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)生的彎矩標準值；yg一分項系數(shù)，取為1.25；PEb—由于地震作用和風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樓面荷載當按實際情況計算時取100%，當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一標準反彎點高度；（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?，由?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