毕业设计指导-框架结构

钢筋混凝土框架结构设计

构造要求截面设计变形验算内力及位移计算荷载计算框架结构分析流程计算模型结构布置一、结构布置原则结构受力结构传力路径简单、合理有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，减少扭转抗震子结构明确结构规则平面：简单、规则、对称、均匀；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）；质心于刚心宜接近，避免平面不规则结构，立面：沿高度之刚度、强度、质量分布均匀、连续；避免立面不规则结构。框架结构抗震设计目标••三水准设防目标具有••足够的强度••足够的刚度••足够的延性（耗能能力）••体型简单、对称、规则1、概念设计（方案设计）

••合理设置防震缝••合理设置防震缝现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）1房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）2框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构3部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构4超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施5平面和竖向均不规则或IV类场地的结构，适用最大高度应适当降低（20%）back二、结构布置方案柱网尺寸3.柱网尺寸的适宜范围内廊式柱网常为对称三跨(A+B+A)：A—边跨跨度(房间进深)：常为6m、6.6m、6.9mB—中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m开间方向，柱距为6~8.4m。常用于旅馆、办公楼、宿舍、教室、医院等。1）结构竖向承重体系纵向框架承重、横向框架承重、纵横双向框架承重柱网布置要简单规整贯通

1、.结构选型与结构布置2）结构水平承重体系（楼屋面结构布置）现浇钢筋混凝土楼屋面：肋梁楼盖（单向板、双向板）井式楼盖（双向板）梁板布置要传力明确、简洁，美观经济（1）（2）2、现浇板的厚度对板厚的要求满足承载力和刚度要求满足防火要求满足预埋暗管的要求板厚h的取值（l为板跨）板厚与板跨的最小比值简支单向板：h=1/30l；简支双向板：h=1/40l；连续单向板：h=1/40l；连续双向板：h=1/50l；悬臂板：h=1/12l；最小板厚一般为80mm，预埋暗管时不小于100mm4.框架梁截面尺寸梁宽不宜小于200mm，且不宜小于柱宽的1/2（节点要求，联结紧密）；

梁截面的高宽比小于4（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；梁净跨与截面高度之比宜大于4（避免形成深梁，以抗剪为主，脆性破坏）考虑强度与刚度的需要，取值如下：框架梁高h＝1/8~1/14l，l为梁跨；通常取1/10l；框架梁宽b=1/2~1/3h；一般不小于300mm。构造要求柱的截面高度不宜小于300mm小于300mm时，其承载力折减20%。在纵横两个方向上不宜相差过大。矩形柱边长比不宜超过1.5，一般采用方形柱。柱净高与截面高度之比不宜小于4小于4，变形能力要求较高，因为短柱刚度大易剪坏，需设全长加密箍筋。层高与柱截面高度之比不宜大于15经验数值，大于15不易满足水平侧移要求。5.柱截面尺寸柱的截面尺寸估算（按轴压比）μc：允许轴压比，三级0.9,二级0.8,一级0.7。竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值N。rG：分项系数，取为1.2；w：单位面积重量，取为12~14kN/m2；S：柱承载楼面面积；n：柱设计截面以上楼层数；1：一、二级抗震设计角柱为1.3,其余为1.02：由于水平力使轴力增大的系数，7度1.05，8度1.1，9度1.2。

柱轴压比的限值框架柱的抗弯刚度EIc

混凝土的弹性模量：E

柱截面的惯性矩为：Ic6.次梁截面尺寸次梁的作用承托围护墙、隔墙减小板的跨度洞口边缘的封梁次梁截面尺寸梁高h（l为梁跨）简支梁：h＝1/12~1/15l

；连续梁：h＝1/12~1/20l

井字梁：h＝1/15~1/20l

；悬挑梁：h＝1/5~1/7l

梁宽b梁宽b=1/2~1/3h；一般不小于200mm。三、计算模型程序方法空间协同分析方法杆件有限元方法三维杆件—薄壁杆件空间分析方法有限元或有限条方法应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构。简化方法（近似计算）平面结构协同分析广泛用于由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构。平面刚架模型近似假定能基本反映实际情况计算结果有一定精度，方便、适用四、荷载计算竖向荷载恒载Gk可变荷载(活载)Qk按负荷面积折减活载最不利布置水平荷载风荷载Wk地震作用(偶然作用)EkWkGkQkQkEk竖向荷载集成分析水平地震作用下结构内力仅计算荷载总值——即重力荷载代表值分析竖向荷载作用下结构内力根据荷载传递路径求出作用在某榀框架上的力（集中力或分布荷载）（二）风荷载基本风压，按全国基本风压分布图采用，≥0.30kN/m2风压高度变化系数风荷载体型系数风振系数作用在框架上的风荷载Bi：框架柱受风面宽度(m)；hj：框架本层层高(m)；hj+1：框架上层层高(m)；PWjhjhj+1（三）水平地震作用抗震设防目标及实现目标的途经水平地震作用的计算范围和原则水平地震作用的计算方法水平地震作用的计算模型水平地震作用的主要参数底部剪力法计算水平地震作用三水准要求两阶段设计第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。水平地震作用的计算方法计算模型集中质量模型首层层高应计算至基础顶面基础顶面位置应位于冰冻线深度及管道埋深以下。水平地震作用的主要参数地震动特性方面抗震设防烈度及设计地震分组《建筑抗震设计规范》（GB50010-2001）附录A

地质勘探报告场地类别场地特征周期结构动力特性方面建筑质量（重力荷载）结构自振周期T1结构阻尼比ζ（材料）场地类别的划分

035155080场地覆盖层厚度（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ场地土类型500250140等效剪切波速速m/s场地特征周期Tg重力荷载代表值Gj重力荷载代表值Gj永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值j层永久荷载标准值组合值系数，一般取0.5可变荷载标准值总重力荷载代表值GE=ΣGj结构自振周期T1能量法框架结构及框支结构查：剪力墙结构查：框架结构：n框架结构层数水平地震影响系数水平地震影响系数地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。水平地震影响系数最大值back水平地震作用的计算振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法楼层水平地震剪力的分配扭转问题楼层最小地震剪力地基—结构动力相互作用底部剪力法计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkΔFn

顶部附加地震作用

突出屋面小建筑物适用条件backGeq——结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85结构抗震验算的一般规定验算范围除6度建筑（IV类场地上的较高层除外）和规定可不进行验算的结构外，均应验算验算内容截面抗震验算抗震变形验算多遇地震作用下的弹性变形验算——非结构构件的破坏罕遇地震作用下的弹塑性变形验算——抗倒塌back（4）层间弹性位移验算：多遇地震作用下弹性变形验算弹性层间位移弹性层间位移角限值层高≤1/550目的：防止倒塌或严重破坏薄弱层位置的确定：底层及屈服强度系数较小的楼层表达式弹塑性层间位移弹塑性层间位移角限值层高薄弱层弹塑性变形验算弹性层间位移弹塑性层间位移增大系数back弹塑性变形验算back弹塑性层间位移角限值五、框架结构内力及变形验算转动刚度:使杆端产生单位转角需要施加的力矩，与构件的截面惯性矩和远端的支承情况有关。分配系数：某杆端转动刚度与该节点各杆转动刚度之和的比值传递系数：当近端有转角时，远端与近端弯矩的比值。和远端的支承情况有关1

竖向荷载作用内力计算

（1）分层法

1.两个假定：在竖向荷载作用下无侧移框架进行分析（2）某一层框架梁上荷载只对本层梁及相连的柱产生弯矩和剪力。

2.两点修正：（1）

除底层以外其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数；（2）

除底层传递系数为1/2外，其他各层柱弯矩传递系数取为1/3。

3、内力叠加在求得各开口刚架内力以后，可将相邻两个开口框架中同层同柱号柱内力叠加，作为原结构柱的内力。所得梁的内力，即为原框架结构中相应层次的梁的内力。竖向荷载下的内力计算1.计算竖向荷载，并标注在计算简图上；2.活荷载满布，梁跨中弯矩扩大1.1-1.2倍；3.活荷载、恒载分开计算，只计算标准值。恒荷载作用下的框架结构计算简图变为例图9所示因为框架对称、荷载亦对称，中跨中点无转角，故仅需计算一半即可。计算中框架各杆件的相对线刚度比如例图10所示。（2）弯矩二次分配法（也可采用此法）计算时，先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端传递（传递系数为1/2），再将因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，整个弯矩分配和传递过程即告结束，此方法为弯矩二次分配法。

最后所得弯矩图见例图。进而求得框架各梁、柱的剪力和轴力见例图，柱轴力包括纵墙所传轴力及自重。（2）活荷载作用下的内力计算（我们设计时活荷载按满布荷载发算）受均布荷载框架梁，调幅后跨中弯矩满足：竖向荷载作用下弯矩调幅现浇框架β=0.8～0.9装配整体式框架β=0.7～0.8

。考虑梁端弯矩调幅，并将梁端点弯矩换算至梁端柱边弯矩，以备内力组合时用（见例图）

（1）改进后柱的抗侧移刚度D

柱的抗侧移刚度是柱上下端产生单位相对横向位移时柱所承受的剪力，即对于框架结构中第j层第k柱

然后各柱按抗侧刚度D之比分担层间总剪力2、

水平荷载下内力计算（D值法）

（2）修正后柱的反弯点高度（查表求）

（3）柱端及梁端弯矩

求得各柱所承受的剪力Vjk、反弯点高度以后，便可求得各柱的杆端弯矩

在求得柱端弯矩后，由节点弯矩平衡条件，即可求得梁端弯矩：

（4）梁内剪力、柱内轴向力以各个梁为脱离体，将梁的左右端弯矩之和除以该梁的跨长，便得梁内剪力。自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，即可得到柱内轴向力。

（3）风荷载作用下的内力计算风荷载作用下的内力计算采用D值法：

②求反弯点高度

③风荷载作用下的框架内力计算过程求得各柱的反弯点高度和杆端剪力后即可求出各杆端弯矩。再根据节点平衡条件求得梁端弯矩并进而求出各梁端剪力和各柱的轴力（见例图）。

地震作用下的框架内力计算过程back六、地震作用下的荷载效应组合承载力极限状态荷载效应组合框架柱截面内力组合（1）控制截面每层柱的上下端。弯矩最大值在柱的两端，剪力和轴力在同一层无变化或变化很小。（2）内力组合（基本同单厂柱）框架柱通常对称配筋，取三种情况：①|M|max及相应的N，V

②Nmax及相应的M，V③Nmin及相应的M，V承载力极限状态验算表达式：（一）无地震作用荷载效应组合（二）有地震作用荷载效应组合七、截面承载力验算抗震框架构件内力调整梁柱弯剪强剪弱弯1.4,1.2,1.11.3,1.2,1.1底层柱下端1.5,1.25,1.15角柱1.101.35，1.2强节点弱构件节点剪力弯剪1.3,1.2,1.11.4,1.2,1.1强柱弱梁框架柱轴压比限