钢筋混凝土框架结构设计讲义

钢筋混凝土框架结构设计

主要设计规范建筑结构荷载规范(GB50009-2001)砌体结构设计规范(GB50003-2001)砼结构设计规范(GB50010-2002)建筑抗震设计规范(GB50011-2001)高层建筑砼结构技术规程(JGJ3-2002)建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)结构设计的前期工作了解建筑布置和功能要求 建筑物设计基准期、建筑物重要性建筑层数、总高、各层层高、柱网尺寸各房间主要功能围护墙材料了解建筑构造做法（楼、屋面及墙面）收集结构设计的基本条件了解其他相关专业对结构的要求建筑构造做法——楼面、屋面楼面做法一般楼面做法(铺地砖)——用于普通房间办公、住宅等高级楼面做法(铺石材)——用于高级装修走廊、门厅、电梯厅、楼梯间等防水楼面做法(有防水层)卫生间、浴室等简易楼面做法(水泥砂浆面层)储藏室、电梯机房、出屋面楼梯间等屋面做法上人屋面非上人屋面建筑构造做法——墙面外墙刷涂料外墙贴石材外墙铝塑板(铝板)外墙玻璃幕外墙内墙刷涂料内墙贴瓷砖内墙结构设计的基本条件地质资料地基持力层范围内主要土层情况地基持力层及其承载力特征值气象资料基本风压最大冰冻深度抗震资料抗震设防分类场地类别、场地特征周期Tg抗震设防烈度、设计地震分组其他相关专业对结构的要求给排水专业上下水管线进出户的标高高位水箱的设置暖通专业暖管线进出户的标高集中空调与吊顶及梁高的关系防排烟及加压送风井的设置电气专业电缆沟及电缆桥架管道集中竖井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结构布置原则结构体系双向抗侧力体系

框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。刚接体系除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度和整体性；抗震设计时不宜采用单跨框架。纯框架体系

抗震设计的框架结构，不应采用部分由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重结构，不应采用砌体墙承重。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。结构布置柱网尺寸框架结构的柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数；框架结构的柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求、施工条件及材料设备等各方面因素来确定。房屋长度较大时，需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂。因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。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。等跨式柱网进深常为6m、7.5m、9m、12m，从经济考虑不宜超过9m。开间方向的柱距常为6~9m。适用于厂房、仓库等。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。柱截面尺寸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时不易满足水平侧移要求。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。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。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100mm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竖向荷坐载恒载导据算按照形建筑唉专业期给定阴的做辨法计照算一般楼动面做法(铺地砖)高级楼元面做法(铺石材)防水际楼面停做法(有防水搭层)简易执楼面建做法(水泥协砂浆币面层)上人钥屋面非上喜人屋帖面墙体荷烛载（抹灰赞、石材宣、涂料伤）永久设偏备荷载活载：娇按照《荷载紫规范》的规定色取值一般楼兽面做法(铺地砍砖)以下污各种属楼（见屋）捡面做头法及兼墙体步做法阀均为蒸华北拣地区宰某工另程实卸际做森法，腹其它翠地区晓参照哗当地粪实际所做法鞋。楼面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)铺地砖面层10200.21:4水泥砂浆结合层20200.41:3水泥砂浆找平层20200.4钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载标准值4.34高级扣楼面碍做法(铺石材)楼面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)石材面层20280.561:4水泥砂浆结合层30200.61:3水泥砂浆找平层20200.4钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载标准值4.90防水缘瑞楼面让做法(有防沙水层)楼面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)防滑地砖面层10200.21:4水泥砂浆结合层30200.6C20细石砼找坡60251.5聚胺脂防水涂层2120.021:3水泥砂浆找平层20200.4钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载标准值6.06简易骗楼面落做法(水泥砂熟浆面层)楼面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)1:1.5水泥砂浆面层20200.41:2.5水泥砂浆底层10200.2钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34楼面恒载标准值4.0上人屋该面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)地砖10200.21:4水泥砂浆结合层25200.5高分子防水卷材4120.051:3水泥砂浆找平层20200.4聚苯保温板10040.41:3水泥砂浆找平层20200.41:6水泥焦渣找坡80151.2钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒载标准值6.50非上人胁屋面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)SBS改性沥青防水卷材4120.051:3水泥砂浆找平层20200.4聚苯保温板10040.41:3水泥砂浆找平层20200.41:6水泥焦渣找坡80151.2钢筋混凝土楼板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒载标准值5.80墙体荷漆载墙体荷懂载一般萌先导算规为平米脱容重，急再根据责各层层世高导算貌为作用码在梁上孤的线荷诱载。以加气默砼砌块刺墙双面混摸灰为病例：（外个墙300四mm厚，律内墙200甩mm厚，摸肚灰20m恳m）考虑到钻组砌时踩在洞口绸处混砌精部分粘畜土砖，曲按照8:怪2混砌比板例计算质砌体容受重：砌体沈容重恐：8×0足.8球+19惨×0.缸2=1鼠0.2凭kN/屠m3外墙忠：0.堪3×物10锦.2国+江0.夸02略×2渐0=庙3.集46伞kN编/m2内墙：0.吐2×检10瓣.2尊+蜂0.葡02柜×2墙0=袜2.粮44骗kN箭/m2若某层砍墙体携净高贡为3m，则作穷用在泊梁上林的线壮荷载造导算震为：外墙：3.4未6kN挤/m2×3右=1姥0.手38kN/摇m内墙博：2.乎44挽kN逆/m2×3=却7.3聋2垫kN士/m2组砌究时，瓣混砌搭比例乔可根课据墙穴体实问际情拼况调诊整。竖向忠荷载探集成分析糕水平写地震好作用严下结惰构内笼力仅计算应荷载总肿值——即重酿力荷疗载代亮表值分析竖衰向荷载多作用下夺结构内汪力根据尖荷载砖传递劲路径流求出艇作用闸在某既榀框拴架上锄的力丸（集皇中力惜或分柄布荷挽载）风荷载基本禾风压亭，按丝式全国测基本煎风压菊分布字图采顽用，哥≥0.3功0kN饶/m2风压跑高度雨变化倍系数风荷载新体型系电数风振系穗数作用在文框架上穿的风荷畅载Bi：框架柱本受风面事宽度(m票)；hj：框架本录层层高(m傲)；hj+1：框架乎上层智层高(m)；PWjhjhj+1水平聋地震专作用抗震蚂设防形目标挥及实防现目宋标的库途经水平阔地震蚊作用究的计唯算范肥围和拾原则水平地舒震作用外的计算运方法水平地还震作用愚的计算陈模型水平粗地震姐作用游的主汤要参袖数底部剪扇力法计配算水平著地震作润用三水准很要求水准涵义要求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏两阶约段设你计目标烈度受力状态作用效应组合小震不坏（隐含中震可修）多遇烈度(小震)弹性(部分弹塑性)承载力验算采用基本组合；层间弹性位移计算采用短期效应组合。大震不倒罕遇烈度(大震)弹塑性层间弹塑性位移验算采刚短期效应组合。第一阶妥段为弹费性分析鼠，包括逆截面设桌计和变体形计算害；大部栗分建汗筑的辆第二壁阶段赞设计柏主要绳由概延念设稳计和般构造甚措施碍来保绪证。水平驰地震翠作用陡的计寒算原玩则计算范困围多层建蚕筑，6度区尽，除叹甲类村建筑附外，刘可不彼计算水平夸地震绑作用赶。高层建筑少，6度区及则以上均王需计算水平背地震简作用。计算原窄则一般葬正交劝布置踏抗侧汗力构口件的跪结构因，可粮沿纵托横主抄轴方删向分拍别计席算斜交布私置抗侧芽力构件旅的结构惹，宜按害平行于破抗侧力葵构件方抱向计算质量和菌刚度明楚显不均优匀、不鸟对称的尸结构，仁应考虑性水平地泼震作用唉的扭转夸影响水平地愿震作用谣的计算勉方法结构方法使用范围弹性底部剪力法高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和刚度沿高度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法(补充计算)甲类建筑、特别不规则的建筑H>100m，8度I、II类场地和7度H>80m，8度III、IV类场地H>60m，9度弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）计算严模型集中姐质量承模型首层层扎高应计算袭至基础衬顶面基础抢顶面砍位置遗应位决于冰嫩冻线形深度橡及管搜道埋婚深以拒下。水平居地震昂作用帽的主仇要参狼数地震糊动特锁性方炒面抗震设易防烈度及设计地访震分组《建筑佳抗震鉴设计宿规范》（GB5寸001乱0-2桌001）附录A地质晨勘探腾报告场地凑类别场地奸特征速周期结构动讨力特性古方面建筑蛋质量就（重誉力荷术载）结构苍自振圈周期T1结构阻边尼比ζ（材料）场地株类别围的划闹分0糠3纽奉5熔15源50狂80场地覆哭盖层厚蔑度（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ场地土义类型500250140等效剪切波速速m/s场地特皂征周期Tg设计地震分组场地类别IIIIIIIV第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90重力荷奴载代表话值Gj重力丈荷载蔽代表弹值Gj永久荷镰载（建蜘筑结构关构配件稿自重）课标准值+可变荷培载（雪竞、灰、厨楼面活雾荷载）砍组合值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副力荷林载代高表值GE=ΣGj结构伍自振崖周期T1能量法结构自骄振周期T1的调整实际熟结构壁往往杀是比受较复伐杂的抛，计临算简狂图都愈经过据简化县，计公算所凯得的硬周期摊要比千实际崇周期接长。无论采达用哪种笔计算模土型，上菊述误差诉都是存声在的。座因此，肿周期计殊算值必辜须进行畏折减。周期折朽减系数倡取决于示结构形工式和砌卧体填充父墙的多碍少。当干非承重受墙体为罗填充砖历墙时，灶框架结睁构可取0.把6~液0.叮7；采沃用其抱它非逢承重啦墙体泉时，骡可取0.慌7~饥0.看8，一早般取0.8。设计反括应谱水平例地震请影响剪系数滨曲线水平切地震袖影响湖系数水平地变震影响水系数地震搁影响涂系数截应根猫据烈序度、迅场地眉类别站、设柳计地酸震分污组和涉结构五自振过周期后以及产阻尼办比确辜定。烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40水平地拒震影响剃系数最拒大值正常使懒用极限典状态荷贼载效应影组合荷载效现应组合——标准罚组合表达式丈与承载征力极限领状态相株同荷载算分项孕系数慢取1.橡0荷载效巡寿应类型构件裂拾缝宽度梁挠度结构水艳平侧移目的防止膝主要思结构燥开裂班、损横坏防止记填充籍、装驼修开次裂、阻损坏防止彩过大刊侧移意，以查引发珠人的住不适防止尝产生款过大摩的附奔加内坚力抗震肢变形倡验算多遇地痕震作用尊下弹性变堵形验算弹性层间位移弹性层间位移角限值层高≤1/娃550抗震变岛形验算薄弱衫层弹塑蔬性变砖形验虫算薄弱层洋部位的赤确定——底层薄弱层弦弹塑性秤变形计院算——简化姓方法弹塑性层间位移弹塑性层间位移角限值层高≤1爬/5丈0弹性层间位移弹塑性层间位移增大系数承载力照极限状辣态荷载斜效应组幸合组合类别非抗震设计抗震设计重力荷载①

S=γGCGGk+γQCQQk

γG—永久荷载控制：

=1.35可变荷载控制：永久荷载效应对结构有利时1.0；永久荷载效应对结构不利时1.2γQ

—

一般1.4；Q≥4.0kN/m2时1.3重力荷载+风荷载②

S=γGCGGk+ψ(γQCQQk

+γWCWWk

)

ψ=0.85，γW=1.4重力荷载+地震作用③SE=γGCGGE+γEhCEhEhkGE=Gk+ψQQk，ψQ=0.5，γEh=1.3构件截膝面承载叔力验算条件构件剂控制黎截面—各截辩面中个，内怎力最浊大的休截面—构件特其性控制截邪面的最辅不利内情力组合—荷载组窃合特性截面承羡载力验画算表达鼠式无地摩震作像用组吊合γ0S≤R有地慢震作扬用组及合SE≤R/γRES（SE）——基本组凉合非抗思震结东构仅歌需进筑行无运地震柔作用膏组合尾（S）抗震贸结构娇必须精进行康有、撕无地外震作妥用组债合（S、SE）R抗震快结构坡抗弯带承载锹能力R=非抗遵震结顿构抗炸弯承舒载能芝力R抗震结尖构抗剪呆承载能坛力R≠非抗破震结浸构抗平剪承罩载能钩力R构件止控制度截面崇及其件最不守利内球力梁支座：Mmax，-Mma胸x|Vma通x|跨中