鋼筋混凝土框架結構設計

構造要求截面設計變形驗算內力及位移計算荷載計算框架結構分析流程計算模型結構布置一、結構布置原則結構受力結構傳力路徑簡單、合理有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，減少扭轉抗震子結構明確結構規(guī)則平面：簡單、規(guī)則、對稱、均勻；避免過大內收和外伸（凹角處應力集中）；質心于剛心宜接近，避免平面不規(guī)則結構，立面：沿高度之剛度、強度、質量分布均勻、連續(xù)；避免立面不規(guī)則結構。框架結構抗震設計目標??三水準設防目標具有??足夠的強度??足夠的剛度??足夠的延性（耗能能力）??體型簡單、對稱、規(guī)則1、概念設計（方案設計）

??合理設置防震縫??合理設置防震縫現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）1房屋高度指室外地面至檐口獲屋面頂板的高度（不計局部突出）2框架-核心筒結構指周邊稀柱框架與核心筒組成的結構3部分框支抗震墻結構指首層或底部兩層框支抗震墻結構4超過表內高度的房屋，應進行專門研究，采取必要的加強措施5平面和豎向均不規(guī)則或IV類場地的結構，適用最大高度應適當降低（20%）back二、結構布置方案柱網尺寸3.柱網尺寸的適宜范圍內廊式柱網常為對稱三跨(A+B+A)：A—邊跨跨度(房間進深)：常為6m、6.6m、6.9mB—中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m開間方向，柱距為6~8.4m。常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院等。1）結構豎向承重體系縱向框架承重、橫向框架承重、縱橫雙向框架承重柱網布置要簡單規(guī)整貫通

1、.結構選型與結構布置2）結構水平承重體系（樓屋面結構布置）現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓屋面：肋梁樓蓋（單向板、雙向板）井式樓蓋（雙向板）梁板布置要傳力明確、簡潔，美觀經濟（1）（2）2、現(xiàn)澆板的厚度對板厚的要求滿足承載力和剛度要求滿足防火要求滿足預埋暗管的要求板厚h的取值（l為板跨）板厚與板跨的最小比值簡支單向板：h=1/30l；簡支雙向板：h=1/40l；連續(xù)單向板：h=1/40l；連續(xù)雙向板：h=1/50l；懸臂板：h=1/12l；最小板厚一般為80mm，預埋暗管時不小于100mm4.框架梁截面尺寸梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2（節(jié)點要求，聯(lián)結緊密）；

梁截面的高寬比小于4（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；梁凈跨與截面高度之比宜大于4（避免形成深梁，以抗剪為主，脆性破壞）考慮強度與剛度的需要，取值如下：框架梁高h＝1/8~1/14l，l為梁跨；通常取1/10l；框架梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于300mm。構造要求柱的截面高度不宜小于300mm小于300mm時，其承載力折減20%。在縱橫兩個方向上不宜相差過大。矩形柱邊長比不宜超過1.5，一般采用方形柱。柱凈高與截面高度之比不宜小于4小于4，變形能力要求較高，因為短柱剛度大易剪壞，需設全長加密箍筋。層高與柱截面高度之比不宜大于15經驗數(shù)值，大于15不易滿足水平側移要求。5.柱截面尺寸柱的截面尺寸估算（按軸壓比）μc：允許軸壓比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設計值N。rG：分項系數(shù)，取為1.2；w：單位面積重量，取為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面積；n：柱設計截面以上樓層數(shù)；1：一、二級抗震設計角柱為1.3,其余為1.02：由于水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。

柱軸壓比的限值框架柱的抗彎剛度EIc

混凝土的彈性模量：E

柱截面的慣性矩為：Ic6.次梁截面尺寸次梁的作用承托圍護墻、隔墻減小板的跨度洞口邊緣的封梁次梁截面尺寸梁高h（l為梁跨）簡支梁：h＝1/12~1/15l

；連續(xù)梁：h＝1/12~1/20l

井字梁：h＝1/15~1/20l

；懸挑梁：h＝1/5~1/7l

梁寬b梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于200mm。三、計算模型程序方法空間協(xié)同分析方法桿件有限元方法三維桿件—薄壁桿件空間分析方法有限元或有限條方法應用廣泛，特別是平面不規(guī)則、體型復雜的結構。簡化方法（近似計算）平面結構協(xié)同分析廣泛用于由平面抗側力結構組成、布置較為規(guī)則的結構。平面剛架模型近似假定能基本反映實際情況計算結果有一定精度，方便、適用四、荷載計算豎向荷載恒載Gk可變荷載(活載)Qk按負荷面積折減活載最不利布置水平荷載風荷載Wk地震作用(偶然作用)EkWkGkQkQkEk豎向荷載集成分析水平地震作用下結構內力僅計算荷載總值——即重力荷載代表值分析豎向荷載作用下結構內力根據(jù)荷載傳遞路徑求出作用在某榀框架上的力（集中力或分布荷載）（二）風荷載基本風壓，按全國基本風壓分布圖采用，≥0.30kN/m2風壓高度變化系數(shù)風荷載體型系數(shù)風振系數(shù)作用在框架上的風荷載Bi：框架柱受風面寬度(m)；hj：框架本層層高(m)；hj+1：框架上層層高(m)；PWjhjhj+1（三）水平地震作用抗震設防目標及實現(xiàn)目標的途經水平地震作用的計算范圍和原則水平地震作用的計算方法水平地震作用的計算模型水平地震作用的主要參數(shù)底部剪力法計算水平地震作用三水準要求兩階段設計第一階段為彈性分析，包括截面設計和變形計算；大部分建筑的第二階段設計主要由概念設計和構造措施來保證。水平地震作用的計算方法計算模型集中質量模型首層層高應計算至基礎頂面基礎頂面位置應位于冰凍線深度及管道埋深以下。水平地震作用的主要參數(shù)地震動特性方面抗震設防烈度及設計地震分組《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50010-2001）附錄A

地質勘探報告場地類別場地特征周期結構動力特性方面建筑質量（重力荷載）結構自振周期T1結構阻尼比ζ（材料）場地類別的劃分

035155080場地覆蓋層厚度（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ場地土類型500250140等效剪切波速速m/s場地特征周期Tg重力荷載代表值Gj重力荷載代表值Gj永久荷載（建筑結構構配件自重）標準值+可變荷載（雪、灰、樓面活荷載）組合值j層永久荷載標準值組合值系數(shù)，一般取0.5可變荷載標準值總重力荷載代表值GE=ΣGj結構自振周期T1能量法框架結構及框支結構查：剪力墻結構查：框架結構：n框架結構層數(shù)水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)應根據(jù)烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。水平地震影響系數(shù)最大值back水平地震作用的計算振型分解反應譜法底部剪力法時程分析法樓層水平地震剪力的分配扭轉問題樓層最小地震剪力地基—結構動力相互作用底部剪力法計算方法底部剪力的計算地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkΔFn

頂部附加地震作用

突出屋面小建筑物適用條件backGeq——結構等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85結構抗震驗算的一般規(guī)定驗算范圍除6度建筑（IV類場地上的較高層除外）和規(guī)定可不進行驗算的結構外，均應驗算驗算內容截面抗震驗算抗震變形驗算多遇地震作用下的彈性變形驗算——非結構構件的破壞罕遇地震作用下的彈塑性變形驗算——抗倒塌back（4）層間彈性位移驗算：多遇地震作用下彈性變形驗算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高≤1/550目的：防止倒塌或嚴重破壞薄弱層位置的確定：底層及屈服強度系數(shù)較小的樓層表達式彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高薄弱層彈塑性變形驗算彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數(shù)back彈塑性變形驗算back彈塑性層間位移角限值五、框架結構內力及變形驗算轉動剛度:使桿端產生單位轉角需要施加的力矩，與構件的截面慣性矩和遠端的支承情況有關。分配系數(shù)：某桿端轉動剛度與該節(jié)點各桿轉動剛度之和的比值傳遞系數(shù)：當近端有轉角時，遠端與近端彎矩的比值。和遠端的支承情況有關1

豎向荷載作用內力計算

（1）分層法

1.兩個假定：在豎向荷載作用下無側移框架進行分析（2）某一層框架梁上荷載只對本層梁及相連的柱產生彎矩和剪力。

2.兩點修正：（1）

除底層以外其他各層柱的線剛度均乘以0.9的折減系數(shù)；（2）

除底層傳遞系數(shù)為1/2外，其他各層柱彎矩傳遞系數(shù)取為1/3。

3、內力疊加在求得各開口剛架內力以后，可將相鄰兩個開口框架中同層同柱號柱內力疊加，作為原結構柱的內力。所得梁的內力，即為原框架結構中相應層次的梁的內力。豎向荷載下的內力計算1.計算豎向荷載，并標注在計算簡圖上；2.活荷載滿布，梁跨中彎矩擴大1.1-1.2倍；3.活荷載、恒載分開計算，只計算標準值。恒荷載作用下的框架結構計算簡圖變?yōu)槔龍D9所示因為框架對稱、荷載亦對稱，中跨中點無轉角，故僅需計算一半即可。計算中框架各桿件的相對線剛度比如例圖10所示。（2）彎矩二次分配法（也可采用此法）計算時，先對各節(jié)點不平衡彎矩進行第一次分配，并向遠端傳遞（傳遞系數(shù)為1/2），再將因傳遞彎矩而產生的新的不平衡彎矩進行第二次分配，整個彎矩分配和傳遞過程即告結束，此方法為彎矩二次分配法。

最后所得彎矩圖見例圖。進而求得框架各梁、柱的剪力和軸力見例圖，柱軸力包括縱墻所傳軸力及自重。（2）活荷載作用下的內力計算（我們設計時活荷載按滿布荷載發(fā)算）受均布荷載框架梁，調幅后跨中彎矩滿足：豎向荷載作用下彎矩調幅現(xiàn)澆框架β=0.8～0.9裝配整體式框架β=0.7～0.8

。考慮梁端彎矩調幅，并將梁端點彎矩換算至梁端柱邊彎矩，以備內力組合時用（見例圖）

（1）改進后柱的抗側移剛度D

柱的抗側移剛度是柱上下端產生單位相對橫向位移時柱所承受的剪力，即對于框架結構中第j層第k柱

然后各柱按抗側剛度D之比分擔層間總剪力2、

水平荷載下內力計算（D值法）

（2）修正后柱的反彎點高度（查表求）

（3）柱端及梁端彎矩

求得各柱所承受的剪力Vjk、反彎點高度以后，便可求得各柱的桿端彎矩

在求得柱端彎矩后，由節(jié)點彎矩平衡條件，即可求得梁端彎矩：

（4）梁內剪力、柱內軸向力以各個梁為脫離體，將梁的左右端彎矩之和除以該梁的跨長，便得梁內剪力。自上而下逐層疊加節(jié)點左右的梁端剪力，即可得到柱內軸向力。

（3）風荷載作用下的內力計算風荷載作用下的內力計算采用D值法：

②求反彎點高度

③風荷載作用下的框架內力計算過程求得各柱的反彎點高度和桿端剪力后即可求出各桿端彎矩。再根據(jù)節(jié)點平衡條件求得梁端彎矩并進而求出各梁端剪力和各柱的軸力（見例圖）。

地震作用下的框架內力計算過程back六、地震作用下的荷載效應組合承載力極限狀態(tài)荷載效應組合框架柱截面內力組合（1）控制截面每層柱的上下端。彎矩最大值在柱的兩端，剪力和軸力在同一層無變化或變化很小。（2）內力組合（基本同單廠柱）框架柱通常對稱配筋，取三種情況：①|M|max及相應的N，V

②Nmax及相應的M，V③Nmin及相應的M，V承載力極限狀態(tài)驗算表達式：（一）無地震作用荷載效應組合（二）有地震作用荷載效應組合七、截面承載力驗算抗震框架構件內力調整梁柱彎剪強剪弱彎1.4,1.2,1.11.3,1.2,1.1底層柱下端1.5,1.25,1.15角柱1.101.35，1.2強節(jié)點弱構件節(jié)點剪力彎剪1.3,1.2,1.11.4,1.2,1.1強柱弱梁框架柱軸壓比限