高等學(xué)校土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)用書

混凝土框架

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主編徐秀麗

參編韓麗婷劉子彤張國華等

主審葉燕華

內(nèi)容提要

本書為土木工程專業(yè)系列選修課教材中的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)用書，

主要內(nèi)容包括建筑結(jié)構(gòu)的選型與布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖確定、框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方

法、荷載組合及內(nèi)力組合原則、框架梁柱截面設(shè)計(jì)、板設(shè)計(jì)、樓梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基

礎(chǔ)設(shè)計(jì)、PKPM軟件在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)施工圖繪制、單位工程施工

組織設(shè)計(jì)，由一翔實(shí)完整的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例貫穿全書，其間穿插結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各階

段的知識(shí)要點(diǎn)和計(jì)算分析方法，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，并附有符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)表達(dá)要求

的用平法表示的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工圖。

全書安排內(nèi)容滿足土木工程專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃要求，且符合社會(huì)發(fā)展對(duì)土木工

程專業(yè)房屋建筑方向畢業(yè)生的具體需要，可供高等院校全日制本、?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)

用書，也可作為土木工程設(shè)計(jì)、施工、教學(xué)人員參考。

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刖a

目前土木工程專業(yè)房屋建筑工程方向本科畢業(yè)生雖然有相當(dāng)一部分都直接從事建筑工

程施工工作，但大多數(shù)學(xué)校仍將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要選題，主要是框架結(jié)構(gòu)的

結(jié)構(gòu)類型在建筑結(jié)構(gòu)中具有代表性，難度及工作量也較適宜于一般學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。通過結(jié)

構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程訓(xùn)練，幫助學(xué)生對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的基本概念、一般構(gòu)造要求進(jìn)行系統(tǒng)全面的梳理,

對(duì)今后無論是從事設(shè)計(jì)、施工還是其它相關(guān)工作的畢業(yè)生都具有指導(dǎo)作用。為符合面向經(jīng)濟(jì)

建設(shè)、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的具體需求，使學(xué)生能更快地適應(yīng)具體工作，編者認(rèn)為應(yīng)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)

容進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，宜以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，手算分析與專業(yè)軟件分析相結(jié)合，并加入部分

施工組織設(shè)計(jì)工作。

本指導(dǎo)書的編寫體系采用兩條平行路線，一部分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念、設(shè)計(jì)方法和計(jì)

算步驟，另一部分為一非常翔實(shí)完整的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例。每一章都先對(duì)該部分要掌握的知

識(shí)要點(diǎn)和計(jì)算分析方法進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上再通過設(shè)計(jì)實(shí)例提供具

體的實(shí)施方法和步驟，使理論與實(shí)際充分融合。兩部分內(nèi)容互相穿插，可有目的地引導(dǎo)學(xué)生

學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論知識(shí)和方法，有效避免對(duì)例題的生搬硬套。

本書第一章至七章、第九章由徐秀麗、韓麗婷編寫，第八章由劉子彤編寫，第十章由范

蘇榕、徐秀麗編寫，第十一章由張國華編寫，全書由徐秀麗統(tǒng)稿，葉燕華主審。本書書稿自

2003年開始一直作為南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)部指導(dǎo)教材，每年都根據(jù)使用過程中指導(dǎo)教

師和學(xué)生提出的意見建議進(jìn)行修改完善，先后有多位研究生及本科生對(duì)本書的設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行

了累計(jì)十多遍的計(jì)算修改，力求每一個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使本教材更具參考性。他們是99級(jí)

專升本函授生無錫設(shè)計(jì)院的楊志誠工程師，02級(jí)研究生于蘭珍、戴家東，02級(jí)本科生王海

洋，05級(jí)研究生馬文靜，06級(jí)研究生馬靜靜，特別是05級(jí)研究生徐士云，從本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

開始的近三年中，一直都在幫助完善設(shè)計(jì)實(shí)例，并完成了部分插圖及排版工作，為此投入了

大量的精力。劉偉慶教授、王曙光教授對(duì)本書的編寫內(nèi)容也提出了一些建設(shè)性建議，衷心感

謝為本書付出辛勤勞動(dòng)的同仁和同學(xué)們。

在撰寫本書的過程中參考了較多的教材、專業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)及國家規(guī)范，但由于編寫時(shí)間較

長，有些資料已難以列出，在此一并向有關(guān)作者表示感謝。

由于水平有限，書中錯(cuò)誤及不當(dāng)之處在所難免，敬請(qǐng)讀者、專家指正，以便及時(shí)修正和

士親

71S?1。

編者

2007年10月

目錄

第一章結(jié)構(gòu)選型與布置..................................................................1

1.1結(jié)構(gòu)選型...........................................................................1

1.2結(jié)構(gòu)布置..........................................................................1

1.3設(shè)計(jì)例題已知條件..................................................................3

第二章確定計(jì)算簡(jiǎn)圖..................................................................10

2.1基本理論.........................................................................10

2.2設(shè)計(jì)例題.........................................................................16

2.2.1確定計(jì)算簡(jiǎn)圖..................................................................16

2.2.2梁、柱截面尺寸................................................................16

2.2.3材料強(qiáng)度等級(jí)..................................................................17

224荷載計(jì)算.......................................................................17

第三章框架內(nèi)力計(jì)算...................................................................24

3.1計(jì)算方法.........................................................................24

3.1.1豎向荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算....................................................24

3.1.2框架活荷載不利布置............................................................27

3.1.3水平荷載作用下框架內(nèi)力計(jì)算....................................................28

3.2例題計(jì)算.........................................................................30

3.2.1恒載作用下的框架內(nèi)力..........................................................30

3.2.2活載作用下的框架內(nèi)力..........................................................37

3.2.3風(fēng)荷載作用下的位移、內(nèi)力計(jì)算..................................................52

3.2.4地震作用下橫向框架的內(nèi)力計(jì)算..................................................56

第四章框架內(nèi)力組合...................................................................64

4.1荷載組合.........................................................................64

4.2控制截面及最不利內(nèi)力..............................................................65

4.2.1控制截面......................................................................65

4.2.2最不利內(nèi)力組合................................................................65

4.3彎矩調(diào)幅.........................................................................66

4.4例題計(jì)算.........................................................................66

第五章框架梁柱截面設(shè)計(jì)..............................................................74

5.1理論基礎(chǔ).........................................................................74

5.2例題計(jì)算.........................................................................76

第六章樓梯結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)..............................................................87

6.1基本理論.........................................................................87

6.1.1板式樓梯......................................................................87

6.1.2梁式樓梯.......................................................................89

6.2例題設(shè)計(jì)..........................................................................90

6.2.1梯段板計(jì)算....................................................................91

6.2.2休息平臺(tái)板計(jì)算................................................................91

6.2.3梯段梁計(jì)算....................................................................92

第七章現(xiàn)澆樓面板設(shè)計(jì)..................................................................94

7.1計(jì)算方法.........................................................................94

7.1.1單向板肋形樓蓋................................................................94

7.1.2雙向板肋形樓蓋................................................................96

7.2例題計(jì)算.........................................................................98

7.2.1跨中最大彎矩..................................................................99

7.2.2求支座中點(diǎn)最大彎矩............................................................99

7.2.3A區(qū)格.......................................................................100

7.2.4E區(qū)格.......................................................................101

第八章基礎(chǔ)設(shè)計(jì).......................................................................103

8.1柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì).................................................................103

8.1.1按持力層強(qiáng)度初步確定基礎(chǔ)底面尺寸.............................................103

8.1.2抗震承載力驗(yàn)算...............................................................105

8.1.3地基軟臥層強(qiáng)度驗(yàn)算...........................................................105

8.1.4地基變形驗(yàn)算.................................................................106

8.1.5確定基礎(chǔ)局度.................................................................106

8.1.6基礎(chǔ)底板配筋.................................................................108

8.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)例題....................................................................108

8.2.1荷載計(jì)算.....................................................................109

8.2.2確定基礎(chǔ)底面積...............................................................109

8.2.3地基變形驗(yàn)算.................................................................113

8.2.4基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................................115

第九章PKPM軟件在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.................................................120

9.1PKPM軟件介紹...................................................................120

9.2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在PKPM系列軟件中的實(shí)施............................................120

9.2.1PMCAD全樓結(jié)構(gòu)模型建立.....................................................120

9.2.2PK模塊分析單板框架內(nèi)力......................................................128

9.2.3TAT-8空間框架分析及平法配筋施工圖繪制........................................135

9.3軟件分析結(jié)果與手算結(jié)果分析比較...................................................141

第十章施工圖繪制....................................................................144

10.1結(jié)構(gòu)施工圖的表示方法............................................................144

10.2各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平法施工圖........................................................147

10.2.1柱平法施工圖................................................................147

10.2.2梁平法施工圖................................................................147

10.2.3板平法施工圖................................................................148

10.2.4樓梯平法施工圖..............................................................148

10.2.5基礎(chǔ)平法施工圖..............................................................148

10.2.6標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件詳圖................................................................148

10.3例題部分施工圖...................................................................148

第十一章單位工程施工組織設(shè)計(jì).........................................................158

11.1單位工程施工組織設(shè)計(jì)概述........................................................158

11.1.1單位工程施工組織設(shè)計(jì)的編制依據(jù)..............................................158

11.1.2單位工程施工組織設(shè)計(jì)的編制程序和基本內(nèi)容....................................158

11.2單位工程施工組織設(shè)計(jì)指導(dǎo)........................................................159

11.2.1工程概況....................................................................159

11.2.2施工準(zhǔn)備....................................................................160

11.2.3施工方案....................................................................161

11.2.4施工進(jìn)度計(jì)劃................................................................162

11.2.5資源需要量計(jì)劃..............................................................163

11.2.6施工現(xiàn)場(chǎng)平面圖..............................................................163

11.2.7技術(shù)措施....................................................................164

11.3某中學(xué)教學(xué)樓施工組織設(shè)計(jì)實(shí)例....................................................164

11.3.1工程概況....................................................................164

11.3.2施工準(zhǔn)備工作................................................................165

11.3.3施工方案....................................................................169

11.3.4施工進(jìn)度計(jì)劃................................................................177

11.3.5施工平面布置圖..............................................................180

11.3.6技術(shù)質(zhì)量、安全生產(chǎn)、文明施工措施............................................180

附錄1規(guī)則框架承受均布及倒三角形分布水平力作用時(shí)標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)的高度比...................183

附錄2雙向板彎矩、撓度計(jì)算系數(shù)........................................................188

主要參考文獻(xiàn)...........................................................................192

第一章結(jié)構(gòu)選型與布置

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、確定計(jì)算簡(jiǎn)圖、選擇合理簡(jiǎn)單的計(jì)算方法進(jìn)

行各種荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算、荷載效應(yīng)組合、截面配筋設(shè)計(jì)（計(jì)算、構(gòu)造）、繪施工圖。

1.1結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)選型是一個(gè)綜合性問題，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，常用的建筑結(jié)構(gòu)形

式有：混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)（一般剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體剪力墻結(jié)構(gòu)、

筒中筒剪力墻結(jié)構(gòu)）等。混和結(jié)構(gòu)主要是墻體承重，由于取材方便，造價(jià)低，施工方便，我國廣泛

地應(yīng)用于多層民用建筑中，但砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、自重大、抗震性能較差，一般用于7層及7層以下

的建筑。框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接形成的骨架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是由梁、柱承受

豎向和水平荷載，墻體起維護(hù)作用，其整體性和抗震性均好于混合結(jié)構(gòu)，且平面布置靈活，可提供

較大的使用空間，也可構(gòu)成豐富多變的立面造型，但隨著層數(shù)和高度的增加，構(gòu)件截面面積和鋼筋

用量增多，側(cè)向剛度越來越難以滿足設(shè)計(jì)要求，一般不宜用于過高的建筑，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)適用最大

高度見表l-lo框架一剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架中設(shè)置一些剪力墻，既能滿足平面布置靈活，又能滿足

結(jié)構(gòu)抗側(cè)力要求，一般常用于10?25層的建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)是依靠剪力墻承受豎向及水平荷載,

整體性好、剛度大、抗震性能好，常用于20?50層的高層建筑。

現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m）表1-1

設(shè)防烈度

結(jié)構(gòu)體系

6789

框架結(jié)構(gòu)60554525

結(jié)構(gòu)選型時(shí)需充分了解各類結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)方月范圍、結(jié)構(gòu)布置原則和大致的構(gòu)造尺寸等,

根據(jù)建筑物高度及使用要求，結(jié)合具體建設(shè)條件，進(jìn)行綜合分析，從而做出最終的決定。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中，選擇合理科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)體系非常重要，是達(dá)到既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的重要前提。

實(shí)際工程中，多層與小高層常采用框架結(jié)構(gòu)體系。在我國，由于經(jīng)濟(jì)水平及其它條件的限制，

混凝土框架結(jié)構(gòu)比鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用要廣，因此本書以現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為分析實(shí)例。

1.2結(jié)構(gòu)布置

進(jìn)行混凝土框架結(jié)構(gòu)布置的主要工作是合理地確定梁、柱的位置及跨度。其基本原則是：

（1）結(jié)構(gòu)平面形狀和立面體型宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，使剛度均勻?qū)ΨQ，減小偏心和扭轉(zhuǎn)。

（2）控制結(jié)構(gòu)高寬比，以減少水平荷載下的側(cè)移，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高寬比限值為：非抗震設(shè)防時(shí)

為5,6度、7度抗震設(shè)防時(shí)為4,8度抗震設(shè)防時(shí)為3,9度抗震設(shè)防時(shí)為2。

（3）盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)及層高，以減少構(gòu)件種類規(guī)格，簡(jiǎn)化梁設(shè)計(jì)及施工。

框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸，即平面框架的柱距（開間、進(jìn)深）和層高，首先要滿足生產(chǎn)工藝和其他使

用功能的要求，柱網(wǎng)布置方式可分為內(nèi)廊式、等跨式、不等跨式等幾種，見圖1-1;其次是滿足建

筑平面功能的要求，如圖1-2；此外，平面應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單規(guī)則、受力合理，使各構(gòu)件跨度、內(nèi)力分

布均衡，如圖1-3。工程實(shí)踐中常用的梁、板跨度：主梁（與框架柱相連且承擔(dān)樓面板主要荷載的

梁）跨度5~8m,次梁跨度4~6m,單向板跨1.7~2.5m,一般不得超過3m,雙向板跨4m左右，

荷載較大時(shí)宜取較小值，因?yàn)榘蹇缰苯佑绊懓搴?，而板的面積較大，板厚度的增加對(duì)材料用量及結(jié)

構(gòu)自重增加影響較大。

（4）房屋的總長度宜控制在最大溫度伸縮縫間距內(nèi)，當(dāng)房屋長度超過規(guī)定值時(shí)，伸縮縫將房屋分成若

1

干溫度區(qū)段。伸縮縫是為了避免溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力使房屋產(chǎn)生裂縫而設(shè)置的。在伸縮縫處,

基礎(chǔ)頂面以上的結(jié)構(gòu)和建筑全部分開?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距為55m。

確定層高、柱網(wǎng)尺寸后，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布置方案，即選擇合理的樓蓋類型。詳見第7

章。

(a)(b)

CQ

(c)

（a）內(nèi)廊式（b）等跨式（c）對(duì)稱不等跨式

圖1T多層框架柱網(wǎng)布置

(a)(b)

客房與

衛(wèi)生間8

g

客房與J

衛(wèi)生向Sg

S

40004000

圖1-2旅館橫向柱列布置

2

p=1kN/mp=1kN/m

圖1-3結(jié)構(gòu)布置對(duì)框架內(nèi)力分布地影響

13設(shè)計(jì)例題已知條件

題目：江蘇省南京市六合區(qū)某中學(xué)教學(xué)樓

根據(jù)建筑方案圖，本工程結(jié)構(gòu)為四層鋼筋混凝土框架，建筑面積約280011?,建筑一層平面圖、

南立面圖、東立面圖及剖面圖分別見圖1-4、1-5、1-6、1-7,結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面及剖面簡(jiǎn)圖如圖1-8、

1-9所示，其它條件如下：

1.氣象資料

(1)基本風(fēng)壓值：^=0.40kN/m2

(2)基本雪壓值：So=0.65kN/m2

2.水文地質(zhì)資料

場(chǎng)地條件：

擬建場(chǎng)地地表平整，現(xiàn)場(chǎng)地標(biāo)高變化范圍在6.72-7.25m,土層分布見圖1-10。

場(chǎng)地地下水類型上層滯水，水位在地表下1.8m。

場(chǎng)地土層等效剪切波速為145m/s,3mWdo、,W50m。

場(chǎng)地為穩(wěn)定場(chǎng)地，類別n類。

場(chǎng)地土層物理力學(xué)指標(biāo)見表：

抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

塑性液性

土層天然含水量天然重度7天然孔壓縮指承載力特征

指數(shù)指數(shù)

號(hào)3(%)(KN/m3)隙比標(biāo)值及

eCk(kpa)fsi-2kPa)

4<Pk(0)

?/17.2///////

②27.619.30.80313.10.6130.110.77.5120

③35.917.81.14713.91.2415.76.42.565

④28.31930.80512.90.6334.811.28.6160

3.抗震設(shè)防烈度：七度。(假定場(chǎng)地覆蓋層厚度大于9m,小于80m。)

4.荷載資料

(1)教學(xué)樓樓面活載，查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001),確定樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為2

kN/m2；

(2)不上人屋面：活載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kN/m?；

(3)屋面構(gòu)造：

35厚490x490的C20預(yù)制鋼筋混凝土架空板、防水層、20厚1:3水泥砂漿找平層，現(xiàn)澆鋼筋混

凝土屋面板、12厚紙筋石灰粉平頂；

3

(4)樓面構(gòu)造：

水泥樓面：10厚1:2水泥砂漿面層壓實(shí)抹光、15厚1:3水泥砂漿找平層、現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓面

板、12厚紙筋石灰粉平頂；

(5)圍護(hù)墻:

圍護(hù)墻采用200厚非承重空心磚(190x190x90溶重3.6kN/m2),M5混合砂漿砌筑，雙面粉刷(容

重3.6kN/n?),每開間采用3300x2100通長塑鋼窗。

本工程采用全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，由于開間較小，雙向板的跨度超過經(jīng)濟(jì)跨度不多，同時(shí)考慮使用

要求，在樓面不設(shè)次梁。

4

(1?

55期跳步洋為J95O8W

口

一層平面圖

圖1-4一層建筑平面圖（1：100）

5

J^.90Q

J7.50Q

白包?涂料拓面

淡蜂色百件貼面

i

府紅色頁隹貼面

?.2。0

白色飲料飾百

白色東#1跖百

米色東山曲貼畫

.弋色宓出礴站而

③；9)

圖1-5南立面圖（1：100）

6

紅色裝用耳飾0紅色薄番瓦飾面

白包田林貼面14400

ifiMl_______13.800

0

II700

10800

10.200B

用紅包面弦生面姑紅色面語貼值

8.100B

6.600

4.500H

3.000

0900

±0.000

S

-0900岑

S

L

［景色金山用貼面

6300

AD

A

?圖

1-6東立面圖圖1-7剖面圖

7

D

圖1-8標(biāo)準(zhǔn)層柱網(wǎng)平面布置圖

8

圖1-9剖面圖

6.727.25

20.00

20.000

①雜填土

5.721.005.851.40

U——

4.92

"②粉質(zhì)粘土

2.724.00

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土

-2.8(9.52-2.109.35

④粉質(zhì)粘土夾粉土