鋼筋混凝土框架結構設計

主要設計規范建筑結構荷載規范(GB50009-2001)砌體結構設計規范(GB50003-2001)砼結構設計規范(GB50010-2002)建筑抗震設計規范(GB50011-2001)高層建筑砼結構技術規程(JGJ3-2002)建筑地基基礎設計規范(GB50007-2002)結構設計的前期工作了解建筑布置和功能要求 建筑物設計基準期、建筑物重要性建筑層數、總高、各層層高、柱網尺寸各房間主要功能圍護墻材料了解建筑構造做法（樓、屋面及墻面）收集結構設計的基本條件了解其他相關專業對結構的要求建筑構造做法——樓面、屋面樓面做法一般樓面做法(鋪地磚)——用于普通房間辦公、住宅等高級樓面做法(鋪石材)——用于高級裝修走廊、門廳、電梯廳、樓梯間等防水樓面做法(有防水層)衛生間、浴室等簡易樓面做法(水泥砂漿面層)儲藏室、電梯機房、出屋面樓梯間等屋面做法上人屋面非上人屋面建筑構造做法——墻面外墻刷涂料外墻貼石材外墻鋁塑板(鋁板)外墻玻璃幕外墻內墻刷涂料內墻貼瓷磚內墻結構設計的基本條件地質資料地基持力層范圍內主要土層情況地基持力層及其承載力特征值氣象資料基本風壓最大冰凍深度抗震資料抗震設防分類場地類別、場地特征周期Tg抗震設防烈度、設計地震分組其他相關專業對結構的要求給排水專業上下水管線進出戶的標高高位水箱的設置暖通專業暖管線進出戶的標高集中空調與吊頂及梁高的關系防排煙及加壓送風井的設置電氣專業電纜溝及電纜橋架管道集中豎井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結構布置原則結構體系雙向抗側力體系

框架結構只能承受自身平面內的水平力，因此框架應沿建筑的兩個主軸雙向設置，形成雙向梁柱抗側力體系。剛接體系除個別部位外，框架的梁柱應采用剛接，以增大結構剛度和整體性；抗震設計時不宜采用單跨框架。純框架體系

抗震設計的框架結構，不應采用部分由砌體承重的混合形式。框架結構中的樓、電梯間及局部突出屋頂的電梯機房、樓梯間、水箱間等，應采用框架承重結構，不應采用砌體墻承重。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則平面：簡單、規則、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，避免平面不規則結構，立面：沿高度之剛度、強度、質量分布均勻、連續；避免立面不規則結構。結構構布布置置柱網網尺尺寸寸框架架結結構構的的柱柱網網布布置置應應力力求求做做到到簡簡單單、、規規則則、、整整齊齊，，柱柱網網尺尺小小應應符符合合經經濟濟原原則則，，盡盡量量符符合合模模數數；；框架架結結構構的的柱柱網網尺尺寸寸及及層層高高應應根根據據建建筑筑功功能能要要求求、、施施工工條條件件及及材材料料設設備備等等各各方方面面因因素素來來確確定定。。房屋長長度較較大時時，需需考慮慮設置置伸縮縮縫，，以避避免溫溫度開開裂。。因為為伸縮縮縫將將房屋屋上部部結構構斷開開，分分成獨獨立的的結構構單元元，所所以在在縫的的兩側側應各各自設設置框框架。柱網尺尺寸的的適宜宜范圍圍內廊式式柱網網常為對對稱三三跨(A+B+A)：A—邊跨跨跨度(房間進進深)：常為為6m、6.6m、6.9mB—中間跨跨為走走廊，，跨度度常為為2.4m、2.7m、3.0m開間方方向，，柱距距為6~8.4m。常用于于旅館館、辦辦公樓樓、宿宿舍、、教室室、醫醫院等等。等跨式柱柱網進深常為為6m、7.5m、9m、12m，從經濟考考慮不宜宜超過9m。開間方向向的柱距距常為6~9m。適用于廠廠房、倉倉庫等。。框架梁截截面尺寸寸梁寬不宜宜小于200mm，且不宜小小于柱寬寬的1/2（節點要要求，聯聯結緊密密）；梁截面的的高寬比比小于4（抗剪要要求，避避免形成成薄腹梁梁降低其其抗剪性性能）；；梁凈跨與與截面高高度之比比宜大于于4（避免形形成深梁梁，以抗抗剪為主主，脆性性破壞）考慮強度度與剛度度的需要要，取值值如下：：框架梁高高h＝1/8~1/14l，l為梁跨；；通常取取1/10l；框架梁寬寬b=1/2~1/3h；一般不小小于300mm。柱截面尺尺寸構造要求求柱的截面面高度不不宜小于于300mm小于300mm時，其承承載力折折減20%。在縱橫兩個個方向上不不宜相差過過大。矩形柱邊長長比不宜超超過1.5，一般采用用方形柱。。柱凈高與截截面高度之之比不宜小小于4小于4，變形能力力要求較高高，因為短短柱剛度大大易剪壞，，需設全長長加密箍筋筋。層高與柱截截面高度之之比不宜大大于15經驗數值，，大于15時不易滿足足水平側移移要求。柱截面尺寸寸柱的截面尺尺寸估算（（按軸壓比比）μc：允許軸壓比比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。豎向荷載與與地震作用用組合的最最大軸力設設計值N。rG：分項系數，，取為1.2；w：單位面積重重量，取為為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面面積；n：柱設計截面面以上樓層層數；1：一、二級級抗震設計計角柱為1.3,其余為1.02：由于水平平力使軸力力增大的系系數，7度1.05，8度1.1，9度1.2。次梁截面尺尺寸次梁的作用用承托托圍圍護護墻墻、、隔隔墻墻減小小板板的的跨跨度度洞口口邊邊緣緣的的封封梁梁次梁梁截截面面尺尺寸寸梁高高h（l為梁梁跨跨））簡支支梁梁：：h＝1/12~1/15l；連續續梁梁：：h＝1/12~1/20l井字字梁梁：：h＝1/15~1/20l；懸挑挑梁梁：：h＝1/5~1/7l梁寬寬b梁寬寬b=1/2~1/3h；一般不小小于200mm。現澆板的的厚度對板厚的的要求滿足承載載力和剛剛度要求求滿足防火火要求滿足預預埋暗暗管的的要求求板厚h的取值（l為板跨）板厚與板跨跨的最小比比值簡支單向板板：h=1/30l；簡支雙向板板：h=1/40l；連續單向板板：h=1/40l；連續雙向板板：h=1/50l；懸臂板：h=1/12l；最小板厚一般為80mm，預埋暗管時時不小于100mm計算模型程序方法空間協同分分析方法桿件有限元元方法三維桿件—薄壁桿件空空間分析方方法有限元或有有限條方法法應用廣泛，，特別是平平面不規則則、體型復復雜的結構構。簡化方法（（近似計算算）平面結構協協同分析廣泛用于由由平面抗側側力結構組組成、布置置較為規則則的結構。。平面剛架模模型近似假定能能基本反映映實際情況況計算結果有有一定精度度，方便、、適用荷載計算算豎向荷載載恒載Gk可變荷載載(活載)Qk按負荷面面積折減減活載最不不利布置置水平荷載載風荷載Wk地震作用用(偶然作用用)EkWkGkQkQkEk豎向荷載載恒載導算算按照建筑筑專業給給定的做做法計算算一般樓面面做法(鋪地磚)高級樓面面做法(鋪石材)防水樓面面做法(有防水層層)簡易樓面面做法(水泥砂漿漿面層)上人屋面面非上人屋屋面墻體荷載載（抹灰、、石材、、涂料））永久設備備荷載活載：按按照《荷載規范范》的規規定定取取值值一般般樓樓面面做做法法(鋪地地磚磚)以下下各各種種樓樓（（屋屋））面面做做法法及及墻墻體體做做法法均均為為華華北北地地區區某某工工程程實實際際做做法法，，其其它它地地區區參參照照當當地地實實際際做做法法。。樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)鋪地磚面層10200.21:4水泥砂漿結合層20200.41:3水泥砂漿找平層20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.34高級樓面面做法(鋪石材)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)石材面層20280.561:4水泥砂漿結合層30200.61:3水泥砂漿找平層20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.90防水樓面面做法(有防水層)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)防滑地磚面層10200.21:4水泥砂漿結合層30200.6C20細石砼找坡60251.5聚胺脂防水涂層2120.021:3水泥砂漿找平層20200.4鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值6.06簡易樓面面做法(水泥砂漿漿面層)樓面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)1:1.5水泥砂漿面層20200.41:2.5水泥砂漿底層10200.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34樓面恒載標準值4.0上人屋面面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)地磚10200.21:4水泥砂漿結合層25200.5高分子防水卷材4120.051:3水泥砂漿找平層20200.4聚苯保溫板10040.41:3水泥砂漿找平層20200.41:6水泥焦渣找坡80151.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒載標準值6.50非上人屋屋面屋面做法厚度（mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)SBS改性瀝青防水卷材4120.051:3水泥砂漿找平層20200.4聚苯保溫板10040.41:3水泥砂漿找平層20200.41:6水泥焦渣找坡80151.2鋼筋混凝土樓板120253.0板底20厚粉刷抹平20170.34屋面恒載標準值5.80墻體荷載載墻體荷載載一般先先導算為為平米容容重，再再根據各各層層高高導算為為作用在在梁上的的線荷載載。以加氣砼砼砌塊墻墻雙面摸摸灰為例例：（外墻300mm厚，內墻墻200mm厚，摸灰灰20mm）考慮到組組砌時在在洞口處處混砌部部分粘土土磚，按按照8:2混砌比例例計算砌砌體容重重：砌體容重重：8×0.8+19××0.2=10.2kN/m3外墻：0.3××10.2+0.02×20=3.46kN/m2內墻：0.2××10.2+0.02×20=2.44kN/m2若某層墻體體凈高為為3m，則作用在在梁上的的線荷載載導算為為：外墻：3.46kN/m2×3=10.38kN/m內墻：2.44kN/m2×3=7.32kN/m2組砌時，，混砌比比例可根根據墻體體實際情情況調整整。豎向荷載載集成分析水平平地震作作用下結結構內力力僅計算荷荷載總值值——即重力荷荷載代表表值分析豎向向荷載作作用下結結構內力力根據荷載載傳遞路路徑求出出作用在在某榀框框架上的的力（集集中力或或分布荷荷載）風荷載基本風壓，，按全國基基本風壓分分布圖采用用，≥0.30kN/m2風壓高度變變化系數風荷載體型型系數風振系數作用在框架架上的風荷荷載Bi：框架柱受風風面寬度(m)；hj：框架本層層層高(m)；hj+1：框架上層層層高(m)；PWjhjhj+1水平地震作作用抗震設防目目標及實現現目標的途途經水平地震作作用的計算算范圍和原原則水平地震作用用的計算方法法水平地震作用用的計算模型型水平地震作用用的主要參數數底部剪力法計計算水平地震震作用三水準要求水準涵義要求第一水準小震不壞當遭受低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用第二水準中震可修當遭受相當于本地區抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用第三水準大震不倒當遭受高于本地區抗震設防烈度的預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞兩階段設計目標烈度受力狀態作用效應組合小震不壞（隱含中震可修）多遇烈度(小震)彈性(部分彈塑性)承載力驗算采用基本組合；層間彈性位移計算采用短期效應組合。大震不倒罕遇烈度(大震)彈塑性層間彈塑性位移驗算采剛短期效應組合。第一階段為彈彈性分析，包包括截面設計計和變形計算算；大部分建筑的的第二階段設設計主要由概概念設計和構構造措施來保保證。水平地震作用用的計算原則則計算范圍多層建筑，6度區，除甲類類建筑外，可可不計算水平地震作用用。高層建筑，6度區及以上均均需計算水平地震作用用。計算原則一般正交布置置抗側力構件件的結構，可可沿縱橫主軸軸方向分別計計算斜交布置抗側側力構件的結結構，宜按平平行于抗側力力構件方向計計算質量和剛度明明顯不均勻、、不對稱的結結構，應考慮慮水平地震作作用的扭轉影影響水平地震作用用的計算方法法結構方法使用范圍彈性底部剪力法高度不超過40m，以剪切變形為主，質量和剛度沿高度分布較均勻振型分解反應譜法不滿足底部剪力法應用條件的結構時程分析法(補充計算)甲類建筑、特別不規則的建筑H>100m，8度I、II類場地和7度H>80m，8度III、IV類場地H>60m，9度彈塑性簡化方法（略）時程分析法（略）計算模型集中質量模型型首層層高應計算至基礎礎頂面基礎頂面位置置應位于冰凍凍線深度及管管道埋深以下下。水平地震作用用的主要參數數地震動特性方方面抗震設防烈度度及設計地震分組組《建筑抗震設計計規范》（GB50010-2001）附錄A地質勘探報告告場地類別場地特特征周周期結構動力特特性方面建筑筑質質量量（（重重力力荷荷載載））結構構自自振振周周期期T1結構構阻阻尼尼比比ζ（材料料））場地地類類別別的的劃劃分分035155080場地地覆覆蓋蓋層層厚厚度度（（m）ⅠⅠⅡⅡⅢⅡⅢⅣ場地地土土類類型型500250140等效剪切波速速m/s場地地特特征征周周期期Tg設計地震分組場地類別IIIIIIIV第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90重力力荷荷載載代代表表值值Gj重力力荷荷載載代代表表值值Gj永久久荷荷載載（（建建筑筑結結構構構構配配件件自自重重））標標準準值值+可變變荷荷載載（（雪雪、、灰灰、、樓樓面面活活荷荷載載））組組合合值值j層永久荷載標準值組合值系數，一般取0.5可變荷載標準值總重重力力荷荷載載代代表表值值GE=ΣGj結構構自自振振周周期期T1能量量法法結構構自自振振周周期期T1的調調整整實際際結結構構往往往往是是比比較較復復雜雜的的，，計計算算簡簡圖圖都都經經過過簡簡化化，，計計算算所所得得的的周周期期要要比比實實際際周周期期長長。。無論論采采用用哪哪種種計計算算模模型型，，上上述述誤誤差差都都是是存存在在的的。。因因此此，，周周期期計計算算值值必必須須進進行行折折減減。。周期期折折減減系系數數取取決決于于結結構構形形式式和和砌砌體體填填充充墻墻的的多多少少。。當當非非承承重重墻墻體體為為填填充充磚磚墻墻時時，，框框架架結結構構可可取取0.6~0.7；采采用用其其它它非非承承重重墻墻體體時時，，可可取取0.7~0.8，一一般般取取0.8。設計計反反應應譜譜水平平地地震震影影響響系系數數曲曲線線水平平地地震震影影響響系系數數水平平地地震震影影響響系系數數地震震影影響響系系數數應應根根據據烈烈度度、、場場地地類類別別、、設設計計地地震震分分組組和和結結構構自自振振周周期期以以及及阻阻尼尼比比確確定定。。烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40水平平地地震震影影響響系系數數最最大大值值正常常使使用用極極限限狀狀態態荷荷載載效效應應組組合合荷載載效效應應組組合合———標準準組組合合表達達式式與與承承載載力力極極限限狀狀態態相相同同荷載載分分項項系系數數取取1.0荷載載效效應應類類型型構件件裂裂縫縫寬寬度度梁撓撓度度結構水平側移移目的防止主要結構構開裂、損壞壞防止填充、裝裝修開裂、損損壞防止過大側移移，以引發人人的不適防止產生過大大的附加內力力抗震變形驗算算多遇地震作用用下彈性變形驗算算彈性層間位移彈性層間位移角限值層高≤1/550抗震變形驗算算薄弱層彈塑性變形驗驗算薄弱層部位的的確定——底層薄弱層彈塑性性變形計算——簡化方法彈塑性層間位移彈塑性層間位移角限值層高≤1/50彈性層間位移彈塑性層間位移增大系數承載力極限狀狀態荷載效應應組合組合類別非抗震設計抗震設計重力荷載①

S=γGCGGk+γQCQQk

γG—永久荷載控制：

=1.35可變荷載控制：永久荷載效應對結構有利時1.0；永久荷載效應對結構不利時1.2γQ

—

一般1.4；Q≥4.0kN/m2時1.3重力荷載+風荷載②

S=γGCGGk+ψ(γQCQQk

+γWCWWk

)

ψ=0.85，γW=1.4重力荷載+地震作用③SE=γGCGGE+γEhCEhEhkGE=Gk+ψQQk，ψQ=0.5，γEh=1.3構件截面承載載力驗算條件構件控制截面面—各截面中，內內力最大的截截面—構件特性控制截面的最最不利內力組組合—荷載組合特性性截