1、第二章 结构设计第一节 框架结构的设计一， 工程概况旅馆为六层钢筋框架结构体系，建筑面积约 6600m2，建筑平面为 M 字形。多层高 3.9m，其它层 3.6m，室内外高差 0.45m，因毕业设计未给定 0.000 标高所对应绝对标高，框架平面柱网布置图如图 2-1 所示：二， 设计资料1，气象条件基本风压 0.35N/m2，基本雪压 0.35 N/m22，抗震设防烈度8 度第二组，设计基本地震加速度值为 0.002g3，工程地质条件地层由杂填土，粉土，粗砂，砾砂组成。4，屋面及楼面做法屋面做法：防水层：二毡三油或者三毡四油结合层：冷底子油热马蹄脂二道保温层：水泥石保温层（200mm 厚）找
2、平层：20mm 厚 1:3 水泥砂浆结构层：100mm 厚钢筋混凝土屋面板板底抹灰：粉底 15mm 厚5，材料混凝土强度等级为 C30，纵筋 HRB335，箍筋 HPB2356，设计依据建筑地基基础设计规范 （GB50007-2001）建筑结构荷载规范 （GB50009-2001）混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）建筑抗震设计规范 （GB50011-2001）混凝土设计规范理解与应用北京：中国建筑工业出版社 2002混凝土结构设计规范算例中国建筑工业出版社 2003房屋结构设计毕业指南第二节 框架结构设计计算一，梁柱面，梁跨度及柱高的确定1，初估截面尺寸板厚：取 h=L/50=3
3、900/50=78mm，取 h=100mm。横梁：高 h=L/8L/14=（ 1/81/14）7200=900513，取 h=600mm，纵梁：高 h=L/12L/18=（ 1/121/14）7800=650433.3，取 h=600,mm，梁宽：b= （1/21/3）h 且 h/b=11.5为了方便施工，取梁的宽度为 300mm。2，框架柱的截面尺寸根据柱的轴压比限值，按下例公式计算（1） 柱组合的轴压力设计值 N= EFgn注： 考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，F 按简支状态计算柱的负载面积折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可以近似取 1KN/m2Egn 为验算截面以上的楼层层数（
4、2） Ac=N/ un cf注：u n 为框架柱轴压比限值，本方案为二级框架， ，则 un 取 0.8为混凝土轴心抗压强度设计值，本方案为 C30 混凝土，则 取cf cf14.3kN/mm2（3） 计算过程对于边柱：N= =1.314146=1528.8(KN)EFgnAc=N/ un =1528.8103/0.814.3=133636（mm 2）cf对于内柱：N= =1.218.8146=1895.04(KN)EgAc=N/ un =1895.04103/0.814.3=33873.84（ mm2）cf因此：取柱 bh=500mm500mm 即可满足要求柱：所有层柱截面尺寸为 500mm5
5、00mm梁：梁编号见图 2-2其中：图 2-2其中：L1：bh=300mm600mmL2：bh=250mm500mm3，计算梁的跨度如图 2-3 所示，框架梁的计算跨度以上柱柱形心为准，由于建筑轴线与强重合，故建筑轴线与结构计算跨度不同。图 2-3 梁的计算跨度4，柱高度底层高度 h=3.9m+0.45m=4.35m，其中 3.9m 为底层层高，0.45m 为室内外高差。其它柱高等于层高及 3.6m，由此得框架计算简图（图 2-4） 。图 2-4 横向框架计算简图二，荷载计算1，屋面均布恒载按屋面的做法逐项计算均布荷载，计算时注意：吊顶处做粉底抹灰，无吊顶处做粉底，近似取吊顶粉底为相同重量。二
6、毡三油防水层：0.35KN/m 2冷底子油两道结合层：0.05KN/m 2200mm 厚水泥石保温层：0.26.5=1.3 KN/m 220mm 厚 1:3 水泥砂浆找平层：0.0220=0.4 KN/m 2100mm 厚钢筋混凝土屋面板结构层：0.10025=0.25 KN/m 2粉底或吊顶：0.5 KN/m 2合计：5.1 KN/m 2屋面恒载标准值为：602.6175.1=3073.35 KN2，楼面均布恒载按楼面做法逐项计算水磨石地面：0.65 KN/m 2100mm 厚钢筋混凝土整浇层：0.125=2.5 KN/m 2粉底或吊顶：0.5 KN/m 2合计：3.65 KN/m 2楼面恒
7、载标准值为：602.6173.65=2199.6 KN3，屋面均布活载计算重力载荷代表值时，仅考虑屋面雪荷载 0.35KN/m2由于屋面雪荷载 0.35KN/m21.4 =1.4 0.35=0.49（s） ，应考虑顶点附加地震作用。由10.53gT于 =0.35（s） 0.35 固按 计算 按底部剪力法求得的基地剪力，g10.8.7n若按： 分配给各层质点，则水平地震作用呈倒三角形分布。对一般iGHEKF层，这种分布基本符合实际，但对结构上部，水平作用小于按时程分析法和振型分析法求得的结果，特别对周期较长的结果相差更大，地震的宏观震害也表明，结果上部往往震害严重，因此引入 ，即顶部附加地震作用
8、系数考虑顶部n地震力的加大。 考虑了结构周期和场地的影响，且使修正后的剪力分布于实n际更加吻合。因此引入 10.8.7053.0.12nT结构横向纵水平地震作用标准值：65440.90.9611 8.513953gEKiFG注： 为多质点体系结构等效总重力荷载按规定应取总重力荷载代表值61.85i得 85%顶点附加水平地震作用：=0.1126544=732KNnEKF各层横向地震剪力计算见表 2-8，其中： 61ii EKnijGHF各层横向地震作用及楼层地震剪力 表 2-8层数 ihiHiGi61/iijiFiV6 3.6 22.35 17316 387013 0.2 1162.21 116
9、2.215 3.6 18.75 27646 518363 0.27 1568.99 2731.24 3.6 15.15 27646 418837 0.22 1278.44 4009.643 3.6 11.55 27646 319311 0.17 987.88 4997.522 3.6 7.95 27646 219786 0.11 639.22 5636.741 4.35 4.35 11911 51813 0.03 174.33 5811.07横向框架各层水平地震作用和地震剪力见图 2-6图 2-6 横向框架各层水平地震作用和地震剪力5、横向框架抗震变动验算多遇地震作用下，层间弹性位移验算见表
10、2-9，层间弹性相对转角均满足要求 10e横向变形验算 表 2-9层数 层间剪力（KN）iV层间刚度 （KN）iD层间位移 （m/iV）层高（m）ih层间相对弹性转角 e6 1162.21 748896 0.0015 3.6 0.000435 2731.2 748896 0.0036 3.6 0.00104 4009.64 748896 0.0053 3.6 0.00143 4997.52 748896 0.0066 3.6 0.00182 5636.74 748896 0.0070 3.6 0.00191 5811.07 627800 0.009 4.35 0.0020四、水平地震作用下，横
11、向框架的内力分析以中框架为例进行计算，边框架和纵向框架的计算方法、步骤与横向中框架完全相同。故不再在赘述、框架柱剪力及弯矩计算，采用 D 值法，其结果见表2-10框架柱剪力及弯矩计算表 表 2-10层数 6 5 4 3 2 1层高 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 4.35层间剪力 iV1162.21 2731.2 4009.64 4997.52 5636.74 5811.07层间刚度 iD748896 748896 748896 748896 748896 627800im（KNiV）Ky(m)M 上()Nm13 轴柱（19）M 下()KimD（KNiV）Ky(m)M 上()Nm17
12、轴（）M 下()K注：y= 012,3y/imiiVDM 上 = ()iiyhM 下 = i框架梁端弯矩、剪力及柱轴力见表 2-11地震作用下框架深端弯矩及柱轴力 表 2-11层数 n 6 5 4 3 2 1l(m)M 左()KNmM 右()13-15 跨（KN）bVl(m)M 左()KNmM 右()15-17 跨（KN）bV(KN)13N柱轴力(KN)5中柱两侧梁端弯矩按深线刚度分配，地震力作用下框架弯矩见图 2-7图 2-7 地震作用下框架弯矩图（KN.m）五、竖向荷载作用下横梁框架的内力分析仍取中柱架计算1、 荷载计算第六层梁的均布线荷载13-15 跨屋面均布荷载传给梁 5.13.9=1
13、9.89KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.1KN/m 恒载 24.99 KN/m15-17 跨屋面均布荷载传给梁 5.13.9=19.89KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.1KN/m恒载 24.99 KN/m第六层活载： 2.53.9=9.75KN/m第一、二、三、四、五层梁均布线荷载：13-15 跨楼面均布恒载传给梁 3.653.9=14.235KN/m横梁自重（包括抹灰） 0.340.625=5.1KN/m内横墙自重（包括抹灰） 0.296.7（3.6-0.6）=5.829KN/m恒载 25.164 KN/m15-17 跨屋面均布荷载传给梁 3.65
14、3.9=14.235KN/m横梁自重（包括粉刷） 0.340.625=5.1KN/m恒载 19.335 KN/m第一、二、三、四、五层活载： 2.53.9=9.75KN/m第一、二、三、四、五层集中荷载纵梁自重（包括抹灰） 0.340.6253.9=19.89KN纵横墙自重（包括抹灰） 0.296.73.9（3.6-0.6）=22.73KN柱自重（包括抹灰） 0.540.543.625=26.24KN 总计 P=68.87KN第一层柱自重： 0.540.544.3525=31.712KN中框架恒载及活载图见图 2-9()a()b见图 2-9 框架竖向荷载示意图 （a）恒载示意图 （b）活载示意
15、图2、用弯矩分配法计算框架弯矩 竖向荷载作用下框架的内力分析，除活荷载比较大的工业厂房外，对一般的工业与民用建筑可不考虑活荷载的不利位置，这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利位置法求得的弯矩较低，但当荷载占总荷载比较小时，其影响很小，若活荷载占总荷载的比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘1.1 到 1.2 的放大系数予以调整。（1） 固端弯矩计算将框架梁视为两端固定梁计算固端弯矩，计算结果见表 2-12固端弯矩计算表 2-1213 到 15 跨 15 到 17 跨简图 固端弯矩 简图 固端弯矩217.857.92213.9751.08217.8539.42215.41.94（2）
16、分配系数计算考虑框架计算性，取半框架计算，半框架的梁柱线刚度如图 2-10 所示，切断的横梁线刚度为原来的一倍，分配系数按与节点连接的转动刚度比值计算。图 2-10 半框架梁柱刚度示意（KN/m）例：13 柱（图示左边的柱）顶层节点。（下柱）= 4.30.49（右梁）= 51（3） 传递系数远端固定，传递系数 1/2，远端滑动铰支座传递系数为-1（4） 弯矩分配恒载，活载作用下弯矩分配系数利用上面方法计算。恒载作用下框架弯矩图如图 2-13，活载作用下的框架弯矩图如图 2-14.图 2-13 恒荷载作用下框架弯矩图（KN/m）图 2-13 恒荷载作用下框架弯矩图（KN/m）2、 梁端剪力及柱轴
17、力计算梁端剪力 V qm表示梁上均布荷载引起的剪力，q 12qVl表示梁端弯矩引起的剪力， （M 左 + M 右mm）/l柱轴力 N=V+P式中：V_梁端剪力，P_节点集中及柱自重以 LM 跨五，六层梁在恒荷载作用下，梁端剪力及柱轴力计算为例。由框架竖向荷载示意图查得梁上均布荷载为五层：25.164KN/m，集中荷载：68.87 KN/m柱自重：26.2 KN六层：24.99 KN/m由恒载作用下框架弯矩图查得：五层梁端弯矩 M 左 =117.9 （-58.2 ）()kNmkM 右 =-137 （79.5 ）六层梁端弯矩 M 左 =121.5 （-67.9 ）()M 左 =-138 （76.7
18、 ）kNk括号内为调幅后的数值六层两端剪力=12qlmVl17.82564.KN调幅前 LmMV.93.1k=64.525+35.16=99.69kNqL=64.525-35.16=29.37kNMmM调幅后 mLV17.935.162kN=LqmL8.9.=64.525+19=83.525kNMMV同理可得五层梁端剪力调幅前 =L112.5387.810.527KN=MV 2.7调幅后 =LV110.4987.8256.0457KN=M 3.六层 13 柱柱顶记柱底轴力N 顶 =V+P=94.03+0=94.03KNN 底 =V+P=94.03+26.2=120.23KN五层 13 柱柱顶记
19、柱底轴力N 顶 =V+P=94.03+96.04+68.87=258.94KNN 底 =V+P=258.94+26.2=285.14KN其它梁端剪力及柱轴力计算与上述方法相同，活荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算也一样；六、内力组合1、框架内力组合在恒荷载和活荷载作用下，跨间 可近似取中跨的 M 代替。maxM2max8LRMql式中： 、 为梁左右端弯矩，见图 2-13、2-14 括号内的数值，LR跨中 M 若小于 ，应取 M=216ql 216ql在竖向荷载与地震力组合时，跨间最大弯矩 采用数解法计算，GEM活荷载作用下的内力图活荷载租用下的弯矩包络图活载作用下的轴力包络图活荷载作用下的剪力包
20、络图弯矩包络图七、截面设计1、承载力抗力调整系数 RE考虑地震作用时，结构构件的截面设计采用下面的表达式： /RES式中： 为承载力抗震调整系数，见表 2-19S 为地震作用效应或者地震作用效应与其它荷载效应的基本组合R 为结构构件的组合注意在截面配筋时，组合表中与地震力组合的内力均应乘以 后再与静力组RE合的内力进行比较，挑出最不利内力承载力抗震调整系数 表 2-19RE材料 结构构件 受力状态 RE梁 受弯 0.75梁轴压比0.15 的墙 偏压 0.75轴压比 0.15 的墙偏压 0.80抗震墙 偏压 0.85钢筋混凝土各类杆件 受剪、偏压 0.853、 横向框架梁截面设计一第一层梁为例，梁控制截面的内力如图 2-15 所示，图中 M 单位为 ，kNmV 单位为 。kN混凝土强度等级为 C30 ，纵筋为 HRB335，214.3/tfNm，箍筋为 HPB235，230/yfm20y图 2-15 第一层梁内力示意图（1） 梁的正截面强度计算见表 2-20
