混凝土结构设计指导书

混凝土结构设计指导书

框架结构是多层建筑的一种主要结构形式，重点是非抗震框架结构设计的一般原理。设计时应了解框架结构的组成和结构布置，掌握计算简图的确定方法，熟练进行分层法、反弯点法和D值法计算框架结构的内力和位移，领会和掌握内力组合以及框架梁、柱和节点的设计与主要构造要求。

一、设计资料

1.规范：《混凝土结构设计规范》GB50010－2002 简称“砼设计规范”；

2. 《建筑结构荷载规范》GB50009－2001简称“荷载规范”；

3.上学期混凝土结构设计教材；

4.框架结构平面表示方法的相关图集。

二、结构布置及梁柱截面初估

1、结构布置见任务书

2、各梁柱截面尺寸初估：

框架结构的梁、柱截面尺寸在内力计算、位移计算之前要初步确定，然后再根据承载力计算及变形验算最后确定。

承重框架梁的截面尺寸肋形楼盖的“主梁”来估计。通常取梁高h b=(1/8～1/12)l b(主梁计算跨度)，同时h b也不宜大于净跨的1/4；梁宽b b不宜小于200mm，且不小于柱宽的1/2；同时h b/b b≤4。非承重框架的梁可按“次梁”要求选择截面尺寸，一般取梁高为(1/12～1/20)计算跨度。当满足上述要求时一般可不进行挠度验算。

柱截面尺寸可近似根据柱承受的竖向荷载来估算。在初步设计时，可按照每个柱支承的楼板面积(不考虑连续性)及填充墙长度，由楼板单位面积上的荷载(包括恒载及全部活载)及填充墙材料重量计算出它的最大竖向荷载设计值N V。考虑到在水平荷载作用下由于弯矩的影响，可按下式估算柱的截面积A c

A c≥(1.05～1.10)N V/f c

式中f c为混凝土的轴心抗压强度设计值。

框架柱截面可做成矩形或方形，一般柱截面的长边应与主承重框架方向一致。柱截面长边h c一般不宜小于400mm，短边b c不宜小于350mm，且柱净高与h c之比不应小于4。

三、荷载计算

(一)竖向荷载

竖向荷载包括恒载(结构自重及建筑装修材料重量等)及活载(楼面及屋顶使用荷载、雪

荷载等)。

在设计楼面梁、墙、柱及基础时，要根据承荷面积(对于梁)及承荷层数(对于墙、柱及基础)的多少，对楼面活荷载乘以相应的折减系数。这是因为考虑到构件的受荷面积越大(或承荷层数越多)，楼面活荷载在全部承荷面上均满载的机率越少。如以住宅、旅馆、办公楼、医院病房及托儿所等房屋为例，当楼面梁的承荷面积(梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际面积)超过25m2时，楼面活载折减系数为0.9；墙柱基础的活载按楼层数的折减系数见下表：

注：当楼面梁的承荷面积大于25m2时，采用括号内数值。

其他类房屋的折减系数见《建筑结构荷载规范》。

(二)风荷载

风荷载的标准值W k、基本风压W O、风压高度变化系数μZ、风载体型系数μS参见第十一章。

对于高层建筑，要适当提高基本风压的取值。对一般高层建筑，可按《荷载规范》给出的基本风压值乘以系数1.1后采用；对于特别重要的和有特殊要求的高层建筑，可将基本风压值乘以1.2后采用。

四、内力计算

（一）竖向荷载作用下的分层法

1.框架分层

框架分层后，各层柱高、梁的跨度以及梁上竖向荷载均与原结构相同，在计算简图中假定柱的远端固定。

2.计算梁、柱线刚度

梁、柱的线刚度分别为EI b/l和EI c/h，此处I b、I c各为梁、柱的截面惯性矩；l、h各为梁的跨度及柱高。

计算梁截面惯性矩I b时，应考虑楼板作为梁的翼缘宽度对I b的影响。设计时可近似按下列公式确定有现浇楼板的梁截面惯性矩。

两侧有楼板 I b=2.0I r

一侧有楼板 I b=1.5I r

式中I r为按矩形截面计算的惯性矩。

3.计算弯矩分配系数及传递系数

实际框架结构中，只有底层柱的远端为固定端，其他各层柱均为弹性固定，分层计算时假定为固定端，故应将其他各层柱的线刚度乘以0.9修正系数(底层柱不修正)。计算节点处各杆件的弯矩分配系数时，应取修正后的柱线刚度计算。同时，由于除底层柱以外，上层各柱远端均非固定端，其远端传递系数取1/3。底层柱和各层梁的传递系数仍取1/2。

4.弯矩分配

用弯矩分配法计算各分层框架的弯矩，将上下两层分别算得的同一根柱的弯矩叠加。这样得出的结点弯矩是不平衡的，但误差不会很大。必要时还可将结点不平衡弯矩再进行一次分配。

（二）水平荷载作用下的反弯点法

参照教材

（三）水平荷载作用下的D值法（改进反弯点法）

参照教材

（四）内力组合

(一)竖向荷载下的活载不利位置及塑性调幅

确定框架梁跨中及支座截面最大弯矩和支座截面最大剪力活载不利位置的原则与第九章所述相同。

在多层及高层建筑中，通常楼层使用活荷载为1.5～2kN/m2，相对较小。为了简化设计，

一般可不考虑活载不利位置的影响，与恒载相同，按各跨满布情况计算。

但是对于使用荷载很大的多层厂房、公共建筑或书库等，则应考虑活载的不利位置进行竖向荷载下的内力计算。

为了减少框架梁支座截面负弯矩配筋过分拥挤，以保证混凝土浇筑质量。尤其是在抗震结构设计中为了使梁端出现塑性铰以形成延性框架。允许在框架梁中进行塑性调幅，降低竖向荷载作用下的支座弯矩，并相应调整跨中截面的弯矩。现浇框架支座弯矩的调幅系数β

=O.8～0.9，装配整体式框架取β=0.7～0.8。相应地增大跨中弯矩。根据平衡关系调幅后的梁端弯矩M b左、M b右及跨中弯矩M b中，应满足下列条件：

(M b左+M b右)/2+M b中≥M O

式中M O──按简支梁计算的跨中弯距。

为了保证必要的跨中弯矩取值，同时要求： M b中≥M O/2

竖向荷载下的弯矩应先进行塑性调幅，再与水平荷载作用下的弯矩进行组合。

(二)控制截面的最不利内力组合

内力分析中算得的梁支座弯矩是柱轴线处的弯矩值，与第九章中主梁设计相同，用来进行配筋计算的是梁端控制截面的弯矩(如上图所示)。因此需将柱轴线处的弯矩换算为柱边截面处的弯矩值。框架梁一般情况下需进行跨中截面M max和M min的最不利组合；支座截面需对M max、M min及|V|max进行最不利组合。