混凝土框架结构设计手算步骤

一．确定结构方案与结构布置

1．结构选型是否选用框架结构应先进行比较。根据何广乾的模糊评判法，砼结构8~18层首选框剪结构，住宅、旅馆则首选剪力墙。对于不需要电梯的多层采用框架较多。

2．平面布置注意L,l,l’,B的关系。

3．竖向布置注意高宽比、最大高度（分A、B两大类，B类计算和构造有更严格的要求），力求规则，侧向刚度沿竖向均匀变化。

4．三缝的设置按规范要求设置，尽量做到免缝或三缝合一。

5．基础选型对于高层不宜选用独立基础。但根据国勤兄的经验，对于小高层当地基承载力标准值300kpa以上时可以考虑用独基。

6．楼屋盖选型

高层最好选用现浇楼盖

1）梁板式最多的一种形式。有时门厅，会议厅可布置成井式楼盖，其平面长宽比不宜大于1.5，井式梁间距为2.5~3.3m，且周边梁的刚度强度应加强。采用扁梁高度宜为1/15~1/18跨度，宽度不超过柱宽50，最好不超过柱宽。

2）密肋梁方形柱网或接近方形，跨度大且梁高受限时常采用。肋梁间距1~1.5m，肋高为跨度的1/30~1/20，肋宽150~200mm。

3）无梁楼盖地震区不宜单独使用，如使用应注意可靠的抗震措施，如增加剪力墙或支撑。

4）无粘结预应力现浇楼板一般跨度大于6m，板厚减薄降低层高，在高层中应用有一定技术经济优势。在地震区应注意防止钢筋端头锚固失效。

5）其他

二．初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级

1．柱截面初定分抗震和非抗震两种情况。对于非抗震，按照轴心受压初定截面。对于抗震，Ac=N/(a*fc) N=B*F*Ge*n B=1.3（边柱），1.2（等跨中柱），1.25（不等跨中柱）Ge=12~15kN/m2 a为轴压比fc为砼抗压强度设计值F为每层从属面积n为层数。框架柱上下截面高度不同时，每次缩小100~150为宜。为方便尺寸标注修改，边柱一般以墙中心线为轴线收缩，中柱两边收缩。柱截面与标号的变化宜错开。

2．梁截面初定梁高为跨度的1/8~1/14，梁宽通常为1/2~1/3梁高。其余见前述。对于宽扁梁首先应注意满足挠度要求，否则存在梁板协调变形的复杂内力分析问题。梁净跨与截面高度之比不宜小于4。框架梁宽不宜小于1/2柱宽，且不小于250mm。框架梁的截面中心线宜与柱中心线重合，当必须偏置时，同一平面内的梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱截面在该方向的1/4。

3．砼强度等级一级现浇不低于C30，其余不低于C20。

三．重力荷载计算

1．屋面及楼面永久荷载标准值分别计算各层

2．屋面及楼面可变荷载标准值

3．梁柱墙门窗重力计算

4．重力荷载代表值=自重标准值+可变荷载组合值+上下各半层墙柱等重量

可变荷载组合值系数：雪、屋面积灰为0.5，屋面活荷载不计，按实际考虑的各楼面活荷载为1。将各层代表值集中于各层楼面处。

四．框架侧移刚度计算

计算梁柱线刚度，计算各层D值，判断是否规则框架。分别计算框架纵横两个方向。

五．计算自振周期

T1=（0.6或0.7）×1.7×sqrt(Ut)

Ut——假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。0.6或0.7为考虑填充墙的折减系数。对于带屋面局部突出的房屋，Ut应取主体结构顶点位移，而不是突出层位移。此时将突出层重力荷载折算到主体结构的顶层。

Ge=Gn+1(1+1.5h1/H)+Gn+2(1+1.5(h1+h2)/H)

分别计算纵横框架。

六．风荷载作用下弹性位移验算

对于框架结构应将所得的分布风荷载按静力等效的原则化为楼面处的集中荷载，以便于内力计算。由水平集中风荷载计算内力及位移（D值法），检查是否满足层间位移及顶点位移要求。如不满足，应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。应分别计算纵横向框架内力位移。

七．多遇地震作用下弹性位移验算

40m以下采用底部剪力法等计算水平地震作用，T1>1.4Tg时考虑顶部附加地震作用。计算各质点水平地震作用。水平地震作用下位移验算。检查是否满足弹性位移限制，如不满足应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。D值法分别计算纵横向框架内力位移。

八．竖向荷载作用下框架内力计算

活荷载不利布置。当活荷载与恒载之比不大于1时可按满布考虑，跨中弯矩乘1.1~1.2系数予以调整。常用弯矩分配法计算纵横向框架内力。对计算出的内力进行弯矩调幅。

九．内力组合60m及9度以下几种组合方式

1．1.2恒+1.4活

2．1.2恒+0.9*1.4（活+风）

3．1.35恒+1.0活

4．1.2恒+1.3地震水平力

通常 1.2恒+1.4风不起控制作用

十．竖向荷载作用下楼屋盖设计

十一. 梁柱截面配筋

节点构造框架柱首先验算轴压比，剪跨比，如不满足要求应调|考试大|整截面和等级。柱端弯矩设计值的调整（梁柱节点，柱脚弯矩节点调整），以符合强柱弱梁；柱端剪力值调整以符合强剪弱弯；角柱地震作用效应调整以抗扭转引起角柱内力增大。梁抗弯截面设计取抗震和非抗震弯矩大值进行配筋。注意跨中弯矩不小于1/2（按简直梁计算的跨中弯矩）。梁的斜截面设计注意验算截面尺寸是否符合要求。

十二. 基础设计

十三. 罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算

7度区竖向不规则，3，4类场地考虑。7~9度楼层屈服强度系数小于0.5时的框架结构应进行薄弱层的抗震变形验算。其余见规程。12层以下有简化计算方法。如不满足变位角限值，应重新调整梁柱截面配筋。所谓竖向不规则即为下层刚度小于上层相邻的70%，承载力小于上层80%。

框架结构设计计算步骤探讨

【摘要】新规范对建筑结构设计提出了更高的要求，结构计算更加复杂多样，因此不可能一次完成，而应当从整体到局部、分层次完成。主要计算过程可以分为四步进行：整体参数计算，整体合理性计算，构件优化计算和抗震性能验算。每步计算中又包含多次试算，在上一步计算取得合理结果以后，方可进行下一步计算，以便使结构计算过程科学化，提高设计工作效率。

【关键字】建筑结构设计计算步骤参数

新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了更高的要求，使结构设计不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行结构设计计算，以满足新规范的要求，是每个设计人员都非常关心的问题。以SETWE软件为例，进行结构设计计算步骤的讨论，对一个典型工程而言，使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。

一．完成整体参数的正确设定

计算开始以前，设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况，对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的，必须首先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。

1．振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。一般而言，振型数的多少于结构层数及结构自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理，可以看软件计算书中的x，y向的有效质量系数是否大于0.9。具体操作是，首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型个数，直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。

2．最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度时，应将该数值回填（代入设计参数中）到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。

3．结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可先按经验公式：T1=0．25+0．35×10-3H2／3√B计算代入软件，亦可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置，否则其后的计算结果与实际差别很大。

二．确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

1．周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。设计软件通常不直接给出结构的周期比，需要设计人