框架結構設計步驟

1、砼框架結構設計手算步驟一 確定結構方案與結構布置1 結構選型 是否選用框架結構應先進行比較。 根據(jù)何廣乾的模糊評判法， 砼結構 818 層首選框剪結構， 住宅、旅館則首選剪力墻。對于不需要電梯的多層采用框架較多。2 平面布置 注意 L,l,l ,B 的關系。3 豎向布置 注意高寬比、最大高度（分A 、B 兩大類， B 類計算和構造有更嚴格的要求） ，力求規(guī)則，側向剛度沿豎向均勻變化。4 三縫的設置 按規(guī)范要求設置，盡量做到免縫或三縫合一。5 基礎選型 對于高層不宜選用獨立基礎。 但根據(jù)國勤兄的經驗， 對于小高層當?shù)鼗休d力標準值 300kpa 以上時可以考慮用獨基。6 樓屋蓋選型高層最好選用現(xiàn)

2、澆樓蓋1）梁板式 最多的一種形式。有時門廳，會議廳可布置成井式樓蓋，其平面長寬比不宜大于1.5，井式梁間距為2.53.3m,且周邊梁的剛度強度應加強。采用扁梁高度宜為1/151/18跨度，寬度不超過柱寬 50,最好不超過柱寬。2） 密肋梁方形柱網或接近方形，跨度大且梁高受限時常采用。肋梁間距11.5m，肋高為跨度的1/301/20， 肋寬 150200mm。3）無梁樓蓋 地震區(qū)不宜單獨使用，如使用應注意可靠的抗震措施，如增加剪力墻或支撐。4） 無粘結預應力現(xiàn)澆樓板一般跨度大于6m,板厚減薄降低層高，在高層中應用有一定技術經濟優(yōu)勢。 在地震區(qū)應注意防止鋼筋端頭錨固失效。5）其他二 初步確定梁柱截

3、面尺寸及材料強度等級1 柱截面初定 分抗震和非抗震兩種情況。對于非抗震，按照軸心受壓初定截面。對于抗震，Ac=N/（a*fc）N=B*F*Ge*n B=1.3 （邊柱），1.2（等跨中柱），1.25（不等跨中柱） Ge=1215kN/m2 a為軸壓比fc為砼抗 壓強度設計值 F為每層從屬面積 n為層數(shù)?？蚣苤舷陆孛娓叨炔煌瑫r， 每次縮小100150為宜。為方便 尺寸標注修改，邊柱一般以墻中心線為軸線收縮，中柱兩邊收縮。柱截面與標號的變化宜錯開。2 梁截面初定 梁高為跨度的 1/81/14，梁寬通常為 1/21/3 梁高。其余見前述。對于寬扁梁首先應注意 滿足撓度要求，否則存在梁板協(xié)調變形的復

4、雜內力分析問題。梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。框架梁寬不宜小于1/2柱寬，且不小于250mmo框架梁的截面中心線宜與柱中心線重合，當必須偏置時，同一平 面內的梁柱中心線間的偏心距不宜大于柱截面在該方向的1/4。3. 砼強度等級 一級現(xiàn)澆不低于 C30,其余不低于C20o三 重力荷載計算1 . 屋面及樓面永久荷載標準值 分別計算各層2. 屋面及樓面可變荷載標準值3. 梁柱墻門窗重力計算4. 重力荷載代表值 =自重標準值 +可變荷載組合值 +上下各半層墻柱等重量可變荷載組合值系數(shù)：雪、屋面積灰為0.5,屋面活荷載不計，按實際考慮的各樓面活荷載為1。將各層代表值集中于各層樓面處。四. 框架側移剛度

5、計算計算梁柱線剛度，計算各層 D值，判斷是否規(guī)則框架。分別計算框架縱橫兩個方向。五. 計算自振周期T1= （ 0.6 或 0.7） X1.7Xsqrt（Ut）Ut_假想把集中在各層樓面處的重力荷載代表值作為水平荷載而算得的結構頂點位移。0.6或0.7為考慮填充墻的折減系數(shù)。對于帶屋面局部突出的房屋，Ut應取主體結構頂點位移，而不是突出層位移。此時將 突岀層重力荷載折算到主體結構的頂層。Ge=Gn+1（1+1.5h1/H）+G n+2（1+1.5（h1+h2）/H）分別計算縱橫框架。六. 風荷載作用下彈性位移驗算對于框架結構應將所得的分布風荷載按靜力等效的原則化為樓面處的集中荷載，以便于內力計算

6、。由水平 集中風荷載計算內力及位移（D值法），檢查是否滿足層間位移及頂點位移要求。如不滿足，應返回修改梁 柱截面尺寸強度等級。應分別計算縱橫向框架內力位移。七. 多遇地震作用下彈性位移驗算40m以下采用底部剪力法等計算水平地震作用，T11.4Tg時考慮頂部附加地震作用。計算各質點水平地震作用。水平地震作用下位移驗算。檢查是否滿足彈性位移限制，如不滿足應返回修改梁柱截面尺寸強度等 級。D值法分別計算縱橫向框架內力位移。八. 豎向荷載作用下框架內力計算活荷載不利布置。當活荷載與恒載之比不大于1時可按滿布考慮，跨中彎矩乘1.11.2系數(shù)予以調整。常用彎矩分配法計算縱橫向框架內力。對計算岀的內力進行彎

7、矩調幅。九. 內力組合60m及9度以下幾種組合方式1. 1.2 恒 +1.4 活2. 1.2 恒 +0.9*1.4 （活 + 風）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風 不起控制作用十.豎向荷載作用下樓屋蓋設計十一.梁柱截面配筋 節(jié)點構造框架柱首先驗算軸壓比，剪跨比，如不滿足要求應調整截面和等級。柱端 彎矩設計值的調整（梁柱節(jié)點，柱腳彎矩節(jié)點調整），以符合強柱弱梁；柱端剪力值調整以符合強剪弱彎；角柱地震作用效應調整以抗扭轉引起角柱內力增大。梁抗彎截面設計取抗震和非抗震彎矩大值進行配筋。注意跨中彎矩不小于1/2 （按簡直梁計算的跨中彎矩）。梁的斜截面

8、設計注意驗算截面尺寸是否符合要求。 十二.基礎設計十三.罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算7度區(qū)豎向不規(guī)則，3, 4類場地考慮。79度樓層屈服強度系數(shù)小于 0.5時的框架結構應進行薄弱層的抗震 變形驗算。其余見規(guī)程。12層以下有簡化計算方法。如不滿足變位角限值，應重新調整梁柱截面配筋。所 謂豎向不規(guī)則即為下層剛度小于上層相鄰的70%，承載力小于上層80%新的建筑結構設計規(guī)范在結構可靠度、設計計算、配筋構造方面均有重大更新和補充，特別是對抗震及結構的整體性，規(guī)則性作出了更高的要求，使結構設計不可能一次完成。如何正確運用設計軟件進行結構設計計算，以滿足新規(guī)范的要求， 是每個設計人員都非常關心的問題

9、。以SATWE軟件為例，進行結構設計計算步驟的討論，對一個典型工程而言，使用結 構軟件進行結構計算分四步較為科學。1. 完成整體參數(shù)的正確設定計算開始以前，設計人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述，以及工程的實際情況， 對軟件初始參數(shù)和特殊構件進行正確設置。但有幾個參數(shù)是關系到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證后續(xù)計算結果的正確性。這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經過試算才能得到。(1 )振型組合數(shù)是軟件在做抗震計算時考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映 模型應當考慮的振型數(shù)量，使計算結果失真；取值太大，不

10、僅浪費時間，還可能使計算結果發(fā)生畸變。高層建筑混凝土結構技術規(guī)程5.1.13-2條規(guī)定，抗震計算時，宜考慮平扭藕聯(lián)計算結構的扭轉效應，振型數(shù)不宜小于15 ,對多塔結構的振型數(shù)不應小于塔樓的 9倍，且計算振型數(shù)應使振型參與質量不小于總質量的90 %。一般而言，振型數(shù)的多少于結構層數(shù)及結構自由度有關，當結構層數(shù)較多或結構層剛度突變較大時，振型數(shù)應當取得多些， 如有彈性節(jié)點、多塔樓、轉換層等結構形式。振型組合數(shù)是否取值合理，可以看軟件計算書中的x, y向的有效質量系數(shù)是否大于 0.9.具體操作是，首先根據(jù)工程實際情況及設計經驗預 設一個振型數(shù)計算后考察有效質量系數(shù)是否大于0.9，若小于0.9，可逐步

11、加大振型個數(shù)，直到x, y兩個方向的有效質量系數(shù)都大于0.9為止。必須指出的是，結構的振型組合數(shù)并不是越大越好，其最大值不能超過結構得總自由度數(shù)。例如對采用剛性板假定得單塔結構， 考慮扭轉藕聯(lián)作用時，其振型不得超過結構層數(shù)的3倍。如果選取的振型組合數(shù)已經增加到結構層數(shù)的3倍，其有效質量系數(shù)仍不能滿足要求，也不能再增加振型數(shù)，而應認真分 析原因，考慮結構方案是否合理。(2) 最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結構地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出，設計人員如發(fā)祥該角度絕對值大

12、于15度，應將該數(shù)值回填到軟件的水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算，以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。(3) 結構基本周期是計算風荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其準確值，可以保留軟件的缺省值，待計算后從計算書中讀取其值，填入軟件的結構基本周期”選項，重新計算即可。上述的計算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計算出來，正確設置，否則其后的計算結果與實際差別很大。2. 確定整體結構的合理性整體結構的科學性和合理性是新規(guī)范特別強調內容。新規(guī)范用于控制結構整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛 重比、剪重比等。(1) 周期比是控制結構扭轉效應的重要指

13、標。它的目的是使抗側力的構件的平面布置 更有效更合理，使結構不至出現(xiàn)過大的扭轉。也就是說，周期比不是要求就構足夠結實，而是要求結構承載布局合理。高規(guī)第4.3.5條對結構扭轉為主的第一自振周期 Tt與平動為主的第一自振周期 T1之比的要求給出了規(guī)定。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說明該結 構的扭轉效應明顯，設計人員需要增加結構周邊構件的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。設計軟件通常不直接給出結構的周期比，需要設計人員根據(jù)計算書中周期值自行判定第一扭轉(平動)周期。以下介紹實用周期比計算方法：1)扭轉周期與平動周期的判斷：從計算書中找出所有扭轉系數(shù)大于0.5的平動周期，按周期值

14、從大到小排列。 同理，將所有平動系數(shù)大于0.5的平動周期值從大到小排列；2)第一周期的判斷：從列隊中選出數(shù)值最大的扭轉（平動）周期，查看軟件的結構整體空間振動簡圖”，看該周期值所對應的振型的空間振動是否為整體振動，如果其僅僅引起局部振動，則不能作為第一扭轉（平動）周期，要 從隊列中取出下一個周期進行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動的值即為第一扭轉（平動）周期；3 ）周期比計算：將第一扭轉周期值除以第一平動周期即可。（2）位移比（層間位移比）是控制結構平面不規(guī)則性的重要指標。其限值在建筑抗 震設計規(guī)范和高規(guī)中均有明確的規(guī)定，不再贅述。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定

15、的位 移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設置時選擇 對所有樓層強制采用剛性樓板假定 ”，以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求 后，再去掉 對所有樓層強制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進行后續(xù)配筋計算。此外，位移比的大小是判斷結構是否規(guī)則的重要依據(jù)，對選擇偶然偏心，單向地震，雙 向地震下的位移比，設計人員應正確選用。（3）剛度比是控制結構豎向不規(guī)則的重要指標。根據(jù)抗震規(guī)范和高規(guī)的要求，軟 件提供了三種剛度比的計算方式， 分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。 正確認識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關鍵：1）剪切剛

16、度主要用于底部大空間為一層的轉換結構及對地下室嵌固條件的判定；2）剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉換結構；3）地震力與層間位移比是執(zhí)行抗震規(guī)范第342條和高規(guī)435條的相關規(guī)定，通常絕大多數(shù)工程都可以用此法計算剛度比，這也是軟件的缺省方式。（4 ）層間受剪承載力之比也是控制結構豎向不規(guī)則的重要指標。其限值可參考抗震 規(guī)范和高規(guī)的有關規(guī)定。（5）剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)。該值如果不滿足要求， 則可能引起結構失穩(wěn)倒塌， 應當引起設計人員的足夠重視。（6 ）剪重比是抗震設計中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是因為長期

17、作用下，地震影響系數(shù)下降較快， 由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對于長周期結構，地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用，但采用振型分解法時無法對此作出準確的計算。因此，出于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求， 則說明結構有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位，必須進行調整。除以上計算分析以外，設計軟件還會按照規(guī)范的要求對整體結構地震作用進行調整，如最小地震剪力調整、特殊結構地震作用下內力調整、0.2Q0調整、強柱弱梁與強剪弱彎調整等等，因程序可以完成這些調整，就不再詳述了。3對單構件作優(yōu)化設計前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整，

18、這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計算，構件截面優(yōu)化設計等。（1） 軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況：1）當梁的彎矩設計值 M大于梁 的極限承載彎矩 Mu時，提示超筋；2）規(guī)范對混凝土受壓區(qū)高度限制：四級及非抗震：EEb二、三級：0.3（ 計算時取 AS = 0.3 AS ）一級：0.2（ 計算時取 AS = 0.5 AS ）當E不滿足以上要求時，程序提示超筋； 3）抗震規(guī)范要求梁端縱向受拉鋼筋的最 大配筋率2.5%，當大于此值時，提示超筋； 4）混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要 求，如不滿足則提示超筋。（2） 剪力墻超筋分三種情況：1）剪力墻暗柱

19、超筋：軟件給出的暗柱最大配筋率是按 照4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設計人員可以酌情考慮；2）剪力墻水平筋超筋則說明該結構抗剪不夠，應予以調整；3）剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對剪力墻連梁剛度進行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現(xiàn)塑性變形，即連梁開裂。設計人員在進行剪力墻連梁設計時，還應考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。（3 ）柱軸壓比計算：柱軸壓比的計算在高規(guī)和抗震規(guī)范中的規(guī)定并不完全一樣，抗震規(guī)范第637條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設計

20、值既包括地震組合，也包括非地震 組合，而高規(guī)第 6.4.2條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設計值僅考慮地震作用組合下的柱 軸力。軟件在計算柱軸壓比時， 當工程考慮地震作用， 程序僅取地震作用組合下的的柱軸力 設計值計算；當該工程不考慮地震作用時， 程序才取非地震作用組合下的柱軸力設計值計算。 因此設計人員會發(fā)現(xiàn)， 對于同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結果會不一 樣。（4 ）剪力墻軸壓比計算：為了控制在地震力作用下結構的延性，新的高規(guī)和抗 震規(guī)范對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是，軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時，是按單向計算的，這與高規(guī)中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同，設 計人員可以酌情考慮。（5）構件截面優(yōu)化設計： 計算結構不超筋，并不表示構件初始設置的截面和