第一节结构方案设计框架横向刚度计算

第一节结构方案设计、框架横向刚度计算结构设计技术条件框架结构布置框架结构计算简图框架横向刚度计算竖向荷载计算横向水平地震作用计算及位移验算水平地震作用下横向框架内力分析竖向荷载作用下横向框架内力分析框架内力组合基础楼梯设计框架梁、柱配筋计算满足位移验算要求不满足位移验算要求框架结构设计流程绘制框架结构施工图不满足竖向设计要求满足竖向设计要求一、结构设计技术条件结构设计技术条件工程概况设计依据荷载取值结构总体布置主要承重构件、墙体的选择及截面尺寸基础材料结构计算原则和方法具体要求祥见word文档二、框架结构布置框架结构布置平面设计竖向设计变形缝设置柱网及层高梁、柱截面尺寸基础形式承重方案二、框架结构布置平面设计建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转的影响。（参考抗规范3.4.1-3.4.5）１）结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面布置。二、框架结构布置２）抗震设计的钢筋混凝土结构，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度L不宜过长，突出部分长度l不宜过大；不采用角部重叠或细腰形平面图形。二、框架结构布置３）结构平面布置应减少扭转的影响。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。注：对结构的扭转效应从以下两个方面加以限制：（1）限制结构平面布置的不规则性，避免质心与刚心存在过大的偏心。（2）结构的抗扭刚度不能太弱，楼梯间不宜布置在结构角部。（1）框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。（参考高层规6.1.6）（2）楼梯间的结构布置。几点注意：二、框架结构布置竖向设计从结构受力及对抗震性能要求而言，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续不应突变。1）建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。2）抗震设计的建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%；受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%。3）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。4）沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土等级应满足：每次改变，柱的截面尺寸宜减小100~150mm，混凝土等级降低一级，且二者不宜在同一楼层改变。二、框架结构布置变形缝设置1）分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝。2）缺点：高层建筑设缝后，给建筑、结构和设备的设计与施工带来一定困难，基础防水也不容易处理。目前的总趋势是避免设缝，当必须设缝时，应将建筑划分为几个独立的结构单元。沉降缝伸缩缝防震缝避免地震时结构间的相互碰撞（结构从顶到基础顶面分开）注：必要时可以三缝合一，目前的总趋势是避免设缝。避免主体与裙房过大的沉降差（结构完全分开）减小结构温度应力（结构从顶到基础顶面分开）二、框架结构布置注：（1）施工后浇带的作用在于减小混凝土的收缩应力，提高建筑物对温度应力的耐受能力。（2）施工中每隔30m~40m间距留后浇带，带宽800mm~1000mm；（3）后浇带，应通过建筑物的整个横截面，将全部墙、梁和楼板分开，可设在框架梁和楼板的1/3跨处；（4）在后浇带处，板、墙钢筋应采用搭接接头（图2.2.6），梁主筋可不断开，后浇带混凝土宜在两个月后浇灌；（5）后浇带应从结构受力较小的部位曲折通过，不宜在同一平面内通过。后浇带的设置（避免设伸缩缝）二、框架结构布置二、框架结构布置柱网及层高2）层高除底层外，柱的计算高度即为各层层高。结构底层层高=建筑底层层高（去板厚）+室内外高差+(1/15~1/12)H–基础梁高1）柱网分为小柱网和大柱网；小柱网是一个开间为一个柱距，大柱网是两个开间为一个柱距；常用的柱距：3.3m、3.6m、4.0m、6.0m、6.6m、7.5m等；常用的跨度（进深）：4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.5m等。注：柱距一般控制在7m左右，柱网相差不宜过大，以避免某跨线刚度过大。注：层高一般取3m、3.3m、3.6m、4.2m、4.5m等。二、框架结构布置承重方案1）横向框架承重主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置（实际结构中应用最多）。2）纵向框架承重主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。3）纵、横向框架承重房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。框架结构的承重方案二、框架结构布置梁、柱截面尺寸1）梁截面尺寸确定（高规6.3.1）梁截面高度可取hb=(1/18~1/10)lb梁截面宽度可取bb=(1/3~1/2)hb，且不宜小于200mm。2）柱截面尺寸柱截面尺寸一般根据经验估算或柱的轴压比限制来确定。（1）框架柱的截面宽度不宜小于350mm，高度均不宜小于400mm；（2）为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4；（3）边柱内缩，中柱两边缩，每次缩减100~150为宜；（4）梁、柱的截面中心线宜重合，若偏心，偏心距不宜大于柱截面在该方向的1/4。（抗震规范6.1.5）注：柱子的偏心对齐问题。二、框架结构布置利用轴压比限制确定柱截面尺寸:柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即式中：Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（12~14）kN/m2计算。Ac≥(1.1~1.2)N/fcN=1.25Nv二、框架结构布置基础形式十字交叉基础：上部荷载较大、采用条形基础不能满足地基承载力要求时，可采用十字交叉基础。将基础纵、横两个方向联系起来，其整体性比较好。柱下条形基础：上部荷载较大、地基承载力较低、柱间距离较近时，可采用柱下条形基础。筏板基础：上部荷载大、地基软弱或防渗需要时，可采用筏板基础，其整体性比好。三、框架结构计算简图为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。1）竖向荷载作用下：应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。2）水平荷载作用下：整个框架可视为若干个平面框架，共同抵抗与平面框架平行的水平荷载，与该方向正交的结构不参与受力。三、框架结构计算简图3）当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴不重合时，顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，注意由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。1）计算简图用梁、柱轴线表示，取各自的形心线；对于现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。2）对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室，可取至地下室结构的顶板处。注：四、框架横向刚度计算1、梁线刚度注意：对于楼梯间框架梁不单独考虑。1）梁的线刚度其中cE为混凝土弹性模量；l为梁的计算跨度；bI为梁截面惯性矩。cbbEIil取决于：梁混凝土强度等级、梁截面尺寸、梁计算跨度。bi边框架中框架楼层混凝土强度等级E截面b×h计算跨度l矩形截面惯性矩0I01.5bIIcbbEIil02.0bIIcbbEIil123横梁线刚度bi计算表四、框架横向刚度计算2、柱线刚度2）柱的线刚度cccEIih其中cE为混凝土弹性模量；cI为柱的惯性矩，h为框架柱的计算高度。取决于：柱混凝土强度等级、柱截面尺寸、层高。ci柱线刚度ci计算表楼层混凝土强度等级E截面b×h惯性矩cI层高hcccEIih123四、框架横向刚度计算3、框架柱层间侧移刚度值柱侧向刚度修正系数c边柱中柱位置简图K简图Kc一般层c422iiiKc43212iiiiiKKK2c固接c2iiKc21iiiKKK25.0c底层铰接c2iiKc21iiiKKK215.0cc212ciDhc柱侧向刚度修正系数ci柱的线刚度h柱的计算高度3）柱的侧移刚度D值4）框架柱层间侧移刚度D四、框架横向刚度计算3、框架柱层间侧移刚度值说明：1）有n层不同的层间刚度，就列n个表；2）若层间侧移刚度不满足结构竖向设计要求，则需要调整，重新计算，直至满足。举例计算结构顶层D顶层