畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書(框架結(jié)構(gòu)設(shè)計)-結(jié)構(gòu)選型及荷載計算

1、目目 錄錄 第一章第一章 結(jié)構(gòu)選型與布置結(jié)構(gòu)選型與布置.1 1.1 結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型.1 1.2 結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置.1 1.3 設(shè)計例題已知條件設(shè)計例題已知條件.3 第二章第二章 確定計算簡圖確定計算簡圖.10 2.1 基本理論基本理論.10 2.2 設(shè)計例題設(shè)計例題.16 2.2.1 確定計算簡圖 .16 2.2.2 梁、柱截面尺寸 .16 2.2.3 材料強(qiáng)度等級 .17 2.2.4 荷載計算 .17 第三章第三章 框架內(nèi)力計算框架內(nèi)力計算.24 3.1 計算方法計算方法.24 3.1.1 豎向荷載作用下框架內(nèi)力計算 .24 3.1.2 框架活荷載不利布置 .27 3.1.3 水平荷載作用

2、下框架內(nèi)力計算 .27 3.2 例題計算例題計算.30 3.2.1 恒載作用下的框架內(nèi)力 .30 3.2.2 活載作用下的框架內(nèi)力 .36 3.2.3 風(fēng)荷載作用下的位移、內(nèi)力計算 .51 3.2.4 地震作用下橫向框架的內(nèi)力計算 .55 第四章第四章 框架內(nèi)力組合框架內(nèi)力組合.63 4.1 荷載組合荷載組合.63 4.2 控制截面及最不利內(nèi)力控制截面及最不利內(nèi)力.64 4.2.1 控制截面 .64 4.2.2 最不利內(nèi)力組合 .64 4.3 彎矩調(diào)幅彎矩調(diào)幅.65 4.4 例題計算例題計算.65 第五章第五章 框架梁柱截面設(shè)計框架梁柱截面設(shè)計.73 5.1 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ).73 5.2 例

3、題計算例題計算.75 第六章第六章 樓梯結(jié)構(gòu)計算設(shè)計樓梯結(jié)構(gòu)計算設(shè)計.86 6.1 基本理論基本理論.86 6.1.1 板式樓梯 .86 6.1.2 梁式樓梯 .88 6.2 例題設(shè)計例題設(shè)計.89 6.2.1 梯段板計算 .90 6.2.2 休息平臺板計算 .90 6.2.3 梯段梁計算 .91 第七章第七章 現(xiàn)澆樓面板設(shè)計現(xiàn)澆樓面板設(shè)計.93 7.1 計算方法計算方法.93 7.1.1 單向板肋形樓蓋 .93 7.1.2 雙向板肋形樓蓋 .95 7.2 例題計算例題計算.97 7.2.1 跨中最大彎矩 .98 7.2.2 求支座中點最大彎矩 .98 7.2.3 A 區(qū)格 .99 7.2.4

4、 E 區(qū)格.100 第八章第八章 基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計.102 8.1 柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計.102 8.1.1 按持力層強(qiáng)度初步確定基礎(chǔ)底面尺寸 .102 8.1.2 抗震承載力驗算 .104 8.1.3 地基軟臥層強(qiáng)度驗算 .104 8.1.4 地基變形驗算 .105 8.1.5 確定基礎(chǔ)高度 .105 8.1.6 基礎(chǔ)底板配筋 .107 8.2 基礎(chǔ)設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計例題例題.107 8.2.1 荷載計算 .108 8.2.2 確定基礎(chǔ)底面積 .108 8.2.3 地基變形驗算 .112 8.2.4 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計 .114 第九章第九章 PKPMPKPM 軟件在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用軟件

5、在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用.119 9.1PKPM 軟件介紹軟件介紹.119 9.2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計在 PKPM 系列軟件中的實施系列軟件中的實施.119 9.2.1PMCAD 全樓結(jié)構(gòu)模型建立.119 9.2.2PK 模塊分析單榀框架內(nèi)力.127 9.2.3TAT-8 空間框架分析及平法配筋施工圖繪制.134 9.3 軟件分析結(jié)果與手算結(jié)果分析比較軟件分析結(jié)果與手算結(jié)果分析比較.140 第十章第十章 施工圖繪制施工圖繪制.143 10.1 結(jié)構(gòu)施工圖的表示方法結(jié)構(gòu)施工圖的表示方法.143 10.2 各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平法施工圖各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平法施工圖.146 10.2.1 柱平法施工圖 .

6、146 10.2.2 梁平法施工圖 .146 10.2.3 板平法施工圖 .146 10.2.4 樓梯平法施工圖 .147 10.2.5 基礎(chǔ)平法施工圖 .147 10.2.6 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件詳圖 .147 10.3 例題部分施工圖例題部分施工圖.147 第十一章第十一章 單位工程施工組織設(shè)計單位工程施工組織設(shè)計.157 11.1 單位工程施工組織設(shè)計概述單位工程施工組織設(shè)計概述.157 11.1.1 單位工程施工組織設(shè)計的編制依據(jù) .157 11.1.2 單位工程施工組織設(shè)計的編制程序和基本內(nèi)容 .157 11.2 單位工程施工組織設(shè)計指導(dǎo)單位工程施工組織設(shè)計指導(dǎo).158 11.2.1 工程概況

7、.158 11.2.2 施工準(zhǔn)備 .159 11.2.3 施工方案 .160 11.2.4 施工進(jìn)度計劃 .161 11.2.5 資源需要量計劃 .162 11.2.6 施工現(xiàn)場平面圖 .162 11.2.7 技術(shù)措施 .163 11.3 某中學(xué)教學(xué)樓施工組織設(shè)計實例某中學(xué)教學(xué)樓施工組織設(shè)計實例.163 11.3.1 工程概況 .163 11.3.2 施工準(zhǔn)備工作 .164 11.3.3 施工方案 .167 11.3.4 施工進(jìn)度計劃 .175 11.3.5 施工平面布置圖 .178 11.3.6 技術(shù)質(zhì)量、安全生產(chǎn)、文明施工措施 .178 附錄附錄 1 1 規(guī)則框架承受均布及倒三角形分布水平

8、力作用時標(biāo)準(zhǔn)反彎點的高度比規(guī)則框架承受均布及倒三角形分布水平力作用時標(biāo)準(zhǔn)反彎點的高度比.181 附錄附錄 2 2 雙向板彎矩、撓度計算系數(shù)雙向板彎矩、撓度計算系數(shù).186 主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn).190 1 第一章第一章 結(jié)構(gòu)選型與布置結(jié)構(gòu)選型與布置 結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)布置、確定計算簡圖、選擇合理簡單的計算方法進(jìn) 行各種荷載作用下的內(nèi)力計算、荷載效應(yīng)組合、截面配筋設(shè)計（計算、構(gòu)造） 、繪施工圖。 1.1 結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型 結(jié)構(gòu)選型是一個綜合性問題，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點，常用的建筑結(jié)構(gòu)形 式有：混合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)（一般剪力墻結(jié)構(gòu)

9、、筒體剪力墻結(jié)構(gòu)、 筒中筒剪力墻結(jié)構(gòu)）等。混和結(jié)構(gòu)主要是墻體承重，由于取材方便，造價低，施工方便，我國廣泛 地應(yīng)用于多層民用建筑中，但砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、自重大、抗震性能較差，一般用于 7 層及 7 層以下 的建筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接形成的骨架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)的特點是由梁、柱承受 豎向和水平荷載，墻體起維護(hù)作用，其整體性和抗震性均好于混合結(jié)構(gòu)，且平面布置靈活，可提供 較大的使用空間，也可構(gòu)成豐富多變的立面造型，但隨著層數(shù)和高度的增加，構(gòu)件截面面積和鋼筋 用量增多，側(cè)向剛度越來越難以滿足設(shè)計要求，一般不宜用于過高的建筑，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)適用最大 高度見表 1-1?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)是在框架中設(shè)

10、置一些剪力墻，既能滿足平面布置靈活，又能滿足 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力要求，一般常用于 1025 層的建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)是依靠剪力墻承受豎向及水平荷載， 整體性好、剛度大、抗震性能好，常用于 2050 層的高層建筑。 現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度(m) 表表 1-1 設(shè)防烈度 結(jié)構(gòu)體系 6789 框架結(jié)構(gòu)60554525 結(jié)構(gòu)選型時需充分了解各類結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)缺點、應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)布置原則和大致的構(gòu)造尺寸等， 根據(jù)建筑物高度及使用要求，結(jié)合具體建設(shè)條件，進(jìn)行綜合分析，從而做出最終的決定。結(jié)構(gòu)設(shè)計 中，選擇合理科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)體系非常重要，是達(dá)到既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的重要前提。

11、實際工程中，多層與小高層常采用框架結(jié)構(gòu)體系。在我國，由于經(jīng)濟(jì)水平及其它條件的限制， 混凝土框架結(jié)構(gòu)比鋼框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用要廣，因此本書以現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為分析實例。 1.2 結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置 進(jìn)行混凝土框架結(jié)構(gòu)布置的主要工作是合理地確定梁、柱的位置及跨度。其基本原則是： (1)結(jié)構(gòu)平面形狀和立面體型宜簡單、規(guī)則，使剛度均勻?qū)ΨQ，減小偏心和扭轉(zhuǎn)。 (2)控制結(jié)構(gòu)高寬比，以減少水平荷載下的側(cè)移，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)高寬比限值為：非抗震設(shè)防時 為 5，6 度、7 度抗震設(shè)防時為 4，8 度抗震設(shè)防時為 3，9 度抗震設(shè)防時為 2。 (3)盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)及層高，以減少構(gòu)件種類規(guī)格，簡化梁設(shè)計及施工。 框

12、架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸，即平面框架的柱距(開間、進(jìn)深)和層高，首先要滿足生產(chǎn)工藝和其他使 用功能的要求，柱網(wǎng)布置方式可分為內(nèi)廊式、等跨式、不等跨式等幾種，見圖 1-1；其次是滿足建 筑平面功能的要求，如圖 1-2；此外，平面應(yīng)盡可能簡單規(guī)則、受力合理，使各構(gòu)件跨度、內(nèi)力分 布均衡，如圖 1-3。工程實踐中常用的梁、板跨度：主梁（與框架柱相連且承擔(dān)樓面板主要荷載的 梁）跨度 58m，次梁跨度 46m，單向板跨 1.72.5m，一般不得超過 3m，雙向板跨 4m 左右， 荷載較大時宜取較小值，因為板跨直接影響板厚，而板的面積較大，板厚度的增加對材料用量及結(jié) 構(gòu)自重增加影響較大。 (4)房屋的總長度宜控制

13、在最大溫度伸縮縫間距內(nèi)，當(dāng)房屋長度超過規(guī)定值時，伸縮縫將房屋分成若 2 干溫度區(qū)段。伸縮縫是為了避免溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力使房屋產(chǎn)生裂縫而設(shè)置的。在伸縮縫處， 基礎(chǔ)頂面以上的結(jié)構(gòu)和建筑全部分開?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距為 55m。 確定層高、柱網(wǎng)尺寸后，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)平面布置方案，即選擇合理的樓蓋類型。詳見第 7 章。 圖 1-2 旅館橫向柱列布置 (a)內(nèi)廊式 (b)等跨式 (c)對稱不等跨式 圖 1-1 多層框架柱網(wǎng)布置 3 圖 1-3 結(jié)構(gòu)布置對框架內(nèi)力分布地影響 1.3 設(shè)計例題設(shè)計例題已知條件已知條件 題目：江蘇省南京市六合區(qū)某中學(xué)教學(xué)樓 根據(jù)建筑方案圖，本工程結(jié)構(gòu)

14、為四層鋼筋混凝土框架，建筑面積約 2800m2，建筑一層平面圖、 南立面圖、東立面圖及剖面圖分別見圖 1-4、1-5、1-6、1-7，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層平面及剖面簡圖如圖 1- 8、1-9 所示，其它條件如下： 1.氣象資料 （1）基本風(fēng)壓值：W0 = 0.40 kN/m2 （2）基本雪壓值：S0 = 0.65 kN/m2 2.水文地質(zhì)資料 場地條件： 擬建場地地表平整，現(xiàn)場地標(biāo)高變化范圍在 6.72-7.25 m，土層分布見圖 1-10。 場地地下水類型上層滯水，水位在地表下 1.8 m。 場地土層等效剪切波速為 145 m/s，3mdov50m。 場地為穩(wěn)定場地,類別類。 場地土層物理力學(xué)指標(biāo)見表

15、： 抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 土層 號 天然含水量 (%) 天然重度 (KN/m3) 天然孔 隙比 e 塑性 指數(shù) IP 液性 指數(shù) IL Ck(kpa)k () 壓縮指 標(biāo) ES1-2 承載力特征 值 fak(kPa) /17.2/ 27.619.30.80313.10.6130.110.77.5120 35.917.81.14713.91.2415.76.42.565 28.319.30.80512.90.6334.811.28.6160 3.抗震設(shè)防烈度：七度。 （假定場地覆蓋層厚度大于 9 m，小于 80 m。 ） 4.荷載資料 （1）教學(xué)樓樓面活載，查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 500092001)

16、，確定樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為 2 kN/m2； （2）不上人屋面：活載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.7 kN/m2； （3）屋面構(gòu)造： 35 厚 490490 的 C20 預(yù)制鋼筋混凝土架空板、防水層、20 厚 1:3 水泥砂漿找平層，現(xiàn)澆鋼筋 混凝土屋面板、12 厚紙筋石灰粉平頂； 4 （4）樓面構(gòu)造： 水泥樓面：10 厚 1:2 水泥砂漿面層壓實抹光、15 厚 1:3 水泥砂漿找平層、現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓面 板、12 厚紙筋石灰粉平頂； （5）圍護(hù)墻： 圍護(hù)墻采用 200 厚非承重空心磚（19019090,容重 3.6 kN/m2） ，M5 混合砂漿砌筑，雙面粉刷 (容重 3.6 kN/m2) ，每開間采用 330

17、02100（bh）通長塑鋼窗。 本工程采用全現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，由于開間較小，雙向板的跨度超過經(jīng)濟(jì)跨度不多，同時考慮使用 要求，在樓面不設(shè)次梁。 5 圖 1-4 一層建筑平面圖（1：100） 6 圖 1-5 南立面圖（1：100） 7 圖 1-6 東立面圖 圖 1-7 剖面圖 8 圖 1-8 標(biāo)準(zhǔn)層柱網(wǎng)平面布置圖 9 圖 1-9 剖面圖 圖 1-10 土層分布 10 第二章第二章 確定計算簡圖確定計算簡圖 2.1 基本理論基本理論 實際建筑結(jié)構(gòu)是三維空間結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)荷載都具有隨機(jī)性，使結(jié)構(gòu)精確分析十分困 難。在沒有計算機(jī)輔助設(shè)計的情況下，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、荷載分布均勻時，我們通常將空間框架簡

18、 化為平面框架采用手算進(jìn)行分析，其中計算模型和受力分析都必須進(jìn)行不同程度的簡化。 要計算出框架結(jié)構(gòu)中梁柱內(nèi)力，必須首先確定框架結(jié)構(gòu)簡化后的計算簡圖，即需確定框架的計 算單元、框架的跨度、層高、構(gòu)件截面、框架承受荷載等。 1.計算單元 一般取中間具有代表性的一榀框架進(jìn)行分析，見圖 25（a） ；現(xiàn)澆框架梁柱的連接節(jié)點簡化為 剛接，框架柱與基礎(chǔ)的連接簡化為固結(jié)。 2.跨度、層高 結(jié)構(gòu)計算中，桿件用其軸線來定位，框架梁跨度取柱子軸線之間的距離，當(dāng)上下層柱截面尺寸 變化時，一般以最小截面的形心線來確定?？蚣軐痈撸讓尤』A(chǔ)頂面到二層樓板結(jié)構(gòu)頂面的距離， 其余層取下層結(jié)構(gòu)樓面到上層結(jié)構(gòu)樓面的距離。此階段

19、由于基礎(chǔ)設(shè)計還未進(jìn)行，可初步估算基礎(chǔ)頂 面的位置：根據(jù)地基土層的分布情況，初步確定基礎(chǔ)的形式、基礎(chǔ)高度和持力層位置，即可估算出 基礎(chǔ)頂面的位置，如圖 2-1 所示。當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深，若采用剛性地面，也可直接采用 h1 = 底層層高 + 0.5 m 進(jìn)行計算。 0.00 持力層標(biāo)高D 基礎(chǔ)嵌固深度100 基礎(chǔ)高度H 圖 2-1 基礎(chǔ)埋深 3.構(gòu)件材料選擇 1）混凝土 選擇混凝土強(qiáng)度等級時要根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別，滿足混凝土耐久性要求；當(dāng)采用 HRB335 鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于 C20；當(dāng)采用 HRB400 和 RRB400 鋼筋以及承受重復(fù)荷 載的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度等級不得低于 C20。

20、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于 C30；當(dāng) 采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于 C40。 抗震設(shè)計時，現(xiàn)澆框架梁、柱、節(jié)點的混凝土強(qiáng)度等級按一級抗震等級設(shè)計時，不應(yīng)低于 C30；按二四級和非抗震設(shè)計時，不應(yīng)低于 C20?，F(xiàn)澆框架梁的混凝土強(qiáng)度等級不宜大于 C40； 框架柱的混凝土強(qiáng)度等級：抗震設(shè)防烈度為 9 度時不宜大于 C60，抗震設(shè)防烈度為 8 度時不宜大于 C70。為便于施工，梁、柱混凝土最好采用相同強(qiáng)度等級，常用 C30C40。 2）鋼筋 結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的普通縱向受力鋼筋宜選用 HRB400、HRB500 鋼筋；箍筋宜選用 HRB400 鋼筋。 對

21、于鋼筋混凝土框架梁、柱等主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的縱向受力鋼筋，通常采用 HRB400、HRB500 鋼筋， 11 構(gòu)造鋼筋及箍筋可采用 HRB400；對于鋼筋混凝土板、墻等構(gòu)件的受力鋼筋，可采用 HRB400，構(gòu) 造鋼筋采用 HRB400 鋼筋。 4.構(gòu)件截面估算及彎曲剛度的確定 1）柱 柱的截面尺寸，宜符合下列各項要求：矩形截面柱在非抗震設(shè)計時，邊長不宜小于 250mm ， 抗震設(shè)計時截面的寬度和高度均不宜小于 300mm；圓柱直徑不宜小于 350mm； 剪跨比宜大于 2； 截面長邊與短邊的邊長比不宜大于 3。 若采用橫向或縱向承重框架，框架柱宜采用矩形截面，若采用縱橫向承重框架，則宜采用方 形截面。

22、柱軸壓比不宜超過建筑抗震設(shè)計規(guī)范 （GB 50011-2001）表 6.3.7 的規(guī)定，即抗震等級 分別為一、二、三的框架結(jié)構(gòu)，柱軸壓比限值分別為 0.7、0.8、0.9。軸壓比指柱組合的軸壓力設(shè)計 值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘積之比值。在初步估算柱截面面積時，應(yīng)滿足 下式： c c c f N A 式中 Nc：考慮地震荷載組合時柱的軸力設(shè)計值，可進(jìn)行初步估算，；NCNc C：彎矩對框架柱軸力的影響，中柱擴(kuò)大系數(shù)取 1.1，邊柱 1.2； ，S 為該柱承擔(dān)的樓面荷載面積，近似按 1/2 柱距劃分；SmkNN 2 /)1412( ：軸壓比，柱軸壓比不宜超過建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定

23、。 2）梁 梁的截面尺寸，宜符合下列各項要求：截面寬度不宜小于 200mm；截面高寬比不宜大于 4；凈 跨與截面高度之比不宜小于 4。梁截面一般可先按下列方法估算： （1）框架主梁：h = (1/121/8)l，b = (1/21/3.5)h，bbc/2，250 （2）框架縱梁、承重梁：h = (1/121/8)l；非承重梁：h = (1/181/15)l （3）次梁：h = (1/181/15)l 在初步確定梁尺寸后，可按全部荷載的 0.60.8 作用在框架梁上，按簡支梁進(jìn)行抗彎、抗剪截面校 核，驗算梁截面尺寸的合理性。 （4）現(xiàn)澆板：連續(xù)單向板 hl/40，連續(xù)雙向板 hl/50，h80；

24、其中 h 為梁截面高度，b 為梁截 面寬度，bc為柱截面寬度，l 為梁的跨度。 框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)梁柱有偏心時，梁中線與柱中線之間的偏心矩不宜大于柱寬的 1/4。 在計算梁、柱彎曲剛度時，應(yīng)考慮樓蓋對框架梁的影響，在現(xiàn)澆樓蓋中，中框架梁的截面慣性 矩取 I = 2I0；邊框架梁取 I = 1.5I0；在裝配整體式樓蓋中，中框架梁的截面慣性矩取 I = 1.5I0；邊 框架梁取 I = 1.2I0，I0為框架梁按矩形截面計算的截面慣性矩?？蚣苤膽T性矩按實際截面尺寸確 定。梁、柱抗彎線剛度按計算，式中為混凝土彈性模量， 為梁、柱長度，為梁、柱lEIi ElI 截面慣性矩。 5.荷載 框架結(jié)構(gòu)一般承擔(dān)

25、的荷載主要有：樓（屋）面恒載、使用活荷載、風(fēng)荷載、地震作用及框架自 重。 1） 樓（屋）面恒載：包括樓（屋）面板自重、建筑面層自重、天花板自重，恒載標(biāo)準(zhǔn)值等于 構(gòu)件的體積乘以材料的自重。構(gòu)件材料的自重可從建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2001)中查得。 12 2） 樓（屋）面活荷載：活荷載根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用功能由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 （GB 50009- 2001）查出，活荷載為面荷載。 多、高層建筑中的樓面活荷載，不可能以荷載規(guī)范所給的標(biāo)準(zhǔn)值同時滿布在所有的樓面上，所 以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可考慮樓面活荷載折減。 對于住宅、宿舍、旅館、辦公樓、醫(yī)院病房、托兒所、幼兒園的樓面梁，當(dāng)其負(fù)荷面積大于 2

26、5 m2時，折減系數(shù)為 0.9。 對于墻、柱、基礎(chǔ)，則需根據(jù)計算截面以上樓層數(shù)的多少取不同的折減系數(shù)，如表 2-1 所示。 活荷載按樓層數(shù)的折減活荷載按樓層數(shù)的折減 表表 2-1 墻，柱，基礎(chǔ)計算截面以上層數(shù)12-34-56-89-2020 計算截面以上各樓層 活荷載總和的折減系數(shù) 100 （09） 085070065060055 注：當(dāng)樓面梁的從屬面積超過 25m2時，采用括號里的系數(shù)。 樓（屋）面恒、活荷載的傳遞路線：樓面豎向荷載 樓板 梁（主梁、次梁） 柱 基礎(chǔ) 地基 圖 2-2（a）框架結(jié)構(gòu)，不同的樓面結(jié)構(gòu)布置，其荷載傳遞路線亦不相同： （a）橫向布置空心板：橫向框架承重，樓面豎向荷載

27、 樓板 橫向框架梁 柱 基 礎(chǔ) 地基； （b）豎向布置空心板：縱向框架承重，樓面豎向荷載 樓板 縱向框架梁 柱 基 礎(chǔ) 地基； （c）現(xiàn)澆單向板肋梁樓蓋，設(shè)如圖 2-2b 次梁，、跨近似為單向板肋梁樓蓋， A B B C 荷載傳遞路線為：樓面豎向荷載 樓板 次梁 主梁（橫向框架梁） 柱 基礎(chǔ) 地 基。填充墻自重直接傳遞至支承梁上。 （d）雙向板肋梁樓蓋：現(xiàn)澆樓面板的長短邊之比小于 2 時為雙向板，否則為單向板，圖 2-2a 結(jié)構(gòu)樓面若采用現(xiàn)澆板，不設(shè)次梁，則為雙向板。此時樓面豎向荷載的荷載傳遞路線為：樓面豎向 荷載樓板 縱、橫向框架梁 柱 基礎(chǔ) 地基，雙向板傳向框架梁的路線如圖 2-3。 圖

28、2-2（a） 框架柱軸線 13 圖 2-2（b） 單向板肋梁樓蓋（雙向承重框架） 圖 2-2 結(jié)構(gòu)布置對荷載傳遞路線的影響 p2 p1 L1L1L1L1 L2L2L2 圖 2-3 雙向板承重框架 圖 2-4 框架節(jié)點集中風(fēng)荷載計算范圍 3） 風(fēng)荷載 主體結(jié)構(gòu)計算時，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計算： 0 ww zszk 式中：為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kNm2)；為基本風(fēng)壓(kNm2)；為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；為風(fēng) k w 0 w z s 2 12 21 2 q q L pp LL 設(shè)板面均布荷載為，則： 14 荷載體型系數(shù)；為 z 高度處的風(fēng)振系數(shù)。式中各參數(shù)由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范7.1(GB 50

29、009- z 2001)中查得。計算時，將風(fēng)荷載換算成作用于框架每層節(jié)點上的集中荷載，范圍是上下各半層、 左右各 1/2 跨的風(fēng)壓總和，如圖 2-4。 4） 地震作用 高度不超過 40m、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力 法簡化計算地震作用。 采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列公式確 定： FEK=1Geq )1 ( nEK jj ii i F HG HG F Fn=n FEK FEk結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； 圖 2-5 結(jié)構(gòu)水平地震作用計算簡圖 Geq結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，單質(zhì)點應(yīng)取總重力荷載代表值，多質(zhì)點可取總重力

30、荷載代表值的 85%； Fi質(zhì)點 i 的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； Gi，Gj分別為集中于質(zhì)點 i、j 的重力荷載代表值，重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變 荷載組合值之和，各可變荷載的組合系數(shù)見建筑抗震設(shè)計規(guī)范 （GB 50011-2001）表 2-2。各層 重力荷載代表值中的恒載為整個樓層的以樓面上下各半層高度范圍內(nèi)的恒載，與單榀框架恒載的計 算范圍不同，如圖 2-6。 組合值系數(shù)組合值系數(shù) 表表 2-22-2 可變荷載種類組合值系數(shù) 雪荷載0.5 屋面積灰荷載0.5 屋面活荷載不計入 按實際情況計算的樓面活荷載1 藏書庫、檔案庫0.8按等效均布荷載計算的樓面活荷 載其他民用建筑0.5 硬

31、鉤吊車 0.3 吊車懸吊物重力 軟鉤吊車 不計入 a）重力荷載代表值計算范圍 b）單榀框架恒載計算范圍 15 圖 2-6 重力荷載代表值計算范圍 Hi，Hj分別為質(zhì)點 i、j 的計算高度； 1相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值見圖 2-7；建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)應(yīng)根據(jù)烈 度、場地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值應(yīng)按表 2-3 采用；特征周期應(yīng)根據(jù)場地類別和設(shè)計地震分組按表 2-4 采用,計算 8、9 度罕遇地震作用時，特 征周期應(yīng)增加 0.05s。 00.1Tg5Tg6.0 0.45max 2max =(Tg/T)2max =20.2-1(T-5

32、Tg)max T/s -地震影響系數(shù)；max-地震影響系數(shù)最大值；1-直接下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù)； -衰減指數(shù)；Tg-特征周期；2-阻尼調(diào)整系數(shù)；T-結(jié)構(gòu)自震周期 圖 2-7 地震影響系數(shù)曲線 水平地震影響系數(shù)最大值水平地震影響系數(shù)最大值 表表 2-32-3 地震影響6 度7 度8 度9 度 多遇地震 0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32 罕遇地震 -0.50(0.72)0.90(1.20)1.40 特征周期表（特征周期表（s） 表表 2-42-4 場地類別 設(shè)計地震分組 第一組0.250.350.450.65 第二組0.300.400.550.70 第三組0.350.4

33、50.650.90 建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)曲線(圖 2-7)的阻尼調(diào)整和形狀參數(shù)應(yīng)符合下列要求： 除有專門規(guī)定外，建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比應(yīng)取 0.05，地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)應(yīng)按 1.0 采 用，形狀參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定： 1)直線上升段，周期小于 0.1s 的區(qū)段。 2)水平段，自 0.1s 至特征周期區(qū)段，應(yīng)取最大值(max)。 3)曲線下降段，自特征周期至 5 倍特征周期區(qū)段，衰減指數(shù)應(yīng)取 0.9。 4)直線下降段，自 5 倍特征周期至 6s 區(qū)段，下降斜率調(diào)整系數(shù)應(yīng)取 0.02。 n頂部附加地震作用系數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按建筑抗震設(shè)計規(guī)范 （GB 50011- 16 2001

34、）表 2-5 采用，多層內(nèi)框架磚房可采用 0.2；其他房屋可采用 0.0； Fn頂部附加水平地震作用。 頂部附加地震作用系數(shù)頂部附加地震作用系數(shù) 表表 2-52-5 Tg(s)T1Tg T11.4Tg 0.350.08T1+0.07 0.550.08T1+0.02 0.0 T1為結(jié)構(gòu)基本自振周期，對于質(zhì)量、剛度沿豎向分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，可按下式計算基 本自振周期： TT 01 70 . 1 為考慮非承重墻體剛度對結(jié)構(gòu)周期的調(diào)整系數(shù)，當(dāng)采用實砌填充磚墻時取 0.60.7；當(dāng)采用輕質(zhì) 0 墻、外掛墻板時或僅有縱墻時，取 0.8，無縱墻時取 0.9。為結(jié)構(gòu)頂點的假想位移值，是以各質(zhì)T 點的重力荷

35、載代表值作為水平荷載求得的結(jié)構(gòu)頂點水平位移。 i G 采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)，宜乘以增大系數(shù) 3，此增大部分不應(yīng)往下傳遞,但與該突出部分相連的構(gòu)件應(yīng)予計入。 計算水平荷載（風(fēng)荷載、地震作用）作用下的側(cè)移可采用D 值法（詳見第 3 章） ，水平荷載 作用下框架彈性側(cè)移應(yīng)滿足規(guī)范所規(guī)定的限值： 結(jié)構(gòu)頂點總側(cè)移需滿足： /HuHu 樓層層間相對側(cè)移需滿足： /huhu 側(cè)移限值見下表： 水平荷載作用下框架彈性側(cè)移限值水平荷載作用下框架彈性側(cè)移限值 表表 2-6 風(fēng)荷載作用下地震作用下 填充墻類型 u/H u/h u/H u/h 空框架或輕質(zhì)隔墻 考慮砌體填充

36、墻抗側(cè)力作用 1/550 1/650 1/450 1/500 1/500 1/550 1/400 1/450 若水平側(cè)移不滿足規(guī)定要求，應(yīng)重新確定截面尺寸，增大結(jié)構(gòu)剛度。 2.2 設(shè)計例題設(shè)計例題 2.2.1 確定計算簡圖確定計算簡圖 本工程橫向框架計算單元取圖 1-8 中斜線部分所示范圍，框架的計算簡圖假定底層柱下端固定 于基礎(chǔ)，按工程地質(zhì)資料提供的數(shù)據(jù)，查抗震規(guī)范可判斷該場地為類場地土，地質(zhì)條件較好， 初步確定本工程基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)，挖去所有雜填土，基礎(chǔ)置于第二層粉質(zhì)粘土層上，基底標(biāo) 高為設(shè)計相對標(biāo)高2.10 m（圖 8-5） 。柱子的高度底層為：h1 = 3.6+2.10.5 = 5

37、.2 m（初步假設(shè)基礎(chǔ) 高度 0.5 m） ，二四層柱高為 h2h4 = 3.6 m。柱節(jié)點剛接，橫梁的計算跨度取柱中心至中心間距 離，三跨分別為：l = 6000、2400、6000。計算簡圖見圖 2-8。 17 2.2.2 梁、柱截面尺寸梁、柱截面尺寸 (1)框架柱：、軸邊柱，、軸與 A 軸相交的邊柱由構(gòu)造定為 400500，其余均 為 400400； (2)梁：橫向框架梁 AB 跨、CD 跨：250600，BC 跨：250400?？v向連系梁：250500。 圖 2-8 計算簡圖 2.2.3 材料強(qiáng)度等級材料強(qiáng)度等級 混凝土：均采用 C20 級 鋼筋直徑12 mm 的采用 HRB335 鋼

38、筋，其余采用 HPB235 鋼筋。 2.2.4 荷載計算荷載計算 本例題以軸線橫向框架為計算分析對象。 1.屋面橫梁豎向線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 18 a）恒載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖 b）活載作用下結(jié)構(gòu)計算簡圖 圖 2-9 計算簡圖 （1）恒載（圖 2-9a） 屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值： 35 厚架空隔熱板0.03525 = 0.875 kN/m2 防水層0.4 kN/m2 20 厚 1:3 水泥砂漿找平層 0.0220 = 0.4 kN/m2 120(100)厚鋼混凝土現(xiàn)澆板 0.1225 = 3 kN/m2 （AB，CD 跨板厚取 120； BC 跨取 100）(0.1025 = 2.5 kN/m2) 12 厚紙筋

39、石灰粉平頂0.01216 = 0.192 kN/m2 屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值： 4.87 kN/m2 （4.37kN/m2） 梁自重 邊跨 AB、CD 跨：0.250.625 = 3.75 kN/m 梁側(cè)粉刷： 2（0.6-0.12）0.0217 = 0.33 kN/m 4.08 kN/m 中跨 BC 跨：0.250.425 = 2.5 kN/m 梁側(cè)粉刷： 2（0.4-0.1）0.0217 = 0.19 kN/m 2.69 kN/m 作用在頂層框架梁上的線恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： 梁自重： g4AB1 = g4CD1 = 4.08 kN/m，g4BC1 = 2.69 kN/m 板傳來的荷載： g4AB2 =

40、 g4CD2 = 4.874.5 = 21.9 kN/m g4BC2 = 4.372.4 = 10.49 kN/m （2）活載（圖 2-9b） 作用在頂層框架梁上的線活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： q4AB = q4CD = 0.74.5 = 3.15 kN/m q4BC = 0.72.4 = 1.68 kN/m 2.樓面橫梁豎向線荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （1）恒載（圖 2-9a） 25 厚水泥砂漿面層0.02520 = 0.50 kN/m2 120(100)厚鋼混凝土現(xiàn)澆板0.1225 = 3 kN/m2 (0.1025 = 2.5 kN/m2 ) 12 厚板底粉刷0.01216 = 0.192 kN/m2 樓面恒載

41、標(biāo)準(zhǔn)值： 3.692 kN/m2 （3.192 kN/m2) 邊跨（AB，CD 跨）框架梁自重： 4.08 kN/m 中跨（BC 跨）梁自重： 2.69 kN/m 作用在樓面層框架梁上的線恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： 梁自重： gAB1 = gCD1 = 4.08 kN/m gBC1 = 2.69 kN/m 板傳來荷載： gAB2 = gCD2 = 3.6924.5 = 16.61 kN/m gBC2 = 3.1922.4 = 7.66 kN/m （2）活載（圖 2-9b） 樓面活載： qAB = qCD = 24.5 = 9.0 kN/m 19 qBC = 22.4 = 4.8 kN/m 3.屋面框架節(jié)

42、點集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（圖 2-10） （1）恒載 邊跨連系梁自重： 0.250.504.525 = 4.06 kN 粉刷： 2(0.50-0.12)0.024.517 = 1.16 kN 1.3 m 高女兒墻： 1.34.53.6 = 21.06 kN 粉刷： 1.320.024.517 = 3.98 kN 連系梁傳來屋面自重： 0.54.50.54.54.87 = 24.65 kN 頂層邊節(jié)點集中荷載： G4A = G4D = 64.91 kN 圖 2-10 恒載頂層集中力 中柱連系梁自重 ： 0.250.54.525 = 14.06 kN 粉刷： (0.50-0.12)+(0.50-0.10

43、)0.024.517 = 1.19 kN 連系梁傳來屋面自重 ： 1/24.51/24.54.87 = 24.65 kN 0.5(4.5+4.5-2.4)2.4/2 4.37 = 17.31 kN 頂層中節(jié)點集中荷載： G4B = G4c = 57.21 kN （2）活載： Q4A = Q4D = 1/24.51/24.50.7 = 3.54 kN Q4B = Q4c = 1/24.51/24.50.7+1/2(4.5+4.5-2.4)2.4/20.7= 6.32 kN 4.樓面框架節(jié)點集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值：（圖 2-11） （1）恒載： 邊柱連系梁自重 14.06 kN 粉刷： 1.16 kN 連

44、系梁傳來樓面自重： 1/24.51/24.53.692 = 18.69 kN 33.91 kN 中間層邊節(jié)點集中荷載： GA = GD = 33.91 kN 框架柱自重： GA = GD = 0.40.43.625 = 14.4 kN 中柱連系梁自重： 14.06 kN 粉刷： 1.19 kN 連系梁傳來樓面自重： 1/24.51/24.53.692 = 18.69 kN 1/2(4.5+4.5-2.4)24./23.192 = 12.64 kN 20 46.58 kN 中間層中節(jié)點集中荷載： GB = Gc = 46.59 kN 柱傳來集中荷載： GB= Gc= 14.4 kN (2)活載：

45、 QA = QD = 1/24.51/24.52.0 = 10.125 kN QB = QC = 1/24.51/24.52.0+1/2(4.5+4.5-2.4)2.4/22.0= 18.05 kN 圖 2-11 恒載中間層結(jié)點集中力 5.風(fēng)荷載 已知基本風(fēng)壓 W0 =0.40kN/m2，本工程為市郊中學(xué)，地面粗糙度屬 B 類，按荷載規(guī)范 。 ozszk WW 風(fēng)載體型系數(shù)：迎風(fēng)面為 0.8；背風(fēng)面為0.5，因結(jié)構(gòu)高度 H = 16.6 m30 m（從室外地面 s 算起） ，取風(fēng)振系數(shù)，計算過程如表 2-7 所示，風(fēng)荷載圖見圖 2-12：0 . 1z 21 圖 2-12 橫向框架上的風(fēng)荷載 風(fēng)

46、荷載計算風(fēng)荷載計算 表表 2-7 層次 zsZ(m)zW0(kN/m2)A(m2)Pi(kN) 41.01.315.31.1470.4013.958.32 31.01.311.71.0480.4016.28.83 21.01.38.11.00.4016.28.42 11.01.34.50.90.4018.2258.53 6.地震作用 1)建筑物總重力荷載代表值 Gi的計算 （a）集中于屋蓋處的質(zhì)點重力荷載代表值 G 4 50%雪載： 0.50.651545 = 219.4 kN 層面恒載： 4.87456 2+4.37452.4 = 3101.76 kN 橫梁： （4.0862+2.69 2.

47、4）11 = 609.58 kN 縱梁： （14.06+1.16）102+（14.06+1.19）102 = 609.4 kN 女兒墻： 1.33.6（45+15）2 = 561.6 kN 柱重： 0.40.5251.87+0.40.4251.837 = 329.4 kN 橫墻： 3.61461.8+（2.41.8-1.52.1/2）2 = 564 kN 縱墻：（4.51.8-3.32.1/2）203.6+4.51.83.618 = 858.6 kN （忽略內(nèi)縱墻的門窗按墻重量算） 鋼窗： 203.32.11/20.4 = 27.72 kN GE4 = 6881 kN （b）集中于三、四層處的

48、質(zhì)點重力荷載代表值 G 3G 2 50%樓面活載： 0.52.01545 = 675 kN 樓面恒載： 3.6924562+3.192452.4 = 2338.4 kN 橫梁： 609.58 kN 縱梁：609.4 kN 柱重：329.42 = 658.8 kN 橫墻：5642 = 1128 kN 縱墻：858.62 = 1717.2 kN 鋼窗：27.722 = 55.44 kN G 3 = G 2 = 791.8 kN （c）集中于二層處的質(zhì)點重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值 G 1 50%樓面活載：675 kN 樓面恒載：2338.4 kN 橫梁：609.58 kN 縱梁：609.4 kN 柱重：0.40

49、.525（2.6+1.8）7+0.40.425（2.6+1.8）37 = 805.2 kN 橫墻：564+5642.6/1.8 = 1378.7 kN 縱墻：858.6+858.62.6/1.8 = 2098.8 kN 鋼窗：27.722 = 55.44 kN G1 = 8570.5 kN 2)地震作用計算： （1）框架柱的抗側(cè)移剛度 在計算梁、柱線剛度時，應(yīng)考慮樓蓋對框架梁的影響，在現(xiàn)澆樓蓋中，中框架梁的抗彎慣性矩 22 取 I = 2I0；邊框架梁取 I = 1.5I0；在裝配整體式樓蓋中，中框架梁的抗彎慣性矩取 I = 1.5I0；邊框 架梁取 I = 1.2I0，I0為框架梁按矩形截面

50、計算的截面慣性矩。 橫梁、柱線剛度橫梁、柱線剛度 表表 2-8 截面尺寸 桿件 B (mm) H (mm) Ec (kN/mm2) I0 (mm4) I (mm4) L (mm) L IE i c (kNmm) 相對 剛度 邊框架梁25060025.5 4.51096.7510960002.8691071 邊框架梁25040025.5 1.331092.01092400 2.125107 0.741 中框架梁25060025.5 4.51099.01096000 3.825107 1.333 中框架梁25040025.5 1.331092.6610924002.8261070.985 底層框架柱 140040025.5 2.131092.1310952001.0451070.364 中層框架柱 140040025.5 2.131092.1310936001.5091