框架結構設計

第一章：工程概況和結構設計方案

2.1工程概況

2.1.1設計依據(jù)：

(~)工程設計運用年限：本工程設計運用年限為50年。

(-)自然條件：

1.基本風壓：^)(KN/m2)=0.45

2.地面粗糙程度：B類。

3.基本雪壓：0.65KN/m\

4.工程地質見下表：

表2-1擬建場地工程地質狀況

稠混凝土預制樁人工挖孔灌注樁

密

巖土度/地基承載

土層深度

層名風力

(m)

(kpjqP?i(kp;1)qs?(kp“)qpa2(kp.,)

稱化fak(Kpa)

程

度

(1)0~2.0稍32

粉質密

粘土

(2)2.0~5.0稍13050

粘土密

(3)5.0'9.0可20040

粉質塑

粘土

(4)9.5'12.0硬18055

粉土塑

(5)12.0"硬200603300

粉土塑

夾粉

砂

地下水狀況：

無侵蝕性，最高水位距地表-2.0m。

2.1.2設計要求：

(一)本工程主體為鋼筋混凝土框架結構，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第I分組，基本地震加

速度為0.10g，場地類別為III類，現(xiàn)澆框架抗震等級為三級。層高4.5米。樓蓋及屋蓋均采納現(xiàn)澆鋼筋

混凝土結構，板厚120m%

(二)設計荷載：

(1)不上人屋面活荷載0.5KN/nf

(2)屋面雪荷載0.65KN/m2

(3)車間活荷載標準值為3.5KN/m\

(4)樓面永久荷載3.80KN/m2

(5)屋面永久荷載3.98KN/m2

2.2結構設計方案

2.2.1柱網(wǎng)布置

圖2T框架結構的計算簡圖

圖2-2縱向框架組成的空間結構

本方案中，依據(jù)縱向的平面框架進行計算。

2.2.2梁柱截面尺寸的初步確定

梁截面尺寸估算

梁截面高度一般取梁跨度的"12?1/8進行估算，梁寬取梁高的1/3?1/2。由此估算的框架梁

的截面尺寸如下：

主框架梁：bXh=300mmX750mm

次梁：bXh=250mmX600mm

表2-2梁截面尺寸(mm)

層次混凝土強度等級框架梁次梁

廣5C30300mmX750mm250nunX600mm

柱截面尺寸估算依據(jù)

(-)依據(jù)柱的軸壓比限值按下列公式計算：

1.柱組合的軸壓力設計值N=BFgEn

注：6考慮地震作用組合后柱軸壓力增大系數(shù)。

F按簡支狀態(tài)計算柱的負載面積。由圖二可知邊柱及中柱的負載面積分別為7.2X3.5和m，和7.2X6.8

m2?

gE折算在單位建筑面積上的重力荷載代表值，可近似的取12KN/m2?

n為驗算截面以上的樓層層數(shù)。

2.Ac^N/uNfc

注：uN為框架柱軸壓比限值，本方案為三級抗震等級，查《抗震規(guī)范》可知取為0.9。

fc為混凝土軸心抗壓強度設計值，對C30,查得14.3N/nm2。

由公式可得柱截面面積為

3

1.3X7.2X3.5X12X10X52

邊柱A>=130778mm

c0.9x16.7

中柱

1.25X7.2X6.8X12X1Q3X5

A>=244311mm2

c0.9x16.7

取截面尺寸：500mmX500mm。

表2-3柱截面尺寸（mm）

層數(shù)混凝土強度等級bXh

「5C35500mmX500mm

第三章：結構計算

3.1荷載計算

3.1.1屋面及樓面的永久荷載標準值

屋面（不上人）：

20厚水泥砂漿找平層20X0.02=0.4KN/m2

現(xiàn)澆混凝土屋面板25X0.12=3KN/m2

40厚擠塑保溫板0.5X0.04=0.02KN/m2

40厚C20細石混凝土14X0.04=0.56KN/m2

合計3.98KN/012

廣4層樓面:

瓷磚地面（包括水泥粗砂打底）0.55KN/rtf

120厚鋼筋混凝土板25X0.12=3KN/m2

V型輕鋼龍骨吊頂或20厚水泥砂漿0.25KN/m2

合計3.80KN/m2

3.1.2屋面及樓面可變荷載標準值

不上人屋面均布活荷載標準值0.5KN/m2

車間樓面活荷載標準值3.5KN/m2

2

屋面雪荷載標準值Sk=/zr-S0=1.0x0.65=0.65KNm-

3.1.3梁、柱、墻、窗、門重力荷載計算

（-）梁自重

主框架梁：25X0.3X(0.75-0.12)=4.725KN/m

次梁：25X0.25X(0.6-0.12)=3KN/m

（二）柱自重

柱25X0.5X0.5=6.25KN/m

抹灰層17X0.01X4X0.5=0.34KN/m

合計6.59KN/m

（三）墻自重

外墻體為240厚KP1磚,內墻體為240厚加氣混凝土砌塊。

1.外縱墻自重（KP1磚）

縱墻19X(1-15%)X1X0.24=3.876KN/m

鋁合金窗0.35X1.7=0.595KN/m

外墻面帖瓷磚0.5X(4.5-1.7-0.8)=1KN/m

內墻面20厚抹灰17X0.02X(4.5-1.7-0.8)=0.68KN/m

合計6.151KN/m

2.內墻自重及橫墻自重

縱墻（橫墻）5.5X(4.5-0.6)=5.148KN/m

抹灰厚（兩側）17X(4.5-0.6)=2.652KN/m

合計7.8KN/m

3.女兒墻自重

墻重及壓頂重19X(1-15%)X0.9X0.24+25X0.24X0.3=5.676KN/m

外帖瓷磚0.5X1.2=0.6KN/m

水泥粉刷內面0.36X1.3=0.468KN/m

合計6.744KN/m

3.2框架內力計算

3.2.1采納結構設計軟件PKPM進行計算

（-）執(zhí)行PMCAD主菜單1,輸入結構的整體模型

首先。依據(jù)建筑平、立、剖面圖輸入軸線。結構圖中尺寸是指中心線尺寸，而非建筑平面圖中的外輪

廓尺寸，依據(jù)上一層建筑平面的布置，在本層結構平面圖中適當增設次梁，只有樓層板、梁、柱等構件布

置完全一樣（位置、截面、材料），并且層高相同時，才能歸并為一個結構標準層。

再估算（主、次）梁、板、柱等構件截面尺寸，并進行構件定義。對于梁，抗震規(guī)范第6.3.6條規(guī)定

寬度200mm,主梁高度取跨度的1/8?1/12,寬度取高度的1/3?1/2；次梁的高度取跨度的1/12?1/16,

寬度取高度的1/3?1/2。對于框架柱，抗震規(guī)范第6.3.1條規(guī)定，矩形柱長和寬都要大于300mm,同時限

制柱的軸壓比。對于板，單向板樓板厚取跨度的1/40-1/45,且大于60mm；雙向板樓板厚取跨度的1/50?

1/45,且大于80mm。

接著選擇各標準層進行梁、柱構件布置。柱只能布置在節(jié)點上，主梁只能布置在軸線上，考慮外輪廓

平齊實行偏心。

然后在荷載定義下輸入樓、屋面恒、活荷載

最終依據(jù)建筑方案，將各結構標準層和荷載標準層進行組裝，形成結構整體模型，并且確定總信息、

地震信息、風荷載信息等等。

（二）執(zhí)行PMCAD主菜單2,布置次梁樓板

此處次梁是指未在主菜單1布置過的次梁，對于已將其當作主梁在主菜單1布置過的梁，不得重復布

置。對樓梯間進行全房間開洞，對個別房間板厚發(fā)生改變的，依據(jù)設計實際作局部修改，對有懸挑板的梁

上布置懸挑板。依據(jù)實際狀況須要，拷貝前層的樓板開洞、修改板厚、設懸挑板、次梁布置等信息。

（三）執(zhí)行PMCAD主菜單3,輸入荷載信息

對個別房間進行樓面荷載修改，如板厚有改變的房間的樓面恒載、廁所的樓面恒載及門廳、走道、樓

梯間的樓面活荷載等。對梁承受的非板傳來的荷載（如填充墻等）進行輸入，留意，對梁承受填充墻荷載

的需考慮窗洞、樓梯間全房間開洞的須依據(jù)實際狀況計算梯段傳至樓層梯梁的均布恒（活）載、梯段及休

息平臺經(jīng)平臺梯梁（梯柱）傳至下層框架梁的集中恒（活）載。程序能對梁的自重、板的導荷進行自動計

算，這些荷載都不能在此處重復計算，荷載的輸入是指程序不能計算和導算的外加荷載，肯定要依據(jù)實際

狀況進行計算輸入，不得多輸，更不能漏掉荷載。此外，依據(jù)實際狀況選擇前面已經(jīng)布置好的隨意一層作

荷載拷貝，還可依據(jù)實際狀況選擇是否拷貝樓面荷載、梁間荷載、節(jié)點荷載等信息。

（四）ST—8計算

對所建模型進行導荷及配筋，依據(jù)實際狀況調整軟件的各種參數(shù)，以符合實際狀況及平安保證，假如

從前所建模型不滿意要求，就可以通過計算出的各種圖形看出，可以通過對計算出的受力圖，內力圖，彎

矩圖等等對電算結果進行分析，找出模型中的不足并加以調整，反復至電算結果滿意要求為止。

3.2.2縱向框架側移剛度計算縱梁線剛度（D值法）

表2-4縱梁線剛度與計算表

層

類別

次

縱梁廣53.0xlO4300X7501.055x10'072004.396x10'°6.594xlO108.792xlO10

表2-5柱線剛度入計算表

層

次

P545003.15X104500X5005.208xlO93.646x1010

柱的側移剛度D值按下式計算：。依據(jù)梁柱線剛度比K的不同，柱可分為中框架中柱和邊柱、邊框架中柱

和邊柱等，計算結果如下：

表2-6（BCDEF列）中框架柱側移剛度D值（N.mm）

層B-1B-7（9根）中柱（24根）B-2

次DilDi3

K%K4Di2K4K4

2~51.8090.475102632.4110.547118184.8230.707152754.220.68

11.8090.606130902.4110.660142604.8230.780168534.220.76

表2-7（AG）列邊框架柱側移剛度D值mm"）

層A-1A-7（3根）A-2A3（9根）

次Di3

DilDK?c

KKi2K-

2~51.2060.37681241.8090.475102633.0140.601129853.620.6413914

11.2060.532114941.8090.606130903.0140.701151463.620.7315837

層次中框架ZDj邊框架ZDj

2~5497874177124

00

將上述不同狀況下同層框架側移剛度相加，即得框架各層層間側移剛度ZDj見下表

表2-8各層層間側移剛度ZD,

層次12345

7354998674998674998

由表可見，ZD,/ZD2=735401/674998=1.089>0.7,故該框架為縱向向規(guī)則框架。

#算法舉例：(BCDEF歹D中框架柱側移剛度D值

(底層)

1.B

K=6.594/3.646=1.809ac=(0.5+K)/(2+K)=0.606

Dil=acX12Xic/h2=0.606X12X3.646XIO10/54002=13090

2.B-7C-lC-7D-lD-7E-lE-7F-lF-7(9根)

K=8.792/3.646=2.411ac=(0.5+K)/(2+K)=0.660

102

—Di2=acX12Xic/h2=0.660X12X3.646XIO/5400=14260

3.646

3.中柱(D-6)

K=(8.792+8.792)/3.646=4.823ac=(0.5+K)/(2+K)=0.780

Di3=acX12Xic/h2=0.780X12X3.646X1O10/54002=16853

8.7928.792

3.646

4.B-2

K=(8.792+6.594)/3.646=4.220ac=(0.5+K)/(2+K)=0.606

6.5948,792,

2

Di4=acX12Xic/h2=0.759X12X3.646X10/5400=16399

3646

ZDj=13090+14260X9+16853X24+16399=562301

(2~5層)

3B-l

K=6.594/3.646=1.809ac=K/(2+K)=0.475

102

Dil=acX12Xic/h2=0.475X12X3.646XIO/4500=10263

3.646

S.594

3B-7C-lC-7D-lD-7E-lE-7F-lF-7

8.792K=8.792/3.646=2.411ac=K/(2+K)=0.547

2

Di2=acX12Xic/h

3.646

=0.547X12X3.646XIO10/45002

=11818

8.792

3中柱（D-6）

K=(8.792X2)/3.646=4.823ac=K/(2+K)=0.707

*12*

Di3=acX12Xic/h

8.7928.792

=0.707X12X3.646XIO10/45002

3.646=15275

8.7928.792

3B-2

K=(8.792+6.594)/3.646=4.220ac=K/(2+K)=0.678

2

Di4=acX12Xic/h

=0.678X12X3.646X1O10/45002

O.U374O./7C

=14649

3.646

6.594g.792

皿=10263+11818X9+15275X24+14649=497874

(AG)列邊框架柱側移剛度D值

底層

1.(A-l)

K=4.396/3.646=1.206ac=(0.5+K)/(2+K)=0.532

2

Dil=acX12Xic/h=0.532X12X3.646X10'0/5400=l1494

4.396

3.646

2.(A-7,GT,G-73根)

K=6.594/3.646=1.809ac=(0.5+K)/(2+K)=0.606

210

Dil=aCX12Xie/h=0.606X12X3.646XIO/5400=13090

3.(A-2)

K=(6.594+4.396)/3.646=3.014ac=(0.5+K)/(2+K)=0.701

2*10

Di3=aCX12Xic/h=0.701X12X3.646XIO/5400=15146

K=(6.594+6.594)/3.646=3.617ac=(0.5+K)/(2+K)=0.733

2102

Di3=acX12Xic/h=0.733X12X3.646XIO/5400=15837

6.5946.594

3.646

3.646

SDj=11494+13090X3+15146+15837X9=173100

2~5層：

1.(A-l)

K=(4.396+4.396)/(2X3.646)=1.206ac=K/(2+K)=0.376

Di1=acX12Xic/h2=0.376X12X3.646XIO10/45002=8124

4.396

3.6464.396

2.(A-7,G-l,G-73根)

K=(6.594+6.594)/(2X3.646)=1.809ac=K/(2+K)=0.475

Di2=acX12Xic/h2=0.475X12X3.646XIO10/45002=10263

6.594

3.646

6.594

3.(A-2)

K=(6.594+4.396)/(3.646)=3.014ac=K/(2+K)=0.601

102

Di3=aCX12Xic/h2=0.601X12X3.646XIO/4500=12985

4.3966.594

3.646

4.3966.594

4.(A3-6,G2飛9根)

K=(6.594+6.594)/(3.646)=3.617ac=K/(2+K)=0.644

Di4=acX12Xic/h2=0.644X12X3.646XIO10/4500=13914

6.5946.594

3.646

6.5946.594

ZDj=8124+10263X3+12985+13914X9=177124

3.2.3重力荷載代表值的計算

(-)屋面及樓面可變荷載標準值

1.屋面永久荷載標準值3.98KN/m2

2.樓面永久荷載標準值3.80KN/rtf

(~)屋面及樓面可變荷載標準值

1.不上人屋面均布活荷載標準值0.5KN/m2

2.車間樓面活荷載標準值3.5KN/m2

3.屋面雪荷載標準值Sk=4?S。=1.0x0.65=0.65KN-m<

（三）墻，門窗重力荷載計算：

1.外墻240Kpi磚19X（1-15%）=16.15KN/m3外墻面瓷磚0.5KN/m，外墻面20厚抹灰，則外墻

單位墻面的重力荷載為：

0.5+0.24X16.15+17X0.02=40716KN/m2

2.內墻240厚加氣混凝土砌塊（5.5KN/m3）雙面抹灰各20mm，則內墻的重力荷載為：

5.5X0.24+17X0.02X2=2KN/m2

3.鋁合金門窗單位面積的重力荷載為：0.35KN/nf

4.梁柱計算：

梁柱重力荷載計算：

表2-9梁柱重力荷載計算表

層次構件bXhYBgLiN（根）Gi(Kn)E

(KN/m3)(KN/m)(m)Gi(Kn)

橫梁300X750251.055.9066.1351260.9

1

橫梁300X750251.055.9066.57268.72

2

縱梁300X750251.055.9066.7421661.9

廣5橫次250X600251.053.9386.17530729.524079

梁1

橫次250X600251.053.9386.5756155.35

梁2

柱500X500251.106.8574.5491515.938

（四）各層墻（外墻）自重標準值計算：

1.女兒墻重：總長L=（43.2+40）X2=166.4m

總重Gkl=6.744Kn/mX166.4m=1122.2KN

2.標準層墻重：總長L=166.4-24X5=154.4m

總重Gkl=6.151Kn/mX154.4m=949.71KN

（五）板重力荷載標準值：

表2-10板重力荷載標準值計算表

&<KN/m2)GM.KNSGi/KN

層數(shù)板面積（nf）

樓面1627.743.86185.416306.37

廣5樓梯25.24.8120.96

屋面17283.986877.446877.44

（六）各層自重標準值的計算:

1.首層（墻+梁+板+柱）

GK=949.71/2KN+4079.47KN+6306.37KN+1515.938KN=12376.63KN

2.標準層（墻+梁+板+柱）

GK=949.71KN+4079.47KN+6306.37KN+1515.938KN=12851.49KN

3.頂層（墻+梁+板+柱）

GK=949.71/2KN+1122.2KN+4079.47KN+6877.44KN+1515.938KN=14544.758KN

（七）重力荷載代表值的計算：

重力荷載代表值G取結構和構件自重標準值和可變荷載組合值之和，各可變荷載組合值系數(shù)取

為a.雪荷載：0.5b.屋面活荷載：0.0c.按等效均布荷載計算的樓面荷載:0.5.

1.首層（墻+梁+板+柱）

G02376.63+0.5X（1627.74+25.2）X3.8=15517.22KN

2.標準層（墻+梁+板+柱）

G.=12851.49+0.5X（1627.74+25.2）X3.8=15992.08KN

3.頂層（墻+梁+板+柱）

Gs=14544.76+0.65X1728X0.5=15106.36KN

（A）等效總重力荷載代表值的計算：

本設計抗震設防烈度7度，設計地震分組為第一組，場地類別為HI類，差得〃=0.45s,amax=

0.08s,取阻尼比為0.05。

結構的總重力荷載代表值為：

=15517.22+15992.08X3+15106.36=78599.82KN

結構的等效總重力荷載代表值為:

Geq0.85=66809.847KN

Ms

?5

圖2-3荷載示意圖

3.2.4縱向水平地震作用下框架的內力計算

(-)結構頂點假象位移的計算

(一)表2T1結構頂點假象位移的計算表

層次G,(KN)VGi(KN)ED,(N/mm)△uj(mm)Ui(mm)

515106.3615106.3667499822.4344.5

415992.0831098.4467499846.1322.1

315992.0847090.5267499869.8276

215992.0863082.667499899.3206.2

115517.2278599.82735401106.9106.9

L基本自振周期T1(s)可按下式計算：

Tl=l.7巾T(uT)1/2

注：uT假想把集中在各層樓面處的重力荷載代表值Gi作為水平荷載而算得的結構頂點位移。

力T結構基本自振周期考慮非承重磚墻影響的折減系數(shù)，取0.6。

uT按以下公式計算:

VGi=￡Gk

(△u)i=VGi/EDij

uT=S(Au)k

注：EDij為第i層的層間側移剛度。

(Au)i為第i層的層間側移。

(△u)k為第k層的層間側移。

s為同層內框架柱的總數(shù)。

Ti=l.7X仁=1.7X0.7XVO.3445=0.70s

2.水平地震作用及樓層地震剪力的計算：

a}=amax=X0.08=0.054

FEK=X0.85X=0.054X66809.847=3607.73KN

由于1.4Ti=1.4X0.45=0,63s＜「=0.7s所以要考慮頂部附加水平地震作用

按規(guī)范查的0.08T1+0.01=0.066.

△尼=0.066X3607.73=238.11KN

各質點水平地震作用按下式計算：

蚌=FEK(1-^n)

表2T2各質點縱向水平地震作用及樓層地震剪力計算表

K次IL(m)G.(KN)GH(KN)F((KN)匕(KN)

522.515106.36339893.10.3211081.651081.65

41815992.08287857.40.272916.541998.19

313.515992.08215893.10.204687.402685.59

2915992.08143928.70.136458.273143.86

15.415517.2269827.490.066222.393366.25

XGM=1057399.83

Fi=3607.73(1-0.66)=3369.62

3.縱向水平地震作用下位移的計算：

依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》GBJ11-89的要求，本結構須進行多遇地震作用下的抗震變形驗算，要

對結構的變形加以限制，使其層間彈性位移以及結構頂點位移不超過肯定的限值。

AU_L

對于砌體填充墻的框架結構，其層間彈性位移限值為丁W550。

本結構變形計算如下表所示：

表2-13結構變形計算表

層剛度Ui

剪力Vi層間位移AUihi0e

次卜

51081.656749981.6017.784500

16.18

41998.19679982.964500%522

32685.596749983.9813.224500X131

23143.866749984.669.244500%65

13366.257354014.584.585400X179

AU；1

由上表可知，結構層間相對位移「均小于」一，故其層間彈性位移滿意要求。

hj550

4.水平地震作用下框架內力的計算（B軸）

圖2-7B-B剖面圖

底部剪力法計算出來的每層的地震剪力，依據(jù)每桶框架的剛度比值安排到每桶框架上，而每桶框架

的地震剪力按柱的剛度比值安排到每一根柱上，最終以反彎點法求結構的內力?，F(xiàn)以KJ-C為例，其

內力的計算如下：

Vij=DijVi/EDij

Mbij=Vijyh

Muij=Vij(1-y)h

y=y0+yl+y2+y3

注：1.yO框架柱的標準反彎點高度比。

2.yl為上下層梁線剛度改變時反彎點高度比的修正值。

3.y2、y3為上下層層高改變時反彎點高度比的修正值。

4.y框架柱的反彎點高度比。

表2-14各層柱端彎矩及剪力計算表

了hi4￡Dij邊柱B-l

次(m(Kn)(DiViKYMbilMuil

治)

)((Kn(m((

/nm)))

54.51081.6749981026316.41.80.328.8745.16

655099

44.51998.6749981026330.31.80.461.5275.19

198095

34.52685.6749981026340.81.80.490.0393.70

593099

24.53143.6749981026347.81.80.5107.55107.55

860090

15.43366.7354011309059.91.80.6175.2794.37

252095

層hiV/EDij中柱B-3~6

(“nm)

次(m)(Kn)Di2Vi2KYMbi2Mui2

(/nm)

(Kn)(in)(KN(KN?m)

54.51081.656749981572524.484.8230.4549.5758.09

44.51998.196749981572545.224.8230.50101.7597.58

34.52685.596749981572560.774.8230.50136.73131.13

24.53143.866749981572571.144.8230.50160.06153.52

15.43366.257354011685377.144.8230.55190.92152.02

層hiV/￡Dij邊柱B-7

次(Kn)(九nDilKY(m)MbilMuil

m)(^/inm

)(KN?m(KN?m

)))

54.6749981181818.92.410.4235.8049.43

541

44.6749981181834.92.410.4773.9883.43

581

34.6749981181847.02.410.50105.810