结构依据及设计步骤.docx

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结构依据及设计步骤

毕业设计总依据及设计步骤（供参考）

框架结构抗震设计步骤：

开始

确定结构方案与结构布置

初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级

竖向荷载计算计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数

计算结构自振周期及振型

计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用

多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算不满足满足上述地震作用下结构内力分析竖向荷载作用下内力分析

内力组合

按组合内力进行梁柱配筋计算基础设计

进行重要部位的抗震强度验算

需要作薄弱层变形验算否否

按罕遇地震烈度验算薄弱不满足层弹塑性层间位移角

或

延性构造措施

特殊延性构造

结束

第一步、确定结构方案与结构布置

一、建筑结构体系选型

（一）合理选用结构材料

建筑结构材料是形成结构的物质基础，根据不同结构类型的特点，正确选用材料，

1．

就成为经济合理地选型的一个重要方面。

按材料分类的结构类型如下：

砌体结构体系

按建筑材料分类的结构类型钢筋混凝土结构体系

钢结构体系

钢——混凝土组合结构体系

（二）合理选择结构受力体系

现代建筑中，建筑物的造型可划分为两大类：

多层及高层建筑、单层大跨度建筑，

按结构受力形式分类，常用的结构体系大体如下：

混合结构体系

框架结构体系

剪力墙结构体系（包括框架——剪力墙、全剪力墙结构）多层及高层建筑

筒体结构体系（包括框筒、筒中筒、成束或组合筒体结构）

巨型结构体系

平面结构体系：

门式刚架、薄腹梁结构、桁架结构、拱结构单层大跨度建筑

空间结构体系：

壳体结构、网架结构、悬索结构、膜结构框架结构体系

多层与小高层常采用框架结构体系。

（1）框架结构体系的特点：

框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框

架结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用。

其整体性和抗震性

均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立

面造型。

框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”。

在地

震作用下，这种延性框架具有良好的抗震性能。

（2）钢筋混凝土框架：

钢筋混凝土框架按其施工方法可分为：

现浇框架、装配式框

架及装配整体式框架三种。

地震区框架结构宜优先考虑选择现浇框架结构体系，其次是装配整体式框架结构

体系，现已很少采用装配式框架结构体系；非地震区的框架结构则可以根据施工条件

等因素具体选定。

（3）钢框架：

钢框架的受力骨架为钢梁、钢柱，根据梁柱连接型式可分为半刚接框

架和刚接框架。

钢框架的抗震性能优于钢筋混凝土框架；钢梁、钢柱相对混凝土梁、

柱截面较小，增大了有效使用面积；钢框架自重较轻，大大降低了基础造价；且施工

周期短，具有良好的综合经济效益。

钢框架多用于办公楼、旅馆、商场等公共建筑。

（4）框架结构体系选用限值：

框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，

一般梁柱截面惯性矩较小，在水平荷载作用下的侧向变形较大，抗侧移能力较弱，属

较柔结构。

当层数较多、侧向荷载较大时，为满足侧向刚度和强度要求，需加大截面，

很不经济。

而且高度增加时，框架结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构

件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重。

因此，框架结构的最大高

度受到限制。

钢筋混凝土框架结构的合理层数是6～15层，最经济是10层左右；规范规定不超

过12层的钢结构房屋可采用钢框架结构；框架结构高宽比不宜超过表1-2的限值；抗

震等级见表1—3所示。

2．

表建筑结构体系适用的最大高度（m）1-1

结构体系框架中框架?

次型?

k?

0.5b?

K（底层）?

?

中柱底边柱层中柱其他边柱层

非抗震设防K（底层）

抗震设防2h

6度

度

8度

9度

钢筋混凝土结构横梁

框架kc

现浇?

2

60K

60

55

45

25

装配整体

50

50

35

25

不应采用

框架——剪力墙和框架——筒体截面跨度

现浇

130

130

120

100

50

装配整体E

1003bh

100Ib

90k

70EI?

不应采用b

现浇剪力墙hb?

l（（m）2）（m

无框支墙I2KN/m）

140?

012

140

120?

D

100bl?

60

部分框支墙

120

1204（m

100）

80

不应采用

钢结构左

框架

110

110I2?

110b

90

50

右

框架——支撑框架——剪力墙

240

220

220I2?

?

200bD

140?

表1-2高宽比限值

结构体系非抗震抗震设防设防6、7度8度9度框架5542

钢筋混框架——剪力墙5543凝土结和框架——筒体构墙力剪4566

钢结构民用房屋6.56.565.5

二、结构布置

结构体系确定后，应当密切结合建筑设计进行结构总体布置，使建筑物具有良好

的造型和合理的传力路线。

建筑结构的总体布置，是指其对高度、平面、立面和体型等的选择，除应考虑到

建筑使用功能、建筑美学要求外，在结构上应满足强度、刚度和稳定性要求。

地震区

的建筑，在结构设计时，还应保证建筑物具有良好的抗震性能。

设计要达到先进合理，

首先取决于清晰合理的概念，而不是仅依靠力学分析来解决。

确定结构布置方案的过

程就是一个结构概念设计的过程。

（一）结构总体布置原则

1、控制高宽比

在高层建筑中，结构的位移常常成为结构设计的主要控制因素、而且随着建筑高

度的增加，倾覆力矩将迅速增大。

因此，高层建筑的高宽比不宜过大。

一般应满足表

1-2的要求。

对于满足表1-2的高层建筑，一般可不进行整体稳定验算和倾覆验算。

2、减少平面和竖向布置的不规则性

3．

结构平面应尽量设计成规则、对称而简单的形状，使结构的刚度中心和质量中心

尽量重合，以减少因形状不规则产生扭转的可能性。

结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免薄弱层。

结构上部

形成缩小面积的突出部分，这种刚度突变在地震作用下会产生鞭梢效应，要采取特殊

的措施加强。

3、变形缝的设置

在多层与高层建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，常隔一

定距离用温度缝分开；在高层部分和低层部分之间，由于沉降不同，往往由沉降缝分

开；建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大，或有错层时，用防震缝分开。

温度缝、

沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构独立的部分，成为独立的结构单元。

（二）框架结构体系布置

1、结构布置原则

（1）结构平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称，减少结构产生

扭转的可能性。

（2）控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移，其高宽比限值见表1-2。

（3）尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。

（4）房屋的总长度宜控制在最大温度伸缩缝间距内，当房屋长度超过规定值时，可设

伸缩缝将房屋分成若干温度区段。

2、柱网和层高

框架结构的柱网尺寸，即平面框架的柱距（开间）与跨度（进深）和层高，首先要满足生

产工艺和其他使用功能的要求，其次是满足建筑平面功能的要求，还要力求做到柱网

平面简单规则、受力合理，同时施工方便，有利于装配化、定型化和施工工业化。

3、钢筋混凝土承重框架的布置

柱网确定后，沿房屋纵横方向布置梁系，形成横向框架和纵向框架，分别承受各自

方向上的水平作用。

根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为三种。

（1）横向框架承重方案：

横向框架承重方案是在横向上布置主梁，在纵向上设置连系

梁。

楼板支承在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。

由于横向框架跨数较

少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。

由于竖向荷载主要通过横

梁传递，所以纵向连系梁往往截面尺寸较小，这样有利于建筑物的通风和采光。

不利

的一面是由于主梁截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。

4．

（2）纵向框架承重方案；纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布

置连系梁。

楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。

由于连系梁截面尺寸较小，这样对于大

空间房屋，净空较大，房屋布置灵活。

不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同

时房屋的横向刚度较小。

（3）纵横向框架混合承重方案：

框架在纵横两个方向上均布置主梁。

楼板的竖向荷

载沿两个方向传递。

柱网较大的现浇楼盖，通常布置成井字形式；柱网较小的现浇楼

盖，楼板可以不设井字梁直接支承在框架主梁上。

由于这种方案沿两个方向传力，因此各杆件受力较均匀，整体性能也较好，通常

按空间框架体系进行内力分析。

在地震区，考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此应按双

向承重进行布置。

高层建筑承受的水平荷载较大，应设计为双向抗侧力体系，主体结

构不应采用铰接，也不应采用横向为刚接、纵向为铰接的结构体系。

三、绘出框架平面柱网布置

标出柱距，对框架进行编号。

第二步、初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级

一、初估梁柱截面尺寸

（1）框架梁截面尺寸：

框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、

框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑

确定。

一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：

梁高h=（1/8～1/12）

l，其中l为梁的跨度。

梁宽b=（1/2～1/3）h。

在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于

200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

（2）框架柱截面尺寸：

框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。

柱截面的宽与高

一般取层高的～，同时满足、，为柱计算长度。

多层房l30?

bl/1/15/1/20h?

l25000

屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm；高层建筑中，框架柱截面的高度不

宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。

柱截面高度与宽度之比为1～2。

柱净高与截

面高度之比宜大于4。

为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变。

在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比、剪跨比（）bfV（/h0cccc

5．

、轴压比限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保）bhN/）?

M/Vhf（?

?

?

cccNc

证柱的延性。

抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以ω表示柱轴压

比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：

GnF2?

?

A?

a310?

（?

0.1）f?

c

2；a，取方形时边长为式中；A——柱横截面面积，m

——验算截面以上楼层层数；n

2；——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，mF

——混凝土轴心抗压强度设计值；fc

，三级框架取0.8ω——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取

。

0.9

度中间81.1，度中间柱取φ——地震及中、边柱的相关调整系数，71、边柱取

；1.21.1、边柱取柱取

，根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为）——结构单位面积的重量（竖向荷载G

2。

／m12～18kN

二、材料强度等级

，其他C30、混凝土的强度等级：

抗震等级为一级的框架梁、柱和节点不宜底于1

。

C20各类构件不应底于

级钢III、III2、钢筋的强度等级：

纵向钢筋宜采用II、级变形钢筋，箍筋宜采用

筋。

三、确定计算简图、选取计算单元

、C---）A、B、2、画出水平计算简图，标注框架编号（横向为11、、3-----，纵向为

，确定梁的计算跨度。

框架梁编号（材料、截面和跨度相同的编同一号）

，画出计算简图，标出计算跨度、2、选取计算单元（所需计算的一榀或几榀框架）

。

柱的计算高度，并对柱编号（材料、截面和高度相同的编同一号）

第三步、计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数

计算各层重力荷载代表值一、

6．

1、屋面竖向恒载：

按屋面的做法逐项计算均布荷载×屋面面积；

2、屋面竖向活载：

屋面雪荷载×屋面面积；

3、楼面竖向恒载：

按楼面的做法逐项计算均布荷载×楼面面积；

4、楼面竖向活载：

楼面均布活荷载×楼面面积；

5、梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰）：

梁侧、梁底抹灰、柱周抹灰，近似

按加大梁宽及柱宽考虑，一般加40mm。

G?

（0.40?

b）?

h?

l?

容重

325KN/m混凝土容重：

梁柱自重可列表，以方便后面的计算。

如：

数编号根2）长度（m））每根重量（截面（mKN

宽×高=每层根数×层数=L1….Z1

….

（包括女儿墙和各种纵横隔墙）6、墙体自重：

考虑。

40mm墙体两面抹灰，近似按加厚墙体

墙体容重墙厚）0.40?

墙高?

墙宽（G?

?

?

单位面积上墙重量?

墙体面积?

319KN/m黏土砖的容重：

同上列表：

重量片体数每片面积墙

女儿墙高×宽=每层片数×层数=

底层纵墙底层横墙

其他层纵墙

其他层横墙

、荷载分层总汇7

楼面下半纵横梁自重+屋面恒载=+50%屋面活荷载+屋面重力荷载代表值Gi

层的柱及纵横墙自重；

楼面楼面活荷载各楼层重力荷载代表值纵横梁自重楼面恒荷载++G=+50%i上下各半层的柱及纵横墙自重；

7．

n?

总重力荷载代表值GG?

i1?

i二、刚度参数计算

1、梁的线刚度计算：

各层梁分别列表计算：

（表的形式根据具体情况合理调整）

边左I1.5?

b框架右I1.5?

b

、柱的线刚度计算2

各层柱分别列表计算：

柱高截面层柱号E3EIbhc?

kh?

b次?

IHZ2）（KN/mcc12H（m）底层二层

…

、横向框架柱的侧移刚度值3

根柱的侧移刚度为：

j层第值法，第根据Di

k12c?

D?

ij2h

体现了节点转角的影响，对于框架一般层的边柱与中柱和首层的边柱α式中，

。

5-4表值详见课本αP119与中柱的

列表计算：

8．

根?

kKb?

K（一般层）柱层数?

?

（一般层）k12k2K2?

cc类?

D

第四步、计算结构自振周期

）（课本P114顶点位移法计算基本周期：

（5-2）?

T1.7?

?

TT1

式中，——基本周期调整系数，对一般民用框架取。

0.6?

T

——结构顶点侧向位移，即为把集中在各楼层处的重力荷载代表值视为作用?

T

在楼面处的水平力时，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧向位移（m）。

n?

?

?

?

（5-3）iT1i?

?

/D?

V?

DV/m?

iikiii（5-4）

1?

kn?

层的层间剪力，——上述水平力作用下第式中，G?

V;Vikiii?

k

。

——第层柱的侧移刚度之和（前面已算出）iDi第五步、计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用

对满足底部剪力法适用条件的框架结构，可用底部剪力法求解。

F?

G?

eq1EK

9．

GHiiFF?

（1?

）?

niEK

n?

HGjj1?

j

F?

?

F?

EKnn

列表计算：

第六步、多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算

）P119、层间剪力的计算（课本1

n?

F?

V）5-12（kiik?

、层间弹性变形计算2

D/?

V?

uieii

是否满足。

、验算H]?

u?

3[?

ee列表计算：

距地面层次层高HGuVDGGH?

Fiieiiiiiin?

HG高hHjjii1?

j

顶层

…

）第七步、上述地震作用下结构内力分析（5-4§

一、求柱端剪力

根柱子的剪力为层第k第i

DDikVV?

ik?

V（5-14）iinik

D?

Diir1r?

二、柱的上下端弯矩

h（1VM?

）y?

ijij上

yhV?

M?

ij下ij

——为柱子的反弯点高度比，式中，y?

y?

?

y?

yyy3201

10．

——柱标准反弯点高度比，标准反弯点高度比是各层等高、各跨跨度相等、y0各层梁和柱线刚度都不改变的多层多跨规则框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度

比，查表得。

——上下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值；当某柱的上、下梁线刚度y1

不同，柱上、下节点转角不同时，反弯点位置有变化，应将加以修正，修正值为。

yy10

、——上下层高度变化时反弯点高度比修正值，yy32框架柱剪力及弯矩计算列表进行：

层次层轴线号杆件号号分配系数…杆端弯矩

不平衡弯矩

弯矩分配

层高h（m）号l……

左?

DVi?

DDD/lrlVMMbbb..………A（边）上柱下柱右梁左梁

柱边yKMV下cikrlVNNMMbAbb……………（中）B右梁上柱下柱

M上cB…其他轴…….

中柱柱

同左

做出框架柱剪力及弯矩图。

三、框架梁端的弯矩

根据节点平衡，求梁端弯矩：

对于中柱，左、右梁端弯矩可由上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分

配

左k下上左（）MM?

（5-18）?

Mbcc

b右左kk?

bb右k下上右（）MM?

）（5-19?

Mbcc

b右左k?

kbb对边柱节点：

下上M?

M?

M（5-20）bcc列表计算：

中边柱处层柱处….号?

?

左左右右MMKMMMccbbbb?

Kb…

做出框架梁的弯矩图。

四、框架梁端的剪力计算

11．

根据框架梁隔离体的平衡条件，梁端弯矩的代数和除以梁的跨度即可得梁端剪力

rlM?

MbbV?

（5-21）b

l

五、框架柱的轴力计算

对于中柱，每个节点左、右梁端剪力之差即为柱的该层层间轴向力；

对于边柱，节点一侧的梁端剪力即为柱的该层层间轴向力；

从上到下逐层累加层间轴向力，即得柱在相应层得轴力。

框架梁端剪力及柱轴力计算表：

柱轴力层…跨跨BCAB

做出框架梁的弯矩、剪力图及柱的轴力图。

第八步、竖向荷载作用下横向框架的内力分析

一、荷载及计算简图１、横向框架梁上的线荷载（恒载和活荷载分别算）

）楼（屋）面均布荷载传给梁的线荷载（双向板）a

5aq短向分配荷载：

8

?

?

32?

?

a?

?

a长向分配荷载：

aq?

21?

?

?

?

?

?

?

?

b2b2?

?

?

?

?

?

?

）梁上的线荷载＝梁自重＋楼（屋）面均布荷载传给梁b

的线荷载

。

做出框架竖向荷载图（有关荷载前面已算出）

２、各层柱子的集中荷载＝自重＋梁传来的集中荷载

二、框架弯矩计算

、迭代法（结构力学）

（一）

、分层法：

在竖向荷载作用下框架内力采用分层法进行简化计算，此时每层

（二）

框架连同上下层柱组成基本计算单元，竖向荷载产生的固端弯矩只在本层内进行弯矩

分配，单元之间不再传递。

梁的弯矩取分配后的数值；柱端弯矩取相邻两层单元对应

柱端弯矩之和。

12．

1、求梁的固端弯矩；

2、梁柱的线刚度（前面已算出）；

3、分配系数：

按与节点连接的各杆的转动刚度比值计算；

4、传递系数：

底层柱传递系数为1/2，其余各层柱传递系数为1/3；梁远端固定传

递系数为1/2，远端滑动铰支座传递系数为-1。

5、弯矩分配：

分配2~3次为宜。

6、节点不平衡弯矩的再分配：

由于柱端弯矩按1/3传递系数传递到远端（底层按

1/2传递系数），柱端弯矩取相邻两层单元对应柱端弯矩之和，此时原来已经平衡的节

点弯矩由于加入了新的弯矩而不再平衡，应将不平衡弯矩再分配。

节点不平衡弯矩的再分配表

结果弯矩

做出梁柱最终弯矩图。

7、考虑梁端的塑性变形及内力重分布，对梁端负弯矩进行调幅，即人为地减小梁

端负弯矩，调幅系数取0.85（用括号在图上标出），相应跨中弯矩乘1.1。

三、梁端剪力及柱轴力计算

（1）梁端剪力：

M?

M1右左ql?

弯矩引起剪力）荷载引起剪力）?

（（VV?

V?

mq2l

（2）柱轴力：

N?

V（梁端剪力）P（节点集中力及柱自重）?

总剪力荷载引起剪力层弯矩引起剪力号……柱BAAB跨柱BC跨AB跨BC跨跨AB跨BC

V?

VV?

VNNNNV?

VVVV?

VVVqCqBqBqA底顶顶底CmCmBmAmBDBA

13．

第九步、内力组合

钢筋混凝土框架结构构件的承载力按下列公式验算：

非抗震设计：

S?

R?

0

为结构重要性系数，重要、一般、次要分别取、、。

0.91.01.1?

0

抗震设计：

S?

R?

RE（为了计算比较，在内力组合以获