【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻、對(duì)稱(chēng)，使剛度中心與質(zhì)量中心盡量減小偏差，并盡量使框架結(jié)構(gòu)的縱向、橫向具有相近的自振特性。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)布置并設(shè)計(jì)為雙向抗側(cè)力體系，主體結(jié)構(gòu)的梁柱間不應(yīng)采用鉸接，也不應(yīng)采用橫向?yàn)閯偨?，縱向也鉸接的結(jié)構(gòu)體系。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)一般有按空間結(jié)構(gòu)分析和簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)分析兩種方法。在計(jì)算機(jī)沒(méi)有普及的年代，實(shí)際為空間工作的框架常被簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)采用手算的方法進(jìn)行分析。近年來(lái)隨著微機(jī)的日益普及和應(yīng)用程序的不斷出現(xiàn)，框架結(jié)構(gòu)分析時(shí)更多的是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法的基本原理編制電算程序，由計(jì)算機(jī)直接求出結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力，以至各截面的配筋。由于目前計(jì)算機(jī)內(nèi)存和運(yùn)算速度已經(jīng)能夠滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)計(jì)算的需要，因此在計(jì)算機(jī)程序中一般是按空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。但是在初步設(shè)計(jì)階段，為確定結(jié)構(gòu)布置方案或估算構(gòu)件截面尺寸，還是需要采用一些簡(jiǎn)單的近似計(jì)算方法，以求既快又省地解決問(wèn)題。另外，近似的手算方法雖然計(jì)算精度較差，但概念明確，能夠直觀地反映結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，因此，工程設(shè)計(jì)中也常利用手算的結(jié)果來(lái)定性的校核判斷電算結(jié)果的合理性，所以我將重點(diǎn)介紹框架結(jié)構(gòu)的近似手算法。 計(jì)算單元確定框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間受力體系，常常將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進(jìn)行分析計(jì)算。由于橫向框架的間距相同，作用于各橫向框架上的荷載相同，框架的抗側(cè)剛度相同，因此，除端部外，各榀橫向框架都將產(chǎn)生相同的內(nèi)力與變形，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般取中間有代表性的一榀橫向框架進(jìn)行分析即可；而作用15 / 82于縱向框架上的荷載則各不相同，必要時(shí)應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。框架節(jié)點(diǎn)一般總是三向受力的，但當(dāng)按平面框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，則節(jié)點(diǎn)也相應(yīng)地簡(jiǎn)化。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，梁和柱內(nèi)的縱向受力鋼筋都將穿過(guò)節(jié)點(diǎn)或錨入?yún)^(qū)，這時(shí)應(yīng)簡(jiǎn)化為剛節(jié)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖中，桿件用軸線來(lái)表示?？蚣芰旱目缍燃慈≈虞S線之間的距離?？蚣艿膶痈撸蚣苤拈L(zhǎng)度）即為相應(yīng)的建筑層高，而底層柱的長(zhǎng)度則應(yīng)從基礎(chǔ)頂面算起。對(duì)于不等跨框架，當(dāng)個(gè)跨跨度相差不大于 10%時(shí)，在手算時(shí)可簡(jiǎn)化為等跨框架，跨度取原框架各跨跨度的平均值，以減少計(jì)算工作量。但在電算時(shí)一般可按實(shí)際情況考慮。（根椐梁的跨度初估） 。（根據(jù)層高初估） 。在計(jì)算框架梁截面慣性距 I 時(shí)應(yīng)考慮到樓板的影響。在框架梁兩端節(jié)點(diǎn)附近，梁受負(fù)彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對(duì)梁的截面抗彎剛度影響較??；而在框架梁的跨中，梁受正彎矩，樓板處于受壓區(qū)形成 T 形截面梁，樓板對(duì)梁的截面抗彎剛度影響較大。在工程設(shè)計(jì)中，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，仍假定梁的截面慣性距 I沿軸線不變，對(duì)現(xiàn)澆樓蓋中框架取 I=2I0邊框架取 I=。對(duì)裝配整體式樓蓋，這里 I0為矩形截面梁的截面慣性矩。反彎點(diǎn)發(fā)首先假定梁柱之間的線剛度只比為無(wú)窮大，其次又假定柱的反彎點(diǎn)高度為一定值，從而使框架結(jié)構(gòu)在側(cè)向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算大為簡(jiǎn)化。但這樣做同時(shí)也帶來(lái)了一定的誤差，首先是當(dāng)梁柱線剛度較為接近時(shí)，特別是在高層框架結(jié)構(gòu)或抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁的線剛度可能小于柱的線剛度，框架節(jié)點(diǎn)對(duì)柱的約束應(yīng)為彈性支承。柱的抗側(cè)剛度不但與柱的線剛度和層高有關(guān)，而且還于梁的線剛度等因素有關(guān)。另外，柱的反彎點(diǎn)高度也與梁柱線剛度比、上下層橫梁的線剛度比、上下層層高的變化等因素有關(guān)。本設(shè)計(jì)為一幢多層辦公樓，起特點(diǎn)是恒載大、活載小、層數(shù)多，因而在橫向地震作用下，由于梁、柱的線剛度接近，不宜采用固16 / 82定零點(diǎn)位置的反彎點(diǎn)法，宜采用“D”值法計(jì)算。 荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算1. 恒載計(jì)算2. 活載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 地震作用計(jì)算在此僅考慮水平地震作用即可，并可采用基底剪力法計(jì)算水平地震作用力。為求基底剪力，先要計(jì)算結(jié)構(gòu)各層的總重力荷載代表值，在此為簡(jiǎn)化計(jì)算，僅取一榀框架的重力荷載代表值進(jìn)行計(jì)算。 頂層重力荷載代表值包括：屋面恒載，50%屋面活荷載，縱、橫梁自重，半層柱自重，半層墻體自重以及女兒墻自重。其它層重力荷載代表值包括：樓面恒載，50%樓面活荷載，縱、橫梁自重，樓面梁自重，樓面上、下各半層的柱及縱、橫墻自重。請(qǐng)注意：在計(jì)算重力荷載代表值時(shí)，屋面活荷載僅考慮雪荷載。按設(shè)防烈度為 7 度，由《抗震規(guī)范》查得水平地震影響系數(shù)最大值α max=，按遠(yuǎn)震情況下的Ⅳ類(lèi)建筑場(chǎng)地，由《抗震規(guī)范》查得特征周期值Tg=T，則地震影響系數(shù) α 1=α max= 。 框架結(jié)構(gòu)側(cè)移計(jì)算控制框架結(jié)構(gòu)側(cè)移要計(jì)算兩部分內(nèi)容：一是計(jì)算頂層最大側(cè)移，因周期過(guò)大，將影響使用；二是計(jì)算層間相對(duì)側(cè)移，其值過(guò)大，將會(huì)使填充墻出現(xiàn)裂縫。引起框架的側(cè)移，主要是水平荷載作用。對(duì)一般的多層框架結(jié)構(gòu)而言，僅需計(jì)算由梁柱彎曲變形所產(chǎn)生的側(cè)向位移，而不考慮梁柱的軸向變形和截面的剪切變形所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)側(cè)移，這樣計(jì)算的框架側(cè)移已能滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)的精度要求。 荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算可近似地采用分層法。通常，多層多跨框架在豎向荷載作用下的側(cè)移是不大的，可近似的按無(wú)側(cè)移框架進(jìn)行分析，17 / 82而且當(dāng)某層梁上有豎向荷載時(shí)，在該層梁及相鄰柱子中產(chǎn)生較大內(nèi)力，而在其他樓層的梁、柱子所產(chǎn)生內(nèi)力，在經(jīng)過(guò)柱子傳遞和節(jié)點(diǎn)分配以后，其值將隨著傳遞和分配次數(shù)的增加而衰減，且梁的線剛度越大，衰減越快。因此，在進(jìn)行豎向荷載作用下的內(nèi)力分析時(shí)，可假定作用在某一層框架梁上的豎向荷載只對(duì)本層樓的梁以及與本層梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力，而對(duì)其他樓層框架和隔層的框架柱都不產(chǎn)生彎矩和剪力。于是，多層多跨框架在多層豎向荷載同時(shí)作用下的內(nèi)力，可以看成是各層豎向荷載單獨(dú)作用下的內(nèi)力的疊加，但還要進(jìn)行修正。除底層以外其他各層柱的線剛度均乘 的折減系數(shù)。柱的彎矩傳遞系數(shù)為 1/3。用彎矩二次分配法計(jì)算框架彎矩豎向荷載作用下框架的內(nèi)力分析，除活荷載較大的工業(yè)廠房外，對(duì)一般的工業(yè)與民用建筑可不考慮活載的不利布置法求得的彎矩偏低，但當(dāng)活荷載占總荷載比例較小時(shí)，其影響很小，若活荷載占總荷載比例較大，可在截面配筋時(shí)，將跨中彎矩乘 ~ 的放大系數(shù)予以調(diào)整。彎矩二次分配法：，僅取半跨進(jìn)行分析，這時(shí)中跨梁的相對(duì)線剛度應(yīng)乘以修正系數(shù) 1/2。，并將各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配。，傳遞系數(shù)均為 1/2，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。 各桿端彎矩計(jì)算：梁上的分布荷載含有矩形、梯形或三角形荷載，在求固端彎矩時(shí)可直接根據(jù)圖示荷載計(jì)算，也可根據(jù)固端相等的原則，先將梯形分布荷載及三角形荷載化為等放均布荷載，在此采用后一方法。：18 / 82 對(duì)于跨中彎距的求解，應(yīng)按轉(zhuǎn)化前的計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算，在本設(shè)計(jì)中為簡(jiǎn)化計(jì)算，是按照轉(zhuǎn)化后的計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算的。： 計(jì)算公式： 柱邊剪力： V 柱邊 =V 梁端 qb/2 柱邊彎矩： M 柱邊 =M 梁端 V 柱邊 b/2 橫向框架內(nèi)力組合通過(guò)框架內(nèi)力分析，獲得了在不同荷載作用下產(chǎn)生的構(gòu)件內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的最不利情況確定構(gòu)件內(nèi)力設(shè)計(jì)值。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，地震烈度，房屋高度等因素，由表確定可知，本工程的框架為三級(jí)抗震等級(jí)。本工程考慮了兩種內(nèi)力組合，即 + SQk， SGk++ Ek，各層梁的內(nèi)力組合結(jié)果見(jiàn)表。 取上述荷載組合中最不利情況作為截面設(shè)計(jì)時(shí)用的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。 構(gòu)件設(shè)計(jì)梁正截面受彎承載力計(jì)算，梁斜截面受彎承載力計(jì)算，梁的抗震構(gòu)造措施。柱截面尺寸驗(yàn)算，柱正截面承載力計(jì)算，柱斜截面承載力計(jì)算，柱的抗震構(gòu)造措施。4 結(jié)構(gòu)計(jì)算 工程資料 ：我們本次設(shè)計(jì)課題是南昌某公司廠房設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)建筑面積19 / 824300 平米左右。主體六層，無(wú)地下室，本工程為丙類(lèi)建筑，地基按Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地土，場(chǎng)地平坦，中等硬度，合理使用年限 50 年。建筑物底層層高為 米，二、三層層高為 米，柱、梁、板均為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。：室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高177。，室內(nèi)外高差 300㎜。：，水質(zhì)對(duì)混凝土沒(méi)有侵蝕作用。：采用木門(mén)，鋁合金窗 。門(mén)廳處門(mén)為鋁合金門(mén)。：持力層為粉土，地基承載力特征值 為 130KPa。kaf 7 度，抗震分組為第三組。：樓面生活區(qū)活荷載為 ，樓面生產(chǎn)區(qū)活荷載為，屋面活荷載為 。20 / 82 結(jié)構(gòu)選型：采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系：采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土肋形屋蓋，柔性防水屋面，屋面板厚120㎜：全部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土肋形樓蓋，板厚 120㎜：采用鋼筋混凝土梁式樓梯：采用柱下條形基礎(chǔ)根據(jù)這些資料和設(shè)計(jì)的平面圖和結(jié)構(gòu)布置，我選取第五榀框架作為計(jì)算單元，并據(jù)此來(lái)進(jìn)行框架計(jì)算。 初估梁柱截面尺寸各梁截面尺寸確定如下：主梁： 11(~),(~)8232bbbhlh??次梁： (),()14bbbl橫梁： ，取 700mm~80467~02h??? ,取 300mm()(3)3b縱梁： ,取 600mm158,取 300mm(~)50(167~20)2b???次梁： ,取 600mm4814h,取 300mm()(5)3b由現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級(jí)可知該框架結(jié)構(gòu)其軸壓比限值μn=。21 / 82由底層平面圖可知邊柱及中柱的負(fù)載面積為 。 邊柱：A c≥113400mm 2 中柱：A c≥209354mm 2如取柱截面為正方形，則邊柱和中柱截面的高度分別為 337mm，457mm。因?yàn)橹孛娓叨炔灰诵∮?400mm，寬度不宜小于 350mm，柱凈高與截面長(zhǎng)邊尺寸之比宜大于 4，取截面尺寸為 600600mm2同理驗(yàn)證樓梯間柱截面：負(fù)載面積為 Ac≥113400mm 2 =337mm，取 400mm1340所以 bh=400400mm2。底層柱高為 ++=，其他層柱高均為 。 框架計(jì)算簡(jiǎn)圖及梁柱線剛度 5 為計(jì)算框架。，確定室內(nèi)外高差為 300mm,基礎(chǔ)頂面離室外地面 600 mm，底層層高為 。在求粱截面慣性矩時(shí)考慮到現(xiàn)澆樓板的作用，取 I=2Io(Io為不考慮樓板翼緣作用的粱截面慣性矩)。 橫向框架：梁：底層 i= KNm????? 其他層：i= KNm3 柱:底層： KNm???? 其他層：i= KNm 令 i=90 =，其余柱、梁的相對(duì)線剛度見(jiàn)下圖：310?22 / 82DCBA 向 框 架 相 對(duì) 線 剛 度 荷載計(jì)算 恒載計(jì)算： 20 厚細(xì)石混凝土保護(hù)層 22=APP 改性瀝青防水卷材： 10 厚水泥砂漿找平層 20=80 厚礦渣水泥保溫板 =120 厚現(xiàn)澆混凝土樓板 25=3KN/m 22％坡度細(xì)石混凝土找坡層 22=10 厚板底抹灰 17=合計(jì)： 30mm 水磨石地面 120 厚現(xiàn)澆混凝土樓板 25=3KN/m 210 厚板底抹灰 17=合計(jì) 23 / 828 厚地磚樓面、干水泥擦縫 =5 厚 1：1 水泥細(xì)砂漿結(jié)合層 20=30 厚 C20 細(xì)石混凝土 120 厚現(xiàn)澆混凝土樓板 25=3KN/m 210 厚板底抹灰 17=合計(jì) （1）600600mm 2 柱自重 25=9KN/m 210 厚混合砂漿抹灰層 417=合計(jì) （2）400400mm 2 自重 25=4KN/m 210 厚混合砂漿抹灰層 417=