【文章內容簡介】 應力求簡單、規(guī)則、均勻、對稱，使剛度中心與質量中心盡量減小偏差，并盡量使框架結構的縱向、橫向具有相近的自振特性。框架結構應布置并設計為雙向抗側力體系，主體結構的梁柱間不應采用鉸接，也不應采用橫向為剛接，縱向也鉸接的結構體系。 結構設計框架結構一般有按空間結構分析和簡化成平面結構分析兩種方法。在計算機沒有普及的年代，實際為空間工作的框架常被簡化成平面結構采用手算的方法進行分析。近年來隨著微機的日益普及和應用程序的不斷出現，框架結構分析時更多的是根據結構力學位移法的基本原理編制電算程序，由計算機直接求出結構的變形、內力，以至各截面的配筋。由于目前計算機內存和運算速度已經能夠滿足結構計算的需要，因此在計算機程序中一般是按空間結構進行分析。但是在初步設計階段，為確定結構布置方案或估算構件截面尺寸，還是需要采用一些簡單的近似計算方法，以求既快又省地解決問題。另外，近似的手算方法雖然計算精度較差，但概念明確，能夠直觀地反映結構的受力特點，因此，工程設計中也常利用手算的結果來定性的校核判斷電算結果的合理性，所以我將重點介紹框架結構的近似手算法。 計算單元確定框架結構是一個空間受力體系，常常將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進行分析計算。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，框架的抗側剛度相同，因此，除端部外，各榀橫向框架都將產生相同的內力與變形，結構設計時一般取中間有代表性的一榀橫向框架進行分析即可；而作用15 / 82于縱向框架上的荷載則各不相同，必要時應分別進行計算?？蚣芄?jié)點一般總是三向受力的，但當按平面框架進行結構分析時，則節(jié)點也相應地簡化。在現澆鋼筋混凝土結構中，梁和柱內的縱向受力鋼筋都將穿過節(jié)點或錨入區(qū)，這時應簡化為剛節(jié)點。在結構計算簡圖中，桿件用軸線來表示。框架梁的跨度即取柱子軸線之間的距離。框架的層高（框架柱的長度）即為相應的建筑層高，而底層柱的長度則應從基礎頂面算起。對于不等跨框架，當個跨跨度相差不大于 10%時，在手算時可簡化為等跨框架，跨度取原框架各跨跨度的平均值，以減少計算工作量。但在電算時一般可按實際情況考慮。（根椐梁的跨度初估） 。（根據層高初估） 。在計算框架梁截面慣性距 I 時應考慮到樓板的影響。在框架梁兩端節(jié)點附近，梁受負彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對梁的截面抗彎剛度影響較小；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，樓板對梁的截面抗彎剛度影響較大。在工程設計中，為簡便起見，仍假定梁的截面慣性距 I沿軸線不變，對現澆樓蓋中框架取 I=2I0邊框架取 I=。對裝配整體式樓蓋，這里 I0為矩形截面梁的截面慣性矩。反彎點發(fā)首先假定梁柱之間的線剛度只比為無窮大，其次又假定柱的反彎點高度為一定值，從而使框架結構在側向荷載作用下的內力計算大為簡化。但這樣做同時也帶來了一定的誤差，首先是當梁柱線剛度較為接近時，特別是在高層框架結構或抗震設計時，梁的線剛度可能小于柱的線剛度，框架節(jié)點對柱的約束應為彈性支承。柱的抗側剛度不但與柱的線剛度和層高有關，而且還于梁的線剛度等因素有關。另外，柱的反彎點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。本設計為一幢多層辦公樓，起特點是恒載大、活載小、層數多，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定零點位置的反彎點法，宜采用“D”值法計算。 荷載標準值計算1. 恒載計算2. 活載標準值計算 地震作用計算在此僅考慮水平地震作用即可，并可采用基底剪力法計算水平地震作用力。為求基底剪力，先要計算結構各層的總重力荷載代表值，在此為簡化計算，僅取一榀框架的重力荷載代表值進行計算。 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。請注意：在計算重力荷載代表值時，屋面活荷載僅考慮雪荷載。按設防烈度為 7 度，由《抗震規(guī)范》查得水平地震影響系數最大值α max=，按遠震情況下的Ⅳ類建筑場地，由《抗震規(guī)范》查得特征周期值Tg=T，則地震影響系數 α 1=α max= 。 框架結構側移計算控制框架結構側移要計算兩部分內容：一是計算頂層最大側移，因周期過大，將影響使用；二是計算層間相對側移，其值過大，將會使填充墻出現裂縫。引起框架的側移，主要是水平荷載作用。對一般的多層框架結構而言，僅需計算由梁柱彎曲變形所產生的側向位移，而不考慮梁柱的軸向變形和截面的剪切變形所產生的結構側移，這樣計算的框架側移已能滿足工程設計的精度要求。 荷載作用下的框架結構內力計算框架結構在豎向荷載作用下的內力計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移是不大的，可近似的按無側移框架進行分析，17 / 82而且當某層梁上有豎向荷載時，在該層梁及相鄰柱子中產生較大內力，而在其他樓層的梁、柱子所產生內力，在經過柱子傳遞和節(jié)點分配以后，其值將隨著傳遞和分配次數的增加而衰減，且梁的線剛度越大，衰減越快。因此，在進行豎向荷載作用下的內力分析時，可假定作用在某一層框架梁上的豎向荷載只對本層樓的梁以及與本層梁相連的框架柱產生彎矩和剪力，而對其他樓層框架和隔層的框架柱都不產生彎矩和剪力。于是，多層多跨框架在多層豎向荷載同時作用下的內力，可以看成是各層豎向荷載單獨作用下的內力的疊加，但還要進行修正。除底層以外其他各層柱的線剛度均乘 的折減系數。柱的彎矩傳遞系數為 1/3。用彎矩二次分配法計算框架彎矩豎向荷載作用下框架的內力分析，除活荷載較大的工業(yè)廠房外，對一般的工業(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，但當活荷載占總荷載比例較小時，其影響很小，若活荷載占總荷載比例較大，可在截面配筋時，將跨中彎矩乘 ~ 的放大系數予以調整。彎矩二次分配法：，僅取半跨進行分析，這時中跨梁的相對線剛度應乘以修正系數 1/2。，并將各節(jié)點不平衡彎矩進行第一次分配。，傳遞系數均為 1/2，使各節(jié)點處于平衡狀態(tài)。 各桿端彎矩計算：梁上的分布荷載含有矩形、梯形或三角形荷載，在求固端彎矩時可直接根據圖示荷載計算，也可根據固端相等的原則，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 對于跨中彎距的求解，應按轉化前的計算簡圖進行計算，在本設計中為簡化計算，是按照轉化后的計算簡圖進行計算的。： 計算公式： 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 橫向框架內力組合通過框架內力分析，獲得了在不同荷載作用下產生的構件內力標準值。進行結構設計時，應根據可能出現的最不利情況確定構件內力設計值。結構抗震等級可根據結構類型，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抗震等級。本工程考慮了兩種內力組合，即 + SQk， SGk++ Ek，各層梁的內力組合結果見表。 取上述荷載組合中最不利情況作為截面設計時用的內力設計值。 構件設計梁正截面受彎承載力計算，梁斜截面受彎承載力計算，梁的抗震構造措施。柱截面尺寸驗算，柱正截面承載力計算，柱斜截面承載力計算，柱的抗震構造措施。4 結構計算 工程資料 ：我們本次設計課題是南昌某公司廠房設計，設計建筑面積19 / 824300 平米左右。主體六層，無地下室，本工程為丙類建筑，地基按Ⅳ類場地土，場地平坦，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、板均為現澆結構。：室內設計標高177。，室內外高差 300㎜。：，水質對混凝土沒有侵蝕作用。：采用木門，鋁合金窗 。門廳處門為鋁合金門。：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 ，樓面生產區(qū)活荷載為，屋面活荷載為 。20 / 82 結構選型：采用鋼筋混凝土現澆框架結構體系：采用現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：采用柱下條形基礎根據這些資料和設計的平面圖和結構布置，我選取第五榀框架作為計算單元，并據此來進行框架計算。 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由現澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級可知該框架結構其軸壓比限值μn=。21 / 82由底層平面圖可知邊柱及中柱的負載面積為 。 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。因為柱截面高度不宜小于 400mm，寬度不宜小于 350mm，柱凈高與截面長邊尺寸之比宜大于 4，取截面尺寸為 600600mm2同理驗證樓梯間柱截面：負載面積為 Ac≥113400mm 2 =337mm，取 400mm1340所以 bh=400400mm2。底層柱高為 ++=，其他層柱高均為 。 框架計算簡圖及梁柱線剛度 5 為計算框架。，確定室內外高差為 300mm,基礎頂面離室外地面 600 mm，底層層高為 。在求粱截面慣性矩時考慮到現澆樓板的作用，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、梁的相對線剛度見下圖：310?22 / 82DCBA 向 框 架 相 對 線 剛 度 荷載計算 恒載計算： 20 厚細石混凝土保護層 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 厚現澆混凝土樓板 25=3KN/m 22％坡度細石混凝土找坡層 22=10 厚板底抹灰 17=合計： 30mm 水磨石地面 120 厚現澆混凝土樓板 25=3KN/m 210 厚板底抹灰 17=合計 23 / 828 厚地磚樓面、干水泥擦縫 =5 厚 1：1 水泥細砂漿結合層 20=30 厚 C20 細石混凝土 120 厚現澆混凝土樓板 25=3KN/m 210 厚板底抹灰 17=合計 （1）600600mm 2 柱自重 25=9KN/m 210 厚混合砂漿抹灰層 417=合計 （2）400400mm 2 自重 25=4KN/m 210 厚混合砂漿抹灰層 417=