1、1框架体系结构设计步骤一. 框架体系结构设计1.UBC 法（UNIFORM BUILDING CODE）(统一建筑规范)由各国建筑官员国际会议编制而成。UBC 法由于不要求事先假定梁柱截面尺寸，计算比较简单，在国际上广泛地采用。按照 UBC 法，当框架结构满足下列条件时：两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的 20；活載与恒載之比不大于 3；荷载均匀布置；框架梁截面为矩形。2.框架结构的内力可以按以下方法近似计算框架梁内力弯矩: 2ulM弯矩系数； 框架梁上恒載与活載设计值之和； 净跨跨长，求支座弯矩时ul用相邻两跨净跨跨长的平均值。正弯矩处梁端部无约束边跨 ；其余跨 。116梁端部有约束边跨
2、；其余跨 。146负弯矩处两跨时内支座 - 。9两跨以上时第一内支座左侧 - ，右侧 - 。其余支座两侧 - 。1011负弯矩处外支座梁支承时 - 。柱支承时 - 。246负弯矩处内支座（跨数在 3 跨和 3 跨以上，跨长不大于 3.048m 或柱刚度与梁刚度之比大于 8 的梁）两侧 - 。12剪力：V= nul剪力系数。外支座 0.5 ；第一内支座左侧 0.575，右侧 0.5。其余支座两侧 0.5。框架柱内力弯矩:框架柱在竖向荷载作用下的弯矩，可以按节点处框架梁的端弯矩最大差值平均分配给上柱端和下柱端。当横梁不在立柱形心线上时，要考虑由于偏心引起的不平衡弯矩，并将这个弯矩也平均分配给上柱端
3、和下柱端。 轴力：框架柱的轴力可以按楼面单位面积上恒載与活載设计值之和乘以该柱的负荷面积计算。此时，可近似地将楼面板沿柱轴线之间划分，且活載值可以按荷载规范规定折减。二.框架设计的基本要求2框架体系多层房屋结构的平面布置宜简单、规则、对称、尽量减少偏心。不能满足要求时，可划分成规整的小单元，不宜采用一个大块的复杂平面。框架结构应采用双向刚接体系，不宜采用铰接排架。多层框架的高度应按规范的要求确定。一般 46 层。超过 8 层时底层柱截面尺寸过大，很少采用。超过 8 层的房屋宜与剪力墙组成框架-剪力墙结构。框架楼层的标志标高采用建筑标高。结构标高较建筑标高低一个楼面层厚度。框架房屋的长度不宜超过
4、 60m，超过时可以考虑设置“后浇带”减少设缝。框架结构的梁柱宜贯通，不宜采用复式框架，也应避免梁上立柱、柱上顶板的结构方案。边柱应防止被通长设置的纵梁、过梁分割成短柱。应避免设置横贯整个跨度的支承梁，防止在楼梯间出现短柱。框架梁上尽量不设置位于跨度中央的单根次梁。梁柱的截面尺寸宜划一，以便采用通用模板。框架柱上下层的截面高度不同时，边柱向内扩展；中柱向两边扩展。上下层的截面宽度不同时，端部榀框架柱向内扩展，中间榀框架柱向两侧扩展。框架梁柱的截面中心线应重合。端部榀框架的框架梁以及沿外纵墙的纵梁可以偏心，但要加强节点构造。当各层柱截面尺寸不同且形心线不重合时，一般取顶层柱的形心线作为柱子的轴线
5、。必须注意，按此计算简图算出的内力是计算简图轴线上的内力，由于此轴线不一定是各截面的形心线，故在截面配筋计算时，应将计算简图轴线上的内力转化为柱截面形心处的内力，即计入上下柱截面形心间的偏心距对截面弯矩的影响。根据规范规定的使用荷载-设计荷载：屋面荷载（恒载与活载） ；楼面荷载（恒载与活载） ；梁自重（屋面梁及楼层梁） ；柱自重（各层柱及柱面抹灰） ；墙重（包括两面抹灰） ；计算出建筑物集中于屋盖及楼盖（各层）的重力荷载代表值（标准值）G i。G i 取整个结构上下相邻层间重量的一半。1.梁截面估算及材料的选择横向框架梁矩形： = ； = ；bhol）（ 126bbh)213(T 形和倒 T
6、形： 。45b梁宽 在 200mm 以上以 50mm 为尾数递增；在肋形结构中主梁的梁宽一般不小于b250mm，次梁的梁宽一般不小于 200mm。梁的计算跨度，相邻两支座反力作用线之间的距离；l梁的截面高度；bh梁的截面宽度。纵向框架梁主要考虑纵梁是否兼作窗过梁以及外纵墙的厚度确定梁的高度和宽度。梁的受力钢筋宜选用 HRB400 热轧带肋钢筋、RRB400 余热处理钢筋或 HRB335 热轧带肋钢筋。钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于 C15；混凝土强度等级还应与钢筋品种相匹配。采用 HRB335 级钢筋时混凝土强度等级不宜低于 C20；采用 HRB400 和 RRB400 级钢筋3以及承
7、受重复荷载的构件混凝土强度等级不得低于 C20。混凝土强度等级选用还应考虑到耐久性的要求：（一类环境）C20；（二 a 环境）C25；（三 b 环境）C30。2.框架柱截面估算框架柱的截面尺寸一般可根据柱的轴压比限值按下列公式估算： nFgNEcNcfA柱组合的轴压力设计值；按简支状态计算的柱的负载面积。边柱：纵向跨长横向跨长/2；F中柱：纵向跨长柱横向两侧跨长/2；为折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似地取Eg1215 ；2mKN为考虑地震作用组合后轴压力增大系数，边柱取 1.3，不等跨内柱取 1.25，等跨内柱取 1.2；为柱的截面面积；cA为验算截面以上楼层
8、层数；n为混凝土轴心抗压强度设计值；cf为框架柱轴压比限值，分别对一级、二级和三级抗震等级取 0.7，0.8 和 0.9。N也可按 =Hi/15， =(1.52.5) 进行估算。cbchcb柱的截面宽度； 柱的截面高度。Hi-底层柱的高度(自基础顶面至一层楼盖顶面之间的距离) 。底层层高室内外高差基础埋深基础梁高底层板厚偏心受压构件宜取 。， 2530cocohlbl在地震区框架柱采用方柱较为合适，所以 = 。cb框架柱的截面高度 不宜小于 400mm，截面宽度 不宜小于 350mm；柱的净高与截chc面长边尺寸之比宜大于 4。柱净高与截面长边尺寸之比宜大于 4。角柱截面尺寸可以较边柱截面尺寸
9、放大一号。有非轻质填充隔墙的多层框架，现浇整体式楼盖，当框架为三跨或三跨以上，或为两跨但房屋的高宽比1/3 时，可按无侧移框架确定各层框架柱的计算长度：L o=0.7H。 （底层柱 H自基础顶面至一层楼盖顶面之间的距离；其余各层柱 H 为上下两层楼盖之间的距4离，即层高） 。不满足上述条件的一般多高层框架，现浇整体式楼盖，框架柱计算长度：底层柱Lo=1.0H；各层柱 Lo=1.25H。三.框架刚度1.梁线刚度： （I o 为截面矩形部分的惯性矩）LEBi梁的线刚度计算类型 截面积 m2 跨度m截面惯矩m4中框架 m4屋面、楼层KN.m 边框架 m4屋面、楼层KN.m屋面边梁hbLIo= 123
10、hbIB=2.0 IB=1.5 楼层边梁屋面中梁楼层中梁LEIBiLEIBi2.柱刚度： ； D ChEIci21hic框架柱的刚度有柱线刚度 和侧移刚度 D。计算侧移刚度 D 时，其中的 和 C 应参考ci k“节点转角影响系数” 。中间榀框架边柱、中柱侧移刚度 D 的计算中间榀框架边柱侧移刚度 D 的计算层次截面积m2层高m截面惯矩m4kC DkN/mhb顶至底h C123hbIc一般层=kCBi底层= CBi一般层C= k2底层C= k25.0C 21hic中间榀框架中柱侧移刚度 D 的计算（表格与中间榀框架边柱侧移刚度 D 计算的表格相同）端部榀框架边柱、中柱线刚度 的计算与中间榀框架
11、边柱、中柱线刚度 的计算相同。ci ci端部榀框架梁的截面惯矩 的值与中间榀框架梁的截面惯矩 的值不同，因此端部BI BI榀框架梁的线刚度 的值与中间榀框架梁的线刚度 的值不同（ 和 C 的计算公式仍相Bi Bik同） 。端部榀框架的边柱、中柱侧移刚度 D 的值需要重新计算。端部榀框架边柱、中柱侧移刚度 D 的计算。列表表格与中间榀框架边柱侧移刚度 D 计算的表格相同。3.层间刚度5由中间榀框架边柱、中柱侧移刚度 D 的值和端部榀框架的边柱、中柱侧移刚度 D 的值计算各层间柱的总侧移刚度D 。端部榀框架 中间榀框架层次角柱（总数） 中柱（总数） 边柱（总数） 中柱（总数）层间刚度D kN/m由
12、顶至底结构的侧向刚度应均匀变化，下层刚度不应小于相邻上层的 70（纵横向均应考虑） ；下层的承载力不应小于相邻上层的 80。四.地震影响1.抗震设防烈度、场地类别、设计地震分组采用地震动参数区划图的地震基本烈度（或与建筑抗震设计规范加速度对应的烈度值） 。设防烈度与设计基本地震加速度抗震设防烈度 6 7 8 9设计基本地震加速度 0.06g 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g根据建筑工程的实际情况将地震“设计特征周期”按“设计地震分组”确定。特征周期值 Tg（s）场地类别设计地震分组 第一组 0.25 0.35 0.45 0.65第二组 0.30 0.40 0.55 0
13、.75第三组 0.35 0.45 0.65 0.90设计地震分组在中国地震动反应谱周期区划图 B1作下列调整：区划图 B1 中 0.35s 和 0.40s 的区域作为设计地震第一组；区划图 B1 中 0.45s 的区域，多数作为设计地震第二组；凡符合下列情况的区域作为设计地震第三组：区划图 A1 中峰值加速度减至 1/3 以下的影响区；区划图 B1 中 0.45s，且区划图 A1 中0.40 g 的峰值加速度减至 1/2 以下的影响区域；建筑抗震设计规范还规定了县级及县级以上城镇的中心地区（如城关地区）的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和所属的设计地震分组。2.建筑结构地震影响系数由烈度、场地
14、类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取 0.05。地震影响曲线系数的阻尼调整系数应按 1.0 采用。水平地震影响系数水平地震影响系数最大值 max地震影响 6 度 7 度 8 度 9 度多余地震 0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24) 0.32罕遇地震 0.50(0.72) 0.90(1.20) 1.40括号中数值分别用于设计基本地震加速度为 0.15g 和 0.30g 的地区。地震影响系数曲线形状参数=0.45max （0T0.1s） 直线上升段；= max （0.1sTT g） 水平段，应取最大值；26=(Tg/T)0.9 max
15、 （T gT5T g） 曲线下降段；2= （T5T g） max （5T gT6T g） 直线下降段，下降斜率调整系数应取1.00.02。一般建筑结构阻尼比可取 0.05， 计算 8、9 度罕遇地震作用时，特征。， 102.1周期应增加 0.05s。当阻尼比按有关规定不等于 0.05 时，地震影响系数曲线的阻尼调整系数和形状参数应符合下列规定：曲线下降段的衰减指数应按公式 确定；5.09直线下降段的下降斜率调整系数按公式 确定； 小于 0 时取 0。8.21 1阻尼调整系数按公式 确定；当小于 0.55 时，取 0.55。7.06512地震作用时重力荷载代表值（标准值）建筑的重力荷载代表值应取
16、结构和构配件自重标准值与各可变荷载组合值之和。屋面梁处 Gi=结构和构件自重+50%雪荷载；楼面梁处 Gi=结构和构件自重+50%活荷载。应分别计算建筑物的横向和纵向重力荷载代表值。计算各楼层水平位移各楼层水平位移计算层次 各层重力荷载代表值 GikN 各层以上水平荷载 G ikN层间刚度Di kN/m层间位移 i= miDG楼层位移 i= i m 由顶至底对于屋面局部突出的房屋， 应取主体结构顶点的位移。突出间对主体结构顶点位移Tu的影响，可按顶点位移相等的原则，将其重力荷载代表值折算到主体结构的顶层。折算公式： )231(HhGiine计算基本周期能量法计算基本周期公式：T1=2 ig2-
17、结构填充墙影响折减系数。框架结构取 =0.60.7；剪力墙结构取 =1.0 ；框架-剪力墙结构取 =0.70.8。有填充墙时，填充墙较少时取（=0.60.8 ）中的较大值。7顶点位移法计算基本周期公式：对质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结构，其基本自振周期可按下式计算：； -顶点总位移。Tu7.1T高层建筑结构设计有关规范推荐计算基本周期经验公式：高度低于 25 m 且又较多填充墙框架办公楼、旅馆 T1=0.22+0.035 ；3BH高度低于 35 m 的化工煤炭系统钢筋混凝土框架厂房 T1=0.29+0.0015 35.2H建筑物总高；B-建筑物振动方向的长度（
18、横向水平地震作用时，为建筑物的宽度；纵向水平地震作用时，为建筑物的长度） 。对上述计算基本周期公式的结果进行比较后取其中小值。五.水平地震作用利用底部剪力法（结构高度40m ，质量和刚度均匀）：F EK=1 Geq。 1 地震影响系数。max -地震影响系数最大值，与设防烈度有关。T g-特征周期，其值除与场地类别有关外，还考虑地震分组的影响，特征周期 Tg 值查前述表确定。对一般情况的设计均取 1。21.总水平地震作用结构总水平地震作用标准值，即结构底部剪力值：F EK=1 Geq2.顶点附加地震作用F n= nFEK n-结构顶点附加地震作用影响系数。由 T11.4T g 或 T11.4T
19、 g 确定，查下表。Tg(s) T11.4T g T11.4T0.35 0.08T1+0.070.350.55 0.08T1+0.010.55 0.08T1-0.020.03.总水平地震作用标准值结构总水平地震作用沿结构高度按公式：Fi= （1- n）F EK iHG进行分配。其分配结果就是各层的地震水平剪力 Vi。六.结构侧移计算 抗震设计要求结构应进行侧移计算1.结构假定侧移计算由“柱的层间总侧移刚度D ”和“水平地震作用的分配”求得结构抗侧移刚度 Di 和各层间的水平剪力 Vi，用 D 值法求结构弹性层间位移和顶点总位移。层 次 由顶至底8层间剪力 Vi KN层间侧移刚度 Di KN/m
20、层间位移 i=Vi/Di m相对位移 i/h各层间弹性相对位移 i 均应小于设计规范的允许值。(此时计算出的位移是假定位移 )顶点总位移 = i 与建筑物的总高 H 的相对位移/H 也应满足设计规范的允许值。Tu2.多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计一般要求钢筋混凝土框架结构均已双向设置抗震；钢筋混凝土框架结构的梁、柱构件应避免剪切破坏；钢筋混凝土框架结构的梁、柱构件之间应设置为“强柱弱梁” ；梁柱节点的承载能力宜大于梁柱构件的承载能力。地震作用和其它可变荷载的组合在计算地震作用时，必须考虑地震发生时永久荷载和其它重力荷载的组合问题；在计算作用效应时，除了上述组合外，还应考虑和风荷载的组合。在计
21、算地震作用和地震效应时，对重力荷载取同样的组合系数。在计算地震作用时，将永久荷载和其它重力荷载的组合称为重力荷载代表值；在验算地震作用效应时，直接采用重力荷载代表值的效应，不再重复考虑永久荷载效应和其它重力荷载效应的组合。地震作用下的结构构件截面抗震验算表达式高层建筑的各类构件，除考虑水平地震内力和重力荷载内力的组合外，要考虑风荷载内力的组合；在 9 度区还要考虑竖向地震内力的组合。在 7、8 度区和 6 度区类场地的高层建筑截面抗震验算表达式为： REWKEhKGSS28.035.1在 9 度区为： REEVEh.单层、多层钢筋混凝土结构和单层、多层钢结构的各类构件，只考虑水平地震内力和重力
22、荷载内力的组合，即： REEhKGS3.13.结构抗震变形验算建筑抗震设计规范为了体现“小震不坏、设防烈度可修、大震不倒”的设计原则，采用两阶段设计方法来完成三个烈度水准的抗震设防要求，即“小震”作用下的截面抗震验算和“大震”作用下的变形验算。多遇地震的“小震”弹性变形验算在第一阶段抗震设计中，除了进行构件截面抗震承载力验算外，还应进行多遇的低于本地区基本烈度的“小震”作用下的弹性变形验算。对于按底部剪力法分析地震作用时，其弹性位移计算公式为： ； ；ieeKViu)(hue 第 层的层间剪力；9第 层的水平地震剪力标准值；)(iVei第 层的侧移刚度。iK 多遇地震作用标准值产生的楼曾那最大
23、的弹性层间位移；计算时，除以弯曲为eu主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形，应计入扭转变形，各作用分项系数应采用1.0；钢筋混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度；弹性层间位移角限值，规范有表可查；e计算楼层层高。h罕遇地震的“大震”弹塑性变形验算结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算是针对结构薄弱层。通常确定结构薄弱层需根据实际配筋求得楼层抗剪强度标准值 VK，但 VK 是在内力分析和截面设计完成之后才能求得。若此时变形验算不满足要求，则就必须重新修改设计。在实际设计中，常在内力分析之前，先预估结构的薄弱层，验算变形。若满足要求，再进行内力分析和截面设计。 确定薄弱楼层的位置框架结构，薄弱
24、层根据楼面层屈服强度系数 沿房屋高度的分布按下列原则确定：iy沿高度分布均匀的结构，可取底层作为薄弱层；iy沿高度分布不均匀的结构，可取 最小的楼层和相对较小的楼层。就整个结iy构而言，需要检验的楼层一般不超过 23 处，即满足下列条件的楼层就是薄弱层：对于一般层 iy1iiyy对于底层 1对于顶层 nyy一般底层和二层柱截面有变化处，并且剪力在结构下部较大，可预估薄弱层是在底层和二层之间。 第 楼层的楼层强度屈服系数 为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受i )(iy剪承载力 与按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力 的比值，即yiVeVeyi)(其中 1jiji 层间屈服剪力 的实用计
25、算方法计算yV构件正截面承载力10梁 soasykbhAfM偏压柱 )1(5.0)( bhfNhckGssc 为纵向受拉钢筋的实配截面面积和强度标准值；ykasfA、为构件截面有效高度和纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离；soh、为构件矩形截面的宽度和高度；b、为混凝土抗压强度标准值。ckf柱的受剪承载力对每个框架节点，根据节点左右梁端弯矩及上下柱端弯矩按公式： 判别节点类型。byMcy若为强梁型节点，则按公式： 计算柱的受剪承载力；ilcyijucyijyij hMV)(若为弱梁型节点则按公式： 判别柱的上端是否会出现塑性铰。1iibykucyij如该式满足，则按公式： 计算柱的受剪承载力；
26、iiibylcyijyij h)(1如不满足该式，则按公式： 计算柱的受剪承载力。ilcijuijijMV)(楼层受剪承载力框架 层的实际受剪承载力 可取同一楼层内各柱弯曲破坏时实际受剪承载力之和，ie按公式： 1jyijyiV 薄弱层弹塑性变形的计算及验算：；nkksjijii uDu11)(/)(；七.框架结构内力分析1.横向（左右）、纵向水平地震作用下的内力框架在水平地震作用下的内力由 D 值法计算。各层柱柱端弯矩。由各柱的剪力和反弯点高度确定层次柱号剪力分配 反弯点位置（按倒三角形分布荷载近似确定）柱端弯矩由顶至底Vi KN iV=Vi iKN k yn y1 y2 y3 y=yn+y1+y2+y3 Mt=V(1-y)h KN.mMb=Vyh KN.m
