混凝土框架结构设计手算步骤

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混凝土框架结构设计

混凝土框架结构设计

混凝土框架结构设计混凝土框架结构设计是指在建筑设计中,使用混凝土材料组成的框架结构。

混凝土框架结构具有承载能力强、抗震性能好、耐久性高等优点,所以在很多建筑中得到广泛应用。

下面将详细介绍混凝土框架结构设计的一些理论基础和应用技巧。

1.结构设计流程(1)确定设计荷载:根据建筑的用途和所在地区的地震、风荷载等情况,确定设计荷载。

(2)选择框架形式:根据建筑的功能、形状和要求,选择适合的框架形式,包括梁柱布置和单跨、多跨结构的选择。

(3)计算和设计框架单元:根据框架结构的力学性能和承载能力要求,计算和设计单元中的梁柱、节点等部分的尺寸、配筋和加固措施。

(4)进行整体稳定性分析:对整体结构进行稳定性分析,包括侧向稳定性和轴向稳定性等。

(5)进行抗震设计:根据结构所在地区的地震烈度和使用功能,进行抗震设计,包括选取抗震等级、配筋率、抗震措施等。

(6)进行验算和绘图:对设计的框架结构进行力学验算,进行绘图和编制设计图纸。

2.设计基本原则在混凝土框架结构设计中,有一些基本原则需要遵循:(1)平衡原则:结构内力处于平衡状态,保证结构的整体稳定性。

(2)合理分布原则:合理分布结构的刚度和强度,使结构各部分的受力更均匀,减小局部破坏的风险。

(3)合理满足使用要求:根据建筑的使用要求,确定结构的承载能力和刚度要求。

(4)经济高效原则:在满足使用要求的前提下,尽可能减小用材量、降低工程造价。

3.设计技巧和注意事项在混凝土框架结构设计过程中,需要注意以下几个技巧和事项:(1)合理选取材料和截面:根据结构的受力情况和要求,合理选取混凝土和钢筋的强度等级,选择适当的截面形式。

(2)合理布置梁柱:在框架结构中,梁柱是承载荷载的关键部分,需要合理布置梁柱的间距和尺寸,保证力的传递和梁柱的稳定。

(3)加强结构节点:结构节点是整体结构中容易发生破坏的地方,需要加强节点的刚度和强度,提高节点的抗震性能。

(4)考虑土壤作用:在混凝土框架结构设计中,需要考虑土壤作用对结构的影响,选择适当的基础形式和承载力计算方法。

框架结构的内力和位移计算(精)

框架结构的内力和位移计算(精)

假定: (1)平面结构假定; (2)忽略柱的轴向变形; (3)D值法考虑了结点转角, 假定同层结点转角相等
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D 值法
计算方法 1、D值——修正抗侧刚度的计算 水平荷载作用下,框架不仅有侧移, 且各结点有转角,设杆端有相对位 移 ,转角 、 ,转角 1 2 位移方程为:
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反弯点法
2、剪力的计算 根据假定1:
V1 j d1 j j
Vij d ij j
Vij , d ij
——第j层第I根柱的剪力及其抗侧刚度
第j层总剪力
V pj
Vpj V1 j V2 j Vmj
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反弯点法
V1 j
第j层各柱剪力为
M ( z) N B
M(z)——上部水平荷载对坐标Z力矩总和 B——两边柱轴线间的距离
N
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柱轴向变形产生的侧移

N j
任意水平荷载下柱轴向变形产生的第j层处侧移 把框架连续化,根据单位荷载法:
2 ( NN / EA)dz
N j 0
Hj
N ( H j z) / B
框架结构的内力和位移计算荷载和设计要求51计算简图计算简图计算简图计算简图计算简图52竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法分层法分层法力学知识回顾分层法计算过程构件弯矩图53水平荷载作用下内力近似计算方法反弯点法反弯点法弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法54水平荷载作用下内力近似计算方法d55水平荷载作用下侧移的近似计算梁柱刚度比k中柱
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计算简图
二、结构构件的截面抗弯刚度 考虑楼板的影响,框架梁的截面抗弯刚度应适当提高 现浇钢筋混凝土楼盖: 中框架:I=2I0 边框架:I=1.5I0 装配整体式钢筋混凝土楼盖: 截面形式选取: 框架梁跨中截面: 中框架:I=1.5 I0 T型截面 边框架:I=1.2 I0 框架梁支座截面: 装配式钢筋混凝土楼盖: 矩形截面 中框架:I=I0 边框架:I=I0 注:I0为矩形截面框架梁的截面惯性矩

框架混凝土结构设计计算书

框架混凝土结构设计计算书

黑龙江东方学院本科生毕业论文(设计)论文题目:高层综合办公楼姓名李冠鹏学号074171210专业建筑工程班级07级2班指导教师石玉环学部建筑工程学部答辩日期2011年4月15日高层综合办公楼摘要本设计题目是拟在哈尔滨建造一幢综合性高层办公楼,建筑面积为9500㎡(设计误差允许±5%范围内)。

在老师的指导下,首先根据设计任务书及高层综合办公楼建筑功能要求进行了建筑方案设计,并结合钢筋混凝土结构的特点,采用CAD、天正等软件对建筑平面,立面,剖面施工图的绘制,并设计了楼梯,大墙剖面等主要建筑大样图。

本设计采用框架结构方案。

在确定框架布局之后,取一榀框架,先计算水平风荷载作用下的结构内力(弯矩、剪力、轴力),接着求出在竖向荷载(恒荷载和活荷载)作用下的结构内力(弯矩、剪力、轴力)。

找出最不利的一组或几组内力组合。

选取最安全的结果计算并绘图。

此外还进行了结构方案中的楼梯的设计。

完成了平台板,梯段板,平台梁等结构的内力和计算及施工图的绘制。

最后对双向板和单向板的设计和计算及施工图的绘制。

本工程地基基础采用干作业成孔灌注桩基础,承台采用锥形承台。

本设计培养学生综合运用所学钢筋混凝土结构基础理论和专业知识解决实际问题的能力。

从建筑方案设计,建筑施工图设计,结构计算书到结构施工图,地基基础设计到施工图这一整套设计。

是学生受到全面的训练,能独立完成规定任务,掌握建筑工程设计的主要过程及内容,为今后的工作打下良好的基础。

关键词:建筑;结构;地基基础Building high-level synthesisAbstractThis topic is designed to be built in Harbin in a comprehensive high-rise office building construction area of 9500 square meters (design error allowed±5%)。

钢筋混凝土框架结构设计计算书完整版

钢筋混凝土框架结构设计计算书完整版

摘要本设计是武汉地区一大学宿舍楼。

该工程占地40002m,共六层,层高均为3m;结构形式为钢筋混凝土框架结构;抗震要求为六度设防。

本结构设计只选取一榀有代表性的框架(8号轴对应的框架)进行计算。

本设计包括以下内容:一、开题报告,即设计任务,目的要求;二、荷载计算,包括恒荷载,活载,风荷载;三、内力计算和内力组合;四、框架梁柱配筋计算;五、现浇板,楼梯和基础计算;六、参考文献,结束语和致谢。

该设计具有以下特点:一、在考虑建筑结构要求的同时考虑了施工要求及可行性;二、针对不同荷载特点采用多种不同计算方法,对所学知识进行了全面系统的复习;三、框架计算中即运用了理论公式计算又运用了当前工程设计中常用的近似计算方法。

AbstractThis article is to explain a design of a 6-storey-living building in Wuhan. The building is to use frame structure with steel and concrete with the seismic requirements for the minimum security 7.The structural design only selected the framework on the 7th axis for calculation. Throughout the design, it mainly used some basic concept such as the structural system selection, the structure of planar and vertical layout, columns and beams section to determine, load statistics, combination of internal forces, together with the methods of construction and structure.On the preliminary design stage, in order to determine or estimate the structure of layout elements cross-section size, it requires the use of some simple approximate calculation methods, in order to solve the problem quickly and provincially. Therefore, in the designing, the use of a framework structure similar to hand-counting methods, including the role of vertical load under the hierarchical method, the level of seismic shear and D value method to master the basic methods of structural analysis to establish the structure of mechanical behavior of the basic concepts; in the design of the foundation, foundation bearing capacity of soil is an important basis for the design. Bearing capacity of foundation soil is not only related to the nature of soil, but also based on the form and size of upper part. I selected the reinforced concrete foundation which has a better shear capacity and bending capacityKeywords: frame structure, load statistics, combination of internal forces, shear method, carrying capacity1 绪论我所学的专业是土木工程,偏向建筑结构方向,专业的主要课程是力学和结构两大类,注重培养学生侧重于力学理论在结构工程中的应用;可以熟练地对建筑结构进行计算并应用所学的力学理论对计算结果进行分析。

第三节-框架结构的计算简图

第三节-框架结构的计算简图

第三节框架结构的计算简图4.3.1 梁、柱截面尺寸框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。

初步设计时,通常由经验或估算先选定截面尺寸,以后进行承载力、变形等验算,检查所选尺寸是否合适。

1、梁截面尺寸确定2、柱截面尺寸柱截面尺寸可直接凭经验确定,也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算,再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。

即框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm,圆柱截面直经不宜小于350mm,柱截面高宽比不宜大于3。

为避免柱产生剪切破坏,柱净高与截面长边之比宜大于4,或柱的剪跨比宜大于2。

3、梁截面惯性矩在结构内力与位移计算中,与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘,每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍;装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍;无现浇面层的装配式楼面,楼板的作用不予考虑。

设计中,为简化计算,也可按下式近似确定梁截面惯性矩I:4.3.2 框架结构的计算简图1、计算单元框架结构房屋是空间结构体系,一般应按三维空间结构进行分析。

但对于平面布置较规则的框架结构房屋,为了简化计算,通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析,每榀平面框架为一计算单元。

就承受竖向荷载而言,当横向(纵向)框架承重,且在截取横向(纵向)框架计算时,全部竖向荷载由横向(纵向)框架承担,不考虑纵向(横向)框架的作用。

当纵、横向框架混合承重时,应根据结构的不同特点进行分析,并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递,这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。

2、计算简图在框架结构的计算简图中,梁、柱用其轴线表示,梁与柱之间的连接用节点表示,梁或柱的长度用节点间的距离表示,框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度;框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离,当各层梁截面尺寸相同时,除底层外,柱的计算高度即为各层层高。

对于梁、柱、板均为现浇的情况,梁截面的形心线可近似取至板底。

对于底层柱的下端,一般取至基础顶面;当设有整体刚度很大的地下室;且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时,可取至地下室结构的顶板处。

混凝土课程设计钢筋混凝土框架结构设计

混凝土课程设计钢筋混凝土框架结构设计

钢筋钢筋混凝土结构课程设计任务书一、题目:钢筋混凝土结构设计(框架结构)二、设计地址:长春市三、设计任务:钢筋混凝土框架结构设计四、设计内容:一、计算简图的确信:确信计算模型及相应的计算参数。

二、荷载计算:竖向荷载考虑竖向恒荷载、竖向活荷载,不考虑竖向活荷载不利布置。

3、框架结构内力分析及内力组合:选取一榀有代表性的框架在应考虑荷载作用下的内力和位移;别离对框架梁、柱进行内力组合。

4、一榀框架梁、柱,截面设计并知足相应的抗震方法。

五、计算书上画出相应结构施工图。

五、设计条件:一、该建筑为多层办公楼,,地形平坦,Ⅱ类场地;二、建筑平、剖面图的尺寸如图一、2所示。

3、学生承担的具体设计组号见表一4、荷载:(1)永久荷载——2,板底、梁底、梁側采纳20厚混合砂浆抺灰,自重为17kN/m3,钢筋混凝土自重为25kN/m3。

屋盖自重:按2取用(未计入荷载分项系数)。

(2)可变荷载——活、风、雪荷载查标准。

五、材料:混凝土强度品级为不低于C30,梁、柱的主筋采纳HRB400级,其余钢筋均采纳HPB235级。

六、内、外墙别离采纳200mm、300mm厚陶砾混凝土,室内外高差为450mm,土壤冻结深度为,屋面檐口处混凝土女儿墙高600mm平均厚为80mm。

图1图2六、设计功效:结构设计计算书一份:要求有封皮、、目录、详细的计算内容;并在计算书里绘出相应的结构施工图。

计算书(第七组)一、工程概况与设计条件(一)工程概况与结构选型1.该工程为长春市某办公楼,地面以上为3层办公楼,首层层高m,标准层层高为3.6m,室内外地面高差为0.45m,建筑物总高度为3.9+3.6*2+0.45=m,建筑物沿X方向的宽度为33m,沿Y方向的宽度为14.1m。

2.依照建筑的利用功能,衡宇的高度和层数,地质条件,结构材料和施工技术等因素综合考虑,抗侧力结构拟采纳现浇钢筋混凝土框架结构体系。

(二)设计依据本工程依据以下现行国家标准或行业标准进行结构设计:一、《建筑结构靠得住度设计统一标准》GB50068----2001二、《建筑结构荷载标准》(2006版)GB50009----20013、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223---20204、《建筑抗震设计标准》GB50011----2020五、《混凝土结构设计标准》GB50010----2002六、《高层建筑混凝土结构技术进程》JGJ3---2002(三)设计的大体条件1.建筑结构的设计利用年限、平安品级及建筑抗震设防类别本工程为一般多层民用办公楼,属于一样的建筑物。

钢筋混凝土框架结构设计步骤

钢筋混凝土框架结构设计步骤

钢筋混凝土框架结构设计步骤一、结构设计前的准备工作在进行钢筋混凝土框架结构设计之前,需要进行一些准备工作,包括确定结构的用途和功能需求、了解设计标准和规范要求、获取建筑物的相关数据等。

这些准备工作的目的是为了确保结构设计符合建筑物的使用要求,并满足强度、稳定性、刚度等方面的设计要求。

二、确定结构的荷载和力学参数在进行结构设计时,需要确定建筑物所承受的荷载情况,包括恒载、活载、风载、地震作用等。

同时,还需要确定材料的力学参数,如混凝土的强度等。

这些参数的确定是结构设计的基础,直接影响到结构的安全性和可靠性。

三、制定结构的整体布局方案在进行钢筋混凝土框架结构设计时,需要制定结构的整体布局方案。

这包括确定结构的主体形式、柱网和梁板的布置方式、楼层高度、跨度等。

整体布局方案的制定需要考虑结构的稳定性、刚度和变形控制等方面的要求,以及建筑物的功能和美观性等因素。

四、进行结构的静力分析在进行结构设计时,需要进行结构的静力分析,即计算结构受力情况和内力大小。

通过静力分析,可以确定结构的受力性能,为后续的设计提供准确的数据。

静力分析可以使用手算、计算机软件等方法进行,具体的计算方法和理论基础需根据设计要求和规范进行选择。

五、设计结构的构件尺寸和配筋方案在进行结构设计时,需要确定结构的构件尺寸和配筋方案。

构件尺寸的确定需要考虑结构的受力和变形要求,以及施工的可行性和经济性等因素。

配筋方案的确定需要满足构件的抗弯、抗剪、抗压等设计要求,并考虑钢筋的布置和连接方式等因素。

六、进行结构的验算和优化设计在确定结构的构件尺寸和配筋方案后,需要进行结构的验算和优化设计。

验算的目的是检查结构是否满足强度、稳定性和刚度等设计要求,以及是否满足规范的要求。

如果验算结果不满足要求,需要进行优化设计,调整构件尺寸和配筋方案,以满足设计要求。

七、编制结构的施工图纸和技术文件在完成结构设计后,需要编制结构的施工图纸和技术文件。

施工图纸是施工的依据,包括结构的平面布置图、剖面图、构件图等。

简明钢筋混凝土结构计算手册pdf

简明钢筋混凝土结构计算手册pdf

简明钢筋混凝土结构计算手册pdf一、引言钢筋混凝土结构在现代建筑中占有重要地位,具有优良的耐久性、防火性和抗震性能。

本手册旨在为工程师和建筑师提供简明扼要的钢筋混凝土结构计算方法和指导,帮助他们快速有效地进行结构设计。

二、钢筋混凝土材料特性钢筋混凝土是一种由水泥、骨料、水以及钢筋等材料组成的复合材料。

其特性包括抗压强度高、抗拉强度低、延性好等。

在进行结构设计时,应充分考虑这些特性,以实现结构的合理性和安全性。

三、梁板结构设计梁板结构是钢筋混凝土结构中的常见形式,广泛应用于楼面、屋面和桥梁等领域。

设计时需考虑荷载类型、荷载分布、跨度大小等因素,采用合适的梁板截面形式和尺寸,以满足承载力和稳定性的要求。

四、柱和框架结构设计柱和框架结构是高层建筑和大型工业厂房的主要结构形式。

设计时需根据建筑需求和功能要求,确定合理的柱网布置和框架体系,同时考虑地震作用、风荷载等外部荷载的影响,确保结构的稳定性和安全性。

五、剪力墙和框架-剪力墙结构设计剪力墙和框架-剪力墙结构主要用于高层建筑的抗侧力体系。

设计时应根据建筑高度、抗震等级等因素,合理确定剪力墙的数量、布置方式和尺寸,同时结合框架结构的特点,提高结构的整体承载力和抗震性能。

六、基础设计基础设计是钢筋混凝土结构的重要组成部分,直接影响着整体结构的稳定性和安全性。

设计时应进行详细的地质勘察,了解地质条件、地基承载力和变形要求,选择合适的基础类型和设计参数,以确保基础的可靠性。

七、抗震设计钢筋混凝土结构的抗震性能对于减轻地震灾害具有重要意义。

设计时应根据地震烈度、场地条件等因素,采取有效的抗震措施,如合理布置抗侧力构件、加强节点连接等,以提高结构的抗震性能和延性。

八、施工方法与构造要求钢筋混凝土结构的施工方法与构造要求对于保证施工质量和使用安全具有关键作用。

在施工过程中,应严格遵守相关的施工规范和构造要求,采用合适的施工方法和工艺,确保钢筋混凝土结构的各项性能指标符合设计要求。

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一.确定结构方案与结构布置1.结构选型是否选用框架结构应先进行比较。

根据何广乾的模糊评判法,砼结构8~18层首选框剪结构,住宅、旅馆则首选剪力墙。

对于不需要电梯的多层采用框架较多。

2.平面布置注意L,l,l’,B的关系。

3.竖向布置注意高宽比、最大高度(分A、B两大类,B类计算和构造有更严格的要求),力求规则,侧向刚度沿竖向均匀变化。

4.三缝的设置按规范要求设置,尽量做到免缝或三缝合一。

5.基础选型对于高层不宜选用独立基础。

但根据国勤兄的经验,对于小高层当地基承载力标准值300kpa以上时可以考虑用独基。

6.楼屋盖选型高层最好选用现浇楼盖1)梁板式最多的一种形式。

有时门厅,会议厅可布置成井式楼盖,其平面长宽比不宜大于1.5,井式梁间距为2.5~3.3m,且周边梁的刚度强度应加强。

采用扁梁高度宜为1/15~1/18跨度,宽度不超过柱宽50,最好不超过柱宽。

2)密肋梁方形柱网或接近方形,跨度大且梁高受限时常采用。

肋梁间距1~1.5m,肋高为跨度的1/30~1/20,肋宽150~200mm。

3)无梁楼盖地震区不宜单独使用,如使用应注意可靠的抗震措施,如增加剪力墙或支撑。

4)无粘结预应力现浇楼板一般跨度大于6m,板厚减薄降低层高,在高层中应用有一定技术经济优势。

在地震区应注意防止钢筋端头锚固失效。

5)其他二.初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级1.柱截面初定分抗震和非抗震两种情况。

对于非抗震,按照轴心受压初定截面。

对于抗震,Ac=N/(a*fc) N=B*F*Ge*n B=1.3(边柱),1.2(等跨中柱),1.25(不等跨中柱)Ge=12~15kN/m2 a为轴压比fc为砼抗压强度设计值F为每层从属面积n为层数。

框架柱上下截面高度不同时,每次缩小100~150为宜。

为方便尺寸标注修改,边柱一般以墙中心线为轴线收缩,中柱两边收缩。

柱截面与标号的变化宜错开。

2.梁截面初定梁高为跨度的1/8~1/14,梁宽通常为1/2~1/3梁高。

其余见前述。

对于宽扁梁首先应注意满足挠度要求,否则存在梁板协调变形的复杂内力分析问题。

梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

框架梁宽不宜小于1/2柱宽,且不小于250mm。

框架梁的截面中心线宜与柱中心线重合,当必须偏置时,同一平面内的梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱截面在该方向的1/4。

3.砼强度等级一级现浇不低于C30,其余不低于C20。

三.重力荷载计算1.屋面及楼面永久荷载标准值分别计算各层2.屋面及楼面可变荷载标准值3.梁柱墙门窗重力计算4.重力荷载代表值=自重标准值+可变荷载组合值+上下各半层墙柱等重量可变荷载组合值系数:雪、屋面积灰为0.5,屋面活荷载不计,按实际考虑的各楼面活荷载为1。

将各层代表值集中于各层楼面处。

四.框架侧移刚度计算计算梁柱线刚度,计算各层D值,判断是否规则框架。

分别计算框架纵横两个方向。

五.计算自振周期T1=(0.6或0.7)×1.7×sqrt(Ut)Ut——假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。

0.6或0.7为考虑填充墙的折减系数。

对于带屋面局部突出的房屋,Ut应取主体结构顶点位移,而不是突出层位移。

此时将突出层重力荷载折算到主体结构的顶层。

Ge=Gn+1(1+1.5h1/H)+Gn+2(1+1.5(h1+h2)/H)分别计算纵横框架。

六.风荷载作用下弹性位移验算对于框架结构应将所得的分布风荷载按静力等效的原则化为楼面处的集中荷载,以便于内力计算。

由水平集中风荷载计算内力及位移(D值法),检查是否满足层间位移及顶点位移要求。

如不满足,应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。

应分别计算纵横向框架内力位移。

七.多遇地震作用下弹性位移验算40m以下采用底部剪力法等计算水平地震作用,T1>1.4Tg时考虑顶部附加地震作用。

计算各质点水平地震作用。

水平地震作用下位移验算。

检查是否满足弹性位移限制,如不满足应返回修改梁柱截面尺寸强度等级。

D值法分别计算纵横向框架内力位移。

八.竖向荷载作用下框架内力计算活荷载不利布置。

当活荷载与恒载之比不大于1时可按满布考虑,跨中弯矩乘1.1~1.2系数予以调整。

常用弯矩分配法计算纵横向框架内力。

对计算出的内力进行弯矩调幅。

九.内力组合60m及9度以下几种组合方式1.1.2恒+1.4活2.1.2恒+0.9*1.4(活+风)3.1.35恒+1.0活4.1.2恒+1.3地震水平力通常 1.2恒+1.4风不起控制作用十.竖向荷载作用下楼屋盖设计十一. 梁柱截面配筋节点构造框架柱首先验算轴压比,剪跨比,如不满足要求应调|考试大|整截面和等级。

柱端弯矩设计值的调整(梁柱节点,柱脚弯矩节点调整),以符合强柱弱梁;柱端剪力值调整以符合强剪弱弯;角柱地震作用效应调整以抗扭转引起角柱内力增大。

梁抗弯截面设计取抗震和非抗震弯矩大值进行配筋。

注意跨中弯矩不小于1/2(按简直梁计算的跨中弯矩)。

梁的斜截面设计注意验算截面尺寸是否符合要求。

十二. 基础设计十三. 罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算7度区竖向不规则,3,4类场地考虑。

7~9度楼层屈服强度系数小于0.5时的框架结构应进行薄弱层的抗震变形验算。

其余见规程。

12层以下有简化计算方法。

如不满足变位角限值,应重新调整梁柱截面配筋。

所谓竖向不规则即为下层刚度小于上层相邻的70%,承载力小于上层80%。

框架结构设计计算步骤探讨【摘要】新规范对建筑结构设计提出了更高的要求,结构计算更加复杂多样,因此不可能一次完成,而应当从整体到局部、分层次完成。

主要计算过程可以分为四步进行:整体参数计算,整体合理性计算,构件优化计算和抗震性能验算。

每步计算中又包含多次试算,在上一步计算取得合理结果以后,方可进行下一步计算,以便使结构计算过程科学化,提高设计工作效率。

【关键字】建筑结构设计计算步骤参数新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充,特别是对抗震及结构的整体性,规则性作出了更高的要求,使结构设计不可能一次完成。

如何正确运用设计软件进行结构设计计算,以满足新规范的要求,是每个设计人员都非常关心的问题。

以SETWE软件为例,进行结构设计计算步骤的讨论,对一个典型工程而言,使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。

一.完成整体参数的正确设定计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。

但有几个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结果的正确性。

这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等,在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。

1.振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。

该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。

《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定,抗震计算时,宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应,振型数不宜小于15,对多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

一般而言,振型数的多少于结构层数及结构自由度有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数应当取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。

振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于0.9。

具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9,若小于0.9,可逐步加大振型个数,直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。

必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构得总自由度数。

例如对采用刚性板假定得单塔结构,考虑扭转藕联作用时,其振型不得超过结构层数的3倍。

如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍,其有效质量系数仍不能满足要求,也不能再增加振型数,而应认真分析原因,考虑结构方案是否合理。

2.最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用,结构地震反映的大小也各不相同,那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。

设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出,设计人员如发现该角度绝对值大于15度时,应将该数值回填(代入设计参数中)到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算,以体现最不利地震作用方向的影响。

3.结构基本周期是计算风荷载的重要指标。

设计人员如果不能事先知道其准确值,可先按经验公式:T1=0.25+0.35×10-3H2/3√B计算代入软件,亦可以保留软件的缺省值,待计算后从计算书中读取其值,填入软件的“结构基本周期”选项,重新计算即可。

上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来,正确设置,否则其后的计算结果与实际差别很大。

二.确定整体结构的合理性整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。

新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

1.周期比是控制结构扭转效应的重要指标。

它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理,使结构不至出现过大的扭转。

也就是说,周期比不是要求结构足够结实,而是要求结构承载布局合理。

《高规》第4.3.5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比的要求给出了规定。

如果周期比不满足规范的要求,说明该结构的扭转效应明显,设计人员需要增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。

设计软件通常不直接给出结构的周期比,需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转(平动)周期。

以下介绍实用周期比计算方法:1)扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期,按周期值从大到小排列。

同理,将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列;2)第一周期的判断:从列队中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,以此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转(平动)周期;3)周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。

2.位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。

其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定[见附表3.4.2-1]。

需要指出的是,新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,如果在结构模型中设定了弹性板,则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”,以便计算出正确的位移比。

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