土木工程专业毕业设计计算书

'3多层框架结构办公楼设计23.1设计任务23.1.1工程概况23.1.2设计要求23.1.3设计成果33.1.4设计资料33.2建筑设计43.2.1设计要点43.2.2建筑平面设计53.2.3建筑立面设计63.2.4建筑剖面设计63.3结构设计63.3.1概述63.3.2框架结构平面布置103.3.3框架结构的计算单元与计算简图133.3.3.1计算单元133.3.3.2确定计算简图133.3.3.3梁柱截面尺寸的确定14(1)柱截面尺寸的确定14(2)梁截面尺寸的确定153.3.4荷载与地震作用计算153.3.4.1荷载计算153.3.4.2地震作用计算183.3.4.3风荷载计算253.3.5框架结构内力计算与组合263.3.5.1水平地震作用下横向框架结构内力计算263.3.5.2风荷载作用下横向框架结构内力计算283.3.5.3竖向荷载作用下横向框架结构内力计算283.3.5.4横向框架内力组合413.3.6框架梁抗震设计463.3.6.2框架梁斜截面受剪承载力计算523.3.7框架柱抗震设计533.3.7.1剪跨比和轴压比验算543.3.7.2框架柱正截面承载力计算553.3.8框架梁柱节点核芯区截面抗震验算603.3.9框架梁、柱及节点构造要求623.3.9.1框架梁构造要求633.3.9.2框架柱构造要求643.3.9.3框架梁柱节点构造要求653.3.10罕遇地震作用下弹塑性变形验算663.3.10.1罕遇地震作用下的楼层剪力663.3.10.2楼层受剪承载力计算683.3.11柱下独立基础设计7183 3.3.11.1确定基顶荷载723.3.11.2确定基础底面积723.3.11.3验算地基承载力723.3.11.4确定基础高度733.3.11.5计算基础底板配筋733.3.12现浇钢筋混凝土楼板设计743.3.13现浇钢筋混凝土板式楼梯设计773多层框架结构办公楼设计3.1设计任务3.1.1工程概况某多层办公楼位于朝阳区奥林匹克公园旁，北临北四环，东接中华民族园，距中轴路300m。用地范围内场地基本平整，现状为普通院落民房。该工程是为以后的小区提供服务为主的综合办公楼，主要由办公用房和附属配套用房所组成。该工程位置示意图见图3.1。图3.1工程位置示意图该多层办公楼地上五层，主体结构为一字型，总高为17.1m，总建筑面积为4200m2。整栋建筑为全现浇钢筋混凝土框架结构，属丙类建筑。设防烈度为8度，框架抗震等级为二级。楼屋盖采用普通的梁板体系，基础采用柱下独立基础方案。3.1.2设计要求83 在办公楼建筑初步方案的基础上，进行建筑和结构设计，重点在结构设计，并绘制建筑和结构的施工图。(1)建筑设计要求完成以下内容：建筑平面设计；建筑立面和剖面设计。(2)结构设计要求完成以下内容：确定结构体系与结构布置；根据构造要求和经验，选择构件的截面尺寸；确定计算单元和计算简图；荷载计算；结构侧移计算；框架内力计算与组合；构件的截面设计及节点设计；基础设计；楼板与板式楼梯设计。3.1.3设计成果设计成果包括设计说明书和施工图两部分。(1)设计说明书要求包括以下内容：设计概况；建筑设计说明；结构设计说明；结构设计计算书；(2)施工图要求包括以下内容：建筑施工图a.首层、标准层及屋顶平面图；b.主要立面图；c.建筑剖面图。结构施工图a.标准层和屋顶平面结构布置与板的配筋图；b.框架梁、柱及节点配筋详图；c.基础和楼梯等配筋详图。3.1.4设计资料3.1.4.1设计依据(1)主管部门规划意见书和审批通过的初步设计批文;(2)甲方设计任务书;83 (3)主要设计规范规程:建筑结构荷载规范(GB50009-2001)；混凝土结构设计规范(GB50010-2002)；建筑抗震设计规范(GB50011-2001)；砌体结构设计规范(GB50003-2001)；建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)；高层建筑钢筋混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)。3.1.4.2设计条件及抗震设防依据(1)设计标高：室内设计标高为±0.000，相当于绝对标高44.000m，室内外高差300mm(2)基本风压：0.45（地面粗糙度属B类）；(3)基本雪压：0.30；(4)地震设防烈度：8度，设计基本地震加速度值为0.2g，设计地震分组为第一组；(5)建筑抗震设防类别：丙类；(6)框架结构抗震等级：Ⅱ级；(7)建筑场地土类别：Ⅲ类；(8)工程地质与水文条件：建筑物落于粉质粘土层上，其地基承载力特征值为280kPa；场地标准冻结深度为0.8m；地下水位为6.0m；(9)结构设计使用年限为50年。3.1.4.3主要结构材料(1)钢筋钢筋直径时,为HPB235级钢筋,其设计强度为210；钢筋直径时,为HRB335级钢筋,其设计强度为300；柱纵向钢筋为HRB400级，其设计强度为360。(2)混凝土垫层：C15；基础：C35；柱：C40；梁、板、楼梯：C30。(3)填充墙及围护墙材料填充墙及围护墙材料的容重不大于7.5，砌块为MU5，砂浆为M5。3.2建筑设计3.2.1设计要点83 多层框架结构适合于在办公楼、教学楼、公共建筑、图书馆等建筑中采用。框架的特点是由刚结的梁和柱来传递竖向和侧向荷载，墙体只起围护作用。在建筑上具有大空间、便于布置各种尺度不同房间的灵活性；在结构上则有构件分工明确，可以充分发挥材料的特性。多层框架结构的设计对于土木工程专业的学生来讲，是很重要的毕业设计的一部分，而且重点在结构设计上，建筑设计作为一般了解的内容，其侧重点在建筑平面、立面和剖面设计上。鉴于毕业设计的时间不长，建筑设计又走在结构设计进行之前，没有反复推敲的可能，为了在较短的时间内完成建筑设计图纸，需要掌握的设计要点如下：(1)建筑平面设计依据建筑功能的要求，确定柱网尺寸，然后，再逐一定出各房间的开间和进深；根据交通、防火与疏散的要求，确定楼梯间的位置和尺寸；确定墙体所用的材料和厚度，以及门窗的型号与尺寸。(2)建筑立面设计确定门窗的立面形式。门窗的立面形式一定要与立面整体效果相协调；与平面图相对照，核对雨水管、雨篷、阳台等的位置及做法；确定立面装饰材料做法、色彩以及分格艺术处理的详细尺寸。(3)建筑剖面设计分析建筑物空间组合情况，确定其最合适的剖切位置。一般要求剖到楼梯间及有高低错落的部位；进一步核实外墙窗台、过梁、圈梁、楼板等在外墙高度上的构造关系，确定选用哪种类型的窗台、过梁、圈梁、楼板及其形状和材料；根据平面图计算确定的尺寸，核对楼梯的在高度方向上梯段的尺寸，确定平台梁尺寸。3.2.2建筑平面设计该多层框架结构办公楼位于抗震设防烈度为8度的区域，对抗震要求比较严，所以在平面设计上力求简单、规则、对称，从而采用“一”字形建筑平面以利于抗震，而且有利于自然采光和自然通风。“一”字形平面的朝向为坐北朝南，建筑物入口的朝向为南边。在框架结构的平面布置上，柱网是竖向承重构件的定位轴线在建筑平面上所形成的网格，是框架结构平面的脉络。柱网布置既要满足建筑平面布置和使用功能的要求，又要使结构受力合理，构件种类少，施工方便。柱网布置还应与建筑分隔墙布置互相协调，一般常将柱子设在纵横建筑墙交叉点上，以尽量减少柱网对建筑使用功能的影响。框架结构常见的柱网布置方式有，内廊式、外廊式、等跨式、对称不等跨式等。本多层框架结构办公楼采用内廊式柱网布置，也就是中间为走廊，两边为办公室。考虑到走廊长度大于40m，两面布置房间时，走廊最小净宽度为1.8m，所以中间走廊的跨度取为2.4m。两边房间的开间和进深均采用常用的开间和进深尺寸，即3.6m和6.0m，因而横向的柱跨度分别为6.0m、2.4m、6.0m；纵向柱跨度均为3.6m。但考虑到中央门厅部分人员集中，故采用大开间7.2m，纵向一共有15跨，总长度为57.6m，总宽度为14.4m。其长宽比为4.0，满足8度设防区建筑物长宽比不允许超过5.0的要求。该办公楼根据建筑使用功能的要求，首层设有门厅、接待室、值班室、男女卫生间、开水间、消防控制室、空调机室及办公室等。主楼梯设在建筑物中央，正对着门厅以利于工作人员与来访人员的垂直交通。另外，考虑到建筑物的防火与疏散，在建筑物的两端部分别设置辅助楼梯，从而满足安全疏散距离不超过20m的要求，而且把两端部的楼梯间作为防烟楼梯间，在楼梯入口处设置前室，其面积不小于6m2，楼梯间和前室的门均采用乙级防火门，并向疏散的方向开启，首层建筑平面布置图见图3.2。首层平面、标准层平面及屋顶平面建筑施工图见附录某多层框架结构办公楼建施01～03。83 3.2.3建筑立面设计本办公楼位于朝阳区奥林匹克公园旁，所以在建筑外立面上采用金属铅扣板外墙配以宽大而明亮玻璃窗，从而可以表现简洁和现代感。建筑的立面和竖向剖面上力求规则，避免立面的凹进或凸出，使结构的侧向刚度变化均匀，有利于结构抗震。另一方面该办公楼在体型上比较矮，所以在立面设计上尽量多采用竖线条，避免视觉上的矮胖效果，也可以通过将立面进行分层划分，使各层自成一个良好的比例关系，从而在视觉上分散人对立面整体的注意力。还要调整各个立面上的墙面处理和门窗的安排，以满足建筑立面形式美的原则。最后对主入口、雨篷、女儿墙、建筑装饰等进行重点及细部处理，门厅部分的主入口采用突出的形式，与门厅两侧的房屋和雨篷有机的形成一个整体，以强调主要出入口处，还有立面上窗上皮和门上皮处于同一标高上，以形成立面上和谐的关系。详细的建筑南立面图和东立面图见附录某多层框架结构办公楼建施04～05。3.2.4建筑剖面设计建筑物的剖面图要反映出建筑物在垂直方向上各部分的组合关系。剖面设计的主要任务是确定建筑物各部分应有的高度、建筑的层数及建筑空间的组合关系。在建筑物的层高上，考虑到建筑空间比例的要求，一般房间高度与进深的合适比例为1:2，该办公楼的进深为6m，又考虑到提供足够的房间净高度，以避免净高低的房间给人压抑的感觉。因此综合考虑标准层的层高采用办公楼常用的3.3m；而首层的层高考虑到首层人员比较集中，为了提供比较宽敞和明亮的使用空间，再加上首层有很多设备管道，所以首层采用较高的层高3.9m，室内外高差采用0.3m。根据总建筑面积的要求，该办公楼采用五层，总建筑高度为17.1m，其高宽比为1.19，满足8度抗震设防烈度区建筑物高宽比不允许超过3的要求。另外从室内采光和通风的角度考虑，窗台的高度取为0.9m，窗高度取为1.8m，屋顶女儿墙高度为1.2m。详细的建筑1－1剖面图见附录某多层框架结构办公楼建施05。3.3结构设计3.3.1概述(1)结构类型的选择建筑结构按照结构所用材料分类时可分为：砌体结构，包括砖石、砌块和砌体结构；混凝土结构，包括混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构；83 图3.2首层建筑平面布置图83 钢结构；钢－混凝土组合结构。一般来讲，砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼、教学楼以及轻型工业厂房等；钢结构多用于超高层建筑、大跨度空间结构建筑以及重型或有特殊要求的工业厂房等；其他情况均可采用钢筋混凝土结构。具体的来讲，砌体结构：由于取材容易，造价较低，施工方便，因而广泛应用于多层建筑中。但由于砌体是一种脆性材料，其抗剪、抗拉、抗弯能力均较低，所以其抗震能力较差，一般在8层以下的建筑中采用砌体结构。钢筋混凝土结构：由于具有取材丰富，造价低廉，强度高、刚度大，耐火性、耐久性以及延性等良好，而且结构布置灵活方便，可组成多种结构体系等优点，因此，目前在我国的各类建筑中得到非常广泛的应用，并且占有主导地位。但是钢筋混凝土结构的主要缺点是结构自重大、体积大、容易开裂、施工速度慢等，为了克服这些缺点，近年来不断开发了高强度混凝土、轻骨料混凝土、预应力混凝土、预制装配式混凝土等，都得到了很好的发展。钢结构：由于强度高、自重轻、延性及抗震性能好，而且施工方便，能有效的缩短施工工期，所以对大跨度、大空间、多用途以及超高层建筑，大多数采用钢结构。但钢结构比混凝土结构造价高，防腐和防火性能差，需要采用防腐和防火措施，从而增加了总的造价。目前我国钢结构用得并不多，其中工程设计施工技术人员对于钢结构的设计和施工不太熟悉，也是其中原因之一。但是，近年来随着我国国民经济的发展，钢产量有了大幅度提高，国家也提倡采用钢结构，确实，钢结构在近年来特别是在超高层建筑和大跨度空间结构中，应用的越来越多。钢－混凝土组合结构：由于充分发挥了钢和混凝土两种材料各自的优点，可以得到很好的经济技术效果。钢－混凝土组合结构是将型钢放在构件内部，外部用钢筋混凝土包成，故称型钢混凝土；或者是在圆钢管或方钢管内部填充混凝土或钢筋混凝土，做成外包钢构件，故称钢管混凝土。在我国高层或超高层建筑中，型钢混凝土结构用得越来越多，比如北京的香格里拉饭店、长富宫饭店、上海的国内第一高楼金贸大厦(420m)以及正在施工的世界第一高楼492m、101层的上海环球金融中心等都采用了型钢混凝土结构。鉴于本多层办公楼层数不多，只有五层，对抗侧移刚度的要求不高，所以选用钢筋混凝土结构，可以充分发挥结构布置灵活方便，可组成多种结构体系的优点。至于砌体结构和钢结构则不予考虑，因为该办公楼位于8度抗震设防烈度区域内，砌体结构抗震能力差，而钢结构的相对造价比较高。综合考虑之后选用钢筋混凝土结构。(2)结构体系的选择多层和高层建筑中常用的结构体系有：框架结构；框架－剪力墙结构或框支－剪力墙结构；剪力墙结构；筒体结构，包括框筒、筒中筒以及成束筒体结构；巨型结构。框架结构是由梁和柱构件通过节点连接形成刚接的骨架结构。其优点是，建筑平面布置灵活，能获得较大空间，可以构成丰富多变的立面造型。其缺点是侧向刚度较小，在地震作用下非结构构件(如填充墙、建筑装饰等)容易破坏，但框架结构可以通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为延性框架。这种延性框架在地震作用下可以具有良好的抗震性能。钢筋混凝土框架结构按施工方式的不同，可分为全现浇式、半现浇式、装配式以及装配整体式框架结构四种形式。本多层办公楼设计充分考虑框架结构的优缺点和施工方法，决定采用钢筋混凝土全现浇式框架结构。83 全现浇式框架结构为梁、板、柱全部构件均在现场现浇成整体，结构整体性好，抗震性能好，构件尺寸不受标准构件所限制，对各种使用功能的适应性大。缺点是模板消耗量多，现场工作量大，但可以通过定型化钢模板和泵送混凝土等加以改进。半现浇式框架结构为梁、柱现场浇筑，楼板为预制。由于采用预制板可以大大减少现场浇筑混凝土的工作量，大量节省模板，但需要浇筑一层40～50mm厚的混凝土面层，以提高结构的整体性。装配式框架结构为全部构件工厂预制，有利于保证构件质量，现场装配，工作量少，施工速度快。缺点是结构整体性差，抗震性能也较差。装配整体式框架结构为在现场将预制构件吊装就位后，再通过浇筑节点混凝土，形成整体框架结构，既发挥了装配式施工方法的优点，又保持了现浇施工方法整体性好的优点。但总的来说，整体刚度还比较弱，故在地震区不提倡选用装配整体式框架结构，避免采用装配式框架结构，而优先考虑选择全现浇式框架结构。因此，本设计选择了全现浇式钢筋混凝土框架结构。剪力墙结构：是由钢筋混凝土墙体互相连接构成的承重墙结构体系。在地震区，因其主要用于承受水平地震作用，故也称为抗震墙。其优点是结构整体性强，抗侧刚度大，侧向变形小，施工相对简便和快速，适于建造较高建筑，而且具有承受强烈地震，裂而又不倒的良好性能。但其缺点是结构自重大，导致较大的地震作用；建筑平面布置局限性大，较难获得较大的建筑空间，因此它适合用于高层住宅和宾馆等建筑。另外，为了满足底层大空间的要求，取掉一部分剪力墙就形成了框支－剪力墙结构，上部一般用于住宅和宾馆等，下部为提供大空间的公共建筑，目前主要用于商住楼。框架－剪力墙结构：为了充分发挥框架结构“建筑平面布置灵活”和剪力墙结构“抗侧刚度大”的特点，当建筑物需要有较大的空间且其高度超过了框架结构的合理高度时，可以采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。在框架结构中，在适当的部位加一定数量的剪力墙形成框架－剪力墙结构，其中剪力墙承担大部分水平荷载；而框架只承担较小一部分的水平荷载，主要承担竖向荷载。框架－剪力墙结构常用于建造高层办公楼、教学楼等需要有大空间的房屋，也可以用于建造高层住宅、宾馆等建筑，建造高度可以达到20～30层。筒体结构：主要由核心筒结构和框架结构所组成。核心筒一般由布置在电梯井、楼梯间及设备管线井道四周的钢筋混凝土墙所组成，一般位于房屋的中部，故称核心筒，而且筒壁上仅开有少量洞口，故有时也称为“实腹筒”。框筒是由布置在房屋四周的密排柱与高跨比很大的窗间梁所组成的一个多孔筒体。从形式上看，犹如由四榀平面框架在房屋的四角组合而成，故称为框筒结构。因其立面上开有很多窗洞，故有时也称为“空腹筒”。筒体结构的主要形式由框筒结构、核心筒结构、筒中筒结构、框架－核心筒结构、成束筒结构和多重筒结构。筒体结构抗侧刚度很大，整体性好；建筑布置灵活，能够提供很大的、可以自由分隔的内部使用空间，因此特别适用于多功能、多用途的超高层建筑。巨型结构：由两级结构组成，第一级巨型框架一般由电梯井、楼梯间等组成巨型柱，每隔若干层设1～2层高的梁(一般为桁架)作为巨型梁，组成主要承受水平和竖向荷载的巨型框架，其余楼层作为荷载落在巨型框架上，做成二级框架－楼面框架。巨型框架结构在建筑上可以给人以巨型骨架的结构感觉，也为建筑上布置大空间提供了方便。巨型结构除巨型框架结构之外，还可以有在建筑外筒形成巨型斜撑的巨型桁架结构,它可以充分体现巨型斜撑的结构美。还有一种是核心筒体加外周边规则布置的巨型柱结构,也就是核心筒－巨型柱结构。(3)屋盖(楼面)体系的选择多层与高层建筑中各竖向抗侧力结构(框架、剪力墙、筒体等)是依靠水平楼面结构连成整体的，水平力通过楼板平面进行传递和分配。因此，要求楼板在自身平面内有足够大的刚度。常用的楼板体系有，现浇楼面结构和装配整体式楼面结构体系。抗震区一般优先采用现浇楼面结构，因此本设计采用现浇楼面结构体系，以提高框架结构的整体性和结构的抗侧刚度。(4)基础选型83 多层与高层建筑的基础选型应根据上部结构形式、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。可以选用的基础形式有，柱下独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、箱形基础以及桩基础。基础的埋置深度也必须满足地基变形和稳定的要求，以减少建筑物的整体倾斜，防止倾覆及滑移。基础的埋置深度，采用天然地基时可以不小于建筑物高度的1/12；采用桩基础时可以不小于建筑物高度的1/15，桩的长度不计在埋置深度之内。该多层办公楼由于采用框架结构，层数不多，只有5层，柱轴力不大，而且地基条件比较好，其粉质粘土层的承载力特征值可达280kPa，所以采用柱下独立基础，其埋置深度为标准冻结深度0.8m以下。(5)结构设计所遵循的主要设计规范规程在本多层框架结构办公楼结构设计中，主要参考的设计规范和规程有：建筑结构荷载规范(GB50009-2001)；混凝土结构设计规范(GB50010-2002)；建筑抗震设计规范(GB50011-2001)；建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)；高层建筑钢筋混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)。3.3.2框架结构平面布置(1)结构布置原则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；控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移；尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，便于设计与施工；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。该办公楼根据上述结构布置的原则，结构平面采用单一的“一”字形平面；立面上也采用平整的立面，避免凹进或凸出。平面上各房间尽量布置对称，楼梯的布置也要对称，使各部分的刚度均匀，减少结构产生扭转的可能性。该框架结构的高宽比为，，小于《高层规程》JGJ3-2002第4.2.3条规定的高宽比限值为3的要求。在柱网布置上尽量采用统一的柱网，横向采用6.0m和2.4m两种跨度；纵向除了门厅部分均采用3.6m的单一跨度，便于设计与施工。另外，该办公楼的总长度为57.6m，虽然超过了《砼规范》GB50010-2002第9.1.1条伸缩缝的最大间距55m的要求，但采用一些构造和施工措施，不设伸缩缝。(2)柱网布置与层高的确定在该框架结构的柱网布置上，根据建筑平面设计和结构布置的原则，采用内廊式的建筑平面，中间为走廊，两侧为办公室。因此，横向为四排柱三跨对称布置的框架，其跨度分别为6.0m、2.4m和6.0m；在纵向有16榀横向框架，除了门厅之外横向框架之间的跨度均为3.6m。门厅部分的跨度为7.2m。根据建筑剖面和立面设计的要求，标准层层高采用3.3m，首层考虑到人员比较集中和各种管线较多，故采用层高3.9m。(3)承重框架的布置柱网确定后，沿房屋的纵横两方向均应布置梁系，因此，实际的框架结构是一个空间受力体系。但为了计算分析方便起见，可以把实际空间框架结构看成纵横两个方向的平面框架，这种简化仅限于方形或矩形的规则平面。沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架。它们分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式的不同而按不同的方式传递。按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案可以有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种方案。83 横向框架承重方案：横向框架承重方案是在横向布置框架承重梁，楼面竖向荷载由横向梁传至柱而纵向布置连系梁。横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度。而纵向框架则往往仅按构造要求布置较小的连系梁，这也有利于房屋室内的采光与通风。纵向框架承重方案：纵向框架承重方案是在在纵向布置框架承重梁，在横向布置连系梁。因为楼面荷载由纵向梁传至柱子，所以横向梁高度小，有利于设备管道的穿行，可获得较高的室内净高。但其缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受到预制板长度的限制。纵横向框架混合承重方案：纵横向框架混合承重方案是在两个方向均需布置框架承重梁以承受楼面荷载。对于柱网较小的现浇楼面，楼板可以不设次梁或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，整体性能好，有利于抗震。由于本办公楼位于地震区，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，采用双向框架承重方案和现浇楼面的屋楼盖体系，而且主体结构纵横向均采用刚接的结构体系，形成双向抗侧力体系。(4)变形缝设置变形缝是伸缩缝、沉降缝和防震缝的总称。它们的作用各不相同，设置要求也有区别。由于变形缝设置上处理不当房屋开裂破坏的现象时有发生，因此进行结构布置时要认真加以考虑，而且在多层或高层建筑结构中，应尽量少设缝或不设缝，这样可以简化构造、方便施工、增强结构整体性和空间刚度。为此，在建筑设计时，可以通过调整平面形状、尺寸、体型等措施；在结构设计时，可以通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施；在施工阶段，可以通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的损坏。伸缩缝的设置，主要与结构的平面长度有关。该办公楼的总长度虽然超过了《砼规范》GB50010-2002第9.1.1条的规定限制，但采用下列几项措施之后，仍不设置伸缩缝。a.加强顶层保温隔热措施；b.顶层受温度变化的影响较大，故顶层部位提高配筋率；c.在结构平面上，门厅东侧一跨的内预留800mm宽的施工后浇带，从上到下均留施工后浇带，后浇带的钢筋采用搭接接头。后浇带混凝土宜采用膨胀性混凝土，待主体结构基本完成后再浇灌。浇灌时的温度要低于主体结构混凝土浇灌时的温度。沉降缝的设置，主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。如果要设置沉降缝,其宽度一般不宜小于50mm，而且沉降缝与伸缩缝的不同之处,在于沉降缝不但要将房屋的地上部分断开,地下部分也需要断开。在地震区,所设置的沉降缝应做成防震缝所要求的宽度，以避免沉降缝两侧的房屋互相碰撞。设置沉降缝会使基础及上部结构的构造处理复杂，因此，该办公楼采取如下几项措施之后，把主体结构和门厅裙房部分的基础与上部结构做成整体，不设沉降缝。a.主楼与裙房施工时，采取先施工主楼，留后浇带，待主楼基本建成，沉降基本稳定后，再施工裙房，连为整体，使它们后期沉降基本接近；b.主楼与裙房均采用柱下独立基础，其标高预留沉降差，先施工主楼，后施工裙房，使最后两者的标高基本一致。防震缝的设置，主要与建筑平面形状、高差、刚度、质量分布等因素有关。在地震区，多层与高层建筑在下列情况时宜设置防震缝。a.平面狭长或外伸部分较长而无加强措施；b.房屋有较大错层；c.各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施。83 由于该办公楼建筑平面单一规则，刚度和质量分布均匀对称，又没有错层，对于较长的平面采取了一些施工措施，因此，该办公楼不设置防震缝。根据以上的框架结构平面布置的分析，该办公楼标准层详细的结构平面布置图见图3.3。图3.3标准层结构平面布置图83 3.3.3框架结构的计算单元与计算简图3.3.3.1计算单元框架结构是由横向和纵向框架组成的空间结构，但为了便于计算常忽略结构纵横之间的空间联系，近似地按两个方向的平面框架分别计算。一般办公楼建筑中通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载和刚度也基本相同，所以各榀横向框架产生的内力和变形也基本相同。因此，结构设计时为了简化一般取中间有代表性的一榀横向框架作为计算单元进行计算即可。而作用于纵向框架上的荷载则各不相同，设计时应分别进行计算。在计算单元上框架承受的荷载为图3.4中阴影范围内的各种荷载。图3.4框架结构计算单元的选取在框架结构中，其计算简图以框架梁和柱轴线表示，均用单线条代表。框架梁和柱的连接区以节点表示，杆件长度用节点间的距离表示。对与钢筋混凝土楼盖整体浇筑的框架梁，一般可取楼板底面处作为梁轴线；对底层柱的下端一般取至基础顶面并作为固定端。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，待框架内力计算完成后，计算杆件内力时，要考虑荷载偏心的影响。梁跨度取柱轴心间的距离；柱高度对楼层取层高，对底层柱取基础顶面到二层楼面间的高度。另外，当各跨跨度相差不超过10％时，可当作具有平均跨度的等跨框架。当斜形或折线形横梁倾斜度不超过1/8时，仍可视为水平横梁计算。3.3.3.2确定计算简图本多层办公楼为全现浇钢筋混凝土结构，所以假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接。梁跨度取顶层柱截面形心轴之间的距离。底层柱高从基础顶面算至二层楼面，基顶标高根据地质条件、室内外高差等因素定为-0.9m，二楼楼面标高为3.9m，故底层柱高为3.9+0.9=4.8m，其余各层的柱高取层高，即3.3m。由此可以得到本办公楼轴线横向框架计算单元的计算简图如图3.5所示。83 3.3.3.3梁柱截面尺寸的确定(1)柱截面尺寸的确定柱截面尺寸初估时，可用下列经验公式粗略确定：式中－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，也可近似取；－按简支状态计算的柱的负荷面积；－验算截面以上楼层层数；－考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取，中柱取；－混凝土轴压强度设计值；图3.5框架结构计算简图－框架柱轴压比限值，见《抗震规范》第6.3.7条；－柱截面面积，取方形时边长为。因为柱的混凝土强度等级为，故，轴压比为0.8；中柱与边柱的负荷面积分别为和；各层的近似取，所以得第一层柱截面面积为：中柱边柱柱取方形截面，则中柱与边柱边长分别为和。根据上述计算结果并考虑《高层规程》JGJ3-2002第6.4.1条的规定，本设计的柱截面尺寸取值如下：83 2～5层；1层。(2)梁截面尺寸的确定框架梁的宽度考虑墙体的厚度等因素，取250mm；梁高为（）跨长考虑。该框架为纵横向承重，根据梁跨度初步确定为：横向框架梁，边跨、中跨；纵向框架梁，；门厅部分的横向次梁为，纵向主梁为。楼板为现浇双向板，板厚均采用120mm，满足板厚与短跨跨长之比不小于的刚度要求。另外，根据梁的截面尺寸计算梁截面惯性矩时，考虑到现浇楼板的作用，边框架梁取(为不考虑楼板翼缘作用的梁截面惯性矩)；中框架梁取。若为装配楼板，带现浇面层的楼面，则边框架梁取；中框架梁取。3.3.4荷载与地震作用计算3.3.4.1荷载计算(1)楼、屋面活荷载标准值根据《荷载规范》GB50009-2001第4.1.1条和第4.3.1条，楼、屋面活荷载标准值取为如下：办公室、会议室、接待室：走廊、门厅、楼梯：厕所、盥洗室：上人屋面：(2)楼、屋面的建筑做法及恒荷载标准值屋面二毡三油上铺小石子防水层20厚水泥砂浆找平层150厚水泥蛭石保温层120厚钢筋混凝土现浇板V型轻钢龙骨吊顶___________________________________________________________合计办公室、会议室、接待室、门厅、走廊83 瓷砖地面(包括水泥粗砂打底)120厚钢筋混凝土现浇板V型轻钢龙骨吊顶___________________________________________________________合计厕所、盥洗室瓷砖地面20厚水泥砂浆防水保护层厕所、盥洗室防水层120厚钢筋混凝土现浇板V型轻钢龙骨吊顶___________________________________________________________合计楼梯贴瓷砖楼梯板重(按250厚钢筋混凝土板等效)___________________________________________________________合计(3)梁柱自重(包括梁侧、梁底、柱抹灰的重量)标准值梁柱的抹灰近似按加大梁宽及柱宽考虑。比如，，长度为5.6m，每根重量为，。其它梁柱自重标准值见表3.1，其中梁长度取净长度；柱长度取层高。(4)墙体自重标准值墙体采用陶粒空心砌块(250mm厚，)，外墙面贴瓷砖()，内墙面均为20mm厚抹灰，故外墙体单位面积重量为，内墙体单位面积重量为，木门单位面积重量为；铝合金窗单位面积重量为。因此，有门窗的内外墙折算重量为：梁柱自重标准值表3.1层次编号截面()长度(m)根数每根重量(kN)1～55.624.362.05.803.211.606.834.515.7520.842～53.315.9714.834.99有窗的外墙体83 2～5层：；1层：。有门的内墙体2～5层:；1层：。墙体自重标准值计算见表3.2。墙体自重标准值表3.2层次墙体每片面积()单位面积重量()片数重量()2～5外纵墙1.411617内纵墙1.451663外横墙2.09596内横墙1.9330351外纵墙1.58674内纵墙1.61687外横墙2.09226内横墙1.931025(5)屋面女儿墙自重标准值女儿墙采用200mm厚钢筋混凝土，其高度为1.2m，外贴瓷砖（），故墙体的自重标准值为：(6)各屋重力荷载代表值根据《抗震规范》GB50011-2001第5.1.3条，顶层重力荷载代表值包括：屋面及女儿墙自重，50％屋面雪荷载，纵横梁自重，半层柱自重，半层墙体自重。其他层重力荷载代表值包括：楼面恒载，50％楼面均布活荷载，纵横梁自重，楼面上、下各半层的柱及墙体自重。各层重力荷载代表值分别计算如下：第5层：第4～2层：第1层：83 建筑物总重力荷载代表值为，各质点的重力荷载代表值及质点高度如图3.6所示。图3.6各质点重力荷载代表值3.3.4.2地震作用计算(1)横向框架侧移刚度计算梁的线刚度计算梁的线刚度计算见表3.3，混凝土强度等级为C30。柱线刚度计算柱的线刚度计算见表3.4，混凝土强度等级为C40。横向框架柱侧移刚度横向框架柱侧移刚度D值计算见表3.5。由表3.5可见，，故该框架为规则框架。梁线刚度表3.3梁编号截面()跨度()惯性矩边框架梁中框架梁6.0337506.0450002.4250002.4332503.6325003.6433337.2447087.25958383 柱的线刚度表3.4层次截面()高度()2～53.32097714.835276横向框架柱侧移刚度D值表3.5层次位置(一般层)(底层)(一般层)(底层)()柱根数2～5边框架边柱0.446103094边框架中柱0.583134764中框架边柱0.5171195128中框架中柱0.65115048288511121边框架边柱0.49390584边框架中柱0.591108584中框架边柱0.542995828中框架中柱0.6441183228689784(2)横向框架自振周期计算由于本框架质量和刚度沿高度比较均匀，所以其自振周期可以按《高层规程》JGJ3-2002附录B.0.2规定计算。式中－计算结构基本自振周期用的结构顶点假想位移(m);－结构基本自振周期考虑非承重砖墙影响的折减系数，框架结构取0.6～0.7；该框架取0.7。横向框架结构顶点假想位移计算横向框架结构顶点假想位移计算见表3.6。横向框架结构顶点假想位移表3.683 层次5807080708511120.009480.165448891169618511120.019930.155938891258528511120.030370.136028891347438511120.040820.105619942446856897840.06480.0648横向框架自振周期计算根据上述公式得，(3)横向地震作用计算根据《抗震规范》GB50011-2001第5.1.2条规定，对于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法计算抗震作用。因此，本框架结构采用底部剪力法计算抗震作用。采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值为，式中－相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数；－结构等效总重力荷载，单质点取总重力荷载代表值；多质点取总重力荷载代表值的85％。在多遇的地震作用下，由地震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，设计地震分组为第一组；建筑场地土类别为Ⅲ类，由《抗震规范》GB50011-2001表5.1.4-1和表5.1.4-2可以查得：水平地震影响系数最大值，；特征周期值，。因为，则顶部附加地震作用系数可以不考虑，而且，所以横向地震影响系数为：对于多质点体系，结构底部总横向水平地震作用标准值为：按《抗震规范》式5.2.1-2算得的作用于各层质点上横向水平地震作用标准值计算见表3.7。各质点横向水平地震作用及楼层地震剪力表3.783 层次518.08070145260.00.29221675.81675.8414.78891130697.70.26291507.73183.5311.48891101357.40.20391169.44352.928.1889172017.10.1449831.05183.914.8994247721.60.0961551.15735.0横向框架各层水平地震作用及地震剪力见图3.7。(a)(b)图3.7横向框架各层水平地震作用及地震剪力(a)水平地震作用分布;(b)层间地震剪力分布(4)验算横向框架梁柱截面尺寸及水平位移该框架在地震区，故应同时验算截面的最大承载力及轴压比。梁的混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335级；柱的混凝土强度等级为C40，钢筋为HRB400级。框架梁框架梁采用同一截面尺寸，故只需对受力较大的楼面梁进行核验。由于本框架的抗震等级为二级，根据《砼规范》GB50010-2002第11.3.1条，则其受压区高度应符合下列要求：二级抗震等级即，从而可得，因此，83 。说明梁截面尺寸满足要求框架柱只需对受力最大的底层中柱柱底截面的轴压比进行核算。对于抗震等级为二级的框架柱，由《砼规范》GB50010-2002第11.4.16条可知，框架柱轴压比限制值为0.8。而故可满足轴压比限制的要求。横向框架水平位移验算水平地震作用下横向框架结构的层间位移和顶点位移计算见表3.8。横向水平地震作用下的位移验算表3.8层次51675.88511120.001970.02523.343183.58511120.003740.02333.334352.98511120.005110.01953.325183.98511120.006090.01443.315735.06897840.008310.00834.8由表3.8可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为，虽然大于《抗震规范》GB50011-2001第5.5.1条规定的位移角限值，但其相差不超过5％，可以认为满足要求。结构的顶点位移与总高度之比，小于，因此顶点位移满足要求。(5)纵向框架侧移刚度计算纵向框架柱侧移刚度D值计算见表3.9。83 纵向框架柱侧移刚度D值表3.9层次位置(一般层)(底层)(一般层)(底层)()柱根数2～5边框架边柱0.436100784边框架中柱0.60814054240.648(对)149794中框架边柱0.508117424中框架中柱0.67415580240.710(对)1641249240601边框架边柱0.48689294边框架中柱0.61011207240.642(对)117954中框架边柱0.53598304中框架中柱0.66312181240.695(对)127694734604由表3.9可见，，说明纵向框架也为规则框架。(6)纵向框架自振周期计算纵向框架结构顶点假想位移计算纵向框架结构顶点假想位移计算见表3.10。纵向框架结构顶点假想位移表3.10层次5807080709240600.008730.153548891169619240600.018350.144838891258529240600.027980.126428891347439240600.037600.098419942446857346040.060830.0608纵向框架自振周期计算(7)纵向地震作用计算因为，故不考虑，且，因此，83 结构底部总纵向水平地震作用标准值为：各层质点上纵向水平地震作用标准值计算见表3.11。各质点纵向水平地震作用及楼层地震剪力表3.11层次518.08070145260.00.29221709.11709.1414.78891136097.70.26291537.73246.8311.48891101357.40.20391192.64439.428.1889172017.10.1449847.55286.914.8994247721.60.0961562.15849.0纵向框架各层水平地震作用及地震剪力见图3.8。(a)(b)图3.7纵向框架各层水平地震作用及地震剪力(a)水平地震作用分布;(b)层间地震剪力分布(8)验算纵向框架水平位移水平地震作用下纵向框架结构的层间位移和顶点位移计算见表3.12。纵向水平地震作用下的位移验算表3.12层次51709.19240600.001850.02393.343246.89240600.003510.02203.334439.49240600.004800.01853.325286.99240600.005720.01373.315849.07346040.007960.00804.8由表3.12可见，最大层间弹性位移角发生在第2层，其值为，小于位移角限值，故满足要求。结构顶点位移与总高度之比，小于，因此结构顶点位移也满足要求。83 3.3.4.3风荷载计算(1)横向风荷载作用下框架结构的侧移验算风荷载标准值风荷载的标准值按下列公式计算：式中－高度z处的风振系数；－风荷载体型系数；－风压高度变化系数；－基本风压()。《荷载规范》规定，对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响，但本办公楼高度小于30m且高宽比也小于1.5，所以不考虑风振系数，也就是。风压高度变化系数，可以根据建筑物高度和地面粗糙度类别，由《荷载规范》表7.2.1查得。风荷载计算取轴线横向框架，其负荷宽度为3.6m，将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，计算过程见表3.13。表中z为框架节点至室外地面的高度，A为一榀框架各层节点的受风荷载面积。风荷载标准值计算表3.13层次Z(m)A()51.01.317.41.190.4510.267.1441.01.314.11.120.4511.887.7831.01.310.81.020.4511.887.0921.01.37.51.000.4511.886.9511.01.34.21.000.4513.507.90横向框架结构分析时，各层节点上的集中荷载，如图3.9所示。83 图3.9风荷载作用下的结构计算简图风荷载作用下的水平位移验算风荷载作用下横向框架结构的层间位移和顶点位移计算见表3.14。由表3.14可见，最大层间弹性位移角发生在第1层，其值为，远小于《高层规程》JGJ3-2002第4.6.3条规定的限值，而且结构顶点位移与总高度之比，也远小于规定的限值，因此，结构的水平位移满足要求。风荷载作用下横向框架和位移验算表3.14层次57.14539980.000130.00223.3414.92539980.000280.00213.3322.01539980.000410.00183.3228.96539980.000540.00143.3136.86435800.000850.00094.8注：表中依据表3.5的中框架边柱和中框架中柱的D值而得到，比如(2)纵向风荷载作用下框架结构的侧移验算风荷载标准值纵向风荷载计算取轴线，其负荷宽度为4.2m。作用于框架每层节点上的集中风荷载计算过程见表3.15。纵向风荷载标准值计算表3.15层次Z(m)A()51.01.317.41.190.4511.978.3341.01.314.11.120.4513.869.0831.01.310.81.020.4513.868.2721.01.37.51.000.4513.868.1183 11.01.34.21.000.4515.759.21纵向风荷载作用下的水平位移验算由横向风荷载作用下水平位移验算结果可知，风荷载作用下水平位移较小，均满足规范要求；又由于纵向迎风面的面积比横向小的多，也就是纵向风荷载比横向风荷载小的多，因此，纵向风荷载作用下不必进行位移验算。3.3.5框架结构内力计算与组合3.3.5.1水平地震作用下横向框架结构内力计算以图3.3中轴线计算单元的横向框架内力计算为例，说明计算方法。边框架和纵向框架的计算，鉴于毕业设计的时间不多，又其计算方法和步骤与横向中框架完全相同，因此不再赘述。框架结构内力计算采用D值法，其中D和取自表3.5，层间剪力取自表3.7。各柱反弯点高度比根据参考文献7，附录11确定，具体的柱剪力和弯矩计算过程及结果见表3.16。对于本榀框架，底层柱需考虑修正值，第2层柱需考虑修正值，其余柱均无修正。梁端弯矩、剪力及柱轴力的计算过程见表3.17，其中梁线刚度取自表3.3。表3.17中柱轴力负号表示拉力，当左震作用时，左侧两根柱为拉力，对应的右侧两根柱为压力。水平地震作用下横向框架的弯矩图、梁端剪力图以及柱轴力图如图3.10和图3.11所示。83 横向水平地震作用下框架柱剪力和柱弯矩标准值表3.16柱层次M下()M上()边柱53.31675.8851112119510.014023.462.1450.4131.7445.6843.33183.5851112119510.014044.572.1450.4667.6679.4233.34352.9851112119510.014060.942.1450.50100.55100.5523.35183.9851112119510.014072.572.1450.50119.74119.7414.85735.068978499580.014482.581.2760.65257.65138.73中柱53.31675.8851112150480.017729.663.7300.4544.0553.8343.33183.5851112150480.017756.353.7300.5092.9892.9833.34352.9851112150480.017777.053.7300.50127.13127.1323.35183.9851112150480.017791.763.7300.50151.40151.4014.85735.0689784118320.017298.642.2180.63298.29175.18地震力作用下框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表3.17层次边梁走道梁柱轴力M左()M右()M左()M右()边柱()中柱()56.045.6830.9612.772.422.8722.8719.06－12.77－6.2946.0111.1678.8131.662.458.2258.2248.52－44.43－23.1536.0168.21126.5949.132.493.5293.5277.94－93.56－51.9626.0220.29160.1863.412.4118.35118.3598.63－156.97－87.1816.0258.47187.8274.382.4138.76138.76115.63－231.35－128.433.3.5.2风荷载作用下横向框架结构内力计算风荷载作用下仍以轴线作为计算单元，计算框架结构的内力。其内力计算过程与水平地震作用下的相同。具体的柱剪力和弯矩计算过程及结果见表3.18；梁端弯矩、剪力及柱轴力计算过程见表3.19。风荷载作用下横向框架的弯矩图、梁端剪力图以及柱轴力图如图3.12和图3.13所示。3.3.5.3竖向荷载作用下横向框架结构内力计算竖向荷载作用下仍以轴线作为计算单元，计算框架结构的内力。在计算单元范围内的纵向框架梁的自重、纵向墙体的自重以及纵向女儿墙的自重以集中力的形式作用于各节点上。(1)荷载计算第5层梁的均布线荷载恒载计算－边梁：屋面均布恒载传给梁横梁自重(包括抹灰)___________________________________________________________________合计83 走道梁：屋面均布恒载传给梁横梁自重(包括抹灰)___________________________________________________________________合计图3.10水平地震作用下框架弯矩图()83 图3.11水平地震作用下框架梁端剪力及柱轴力()风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩标准值表3.18柱层次M下()M上()边柱53.37.1453998119510.22131.582.1450.412.143.0843.314.9253998119510.22133.302.1450.465.015.8833.322.0153998119510.22134.872.1450.508.048.0423.328.9653998119510.22136.412.1450.5010.5810.5814.836.864358099580.22858.421.2760.6526.2714.15中柱53.37.1453998150480.27871.993.7300.452.963.6143.314.9253998150480.27874.163.7300.506.866.8633.322.0153998150480.27876.133.7300.5010.1110.1123.328.9653998150480.27878.073.7300.5013.3213.3214.836.8643580118320.271510.012.2180.6330.2717.78风荷载作用下框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表3.19层次边梁走道梁柱轴力M左()M右()M左()M右()边柱()中柱()56.03.082.080.862.41.531.531.28－0.86－0.4246.08.025.652.282.44.174.173.48－3.14－1.6236.013.059.763.802.47.217.216.01－6.94－3.8383 26.018.6213.475.352.49.969.968.30－12.29－6.78活载计算－第4～1层梁的均布线荷载恒载计算－边梁：楼面均布恒载传给梁横梁自重(包括抹灰)内横墙自重(包括抹灰)______________________________________________________________________合计走道梁：楼面均布恒载传给梁横梁自重(包括抹灰)______________________________________________________________________合计活荷载计算－第5层节点集中荷载计算边柱：纵向女儿墙自重纵梁自重(包括抹灰)83 图3.12风荷载作用下框架弯矩图()图3.13风荷载作用下框架梁端剪力及柱轴力()纵向外墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计中柱：纵梁自重(包括抹灰)纵向内墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计第4～2层节点集中荷载计算边柱：纵梁自重(包括抹灰)纵向外墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计83 中柱：纵梁自重(包括抹灰)纵向内墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计第1层节点集中荷载计算：边柱：纵梁自重(包括抹灰)纵向外墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计中柱：纵梁自重(包括抹灰)纵向内墙体自重(包括抹灰)柱自重(包括抹灰)_______________________________________________________________________合计第轴线横向框架的恒荷载及活荷载分布如图3.14所示。(2)横向框架内力计算竖向荷载作用下框架的内力采用弯矩分配法计算。对于框架内力除了活荷载较大的工业厂房外，一般的工业与民用建筑可以不考虑活荷载的不利布置，这样求得的框架内力，梁跨中弯矩较考虑活荷载不利布置法求得的弯矩偏小，但当活荷载占总荷载比例较小时，其影响很小。如果像工业厂房活荷载占总荷载比例较大，可在截面配筋时，将跨中弯矩乘以1.1～1.2的放大系数予以调整。(a)(b)图3.14横向框架竖向荷载分布作用83 (a)恒荷载示意图(，)；(b)活荷载示意图()由于该横向框架结构和荷载均对称，故计算时可用半框架。梁端和柱端弯矩计算之后，梁端剪力可根据梁上竖向荷载引起的剪力和梁端弯矩引起的剪力相叠加而得到；柱轴力可由梁端剪力和节点集中荷载叠加得到。固端弯矩计算将框架梁视为两端固定梁计算固端弯矩，其计算结果见表3.20。框架梁固端弯矩计算表3.20边跨中间跨均布荷载()()()均布荷载()()()21.456.064.3520.002.49.6023.246.069.7216.582.47.967.206.021.607.202.43.46分配系数计算由于取半框架计算内力，切断的横梁线刚度为原来的一倍，分配系数按与节点连接的各杆的转动刚度比值计算。半框架的梁柱线刚度如图3.15所示。比如边柱顶层节点的分配系数为：下柱梁其他节点的分配系数见图3.16和图3.17。传递系数远端固定，传递系数为1/2；远端滑动铰支，传递系数为-1。弯矩分配计算恒荷载作用下，框架的弯矩分配计算见图3.16，框架的弯矩图见图3.18；活荷载作用下，框架的弯矩分配计算见图3.17，框架的弯矩图见图3.19。在竖向荷载作用下，考虑框架梁端的塑性内力重分布，取弯矩调幅系数为0.8。调幅后，恒荷载及活荷载弯矩图见图3.18和图3.19中括号内数值。83 梁端剪力及柱轴力计算梁端剪力：式中－梁上均布荷载引起的剪力，；－梁端弯矩引起的剪力，(左-右)/。柱轴力：式中－梁端剪力；－节点集中力及柱自重。图3.15半框架梁柱线刚度示意图()83 图3.16恒荷载弯矩分配图()83 图3.17活荷载弯矩分配图()83 图3.18恒荷载作用下框架弯矩图()83 图3.19活荷载作用下框架弯矩图()83 以边跨顶上两层在恒荷载作用下，梁端剪力及柱轴力为例说明其计算过程。由图3.14查得梁上均布荷载和节点集中力为，5层：，4层：，由图3.18查得梁端弯矩为，5层：左()右()4层：左()右()括号内为调幅后的弯矩值。5层：左右调幅前－左右左左+左右右-右调幅后－左右左左+左右右-右4层：左右调幅前－左右左左+左右右-右调幅后－左右左左+左右右-右83 边柱柱顶及柱底轴力为：5层：顶底4层：顶底其他的梁端剪力及柱轴力计算见表3.21。恒荷载作用下梁端剪力及柱轴力()表3.21层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力边跨中间跨边跨中间跨边跨中间跨边柱中柱左右左右左右左右左右左右顶底顶底564.3524.00-3.34(-2.67)061.01(61.68)67.69(67.02)24.0061.6877.6591.69107.66469.7219.90-1.45(-1.16)068.27(68.56)71.17(70.88)19.90197.23213.20226.40242.37369.7219.90-1.62(-1.30)068.10(68.42)71.34(71.02)19.90308.88324.85361.28377.25269.7219.90-1.62(-1.30)068.10(68.42)71.34(71.02)19.90420.53436.50496.16512.13169.7219.90-1.50(-1.20)068.22(68.52)71.22(70.92)19.90532.28567.27630.92665.91注：括号内为调幅后的剪力值。活荷载作用下梁端剪力及柱轴力计算见表3.22。3.3.5.4横向框架内力组合(1)结构抗震等级结构的抗震等级可根据结构类型、地震设防烈度、房屋高度等因素，由《抗震规范》GB50011-2001表6.1.2确定。由此表可知，该工程框架结构的抗震等级为二级。(2)框架梁内力组合本设计根据《荷载规范》GB50009-2001第3.2.4条，对于框架结构的基本组合和《抗震规范》第5.4.1条的结构构件地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，考虑了三种内力组合，即：；；。其中，－恒荷载标准值的效应；－活荷载标准值的效应；83 －风荷载标准值的效应；－重力荷载代表值的效应；－水平地震作用标准值的效应。此外，对于本设计，这种内力组合与考虑地震作用的组合相比一般都很小，对结构设计不起控制作用，故不予考虑。83 活荷载作用下梁端剪力即柱轴力()表3.22层次荷载引起的剪力弯矩引起的剪力总剪力柱轴力边跨中间跨边跨中间跨边跨中间跨边柱中柱左右左右左右左右左右左右顶=底顶=底521.608.64-0.98(-0.78)020.62(20.82)22.58(22.38)8.6420.8231.22421.608.64-0.54(-0.43)021.06(21.17)22.14(22.03)8.6441.9962.00321.608.64-0.58(-0.47)021.02(21.13)22.18(22.07)8.6463.1292.82221.608.64-0.60(-0.48)021.00(21.12)22.20(22.08)8.6484.24123.66121.608.64-0.55(-0.44)021.05(21.16)22.15(22.04)8.64105.40154.45注：括号内为调幅后的剪力值。下面以第一层边跨梁考虑地震作用的组合为例，说明各内力的组合方法。在恒荷载和活荷载竖向荷载组合时，跨间可近似取跨中的弯矩代替，即(左+右)式中左、右－梁左、右端弯矩，见图3.18、图3.19括号内的数值。若跨中弯矩小于，则应取。对于竖向荷载与地震作用组合时，跨间最大弯矩采用数解法计算，如图3.20所示。图3.20框架梁内力组合图图中，、－重力荷载作用下梁端的弯矩；、－水平地震作用下梁端的弯矩；、－竖向荷载与地震作用下梁端反力。83 对作用点取矩得，处截面弯矩为，由，可得跨间的位置为，将代入任一截面处的弯矩表达式，就可得跨间最大弯矩为，当右震时，公式中、反号，及的具体数值见表3.23，表中、、均有两组数值。对于竖向荷载与风荷载组合时，同样可以采用数解法求出跨间最大弯矩，具体的及的数值见表3.24，表中、、均有两组数值。根据上述的方法得到梁内力组合见表3.25。表中恒荷载和活荷载的组合，梁端弯矩取调幅后的数值(图3.18和图3.19括号内的数值)，剪力取调幅前后的较大值，如图3.21所示。及值计算表3.23位置层次()()()()()边距(BC)532.8854.9459.3840.2530.066.069.90/103.112.33/3.43108.10/84.57455.9165.83144.51102.4532.216.053.82/136.141.67/4.23133.52/87.75354.1365.11218.67164.5732.216.030.93/158.670.96/4.93179.38/118.63253.9465.02286.38208.2332.216.012.35/177.220.38/5.50234.77/146.86155.4365.28336.01244.1732.216.0-1.71/191.69-0.05/5.95280.58/178.72中间跨(CD)527.0827.0829.7329.7328.322.49.21/58.760.33/2.074.19/3.86420.4220.4275.6975.6924.222.4-34.01/92.14-1.40/3.8055.27/55.27320.8720.87121.58121.5824.222.4-72.25/130.38-2.98/5.38100.71/100.71221.0021.00153.86153.8624.222.4-99.15/157.28-4.09/6.49132.86/132.86120.3620.36180.39180.3924.222.4-121.26/179.39-5.01/7.41160.03/160.03注：当或时，表示最大弯矩发生在支座处。应取或，用计算。及值计算表3.24位置层次()()()()()83 边距(BC)538.2863.423.882.6234.816.099.16/101.322.85/2.91106.97/105.23464.0775.7110.117.1236.966.0106.07/111.812.87/3.0398.26/95.48362.0574.8816.4412.3036.966.0103.95/113.532.81/3.07100.31/95.68261.7774.7323.4616.9736.966.0101.98/115.462.76/3.12102.46/94.66163.7774.9731.1622.5436.966.0100.06/117.962.71/3.19103.11/93.12中间跨(CD)531.4331.431.931.9333.072.438.08/41.291.15/1.25－7.63/－7.52423.9023.905.255.2528.972.430.39/39.141.05/1.35－2.68/－2.75324.3924.399.089.0828.972.427.20/42.330.94/1.46－2.51/－2.59224.5424.5412.5512.5528.972.424.31/45.220.84/1.56－1.77/－1.84123.7623.7616.6416.6428.972.420.90/48.630.72/1.680.39/0.48图3.21调幅前后剪力值变化图中，左、右－调幅前弯矩值；左、右－调幅后弯矩值。剪力值由图3.21可知，应取左和右，具体数值见表3.21和表3.22。83 (3)框架柱内力组合框架柱取每层柱顶和柱底两个控制截面。组合时，根据《荷载规范》GB50009-2001第4.1.2条规定，考虑活荷载按楼层的折减系数，具体的系数见《荷载规范》表4.1.2。考虑折减系数之后，框架柱内力组合结果见表3.26、表3.27、表3.28和表3.29。83 横向框架梁内力组合表表3.25层次截面位置内力5层B右M-23.31-8.18±3.08±45.68-39.42-34.40-42.1626.50-92.26V61.6820.820.8612.77103.16101.33103.11C左M-39.35-12.86-65.22-66.04-60.80-95.18-14.69V67.6922.580.8612.77112.84110.76111.381C右M-19.28-6.58±1.53±22.87-32.35-29.50-33.352.65-56.87V24.008.641.2819.0640.9041.3058.76跨中MBC65.2021.88108.87106.97105.23108.1084.57MCD-4.88/7.20-1.40/2.59-7.82/12.21-7.63-7.524.193.863层B右M-39.10-12.01±13.05±168.21-63.73-45.61-78.50164.55-272.80V68.4221.133.8049.13111.69113.52158.65C左M-46.86-14.80-76.95-87.18-62.58-229.6899.46V71.3422.183.8049.13116.66118.34162.79C右M-14.72-5.34±7.21±93.52-25.14-15.31-33.48100.71-142.44V19.908.646.0177.9435.9842.34130.39跨中MBC61.6019.00100.52100.3195.68179.38118.63MCD-2.78/7.20-0.16/2.59-3.56/12.27-2.51-2.59－－1层B右M-39.87-12.64±24.73±258.47-65.54-32.61-94.93280.58-391.44V68.5221.167.1074.38111.85117.83191.61C左M-47.06-14.68-77.02-97.51-52.43-309.45178.89V71.2222.157.1074.38116.47122.32195.45C右M-14.39-5.15±13.21±138.76-24.48-7.11-40.40160.03-200.75V19.908.6411.01115.6335.9848.64179.38跨中MBC61.1218.7499.58103.1193.12280.58178.72MCD-2.45/7.202.59-2.94/12.270.390.48－－注：表中弯矩单位为；剪力单位为。表中跨中组合弯矩中，填－线处均为跨间最大弯矩发生在支座处，其值与支座正弯矩组合值相同。3.3.6框架梁抗震设计考虑地震作用时，横向框架梁的截面设计采用下面的表达式：式中－框架梁内力组合设计值，包括组合的弯矩和剪力的设计值；－框架梁承载力设计值；－承载力抗震调整系数，由《抗震规范》GB50011-2001表5.4.2查得。因此，框架梁截面设计时，组合表中与地震作用组合的内力均应乘以83 后再与静力组合和风荷载组合的内力进行比较，挑选出最不利内力，进行框架梁截面配筋。下面仅以第一层边跨BC梁为例，说明其计算方法和计算过程。83 横向框架边柱弯矩和轴力组合表表3.26层次截面位置内力5柱顶M29.1410.2249.2843.9651.73-18.28100.48N61.6820.82103.1699.17101.3369.91103.11柱底M-26.91-8.14±2.14±31.74-43.69-39.85-45.244.09-78.44N77.6520.82122.33118.33120.5089.07122.274柱顶M23.627.3138.5830.1544.96-70.25135.98N197.2341.99295.46285.63293.54204.11319.63柱底M-24.26-7.51±5.01±67.66-39.63-32.26-44.8954.34-121.58N213.2041.99314.63304.79312.70223.28338.793柱顶M24.267.5139.6328.4448.71-97.10164.33N308.8863.12445.77441.44458.93286.90530.16柱底M-24.59-7.60±8.04±100.55-40.15-28.95-49.2196.65-164.78N324.8563.12464.93460.61478.10306.06549.322柱顶M24.177.2339.1324.7851.44-112.32189.00N420.5384.24604.88595.29626.26351.12759.24柱底M-23.68-7.26±10.58±119.74-38.58-24.23-50.89122.89-188.43N436.5084.24624.05614.46645.43370.28778.411柱顶M26.157.8242.3323.4059.06-144.28216.42N532.28105.40742.03747.11795.97401.221002.73柱底M-13.08-3.91±257.65-21.1712.48-53.72316.90-352.99N567.27105.40784.02789.10837.96443.211044.72横向框架边柱剪力组合表表3.28层次5-16.98-5.56±1.58±23.46-28.16-25.39-29.376.79-54.214-14.51-4.49±3.30±44.57-23.70-18.91-27.2337.84-78.053-14.91-4.58±4.87±60.94-24.30-17.53-29.8058.58-99.862-14.50-4.39±6.41±72.57-23.55-14.85-31.0174.31-114.381-8.17-2.44±8.42±82.58-13.22-2.27-23.4996.09-118.62注：表中V以绕柱端顺时针为正，单位为kN。表中、分别由图3.18和图3.19的柱上下端弯矩之和除以柱高度得到。83 横向框架中柱弯矩和轴力组合表表3.27层次截面位置内力5柱顶M-25.09-7.85-41.10-44.55-35.45-104.8035.16N91.6931.22153.74148.84149.89120.58136.94柱底M21.686.28±2.96±44.0534.8137.6630.2087.05-27.48N107.6631.22172.90168.00169.06139.75156.104柱顶M-19.56-5.81-31.61-39.44-22.15-147.8393.92N226.4062.00358.48347.76351.84278.79338.98柱底M20.015.91±6.86±92.9832.2940.1022.82148.43-93.32N242.3762.00377.64366.92371.01297.95358.143柱顶M-20.16-5.91-32.47-44.38-18.90-193.01137.53N361.2892.82543.99545.66555.32421.68556.78柱底M20.255.95±10.11±127.1332.6344.5419.06193.14-137.40N377.2592.82563.16564.83574.48440.84575.942柱顶M-19.75-5.73-31.72-47.70-14.14-223.96169.68N496.16123.66742.55742.66759.75556.25782.92柱底M19.575.60±13.32±151.4031.3247.3213.76223.66-169.98N512.13123.66761.71761.82778.91575.42802.091柱顶M-21.28-6.31-34.37-55.89-11.08-257.06198.41N630.92154.45908.47938.24965.18682.821016.73柱底M10.643.16±30.27±298.2917.1954.89-21.39402.44-373.11N665.91154.45950.45980.231007.17724.801058.72注：表中M以左侧受拉为正，单位为；N以受压为正，单位为。横向框架中柱剪力组合表表3.29层次514.174.28±1.99±29.6623.0024.9019.8958.13-18.99411.993.55±4.16±56.3519.3624.1013.6289.77-56.74312.253.59±6.13±77.0519.7326.9511.50117.02-83.31211.923.43±8.07±91.7619.1128.798.46135.65-102.9316.651.97±10.01±98.6410.7423.07-2.15137.39-119.07注：表中V以绕柱端顺时针为正，单位为kN。表中、分别由图3.18和图3.19的柱上下端弯矩之和除以柱高度得到。3.3.6.1框架梁正截面受弯承载力计算第一层梁控制截面的内力设计值如图3.22所示。83 图3.22第一层梁控制截面及内力示意图由表3.25中，重力荷载代表值效应与地震作用标准值效应的组合值乘以框架梁承载力调整系数之后，与竖向荷载标准值效应的组合值以及竖向荷载和风荷载标准值效应的组合值进行比较，其结果，与地震作用效应组合的设计值为最不利内力组合，因此，图3.22控制截面内力设计值为如下：Ⅰ；Ⅰ；；Ⅱ；Ⅲ；Ⅲ；；Ⅳ；Ⅳ；；Ⅴ。根据上述支座中心处的弯矩换算成支座边缘控制截面的弯矩设计值，并进行配筋计算。支座弯矩：右左右当梁下部受拉时，按T形截面设计，当梁上部受拉时，按矩形截面设计。按T形截面设计时，受压翼缘的计算宽度根据《砼规范》GB50010-2002表7.2.3计算，即；；因为，，83 ，故此种情况不起控制作用，因此，取。梁采用混凝土强度等级C30(，)，；纵向钢筋选用HRB335级钢筋()，。首先计算跨中控制截面Ⅱ，按单筋T形截面进行配筋，因为，故属于第一类T形截面。，且小于0.350实配钢筋420()，，同时，满足要求。将跨中截面的正弯矩钢筋420伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋()，然后再计算相应的受拉钢筋。支座B右：，。说明富余，且达不到屈服，可近似的取：83 实配钢筋422()，虽然小于，但不超过5％，满足要求。支座C左：实配钢筋422，，同时，，，满足要求。有关规定见《砼规范》第11.3.6条。其他层梁的纵向钢筋计算结果见表3.30。3.3.6.2框架梁斜截面受剪承载力计算为了防止梁在弯曲屈服前先发生剪切破坏，截面设计时，应按《抗震规范》第6.2.4条式6.2.4-1,对剪力设计值进行调整。式中－梁端剪力增大系数，对二级框架取1.2；－梁的净跨，对第一层边缘，；－梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值，；、－分别为梁左、右端顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值，由表3.25查得。框架梁纵向钢筋计算表表3.30层次截面()()()实配钢筋()(%)5支座B右-53.73<0763338318(763)1.000.54C左-54.68<0763344318(763)1.000.54BC跨间108.870.012646318(763)0.54支座C右-33.76<0402341318(763)0.530.84CD跨间12.270.008113216(402)0.443支座B右-241.20<09421517422(1520)0.621.08C左-197.12<09421240422(1520)0.621.08BC跨间134.540.015800320(942)0.67支座C右-116.36<07631175422(1520)0.501.67CD跨间75.530.051708318(763)0.8483 1支座B右-250.47<012561575422(1520)0.831.08C左-195.44<012561229422(1520)0.831.08BC跨间210.440.0231256420(1256)0.89支座C右-116.93<012561181422(1520)0.831.67CD跨间120.020.0821143420(1256)1.38对于边跨(BC):顺时针方向反时针方向计算时，取顺时针方向和反时针方向中较大者。右左考虑受剪承载力抗震调整系数，。右左调整后的剪力设计值大于组合表中竖向荷载组合和与风荷载组合的剪力设计值，故按调整后的剪力设计值进行斜截面计算。根据《砼规范》第11.3.3条，考虑地震作用组合的框架梁，当跨高比时，其受剪截面应符合下列条件：式中－混凝土强度影响系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取；当混凝土强度等级为C80时，取；其间按线性内插法确定。由于右左故其受剪截面尺寸满足要求。梁中箍筋根据《砼规范》表11.3.6-2的要求，梁端加密区箍筋选用2Φ8@100，加密区长度取为900mm，箍筋选用HPB235级钢筋(),则83 ，满足要求。非加密区箍筋选用2Φ8@200。故箍筋设置满足要求。其他层梁的箍筋计算结果见表3.31。3.3.7框架柱抗震设计3.3.7.1剪跨比和轴压比验算框架柱各层剪跨比和轴压比计算结果如表3.32所示。由表可见，各柱的剪跨比和轴压比均满足规范要求。注意，表中的、及都不应考虑承载力抗震调整系数。还有表中的剪跨比也可取，此处，为柱净高；当时，取；当时，取。83 3.3.7.2框架柱正截面承载力计算以第一层的中柱为例说明正截面承载力的计算过程。根据中柱内力组合表，将支座中心处的弯矩换算至支座边缘，并与柱端组合弯矩的调整值比较后，选出最不利内力，进行配筋计算。框架梁箍筋数量计算表表3.31层次截面()()加密区非加密区实配箍筋()实配箍筋()5B右C左112.84<403.980.192Φ8@100(1.01)2Φ8@200(0.26)C右47.08<260.98-0.08<02Φ8@100(1.01)2Φ8@100(0.40)3B右C左136.90<403.980.352Φ8@100(1.01)2Φ8@200(0.26)C右117.99<260.980.662Φ8@100(1.01)2Φ8@100(0.40)1B左C右165.13<403.980.542Φ8@100(1.01)2Φ8@200(0.26)C右165.10<260.981.152Φ10@100(1.57)2Φ10@100(0.63)注：表中为换算至支座边缘处的梁端剪力。框架柱剪跨比和轴压比验算表3.32柱号层次()()()()()()边柱540036519.1100.4854.21122.275.08>20.040<0.8340036519.1164.7899.86549.324.52>20.180<0.8150046519.1352.99118.621044.726.40>20.219<0.8中柱540036519.1104.8058.13156.104.94>20.051<0.8340036519.1193.14117.02575.944.52>20.188<0.8150046519.1402.44137.391058.726.30>20.222<0.8在框架结构设计中，为了体现“强柱弱梁”的原则，《抗震规范》第6.2.2条规定，一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：式中－节点上下柱端截面顺时针或反时针方向组合的弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析分配；－节点左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；－柱端弯矩增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。而且一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。83 第一层梁与中柱节点的梁端弯矩值由表3.25查得。：左震右震取第一层梁与中柱节点的柱端弯矩值由表3.27查得。：左震右震梁端取左震，也应取左震：故取。将与的差值按柱的弹性分析弯矩值之比分配给节点上下柱端：上下上下对底层柱柱底的弯矩设计值应乘以增大系数1.25。根据中柱内力组合表3.27，选择最不利内力，并考虑上述各种调整及承载力抗震调整系数后，第一层中柱的柱顶及柱底的控制内力如下：柱顶截面－及相应的，及相应的，及相应的，柱底截面－及相应的，及相应的，83 及相应的，截面采用对称配筋，混凝土采用C40(,),,纵向钢筋选用HRB400级钢筋()，，横向箍筋选用HPB235级钢筋()，。具体的配筋计算过程见表3.33。在表3.33中，；取偏心方向截面尺寸的和20mm中的较大值；；，当时，取；第一层中柱正截面受压承载力计算表3.33柱截面柱顶柱底241.0111.08402.4421.39546.26965.18579.841007.17441.211.5694.121.2139.5139.5139.5139.520202020461.231.5714.141.210.6369.60010.6369.6001.01.01.01.01.01.01.01.01.0811.9721.0531.743498.662.1751.971.8713.6277.1966.9286.80.1230.2170.1310.227偏心性质大偏心大偏心大偏心大偏心978.3<01988.7<0选筋420425实配面积()12561964(1.24%<5.0%)1.622.530.8/5.00.8/5.083 ，当时，取；；；(大偏心受压)；(小偏心受压)；(大偏心受压)；(小偏心受压)。式中－轴向压力对截面重心的偏心距；－附加偏心距；－初始偏心距；－偏心受压构件的截面曲率修正系数；－构件长细比对截面曲率的影响系数；－偏心距增大系数；－轴向压力作用点至受拉钢筋合力点的距离；－混凝土相对受压区高度。在表3.23中，柱的计算长度一栏带*的是由于水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75％以上，故根据《砼规范》GB50010-2002第7.3.11规定按下列两个公式计算，并取其中的较小值：式中、－柱的上、下端节点交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值；－取、中的较小值；－柱的高度。带**的柱计算长度为根据《砼规范》表7.3.11-2计算得到的。其他各层柱的纵向钢筋计算结果见表3.34。83 框架柱纵向钢筋计算表表3.34柱层次()()()()()实配面积()(%)边柱5层75.36/77.3341250.028536.2416(804)1.6543.69/122.3341250.044218.02～4层174.90/622.7343790.223908.2418(1017)2.0950.89/645.4341250.231<01层405.23/835.7857200.1881848.0425(1964)2.5353.72/837.9648000.189<0中柱5层78.60/90.4441250.032553.8416(804)1.6534.81/172.9041250.06287.82～4层209.70/460.3439200.1651281.7420(1256)2.5813.76/778.9141250.279<01层402.44/579.8453180.1311988.7425(1964)2.5321.39/1007.1748000.227<03.3.7.3框架柱斜截面受剪承载力计算以第一层中柱为例进行计算。由框架柱正截面承载力可知，第一层中柱的柱顶和柱底的弯矩设计值分别为、。根据《抗震规范》第6.2.5条规定，一、二、三级的框架柱组合的剪力设计值应按下列公式调整：式中、－分别为柱上、下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值；－柱的净高；－柱剪力增大系数，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。则框架柱的剪力设计值为，83 故其受剪截面尺寸满足要求。根据《砼规范》第11.4.9条，框架柱斜截面受剪承载力应符合下列公式：式中－框架柱的剪跨比。可取，此处，为柱净高；当时，取；当时，取；－考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当时，取。由，取；，取。因此，柱端加密区的箍筋选用4Φ8@100，，满足要求。由表3.32可得第一层中柱的轴压比，根据《砼规范》表11.4.17查得柱箍筋加密区的箍筋最小配筋特征值，则最小体积配箍率为，，满足要求。加密区长度上下端分别取、。非加密区还应满足，故箍筋取4Φ8@200。其他各层柱箍筋计算结果见表3.35。3.3.8框架梁柱节点核芯区截面抗震验算以第一层中节点为例进行横向节点计算。根据《抗震规范》第6.2.15条规定，对一、二级框架的节点核芯区应进行抗震验算，而三、四级框架节点核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求。对于纵横向框架共同具有的节点，可以按各自方向分别进行计算。(1)节点核芯区剪力设计值对二级框架，节点核芯区的剪力设计值按下列公式计算：83 式中、－考虑地震作用组合的框架节点左、右两侧的梁端弯矩设计值；框架柱箍筋数量计算表表3.35柱层次()()加密区非加密区实配箍筋()(%)实配箍筋边柱5层75.06<557.720.0494Φ8@100(2.01)1.1504Φ8@1502～4层177.03<557.720.9004Φ8@100(2.01)1.1504Φ8@1501层196.17<888.150.3654Φ8@100(2.01)0.8944Φ8@150中柱5层81.91<557.720.1264Φ8@100(2.01)1.1504Φ8@1502～4层197.88<557.721.3204Φ8@100(2.01)1.1504Φ8@1501层195.33<888.150.5404Φ8@100(2.01)0.8944Φ8@150、－梁的截面有效高度、截面高度，当节点两侧梁高不相同时，取其平均值；－节点上柱和下柱反弯点之间的距离；－梁纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离。由表3.25可得，故(2)节点核芯区截面验算在节点设计中，首先要验算节点截面的限制条件，以防节点截面太小，核芯区混凝土承受过大斜压应力致使节点混凝土先被压碎而破坏。框架梁柱节点核芯区受剪的水平截面应符合下列条件：式中－框架节点核芯区的截面高度，可取验算方向的柱截面高度，即；－框架节点核芯区的截面有效验算宽度，当验算方向的梁截面宽度大于或等于该侧柱截面宽度的一半时，可取；83 －正交梁对节点的约束影响系数：当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的一半，且正交方向梁高度不小于较高框架梁高度的时，可取；当不满足上述约束条件时，应取。由上述定义可取，；；故满足要求。(3)节点核芯区截面抗剪强度验算框架梁柱节点的抗震受剪承载力，应符合下列规定：式中－对应于考虑地震作用组合剪力设计值的节点上柱底部的轴向力设计值：当为压力时，取轴压力设计值的较小值，且当时，取；当为拉力时，取；－核芯区有效验算宽度范围内同一截面验算方向箍筋各肢的全部截面面积。框架节点区域的受剪承载力是由混凝土斜压杆和水平钢筋两部分受剪承载力所组成。因此，上述公式中考虑了轴压力对抗剪能力的提高，但当轴压比大到一定程度后，节点受剪能力不再随轴压比的增加而增加，甚至有所下降。故限制公式中轴压比设计值的取值不应大于；当节点在两个正交方向有梁时，梁对节点区混凝土有一定的约束作用，提高了节点的受剪承载力，在公式中用来考虑这一影响，但对梁截面较小，或只有一个方向有梁的中节点以及边节点、角节点，由于约束作用不明显，均不考虑这一影响。由表3.27查得，设节点核芯区箍筋为4Φ8@100，则，但相差不超过5％，仍满足要求。3.3.9框架梁、柱及节点构造要求83 由于影响地震作用和结构承载力的因素很复杂，在对地震破坏的机理还不十分确定的情况下，对结构的许多方面难以作出准确的计算，因此依据大量的试验分析研究、实际工程经验及震害调查资料，《抗震规范》GB50011-2001和《砼规范》GB50010-2002提出了一系列合理的结构构造措施以保证结构的抗震能力。3.3.9.1框架梁构造要求(1)截面尺寸框架梁的截面尺寸一般由三个条件确定：最小构造截面尺寸要求；截面的抗剪要求；受压区高度的限制。框架梁的截面高度一般按(为梁的计算跨度)估算，且不宜大于净跨。梁截面高度与宽度的比值不宜大于4，同时梁截面宽度不宜小于200mm和(为柱宽)，梁截面的最小尺寸还应满足竖向荷载作用下的刚度要求。为了防止梁发生斜压破坏，保证混凝土具有一定的抗剪承载力和箍筋能够发挥作用，梁截面还应满足抗剪要求，比如考虑地震作用组合的梁，当跨高比时，为了框架梁具有足够的变形能力，梁的受压区高度应满足下列要求：非抗震设计抗震设计一级抗震等级；二、三级抗震等级，且梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动量，而塑性转动量主要与混凝土相对受压区高度有关。试验表明，当时，梁的位移延性系数可达3～4。在计算相对受压区高度时，可考虑受压钢筋的作用。(2)梁的纵向钢筋沿梁全长顶面和底面的纵向配筋，一、二级框架不应少于214，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋率中较大截面面积的；三、四级不应少于212。梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级框架不应小于0.5；二、三级框架不应小于0.3。因梁端部的底面和顶面纵向钢筋量的比值对梁的变形能力有较大影响。一方面梁底面钢筋可以增加负弯矩时塑性转动能力；另一方面，防止正弯矩作用时屈服过早或破坏过重而影响负弯矩作用时，强度和变形能力的正常发挥。考虑到水平力产生的剪力在框架梁总剪力中占的比值很大，且水平力往复作用下梁中剪力反号，反弯点移动等因素，在框架中不采用弯起钢筋，梁中全部剪力由箍筋和混凝土共同承担。在地震反复荷载作用下，梁中纵向钢筋埋入柱节点的相当长度范围内，混凝土83 与钢筋的粘结力易发生破坏，因此，应比非抗震框架的锚固长度大。一、二级框架三级框架式中－纵向受拉钢筋的锚固长度，按《砼规范》第9.3.1条确定。纵向受力钢筋的连接可以分为两类：绑扎搭接；机械连接或焊接。当采用搭接接头时，纵向受拉钢筋的抗震搭接长度应按下列公式计算：式中－纵向受拉钢筋搭接长度修正系数，按《砼规范》第9.4.3条确定。一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的。(3)梁的箍筋箍筋的末端应做成135°弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于箍筋直径的10倍；在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，其间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。梁端设置的第一个箍筋应距框架节点边缘不大于50mm。非加密区的箍筋间距不宜大于梁端加密区箍筋间距的2倍。梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距：一级框架，不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值；二、三级框架，不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值。3.3.9.2框架柱构造要求(1)截面尺寸框架柱截面尺寸一般由三个条件确定：最小构造截面尺寸要求；框架柱轴压比的要求；截面的抗剪要求。根据构造要求，框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，宜采用方柱。柱的剪跨比宜大于2，柱截面高度与宽度的比值不宜大于3。由于短柱的延性较差，容易产生剪切破坏，故框架柱净高与柱截面长边之比不宜小于4。若实际工程中避免不了的短柱，应采用构造措施，提高柱的延性及抗剪能力。当轴力过大时，柱的延性减小，易产生脆性破坏，因此在竖向荷载和地震作用组合下框架柱轴力应满足轴压比的限制。一级框架二级框架三级框架此外，考虑地震作用组合的框架柱截面尺寸还应满足抗剪强度要求：83 (2)柱的纵向钢筋框架柱宜采用对称配筋以适应水平荷载和地震作用正反两向的要求。截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm，柱总配筋率不应大于5％，一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2％。柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。边柱和角柱的纵向钢筋总截面面积应比计算值增加25％。柱纵向钢筋的接头，一、二级框架及三级框架的底层，宜采用机械接头；其他部分可以采用搭接或焊接接头。处于同一连接区段内的纵向受力钢筋接头面积百分率不应超过50％。(3)柱的箍筋箍筋对框架柱的抗震能力至关重要，历次震害表明，箍筋过细，间距太大，构造不合理是框架柱破坏的重要原因。箍筋对柱的核芯区混凝土起着有效的约束作用，提高配筋率可以显著提高受压区混凝土的极限压应变，从而增加柱的延性。框架柱的箍筋有如下构造要求：框架柱箍筋加密区长度，应取柱截面长边尺寸、柱净高的和500mm中的最大值；一、二级框架的角柱沿柱全高加密箍筋；底层柱，柱根不小于柱净高的；当有刚性地面时，除柱端外尚应在刚性地面上下各取500mm。柱箍筋加密区箍筋肢距，一级框架不宜大于200mm；二、三级框架不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋的拉接，以固定其位置，并使纵筋在两个方向都有约束，如图3.23所示。图3.23常用的框架柱箍筋形式箍筋应做135°弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于箍筋直径的10倍。非加密区的箍筋体积配筋率不宜小于加密区的50％；箍筋间距，一、二级框架不应大于10倍纵向钢筋直径，三、四级框架不应大于15倍纵向钢筋直径。在纵向受力钢筋搭接长度范围内的箍筋，其直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，其间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。83 3.3.9.3框架梁柱节点构造要求(1)框架中间层的中间节点处，框架梁的上部纵向钢筋应贯穿中间节点；对一、二级框架，梁的下部纵向钢筋伸入中间节点的锚固长度不应小于，且伸过中心线不应小于5d(图3.24a)。框架中间层的端节点处，当梁上部纵向钢筋用直线锚固方式锚入端节点时，其锚固长度不应小于外，尚应伸入柱中心线不小于5倍梁上部纵向钢筋的直径。当水平直线段锚固长度不足时，梁上部纵筋应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4，弯折后的竖直投影长度取15d(图3.24b)。(2)框架顶层中间节点处，柱纵向钢筋应伸至柱顶。当采用直线锚固方式时，其自梁底边算起的锚固长度应不小于，当直线段锚固长度不足时，该纵筋伸到柱顶后可向内弯折，弯折前的锚固段竖向长度不应小于0.5，弯折后的水平投影长度取12d；当楼盖为现浇混凝土，且板的混凝土强度不低于C20、板厚不小于80mm时，也可向外弯折，弯折后的水平投影长度取12d(图3.24c)。(3)框架顶层端节点处，柱外侧纵筋可沿节点外边和梁上边与梁上部纵筋搭接连接(图3.24d)，搭接长度不应小于1.5。当该柱纵筋位于顶部第一层时，伸至柱内边后，宜向下弯折不小于8d后截断。当梁、柱配筋率较高时，顶层端节点处的上部纵筋和柱外侧纵筋的搭接连接也可沿外边设置(图3.24e)，搭接长度不应小于1.7，其中，柱外侧纵筋应伸至柱顶，并向内弯折，弯折段的水平投影长度不宜小于12d。图3.24纵向受力钢筋在节点区的锚固和搭接根据以上的构造要求，并综合横向框架的计算结果，绘出第轴线横向框架的配筋图，如图3.25所示。83 3.3.10罕遇地震作用下弹塑性变形验算3.3.10.1罕遇地震作用下的楼层剪力仍取轴线的横向框架进行计算。由《抗震规范》表5.1.4-1得，罕遇地震的地震影响系数最大值，多遇地震作用下，其比值为。根据《抗震规范》第5.1.4条规定，计算8度罕遇地震作用时，特征周期比多遇地震作用时增加0.05s，因此，将表3.7中多遇地震的层间剪力乘以，得到罕遇地震作用下的楼层剪力，见表3.36。表中表示轴线横向框架的层间剪力。罕遇地震作用下的楼层剪力表3.36层次多遇地震作用下楼层剪力()罕遇地震作用下楼层剪力()()51675.810363.150.0634657.0243183.519686.760.06341248.1434352.926918.330.06341706.6225183.932057.240.06342032.4315735.035465.240.06322241.4083 图3.25第轴线横向框架的配筋图83 续图3.25第轴线横向框架的配筋图3.3.10.2楼层受剪承载力计算(1)构件实际正截面承载力按框架梁、柱的实际配筋面积及材料强度标准值(柱还包括对应于重力荷载代表值的轴向力)来计算构件端部的实际正截面承载力。下面以框架底层为例进行说明。其中。边跨BC梁：左端上83 下同理得右端上下中间跨CD梁：左(右端)上下边柱：由表3.26得，则底同理得中柱：底其余各层计算结果见图3.26。83 图3.26框架各构件实际正截面承载力()(2)第层柱的相对弹性线刚度式中－标准层柱的线刚度。本设计2~5层为标准层，设其相对线刚度为1，则1层为：(3)楼层受剪承载力计算采用简化的柱底塑性铰法计算。式中、－第层第柱；、－第层及第层的柱的线刚度；底－节点两侧梁端的屈服弯矩之和；－第i层柱的净高。由上式确定楼层的受剪承载力，计算过程见表3.37。楼层受剪承载力计算(kN)表3.37楼层12345边柱B153.64138.40125.70125.70105.61E161.99148.76148.76148.76105.61中柱C192.57188.61176.56175.56127.74D189.42184.69172.00172.00145.39697.62660.46622.02622.02484.35(4)薄弱层弹塑性层间的变形验算由下式计算楼层的屈服强度系数，式中－罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。的计算结果见表3.38。83 楼层屈服强度系数表3.38楼层123450.3110.3250.3640.4980.737再根据下列条件判断薄弱层的位置。就整个结构而言，需要检验的楼层一般不超过2~3处，即满足下列条件的楼层就是薄弱层：对于一般层对于底层对于顶层经过计算选1、2为薄弱层，其弹塑性层间位移结果见表3.39。由表可见，最大层间弹塑性位移角发生在第2层，其,故满足规范要求。弹塑性层间位移验算表3.39楼层()()()()22032.435398837.651.7666.261/5012241.404358051.431.7891.551/52注：薄弱层的弹塑性层间位移按《抗震规范》第5.5.4条计算。3.3.11柱下独立基础设计以轴线的中柱下基础为例说明其设计方法。根据设计条件，粉质粘土层的地基承载力特征值为，混凝土采用C35级，钢筋选用HRB335级。另外，为了便于施工，本设计选用阶梯形基础。由于本设计的框架结构为5层且地基承载力特征值为，根据《基础规范》GB50007-2002表3.0.2规定，可不作地基变形验算。3.3.11.1确定基顶荷载(1)竖向荷载效应的标准组合由表3.27和表3.29可得，(2)与地震作用效应的标准组合83 3.3.11.2确定基础底面积考虑基础宽度和埋置深度，由《基础规范》第5.2.4条对进行修正：由《基础规范》表5.2.4查得，，，故独立基础所需的底面积为，式中－混凝土基础及其台阶上填土的平均重度，通常采用；－基础的埋置深度。因此，考虑偏心荷载的不利影响，加大基础底面积40％，取3.3.11.3验算地基承载力荷载考虑与地震作用效应的标准组合，故偏心距为，则说明地基承载力满足要求，而且选取的基础底面积也是合适的。3.3.11.4确定基础高度基础高度选用，，阶梯高度为，阶梯宽度也为。83 根据《基础规范》第8.2.7条，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力：此时，荷载选用与地震作用效应的基本组合，故由表3.27和表3.29查得，则说明抗冲切足够，分两阶变阶处可不必进行抗冲切验算。3.3.11.5计算基础底板配筋(1)柱边截面基底中心净反力为，柱边截面处的净反力为，故，柱边截面以外基底的平均净反力为，柱边截面处，83 ⅠⅠ(2)变阶截面处变阶处宽度为，变阶截面净反力为，故，变阶截面以外基底的平均反力为，ⅡⅡ选用1112@200，，满足要求。为了便于施工，另一方向也选用1112@200钢筋，基础的模板及配筋图如图3.27所示。限于篇幅，其他基础的配筋计算从略。3.3.12现浇钢筋混凝土楼板设计以标准层的楼板为例进行说明。现浇钢筋混凝土楼板的厚度为120mm，混凝土采用C30级，钢筋采用HPB235级。标准层楼板由于主梁分割成的各区格楼板，其长边与短边之比均小于2，故属于双向板。本设计按弹性理论计算双向板的内力，并进行截面设计。根据不同的支承情况，整个标准层楼盖可以分为A、B、C、D四种区格板，如图3.28所示。83 图3.27中柱基础模板及配筋图图3.28双向板区格布置示意图(1)荷载设计值楼面恒荷载；楼面活荷载。由于活荷载占总荷载的比重较小，故活荷载按满布置考虑，即，(2)计算跨度内跨取，(轴线间距离)83 边跨取，。(3)弯矩计算本设计计算时，混凝土的泊松比取0.2。A区格板：则，，由参考文献7，附录8查得，，其他区格板的弯矩值见表3.40。(4)截面设计截面的有效高度：方向，跨中取，支座取；方向，跨中取，支座取。为了便于计算，近似取，故。截面配筋计算结果及实际配筋见表3.41。按弹性理论计算的各区格板弯矩值表3.40项目ABCD(m)3.533.602.402.40(m)5.935.933.533.600.600.610.680.674.793.751.591.512.091.320.670.72-10.04-7.73-3.32-3.200-7.73-3.32-3.20000-2.42-7.17-5.45-2.42-2.4283 按弹性理论设计的各截面配筋计算表3.41截面()()()实配钢筋实有()跨中A区格方向1004.79240Φ8@200252方向902.09116Φ8@200252B区格方向1003.75188Φ8@200252方向901.3274Φ8@200252C区格方向1001.5980Φ8@200252方向900.6737Φ8@200252D区格方向1001.5176Φ8@200252方向900.7240Φ8@200252支座A－B100-10.04503Φ10@100785B－B100-7.73387Φ10@200393C－D100-2.42121Φ8@200252D－D100-2.42121Φ8@200252A－C100-7.17359Φ10@200393B－D100-5.45273Φ10@200393标准层板配筋示意图见图3.29。图3.29标准层板配筋示意图3.3.13现浇钢筋混凝土板式楼梯设计83 以标准层的两端部板式楼梯为例说明设计过程。混凝土采用C30级，钢筋选用HPB235级，平台梁纵筋采用HRB335级钢筋。踏步尺寸为。(1)梯段板设计板厚取，板倾斜角，，，取1m宽板带计算。，；，则板的水平计算跨度为，选配Φ10@90，，满足要求。分布筋每级踏步1根Φ8。梯段板配筋见图3.30。图3.30梯段板和平台板配筋图(2)平台板设计平台板厚度取，取1m宽板带计算平台板的计算跨度为，83 选配Φ8@180，，满足要求。(3)平台梁设计设平台梁截面尺寸为。平台梁的荷载计算见表3.42。则平台梁荷载计算表3.42荷载种类荷载标准值()恒荷载梁自重梁侧粉刷平台板传来梯段板传来小计17.43活荷载平台梁的计算跨度为，截面按倒∟形计算，，，经判别，属于第一类T形截面，选用220，，满足要求。箍筋配置2Φ6@200，则斜截面受剪承载力为，83 ，满足要求。平台梁的配筋图见图3.31。图3.31平台梁配筋图3.4施工图限于篇幅，本多层框架结构办公楼设计仅以部分建筑、结构图为范例，绘制了建筑首层平面、标准层平面及屋顶平面图；南立面和东立面图；Ⅰ－Ⅰ剖面图，见附录某多层框架结构办公楼建施01～05。结构以结构设计说明、标准层平面和屋顶平面的结构布置与板的配筋、梁与柱配筋、柱下独立基础配筋以及板式楼梯配筋图，见附录某多层框架结构办公楼结施01～06。在建筑施工图的绘图中，综合运用房屋建筑学和结构分析计算的概念，考虑建筑物总体规划的要求，合理的进行了建筑平面设计和立面设计，达到了实用与艺术相统一的良好效果，与周围的建筑协调一致。对建筑防火采取了有效措施，满足防火规范的要求。建筑施工图表达清楚，符合规范要求。本毕业设计是某多层框架结构办公楼设计，重点在结构设计。框架结构体系能很好的满足办公楼建筑功能的要求，结构布置简洁合理，结构计算过程思路清晰，选用计算设计方法合适。对框架结构的设计，重点进行了框架柱侧移刚度计算和结构的侧移验算；进行了风荷载、水平地震作用以及竖向荷载的计算，并进行了各种荷载作用下的内力计算与组合；进行了框架梁、柱、节点以及柱下独立基础的抗震设计；进行了罕遇地震作用下的弹塑性变形验算；还进行了钢筋混凝土楼板和板式楼梯的设计。结构设计计算过程中所采用的假定与指标符合相关规范的要求，而且结构施工图设计重点突出，表达清楚，均符合有关结构设计规范的要求，达到了土木工程专业本科毕业生设计的目的。参考文献[1]中华人民共和国国家标准，建筑结构荷载规范(GB50009-2001)，北京：中国建筑工业出版社，2002[2]中华人民共和国国家标准，混凝土结构设计规范(GB50010-2002),北京：中国建筑工业出版社，2002[3]中华人民共和国国家标准，建筑抗震设计规范(GB50011-2001),北京：中国建筑工业出版社，2001[4]中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),北京：中国建筑工业出版社，2001[5]中华人民共和国行业标准，高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002),北京：中国建筑工业出版社，2002[6]中华人民共和国国家标准，高层民用建筑设计防火规范(GB50045-1995),2001年版，北京：中国计划出版社，2001[7]东南大学等合编，混凝土结构，上、中册(第二版)，北京：中国建筑工业出版社，2003[8]赵西安，钢筋混凝土高层建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社，1992[9]龚思礼主编，建筑抗震设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1994[10]梁兴文等主编，土木工程专业毕业设计指导，北京：科学出版社，2002[11]沈蒲生等主编，高等学校建筑工程专业毕业设计指导，北京：中国建筑工业出版社，200083 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