钢筋混凝土框架结构毕业设计指导书4.6

钢筋混凝土框架结构毕业设计指导书

一、 结构选型

（一）按施工方法选择

结构选型是个综合性问题，需明确各类结构型式的优缺点、应用范围、结构布置原则和大致的构造尺寸等，调查研究，综合分析，结合具体建设条件考虑，从而做出最终的选定。

具体内容包括：合理选用结构材料、选择结构受力体系。

钢筋混凝土框架结构按照施工方法的不同，分为装配式、装配整体式和现浇式三种。 1．装配式框架结构

全部构件为预制，通过构件吊装，节点焊接，形成框架结构。由于大量采用预制构件，可节约模板，缩短工期，但连接节点的用钢量大。尤其在荷载大、振动大，要求框架有较大刚度时，节点构造较难处理。因此，这种形式较少采用。 2．装配整体式框架结构

部分预制，部分现浇(后浇)，通过迭合梁的后浇混凝土使梁柱形成整体框架。它与装配式框架比较，节点构造简单，用钢量和焊接工作量少，吊装方便．抗震性能较好，但其现场施工工序较多，节点施工要求较高，工期较长。这种形式的框架，兼有装配式与现浇式的优点，在楼面荷载较大的工业厂房中，应用颇多。 3．现浇式框架结构

全部构件在现场整体浇注．其整体性和抗震性能好，能较好地满足使用要求，但模板较多，工期较长。随着组合式钢模的应用、滑模施工技术的发展，现浇式框架结构的应用日益增多。在毕业设计中，要求采用现浇式钢筋混凝土框架结构。

(a) 框架结构 (b)框架的负荷范围

(c) 横向框架 (d)纵向框架

图1 框架结构示意图

（二）按承重方式选型

框架结构按承重方式可分为横向承重方案、纵向承重方案、纵横向混合承重方案。 1．横向承重方案

由房屋的横向框架梁直接承受竖向的楼面荷载，横梁截面尺寸较大，框架横向刚度也较大；对加强房屋横向刚度有利，但使房内净空有所减小。这种承重方案纵向仅设置连系梁，故只需对横向框架进行结构计算。 2．纵向承重方案

由房屋的纵向框架梁直接承受竖向的楼面荷载，纵梁截面尺寸较大，横向仅设置截面尺寸较小的连系梁，故房屋的横向刚度较差。但截面尺寸较大的纵向框架梁不影响房间室内的净空，可取得较好的使用效果，又能加强纵向的整体刚度，对纵向的地基不均匀沉降也有利。这种承重方案只需对纵向框架进行结构计算。 3．纵横向混合承重方案

由纵横两个方向的框架梁承受竖向的楼面荷载，具有前述两种承重方案的优点，并能减轻它们各自的缺点。这种承重方案，原则上纵、横两个方向均应按框架进行结构计算，框架柱为双向偏心受压构件。但是，当纵向框架梁柱线刚度比大于3，且纵向柱列较多时，纵向框架梁可近似按连续梁计算，相应地横向框架柱也可近似按单向偏心受压构件计算。

对于有抗震要求的结构，不管选用哪种承重方案，纵、横两个方向均应按框架结构设计。 （三）其它结构构件选型

在框架结构中，除了确定主体结构—框架的型式之外，还应合理地选择屋面(包括天沟)、各层楼面、楼梯、阳台、雨篷、门窗过梁、基础梁、基础等结构构件的类型。 1．屋面结构

一般情况下屋面可采用预制铺板(如预应力空心板)作为其承重结构。对防水要求较高的屋面宜采用现浇钢筋混凝土屋面。屋面的天沟，在多层房屋中通常采用钢筋混凝土现浇天沟。 2．楼面结构

一般情况下可采用预制铺板(如预应力空心板)作为楼面承重结构。对防水要求较高的楼面(如厨房、厕所的楼面)，开洞较多和形状不规则的楼面以及对房屋整体性要求较高时，应采用钢筋混凝土现浇楼面。使用荷载较大的工业楼面宜采用钢筋混凝土装配整体式楼面。 3．楼梯结构

在钢筋混凝土现浇框架结构中，楼梯亦采用钢筋混凝土现浇楼梯。楼梯梯段水平投影跨度在3m以内时，可采用板式楼梯。当跨度超过3m时，采用梁式楼梯较为经济。梁式楼梯可做成双梁式(截面为Л形或双T形)和单梁式(截面为单T形)两种。前者用于较宽的楼梯，后者用于较窄的楼梯。截面为双T形的楼梯由于斜梁内收而显得较为轻巧，在工程中采用较多。在非地震区，宽度较小的楼梯也可以采用悬臂楼梯。 4．阳台结构

平面形状规则的阳台结构，一般由框架挑梁及其上的预制板组成。平面形状不规则的异形阳台则宜采用现浇的钢筋混凝土梁板结构。 5．雨篷结构

雨篷结构一般为现浇。悬挑较小的雨篷，可直接从钢筋混凝土梁上挑出。当悬挑较大时，宜做成梁肋朝上的梁板结构。 6．过梁

当跨度不超过1.8m时，可采用砖砌平拱过梁；当跨度不超过2.0m时，可采用钢筋砖过梁；当门窗之上需设雨篷或跨度较大(超过2.0m，或有较大振动荷载以及可能产生不均匀沉降的房屋应采用钢筋混凝土过梁。带雨篷的或跨度较大的钢筋混凝土过梁通常采用现浇。 7．基础粱

当墙下基础持力层较深，土质较差时，为避免墙基埋置过深，宜在框架柱之间的墙下设置钢筋

混凝土基础梁。其顶面常在室外地坪线以上，室内地面以下50mm处。在多层框架结构中基础梁以采用现浇为宜。 9．基础

当基础的持力层不太深(4m以内)，地基承载力较高(200kN／m2以上)，通常采用钢筋混凝土柱下单独基础。对于填土层较厚，持力层较深的情况宜采用桩基，其上做承台梁(相当于条形基础)或承台板(相当于单独基础)。在多层框架结构中，当荷载较大，地基承载力差，采用单独基础不能满足要求时，应采用条形或十字交叉的条形基础。在高层框架结构中，当地质条件较差，采用条基或十字交叉条基不能满足要求时，应采用钢筋混凝土片筏基础(倒置的梁板结构)、箱形基础或桩—筏基础。

结构选型应考虑建筑要求和施工条件等，在方案阶段或扩大初步设计阶段进行。

二 结构布置

（一）结构布置的一般原则及其注意事项

结构布置包括结构平面布置和结构剖面布置。对于一般楼面标高变化不大的房屋，可只作结构平面布置，如屋面、各层楼面(包括门窗过梁)及基础(包括基础梁)等结构平面布置。对于同一层楼面标高变化较大的房屋，梁、板的标高较为复杂，尚应进行结构剖面布置，显示结构构件空间位置的相互关系。

结构布置应在建筑平面、立面和剖面确定之后进行，且上一层的结构应在下一层建筑平面图上布置。如：二楼楼面结构(包括楼面梁、板以及阳台、雨篷和过梁)在一层建筑平面图上布置。

结构布置图是结构设计的纲目。它不仅是结构工程师估算结构设计工作量、确定结构计算简图进行荷载计算的依据，它也是利用空间程序(如TBSA程序)直接进行电算的主要依据。此外，结构布置图也是施工人员了解结构总体布置、结构构件类型及其平面和空间位置的主要根据。在结构设计中，结构布置一般应由设计经验较为丰富的结构工程师担任。较为复杂的结构布置图，应经过高级工程师审查通过后，再进行下一步的工作。 在进行结构布置时，应注意以下几点：

1．既满足建筑功能要求，又要使结构合理、受力明确。如柱网的尺寸，从建筑角度来讲，柱网间距(主梁和次梁的跨度)愈大愈好，但结构上却不宜过大，主梁的跨度一般为5~8m，次梁为4~7m，若采用预应力混凝土粱，跨度一般可达12m。 2．尽可能均匀对称布置，以减少构件类型。

3．非承重隔墙宜采用轻质材料，以减轻房屋自重。

4．考虑是否需要设置变形缝(伸缩缝或沉降缝)，对于有保温、隔热屋面的房屋，当采用钢筋混凝土现浇式框架结构时，其伸缩缝的最大间距为55m，房屋的长度若超过55m，则应在其中部设置伸缩缝一道。当屋面未采用保温或隔热措施时，最大伸缩缝的间距应减小为35m。位于气候干燥以及夏季炎热且暴雨频繁地区的框架结构，还要适当减小伸缩缝的间距。 在房屋的下列部位宜设置沉降缝： (1) 建筑平面的转折部位；

(2) 高度差异(或荷载差异)较大处； (3) 地基土的压缩性有显著差异处； (4) 建筑结构(或基础)类型不同处； (5) 分期建造房屋的交界处；

(6) 过长的钢筋混凝土框架结构的适当部位，此时宜将伸缩缝与沉降缝合并设置。

（二）结构布置图的内容和要求 1．结构布置图的基本要求

结构布置图的基本要求是，要标明各类结构构件的平面位置、空间标高及其编号。框架、楼梯、

阳台等结构构件的名称可以用编号代替。通常在楼面结构布置图中不必绘出楼梯、阳台等结构详细的结构布置(如楼梯不必绘出各楼梯梁和楼梯板的布置)。为简化结构布置图，梁(或框架梁)按投影规则可用双虚线、双实线或一条虚线一条实线表示、也可简化为粗的点画线表示。伸出楼面或屋面的柱用涂黑的方块或圆表示，否则用粗虚线组成的组成的矩形或圆形表示。现浇板和预制板均可用细实线表示其同类板的布置范围。结构构件的平面位置由离房屋墙、柱轴线的距离（尺寸）确定，其空间位置则可由其标高(一般梁标注梁底标高，板标注板顶标高)确定。 2．结构构件的代号

常用构件代号如下：

框架—KJ，通常按轴线编号，如KJ一①、KJ一②、?，也有按类型编号的，如KJ1、KJ2、?。屋面与各层楼面结构布置图在同一轴线处应采用同一框架编号。

楼梯一T，各层楼面结构布置图中的同一楼梯间应采用同一楼梯编号。 阳台—YT。 雨篷—YP。 屋面梁—WL。

楼面梁—nL，n代表楼层数。如二楼楼面梁的编号为2L-1、2L-2、．．．，标准层楼面梁的编号为bL-1、bL-2、．．．。

过梁—GL。 连系梁—LL。 基础粱—JL。

现浇板一nXJB，n代表楼层数；标准层现浇板的代号为bXJB。

预应力空心板一YKB，如湖南省省标XG107中YKB1340和YKB2340，脚标“1”表示板宽为600mm，脚标”2”表示板宽为500mm。“340”前面一位数字“3”表示楼面活荷载标准值为3kN/m2， 后面两位数字“40”表示板长为4m。如板的实际长度为3.9m，仍可选用YKB1340 (即仍按板长为4m的配筋)，但要注明板长L＝3900mm。也有的标准图在代号“YKB”后面用数字依次表示板的标志长度、宽度以及荷载等级。

非预应力空心板一KB。

预制平板一PB，也有的标准图用“B”作为预制平板的代号。 天沟—TG。 基础—J。

柱一Z，这里是指独立柱，而非框架中的柱。 （三）结构布置图的具体内容 1．基础结构布置图

基础结构平面布置图上的主要结构构件有：钢筋混凝土基础、基础梁或自承重墙下基础。这些构件的平面和空间位置、编号及其表示方法如图所示。对于不设基础梁的情况，一般应绘出自承重墙下基础的剖面。

在沉降缝部位，有时还设有挑梁(代号TL)。对于地质条件较差的情况，还可能设置地基圈梁(代

（a）设置基础梁 （b）未设置基础梁

图2基础结构布置图示意

2．楼面结构布置图

楼面结构布置图的主要结构构件有：框架、楼面梁、楼面板、楼梯、雨篷、阳台等。其中下一层楼的雨篷在相邻上一层楼楼面结构布置图上表示(如一楼的雨篷在二楼楼面结构布置图上表示)。这些构件的平面和空间位置、编号及其表示方法如图所示。

预制板的布板范围应从柱边算起，如柱的截面尺寸b×h＝300mm×500mm，横向柱距为6.9m，则在两轴线之间的布板范围为6.9—0.5＝6.4m，因此，可布置8块宽度为500mm的预应力混凝土空心板YKB2—336，以及4块宽度为600mm的预应力混凝土空心板YKB1—336。若预制板搁置于梁顶，则板的设计长度为3600mm(预制时的实际长度为3590mm)。若预制板搁置于十字形梁的梁耳(梁宽为250mm)上，则板的设计长度为3600—250＝3350mm。此时，在图上应注明板的设计长度L＝3350mm。楼面结构布置图中，框架柱一般均穿过楼面，故应涂黑。对于个别情况(如顶层为会议厅)，柱不穿过楼面时，则应用粗的虚线表示。

3．设有电梯间的多层房屋，电梯间的筒壁将穿过露面，故在楼面结构布置图中用空洞表示的电梯间。

图3 楼面结构布置图示意

4．屋面结构布置图

屋面结构布置图上的主要结构构件有：框架(梁和柱)、屋面梁、屋面板、天沟、挑檐梁等构件，这些构件的平面和空间位置、编号及其表示方法如图示，与楼面结构布置图不同的是：

①对多层房屋一般应采用有组织排水，故要布置天沟(内天沟或外天沟)。如果采用无组织排水，则应将屋面板挑出墙面形成屋檐，或设挑檐梁，在其上搁板形成屋檐。

②为排水起见，屋面结构布置图上应表示排水方向，当双坡排水时，应画出屋脊线。

③屋面结构布置图中，由于框架柱一般不会伸出屋面，故框架柱应用虚线表示。但是，如果需要框架柱伸出屋面(如准备后期加层)时，框架柱应用涂黑的截面表示。

④当预制扳搁置于梁、柱顶面时，板的布置不受柱的限制，布板范围按柱的轴线间距考虑。若板搁置于十字梁(或花篮梁)的梁耳上，布板范围与楼面结构布置图相同。

图4 屋面结构布置图示意

5．门窗过梁结构布置图

对于门窗过梁较少的房屋，可结合在各层楼面和屋面结构布置图中表示过梁的位置和编号。对于门窗过梁较多以及结构较为复杂的房屋，为清楚起见，宜根据建筑平面图另行绘出门窗过梁的结构布置图。不同楼层中的门窗过梁，可用标注梁底标高予以区别。

在结构布置图中，凡是预制构件，不管是自行设计还是采用标准图，要求列出预制构件一览表。

三、 框架结构计算

框架结构计算包括确定计算简图，各种荷载计算，框架内力分析及组合，以及框架梁和柱的截面配筋计算。

（一）确定框架计算简图

通常情况下可假定实际结构的各框架柱均嵌固于基础顶面，而框架梁与柱为刚接。计算简图如图所示；图中梁的跨度等于柱截面形心轴线之间的距离。如遇各层柱的截面尺寸发生变化时，为安全起见，可取梁跨度等于顶层柱截面形心轴线之间的距离。框架简图中的柱高，按弹性理论计算时，底层柱的柱高应从基顶算至二楼楼面梁截面形心轴线，其余各层的柱高应从梁的截面形心轴线算至相邻粱的截面形心轴线。在实际设计时，为计算方便，简图中底层柱的柱高从基顶算至二楼楼面板

底(现浇楼面算至板顶)，其余各层的柱高则从板底算至相邻层的板底(即层高)。

当顶层为大空间的会议厅，需采用屋架作为顶层的框架横粱时，通常屋架与框架柱为铰接，故其计算简图如图所示。

装配整体式框架还应考虑在施工阶段可能出现的各种梁、柱为铰接的计算简图。

多层框架为超静定结构。因此，在内力计算前，要预先估算框架梁、柱的截面尺寸，以求得框架中各杆件(梁和柱)的线刚度。

i?ECI (1) l 式中Ec —— 混凝土的弹性模量

l —— 杆件(梁或柱)的长度(跨度或高度)

I —— 根据截面形状和尺寸算得的截面惯性矩

图5 框架结构的计算简图示意

对于框架梁，一般先用高跨比和宽高比初定截面尺寸：

单跨框架梁 h＝(1/10~l/12) l 多跨框架粱 h＝(1/12~l/16) l 单跨或多跨框架梁 b＝(1/2~1/3)h 然后用经验系数估算梁中最大弯矩：

不加腋框架梁 Mmax＝(0.6~0.8)M0。 加腋框架梁 Mmax＝(0.4~0.6)M0。 框架梁(加腋和不加腋) Vmax=V0。

式中，M0，V0分别为在恒荷载和活荷载共同作用下简支梁跨中弯矩及支座剪力设计值。 最后，按下式进行验算：

2 Mmax ≤?maxfcbh0 (2)

式中，

?max??b(1?0.5?b)

Vmax?0.25fcbh0 (3)

若验算符合（1）和（2）式的要求，截面尺寸满足要求，否则加大截面尺寸。

梁的截面高度一般为400、450、500、550、600、650、700、800、900、1000。梁的截面宽度一般为200、250、300、350mm。

对于框架柱，可先按底层柱高的1/15估计柱的短边边长b，再取长边边长h=(1~1.5)b。据此，对以轴向力为主的框架柱，可按下式验算截面尺寸。

Ac?bh?(1.25~1.45)Nmax/(fc?0.03fy') （4）

式中，系数1.25~1.45对边柱取较大值，对内柱可取较小值；对矩形柱取较大值，对方形柱可取较小值；对于抗震框架柱轴压比N/fcbh还应满足轴压比限值的要求。Nmax是按受荷载范围(面积)计算的基顶处最大轴向力设计值。

当风荷载影响较大时，由风荷载引起的弯矩可近似地按下式估算：

M?(?W/n)(H1/2) （5）

式中

?W——作用在框架上的风荷载(包括风压力和风吸力)的总和。

H1——底层柱的柱高。 n——底层柱的根数。

用上式计算的M，并取N＝Nmax，按偏心受压构件对初定的截面尺寸进行验算，检查配筋率是否过大或过小，以决定是否修改初定的截面尺寸。

方形柱截面尺寸一般为300mm×300 mm、350 mm×350 mm、400 mm×400 mm、500 mm×500 mm、600 mm×600 mm；矩形柱截面尺寸一般为300 mm×400 mm、300 mm×450 mm、300 mm × 500 mm、300 mm×500 mm、400 mm×600 mm、500 mm×700 mm、600 mm×800mm。

由式(4)可知，提高混凝土强度等级对减小柱的截面尺寸及配筋量有重要作用。

梁、柱截面尺寸初定之后，即可按式(1)计算各杆的线刚度i。对于框架梁，考虑框架所处的位置(边框架或中间框架)以及楼盖结构的形式(装配式、装配整体式或现浇式)的不同，其截面惯性矩I可按下列规定取值：

(1) 装配式楼盖，即预制铺板楼盖 I=I0

(2) 装配整体式楼盖，中间框架I=1.5I0 ；边框架I=1.2I0 (3) 现浇楼盖，中间框架I=2I0 ；边框架I=1.5I0

以上式中I0按矩形截面b×h计算的惯性矩。

(a) 装配式楼盖

(b) 装配整体式楼盖

(c) 现浇楼盖

图6 框架梁与楼板连接构造示意图

（二）框架受荷总图及各种荷载的计算

绘出框架受荷总图并算出作用在框架上的各种荷载，是结构设计中非常重要的一个内容。它既可作为电算输人数据，也可作为手算的依据，亦便于检查是否遗漏荷载。图5所示的框架，其受荷总图如图7所示。

图7 框架受荷总图

图中WwW3W2分别为作用于框架屋面梁、三楼楼面梁及二楼楼面梁处的集中风荷载的设计值(实际上沿框架柱作用的为分布荷载)，如果女儿墙的高度为H4，对于多层框架结构，可由受风面积、基本风压w0、活荷载分项系数、体型系数并考虑风压高度变化系数μz按下列公式计算：

WW??Q?S?Zw0s(H4?0.5H3) （6a） W3??Q?S?Zw0s(H3?H2)/2 (6b) W2??Q?S?Zw0s(H2?H1)/2 (6c)

式中 w0 ——基本风压标准值 s ——框架柱的间距。

?z——风压高度变化系数，

?S——体型系数

GWA、GWB、GWC和QWA、QWB、QWC分别为屋面纵向梁传来的集中恒荷载和活荷载设计值．可根据屋面结构布置、屋面建筑构造、荷载规范等资料，按由板到次梁、由次梁到主梁(纵向梁)的传力路线，以及采用简支传力的假定进行计算。如果框架为横向承重方案，该纵向梁不承受楼面活荷载，QWA、QWB、QWC均为零。 G3A、G3B、G3C和Q3A、Q3B、Q3C以及G2A、G2B、G2C和Q2A、Q2B、Q2C分别为由三楼和二楼纵向梁传来的恒荷载和活荷载的设计值，可根据楼面结构布置、楼面建筑构造以及荷载规范等资料，按上述同样的传力路线和假定进行计算。如果框架为横向承重方案，纵向楼面梁也不承受楼面活荷载，即：Q3A、Q3B、Q3C、Q2A、Q2B、Q2C均为零。

G1A、G1B、G1C为基础梁传来的集中恒荷载设计值，可根据基础梁的截面尺寸及其上墙体厚度和高度进行计算。这些荷载当基础梁搁置在基础台阶上时仅用于基础的设计。

上述由纵向梁传来的集中荷载，如纵向梁不在柱的截面几何形心轴线上，应考虑集中力偏心(相对于柱的截面形心线)的影响。

G3AZ 、G3BZ 、G3CZ 、G2AZ 、G2BZ 、G2CZ 、G1AZ、G1BZ、G1CZ为各层柱的自重设计值，按柱的截面尺寸和柱高进行计算、它们沿各层柱的截面几何形心轴线作用于该层柱底。

gWAB、gWBC、g3AB、g3BC、g2AB、g2BC以及qWAB、qWBC、q3AB、q3BC、q2AB、q2BC分别为由板传来的，直接作用在框架横梁上的均布恒荷载和活荷载的设计值，按屋面、楼面结构布置和楼面构造、梁的截面尺寸及荷载规范进行计算。当屋面梁为构造找坡时(图5l)，屋面恒荷载可按分跨找坡的平均高度计算。

（三）框架内力计算 1．单独作用的荷载情况

(1) 所有恒荷载同时作用的荷载情况。

(2) 分层分跨单独作用的活荷载，如上述两跨三层框架有2×3＝6种分层分跨单独作用的荷载情况。对于有n跨m层的框架，单独作用的活荷载有n×m种。如楼面和屋面按分层分跨布置荷裁的情况分析内力，计算工作十分繁重。为减少手算工作量，对于一般多层民用建筑，楼面、屋面活荷裁不大，多跨多层框架可按竖向活荷载均满布考虑，即活荷载简化为一种单独作用的荷载情况，但该种情况的梁跨中弯矩应乘以1.1的增大系数。对于活荷载较大的楼面，为简化计算，多跨多层框架可按分跨布置的荷载情况分析内力，即可在同一跨间的各层布置活荷裁作为一种单独作用的荷载情况。这样，对于图5所示框架，楼面、屋面活荷载单独作用的情况由6种减少为2种。对于n跨m层的框架，由n×m种，减少为n种，从而大大减少计算工作量。这种情况下，其内力组合并非最不利，为弥补由此产生的不利影响，可不考虑活荷载折减的有利影响。

(3)风从左向右吹(左风)或风从右向左吹(右风)的单独作用情况 2．利用对称性计算框架结构内力

结构对称、荷载正对称或反对称的框架，为减少计算工作量，可利用其对称性。 3．框架内力的计算方法

（1） 竖向荷载作用下的内力可采用分层法和迭代法。 （2） 水平荷载作用下可采用反弯点法、D值法和迭代法。（具体内容可参见《混凝土结构设计》）

（四）框架内力组合

框架在各种荷载情况下的内力求得后，根据最不利又是最可能的原则，并考虑组合系数，即可求得框架梁、柱各控制截面的最不利内力。 1． 确定控制截面

对于每一跨框架梁至少计算梁的左右支座及跨中的三个截面。对于各层框架柱只需计算上、下端的两个截面。为减少计算工作量，应尽量利用结构的对称性、建筑的标准层以及将受力相差不大的构件进行偏于安全的简化处理。 2．控制截面的内力组

为保证框架安全可靠，需找出梁、柱各控制截面中的最不利内力组。

对于梁要组合出各控制截面的最大正弯矩、最小负弯矩及相应的剪力，最大剪力与相应的弯矩一般则可只对支座截面进行组合。

对于柱的控制截面，需要组合下列四组内力： (1)最大正弯矩Mmax及相应的轴向力N； (2)最小负弯矩Mmin及相应的轴向力N； (3)最大轴向力Nmax及相应的弯矩M； (4)最小轴向力Nmin及相应的弯矩M。

框架柱通常采用对称配筋，故前两组可合并为弯矩绝对值最大的内力组|M|max及相应的轴力N。 3．荷载效应组合

设计框架结构时，应根据使用过程中可能同时产生的荷载效应，对承载力和正常使用两种极限状态分别进行荷载效应组合，并分别取最不利情况进行设计。对于一般框架结构的承载力计算，应考虑下列几种荷载的基本组合： (1) 恒荷载标准值×1.2；

(2) 恒荷载标准值×1.2+屋面(或楼顶)活荷载标准值×1.4； (3) 恒荷载标准值×1.2+风荷载标准值×1.4；

(4) 恒荷载标准值×1.2+0.85×(活荷载标准值+风荷载标准值) ×1.4。

框架梁、柱内力组合可列表进行，对于非抗震的框架，其格式可参考表1和表2。为便于荷载效应的组合，对填入表内梁、柱内力的符号作如下统一规定：

梁中内力符号：弯矩以使梁的下部受拉者为正，反之为负；剪力以绕杆端顺时针旋转者为正，反之为负。柱中内力符号：弯矩以柱左边受拉者为正，反之为负；轴力以受压为正，反之为负。

表1 框架梁内力组合表

层数截面左MVMMV恒载0活11活22??左风????右风Mmax相应的VMmin相应的VVmax相应的M??组合组合组合组合组合组合项目项目项目项目项目项目WL-AB中右

表2 框架柱内力组合表

柱编号截面上MNMN恒载0活11活22????左风??Mmax相应的Mmin相应的|M|max相应N、VM、V的N、V组合组合组合组合组合组合??项目项目项目项目项目项目右风3Z-A下 4．内力组合注意事项

(1) 恒荷载均要考虑，活荷载和风荷载按不利又是可能的原则考虑。

(2) 对于梁的支座截面如不出现正弯矩，则对该截面可不必计算Mmax与相应的V，跨中截面如不出现负弯矩，则可不必计算Mmin与相应的V。 (3) 梁跨中截面的剪力一般不予计算。

(4) 柱的基顶截面要算出与弯矩M或轴力N相应的剪力V，以便设计基础。 (五) 框架梁柱截面配筋计算

框架梁、柱截面配筋应满足承载力的要求，对于梁和e0／h0>0.55的偏心受压柱还应满足裂缝宽度要求。当梁的截面尺寸在常用高跨比范围内时，其挠度一般可不必验算。 1．框架梁的配筋计算

(1) 梁支座截面的配筋可考虑柱的支承宽度的影响，即按支座边缘截面的弯矩计算，其值为： M支＝M - V·b/2

式中：M支——支座边缘截面的弯矩设计值。

M ——支座中线处的组合弯矩设计值。

V ——与M支相应的支座中线处组合剪力设计值。 b ——框架方向柱的截面边长。

(2) 根据最不利内力验算梁的截面尺寸、要求

2

|M|max≤αsmaxfcbh0 Vmax≤0.25fcbh0

当支座截面的弯矩和剪力过大而不满足上述要求时，可进行构造加腋(h支/h中<1.6)，再行验算。 (3) 计算纵向受拉钢筋 (4) 计算箍筋和弯起钢筋 2． 框架柱的配筋计算 (1) 挑选最不利内力组

同一层(或两层)框架柱中，共有6组不利内力组，若一一进行计算，工作十分繁重。为避免不必要的计算，在配筋计算之前，应根据M-N承载力相关曲线的若干特点，从柱上、下截面6组不利内力组中，挑选出1~2组控制配筋的最不利内力组进行计算。对于等截面柱，挑选的原则和方法是：

①弯矩相等或相近，当为小偏心受压时，轴力大者为最不利；当为大偏心受压时，轴力小者为最不利内力组。

②轴力相等或相近，弯矩大者为最不利内力组。

③弯矩与轴力均较大，且为小偏心受压时，为最不利内力组。

④弯矩与轴力一大一小，且为大偏心受压时，轴力小弯矩大者为最不利内力组。 (2)确定柱的计算长度

一般多层房屋的钢筋混凝土框架，其平面内和平面外各层柱的计算长度取为：

表3 框架柱计算长度 楼盖类型 现 浇 式 装 配 式 层 次 底 层 其余各层 底 层 其余各层 计算长度l0 1.0H 1.25H 1.25H 1.5H

(3)计算框架柱的纵向受力钢筋

在框架平面内，各层柱按偏心受压构件计算对称配置在弯矩作用方向两对边的纵向受力钢筋。 在框架平面外，各层柱按轴心受压构件计算沿周边均匀布置的全部纵向钢筋。此时，位于弯矩作用方向两对边的钢筋不应低于按偏心受压构件计算的配筋。此外，纵向钢筋的截面面积还应满足下列构造要求：

5%bh??AS?0.4%bh

各层柱的纵向受力钢筋可列表进行计算。

四、现浇柱下基础设计（详细内容可参见《基础工程》教材） （一）选型

多层多跨钢筋混凝土框架结构柱下基础的类型很多，有柱下单独基础、条形(包括十字交叉)基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。工程中广泛采用的是现浇柱下单独基础。

现浇柱下单独基础有两种基本形式，一种是阶梯形的(图8a)；一种是锥形的(图8b)，前者施工较方便，但混凝土用量稍多；后者施工难度较大，但可减少混凝土用量。工程中，对中、小型基础，采用阶梯形的居多。

(a) (b)

图8 现浇柱下单独基础

(二) 基顶荷载

在内力组合时，已获得框架柱传来的作用于基顶i-i截面的荷载效应基本组合值(简称内力设计值)Mi、Ni、Vi，对于设有基础梁的情况，尚应考虑由基础梁传来的轴向力Nb和相应的偏心弯Nbeb(对于未设置基础梁的基础，则应考虑由基础台阶上的墙体传来的轴向力和相应的偏心弯距)。于是作用在基顶的荷载(内力)设计值为：

M=Mi+Nbeb

N=Ni+Nb V=Vi

由于柱传来的内力有三组，故作用于基础顶面的荷载也有三组，应选最不利者进行设计。当验算地基变形时，采用上述作用于基顶的内力长期值；而计算地基承载力、确定基础的高度和基底的配筋时，采用基顶内力设计值。 (三) 确定基底的外形尺寸 1．试算法

(1) 求基底面积 A?a?b?(1.2~1.4)Nmax

f??md(2) 假定边长比

??a/b?1.0~1.5

(3) 根据地基允许承载力的条件，可求得沿垂直于弯矩作用方向的边长b以及沿弯矩作用方向的边长a，即

b?Nmaxf??md

a??b(4) 验算地基承载力

pmax?1.2fpm?f

为使基础与地基全部接触，一般还要求pmin?0 以上式中 pmax?NM?Vh???md AWNM?Vhpmin????md

AWNpm???md

Af—— 地基承载力设计值。

H —— 基础高度，由构造要求初定，对于现浇柱下基础h＞la，la为柱中纵向受力钢筋的锚固长度。

?m—— 基础自重设计值及其台阶上回填土自重标准值的平均重力密度，设计时可近似取?m＝

20kN／m3。

D —— 基础底面的埋置深度，等于基础高度加基顶埋深，基顶埋深(从室内地面)算起通常可取500mm，同时应满足基底置于持力层的要求。 A —— 基础底面面积，A?a?b。 W —— 基础底面截面抵抗矩，W?12ab。 6

验算如不满足，则需增大基底尺寸，直到满足要求。 2．合理外形直接计算法 （1）拟定基础底面尺寸

A?Nk,maxfa?rmd 适当放大，取值A

（2）计算基底压力及验算地基承载力

Gk?rmdA12 W?lb6e=Pk,maxN?GkM6e；=(1?)?fa/kN

N?GkPk,minbll(四) 确定基础高度

按构造要求初估的基础高度是否合适，在基底尺寸确定之后，应进行抗冲切承载力验算，其条件对矩形截面柱的矩形基础，在柱与基础交接处以及基础变阶处为： 设截面有效高度为h0

labbAl?(?s?h0)b?(?c?h0)2 2222Am?(bc?h0)h0冲切力设计值：PmaxAl 抗冲切力：0.7?hpftAm 阶底对基础抗冲切验算：

llbbAl?(?1?h01)b?(?1?h01)2 2222Am?(b1?h01)h01冲切力设计值：PmaxAl 抗冲切力：0.7?hpftAm 得到基础高度满足要求。

图9

(五) 计算基底的配筋

1． 沿弯矩作用方向的钢筋

Ⅰ-Ⅰ截面处柱边地基净反力：

P?=Pmin?L?ac(Pmax?Pmin) 2LⅠ-Ⅰ截面处弯矩：

M??1Pmax?P?()(L?ac)2(2b?bc) 242As1?M1

0.9fyh0Ⅲ-Ⅲ截面处柱边地基净反力

PⅢ?Pmin?L?L1(Pmax?Pmin) 2LⅢ-Ⅲ截面处弯矩

MⅢ?1Pmax?P?()(L?L1)2(2b?b1) 242

AM1sⅢ?0.9f

yh02． 沿垂直于弯矩作用方向的钢筋

II-II截面处的弯矩

M124(Pmax?PminII?2)(b?bc)2(2l?ac) IV-IV截面处弯矩

M1II?24(Pmax?Pmin2)(b?b21)(2L?L1) A1sⅣ?M0.9f

yh0图10

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