框架结构毕业设计指导书

1毕业设计指导书(框架结构)毕业设计计算书是毕业设计的主要成果之一，主要包括整个设计计算过程，按设计计算步骤进行编写，内容包括建筑设计和结构设计。第一部分建筑方案设计主要内容为：根据设计任务书的要求，进行建筑总平面设计和建筑方案设计的思路和设计说明，比如，本案与场地和周围环境的关系，人流、车流、停车场、主次出入口、环境的美化等总平面设计；主要功能房间以及辅助房间的平面布置、面积的确定、门窗大小及位置的确定；水平和垂直交通联系的设计；立面设计等。第二部分结构设计计算密切结合建筑设计进行结构总体布置，确定结构形式、结构材料，使建筑物具有良好的造型和合理的传力路线。进一步通过计算解决结构的安全性、适用性、耐久性，确定结构的构造措施。框架结构抗震设计步骤：开始确定结构方案与结构布置初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数竖向荷载计算计算结构自振周期及振型计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用不满足多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算满足上述地震作用下结构内力分析竖向荷载作用下内力分析内力组合按组合内力进行梁柱配筋计算基础设计进行重要部位的抗震强度验算2需要作薄弱层变形验算否否不满足按罕遇地震烈度验算薄弱层弹塑性层间位移角或延性构造措施特殊延性构造结束第一步结构平面布置结构体系确定后，进行结构的总体布置，也就是对高度、平面、立面和体型等的选择，除应考虑到建筑使用功能、建筑美学要求外，在结构上应满足强度、刚度和稳定性要求。地震区的建筑，在结构设计时，还应保证建筑物具有良好的抗震性能。设计要达到先进合理，首先取决于清晰合理的概念，而不是仅依靠力学分析来解决。确定结构布置方案的过程就是一个结构概念设计的过程。（一）结构总体布置原则1、控制高宽比在高层建筑中，结构的位移常常成为结构设计的主要控制因素、而且随着建筑高度的增加，倾覆力矩将迅速增大。因此，高层建筑的高宽比不宜过大。一般应满足规范的要求。对于满足规范要求的高层建筑，一般可不进行整体稳定验算和倾覆验算。2、减少平面和竖向布置的不规则性结构平面应尽量设计成规则、对称而简单的形状，使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少因形状不规则产生扭转的可能性。结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变，避免薄弱层。结构上部形成缩小面积的突出部分，这种刚度突变在地震作用下会产生鞭梢效应，要采取特殊的措施加强。3、变形缝的设置在多层与高层建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝，常隔一定距离用温度缝分开；在高层部分和低层部分之间，由于沉降不同，往往由沉降缝分开；建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大，或有错层时，用防震缝分开。温度缝、沉降缝和防震缝将高层建筑划分为若干个结构独立的部分，成为独立的结构单元。（二）框架结构体系布置31、结构布置原则(1)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。(2)控制结构高宽比，以减少水平荷载下的侧移，其高宽比限值见规范。(3)尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。(4)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。2、柱网和层高框架结构的柱网尺寸，即平面框架的柱距(开间)与跨度(进深)和层高，首先要满足生产工艺和其他使用功能的要求，其次是满足建筑平面功能的要求，还要力求做到柱网平面简单规则、受力合理，同时施工方便，有利于装配化、定型化和施工工业化。3、钢筋混凝土承重框架的布置柱网确定后，沿房屋纵横方向布置梁系，形成横向框架和纵向框架，分别承受各自方向上的水平作用。根据承重框架布置方向的不同，框架承重体系可分为三种。(1)横向框架承重方案：横向框架承重方案是在横向上布置主梁，在纵向上设置连系梁。楼板支承在横向框架上，楼面竖向荷载传给横向框架主梁。由于横向框架跨数较少，主梁沿框架横向布置有利于增加房屋横向抗侧移刚度。由于竖向荷载主要通过横梁传递，所以纵向连系梁往往截面尺寸较小，这样有利于建筑物的通风和采光。不利的一面是由于主梁截面尺寸较大，对于给定的净空要求使结构层高增加。(2)纵向框架承重方案；纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。楼面的竖向荷载主要沿纵向传递。由于连系梁截面尺寸较小，这样对于大空间房屋，净空较大，房屋布置灵活。不利的一面是进深尺寸受到板长度的限制，同时房屋的横向刚度较小。(3)纵横向框架混合承重方案：框架在纵横两个方向上均布置主梁。楼板的竖向荷载沿两个方向传递。柱网较大的现浇楼盖，通常布置成井字形式；柱网较小的现浇楼盖，楼板可以不设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，整体性能也较好，通常按空间框架体系进行内力分析。在地震区，考虑到地震方向的随意性以及地震产生的破坏效应较大，因此应按双向承重进行布置。高层建筑承受的水平荷载较大，应设计为双向抗侧力体系，主体结构不4应采用铰接，也不应采用横向为刚接、纵向为铰接的结构体系。（三）、绘出各层结构平面布置图标出柱距等相关尺寸、轴线号，对框架、框架梁、次梁进行编号。第二步、初步选定梁柱截面尺寸及材料强度等级一、初估梁柱截面尺寸（1）框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：梁高h=(1/8～1/12)l，其中l为梁的跨度。梁宽b=(1/2～1/3)h。在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。(2)框架柱截面尺寸：框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。柱截面的宽与高一般取层高的1/15～1/20，同时满足25/0lh、30/0lb，l0为柱计算长度。多层房屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm；高层建筑中，框架柱截面的高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。柱截面高度与宽度之比为1～2。柱净高与截面高度之比宜大于4。为了减少构件类型，简化施工，多层房屋中柱截面沿房屋高度不宜改变。在计算中，还应注意框架柱的截面尺寸应符合规范对剪压比(0/cccchbfV)、剪跨比(cVhM/)、轴压比(cccNhbfN/)限值的要求，如不满足应随时调整截面尺寸，保证柱的延性。抗震设计中柱截面尺寸主要受柱轴压比限值的控制，如以ω表示柱轴压比的限值，则柱截面尺寸可用如下经验公式粗略确定：3210)1.0(cfGnFaA式中；A——柱横截面面积，m2，取方形时边长为a；n——验算截面以上楼层层数；F——验算柱的负荷面积，可根据柱网尺寸确定，m2；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；ω——框架柱最大轴压比限值，一级框架取0.7，二级框架取0.8，三级框架取0.9。5φ——地震及中、边柱的相关调整系数，7度中间柱取1、边柱取1.1，8度中间柱取1.1、边柱取1.2；G——结构单位面积的重量(竖向荷载)，根据经验估算钢筋混凝土高层建筑约为12～18kN／m2。二、梁的计算跨度：以柱形心为准，画图并计算。三、柱高度：底层柱=层高+室内外高差+基础顶面至室外地面的高度。其他层同层高。四、材料强度等级1、混凝土的强度等级：抗震等级为一级的框架梁、柱和节点不宜底于C30，其他各类构件不应底于C20。2、钢筋的强度等级：纵向钢筋宜采用II、III级变形钢筋，箍筋宜采用I、II级钢筋。五、选取计算单元，确定计算框架简图1、画出水平计算简图，标注框架编号（横向为1、2、3-----，纵向为A、B、C---）、框架梁编号（材料、截面和跨度相同的编同一号），确定梁的计算跨度。2、选取计算单元（所需计算的一榀或几榀框架），画出计算简图，标出计算跨度、柱的计算高度，并对柱编号（材料、截面和高度相同的编同一号）。第三步、计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数一、计算各层重力荷载代表值1、屋面竖向恒载：按屋面的做法逐项计算均布荷载×屋面面积；2、屋面竖向活载：屋面雪荷载×屋面面积；3、楼面竖向恒载：按楼面的做法逐项计算均布荷载×楼面面积；4、楼面竖向活载：楼面均布活荷载×楼面面积；5、梁柱自重（包括梁侧、梁底、柱的抹灰）：梁侧、梁底抹灰、柱周抹灰，近似按加大梁宽及柱宽考虑，一般加40mm。容重lhbG)40.0(混凝土容重：25KN/m3梁柱自重可列表，以方便后面的计算。表1梁柱自重计算表6、墙体自重：（包括女儿墙和各种纵横隔墙）6墙体两面抹灰，近似按加厚墙体40mm考虑。墙体容重墙厚）（墙宽墙高40.0G单位面积上墙重量墙体面积黏土砖的容重：19KN/m3同上列表：表2墙体自重计算表7、荷载分层总汇屋面重力荷载代表值Gi=屋面恒载+50%屋面活荷载+纵横梁自重+楼面下半层的柱及纵横墙自重；各楼层重力荷载代表值Gi=楼面恒荷载+50%楼面活荷载+纵横梁自重+楼面上下各半层的柱及纵横墙自重；总重力荷载代表值niiGG1二、刚度参数计算1、梁的线刚度计算：各层梁分别列表计算：（表的形式根据具体情况合理调整）表3框架梁的线刚度计算2、柱的线刚度计算各层柱分别列表计算：表4框架柱的线刚度计算3、横向框架柱的侧移刚度值根据D值法，第i层第j根柱的侧移刚度为：212hkDcij式中，α体现了节点转角的影响，对于框架一般层的边柱与中柱和首层的边柱与中柱的α值详见课本P119表5-4。列表计算：表5横向框架柱的侧移刚度值7第四步、计算横向框架自振周期能量法计算基本周期：niiiniiiuGuGT1122（5-2）式中，ui——把集中在各楼层处的重力荷载代表值Gi视为作用在楼面处的水平力时，按弹性刚度计算得到的结构顶点侧向位移（m）。iimkikiiDVDVu//1（5-4）式中，iV——上述水平力作用下第i层的层间剪力，nikkiGV;iD——第i层柱的侧移刚度之和（前面已算出）。表6能量法计算结构基本周期第五步、计算多遇地震烈度下横向框架的弹性地震作用对满足底部剪力法适用条件的框架结构，可用底部剪力法求解。eqEKGF1)1(1nEKnjjjiiiFHGHGFEKnnFF表7水平地震作用及层间地震剪力计算第六步、多遇烈度地震作用下结构层间弹性变形验算1、层间剪力的计算（课本P119）（上表已算出）nikkiFV（5-12）2、层间弹性变形计算8iiieDVu/3、验算Huee][是否满足。表8地震作用下横向变形验算第七步、上述地震作用下结构内力分析（§5-4）一、求柱端剪力第i层第k根柱子的剪力为inririkiiikikVDDVDDV1（5-14）二、柱的上下端弯矩hyVMijij)1(上yhVMijij下式中，y——为柱子的反弯点高度比，3210yyyyy0y——柱标准反弯点高度比，标准反弯点高度比是各层等高、各跨跨度相等、各层梁和柱线刚度都不改变的多层多跨规则框架在水平荷载作用下求得的反弯点高度比，查表得。1y——上下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值；当某柱的上、下梁线刚度不同，柱上、下节点转角不同时，反弯点位置有变化，应将0y加以修正，修正值为1y。2y、3y——上下层高度变化时反弯点高度比修正值，表9地震作用下框架柱剪力及弯矩计算做出框架柱剪力及弯矩图。三、框架梁端的弯矩根据节点平衡，求梁端弯矩：对于中柱，左、右梁端弯矩可由上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配)下上右左左左（ccbbbbMMkkkM（5-18）9)下上右左右右（ccbbbbMMkkkM（5-19）对边柱节点：下上ccbMMM（5-20）列表计算：表10框架梁端弯矩、剪力及柱轴力计算做出框架梁的弯矩图。四、框架梁端的剪力计算根据框架梁隔离体的平衡条件，梁端弯矩的代数和除以梁的跨度即可得梁端剪力lMMVrblbb（5-21）五、框架柱的轴力计算对于中柱，每个节点左、右梁端剪力之