框架结构设计计算步骤参考.docx
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框架结构设计计算步骤参考
框架结构毕业设计内力计算步骤
（仅供参考，配筋计算不在内）
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
分层计算重力荷载，刚度系数
结构周期计算
地震作用及位移计算
验算是否满足水平位移限值
若不满足，重新选构件尺寸，重新验算，若满足，则继续
地震作用（小震）内力分析
竖向荷载计算
竖向荷载作用下内力分析
内力组合
柱轴压比验算
梁、柱截面配筋计算
是否需要`
若需要进行验算，验算是否满足
若不满足，重新选构件尺寸，若满足，则继续
若不需要薄弱层验算，则继续
延性构造措施
结束
一．进行结构方案比较，选定结构方案，进行结构布置
1.结构选型：
在建筑设计的基础上，从抗震要求方面、房屋总高度、层数、柱最大间距等，说明为何选用框架结构，而不采用框剪结构、内框架结构、剪力墙结构以及砖混结构。
2.楼盖结构方案比较：
确定承重方案，进行结构布置，比较选用现浇板及预制板的不同点，画出三种以上结构平面布置草图，比较后全组共同确定一种方案，画出结构平面布置图，进行编号对框架负载面积基本相同的编同一个号：
“KJ-X”；连续梁用“L-X”表示；现浇板用“B-X”表示；构造柱用“GZ-X”表示；预制板放在选板后再补画，其他见结构参考图。
二．初步选择梁柱截面尺寸及材料强度等级
1．确定梁柱剪力墙截面尺寸
（1）梁
1）框架梁：
按抗震要求：
荷载大（一般指活荷大或负荷面积大），取大值。
2）连续梁：
另外，确定梁宽时，尽量与填充墙厚度相同，可使室内不见梁棱角，纵向框架梁还要考虑下皮最好与窗上口标高相同，以免再设过梁。
（2）现浇板及预制板
现浇板厚：
工业建筑：
连续单向板：
；双向板：
；
（3）柱截面尺寸：
柱净高与截面高度之比
；
截面积
；式中N为首层柱根估算轴力设计值，计算方法如下：
对于中柱与边柱，分别找出负荷面积最大的柱，算出一层楼面的面荷载，假设屋面荷载同楼面荷载，用此荷载乘以层数再乘以负荷面积，即为所求N。
柱自重略去不计，各层Ac宜相同。
2．确定材料强度等级
钢筋：
按抗震要求，确定纵筋与箍筋级别；
混凝土：
按抗震要求，并考虑现浇板砼质量，经济确定砼强度等级，考虑首层较高，变形较大，可适当提高砼强度等级。
三．分层计算重力荷载代表值
1.确定地震作用计算简图
首层计算高度：
取基础顶面至首层楼板顶面标高之间距离；其他层取层高。
2.计算重力荷载代表值
重力荷载代表值包括：
楼（屋）面自重标准值；上下各半层窗、墙高标准值；50%楼面活荷载；50%雪荷载。
（查《GB50011-2001》第5.1.3条）
首层墙自重按室外地坪至板顶标高之半计算；板墙自重先求出面荷载，再求总重；梁柱可先求出每米长自重，再求总重。
1）板：
每平方米上的荷载
屋面：
恒载钢筋混凝土板厚×25=kN/m2
保温层厚×容重=kN/m2
防水层=kN/m2
抹灰厚×20=kN/m2
………………
恒载小计kN/m2
活载雪载S=ΜS0=1.0×0.4kN/m2
使用荷载不与活载组合0.5kN/m2
………………
活载小计kN/m2
楼面
（1）
楼面
（2）
………………
2）梁：
b1×h1×2.5+（b1+2h1）×2.0=kN/m（包括抹灰重）
b2×h2×2.5+（b2+2h2）×2.0=kN/m（包括抹灰重）
………………
3）柱：
b1×h1×2.5+2（b1+h1）×2.0=kN/m（包括抹灰重）
b2×h2×2.5+2（b2+h2）×2.0=kN/m（包括抹灰重）
………………
4）墙：
300混凝土空心砖外墙kN/m2（包括内外抹灰）
200混凝土空心砖内隔墙kN/m2（包括两面抹灰）
………………
四．框架刚度计算
（一）框架刚度计算
1梁柱线刚度计算
梁的线刚度计算
层号
截面
b×h
（m2）
梁跨度
l
（m）
截面惯性矩
I0=bh3/12
（m4）
砼强度E
边框架梁
中框架梁
惯性矩
Ib=1.5I0（m4）
Kb=EIb/l
（kN•m）
惯性矩
Ib=2.0I0（m4）
Kb=EIb/l
（kN•m）
柱的线刚度计算
层
次
柱
号
混凝土强度等级
柱截面
B×h（m2）
层高
H（m）
惯性矩
IC（m4）
线刚度
KC=EIC/h（kN•m）
2柱抗侧移刚度D值计算
按层高、混凝土强度、柱截面将楼层划分为几个标准层，分别计算每一楼层柱的抗侧移刚度。
首层柱抗侧刚度：
柱编号
柱根数n
楼层Di
中柱
边柱
标准层柱抗推刚度：
柱编号
柱根数n
楼层Di
中柱
边柱
∑D=根数1×D1值+根数2×D2+根数3×D3+根数4×D4+根数5×D5
五．框架自振周期的计算：
1．顶点位移法
按剪切型震动由顶点位移法确定自振周期，将Gi看作水平作用后求出层间剪力，除以楼层刚度，得到层间相对位移及顶点位移Δ，并考虑折减系数0.6、0.7。
层次
Gi（kN）
∑Gi（kN）
Di
Δi-Δi-1=∑Gi/D（m）
ΔG（m）
6
5
4
3
2
1
2．经验公式
六．横向地震作用计算：
底部剪力法：
按地震作用7度（0.15g），
类场地，设计地震分组按一组，则Tg=0.35,αmax=0.12,
采用底部剪力法计算，结构总水平地震作用标准值为：
作用在第i质点上的水平地震作用标准值：
顶点附加地震作用：
（
作用在主体的顶层，若T1>1.4Tg时，就要考虑
）
突出屋面的第6层上的剪力：
V5=3F5
（放大倍数3不往下传）
各层地震作用及楼层地震剪力
层次
hi
Hi
Gi
GiHI
GiHI/∑GiHI
Fi或Fn+ΔFn
Vi
（m）
（m）
（kN）
（kN）
6
5
4
3
2
1
七．变形验算：
层次
层间剪力Vi（kN）
层间刚度Di
ui-ui-1=Vi/Di
（m）
层高h
（m）
层间相对
弹性转角
层间剪力位移示意图
6
5
4
3
2
1
八，框架在竖向荷载作用下的内力分析：
（一）不与地震作用组合的竖向荷载及内力计算
1.竖向荷载计算
⑴画图表示所设计框架负荷范围；
⑵梁板柱计算有前面的面荷载再求线荷载，集中荷载，先求标准值，荷载组合时再计算设计值；
⑶因活荷载较小，不考虑不利布置，先求标准值，荷载组合时再计算设计值；
⑷梁上的活荷载折减问题见《荷载规范》第3.1.2条；
⑸画出计算简图，包括：
计算高度、跨度、、线荷载、集中荷载设计值，梁柱线刚度。
注：
1）挑檐、偏梁在结点处有一集中力偶作用；
2）计算高度：
首层取基础梁顶面至首层楼面距离，其他层取层高。
2.内力计算用弯矩二次分配法
3.画出内力图
考虑调幅，可参《抗震》教材。
（二）与地震作用组合的竖向荷载（重力荷载代表值）及内力计算
计算过程同上，只是重力荷载代表值的计算不同，可参《抗震规范》第4.1.3条，第20页。
梁柱的转动刚度计算表
构件名称
转动刚度S
相对转动刚度s
梁
边跨
4kb
中跨（对称跨）
2kb
柱
首层
4kc
其他层
4kc
分配系数μ=某杆的相对转动刚度si/交于一个节点上杆件的相对转动刚度∑si
节点号
∑si（抄自前面表格并求和）
μ左梁
μ上柱
μ下柱
μ右梁
固端弯矩计算：
M=ql2/12M对称=ql2/3调幅系数=0.8
弯矩二次分配法：
μ下柱μ右梁μ左梁μ下柱
μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁
μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁
μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁
μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁μ左梁μ上柱μ下柱μ右梁
最后画出竖向荷载作用下（恒载和活载）的弯矩图形
竖向荷载作用下梁端的剪力（由前面弯矩图中的数值求得）
层次
竖向荷载引起的剪力
弯矩引起的剪力V
剪力设计值
V
=1.2V恒+1.4V活
边跨
中跨
边跨
中跨
左
右
左
右
6
恒
活
5
恒
活
4
恒
活
3
恒
活
2
恒
活
1
恒
活
荷载引起的剪力：
VA1=VB1=ql2/2弯矩引起的剪力：
VA左=-VB右=（M左+M右）/l
竖向荷载作用下柱中的轴力
层次
截面
楼屋盖恒荷载
楼屋盖活荷载
层间填充墙重
梁自重
柱自重
恒载引起的轴力
活载引起的轴力
6
顶
底
5
顶
底
4
顶
底
3
顶
底
2
顶
底
1
顶
底
1.活载引起的轴力由累加楼屋盖活荷载引起的轴力求得
2.6层柱顶恒载引起的轴力等于楼屋盖恒荷载引起的轴力加梁自重
3.6层柱底恒载引起的轴力等于6层柱顶恒载引起的轴力加柱自重
4.各层柱顶恒载引起的轴力等于上层柱底恒载引起的轴力加楼屋盖恒荷载加上层填充墙重加梁自重
5.各层柱底恒载引起的轴力等于该层柱顶恒载引起的轴力加柱自重
九．框架地震内力计算（框架编号KJ-）
地震作用下框架内力计算
1.框架地震剪力在各框架柱间分配（取一榀框架）反弯点法计算
2.框架柱轴力与框架梁剪力计算
注：
内力图中，M，V，N要与同一地震作用方向一致，正负号自定，且在内力图中说明。
（内力随地震方向改变而变号）
框架柱端弯矩计算
柱
层
次
层高
hi
（m）
层剪间力
Vi
（kN）
（抄自前面表格）
层间刚度Di
（抄自前面表格）
框架柱刚度Dik
（抄自前面表格）
框架柱剪力Vik=ViXDik/Di
K（抄自前面表格）
y0（由K及层数m,所在层n查表）
M下=
Vikhiy0
M上=
Vikhi（1-y0）
边
柱
6
5
4
3
2
1
中
柱
6
5
4
3
2
1
框架在水平荷载作用下梁端剪力和柱轴力的计算
层次
边跨梁端剪力
中跨梁端剪力
柱轴力
跨长l
（m）
ME左
（kNm）
ME右
（kNm）
VE=（ME左+ME右）/l
（kN）
跨长l
（m）
ME左
（kNm）
ME右
（kNm）
VE=（ME左+ME右）/l
（kN）
边柱
NE
（kN）
中柱
NE
（kN）
6
5
4
3
2
1
十．框架边柱内力组合
框架边柱内力组合
项目
内力
层次截面
静力组合（恒载加全部活载）
地震组合（水平加垂直）
组合取值
恒载
MG,NG
活载
MQ,NQ
M﹡=1.2MG+1.4MQ
N﹡=1.2NG+1.4βNQ
1.3ME
1.2MG
γRE（1.2MG+1.3ME）
γRE（1.2NG+1.3NE）
Mmax
相应N
Nmax
相应M
6
柱顶
M
N
柱底
M
N
5
柱顶
M
N
柱底
M
N
4
柱顶
M
N
柱底
M
N
3
柱顶
M
N
柱底
M
N
2
柱顶
M
N
柱底
M
N
1
柱顶
M
N
柱底
M
N
框架中柱内力组合（同框架边柱内力组合）
框架梁内力组合
截面部位
恒载加
全部活载
地震作用加重力荷载代表值产生的内力
内力组合取值
MG
VG
1.3ME
γRE（1.2MG+1.3ME）
γRE（1.3ME-1.2MG）
MGE
1.2VGb
VGb
支座加M
支座减M
跨中M
支座V
支
座
边
二左
二左
中
跨中
支
座
边
二左
二左
中
跨中
1.承载力抗震调整系数γRE，抗弯取0.75，抗剪取0.85（请查抗震新规范）
2.MG=1.2MG+1.4MQ,VG=1.2VG+1.4VQ
3.MG,VGb为重力荷载产生的内力，MG已乘调整系数0.8;VGb为相当于简支梁时的杆端剪力
4.MGE相应于本跨的γRE（1.2MG+1.3ME）max；VGE=（1.2VGb+1.2（Mb+Mb）/l）
5.弯矩单位为kN•m；剪力单位为kN。
以上设计计算步骤、表格模板仅供各位同学参考（具体格式看中国地质大学长城学院撰写规范），每位同学应根据自己所设计的那榀框架的实际情况进行计算，具体可参照教科书上框架设计计算的例子进行设计。
同学之间可以讨论、交流，但不能相互抄袭。
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