毕业设计总依据及设计步骤.docx
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毕业设计总依据及设计步骤
毕业设计总依据及设计步骤（供参考）
框架结构抗震设计步骤:
第一步、确定结构方案与结构布置
一、建筑结构体系选型
（一）合理选用结构材料
建筑结构材料是形成结构的物质基础，根据不同结构类型的特点，正确选用材料,
就成为经济合理地选型的一个重要方面。
按材料分类的结构类型如下:
广砌体结构体系
按建筑材料分类的结构类型J钢筋混凝土结构体系
钢结构体系
-钢——混凝土组合结构体系
（二）合理选择结构受力体系
现代建筑中，建筑物的造型可划分为两大类：
多层及高层建筑、单层大跨度建筑,按结构受力形式分类，常用的结构体系大体如下：
『混合结构体系
框架结构体系
多层及高层建筑<剪力墙结构体系（包括框架——剪力墙、全剪力墙结构）
筒体结构体系（包括框筒、筒中筒、成束或组合筒体结构）
L巨型结构体系
单层大跨度建筑r平面结构体系：
门式刚架、薄腹梁结构、桁架结构、拱结构
L空间结构体系：
壳体结构、网架结构、悬索结构、膜结构
框架结构体系
多层与小高层常采用框架结构体系。
（1）框架结构体系的特点：
框架是由梁、柱构件通过节点连接形成的骨架结构，框架
结构的特点是由梁、柱承受竖向和水平荷载，墙仅起维护作用。
其整体性和抗震性均好于混合结构，且平面布置灵活，可提供较大的使用空间，也可构成丰富多变的立面造型。
框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的延性，成为“延性框架”。
在地震作用下，
这种延性框架具有良好的抗震性能。
（2）钢筋混凝土框架：
钢筋混凝土框架按其施工方法可分为：
现浇框架、装配式框架
及装配整体式框架三种。
地震区框架结构宜优先考虑选择现浇框架结构体系，其次是装配整体式框架结构体系，现已很少采用装配式框架结构体系；非地震区的框架结构则可以根据施工条件等因素具体选定。
（3）钢框架：
钢框架的受力骨架为钢梁、钢柱，根据梁柱连接型式可分为半刚接框架和刚接框架。
钢框架的抗震性能优于钢筋混凝土框架；钢梁、钢柱相对混凝土梁、柱截面较小，增大了有效使用面积；钢框架自重较轻，大大降低了基础造价；且施工周期短，具有良好的综合经济效益。
钢框架多用于办公楼、旅馆、商场等公共建筑。
（4）框架结构体系选用限值：
框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，一般梁柱截面惯性矩较小，在水平荷载作用下的侧向变形较大，抗侧移能力较弱，属较柔结构。
当层数较多、侧向荷载较大时，为满足侧向刚度和强度要求，需加大截面，很
不经济。
而且高度增加时，框架结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件（如填充墙、建筑装饰、管道设备等）在地震时破坏较严重。
因此，框架结构的最大高度受到限制。
钢筋混凝土框架结构的合理层数是6〜15层，最经济是10层左右；规范规定不超过12层的钢结构房屋可采用钢框架结构；框架结构高宽比不宜超过表1-2的限值；抗震等级见表1—3所示。
结构体系
非抗震
设防
抗震设防
6度
度
8度
9度
钢筋混凝土结构
框架
现浇
60
60
55
45
25
装配整体
50
50
35
25
不应米用
框架剪力墙
和框架一一筒体
现浇
130
130
120
100
50
装配整体
100
100
90
70
不应米用
现浇剪力墙
无框支墙
140
140
120
100
60
部分框支墙
120
120
100
80
不应米用
钢结构
框架
110
110
110
90
50
框架支撑框架剪力墙
240
220
220
200
140
表1-2高宽比限值
结构体系
非抗震
设防
抗震设防
6、7度
8度
9度
钢筋混凝土结构
框架
5
5
4
2
框架剪力墙
和框架一一筒体
5
5
4
3
剪力墙
6
6
5
4
钢结构民用房屋
6.5
6.5
6
5.5
二、结构布置
结构体系确定后，应当密切结合建筑设计进行结构总体布置，使建筑物具有良好的造型和合理的传力路线。
建筑结构的总体布置，是指其对高度、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
1-2
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。
一般应满足表的要求。
对于满足表1-2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
1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，其高宽比限值见表1-2。
（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、绘出框架平面柱网布置
标出柱距，对框架进行编号。
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）1，其中I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h_lo/25、b—lo/30，Io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（Vc/fcbchc0）、剪跨比
（一M/Vhc）、轴压比（」N=N/fcb』c）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①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：
GnF
3
fc（，-0.1）10
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;
①一一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
4）——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
2
12〜18kN/m2。
二、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：
纵向钢筋宜采用错误！
未找到引用源。
、错误！
未找到引用源。
级变形钢筋，箍筋宜采用错误！
未找到引用源。
、错误！
未找到引用源。
级钢筋。
第三步、计算各层重力荷载代表值及结构刚度参数
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X屋面面积；
2、屋面竖向活载：
屋面雪荷载X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X楼面面积；
4、楼面竖向活载：
楼面均布活荷载X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。
G二（0.40b）hl容重
混凝土容重：
25KN/m3
6墙体自重：
（包括女儿墙和各种纵横隔墙）墙体两面抹灰，近似按加厚墙体40mm考虑。
G=墙咼墙宽（0.40■墙厚）墙体容重
二墙体面积单位面积上墙重量
黏土砖的容重：
19KN/m3
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；
n
总重力荷载代表值G=aGi
i4
、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）
框架
横梁
跨度
l
（m）
截面b^h
（m2）
E
（KN/m2）
I_bh3
I0—
12
Ib
（m4）
中框架
左
2"b
右
2"b
边
框
架
左
1.5"b
右
1.5—b
2、柱的线刚度计算各层柱分别列表计算:
层次
柱号
Z
截面
bS
柱高
H
（m）
E
（KN/m2）
I』3
1c
12
kc_c
H
底层
二层
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:
12kc
D—亍
式中，a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a值详见课本P119表5-4。
列表计算：
层
次
柱
类
型
_Zkb
K=（一般层）
2kc
_Zkb
K=（底层）
kc
K
a==（一般层）
2+K
0.5+Ka==-（底层）
2十K
12kc
D2c
h2
根
数
底
层
中柱
边柱
ZD=
苴
/、
他
层
中柱
边柱
ZD=
第四步、计算结构自振周期
顶点位移法计算基本周期：
（课本P114）
Ti=1.7（5-2）
式中，t――基本周期调整系数，对一般民用框架取0.6。
s――结构顶点侧向位移，即为把集中在各楼层处的重力荷载代表值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）。
n
八「（5-3）
i1
▼=7\丨、Dik二Vi/Di（5-4）
k丄n
式中，Vi——上述水平力作用下第i层的层间剪力，Vi=7Gk；
k4
Di――第i层柱的侧移刚度之和（前面已算出）。
第五步、计算多遇地震烈度下的结构弹性地震作用
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。
Fek=〉1Geq
Fi=Fek（—n）
'GjHj
j4
匚Fn=「nFek
列表计算：
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）
n
Vi八Fk（5-12）
k土
2、层间弹性变形计算
%二Vi/Di
3、验算:
ue-[^elH是否满足。
列表计算:
层次
层咼
hi
距地面
高H
Gi
GiHi
GiHi
Fi
Vi
Di
n
送GjHj
顶层
…
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
DikDik
Vik卡M「j（5-14）
iDir
r4
二、柱的上下端弯矩
Mj上=Vj（1—y）h”
卜
Mj下=Vijyh」
式中，y为柱子的反弯点高度比，y二y°•yi•y2•y3
yo――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。
yi——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yo加以修正，修正值为yi。
y2、y3――上下层高度变化时反弯点高度比修正值,框架柱剪力及弯矩计算列表进行：
层
次
层
高
h（m）
Vi
XD
左边柱
中柱
右
边
柱
D
D/送D
Vik
K
y
Mc下
Me上
同左
同左
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
右
kb
左右
kbkb
对边柱节点:
上下
Mb二McMc下（5-20）
列表计算：
层号
边柱处
中柱处
•….
ZMc
M右
ZMc
K左
n"左Mb
M右
ZKb
…
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
lr
（5-21）
MbMb
l
五、框架柱的轴力计算
对于中柱，每个节点左、右梁端剪力之差即为柱的该层层间轴向力;
对于边柱，节点一侧的梁端剪力即为柱的该层层间轴向力；
从上到下逐层累加层间轴向力，即得柱在相应层得轴力。
框架梁端剪力及柱轴力计算表：
层
号
AB跨
BC跨
柱轴力
…
l
Mb
Mb
Vb
l
Mb
Mb
Vb
Na
Nb
…
…
・・
…
…
…
…
…
…
…
…
…
做出框架梁的弯矩、剪力图及柱的轴力图。
第八步、竖向荷载作用下横向框架的内力分析
、荷载及计算简图
1、横向框架梁上的线荷载（恒载和活荷载分别算）
a）楼（屋）面均布荷载传给梁的线荷载（双向板）
b）梁上的线荷载二梁自重+楼（屋）面均布荷载传给梁的线荷载
做出框架竖向荷载图（有关荷载前面已算出）。
2、各层柱子的集中荷载二自重+梁传来的集中荷载
二、框架弯矩计算
（一）、迭代法（结构力学）
（二）、分层法：
在竖向荷载作用下框架内力采用分层法进行简化计算，此时每层框架连同上下层柱组成基本计算单元，竖向荷载产生的固端弯矩只在本层内进行弯矩分配，单元之间不再传递。
梁的弯矩取分配后的数值；柱端弯矩取相邻两层单元对应柱端弯矩之和。
1、求梁的固端弯矩；
2、梁柱的线刚度（前面已算出）；
3、分配系数：
按与节点连接的各杆的转动刚度比值计算；
4、传递系数：
底层柱传递系数为1/2,其余各层柱传递系数为1/3;梁远端固定传递系数为1/2,远端滑动铰支座传递系数为-1。
5、弯矩分配：
分配2~3次为宜。
6、节点不平衡弯矩的再分配：
由于柱端弯矩按1/3传递系数传递到远端（底层按1/2传递系数），柱端弯矩取相邻两层单元对应柱端弯矩之和，此时原来已经平衡的节点弯矩由于加入了新的弯矩而不再平衡，应将不平衡弯矩再分配。
节点不平衡弯矩的再分配表
层
号
轴线号
A（边）
B仲）
其他轴
杆件号
上柱
下柱
右梁
左梁
上柱
下柱
右梁
分配系数
杆端弯矩
不平衡弯矩
弯矩分配
结果弯矩
做出梁柱最终弯矩图。
7、考虑梁端的塑性变形及内力重分布，对梁端负弯矩进行调幅，即人为地减小梁端负弯矩，调幅系数取0.85（用括号在图上标出），相应跨中弯矩乘1.1。
三、梁端剪力及柱轴力计算
（1）梁端剪力：
（2）柱轴力：
N二V（梁端剪力）•P（节点集中力及柱自重）
层
号
荷载引起剪力
弯矩引起剪力
总剪力
AB跨
BC跨
AB跨
BC跨
AB跨
BC跨
A柱
B柱……
VqA=VqB
VqB=VqC
VmA=VmB
VmB=VmC
Va
Vb
Vc
Vd
N顶
N底
N顶
N底
第九步、内力组合
钢筋混凝土框架结构构件的承载力按下列公式验算：
非抗震设计：
°S^R
0为结构重要性系数，重要、一般、次要分别取1.1、1.0、0.9。
抗震设计：
reS空R
（为了计算比较，在内力组合以获得荷载效应组合值S的同时，乘上结构重要性系
数0和抗震承载力调整系数RE。
）
因此，内力组合应考虑两种情况：
（1）恒载和活荷载效应的组合；
（2）竖向荷载和地震作用效应的组合。
（一）梁的内力不利组合
（1）梁端负弯矩，取下式两者较大值
-M=-Yre（1.3Me+1.2Mg）"
-M=—Yo（1.2M恒+1.4M活）丿
（2）梁端正弯矩按下式确定
M=RE（1.3Me-1.0Mg）
（3）梁端剪力，取下式两者较大值
V=Yre（1.3/e+1.2Vg）“
V"o（1.2V恒+1.2V活）‘
（4）梁跨中正弯矩，取下式两者较大值
M中=FrE（1.3ME1.2MG）
M中二o（1.2M恒1.4M活）
注意：
上面第一式重力荷载代表值与地震作用组合后的最大值不一定在跨中，
其位置和大小由作图法或解析法求得。
作图法：
按同一比例尺作重力荷载代表值作用下的弯矩图（乘分项系数）和地
震作用下的弯矩图（乘分项系数），在Mg弯矩图上作平行与ab的切线，交于m点，作
铅垂线交ab与n点，则mn的长度为Mb,max
（如右上图所示）
解析法求Mb,max:
ra（Mgb一MgaMeaMeb）
2l
Ra
x=——
q
r2
Mb,maxA-MgaMea（如右下图所示）
2q
（二）框架柱的内力组合
单向偏心受压：
有三种情形，即在地震作用
下大偏心受压、小偏心受压和无地震作用的偏心受压：
第错误！
未找到引用源。
组内力组合（大偏
心受压）
Mmax二RE（1.3Me1.2Mg）
Nmin=RE（1.3Ne1.0Ng）
第错误！
未找到引用源。
组内力组合（小偏心受压）
Mmax二RE（1.3Me1.2Mg）
Nmax=RE（1.3Ne1.2Ng）-
第错误！
未找到引用源。
组内力组合（无地震作用）
M二o（1.2M恒1.4M活）
N二o（1.2N恒1.4N活）
用轴压比.=心判断大小偏心，并以大偏心受压和小偏心受压分别配筋，取大者
梁内力组合表
层次
梁的位置
截面位置
内力
何载类别
竖向何载组合
竖向荷载与地震作用组合
恒载错
误！
未找到引用
源。
活载错
误！
未找到引用
源。
地震荷载错误！
未找到引用源。
[1.2错误！
未找到引
用源。
+1.4错误！
未找到引用源。
]
[1.2（错误！
未找到引用
源。
+0.5错误！
未找到引用源。
）
士1.3错误！
未找到引用源。
]乘
Yre
第
N
层
左
梁
左端
M
V
跨中
M
右端
M
V
中
梁
左端
M
V
升级会员 