多层框架设计实例 SATWE设计实例1.设计资料：n某五层现浇框架教学楼，建筑平、立、剖面图见图;n现浇楼、屋盖，室内外高差0.45m，基础顶面距室外地面0.5m，屋顶设50KN水箱（总重100KN）;n抗震设防裂度为8度，类场地土，第一组。n混凝土强度等级：梁、板、柱为C30，主筋HRB335变形钢筋，箍筋HPB235钢筋。n框架填充墙采用300250110水泥空心砖。2、屋面恒载n恒载：n20厚水泥砂浆保护层 0.40kN/m2n25厚水泥砂浆找平层及防水卷材 0.90 kN/m2n120厚憎水膨胀珍珠岩保温板 0.50 kN/m2n1：6水泥砂浆找坡 1.80kN/m2n120厚现浇钢筋混凝土屋面板 3.00 kN/m2n考虑吊顶及抹灰 0.50kN/m2 =7.2kN/m2n恒载：屋面恒荷载为7.5kN/m2n活载：根据荷载规范取为0.5kN/m23、楼面恒载：n50mm厚C20细石混凝土面层 240.05=1.2KN/n100厚钢筋混凝土板 250.1=2.5 KN/n涂料顶棚 0.5 KN/n楼面荷载合计： gk =4.2 KN/n楼面活载 qk =2.0 KN/n20厚底混合砂浆单面粉刷与水刷石外墙 0.02x17=0.680.8=1.48 KN/n水泥空心砖 0.25x10.3=2.58KN/ 总计 3.26KN/m2n钢窗恒载：0.45n木门恒载：0.2n教室、办公室、厕所活载：2.0n走廊、楼梯活载：2.5n屋面（不上人）活载：0.5n屋面雪载：0.2(与活载不同时考虑)n基本风压：0.55一、结构选型一、结构选型n建筑物的结构设计,不仅要求具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度,使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内.基于上述基本原理,本工程综合分析了结构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取了合适结构方案.此结构为框架体系,由钢筋砼框架承担竖向力和侧力.本钢筋砼框架刚度布置相对比较均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对结构的影响.1、 板厚现浇楼盖中，板的砼用量约占整个楼盖的50%-60%，板厚的取值对楼盖的经济性和自重的影响较大，在满足板的刚度和构造要求的前提下，应尽量采用较薄的板，双向板的最小板厚度为80mm，板的厚度与跨度的最小比值：四边简支板为1/40，连续板为1/50。本工程最大板跨为3.25m，其余板跨均为3m，考虑到本工程为教学楼，板厚可以取下限。故所有板厚取100mm。（若为住宅楼，板内埋机电暗管，因此小于3m的板跨板厚也取100mm以上。）2、梁设计、梁设计1.主次梁与柱网的合理布局n本工程做主次梁楼盖的柱网布置时优先选择的柱网是矩形(除建筑有功能要求的以外)以短跨为主梁,长跨为次梁,而且短跨与长跨的比例应小于0.75比较经济,本工程一般比较常取0.65-0.7,这样设计出来的主次梁截面高度能协调一致,从而保证楼盖的结构高度最小. n本工程主次梁布局主要是依据墙下有梁的方案来定的.n截面按计算手册确定。3、柱设计、柱设计 n柱子设计关键是控制轴压比。本工程为三级抗震，根据规范轴压比限值取0.9。另外一个关键问题就是短柱现象。短柱本工程采取全长加密，取8100。 4、其它n底层计算层高应算至底层柱的嵌固点,即基础顶面,有些设计人员忽视这一点,仅将底层层高作为计算层高输入,造成底层计算刚度大于实际值,不安全.本工程底层层高为3.8m。考虑至基础顶面距离为0.5m，这样底层计算高度取4.3m。 n为了减少麻烦,加快计算速度常不执行“特殊梁框定义”菜单,殊不知,在此菜单中可进行角柱,框支柱这些程序无法自行判断的构件定义。角柱,框支柱很重要,规范对其内力均有放大系数,其构造也与其它柱有区别,应该对它们作出定义.另外,执行本菜单还可以检查框架,连续梁,连梁等设置是否正确. n相关的地震参数:地震烈度Naf,场地土类别Kd,近远震标志Ner.这几个参数应根据建筑物所处的位置确定,在SATWE程序的参数修正中可以设定,但最好在PMCAD程序的人机交互中设定. n周期折减系数Tc，这一参数是考虑填充墙的刚度对框架的影响而设置的，应根据建筑物的填充墙材料，数量等来确定。如果是砌块墙，其早期弹性阶段刚度较大，会吸收很大的地震力，应通过设定Tc=0.7-1.0来放大地震力,而对于轻质隔墙,其刚度很有限,可设立Tc=0.9-1.0.该工程外墙采用300mm水泥空心砖，内隔墙均为200mm厚的水泥空心砖。考虑填充墙的影响，取Tc=0.9。 n砼的重度GC,程序缺省值为25KN/m3,由于TAT与SATWE程序可以根据梁柱截面尺寸计算构件自重,故一般框架结构工程中输入的荷载不包括梁,柱,墙自重,亦不包括其粉刷重,对柱,墙来讲,取Gc=25KN/m3则偏小,应根据工程情况,考虑粉刷,取Gc=26-28KN/m3为宜，本工程取Gc=26KN/m3。 二、结语二、结语n由本工程的结构设计，我们可以看到，地震作用比较复杂，而计算时只是简单地变任意方向为两个主轴方向，变弹塑性分析为弹性分析。故得出的结论不一定与实际情况完全相符。所以我们在认真计算的基础上还应重视概念设计，采取有效的构造措施等等。另外，我们还应从结构的整体着眼，针对一些薄弱环节如应力集中部位，连接节点，主要抗侧力构件等进行加强处理。综上所述个人总结了以下几点:n(1)从板的设计思想可以看出不论是对板厚的选取还是板的配筋设计都不仅仅考虑其结构要有足够的承载力，还要考虑其总体的经济效益。根据经验，板厚一般取1/35的板跨，这既能满足厚度与跨度的最小比值：四边简支为1/40，连续板为1/50，又能满足施工中各种工种管线交叉时所需的最小板厚的要求。板的配筋主要要注意板面标高不一样处负筋要断开。另外，对某些温度变化大的板块或大板块在板面无负筋处加0.1%的温度钢筋。 n(2)像本工程这种住宅楼选用主次梁楼盖能实现居家对各种不同功能房间的不同布局的要求。从上文的分析中很明显就可以看出：n(a)柱网设计成矩形比设计成正方形更合理。另一方面选择短跨为主梁长跨为次梁可以创造一个较小的楼盖高度。这对于提高房屋净高，尤其现在的商品住宅建筑非常重要。n(b)本工程在框架梁的弹性受力分析和承载力计算时考虑现浇板共同工作，根据PKCAD手册的规定的取值范围梁端弯矩的调幅系数取0.85，跨中弯矩的调幅系数取1.2，梁扭矩折减取0.4，中梁刚度增大取1.5，边梁刚度放大1.2。n(c)根据变形协调条件主次梁应考虑作为一个整体共同受力，而不能彼此分开单独考虑。当主梁两侧次梁跨度相差太大要考虑次梁对主梁产生的扭矩作用，这时不能把此端的次梁设置成铰接。n3)柱子设计控制轴压比是关键。n本工程3级抗震轴压比限制为0.9。工程中为了保证柱子的延性使柱子发生大偏心受压破坏一般控制轴压比在0.7-0.8之间。但从前面的计算分析中有许多对轴压比有利的影响因素。只要控制好这些因素，可以适当的提高一些轴压比的限值。根据同济大学 肖建庄的混凝土框架轴压比限值分析中可以看出，一般可以提高0.05，这就可以适当减小底层柱截面。 n(4)电算只能是一种工具，设计时不能完全依赖电算结果。而应根据具体情况结合工程经验对电算结果进行分析调整。n总之，结构设计中经常会遇到一些规范或规程未论及的问题，这就需要设计人员积累经验，利用正确的概念进行设计。附加知识点：关于轴压比n规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏,从而保证框架柱有足够的变形能力在高轴压比情况下V-滞回环骨架曲线的下降段比较陡,滞回环的丰满程度差,在循环次数不多的情况下,框架柱丧失的承载力较大,耗能的能力较差,在低轴压比情况下V-滞回环骨架曲线下降段比较平缓,框架柱承受变形能力较大,而承载力降低不明显,对轴压比加以限制,即要求在满足一定层间变形时(层间位角为1/500),在反复荷载作用下滞回曲线在第三个循环抗力下降量不超过前一个循环抗力下降量,保证在大变形下,仍有稳定的承载能力,从而保证框架柱“大震不倒”. 关于轴压比限值影响因素的考虑n(1)框架柱截面形状的影响n框架柱的断面形状将直接影响着柱截面界限破坏时钢筋和砼内应变,应力的分布和砼受压边缘的极限应变,从而影响到不同的截面形式的框架柱,反映出的强度变形特性是不一样的,在相同条件下,圆形柱的轴压比限值可提高10%左右.但本工程为公共建筑，考虑房间布局的因素，只选用矩形截面的柱而不考虑选择圆柱。nn(2)框架柱剪跨比(入=H/2h0)的影响n建立在截面界限破坏基础上的轴压比公式中,未考虑剪应力的影响,没有体现出剪跨比的影响,事实上,剪跨比能够大体反映截面上弯曲正应力与剪切应力的比例关系,因而是框架柱破坏形式的主导因素.通常认为框架柱的剪跨比越大,延性越好.在一般配筋条件下,当入2时,框架柱在横向水平剪力作用下,一般都会发生延性好的弯曲破坏;当入2时,框架柱就变成了短柱,在横向水平剪力作用下,一般发生延性差的剪切破坏.这种情况在本工程中出现在与楼梯休息平台相连的框架柱和墙有大开窗处的框架柱。对与短柱本工程采取全长加密，取8100。n(3)箍筋的形式与含量n 在利用界限破坏条件推导框架柱的轴压比限值时,并没有考虑箍筋约束的有利影响,箍筋能改善砼的受力性能,特别是能提高砼受压边缘的最大压应变n(4)砼的强度等级(fc)的影响n本工程不考虑采用高强砼,因为高强砼虽可以减小轴压比,但是砼的强度等级不一样,fc和不一样,一般情况下,随着砼强度等级的提高,变形能力变差.n总之，柱子设计关键是控制轴压比。本工程为三级抗震，根据规范轴压比限值取0.9。另外一个关键问题就是短柱现象，千万不要忽略了。