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第二章 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋設計 2.1 建筑設計階段 2.1.1 建筑設計的準備工作 1 熟悉設計任務書，明確建設項目的設計要求。 2 收集有關的原始數(shù)據(jù)和設計資料。包括地質(zhì)水文資料，氣象資料，水電線網(wǎng)設備資料以及有關地區(qū)的定額指標。 3 設計調(diào)研。學生要深入實際，調(diào)查研究，參考同類型的設計和圖紙資料，或已建成的同類建筑，弄清建筑物的具體使用要求，建筑材料的供應和施工的具體條件等情況。 4 學習有關的設計標準和規(guī)范。 5 借閱設計參考資料。 2.1.2 建筑設計的主要工作 1 建筑設計的目的及任務 建筑設計是建筑功能、工程技術和建筑藝術的綜合。在接到設計任務書之后，首先要完成的工作是根據(jù)任務書中所規(guī)定的建筑物的規(guī)模、重要性和使用性質(zhì)，確定建筑設計方案。在準備工作的基礎上，進行建筑總平面設計，建筑平面設計，建筑剖面設計。 2 建筑設計的基本步驟 首先，分析房間組成的功能關系，進行功能分區(qū)。其次，根據(jù)任務書的要求，深入分析建筑物的特點，對建筑方案做一個初步設想，并通過勾畫草圖的方法表達出來。第三是確定單體建筑方案，從平面設計入手，合理進行房間的平面組合，再通過幾個關鍵部位的剖面分析，建筑體型就可大體確定，在此基礎上進行立面設計，經(jīng)反復推敲、調(diào)整，以使方案逐步合理化、具體化。最后繪制正式建筑施工圖。 3 建筑平面設計。 建筑平面設計主要是針對建筑的室內(nèi)使用部分進行的。在平面設計中，需要從建筑整體空間組合的效果來考慮，緊密聯(lián)系建筑剖面和立面，分析剖面、立面的可能性和合理性，不斷調(diào)整修改平面，反復深入。各類建筑物，從組成平面的使用性質(zhì)劃分，主要為使用部分和交通聯(lián)系部分，另外還有建筑的結(jié)構(gòu)體系和圍護體系。 使用部分是由許多房間組成的。使用部分的房間由于功能上的不同又分為使用房間（包括生活用房、工作用房和公共活動用房等）和輔助房間。 使用房間要考慮有較好的朝向和采光與通風，房間面積、形狀和尺寸要滿足室內(nèi)使用活動和家具、設備合理布置的要求；房間的構(gòu)成應使結(jié)構(gòu)構(gòu)造布置合理，施工方便，也要有利于房間之間的組合，所用材料要符合相應的建筑標準；室內(nèi)空間、以及頂棚、地面、各個墻面和構(gòu)件細部，要考慮人們的使用和審美要求。設計中還要注意解決安全疏散、視線、聲學、照明、大跨度結(jié)構(gòu)等問題。 輔助用房在建筑中處于次要地位，在不影響使用的前提下，應盡量利用建筑物的暗間、死角及不利朝向，并要盡量節(jié)約面積。輔助房間的平面設計，和使用房間的設計分析方法基本相同。如廁所、盥洗室等輔助房間，通常根據(jù)各種建筑物的使用特點和使用人數(shù)的多少，先確定所需設備的個數(shù)，根據(jù)計算所得的設備數(shù)量，考慮在整幢建筑物中廁所、盥洗室的分間情況，最后在建筑平面組合中，根據(jù)整幢房屋的使用要求并確定這些輔助房間的面積、平面形狀和尺寸。 無論是使用房間還是輔助房間，在平面設計中都要首先根據(jù)房間內(nèi)部活動特點，使用人數(shù)多少，家具和設備的多少等來確定其面積的大小。 平面設計中門大小及位置的確定。應根據(jù)人流出入房間的多少和搬進房間的家具、設備的大小確定門的寬度；根據(jù)室內(nèi)面積的大小、人數(shù)的多少及防火要求，按百人指標（0.65m/百人）確定房間門的數(shù)量。門的開啟方式根據(jù)房間的使用特點來決定。門的位置要方便使用。除此之外，門窗的大小和位置，應考慮房間的出入方便，疏散安全。房間應有良好的采光通風；用窗地比來限制窗的最小尺寸，房間室內(nèi)光線應盡量均勻，多將窗居中布置，避免死角。 交通聯(lián)系部分是指建筑物中各個房間之間、樓層之間和房間內(nèi)外之間聯(lián)系通行的面積，主要由水平交通聯(lián)系部分(走廊、過道、連廊)、垂直交通聯(lián)系部分（樓梯、電梯、坡道、自動扶梯）和交通聯(lián)系樞紐組成（門廳、過廳）。交通聯(lián)系部分的寬度應滿足人流暢通和建筑防火的要求，交通路線要簡潔明確，力求節(jié)約面積，還要滿足一定的采光與通風要求，其位置應滿足聯(lián)系通行方便。交通聯(lián)系部分設計的主要要求有：交通路線簡潔明確，聯(lián)系通行方便；人流通暢，緊急疏散時迅速安全；滿足一定的采光通風要求；力求節(jié)省交通面積，結(jié)合空間處理等造型問題。 進行交通聯(lián)系部分的平面設計，首先需要具體確定走廊、樓梯等通行疏散要求的寬度，具體確定門廳、過廳等人們停留和通行所必須的面積，然后結(jié)合平面布局考慮交通聯(lián)系部分在建筑平面中的位置以及空間組合等設計問題。防火疏散方面的要求參見《建筑設計防火規(guī)范》中的規(guī)定。 4 建筑平面組合設計。使用房間、輔助房間和交通聯(lián)系部分，在組合設計時要根據(jù)功能分析，確定其主次關系、內(nèi)外關系，進行分組分區(qū)，確定其在平面中的具體位置，同時要考慮場地條件，周圍環(huán)境，及建筑物的間距和朝向，并兼顧建筑的藝術表現(xiàn)形象，注意與結(jié)構(gòu)布置的關系，使建筑物的平面組合切合實際。 5 建筑剖面設計。建筑剖面設計的主要任務是確定建筑物各部分應有的高度、建筑的層數(shù)和建筑空間的組合關系。 要根據(jù)房間的使用性質(zhì)確定房間的高度，同時要考慮到室內(nèi)的采光與通風、結(jié)構(gòu)類型的特點及所占空間的高度、設備及管道的布置、室內(nèi)空間的比例等因素。 根據(jù)房屋本身的使用要求、城市規(guī)劃的要求、選用的結(jié)構(gòu)類型以及建筑防火等主要影響因素確定房屋層數(shù)。 在建筑空間組合中，著重從垂直方向考慮各種高度房間的空間組合、樓梯在剖面的位置，以及建筑空間的利用等。 對于高度相同、使用性質(zhì)接近的房間，可以組合在一起。高度比較接近，使用上關系密切的房間，考慮到房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)造的經(jīng)濟合理和施工方便等因素，在滿足室內(nèi)功能要求的前提下，可以適當調(diào)整房間之間的高差，盡可能統(tǒng)一這些房間的高度。 高度相差較大的房間，在單層剖面中可以根據(jù)房間實際使用要求所需的高度，設置不同高度的屋頂。在多層和高層房屋的剖面中，高度相差較大的房間可以根據(jù)不同房間的數(shù)量多少和使用性質(zhì)，在房屋垂直方向進行分層組合；對于其中少量高度較大的房間，根據(jù)這些房間和房屋中各部分使用聯(lián)系上的具體情況，可以把高度較大的房間設置在頂層或附設在房屋的端部。 6 建筑立面設計。立面設計是在滿足房間的使用要求條件下，運用建筑造型和立面構(gòu)圖的一些規(guī)律，結(jié)合平面、剖面的內(nèi)部空間組合而進行的。 建筑物的體型和立面，必須受內(nèi)部使用功能和技術經(jīng)濟條件所制約，并受基地環(huán)境群體規(guī)劃等外界因素的影響。建筑物體型的大小和高低，體型組合的簡單或復雜，通?？偸窍纫苑课輧?nèi)部使用空間的組合要求為依據(jù)，立面上門窗的開啟和排列方式，墻面上構(gòu)件的劃分和安排，主要也是以使用要求、所用材料結(jié)構(gòu)布置為前提的。 建筑物的外部形象，并不等于房屋內(nèi)部空間組合直接表現(xiàn)，建筑體型和立體設計，必須符合建筑造型和立面構(gòu)圖方面的規(guī)律性，如均衡、韻律、對比、統(tǒng)一等等，把適用、經(jīng)濟、美觀三者有機地結(jié)合起來。 對房屋外部形象的設計要求，要反映建筑功能要求和建筑類型的特征；結(jié)合材料性能、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和施工的特點；結(jié)合建筑標準和相應的經(jīng)濟指標；適應基地環(huán)境和建筑規(guī)劃的群體布置；符合建筑造型和立面構(gòu)圖的一些規(guī)律。 確定建筑物外部體型的主要依據(jù)是建筑物內(nèi)部空間的組合方式。建筑體型組合的造型要求主要有：主次分明、交接明確；完整均衡，比例恰當；體型簡潔、環(huán)境協(xié)調(diào)。 建筑立面可以看成是由許多構(gòu)部件所組成：它們有墻體、梁柱、墻墩等構(gòu)成房屋的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有門窗、陽臺、外廊等和內(nèi)部使用空間直接聯(lián)通的部件，以及臺基、勒腳、檐口等主要起到保護外墻作用的組成部分。恰當?shù)卮_定立面中這些組成部分和構(gòu)部件的比例和尺度，運用節(jié)奏韻律、虛實對比等規(guī)律，設計出體型完整、形式與內(nèi)容統(tǒng)一的建筑立面，是立面設計的主要任務。 建筑立面設計的步驟，通常根據(jù)初步確定的房屋內(nèi)部空間組合的平剖面關系，例如房屋的大小、高低、門窗位置，構(gòu)部件的排列方式等，描繪出房屋各個立面的基本輪廓，作為進一步調(diào)整統(tǒng)一進行立面設計的基礎。設計時首先應該推敲立面各部分總的比例關系，考慮建筑整體的幾個立面之間的統(tǒng)一、相鄰立面間的連接和協(xié)調(diào)，然后著重分析各個立面上墻面的處理，門窗的調(diào)整安排，最后對入口門廊、建筑裝飾等進一步作重點及細部處理。 7 建筑施工圖設計和繪制。建筑施工圖設計是建筑設計的最后一個階段，即把設計意圖轉(zhuǎn)化為滿足施工的藍圖。其工作內(nèi)容如下。 ⑴調(diào)整并完善尺寸。施工圖中的尺寸要完全而準確，要符合建筑模數(shù)，方便施工。 ⑵做好構(gòu)造設計。建筑構(gòu)造是施工圖設計的一個重要內(nèi)容，它直接影響到結(jié)構(gòu)設計、建筑的使用質(zhì)量、耐久年限及工程造價等。構(gòu)造設計要選擇合適的建筑材料，確定合理的構(gòu)造層次和節(jié)點做法，并將工程做法表達出來。 ⑶繪制建筑施工圖。包括：圖紙目錄，建筑設計總說明，門窗匯總表，工程做法表，總平面圖，建筑平面圖，建筑立面圖，建筑剖面圖，節(jié)點構(gòu)造詳圖等。 2.2 結(jié)構(gòu)設計階段 結(jié)構(gòu)設計是在建筑設計的基礎上進行的，在建筑設計階段就應該考慮到主體結(jié)構(gòu)方案，通過協(xié)調(diào)，力爭將結(jié)構(gòu)形式與建筑設計統(tǒng)一起來。 結(jié)構(gòu)設計主要解決的問題是：結(jié)構(gòu)的形式；結(jié)構(gòu)的材料；結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性；結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造和施工方法。 結(jié)構(gòu)設計的原則是安全適用、經(jīng)濟合理、技術先進、施工方便。 結(jié)構(gòu)設計的目的是根據(jù)建筑布置和荷載大小，選擇結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)布置方案，確定各部分尺寸、材料和構(gòu)造方法，同時體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計原則。 2.2.1 結(jié)構(gòu)設計的準備工作 1 正確使用工程地質(zhì)勘查報告 通過閱讀工程地質(zhì)勘查報告，對場地土層的分布和性質(zhì)有完整的概念，對報告提出的基礎設計方案及地基處理建議，應認真分析，若有疑問應及時提出，以保證工程質(zhì)量。 2 明確本地區(qū)抗震設防烈度和結(jié)構(gòu)抗震等級。 地震作用是建筑結(jié)構(gòu)承受的主要荷載之一。地震作用分為三個水準：即多遇地震（小震），基本烈度地震（中震），罕遇地震（大震）。設計原則為：小震不壞，中震可修，大震不倒。 地震的大小是用震級來表示，地震烈度是表示某一個地區(qū)地面和建筑物受到一次地震影響的強弱程度?？拐鹪O防烈度是一個地區(qū)作為抗震設防依據(jù)的地震烈度，一般情況下可采用該地區(qū)基本烈度作為抗震設防烈度?？拐鹪O防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進行抗震設計。 建筑物遭受的地震影響，與其所在地區(qū)的地震環(huán)境密不可分。表征地震影響的參數(shù)有設計基本地震加速度、設計特征周期或規(guī)范規(guī)定的設計地震動參數(shù)，按《建筑抗震設計規(guī)范》取值。 由于建筑物的使用性質(zhì)不同，地震破壞造成的后果也不相同，按其重要性對建筑物的抗震劃分為四類：甲類建筑，屬于重大建筑工程；乙類建筑，屬于使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑；丙類建筑，是除甲、乙、丁類以外的一般建筑；丁類建筑，屬于抗震次要建筑。 甲類建筑的地震作用按專門的地震動參數(shù)進行設計計算，采取特殊的抗震構(gòu)造措施。乙類建筑按本地區(qū)的設防烈度設計計算，相應提高一度采取抗震構(gòu)造措施。丙類建筑按本地區(qū)設防烈度設計計算和采取抗震構(gòu)造措施。丁類建筑按本地區(qū)設防烈度設計計算，抗震措施允許適當降低（6度時不應降低）。 鋼筋混凝土房屋由于總高度和結(jié)構(gòu)體系的不同，抗震能力有很大差異，按其抗震能力將抗震等級分為四級，一級要求最嚴，四級要求最低。因此根據(jù)房屋總高度及結(jié)構(gòu)體系決定抗震等級是設計的先決步驟。結(jié)構(gòu)抗震等級根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》確定。 3 收集相應的結(jié)構(gòu)設計資料 結(jié)構(gòu)設計的資料是設計規(guī)范，常用的結(jié)構(gòu)設計規(guī)范有：《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》、《建筑地基基礎設計規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準》等。 2.2.2 結(jié)構(gòu)設計的主要內(nèi)容 建筑結(jié)構(gòu)設計應當保證在荷載作用下結(jié)構(gòu)有足夠的承載能力和剛度，能保證結(jié)構(gòu)正常使用條件下的安全性和耐久性要求。結(jié)構(gòu)設計時，要考慮可能發(fā)生的各種荷載的最大值，以及荷載同時作用在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的綜合效應。各種荷載性質(zhì)不同，發(fā)生的概率和對結(jié)構(gòu)的作用也不同，因此必須采用荷載效應組合的方法。 1 荷載作用下的結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容 建筑結(jié)構(gòu)在豎向荷載及風荷載作用下，結(jié)構(gòu)應滿足承載能力及限制側(cè)向位移的要求。在地震作用下，結(jié)構(gòu)設計采用兩階段設計方法，達到三水準目標：第一階段設計中，除要滿足承載力及側(cè)向位移限制要求，還要通過一系列抗震構(gòu)造措施來滿足延性要求；在罕遇地震作用下，要求進行第二階段驗算，以滿足彈塑性層間變形的限制要求。 2 承載力計算 按極限狀態(tài)設計的要求，承載力計算的一般表達式為： 無地震作用組合時： S≤R （2.1） 有地震作用組合時： SE≤RE/γRE （2.2） 式中：R為無地震作用組合時構(gòu)件的承載能力，不同的構(gòu)件采用不同的承載能力計算公式，如抗彎承載力、抗剪承載力等；RE為抗震設計時的構(gòu)件承載力；γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)（地震作用是一種偶然作用，所以對抗震設計的承載能力作相應調(diào)整），混凝土結(jié)構(gòu)承載力抗震調(diào)整系數(shù)見表2.1，當僅考慮豎向地震作用組合時，各類構(gòu)件均取1.0。 表2.1 混凝土結(jié)構(gòu)承載力抗震調(diào)整系數(shù) 構(gòu)件 類別 梁 軸壓比小于0.15的柱 軸壓比不小于0.15的柱 剪力墻 各類構(gòu)件 節(jié)點 受力 狀態(tài) 受彎 偏壓 偏壓 偏壓 局部承壓 受剪偏拉 受剪 γRE 0.75 0.75 0.80 0.85 1.0 0.85 0.85 3 整體穩(wěn)定和抗傾覆驗算 ①整體穩(wěn)定性驗算 一般要求高層建筑的高寬比控制在5之內(nèi)。對于高寬比大于5的高層建筑，需要進行整體穩(wěn)定性驗算。 ②抗傾覆驗算 抗傾覆驗算時，傾覆力矩應按風荷載或地震作用計算其設計值；計算抗傾覆力矩時，樓面活荷載取50%，恒載取90%?？箖A覆力矩不應小于傾覆力矩設計值。 ⑷彈塑性變形驗算 過大的側(cè)移會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，影響正常使用，嚴重時會加速倒塌，因此，要限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。要進行正常使用狀態(tài)下的水平位移限值驗算。 要實現(xiàn)第三水準設防目標，一般可通過采取抗震構(gòu)造措施來實現(xiàn)，但某些情況下，對于鋼筋混凝土多、高層建筑結(jié)構(gòu)，宜進行罕遇地震作用下薄弱層的抗震變形驗算，具體驗算方法見《建筑抗震設計規(guī)范》。 2.3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計計算 結(jié)構(gòu)選型及 結(jié)構(gòu)布置 截面尺寸及 材料強度確定 荷載及計算簡圖的確定與計算 水平荷載作用下結(jié)構(gòu) 內(nèi)力及側(cè)移的計算 豎向荷載作用下 結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算 結(jié)構(gòu)的 內(nèi)力組合 截面的設計 與計算 節(jié)點與構(gòu)件 設計與計算 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計計算的主要內(nèi)容及設計流程圖如圖2.1所示： 圖2.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設計流程圖 2.3.1 結(jié)構(gòu)選型及布置 1 結(jié)構(gòu)體系的選擇 結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式。建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的確定和設計是結(jié)構(gòu)設計中的關鍵問題?；镜目箓?cè)力單元有框架、剪力墻、井筒、框筒和相應的支承等。由這幾種單元可以組成多種結(jié)構(gòu)體系。常見的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架－抗震墻結(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)及筒體結(jié)構(gòu)等。不同的結(jié)構(gòu)體系，其抗震性能、使用效果和經(jīng)濟指標也不相同。《建筑抗震設計規(guī)范》在考慮地震烈度、場地土、抗震性能、使用要求及經(jīng)濟效果等因素和總結(jié)地震經(jīng)驗的基礎上，對地震區(qū)現(xiàn)澆鋼筋混凝土多高層房屋的結(jié)構(gòu)類型和最大高度給出了相應的規(guī)定，見表2.2。 表2.2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度（m） 結(jié)構(gòu)類型 烈度 6 7 8 9 框架 60 55 45 25 框架－抗震墻 130 120 100 50 抗震墻 140 120 100 60 部分框支抗震墻 120 100 80 不應采用 框架－核心筒 150 130 100 70 筒中筒 180 150 120 80 板柱－抗震墻 40 35 30 不應采用 注：1）房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫菝娌糠郑? 2）框架－核心筒結(jié)構(gòu)指由周邊梁柱框架和核心筒組成的結(jié)構(gòu) 3）部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)指首層或底部兩層框支抗震墻結(jié)構(gòu) 4）乙類建筑可按本地區(qū)抗震設防烈度確定適用的最大高度 5）超過表內(nèi)高度的房屋，應進行專門研究和論證，采取有效地加強措施 6）表中的“抗震墻”即《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010）中的剪力墻。 除了建筑高度等因素外，選擇結(jié)構(gòu)體系還要考慮建筑物的剛度與場地條件的關系。當建筑物自振周期與地基土的卓越周期一致時，容易產(chǎn)生共振從而加重建筑物的震害。建筑物的自振周期與結(jié)構(gòu)本身的剛度有關，因此在選擇結(jié)構(gòu)類型時應該了解場地和地基土及其卓越周期，調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，避開共振周期和共振現(xiàn)象的發(fā)生。 選擇結(jié)構(gòu)體系時還要注意選擇合理的基礎型式。對建筑物層數(shù)不多且地基條件較好時可選擇獨立基礎、十字交叉帶形基礎等，對軟弱的地基宜選擇樁基、筏基或箱基等。 另外，選擇結(jié)構(gòu)體系，必須注意經(jīng)濟指標。多高層房屋一般用鋼量大，造價高，因而要盡量選擇輕質(zhì)高強和多功能的建筑材料，以減輕自重降低造價。 結(jié)構(gòu)選型是一個綜合性的問題，在實際設計中應根據(jù)建筑物所在地區(qū)的設防烈度、建筑物的高度及使用功能、建筑物的地基情況和工程造價等因素選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。對于框架結(jié)構(gòu)由于其抗側(cè)移剛度較差，在地震區(qū)一般用于十層左右體型較簡單和剛度較均勻的建筑物。對于層數(shù)較多、體型較復雜、剛度不均勻的結(jié)構(gòu)，為了減小側(cè)向變形并減小震害，應該選擇抗側(cè)移剛度更大的結(jié)構(gòu)形式。 2 框架結(jié)構(gòu)的組成與分類 框架結(jié)構(gòu)在平面上布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)室、教室等。需要時，可以用隔斷分割成小房間，或拆除隔斷改成大房間，因而在使用功能上十分靈活?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的墻體一般只做圍護和分割使用，因此，建筑立面的設計也靈活多變，若采用輕質(zhì)隔墻，還可大大降低房屋自重，節(jié)省材料。 框架是由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點連接形成的骨架結(jié)構(gòu)，由梁、柱承受豎向和水平荷載，墻僅起圍護作用。框架梁一般為水平布置，有時為便于屋面排水或者建筑造型等的需求，也可布置成斜梁。為便于結(jié)構(gòu)受力，同一軸線上的梁宜拉通對直，并與柱軸線位于同一鉛垂平面內(nèi)?？蚣苤慕孛嫘问匠榫匦危袝r由于建筑上的要求，也可設計成圓形、八角形、L形和T形等。為便于結(jié)構(gòu)受力，同一平面位置上的上下層框架柱的形心宜位于同一鉛垂線上，否則上柱軸力會對下柱產(chǎn)生附加彎矩。同時框架柱網(wǎng)布置宜上下一致?？蚣芰褐g的節(jié)點一般為剛性連接，有時為了施工或者其它構(gòu)造要求也可將部分節(jié)點設計成鉸結(jié)或半鉸結(jié)的形式。 框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下的變形特點如圖2.2所示。其側(cè)向位移主要由兩部分組成：第一部分是由柱和梁的彎曲變形產(chǎn)生。在水平荷載作用下，梁和柱都有反彎點，形成側(cè)向變形?？蚣芟虏康牧?、柱內(nèi)力較大，層間變形也大，愈到上部變形愈小，使整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)剪切型變形。第二部分側(cè)移由柱的軸向變形產(chǎn)生，在水平荷載作用下，柱的拉伸和壓縮使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)移。這種側(cè)移在上部各層較大，而愈到底部愈小，使整個結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)彎曲變形?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中第一部分的側(cè)向變形是主要的，隨著建筑高度的增加，第二部分變形比例逐漸增加，但合成后整個結(jié)構(gòu)仍主要呈現(xiàn)為剪切型變形特征。 圖2.2 框架側(cè)向變形 框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度主要取決于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面慣性矩小，側(cè)向變形較大，這是框架結(jié)構(gòu)的主要缺點，也因此而限制了框架結(jié)構(gòu)的使用高度。 框架結(jié)構(gòu)按材料可分為鋼框架和鋼筋混凝土框架。鋼框架具有自重輕、抗震性能好、施工速度快等優(yōu)點，但具有用鋼量大、造價高、耐水和耐腐蝕性差等缺點，目前應用相對較少；鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)由于其造價低、取材方便、耐久性好和可模性好等優(yōu)點，在我國得到廣泛的應用。 鋼筋混凝土框架按其施工方法可分為：現(xiàn)澆式框架、半現(xiàn)澆式框架、裝配式框架及裝配整體式框架；其中現(xiàn)澆整體式框架梁、柱、樓板全部現(xiàn)澆，它的優(yōu)點是整體性和抗震性能好，缺點是現(xiàn)場施工量和支模量大，地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先選用現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)體系。 3 框架結(jié)構(gòu)布置 ⑴ 柱網(wǎng)布置及層高 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)民用建筑的柱網(wǎng)和層高根據(jù)建筑使用功能確定；工業(yè)建筑的柱網(wǎng)布置和層高要滿足生產(chǎn)工藝流程和建筑平面布置的要求，同時柱網(wǎng)布置要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。 ①、柱網(wǎng)布置應滿足生產(chǎn)工藝流程的要求 在多層工業(yè)廠房設計中，生產(chǎn)工藝流程的布置是廠房平面設計的主要依據(jù)，根據(jù)各生產(chǎn)工段的使用要求，廠房的平面布置一般為內(nèi)廊式、統(tǒng)間式、大寬度式等。內(nèi)廊式的邊跨跨度一般為6～8m，中間跨為2～4m；等跨式的跨度一般為6～12m；柱距一般為6～7.5m；層高為3.6～5.4m。 ②、柱網(wǎng)布置應滿足建筑平面布置的要求 對于各種平面的建筑物，結(jié)構(gòu)布置應滿足建筑功能及建筑造型的要求。建筑內(nèi)部柱網(wǎng)的布置應與建筑分隔墻布置相協(xié)調(diào)，建筑周邊柱子的布置應與建筑物外立面造型相協(xié)調(diào)。 旅館、辦公室等建筑物中建筑平面一般為兩邊為客房或辦公室，中間為走廊，這時柱網(wǎng)布置一般有兩種方案：一種為三跨式，走道為一跨，兩邊的房間與衛(wèi)生間為一跨；另一種是當房間進深較小時，取消中間一排柱子布置成兩跨框架，即將走廊與進深較小的房間布置在同一跨內(nèi)。目前，住宅、賓館和辦公樓的柱網(wǎng)可劃分為小柱網(wǎng)和大柱網(wǎng)兩種形式，小柱網(wǎng)指一個開間為一個柱距，大柱網(wǎng)指兩個開間為一個柱距，常用的柱距有3.3m、3.6m、4.0m、6.0m、6.6m、7.2m等；常用的跨度為4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.5等；層高一般為3.0m、3.3m、3.6m、4.2m、4.5等。 ③、柱網(wǎng)布置應使結(jié)構(gòu)受力合理 多層框架結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載，因此柱網(wǎng)布置時應考慮到結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下內(nèi)力分布較均勻合理，各構(gòu)件材料均能充分的發(fā)揮作用。縱向柱列的布置對結(jié)構(gòu)的受力也有很大的影響，一般取為建筑開間（小柱網(wǎng)），但當開間較小、層數(shù)較少時，柱距過小一方面導致柱截面設計時常按構(gòu)造配筋，不能充分地發(fā)揮材料的強度，另一方面也使建筑平面布置不夠靈活，所以可考慮兩個開間設一個柱距（大柱網(wǎng)）。 ④、柱網(wǎng)布置應使施工方便 結(jié)構(gòu)布置時還應考慮到施工方便，以加快施工進度，降低工程造價，在結(jié)構(gòu)布置時應盡量減少梁板單元的種類，以方便施工。 ⑵ 框架結(jié)構(gòu)的承重方案 柱網(wǎng)確定后，用梁將柱子連接起來，即形成了框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)抗震要求，框架均應雙向設置，即沿房屋縱橫雙向布置梁系，從而形成一個空間受力體系。但為了計算方便，可將實際框架結(jié)構(gòu)看成縱橫兩個方向的平面框架?？v向框架和橫向框架分別承受各自方向上的水平力，而樓面豎向荷載則依據(jù)樓蓋結(jié)構(gòu)布置方式按不同的方式傳遞。根據(jù)樓蓋的平面布置及豎向荷載的傳遞途徑，其承重方案可分為橫向承重、縱向承重和縱橫向承重三種。一般沿建筑物短向的稱為橫向框架，沿建筑物長向的稱為縱向框架；稱承受較大樓面豎向荷載的方向上布置的框架梁稱為主梁，相應平面內(nèi)的框架稱為承重框架，而另一方向上則稱次梁和非承重框架。 橫向框架承重時，主梁沿建筑物橫向布置，可加大結(jié)構(gòu)橫向剛度，實際工程中應用較多；縱向框架承重時，主梁沿建筑物縱向布置，結(jié)構(gòu)的橫向剛度小，實際工程中較少采用；縱橫向框架承重一般應用于現(xiàn)澆樓蓋大柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)中，以提高結(jié)構(gòu)的地震能力。 ⑶ 變形縫的布置 在一般房屋結(jié)構(gòu)的總體布置中，考慮到沉降、溫度收縮和體型復雜對房屋結(jié)構(gòu)的不利影響，常常用沉降縫、伸縮縫或抗震縫將房屋分成若干獨立的部分，從而消除沉降差、溫度應力和體型復雜對結(jié)構(gòu)的危害。這三類縫統(tǒng)稱為變形縫，設置變形縫主要是結(jié)構(gòu)安全的需要。 ①伸縮縫 為防止結(jié)構(gòu)由于溫度變化或混凝土干縮而變形，常設置溫度伸縮縫。除基礎外，上部結(jié)構(gòu)斷開，縫寬一般常采用20～30㎜。 ②沉降縫 在結(jié)構(gòu)立面有較大變化時，或地基基礎有較大變化時，或豎向有高差時，或可能產(chǎn)生不均勻沉降時，可設置沉降縫。將兩部分房屋從上部到基礎全部斷開，房屋層數(shù)2～3層時，縫寬50～80㎜，4～5層時，縫寬80～120㎜，大于5層時，縫寬≥120㎜。 ③抗震縫 對有抗震設防要求的建筑物，當建筑物的層數(shù)、質(zhì)量、剛度差異較大時，或有錯層時，或平面形狀不規(guī)則時，應在地面以上用防震縫分開，縫的最小寬度應符合下列要求：①房屋高度在15m以下時為70mm；②高度超過15m時，6度區(qū)每增高5m加寬20mm，7度區(qū)每增高4m加寬20mm，8度區(qū)每增高3m加寬20mm，9度區(qū)每增高2m加寬20mm。剪力墻結(jié)構(gòu)的縫寬按以上數(shù)值的70％取用。 特別要注意的是，在地震區(qū)，伸縮縫和沉降縫的寬度均應做成抗震縫的寬度，一般情況下伸縮縫、沉降縫和抗震縫盡可能合并使用，并在抗震縫兩側(cè)均布置框架。變形縫將建筑物劃分為若干個結(jié)構(gòu)獨立的部分，成為獨立的結(jié)構(gòu)單元。 4 框架設計要點 ⑴ 整個框架結(jié)構(gòu)要承擔來自建筑物橫向和縱向兩個方向地震動引起的地震力，因此對于橫向框架和縱向框架，梁與柱的連接都應該采用剛性連接以形成剛性框架。 ⑵ 框架結(jié)構(gòu)橫向基本周期和縱向基本周期差別不大，橫向和縱向地震作用的總值也大致相等，每根柱子在縱橫兩個方向的地震剪力和彎矩也大致相等，因此框架柱宜采用方形柱和對稱配筋。 ⑶ 不論是現(xiàn)澆框架還是預制框架，均應符合“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”、“強壓弱拉”的抗震四準則。 ⑷ 在布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時，應使結(jié)構(gòu)均勻分布，令荷載作用線通過結(jié)構(gòu)剛度中心，以減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。在布置剛度較大的樓(電)梯間時，要注意保證結(jié)構(gòu)的對稱性。有時從建筑功能考慮，在平面拐角部位或端部布置電梯間時，則應采用剪力墻、筒體等加強措施。 ⑸ 框架房屋的圍護結(jié)構(gòu)，可采用非承重空心磚或輕質(zhì)填充墻?？蚣苤c填充墻體應設置拉墻筋連結(jié)，一般采用2ф6間距500㎜，進入墻體的長度不少于500㎜，有抗震要求時不少于1000㎜。當采用砌體填充墻時，平面和豎向布置宜對稱均勻，并采取措施以減少對主體結(jié)構(gòu)的不利影響。 ⑹ 同一結(jié)構(gòu)單元宜將框架梁設置在同一標高處，盡可能不采用復式框架，避免出現(xiàn)錯層和夾層，從而造成短柱破壞。 ⑺ 框架梁的截面中心線宜與柱中心線重合，端部框架梁以及沿外縱墻的縱向梁可以偏置，但其最大偏心距不宜大于柱寬的1/4，同時應注意加強節(jié)點構(gòu)造。框架結(jié)構(gòu)的梁柱宜貫通，應避免梁上立柱、柱上頂板的結(jié)構(gòu)方案。 ⑻ 邊柱應防止被通長設置的縱向梁、過梁分隔成短柱，短柱在地震中破壞嚴重，不宜采用。 ⑼ 現(xiàn)澆框架的混凝土強度等級，當按一級抗震等級設計時不宜低于C30，按二～四級抗震等級和非抗震設計時不應低于C20。裝配整體式框架結(jié)構(gòu)的混凝土強度等級不宜低于C30，其節(jié)點區(qū)混凝土強度等級還應比柱提高5MPa。 梁柱混凝土強度等級相差不宜大于5MPa。如超過時，節(jié)點區(qū)混凝土強度等級應與柱相同。 框架柱沿豎向分段改變截面尺寸和混凝土強度等級時，每次改變柱邊長不宜大于100～150㎜，混凝土強度宜為一個等級。一般尺寸改變和強度改變應錯開樓層布置，避免豎向剛度產(chǎn)生較大的改變。柱截面高度改變時，邊柱應向內(nèi)擴展，中柱應向兩邊擴展；柱截面寬度改變時，端柱宜向內(nèi)擴展，中間柱宜向兩側(cè)擴展。 ⑽ 樓梯轉(zhuǎn)彎休息平臺宜通過“∏”形構(gòu)件支承在下一層框架梁上，應避免設置橫貫整個跨度的支承梁，防止在樓梯間出現(xiàn)短柱。 ⑾ 角柱截面尺寸可以較邊柱截面尺寸放大一號，當采用同樣截面時，應增加柱內(nèi)縱筋數(shù)量，并按全高加倍配置箍筋。 ⑿ 樓層的結(jié)構(gòu)標高，較建筑標高低一個樓面層的厚度。 2.3.2 構(gòu)件截面尺寸估算 框架結(jié)構(gòu)是超靜定結(jié)構(gòu)，它的內(nèi)力和變形除與荷載的形式有關外，還與構(gòu)件或截面的剛度有關，而構(gòu)件或截面的剛度又取決于構(gòu)件的截面尺寸，因此先要確定構(gòu)件的截面尺寸。但是，構(gòu)件的截面尺寸又與荷載和內(nèi)力的大小有關，在構(gòu)件內(nèi)力沒有計算出來以前，又很難準確地確定構(gòu)件的截面尺寸大小。因此，只能先估算構(gòu)件的截面尺寸，等內(nèi)力和變形計算好后，如果估算的截面尺寸符合要求，便可作為設計尺寸。如果所需的截面尺寸與估算的截面尺寸相差很大，則要重新估算和重新進行計算。 1 框架梁的截面形狀和尺寸 框架梁的截面形狀，在現(xiàn)澆框架中以T形為多，在裝配式框架中常做成矩形、T形和花籃形等，在裝配整體式框架中常做成花籃形。 框架梁的截面尺寸可參考受彎構(gòu)件初步確定，單跨框架梁高h=（1/10～1/12）L，多跨框架梁高h=（1/12～1/16）L，L為梁的跨度；梁寬b=（1/2～1/4）h，且至少比柱寬少50㎜?？蚣芰旱慕孛娓叨榷嗳?00、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000㎜；其截面寬度一般為180、200、220、250、300、350㎜。 在抗震結(jié)構(gòu)中，梁寬不宜小于200㎜，梁的高寬比不宜大于4，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。當采用預應力混凝土梁時，其截面高度可以乘以0.8的系數(shù)。特殊情況下，框架梁也可設計成寬扁梁，但梁的寬度不宜大于柱寬。 為了使構(gòu)件的類型盡可能少些，各層框架梁的截面形狀和尺寸往往不變，而僅改變其配筋率。 2 框架柱的截面形狀和尺寸 框架柱的截面一般采用正方形或矩形。 框架柱截面寬度可先按底層柱高的1/15初選，截面高度取寬度的1～1.5倍，同時滿足h≥L0/25、b≥L0/30，L0為柱的計算長度?？蚣苷叫沃慕孛娉叽缫话銥?00300、350350、400400、500500、600600㎜等；框架矩形柱的截面尺寸一般為300400、300450、300500、400500、400600、500800、600800㎜等。 在多層房屋中，柱的寬度與高度不宜小于300㎜；在高層建筑中，柱截面高度不宜小于400㎜，截面寬度不宜小于350㎜。柱截面高度與寬度之比為1～2。柱凈高與截面長邊尺寸（圓柱為直徑）之比宜大于4。 抗震設計中，柱截面尺寸主要受軸壓比的控制，初選的柱截面尺寸應按軸壓比進行初步驗算。軸壓比的限值按表2.3采用。 表2.3 軸壓比的限值 抗震等級 抗震一級 抗震二級 抗震三級 框架結(jié)構(gòu) 0.70 0.80 0.90 注：當柱凈高與截面長邊尺寸之比小于4時，最大軸壓比可減小0.05，并采取加密箍筋，增設附加箍筋等措施，加強對混凝土的約束。 3 樓板的厚度 樓板厚度可按與其跨度之比進行估計，單向板?。?/25～1/30）L；單向連續(xù)板?。?/35～1/40）L；雙向板(短邊)?。?/40～1/45）L；懸挑板?。?/10～1/12）L；樓梯平臺取1/30L；無粘結(jié)預應力板取1/40L；L為板的跨度。板的最小厚度在多層房屋中為70㎜，高層建筑為100㎜。 2.3.3 計算簡圖及荷載的確定 1 計算簡圖的確定 ⑴ 框架計算單元的選取 框架結(jié)構(gòu)是一個空間結(jié)構(gòu)體系，由橫向框架和縱向框架組成。為簡化計算，通常忽略框架結(jié)構(gòu)縱向和橫向之間的空間聯(lián)系，忽略各構(gòu)件的抗扭作用，將縱、橫向框架分別按平面框架進行分析計算。一般橫向框架的間距相同，作用于各橫向框架上的荷載相同，框架的抗側(cè)剛度相同，因此，除端部框架外，各榀橫向框架都將產(chǎn)生相同的內(nèi)力和變形，設計時一般取有代表性的一榀橫向框架進行分析即可；而作用于縱向框架上的荷載則各不相同，應分別進行計算。 對有側(cè)移框架，橫向和縱向框架均應進行計算；無側(cè)移框架，可只進行橫向框架的計算。 ⑵ 梁、柱的簡化 在框架計算簡圖中，框架梁、柱是用其軸線表示的，梁、柱連接區(qū)是用節(jié)點表示的，桿件長度是用節(jié)點間的距離表示的，荷載的作用點也轉(zhuǎn)移到軸線上。在一般情況下，等截面柱的軸線取截面形心線，當上、下層柱截面尺寸不同時，往往取頂層柱的形心線作為柱子的軸線?？蚣芰旱目缍热≈S線間的距離，當各跨跨度相差不超過10%時，可按等跨框架對待，跨度取原框架各跨跨度的平均值。斜形或折線形橫梁當傾斜度不超過1/8時，可當作水平橫梁。底層柱高取底部嵌固面到二層樓面間的距離，其它層柱高取層高。 必須注意，按以上計算簡圖算出的內(nèi)力是軸線上的內(nèi)力，由于簡圖的軸線不一定是各截面的形心線，因此，在計算配筋或選擇截面尺寸時，應將算得的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為設計截面處的內(nèi)力。 ⑶ 多、高層框架結(jié)構(gòu)底部嵌固面的確定 框架結(jié)構(gòu)底部嵌固面的確定是保證計算可靠的前提，按下列情況確定嵌固面位置： ①結(jié)構(gòu)有一層地下室為箱基時，嵌固面可取在箱基頂板面。 ②結(jié)構(gòu)有兩層地下室，第二層地下室為箱基，地下室外墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，地下室一層頂板的整體性較好，地下室平面為矩形，長寬比不大于3時，嵌固面取在地下室一層頂板面。 ③結(jié)構(gòu)有一層地下室且地下室底板為筏基，當?shù)叵率翼敯逭w性較強、剛度較大時，嵌固面取在地下室頂板面。 ④結(jié)構(gòu)地下室頂板整體性較好、剛度較大，且地下室周圍有現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體，能承受上部結(jié)構(gòu)通過地下室頂板傳來的剪力時，嵌固面可取在地下室頂板面。 ⑤結(jié)構(gòu)設置半地下室，半地下室墻體截面慣性矩比半地下室上層墻體慣性矩增大75%以上，或當?shù)叵率胰裨诘叵?，全地下室墻體截面慣性矩比全地下室上層墻體慣性矩增大50%以上時，嵌固面可取在地下室頂板面。 ⑥多、高層框架結(jié)構(gòu)建筑如不符合上述諸條件，則嵌固面均應取在基礎頂面。 ⑷ 節(jié)點的簡化 在現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系中，將其簡化為剛接節(jié)點。在裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，一般簡化成鉸接節(jié)點或半鉸接節(jié)點。裝配整體式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，也常簡化成剛接節(jié)點。 框架柱與基礎一般采用整體現(xiàn)澆混凝土連接，或預制柱插入基礎杯口再澆筑細石混凝土連接，故通常簡化成剛接節(jié)點。 ⑸ 框架柱的計算長度的確定 ①無側(cè)移框架 對現(xiàn)澆樓蓋，無論各層， L0=0.7H 對裝配式樓蓋 L0=1.0H ②有側(cè)移框架 對現(xiàn)澆樓蓋，底層柱 L0=1.0H1 其余各層柱 L0=1.25H 對裝配式樓蓋，底層柱 L0=1.25H1 其余各層柱 L0=1.5H 式中 H1—自柱底層嵌固面至一層樓蓋頂面之間的距離； H—上下兩層樓蓋之間的距離。 2 荷載的確定 ⑴ 荷載的類型 凡能使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件直接產(chǎn)生內(nèi)力、應變、位移、裂縫等效應的作用，統(tǒng)稱為荷載。 施加于結(jié)構(gòu)上的荷載與作用，有豎向荷載（包括恒載與活載）、風荷載、地震作用、施工荷載、地基不均勻沉降及由于材料體積變化受阻引起的作用（包括溫度、混凝土的徐變和收縮作用）等。 ① 恒載 恒載包括結(jié)構(gòu)本身的自重和附加于結(jié)構(gòu)上的各種永久荷載，如非承重構(gòu)件的自重、各種飾面材料的重量、樓面的找平層重量、玻璃幕墻及其附件重量、吊在樓面下的各種設備管道重量等等。它可由構(gòu)件和裝修的尺寸和材料的重量直接計算，材料的自重應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值。 ② 活載 結(jié)構(gòu)的樓面活荷載應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取用。 設計樓面梁、墻、柱及基礎時，樓面活荷載標準值應乘以規(guī)定的折減系數(shù)（即組合系數(shù)）。折減系數(shù)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定取用。設計樓蓋時，樓面活荷載標準值不予折減。 建筑物的屋面活荷載，是其水平投影面上的均布活荷載。屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮。 ③ 施工活荷載 施工活荷載一般取1.5～2kN/㎡。當施工中采用附著式塔吊、爬式塔吊等對結(jié)構(gòu)受力有影響的起重機械或其它施工設備時，在結(jié)構(gòu)設計中應根據(jù)具體情況驗算施工荷載的影響。 設計屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨蓬和預制過梁時，施工或檢修集中荷載應取1.0kN，并應在最不利位置處進行驗算。當計算挑檐、雨蓬承載力時，應沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載；在驗算挑檐、雨蓬傾覆時，應沿板寬每隔2.5～3.0m取一個集中荷載。 ④ 風荷載 風荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的規(guī)定計算。需要注意的是，應同時考慮迎風面的壓力及背風面的吸力。另外，一般體型較大，高度不大于30m、高寬比小于1.5的房屋結(jié)構(gòu)，可取風振系數(shù)為1.0；反之，則應按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值。 女兒墻對屋面的擋風影響不大，屋面的體型系數(shù)可近似地按沒有女兒墻的屋面采用。 對于高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，基本風壓可乘1.1的增大系數(shù)作為該建筑物的基本風壓值；對于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，其基本風壓可乘1.2增大系數(shù)。 ⑤ 雪荷載 雪荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定的地區(qū)選取基本雪壓值，按不同的屋面形式選取屋面積雪分布系數(shù)。屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況計算；屋架和拱殼可分別按積雪全跨均勻分布、不均勻分布和半跨均勻分布計算；框架梁柱可按積雪全跨的均勻分布計算。 雪荷載標準值是屋面水平投影面上的值。 上人屋面，雪荷載與屋面活荷載不應同時組合；不上人屋面，應將雪荷載與施工或維修荷載進行比較，取其中較大值參加組合。 ⑥建筑物重力荷載代表值 計算地震作用時，建筑物的重力荷載代表值應取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。 多層及高層結(jié)構(gòu)房屋集中到樓蓋及屋蓋處的重力荷載代表值（Gi）為：恒載的全部、雪荷載的50%、一般樓面活荷載的50%（藏書庫、檔案庫取活荷載的80%）。為了簡化計算，樓面以下本層的柱、墻自重及樓面荷載，集中在樓蓋處；頂層的柱、墻自重、屋面荷載及女兒墻、挑檐重，全部集中在屋蓋處。 計算地震作用時，結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值（GE）為全部重力荷載代表值之和。 結(jié)構(gòu)等效總重力荷載代表值：水平地震作用時，單質(zhì)點取Geq=1.0GE，多質(zhì)點取Geq=0.85GE；豎向地震作用時，多質(zhì)點取Geq=0.75GE。 建筑結(jié)構(gòu)設計時，對不同的荷載效應采用不同的荷載代表值。荷載代表值主要是標準值、準永久值和組合值。當設計上有特殊需要時，也可規(guī)定其他代表值，例如，頻遇值。 荷載標準值是結(jié)構(gòu)設計時采用的荷載基本代表值，是結(jié)構(gòu)在使用期間，在正常情況下出現(xiàn)的最大荷載值，是現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》對各類荷載規(guī)定的設計取值。荷載的其它代表值是以標準值乘以適當?shù)南禂?shù)得出的。 可變荷載組合值是當結(jié)構(gòu)承受兩種或兩種以上可變荷載時，由于在結(jié)構(gòu)上的各可變荷載不可能同時達到各自的最大值，因此，必須考慮荷載組合，通常將某些可變荷載的標準值乘以組合系數(shù)予以折減，折減后的荷載代表值稱為荷載的組合值。 可變荷載準永久值是正常使用極限狀態(tài)按準永久組合設計時采用的可變荷載代表值。 在結(jié)構(gòu)設計時，應根據(jù)不同的設計要求，選取不同的荷載代表值來計算設計荷載。永久荷載（恒載），在按承載能力極限狀態(tài)設計時，應采用標準值作為代表值?？勺兒奢d（活載），在按承載能力極限狀態(tài)設計時，常以組合值為代表值；在按正常使用極限狀態(tài)設計時，常以準永久值作為代表值；對偶然荷載，應根據(jù)試驗資料并結(jié)合工程經(jīng)驗確定其代表值。 計算設計荷載時，不得漏項。漏算設計荷載的后果，更為嚴重。 ⑵ 荷載效應組合 所謂荷載效應，是指在荷載的作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或位移。通常，在結(jié)構(gòu)計算時，應當首先分別計算上述各種荷載作用下產(chǎn)生的效應（內(nèi)力和位移），然后將這些內(nèi)力和位移分別按建筑物的設計要求，進行組合，得到構(gòu)件效應的設計值（內(nèi)力設計值和位移設計值）。不同設計要求下，所應考慮的荷載和地震作用見表2.4。 表2.4 設計中考慮的荷載和地震作用表 設計要求 豎向荷載 風荷載 水平地震作用 豎向地震作用 非抗震設計 ∨ ∨ 6～8度抗震設防 ∨ ∨ ∨ 9度抗震設防 ∨ ∨ ∨ ∨ 注：只有在建筑高度超過60m時，才同時考慮風與地震產(chǎn)生的效應?！薄拧北硎緟⑴c效應組合 有地震作用荷載效應組合，見《建筑抗震設計規(guī)范》中5.4.1中的規(guī)定。 荷載分項系數(shù)與荷載效應組合系數(shù)見表2.5。 表2.5 荷載分項系數(shù)及荷載效應組合系數(shù) 類型 編號 組合情況 豎向荷載 水平地震作用 豎向地震作用 風荷載 說明 無地震作用 1 恒載及活載 1.2 1.4 0 0 0 0 2 恒載、活載及風荷載 1.2 1.4 0 0 1.4 1.0 有地震作用 3 重力荷載、水平 地震作用 1.2 1.3 0 0 0 4 重力荷載、水平 地震作用及風荷載 1.2 1.3 0 1.4 0.2 60m以上高層 建筑考慮 5 重力荷載及豎向 地震作用 1.2 0 1.3 0 0 9度區(qū)考慮，8度區(qū)大跨度考慮 6 重力荷載、水平 及豎向地震作用 1.2 1.3 0.5 0 0 同上 7 重力荷載、水平及豎向地震作用、風荷載 1.2 1.3 0.5 1.4 0.2 60m以上高層建筑，9度區(qū)考慮，8度大跨度考慮 進行位移計算時，所有的分項系數(shù)均取為1.0。所以，非抗震設計時，分別計算出豎向荷載、風荷載所產(chǎn)生的位移后，總位移可直接相加。 在所選定可能出現(xiàn)的幾種組合情況下，要選最不利的荷載效應組合值進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計算。 2.3.4 水平荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力與側(cè)移的計算 框架結(jié)構(gòu)所受的水平荷載（作用）主要包括水平地震作用和風荷載。風載和地震作用可能沿任意方向，計算時，一般將其作用沿兩個主軸方向進行分解，簡化為沿主軸方向的作用，可以是正方向也可以是負方向。在正交矩形平面結(jié)構(gòu)中，正負兩個方向荷載作用下，內(nèi)力大小相等，符號相反。故只需作一次計算分析，將內(nèi)力冠以正、負號即可。 一般情況下，按結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應全部由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔。 在平面布置復雜或不對稱結(jié)構(gòu)中，一個方向的水平荷載可能對一部分構(gòu)件形成不利內(nèi)力，另一方向的荷載對另一部分構(gòu)件形成不利內(nèi)力，這時要做具體分析，選擇不同方向的水平荷載，分別進行內(nèi)力分析，再進行內(nèi)力組合。 質(zhì)量與剛度不對稱、明顯不均勻，可能產(chǎn)生顯著扭轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)應考慮水平地震作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用。有斜交抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時，應按各斜交方向分別進行驗算。 1 基本假定與基本方法 ⑴ 結(jié)構(gòu)計算假定 實際建筑結(jié)構(gòu)是一個復雜的三維空間結(jié)構(gòu)，由于材料和荷載的影響均具有不同程度的隨機性，使結(jié)構(gòu)精確分析十分困難，因此在結(jié)構(gòu)受力分析上必須進行不同程度的簡化?？蚣芙Y(jié)構(gòu)計算時常用的計算假定包括以下幾個方面： ①結(jié)構(gòu)分析的彈性靜力假定 建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移均按彈性靜力方法計算，采用彈性方法計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，而按彈塑性極限狀態(tài)進行截面設計。 地震作用通過地震設計反應譜簡化為地震作用的等效靜力，然后再采用彈性靜力方法對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力分析。 作為“大震不倒”的保證，主要是通過抗震構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形能力，并采取對結(jié)構(gòu)薄弱層進行彈塑性變形驗算等手段，提高結(jié)構(gòu)的安全性，防止建筑物倒塌。 ②平面結(jié)構(gòu)假定 任何建筑結(jié)構(gòu)都是三維空間結(jié)構(gòu)，當采用規(guī)則框架結(jié)構(gòu)計算時，大多可將空間結(jié)構(gòu)沿兩個正交主軸劃分為若干平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，可以認為每一方向的水平荷載和地震作用只由該方向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)承擔，垂直于該方向的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不參加工作。 ③樓板在平面內(nèi)的剛性假定 各個平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)之間，通過樓板聯(lián)系而形成整體，樓板常假定為在平面內(nèi)剛度為無限大，在平面外剛度很小，可以不考慮。 ④水平荷載按位移協(xié)調(diào)原則進行分配 將空間結(jié)構(gòu)簡化為平面結(jié)構(gòu)后，整體結(jié)構(gòu)上的水平荷載應按位移協(xié)調(diào)原則，分配到各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)上。當結(jié)構(gòu)只有平移而無扭轉(zhuǎn)發(fā)生時，根據(jù)剛性樓板的假定，在同一標高處的所有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的水平位移都相等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中各柱的水平力，按各柱的抗側(cè)剛度D的比例分配。應當特別注意的是，各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的水平力不能簡單地只按其受荷面積的大小來分配。 ⑵ 基本計算理論 ①水平荷載作用下的反彎點法 風和地震對框架結(jié)構(gòu)的水平作用，一般都可以簡化為作用于框架節(jié)點上的水平力，將總風力和總地震力分配到各榀框架，按靜力進行平面框架的內(nèi)力分析。即可按柱的抗側(cè)剛度將總水平荷載直接分配到柱，得到各柱剪力后，根據(jù)反彎點位置求出柱端彎矩，再由節(jié)點平衡求出梁端彎矩和剪力。 1）基本假定 框架結(jié)構(gòu)在節(jié)點水平力的作用下，各桿的彎矩圖都呈直線形，且一般都有一個反彎點。同一層內(nèi)的各節(jié)點具有相同的側(cè)向位移；同一層內(nèi)的各柱具有相同的層間位移。因為在反彎點處彎矩為零，因此，如能確定各柱內(nèi)的剪力及反彎點的位置，便可求得各柱的柱端彎矩，并進而由節(jié)點的平衡條件求得梁端彎矩及整個框架結(jié)構(gòu)的其它內(nèi)力。為此假定： a 在確定柱的側(cè)移剛度時，認為梁的剛度無限大，上下柱端只有側(cè)移沒有轉(zhuǎn)角，且同一層柱中各端的側(cè)移相等； b在確定柱的反彎點位置時，認為除底層柱外的各層柱，受力后的上下兩端將產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)角。對于底層柱，反彎點高度為2/3h，其他各層柱的反彎點位于柱高的中點。 c多層多跨框架在水平荷載作用下，當梁柱線剛度比值≥3時，認為符合上述假定，可采用反彎點法計算內(nèi)力。 2）計算方法 a計算各柱抗側(cè)剛度，并把各層總剪力分配給各柱。 b根據(jù)各柱分配到的剪力和反彎點的位置，計算柱端彎矩。 c根據(jù)節(jié)點平衡條件和梁的線剛度計算梁端彎矩和剪力。 3）計算步驟 a 根據(jù)剛架各柱的側(cè)移剛度，分層計算同層各柱的剪力分配系數(shù) b 分層進行剪力分配，計算同層各柱的剪力 c 根據(jù)反彎點高度計算各柱的端彎矩 d 根據(jù)節(jié)點的力矩平衡條件，確定梁端彎矩 ②水平荷載作用下的修正反彎點法（D值法） 反彎點法在考慮柱的側(cè)移剛度時，假設節(jié)點的轉(zhuǎn)角為零，也就是說，橫梁的線剛度假設為無窮大。當建筑物的柱子截面較大，或梁柱線剛度比小于3、考慮抗震要求有強柱弱梁的框架時，節(jié)點轉(zhuǎn)角通常較大，用反彎點法計算的內(nèi)力誤差較大，因此提出用修正反彎點法來計算水平荷載下框架的內(nèi)力，即修正柱的抗側(cè)移剛度和調(diào)整柱的反彎點高度。因修正后柱抗側(cè)移剛度用D來表示，故稱為D值法。 1）修正柱抗側(cè)移剛度：考慮節(jié)點轉(zhuǎn)角時，框架柱的側(cè)移剛度不僅與本身的線剛度有關，而且還與梁的線剛度有關。按照梁柱線剛度比值與柱剛度修正系數(shù)的關系進行修正。 2）修正柱的反彎點高度：水平荷載作用下的框架柱的反彎點不是固定不變的，它的位置是隨著梁柱線剛度比而變化的，也因該層柱所處樓層位置及上下層層高的不同而異，還會受荷載形式的影響。在D值法中，通過一系列修正系數(shù)反映上述因素的影響。 3）計算步驟：D值法計算步驟與反彎點法相仿，當各層柱抗側(cè)剛度和各柱反彎點位置確定后，可把該層總剪力分配到每個柱，繼而求出各桿內(nèi)力。 2 水平地震作用下內(nèi)力與側(cè)移的計算 ⑴ 地震作用的計算方法 地震作用的計算方法常見的有靜力法，振型分解反應譜法，時程分析法三大類?！督ㄖY(jié)構(gòu)抗震規(guī)范》規(guī)定，等效地震荷載計算方法分以下三種情況： ①底部剪力法 底部剪力法是振型分解反應譜法的一個特例，其只考慮了基本振型（第一振型）的地震作用，從而簡化了計算。底部剪力法適用于高度不超過40m，以剪切變形為主，剛度與質(zhì)量沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)。這種方法是先計算出作用于結(jié)構(gòu)的總水平地震作用，也就是作用于結(jié)構(gòu)底部的剪力，然后將此總水平地震作用按一定的規(guī)律分配給各質(zhì)點。 ②振型分解反應譜法 對高度超過40m的建筑物一般可采用振型分解反應譜法計算等效地震荷載。這種方法求地震反應時需要計算結(jié)構(gòu)的各個自振頻率和振型，然后將各振型的地震作用效應以平方和開方法求得結(jié)構(gòu)地震作用效應，運算比較復雜。 ③時程分析法 當房屋高度較高、地震烈度較高或房屋沿高度方向質(zhì)量與剛度分布特別不均勻時，要采用時程分析法進行補充分析。時程分析方法是一種動力分析方法，能直接計算出地震地面運動過程中結(jié)構(gòu)的位移、速度和加速度等的變化過程。進行時程分析所耗的工作量是較大的，并且所選的地震波也不一定與結(jié)構(gòu)實際所遭遇的地震影響完全一致。目前只對一些體型較復雜的建筑和一定高度的高層建筑，檢驗結(jié)構(gòu)抗震性能時，才采用時程分析法。 采用時程分析法所求得的底部剪力值，小于底部剪力法或振型分解反應譜法所求得的底部剪力值的80%時，至少按80%取用。 對于一般較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)為簡化計算可采用底部剪力法進行計算，下面主要介紹如何采用底部剪力法來計算結(jié)構(gòu)的水平地震作用。 ⑵ 底部剪力法計算水平地震作用的步驟 ①重力荷載代表值的計算 在抗震設計中，當計算地震作用的標準值和計算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效