高層建筑結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)講義.ppt

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1 框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),一般情況下，框架底部柱m、n、v最大，往上逐漸減小，底部柱多屬于小偏心受壓構(gòu)件，頂部幾層可能為大偏心受壓構(gòu)件。,當(dāng)荷載條件大致相同時(shí)，各層框架梁m、v較為接近，變化不大。,框架結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移由兩部分組成：,剪切變形：這是由框架整體受剪，梁柱桿件發(fā)生彎曲變形而產(chǎn)生的水平位移，一般底層層間變形最大，向上逐漸減小。 彎曲變形：這是由框架在抵抗傾覆彎矩時(shí)發(fā)生的整體彎曲，由柱子的拉伸和壓縮而產(chǎn)生的水平位移。 當(dāng)框架結(jié)構(gòu)高寬比不大于4時(shí)，框架水平側(cè)移中彎曲變形部分所占比例很小，位移曲線一般呈剪切型。,2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題,框架結(jié)構(gòu)的適用范圍 單跨框架的規(guī)定 框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻 混合承重 框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇,框架結(jié)構(gòu)的適用范圍,非抗震設(shè)計(jì)時(shí)的多層及高層建筑 抗震設(shè)計(jì)時(shí)的多層及小高層建筑（7度區(qū)以下） 高烈度區(qū)不宜采用純框架結(jié)構(gòu) 一般8度區(qū)高度超過20m采用框架結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)，因此6層以上的建筑結(jié)構(gòu)宜采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或壁式框架,單跨框架的規(guī)定,抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架。因?yàn)閱慰缈蚣艿暮哪苣芰^弱，超靜定次數(shù)少，一旦柱子出現(xiàn)塑性鉸（在強(qiáng)震時(shí)不可避免），出現(xiàn)連續(xù)倒塌的可能性很大。,框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻,高層規(guī)程規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻宜選用輕質(zhì)墻體。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)如采用砌體填充墻，其布置應(yīng)符合下列要求： 1 避免形成上下層剛度變化過大 2 避免形成短柱 3 減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn)。,混合承重,高層規(guī)程規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)部分采用由砌體墻承重的混合形式。框架結(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部突出屋頂?shù)牡顾鷻C(jī)房、樓梯間、水箱間等，應(yīng)采用框架承重，不應(yīng)采用砌體墻承重。,框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇,高層規(guī)程規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時(shí)，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作。如樓、電梯間位置較偏而產(chǎn)生較大的剛度偏心時(shí)，宜將此種剪力墻減薄、開豎縫、開結(jié)構(gòu)洞、配置少量單排鋼筋等措施，減小剪力墻的作用，并宜增加與剪力墻相連的柱子配筋。,3框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖的確定,計(jì)算單元的選取,計(jì)算單元選取,計(jì)算簡圖,4 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 分層法 彎矩二次分配法,水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算 反彎點(diǎn)法 d值法,1豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算,分層法,基本假定 忽略垂直荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移； 每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、 下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱 上產(chǎn)生內(nèi)力。,根據(jù)以上假定，多、高層框架可分層作為若干個(gè)彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡單剛架近似計(jì)算。簡單剛架可用彎矩分配法計(jì)算，一般循環(huán)2次。,注意事項(xiàng)： 由于除底層外上層各柱的柱端實(shí)際為彈性固定，計(jì) 算簡圖中假定為完全嵌固，為減少計(jì)算誤差，除底層柱 外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。,考慮除支座外，框架各節(jié)點(diǎn)為彈性固定，因 此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎 矩傳遞系數(shù)取1/3；,分層法計(jì)算的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎 矩為與各柱相連的兩層計(jì)算彎矩疊加； 在內(nèi)力與位移計(jì)算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度。,3-9,基本步驟： 將框架分層 將除底層柱之外的所有層柱的線剛度均乘以0.9; 分層后的簡單框架可用彎矩分配法計(jì)算。用不來將，每一節(jié)點(diǎn)經(jīng)過二次分配就足夠了； 采用彎矩分配法的計(jì)算過程中，柱傳遞系數(shù)取1/3，但對(duì)底層仍取1/2； 梁的彎矩為最后彎矩，柱的彎矩為上下層取代數(shù)和； 若節(jié)點(diǎn)處不平衡彎矩較大，在分配一次。,彎矩二次分配法,首先計(jì)算框架各構(gòu)件的剛度和分配系數(shù)； 計(jì)算框架各層梁端在豎向荷載作用下的固端彎矩； 計(jì)算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，并將每一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時(shí)進(jìn)行分配并向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)仍為1/2； 進(jìn)行兩次分配后結(jié)束（僅傳遞一次，但分配兩次）；,水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算,反彎點(diǎn)法,適用于梁柱線剛度比不小于3的框架結(jié)構(gòu)； 常用于在初步設(shè)計(jì)中估算梁和柱在水平荷載作用 下的彎矩值。,（1）反彎點(diǎn)位置 彎矩為零的點(diǎn)（反彎點(diǎn)）的位置按下圖取值（以 ei梁=為前題）。,（2）反彎點(diǎn)處的剪力計(jì)算 柱的剪力按同層柱的抗側(cè)移剛度之比分配。柱的 抗側(cè)移剛度為：,eici 第i根柱的剛度； hi 第i根柱的柱高。,3-16,以三層框架為例，用反彎點(diǎn)法計(jì)算水平荷載作 用下框架的內(nèi)力。 頂層,第二層,第一層,（3）彎矩圖繪制 柱端彎矩：已知反彎點(diǎn)處的剪力值便可以求出每一 根柱各截面的彎矩。 梁端彎矩：分邊柱節(jié)點(diǎn)和中間柱節(jié)點(diǎn)兩種情況處理。 邊節(jié)點(diǎn)：,中節(jié)點(diǎn)：,d值法,（1）反彎點(diǎn)法的問題,柱的抗側(cè)剛度只考慮了柱的線剛度和柱高，未考慮節(jié)點(diǎn)梁柱線剛度比的影響； 認(rèn)為反彎點(diǎn)的位置是固定不變的，實(shí)際上它與梁柱線剛度之比、柱的位置、上下層梁的線剛度大小、上下層層高、框架的總層數(shù)等因素有關(guān)。,（2）d值法的基本思想,與反彎點(diǎn)法相比： 相同之處 先確定反彎點(diǎn)位置 不同之處 考慮了上述因素的影響，對(duì)柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點(diǎn)位置進(jìn)行了修正。,因此，d值法又稱為修正的反彎點(diǎn)法，適用于梁 柱線剛度比小于3的情況。,（3）柱的抗側(cè)剛度,式中，c 柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)，按下表的公式計(jì)算。,3-21,（4）修正的反彎點(diǎn)高度,式中 y0標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比； y1因上、下層梁剛度比變化 的修值； y2因上層層高變化的修正值； y3因下層層高變化的修正值。,3-22,5 框架結(jié)構(gòu)的最不利內(nèi)力及內(nèi)力組合,控制截面 框架梁柱最不利內(nèi)力組合 梁端彎矩調(diào)幅,控制截面,控制截面,梁：跨中、支座截面 柱：柱頂、柱底截面,框架梁柱最不利內(nèi)力組合,梁跨中截面：+mmax及相應(yīng)的v（正截面設(shè)計(jì)） 梁支座截面：-mmax及相應(yīng)的v （正截面設(shè)計(jì)） vmax及相應(yīng)的m （ 斜截面設(shè)計(jì)） 柱 截 面：+mmax及相應(yīng)的n、v -mmax及相應(yīng)的n、v nmax及相應(yīng)的m、v nmin及相應(yīng)的m、v vmax及相應(yīng)的m、n,梁端彎矩調(diào)幅,豎向荷載下框架梁端彎矩的調(diào)幅,在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布，減小梁端負(fù)彎矩，相應(yīng)增大梁跨中彎矩。 調(diào)幅后的支座彎矩為： =m 式中 梁支座截面調(diào)幅后的彎矩； m 梁支座調(diào)幅前按彈性方法計(jì)算的彎矩； 調(diào)幅系數(shù)，現(xiàn)澆框架：0.80.9 裝配式框 架：0.70.8。,6 框架梁設(shè)計(jì),框架梁承載力計(jì)算,框架梁的構(gòu)造要求,框架梁承載力計(jì)算,自學(xué),框架梁的構(gòu)造要求,框架結(jié)構(gòu)的主梁截面高度hb可按（1/101/18）lb確定，lb為主梁計(jì)算跨度；梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的截面寬度不宜小于200mm，梁截面的高寬比不宜大于4。,梁的截面高度,梁的縱向鋼筋要求,沿梁全長頂面和底面應(yīng)至少各配置兩根縱向配筋，一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm，且分別不應(yīng)小于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4；三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm；,一、二級(jí)抗震等級(jí)的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋的直徑，對(duì)矩形截面柱，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20；對(duì)圓形截面柱，不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長的1/20。,縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率min（%），非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)小于表6.3.2-1規(guī)定的數(shù)值；,框架梁箍筋構(gòu)造規(guī)定（非抗震設(shè)計(jì)）,應(yīng)沿梁全長設(shè)置箍筋；,截面高度大于800mm的梁，其箍筋直徑不宜小于8mm；其余截面高度的梁不應(yīng)小于6mm。在受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)，箍筋直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋最大直徑的0.25倍。,箍筋間距不應(yīng)大于表6.3.5的規(guī)定；在縱向受拉鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)，箍筋間距尚不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)，箍筋間距尚不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm；,當(dāng)梁的剪力設(shè)計(jì)值大于0.7ftbh0時(shí)，其箍筋面積配筋率應(yīng)符合下式要求：,當(dāng)梁中配有計(jì)算需要的縱向受壓鋼筋時(shí)，其箍筋配置尚應(yīng)符合下列要求： 1）箍筋直徑不應(yīng)小于縱向受壓鋼筋最大直徑的0.25倍； 2）箍筋應(yīng)做成封閉式； 3）箍筋間距不應(yīng)大于15d且不應(yīng)大于400mm；當(dāng)一層內(nèi)的受壓鋼筋多于5根且直徑大于18mm時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于10d（d為縱向受壓鋼筋的最小直徑）； 4）當(dāng)梁截面寬度大于400mm且一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于3根時(shí)，或當(dāng)梁截面寬度不大于400mm但一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。,框架梁箍筋構(gòu)造規(guī)定（抗震設(shè)計(jì)）,延性要求,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)入受壓鋼筋作用的梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比值，一級(jí)不應(yīng)大于0.25，二、三級(jí)不應(yīng)大于0.35；,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%；,框架梁沿梁全長箍筋的面積配筋率應(yīng)符合下列要求：,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端箍筋的加密區(qū)長度、箍筋最大間距和最小直徑應(yīng)符合表6.3.2-2的要求；當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時(shí)，表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm。,第一個(gè)箍筋應(yīng)設(shè)置在距支座邊緣50mm處； 在箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的箍筋肢距：一級(jí)不宜大于200mm和20倍箍筋直徑的較大值，二、三級(jí)不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級(jí)不宜大于300mm；,箍筋應(yīng)有135彎鉤，彎鉤端頭直段長度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑和75mm的較大值； 在縱向鋼筋搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距，鋼筋受拉時(shí)不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；鋼筋受壓時(shí)不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm； 框架梁非加密區(qū)箍筋最大間距不宜大于加密區(qū)箍筋間距的2倍。,梁的縱向受力鋼筋要求,縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率min（%），非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)小于表6.3.2-1規(guī)定的數(shù)值；,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋截面面積的比值，除按計(jì)算確定外，一級(jí)不應(yīng)小于0.5，二、三級(jí)不應(yīng)小于0.3；,框架梁、柱，其受剪截面應(yīng)符合下列要求,強(qiáng)剪弱彎,7 框架柱設(shè)計(jì),框架柱承載力計(jì)算,自學(xué),框架柱構(gòu)造要求,一般要求,柱截面尺寸,矩形截面柱的邊長，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于250mm，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜小于300mm；圓柱截面直徑不宜小于350mm； 柱剪跨比宜大于2； 柱截面高寬比不宜大于3。 框架柱的截面尺寸宜滿足 軸壓比要求,框架梁、柱，其受剪截面應(yīng)符合下列要求：,柱縱向鋼筋要求,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，宜采用對(duì)稱配筋； 抗震設(shè)計(jì)時(shí)，截面尺寸大于400mm的柱，其縱向鋼筋間距不宜大于200mm；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，柱縱向鋼筋間距不應(yīng)大于350mm；柱縱向鋼筋凈距均不應(yīng)小于50mm； 全部縱向鋼筋的配筋率，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜大于5%、不應(yīng)大于6%，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于5%； 一級(jí)且剪跨比不大于2的柱，其單側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.2%； 邊柱、角柱及剪力墻端柱考慮地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時(shí)，柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增加25%。,柱中箍筋規(guī)定（非抗震設(shè)計(jì)）,周邊箍筋應(yīng)為封閉式； 箍筋間距不應(yīng)大于400mm，且不應(yīng)大于構(gòu)件截面的短邊尺寸和最小縱向受力鋼筋直徑的15倍； 箍筋直徑不應(yīng)小于最大縱向鋼筋直徑的1/4，且不應(yīng)小于6mm； 當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過3%時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，箍筋間距不應(yīng)大于最小縱向鋼筋直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm；箍筋末端應(yīng)做成135彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10倍箍筋直徑； 當(dāng)柱每邊縱筋多于3根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋（可采用拉筋）； 柱內(nèi)縱向鋼筋采用搭接做法時(shí)，搭接長度范圍內(nèi)箍筋直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍；在縱向受拉鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm。當(dāng)受壓鋼筋直徑大于25mm時(shí)，尚應(yīng)在搭接接頭端面外100mm的范圍內(nèi)各設(shè)置兩道箍筋。,抗震設(shè)計(jì),延性要求,軸壓比要求：為了使柱在包括地震作用等多種荷載作用下處于大偏心受壓狀態(tài)，具有較大的屈服后變形能力和耗能能力，具有較好的延性和抗震性能，規(guī)范規(guī)定了混凝土柱的軸壓比限值。對(duì)于四類場(chǎng)地土且高于40m的框架結(jié)構(gòu)或高于60m的其他結(jié)構(gòu)體系的混凝土房屋建筑，其軸壓比限值應(yīng)減小0.05.,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，柱箍筋加密區(qū)的范圍應(yīng)符合下列要求： 1、底層柱的上端和其他各層柱的兩端，應(yīng)取矩形截面柱之長邊尺寸（或圓形截面柱之直徑）、柱凈高之1/6和500mm三者之最大值范圍； 2、底層柱剛性地面上、下各500mm的范圍；,3、底層柱柱根以上1/3柱凈高的范圍； 4、剪跨比不大于2的柱和因填充墻等形成的柱凈高與截面高度之比不大于4的柱全高范圍； 5、一級(jí)及二級(jí)框架角柱的全高范圍； 6、需要提高變形能力的柱的全高范圍。,抗震設(shè)計(jì)時(shí)，柱箍筋在規(guī)定的范圍內(nèi)應(yīng)加密，加密區(qū)的箍筋間距和直徑，應(yīng)符合下列要求：,二級(jí)框架柱箍筋直徑不小于10mm、肢距不大于200mm時(shí)，除柱根外最大間距應(yīng)允許采用150mm；三級(jí)框架柱的截面尺寸不大于400mm時(shí)，箍筋最小直徑應(yīng)允許采用6mm；四級(jí)框架柱的剪跨比不大于2或柱中全部縱向鋼筋的配筋率大于3%時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。 剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應(yīng)大于100mm，一級(jí)時(shí)尚不應(yīng)大于6倍的縱向鋼筋直徑。,箍筋應(yīng)為封閉式，其末端應(yīng)做成135彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑，且不應(yīng)小于75mm；,箍筋加密區(qū)的箍筋肢距，一級(jí)不宜大于200mm，二、三級(jí)不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級(jí)不宜大于300mm。每隔一根縱向鋼筋宜在兩個(gè)方向有箍筋約束；采用拉筋組合箍時(shí)，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并勾住封閉箍。 柱非加密區(qū)的箍筋