混凝土框架結構設計課件

1、第13章 鋼筋混凝土框架結構13.1 框架結構體系及布置*多層及高層建筑的范圍：（1）高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（高規(guī)）JGJ3-2002、J186-2002適用于10層及10層以上或高度超過28m的建筑；（2）多層及高層建筑的大致范圍：多層建筑：2-8（10）層；（8層需電梯、消防等要求）高層建筑：8（10）層；習慣上，對其中8（10）-18層的建筑又稱為小髙層建筑，18-40層的建筑稱為高層建筑，40層的建筑稱為超高層建筑。*多層及高層建筑常用的結構體系：框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、筒體結構、框架-筒體結構等。*框架結構的特點：建筑平面布置靈活，立面處理容易，可適應不同房屋造型

2、；但側移剛度相對較小，房屋高度不宜過高。13.1.1 框架結構體系1.框架結構組成由梁、柱、節(jié)點及基礎組成，節(jié)點構造十分重要。2.框架結構種類（P150）按施工方法的不同可分為：現澆整體式、裝配式、裝配整體式?，F澆框架是指梁、柱、樓蓋均為鋼筋砼現場澆注的，故整體性強、抗震性能好。缺點：工作量大、需大量的模板。裝配式框架是指裝配整體式框架是指13.1.2框架結構布置1.柱網布置（1）柱網布置應滿足生產工藝的要求（2）柱網布置應滿足建筑平面的要求（3）柱網布置要使結構受力合理（4）柱網布置應方便施工2.承重框架的布置為計算分析方便起見，可把實際框架結構看成縱、橫兩個方向的平面框架?？v向框架和橫向框

3、架分別承受各自方向上的水平力，而豎向荷載則以樓蓋結構布置方式的不同而按不同的方式傳遞。一般應在承受較大豎向荷載的方向布置框架承重梁.(1)橫向框架承重方案主梁沿橫向布置有利于提高建筑物的橫向抗側剛度.(2)縱向框架承重方案可利用縱向框架的剛度來調整房屋的不均勻沉降.缺點是房屋的橫向抗側剛度較差.(3)縱橫雙向框架承重方案當樓面上作用有較大荷載或樓面有較大開洞時采用.3.變形縫的設置（P155-156）變形縫是沉降縫、伸縮縫和防震縫的總稱.伸縮縫的設置,主要與結構的長度有關,防止熱脹冷縮.見混凝土結構設計規(guī)范或附錄8。沉縮縫的設置,主要與基礎受到的上部荷載及場地的地質條件有關.沉降縫處的基礎應斷

4、開.沉降縫與伸縮縫的寬度一般不宜小于50mm.防震縫的設置主要與建筑平面形狀、高差、剛度、質量分布等因素有關。防震縫的設置應使各結構單元簡單、規(guī)則、和質量分布均勻,以防地震作用下的扭轉效應.防震縫的寬度不得小于70mm.在非地震區(qū)的沉降縫,可兼作伸縮縫. 在地震區(qū)的伸縮縫或沉降縫應符合防震縫的要求.13.2框架結構內力與水平位移的近似計算方法13.2.1 框架結構計算簡圖框架結構是一個空間受力體系,如圖(b)所示.結構分析時有按空間結構分析和簡化成平面結構分析兩種方法.空間結構分析常根據結構力學位移法的基本原理編制電算程序計算.但為計算方便,也可近似的簡化為平面結構,用手算的分析方法.平面結構

5、分析方法雖然計算精度較差,但概念明確,能夠直觀地反應框架結構的受力特點.1.平面計算單元2.節(jié)點(計算簡圖)當按平面框架結構分析時,節(jié)點可簡化為“剛接節(jié)點”。3.跨度與層高框架梁的跨度可取柱子軸線之間的距離,當上下層柱截面尺寸有變化時,一般以最小截面的形心線來確定.框架柱的層高即框架柱的長度,可取本層樓面至上層樓面的高度,但底層的層高則應取基礎頂面到二層樓板頂面之間的距離.當框架梁是有支托的加腋梁時，若4或1.0，反彎點向上移，取正值；若1.0，反彎點向下移，取負值；若1.0，反彎點向上移，取正值。*反彎點總是向剛度弱的一側移動*框架柱的反彎點高度： （13-9）13.2.5 框架結構側移的近

6、似計算及限值*框架結構在水平力作用下的變形由兩部分組成： 總體剪切變形（由梁、柱彎曲變形引起）； 總體彎曲變形（由框架柱兩側柱的軸向變形引起）。*對層數不多的框架，柱軸向變形引起的側移很小，可忽略。1.由梁柱彎曲變形引起的側移（采用D值法計算）層間側移： （13-10a）頂點側移： （13-10b）應當指出，按上述方法求得的框架結構側向水平位移只是由梁、柱彎曲變形所產生的變形量，而未考慮梁、柱的軸向變形和截面剪切變形所產生的結構側移。但對一般的多層框架結構，按上式計算的框架側移已能滿足工程設計的精度要求。順便指出，由式(13-10a)可以看出，框架層間位移，與水平荷載在該層所產生的層間剪力成正

7、比，當框架每一樓層處都有水平荷載作用時，由于框架柱的側向剛度沿高度變化不大，而層間剪力是自頂層向下逐層累加的，所以層間水平位移，是自頂層向下逐層遞增的，框架的位移曲線如圖13-19(a)所示。這種位移曲線稱為剪切型，因為它與均布水平荷載作用下的懸臂柱由截面內的剪力所引起的剪切變形曲線相似，見圖13-19(b)。懸臂柱由彎矩引起的變形曲線為彎曲型，如圖13-19(c)所示。在14章中將講到，水平荷載作用下的剪力墻變形曲線屬于彎曲型。2.彈性層間位移角限值按彈性方法計算得到的框架層間水平位移除以層高，得彈性層間位移角的正切。由于較小，故可近似地認為?？蚣艿膹椥詫娱g位移角，過大將導致框架中的隔墻等非

8、承重的填充構件等開裂，故規(guī)范規(guī)定了框架的最大彈性層間位移與層高之比不能超過其限值，即要求： （13-11）式中按彈性方法計算所得的樓層層間水平位移； 層高； 彈性層間位移角限值，我國高層建筑混凝土結構技術規(guī)程(JGJ32002)。規(guī)定框架結構為1550。*框架側移控制的內容： 控制頂層最大側移； 控制層間相對位移。13.3 多層框架內力組合原則13.3.1控制截面*控制截面（選擇內力較大且最危險的截面或尺寸改變處截面）框架柱可取各層柱的上、下端截面作為控制截面.框架梁可取兩端及跨間最大正彎矩的截面為控制截面.在截面配筋計算時,應采用構件端部截面的內力,而不是軸線處的內力. (13-12)13.

9、3.2 荷載效應組合規(guī)定,對于一般排架結構、框架結構,可以采用簡化原則,在下列荷載效應組合值中取最不利值確定:(1)由可變荷載效應控制的組合1) (12-14)2) (12-15)(2)由永久荷載效應控制的組合 (12-16)13.3.3最不利內力組合*框架梁控制截面最不利內力：（1）梁端支座截面、和；（2）梁跨中截面、（可能出現，如豎向地震作用）。*框架柱控制截面最不利內力：（1）及相應的、（一般采用對稱配筋）；（2）及相應的、；（3）及相應的、；13.3.4豎向活荷載的最不利布置1.逐跨布置法(分跨計算組合法)（計算合理但較繁索，適用于電算）2.最不利荷載位置法為求梁AB跨中最大正彎矩,除

10、該跨必須布置活荷載外,其他各跨應相間布置,同時在豎向亦應相間布置,形成棋盤形間隔布置.梁端最大負彎矩的或柱端最大彎矩的活荷載最不利布置如下圖(b).柱最大軸力的活荷載最不利布置,是在該柱以上的各層中,與該柱相鄰的梁跨內都布滿活荷載.3.分層組合法分層組合法是以分層法為依據的,對活荷載最不利布置作如下簡化:(1)(2)(3)4.滿布法（不能求出最大內力）*適用于樓面活荷載產生的內力所占比例較小的情況；*跨中彎矩須乘以1.1-1.2的放大系數。13.3.5梁端彎矩調幅按照框架結構的合理破壞形式,在梁端出現塑性鉸是允許的.為了便于澆搗混凝土,也往往希望節(jié)點處梁的負彎矩鋼筋放得少些.因此構件截面設計時

11、,一般對梁端彎矩進行調幅.13.4無抗震設防要求時框架結構構件截面設計1.框架梁（1） 為使框架結構在豎向及水平荷載作用下形成梁鉸破壞機構(強柱弱梁)，避免支座處負鋼筋擁擠，可對豎向荷載作用下的梁端負彎矩進行調幅； 現澆框架，支座調幅系數取0.8-0.9； 裝配整體式框架，支座調幅系數取0.7-0.8。（2） 支座彎矩降低后，校核跨中彎矩是否滿足要求；（3） 按照彎矩調幅法設計時，為保證梁端塑性鉸能夠充分轉動，受力鋼筋宜采用HRB335、HRB400（HRB500）鋼筋；混凝土宜采用C20-C45級；截面相對受壓區(qū)高度不應超過。2.框架柱*中柱、邊柱一般按單向偏心受壓構件計算；角柱按雙向偏心受

12、壓構件計算（考慮最不利內力組合）；*通常采用對稱配筋；3.疊合梁13.4.1柱的計算長度(P171-172)。13.4.2框架節(jié)點的構造要求節(jié)點設計是框架結構設計中極重要的一環(huán).1.混凝土強度等級*柱的混凝土強度宜高一些，一般采用C30-C50（C60）；*梁的混凝土強度不宜過高，一般采用C30左右，預應力梁一般采用C40及以上；*節(jié)點區(qū)混凝土澆注要特別注意。2.框架梁（1）框架梁截面（P172）（2）框架梁縱向鋼筋規(guī)定,在框架頂層端節(jié)點處,梁上部縱向鋼筋的截面面積應滿足下式要求: (13-17)（3）框架梁箍筋3.框架柱（1）框架柱截面；（2）框架柱縱向鋼筋；（3）框架柱箍筋4.框架節(jié)點（1

13、）現澆框架節(jié)點框架梁的鋼筋錨固見圖13-23所示.框架柱的縱向受力鋼筋不宜在節(jié)點中切斷.柱縱向接頭位置應盡量選擇在層高中間等彎矩較小的區(qū)域.頂層柱的縱筋應在梁中錨固,如圖13-25所示.框架頂層端節(jié)點的錨固如圖13-26所示.5.裝配式及裝配整體式框架節(jié)點*框架梁、柱、節(jié)點的構造是鋼筋混凝土框架結構設計中十分重要的內容，教材上僅能介紹一般原則，具體設計時應查閱有關設計手冊或構造手冊。框架結構抗震設計（由建筑結構抗震設計課講）13.5 多層框架結構基礎設計 基礎設計的一般原則基礎設計的內容：基礎形式的選擇；基礎埋深的確定；基礎底面尺寸的計算；基礎的內力計算和配筋。13.5.1基礎類型及其選擇1.

14、框架結構體系常用的基礎類型（P176及圖13-28）柱下獨立基礎，條形基礎，十字交叉條形基礎，片符基礎，（箱形基礎）等。2.基礎埋置深度*確定基礎埋置深度時應考慮的因素 建筑物本身情況：建筑物使用要求，結構類型，作用荷載大小等； 建筑物場地因素：工程地質條件，地基土的凍脹性，與相鄰建筑的關系等。具體要求：（見地基礎設計規(guī)范等）13.5.2 條形基礎1.基礎尺寸確定 （3.83）式中 -上部結構傳至基礎的豎向荷載標準值總和； -地基承載力特征值； -基礎自重和其上土重的平均重度，可近似取=20-22kN/m3；-基礎埋置深度（m）；、-基礎底板的寬度和長度。2.基底反力分布*基底反力分布計算方法

15、：(1)靜定分析法可參見式(13-18)和圖13-30.基底反力（計算基礎底面積用） （3.84）基礎底面驗算條件：基底凈反力（計算基礎截面尺寸、配筋用）*式中為采用設計值（即乘以荷載分項系數）(2)倒梁法(1)假定柱下條形基礎的基底凈反力為直線分布，柱作為不動鉸支座，基底凈反力作為荷載，將基礎視為倒置的連續(xù)梁進行內力分析；(2)計算出的支座反力一般不等于軸力（假定基底反力按線性分布、柱作為不動鉸支座與實際情況不符，計算柱軸力時未考慮基礎變形的影響），需對基礎內力進行調整：將支座反力與柱軸力的差值均勻分布到相鄰支座兩側各1/3跨度范圍內，再進行一次內力分析，與第一次計算結果疊加；如不滿足要求，可再進行調整，直到滿足要求。(3)地基系數法13.5.3 十字交叉條形基礎近似計算方法：將節(jié)點處的集中荷載按某一規(guī)律分配到縱、橫兩個方向的基礎梁上，再分別按單向條形基礎計算。1.節(jié)點荷載的分配（P238）簡化的分配條件： （3.87） （3.8