4框架結構設計

1、1框架結構設計框架結構設計第四章第四章2一、框架結構概念設計一、框架結構概念設計 受力變形特點受力變形特點豎向荷載作用下：豎向荷載作用下：梁端、跨中彎矩梁端、跨中彎矩承載力極限狀態(tài)：承載力極限狀態(tài)： 梁跨中梁跨中f正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) ： 水平荷載作用下：水平荷載作用下：柱上、下端柱上、下端n 、m、v承載力極限狀態(tài)：承載力極限狀態(tài)： 框架水平側移框架水平側移正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài) ： 3框架水平側移特點：框架水平側移特點：z q剪切變形剪切變形 曲線曲線 剪力引起的變形曲線剪力引起的變形曲線越底部越底部 相鄰兩點間相對變形越大相鄰兩點間相對變形越大z q彎曲變形彎曲變形

2、 曲線曲線 彎矩引起的變形曲線彎矩引起的變形曲線越頂部越頂部 相鄰兩點間相對變形越大相鄰兩點間相對變形越大4 qvbnanbvavm（梁、柱彎曲、剪切變形）（梁、柱彎曲、剪切變形）剪切型變形曲線剪切型變形曲線彎曲型變形曲線彎曲型變形曲線（柱軸向變形）（柱軸向變形）框架總變形框架總變形整體剪切變形整體剪切變形整體彎曲變形整體彎曲變形 由梁柱彎曲、由梁柱彎曲、剪切變形引起剪切變形引起 由柱軸向變形引起由柱軸向變形引起5注：注： 框架結構水平側移曲線呈現(xiàn)框架結構水平側移曲線呈現(xiàn) 剪切型變形特點剪切型變形特點 底部層間變形最大底部層間變形最大 結構布置結構布置 最大適用高度最大適用高度 (p35表表2

3、15) 高寬比限值高寬比限值 (p29表表210) 平、立面布置原則平、立面布置原則6 構件選型構件選型 梁梁截面截面尺寸尺寸荷載、跨度、設防烈度、砼強度荷載、跨度、設防烈度、砼強度 hb( 1/10 1/18 ) lb 且且400mm、不宜、不宜 1/4 ln bb( 1/2 1/3 ) hb 且且 200mm ln / hb 4、 hb / bb 宜宜4 材料材料強度強度一級一級: 不應低于不應低于c30二二四級四級: 不應低于不應低于c20不宜大于不宜大于c407 柱柱截面截面尺寸尺寸依據軸壓比：依據軸壓比： bc 、hc( 1/15 1/20 ) hc非抗震：不宜小于非抗震：不宜小于2

4、50mm抗震：抗震： 不宜小于不宜小于300mm圓柱：圓柱： d 不宜小于不宜小于350mm宜大于宜大于2、 hb / bb不宜大于不宜大于3材料材料強度強度一級一級: 不應低于不應低于c30二二四級四級: 不應低于不應低于c208度不宜大于度不宜大于c70、9度不宜大于度不宜大于c60 nfnacc8 設計計算要點設計計算要點 節(jié)點節(jié)點框架梁、柱中心線宜重合框架梁、柱中心線宜重合偏心距不宜大于柱截面在該寬度的偏心距不宜大于柱截面在該寬度的1/48度設防，偏心距度設防，偏心距 該方向該方向1/4柱寬時，可柱寬時，可 采取增設梁水平加腋等措施采取增設梁水平加腋等措施沿建筑兩主軸方向都應設置框架沿

5、建筑兩主軸方向都應設置框架橫向和縱向均應采取剛接連接、設計成橫向和縱向均應采取剛接連接、設計成 雙向梁柱抗側力體系雙向梁柱抗側力體系9抗震框架梁不宜太強，鋼砼框架柱網抗震框架梁不宜太強，鋼砼框架柱網 不宜超過不宜超過68m抗震時不得采用部分砌體墻承重形式抗震時不得采用部分砌體墻承重形式填充墻在平面和豎向布置宜均勻對稱填充墻在平面和豎向布置宜均勻對稱 避免上、下層剛度變化過大避免上、下層剛度變化過大 避免形成短柱避免形成短柱 減少因抗側剛度偏心造成的扭轉減少因抗側剛度偏心造成的扭轉 填充墻及隔墻注意與框架及樓板拉結及自身穩(wěn)定性填充墻及隔墻注意與框架及樓板拉結及自身穩(wěn)定性沿高度方向各層平面柱網尺寸

6、宜相同沿高度方向各層平面柱網尺寸宜相同柱截面變化時，盡可能使軸線不變柱截面變化時，盡可能使軸線不變樓層高度不等形成錯層或上部樓層部分柱取消時，樓層高度不等形成錯層或上部樓層部分柱取消時， 應加強樓層（加厚樓板、增加邊梁配筋應加強樓層（加厚樓板、增加邊梁配筋）10二、內力、位移簡化計算二、內力、位移簡化計算 基本假定基本假定平面抗側力假定平面抗側力假定彈性變形假定彈性變形假定剛性樓板假定剛性樓板假定 計算計算 單元單元和簡和簡圖圖11梁、柱：幾何軸梁、柱：幾何軸線線剛接節(jié)點剛接節(jié)點梁柱連接處：梁柱連接處：跨度差跨度差10 % ，視為等跨，視為等跨構件截面慣性矩：構件截面慣性矩：柱：按實際截面計算

7、柱：按實際截面計算梁梁現(xiàn)澆：現(xiàn)澆：邊跨邊跨i1.5i0中跨中跨i2.0i0預制：預制：ii0荷載簡化：荷載簡化：次梁：簡支梁次梁：簡支梁其它形式荷載簡化為等效均布荷載其它形式荷載簡化為等效均布荷載12 豎向荷載作用下近似計算豎向荷載作用下近似計算- -分層法分層法 基本假定基本假定水平側移忽略不計水平側移忽略不計各層荷載對其它層桿件內力影響忽略各層荷載對其它層桿件內力影響忽略 計算要點計算要點分層分層單層計算內力單層計算內力疊加疊加節(jié)點不平衡力矩節(jié)點不平衡力矩再分配（再分配（10%）上層柱線剛度上層柱線剛度0.9上層柱力矩上層柱力矩傳遞系數(shù)取傳遞系數(shù)取1/313 水平荷載作用下水平荷載作用下-

8、 -反彎點法反彎點法 基本假定基本假定若若ib / ic3,假定梁剛度無窮大假定梁剛度無窮大梁、柱軸向變形不計梁、柱軸向變形不計 基本概念基本概念柱抗側剛度柱抗側剛度d ：桿端剪力方程：桿端剪力方程：v12ic/ h2dv/12ic / h2icei / h14反彎點反彎點 ：上層上層柱中點柱中點底層柱距底面底層柱距底面2/3h 基本過程基本過程判斷判斷 ib / ic 3計算各柱計算各柱 dij設各柱端設各柱端側移為側移為第第j層各柱剪力：層各柱剪力： v1j d1j jv2j d2j jvij dij j vij vpj dij j vpj j vpj / dij vij dij vpj

9、/ dij 15柱端彎矩柱端彎矩 vij dij vpj / dij 一般柱：一般柱：2jijijijhmmv下上上下jijibmmm,1, 3111hmiiv上底層柱：底層柱：bbrblblblmiiim32111hvmii下梁端彎矩梁端彎矩邊跨梁：邊跨梁：中跨梁：中跨梁：bbrblbrbrmiiim16 水平荷載作用下水平荷載作用下- -d值法值法 基本假定基本假定梁、柱軸向變形不計梁、柱軸向變形不計假定同層各節(jié)點轉角相同假定同層各節(jié)點轉角相同 柱抗側剛度柱抗側剛度d h h h 1 2 3 ic ic ic i1 i2 i1 i2 i1 i21233213210)66()24()24()

10、2244(21hiiiicc123節(jié)點節(jié)點2 ：17hkhiiic222221: 修正系數(shù)修正系數(shù)2122kkhivdckk2212hidck: 梁柱剛度比梁柱剛度比k無窮大：無窮大：dd一般：一般： ddvijdij vpj dij )(612212hihivcc18 柱反彎點高度修正柱反彎點高度修正影響柱反彎點位置主要因素：影響柱反彎點位置主要因素：j -1j j-1= jmj-1= mjmj-1mjmj-1柱端約束剛度柱端約束剛度影響柱端約束影響柱端約束 剛度因素剛度因素結構層數(shù)、位置結構層數(shù)、位置荷載形式荷載形式梁柱線剛度比梁柱線剛度比上下層變化（梁剛度、層高）上下層變化（梁剛度、層高

11、）193210yyyyy 標準反彎點高度標準反彎點高度 上下層梁剛度修正上下層梁剛度修正 上層層高修正上層層高修正 h上上 / h 2 下層層高修正下層層高修正 h下下 / h 320 水平側移近似計算水平側移近似計算 水平側移組成水平側移組成nmq 整體剪切變形整體剪切變形整體彎曲變形整體彎曲變形 整體整體剪切變形剪切變形mq ：層間側移：層間側移： mqj vpj / dij j層側移層側移 ：mqj jj1 mqj21 整體整體彎曲變形彎曲變形n ： n n bq（z）njj層側移層側移 nj : hj hdzeannjhnj02nnjfbeahv230底n z22v0 : 總剪力總剪力

12、nnjfbeahv230底ea底底 : 底層邊柱軸向剛度底層邊柱軸向剛度fn : 荷載系數(shù)荷載系數(shù)層間側移：層間側移：nj nj nj123三、構件截面設計三、構件截面設計荷載效應組合荷載效應組合控制截面及最不利內力類型控制截面及最不利內力類型 梁梁支座：支座：mmax、vmax、mmax跨中：跨中：mmax、 mmax（mmin） 柱柱上下端截面：上下端截面：mmaxmmax、n、vnmax、m、vnmin、m、v24 計算截面計算截面梁端：梁端：柱邊柱邊柱端：柱端：梁邊梁邊 梁端內力調幅梁端內力調幅調幅系數(shù)調幅系數(shù)現(xiàn)澆框架：現(xiàn)澆框架： 0.8 0.9裝配式框架：裝配式框架：0.7 0.8m

13、1m0m2m1m0m2m：按簡支梁計算的跨中彎矩按簡支梁計算的跨中彎矩m（m1m2）/ 2 + m0 m0 m / 2 調幅后再組合調幅后再組合25 框架梁框架梁 梁抗剪截面限制條件梁抗剪截面限制條件無地震：無地震： 025.0bhfvcc有地震：有地震： 跨高比跨高比 2.5 : :跨高比跨高比2.5 : :02 . 01bhfvccre015. 01bhfvccre v : 計算截面剪力設計值計算截面剪力設計值c :砼強度影響系數(shù)（砼強度影響系數(shù)（c50 取取1.0; c80 取取0.8） b ：矩形：矩形：截面寬度；截面寬度；t 、i 形：腹板寬度形：腹板寬度26 梁受壓區(qū)高度要求梁受壓

14、區(qū)高度要求m一級抗震：一級抗震：二級抗震：二級抗震：025. 0hx 035. 0hx x :受壓區(qū)高度受壓區(qū)高度27 梁正截面承載力計算梁正截面承載力計算非抗震：非抗震：mfyasfpyapf yas（po f py）ap1fc)()()()2(00001pppypssycahafahafxhbxfm 1 :系數(shù)（系數(shù)（c50 取取1.0 ; c80 取取0.94） p0 ：受壓區(qū)縱向預應力鋼筋合力點處：受壓區(qū)縱向預應力鋼筋合力點處 砼法向應力為砼法向應力為0時的預應力鋼筋應力時的預應力鋼筋應力28 梁斜截面承載力計算梁斜截面承載力計算承載力計算公式承載力計算公式 （考慮地震作用組合（考慮地

15、震作用組合)一般框架梁一般框架梁 : :集中荷載作用下集中荷載作用下 : :)25. 142. 0(100hsafbhfvsvyvtreb)105. 1(100hsafbhfvsvyvtreb vb : 截面剪力設計值截面剪力設計值 : 剪跨比（剪跨比（ a / h0 ; 1.53 )集中荷載對節(jié)點邊緣產生的剪力值占總剪力集中荷載對節(jié)點邊緣產生的剪力值占總剪力75%以上以上29梁端剪力設計值梁端剪力設計值vb（考慮地震作用組合）（考慮地震作用組合）9度各類框架和一級框架結構度各類框架和一級框架結構 : :gbnrbualbuabvlmmv1 . 1gbnrblbbvlmmv3 . 1一級抗震一

16、級抗震 : :gbnrblbbvlmmv2 . 1gbnrblbbvlmmv1 . 1二級抗震二級抗震 : :三級抗震三級抗震 : :四級抗震四級抗震 : :按地震作用組合的剪力設計值按地震作用組合的剪力設計值30 vgb : 重力荷載代表值（考慮地震作用組合）重力荷載代表值（考慮地震作用組合） 產生的剪力設計值產生的剪力設計值 ln : 凈跨凈跨mlbua、 mrbua : 梁左、右端與正截面抗彎承載梁左、右端與正截面抗彎承載 力對應的彎矩值力對應的彎矩值采用材料強度標準值采用材料強度標準值實配鋼筋截面積實配鋼筋截面積考慮承載力抗震調整系數(shù)考慮承載力抗震調整系數(shù)按順時針、逆時針取大值按順時針

17、、逆時針取大值mlb、 mrb : 梁左、右端彎矩設計值梁左、右端彎矩設計值 （考慮地震作用組合）（考慮地震作用組合） 按順時針、逆時針取大值按順時針、逆時針取大值 一級抗震時若均為負彎矩，絕對值較小的取為一級抗震時若均為負彎矩，絕對值較小的取為031 框架柱框架柱 相關參數(shù)相關參數(shù)剪跨比剪跨比0hvm002hhc 2 : 長柱長柱 1.52 : 短柱短柱 1.5:極短柱極短柱對反彎點位于中點的柱：對反彎點位于中點的柱：柱凈高柱凈高柱截面計算方向柱截面計算方向 有效高度有效高度32軸壓比軸壓比ccchbfnn考慮地震作用組合考慮地震作用組合的軸力設計值的軸力設計值（mm）p(kn) n=0.1

18、7長柱長柱短柱短柱（mm）p(kn) n=0.24 n=0.31 n=0.15 n=0.27 n=0.5233 控制柱軸壓比的意義控制柱軸壓比的意義: : 軸壓比是影響柱延性和破壞形態(tài)的重要因素軸壓比是影響柱延性和破壞形態(tài)的重要因素 柱的位移延性隨軸壓比增大急劇下降柱的位移延性隨軸壓比增大急劇下降 軸壓比不同，柱將呈現(xiàn)兩種破壞形態(tài)：軸壓比不同，柱將呈現(xiàn)兩種破壞形態(tài)： 大偏心受壓破壞、小偏心受壓破壞大偏心受壓破壞、小偏心受壓破壞 軸壓比小于一定數(shù)值，為大偏心受壓破壞；軸壓比小于一定數(shù)值，為大偏心受壓破壞； 反之則為小偏心受壓破壞反之則為小偏心受壓破壞n n p78表表4934結構類型結構類型抗震

19、等級抗震等級一級一級二級二級 三級三級框架結構框架結構0.70.80.9框架框架- -剪力墻、板柱剪力墻、板柱- -剪力剪力墻及筒體墻及筒體0.750.850.95部分框支抗震墻部分框支抗震墻0.60.7- -柱軸壓比限值柱軸壓比限值35 柱正截面承載力計算柱正截面承載力計算承載力計算公式承載力計算公式ie nsaspapf yas（po f py）ap1fce)()()()2(00001pppypssycahafahafxhbxfenaehei2aieee0nme 03020maxhea、21200140011hlhei0 . 15 . 01nafchl0201. 015. 136節(jié)點上下柱

20、端彎矩設計值節(jié)點上下柱端彎矩設計值mc9度設防和一級框架結構度設防和一級框架結構 : :buacmm2 . 1bcmm4 . 1一級抗震一級抗震 : :bcmm2 . 1bcmm1 . 1二級抗震二級抗震 : :三級抗震三級抗震 : :四級抗震、頂層柱、四級抗震、頂層柱、n0.15 : :取地震作用組合的彎矩設計值取地震作用組合的彎矩設計值37 mbua: 同一節(jié)點左右側梁端正截面抗震受彎同一節(jié)點左右側梁端正截面抗震受彎 承載力對應的彎矩值之和承載力對應的彎矩值之和采用材料強度標準值采用材料強度標準值實配鋼筋截面積實配鋼筋截面積考慮承載力抗震調整系數(shù)考慮承載力抗震調整系數(shù)按順時針、逆時針取大值

21、按順時針、逆時針取大值mb: 同一節(jié)點左右梁端彎矩設計值之和同一節(jié)點左右梁端彎矩設計值之和 （考慮地震作用組合）（考慮地震作用組合） 按順時針、逆時針取大值按順時針、逆時針取大值 一級抗震時若均為負彎矩，絕對值較小的取為一級抗震時若均為負彎矩，絕對值較小的取為0mc: 考慮地震作用組合節(jié)點上下柱端彎矩考慮地震作用組合節(jié)點上下柱端彎矩 設計值之和；按上下柱端彎矩比（考設計值之和；按上下柱端彎矩比（考 慮地震作用組合）進行分配慮地震作用組合）進行分配 38某框架中間層中間節(jié)點考慮地震作用組合內力某框架中間層中間節(jié)點考慮地震作用組合內力如下圖，求：二級抗震時，上下柱端截面彎矩如下圖，求：二級抗震時，

22、上下柱端截面彎矩設計值。設計值。例：中間節(jié)點柱端彎矩值計算例：中間節(jié)點柱端彎矩值計算228390283317426150222296順時針：順時針：mb228390618 knm 相應柱端彎矩和為相應柱端彎矩和為283317600 knm逆時針：逆時針：mb426150576 knm 相應柱端彎矩和為相應柱端彎矩和為222296518 knm39mb取順時針取順時針618 knm mc1.2618741.6 knm上柱端截面上柱端截面mtc 741.6 283/600349.8 knm下柱端截面下柱端截面mbc 741.6 317/600391.8 knm某框架中間層中間節(jié)點考慮地震作用組合內

23、力某框架中間層中間節(jié)點考慮地震作用組合內力如下圖，求：二級抗震時，上下柱端截面彎矩如下圖，求：二級抗震時，上下柱端截面彎矩設計值。設計值。例：中間節(jié)點柱端彎矩值計算例：中間節(jié)點柱端彎矩值計算22839028331742615022229640 柱斜截面承載力計算柱斜截面承載力計算柱受剪截面限制條件（剪壓比）柱受剪截面限制條件（剪壓比）無地震：無地震： 025.0bhfvcc有地震：有地震： 2 : :2 : :02 . 01bhfvccre015. 01bhfvccrec :砼強度影響系數(shù)（砼強度影響系數(shù)（c50 取取1.0; c80 取取0.8）41柱斜截面承載力計算公式柱斜截面承載力計算公

24、式無地震作用無地震作用 : :有地震作用有地震作用 : :nhsafbhfvsvyvt07. 0175. 100)056. 0105. 1(100nhsafbhfvsvyvtre 1 3 n: 柱軸向壓力設計值柱軸向壓力設計值 n0.3 fc ac若出現(xiàn)拉力，公式中若出現(xiàn)拉力，公式中n項為項為0.2nre : 0.8542柱剪力設計值柱剪力設計值vc9度設防和一級框架結構度設防和一級框架結構 : :nbcuatcuachmmv2 . 1nbctcchmmv4 . 1一級抗震一級抗震 : :nbctcchmmv2 . 1nbctcchmmv1 . 1二級抗震二級抗震 : :三級抗震三級抗震 :

25、:四級抗震四級抗震 : :按地震作用組合的剪力設計值按地震作用組合的剪力設計值43mtcua、 mbcua : 柱上、下端正截面受彎承載力柱上、下端正截面受彎承載力 對應的彎矩值對應的彎矩值采用材料強度標準值采用材料強度標準值實配鋼筋截面積實配鋼筋截面積考慮承載力抗震調整系數(shù)考慮承載力抗震調整系數(shù)按順時針、逆時針取大值按順時針、逆時針取大值mtc、 mbc : 柱上、下端彎矩設計值柱上、下端彎矩設計值 （考慮地震作用組合）（考慮地震作用組合） 按順時針、逆時針取大值按順時針、逆時針取大值44 柱構造要求柱構造要求縱筋配置、縱筋配筋率（縱筋配置、縱筋配筋率（p79表表4-10）箍筋：箍筋：加密區(qū)

26、加密區(qū)柱端箍筋加密作用柱端箍筋加密作用: : 增加柱端截面抗剪強度增加柱端截面抗剪強度 約束混凝土，提高混凝土抗壓強度及變形能力約束混凝土，提高混凝土抗壓強度及變形能力 為縱向鋼筋提供側向支撐，防止縱筋壓曲為縱向鋼筋提供側向支撐，防止縱筋壓曲 箍筋箍筋smax、 dmin （p79表表4-11）45slllashshv21體積配筋率體積配筋率vash: 鋼箍單肢面積鋼箍單肢面積lsh: 鋼箍總長鋼箍總長l1 、l2 : 鋼箍包圍的砼核芯面積邊長鋼箍包圍的砼核芯面積邊長s: 鋼箍間距鋼箍間距yvcvvff 最小配箍特征值最小配箍特征值 p81表表412配筋形式配筋形式46 節(jié)點區(qū)節(jié)點區(qū) 節(jié)點抗震設計原則節(jié)點抗震設計原則強節(jié)點弱桿件：使節(jié)點強節(jié)點弱桿件