土木工程畢業(yè)論文工程設(shè)計框架結(jié)構(gòu)

1、第八章 截面設(shè)計8.1框架梁截面設(shè)計及構(gòu)造要求構(gòu)造要求為保證梁有足夠的受彎承載力，以耗散地震能量，防止脆斷，其縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)小于下表規(guī)定的數(shù)值。同時，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%。表8.1 縱向受拉鋼筋最小配筋率抗震等級梁中位置支座跨中-一-0.40和80 ft/ fy中的較大值0.30和65 ft / fy中的較大值-二二0.30和65 ft / fy中的較大值0.25和55 ft / fy中的較大值三、四0.25和55 ft/ fy中的較大值0.20和45 ft / fy中的較大值框架梁的兩端箍筋加密區(qū)圍， 縱向受壓鋼筋和縱向受拉鋼筋的截面面積的比值除應(yīng)按計 算確定外

2、，還應(yīng)符合下列要求：一級抗震等級aS/As 0.5二、三級抗震等級人/aS o.3這是因為梁端配置一定數(shù)量的受壓鋼筋可減小混凝土受壓區(qū)高度，提高梁端塑性鉸的延性。框架梁中箍筋構(gòu)造要求：為保證在豎向荷載級水平地震作用下框架梁端的塑性鉸有足夠的受剪承載力，也為了增加箍筋對混凝土的約束作用，以保證梁鉸型延性機構(gòu)的實現(xiàn)，梁中箍筋的配置應(yīng)符合下列規(guī)定:.梁端箍筋的加密區(qū)長度、箍筋最大間距和最小直徑應(yīng)按下表采用，當梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%寸，表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm表8.2 抗震框架梁端箍筋加密區(qū)的長度、箍筋最大間距和最小直徑抗震等級加密區(qū)長度(采用較大值)(mm)箍筋最大間距(采用較小值)(m

3、m)箍筋最小直徑(mm)-一-2 hb ,500hb/4 ,6d,10010-二二1.5 hb, 500hb/4 ,8d,1008三1. hb 5, 501hb/4 ,8d,1508四1.5 hb，502hb/4 ,8d,1516注：d為縱筋直徑，hb為梁高。.第一個箍筋應(yīng)設(shè)置在節(jié)點邊緣50mm以;.梁箍筋加密區(qū)的箍筋肢距：一級不宜大于200mm和20倍箍筋直徑的較大值,級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300mm.沿全長箍筋的配筋率SV應(yīng)符合下列規(guī)定：二級抗震等級SV 0.28 ft / fyv.非加密區(qū)的箍筋最大間距不宜大于加密區(qū)箍筋間距的2倍；當考慮地震作用時，結(jié)

4、構(gòu)構(gòu)件的截面設(shè)計采用下式：RRE式中：S地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)的基本組合;R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力；RE 承載力抗震調(diào)整系數(shù)。在截面配筋時，組合表中的力與地震力組合，均應(yīng)乘以RE后，在與靜力的力進行比較，挑選出最不利的力進行配筋。本設(shè)計以首層AB跨為例說明橫向框架梁的設(shè)計過程梁的正截面受彎承載力計算根據(jù)梁的正截面受彎承載力計算確定梁上部和下部的縱向受力鋼筋用量。設(shè)計時，先根據(jù)跨間最大正彎矩值計算下部受拉鋼筋截面面積。因為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋，按T形截面計算，然后將一部分鋼筋伸入支座， 作為支座截面承受負彎矩時的受壓鋼筋， 按雙筋矩形截面計算上部受拉鋼筋。框架梁混凝土采用 C35, fc 16.7

5、kN/m2，ft 1.57 kN /m2，其截面尺寸為b x h=300x 600,采用雙排筋，取 ds 60mm， fy 300N mm2。IIinml|皿In|IIInml|V k/Mtarluil圖8.1梁的截面選取圖從梁的力組合表中分別選出AB跨跨間截面的最不利力。reMa 0.75 384.74 288.56kN mreMb 0.75 291.76 288.56kN mbf =1/3跨間彎矩作用下，梁下部受拉，截面按單筋T形截面計算。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)T形截面翼緣計算寬度：當按跨度考慮時,=6800/3=2267mm；按梁（縱肋）凈距Sn 考慮，bf =b Sn =300+6500

6、=6800mm 按翼緣厚度考慮時，h° = h as=600-60=540mm hf / h° =120/540=0.22 > 0.1，則此種情況不起控制作用，故取b f =2267mm1fcbfhf (h°匕)=1.0 X16.7 X2 267 X120X( 540-120/2 )X 10 6 2=2180.67 kN m > 164.82 kN m6164.82 100.015故屬第一類T形截面。1 fcbfh02 1.0 16.7 2267 5402AB跨梁正截面配筋計算見表8.3表8.3 梁配筋計算截 面梁左端I - I胯間n - n梁右端川-

7、川+彎矩設(shè)計值288.56-446.18164.82209.68-245.28Ms21 fcbhd0.1980.3050.0150.1440.1681 J1 2 s0.2230.3350.0150.1560.185A1 fcbh。f1 y2011.013021.031022.191406.811668.33選配鋼筋3蟲 22+2魚 252魚 22+5蟲 253© 22+濁 25睡22濁22+尬25實配鋼筋A(yù)s21223214212215201742配筋率bh01.31%1.98%1.31%0.92%1.10%跨中最小配筋率：55 ft ： fy =0.288 , min =0.288

8、%X 600 =0.32%'h0540支座處最小配筋率：65 ft fy =0.34 , min =0.34%X 600 =0.38%/h°540均滿足最小配筋率要求。梁的斜截面承載力驗算AB跨：reVa =214.02 kN <0.2 c fcbh0 =0.2 X 1.0 X16.7 X 300X540=541.08 kN，故 截面尺寸滿足承載力要求。梁端加密區(qū)箍筋取 4肢 8100箍筋采用HPB235級鋼筋，fy 210N/mm20.42ftbh。 1.25fyjAsvh0s=0.42 X 1. 57 X 300X 540+1.25 X 210X 201/100 X

9、 540=391.74 kN > 214.02 kN滿足抗剪要求?？拐鹪O(shè)計規(guī)規(guī)定，二級抗震等級梁端加密區(qū)長度為max(1.5 hb,500) , hb為梁截面高度，則本設(shè)計中AB跨橫向跨間梁的加密區(qū)長度為1.5 600=900mm非加密區(qū)箍筋取4肢 820Q箍筋設(shè)置滿足設(shè)計要求。同時，沿梁全長箍筋配箍率SV2ASVbsSV1bs300 100 =0.67%201300 200=0.335%> 0.24ftf yv=0.16%即配箍率滿足構(gòu)造要求8.2框架柱的截面設(shè)計及構(gòu)造要求構(gòu)造要求一、柱縱向受力鋼筋的構(gòu)造要求為了改善框架柱的延性， 使柱的屈服彎矩大于其開裂彎矩， 保證框架在柱屈服

10、的時具有 較大的變形能力，柱縱向鋼筋的最小總配筋率按下表采用，同時柱截面每一側(cè)配筋率不應(yīng)小于0.2%，對建造于W類場地且較高的高層建筑，表8.4中數(shù)值應(yīng)增加0.1。表8.4柱縱向鋼筋的最小總配筋率類另U抗震等級-一-二二三四中柱和邊柱1.00%0.80%0.70%0.60%角柱、框支柱1.20%1.00%0.90%0.80%為了施工方便和經(jīng)濟要求，框架柱中全部縱向受力鋼筋配筋率不應(yīng)大于5%截面尺寸大于400mm勺柱，縱向鋼筋的間距不應(yīng)大于200mm、箍筋構(gòu)造要求箍筋加密區(qū)圍：柱端，取截面高度(圓柱直徑)、柱凈高的16和500mm三者的最大值;底層柱，柱根不小于柱凈高的 13 ;當有剛性地面時，

11、除柱端外，尚應(yīng)取剛性地面上下各 500mm剪跨比不大于2的柱、框支柱、一級及二級抗震等級框架的角柱以及需要提高變形能力的柱 取全高。柱箍筋加密區(qū)的箍筋間距和直徑，一般情況下，按下表采用；二級框架柱的箍筋直徑不小于10mm最大間距可采用 150mm表8.5柱加密區(qū)箍筋最大間距和最小直徑抗震等級箍筋最大間距(采用較小值)(mn)箍筋最小直徑(mm)-一-6d,10010-二二8d,1008-三8d,150（柱根 100）8四8d,150（柱根 100）6 （柱根8）柱箍筋加密區(qū)的箍筋肢距，二、三級不大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值；至少每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋約束。柱箍筋非加密區(qū)的

12、箍筋體積配筋率不宜小于加密區(qū)的50%且箍筋間距在一、二級不應(yīng)大于10d, d為縱向箍筋直徑。以A柱第一、二層為例，柱的截面控制示意圖如下圖所示，對示意圖中的I- I截面進行設(shè)計。_n圖8.2 柱控制截面示意圖混凝土采用C35, fc 16.7 N mm2?？v向鋼筋為HRB33馭鋼筋,fy 360 N mm2。箍筋為HPB23級鋼筋,y 210 N. mm2。柱的軸壓比驗算柱的軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計 值的乘積的比值。軸壓比較小時，在水平地震作用下，柱將發(fā)生大偏心受壓的彎曲型破壞， 具有較好的位移延性；軸壓比較大時，柱將發(fā)生小偏心受壓破壞， 幾乎沒有

13、位移延性。因此, 必須合理確定柱的截面尺寸，由力組合表可知：軸壓比較大時，柱將發(fā)生小偏心受壓破壞， 使框架柱處于大偏心受壓狀態(tài)，保證柱具有一定的延性。Ni2112.98kN ,N22676.22kN ,N32729.14kN ,N12112.98 103fcbh16.7 6002N22676.22 103fcbh16.7 6002N32729.14 103fcbh16.7 6002NNN0.350.450.500.8 ；0.8 ；0.8。三個截面均滿足軸壓比限值的要求。柱的正截面承載力計算二級抗震框架中除頂層外其余各節(jié)點的梁、柱應(yīng)符合下述公式Mc 1.2 Mb，式中Mc節(jié)點上下柱柱端順時針或反

14、時針方向截面組合的彎矩設(shè)計值之和 cMb 節(jié)點左右梁端順時針或反時針方向截面組合的彎矩設(shè)計值之和二級框架結(jié)構(gòu)的底層，柱下端截面組合的彎矩設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。若Mc 1.2 Mb，則將Mc與1.2Mb的差值 M按彈性分析彎矩值之比分配給節(jié)點上下柱端。首層A柱柱的計算長度|。按混凝土設(shè)計規(guī)，當為現(xiàn)澆樓蓋時：l01.25H =1.25 X3.9=4.875m ;一層：l01.0H =1.0 X4.9=4.9m, 二層:reM =0.8 X (1.25 X545.21)=545.21 kN mM545.21 106e0=3 =200mmN2729.14 10ea按規(guī)取20mm和偏心方向截面尺

15、寸1/30的較大值，取ea=20mmei e0 ea =200+20=220 mm因為I。h = 4900 600 =8.17 > 5 ,需考慮偏心距增大系數(shù) =1J0)21400e /h0 h 1 2= 1.1 > 1.0，取1=1.00.5fcA = 0.5 16.7 60023N 2729.14 10l。h=4900 600=8.17 v 15,取 2=1.0=11400 2208.172=1.00560ei =1.00 x 220=220m> 0.3 h0 =0.3 x 560=168mm按對稱配筋計算。N = 2729.14 1031 fcb 1.0 16.7 60

16、0=272.36mnvbho=0.55 x 560=308mm為大偏心受壓情況。e e h/2 40 =220+300-40=480mmAs =Ne1fcbx(hofy(hoas)2729.14 103 480 1.0 16.7 600 272.36560272.3622=983.09mm實配4 - 22 ,2As As=1520 mmo3 1520600 560單側(cè)配筋率，1.36% 0.8%，滿足要求；15200.45% 0.2%，滿足要求。600 560300560 40柱的斜截面承載力的計算以首層B柱為例進行計算。由前述知，對于二級抗震等級按“強剪弱彎”的原則調(diào)整柱的截面剪力：Vc=1

17、.2M；mC、mC框架柱調(diào)整厚的上、下柱端彎矩值H n 柱的凈咼（從基礎(chǔ)頂面到第一層梁底）MC =280.77 kN m，M：=1.25 X 545.21=681.51 kN m則框架柱的剪力設(shè)計值280.77 681.51Vc 1.2281.64 kN,re Vc=0.85 X 281.64=239.39 kN4.90 0.801、剪壓比的限值柱平均剪應(yīng)力與混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值之比，成為柱的剪壓比。與梁一 樣，為了防止構(gòu)件截面的剪壓比過大， 在箍筋屈服前，混凝土過早的發(fā)生剪切破 壞，必須限值柱的剪壓比，亦限值柱的截面最小尺寸。建筑設(shè)計抗震規(guī)規(guī)定， 框架柱端將面組合的剪力設(shè)計值應(yīng)符合下列要

18、求：剪跨比大于2時：Vc 丄(0.20仙)REMC HnV% 2h。4.1 1032 5603.66 3，取 =3>2,則RE(0.20 fcbh0) =10.85(0.2 16.7 600 560)=1320.28 kN截面尺寸滿足要求。2、斜截面承載力驗算N=2729.14kN>0.3 f cbh =0.3 X 16.7 X 6002 =1803.6kN，取 N=1803.6kN1 05AreVc 羋 ftbh。0.056NAsv 1=Sf yvh0310530.85 281.64 1031.57 600 560 0.056 1803.6 103j<0210 560故該層

19、柱按構(gòu)造配箍筋。柱端加密區(qū)的箍筋選用4肢10100由前述知底層柱的軸壓比n=0.5，查抗震規(guī)表查得v =0.0988 ( v為最小配箍特征值)則柱箍筋加密區(qū)的體積配箍率，應(yīng)符合下列要求:v,minv= 0.。988 苗門。0.786%二級框架v不應(yīng)小于0.6%，滿足要求Asvs2vAcor =0.786 550° 5彳li 100 8 550Acor為箍筋包裹圍的混凝土核心區(qū)面積;根據(jù)構(gòu)造要求，二級抗震柱箍筋加密區(qū)最大間距為min(100mm,8d)，取100mm柱根加密區(qū)長度不小于柱凈高的1/3底層柱取1400 mm非加密區(qū)箍筋間距 s 10d 200mm非加密區(qū)箍筋為10200。

20、加密區(qū)斜截面承載力驗算：1 (1.05RE1ftbhofyvAh。s0.056N)10.85(1.05(3 1停 600 560 210 帶 560 o.。56 2729.14)=597.52kN>Vc 281.64 kN滿足要求。8.3框架梁、柱的節(jié)點設(shè)計在進行框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，除了保證框架梁、柱具有足夠的強度和延性外， 還必須保證框架節(jié)點的強度。震害調(diào)查表明，框架節(jié)點破壞主要是由于節(jié)點核芯 區(qū)箍筋數(shù)量不足，在剪力和壓力共同作用下節(jié)點核芯區(qū)混凝土出現(xiàn)斜裂縫，箍筋屈服甚至被拉斷，柱的縱向鋼筋被壓曲引起的。因此，為了防止節(jié)點核芯區(qū)發(fā)生 剪切破壞，必須保證節(jié)點核芯區(qū)混凝土的強度和配置足夠的

21、箍筋數(shù)量。一、節(jié)點核芯區(qū)組合的剪力設(shè)計值對二級框架：1.2 Mb hbo asVjt(1 bo s)hbo asH c hbVj 節(jié)點核芯區(qū)組合剪力設(shè)計值;M b 考慮地震作用組合的框架節(jié)點左、右兩側(cè)梁端彎矩設(shè)計值之和;hbo、hb梁的截面有效高度，截面高度；當兩側(cè)梁高不同時，應(yīng)取平均值;He 節(jié)點上柱和下柱反彎點之間的距離以首層橫梁與B柱相交的節(jié)點為例：,600 400 “門 .665 365 口hb=500mm hb0 =515 mm2 2He=0. 5 X3.9+0.37 X4.9=3.763mMb =521.14+327.04=848.18 kN m (左震)Vj=1.23848.18 10515 351 376r =1808.5kN節(jié)點剪壓比的控制為了使節(jié)點核芯區(qū)的剪應(yīng)力不致過高，避免過早的出現(xiàn)斜裂縫，