钢筋混凝土框架结构.ppt

钢筋混凝土框架结构,建筑之家,2,2019/6/24,定义,多高层建筑结构的常用形式之一； 也是高层建筑的基本结构单元； 由梁和柱为主要构件组成。,3,2019/6/24,类型,按框架构件组成分类 梁板式结构 由梁、板、柱三种基本构件组成。这种骨架形式的框架结构，广泛用于多层与高层房屋建筑上，是典型的框架结构型式。 本章讨论的主要是这种框架结构型式。 无梁式结构 由板、柱组成，实质是无梁楼盖结构。 柱与楼板整体连接（板柱的连接刚度比梁柱的连接刚度小），柱除承受轴向力外，柱端弯矩按“等代框架法”进行计算。 从结构选型的角度来说，无梁楼盖不是骨架体系。 从结构受力角度看，其内力分析与框架结构类似，也是框架结构的一种。,4,2019/6/24,类型,按框架的施工方法 现浇整体式框架 构件均在现场浇注成整体，整体性和抗震性好， 构件尺寸不受限制。对使用功能的适用性大。 装配式框架 框架构件采取预制安装，施工进度快，工业化程度高。 构件节点连接构造应达到刚性节点的要求。 节点连接构造的作法仍在不断研究改进中。 现在未普及应用。,5,2019/6/24,类型,按框架的施工方法 半现浇框架 梁柱现浇、楼板预制；或现浇柱、预制梁板。 节点构造简单，比全现浇框架可节约模板20左右 比全装配框架可以节约钢材和水泥20左右。 结构整体性强，抗震能力高。 装配整体式框架 将预制梁、柱装配就位后，通过局部现浇混凝土使构件联结成整体的框架。 保证了节点的刚接，结构整体性好，可省去连接件，但增加了现场浇捣混凝土的工作量， 更适合于地震区采用。,6,2019/6/24,类型,按框架的承重结构 全框架（纯框架） 楼、屋面荷载全部由框架承担； 外墙仅起围护作用； 整体性和抗震性好；属于纯框架。 内框架（半框架、龙骨架） 楼、屋面荷载由框架和外墙共同承担； 计算简图形象如龙骨，故也称之为“龙骨架” ； 房屋层数不多且外墙足够厚时，可采用内框架； 两种材料刚度不协调，整体性和总体刚度比较差。 有抗震要求的房屋不宜采用。,7,2019/6/24,第四篇 钢筋混凝土框架结构,优点 建筑平面布置灵活； 结构自重较轻，在一定的高度范围内造价较低； 结构整体性和抗震性好。 缺点 本身的柔性较大，抗侧刚度较小，在风荷载作用下水平位移较大； 在地震作用下，非结构构件破坏比较严重。宜采用重量轻且又能承受较大变形的隔墙材料。 在高烈度地区，由于层间位移和顶点位移的限制，建筑较高时将难以满足要求，或虽能满足但梁柱截面尺寸过大，配筋也较多，不够经济； 梁柱节点构造复杂，在装配式框架结构中更为突出。,8,2019/6/24,第四篇 钢筋混凝土框架结构,应用范围： 框架结构不宜用于层数较多的高层建筑，一般多用于办公楼、教学楼、旅馆及工业厂房等多层建筑中； 一般在非地震区，钢筋混凝土框架结构可用于15层以下建筑； 在一般地震区则以不超过1012层为宜， 8度及8度以上烈度的地震区，一般以8层以下为最佳。,第一章 框架结构设计的基本要求,1.1 结构布置与结构体系 1.2 梁、柱截面尺寸及布置 1.3 填充墙布置,10,2019/6/24,1.1 结构布置与结构体系,结构布置 包括结构平面布置和结构剖面布置。对于一般楼面标高变化不大的房屋可只作结构平面布置。对于同一层楼面标高变化较大的房屋，梁、板的标高较为复杂时，尚应进行结构剖面布置，显示结构构件的空间位置的相互关系。 结构布置应在建筑平面、立面和剖面确定之后进行，且应注意结构层与建筑层的关系。首层结构梁板应参照二层建筑平面图进行布置，但雨篷和过梁等位于层高半腰位置的构件应参照首层建筑平面图进行布置。 结构布置图是结构工程师估算结构设计工作量、确定结构计算简图、进行荷载计算的依据，也是利用程序直接进行电算的主要依据，同时还是施工人员了解结构总体布置、结构构件类型及其平面和空间位置的主要根据。,11,2019/6/24,1.1 结构布置与结构体系,结构布置 钢筋混凝土框架结构一般抗侧刚度较差，节点受压、受剪等应力状态复杂，在烈度较高的地震作用下，框架梁柱节点均易于产生各种破坏， 在方案及选型设计时，框架结构体系的建筑体型及结构布置应符合抗震构造要求。,12,2019/6/24,1.1.1 结构体系,双向抗侧力体系 框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。 刚接体系 除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度和整体性；抗震设计时不宜采用单跨框架。 纯框架体系 抗震设计的框架结构，不应采用部分由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重结构，不应采用砌体墙承重。,13,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。 布置原则 建筑设计 应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案 结构设计 满足建筑功能要求， 使结构合理、受力明确、传力直接。 结构传力路径简单、合理、抗震子结构明确 有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，减少扭转,14,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,平面布置 应力求简单、规则、对称、均匀，质心与刚心宜接近，以减少扭转；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）， 避免平面不规则结构， 竖向布置 沿高度之刚度、质量分布应均匀、连续； 避免立面不规则结构。,15,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。a)有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，b)开洞面积大于该层楼面面积的30%，c)较大的楼层错层,楼 板 局 部 不连续,结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%,凹 凸 不规则,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2倍,扭 转不规则,定 义,不规则 类 型,16,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,1.扭转不规则,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2倍,17,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%,2.凹凸不规则,18,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,3.楼板局部 不连续,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。 a) 有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%， b) 开洞面积大于该层楼面面积的30%， c) 较大的楼层错层,19,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%,楼层承载力突变,竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递,竖向抗侧力构件不连续,该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%,侧向刚度不规则,定 义,不规则 类 型,20,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,1.侧向刚度不规则,该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%， 或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%； 除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%,软弱层,21,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,2.竖向抗侧力构件 不连续,竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递,22,2019/6/24,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,3.楼层承载力突变,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%,薄弱层,23,2019/6/24,1.1.2 变形缝,优点 设置变形缝后，结构虽然变得简单、规则 问题 由于缝两侧均需布置框架而使结构复杂和建筑使用不便； 较大的变形缝使建筑立面处理困难； 地下部分容易渗漏、防水处理困难； 在地震区，地震时缝两侧结构进入弹塑性状态，位移急剧增大而发生相互碰撞，产生严重的震害。,24,2019/6/24,1.1.2 变形缝,处理原则 一般情况下宜采用调整平面形状与尺寸、加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。 建筑设计方面 应采用调整平面形状、尺寸、体型等措施 结构设计方面 应选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等 施工方面 分阶段施工、设置后浇带、加强保温隔热等措施。,25,2019/6/24,1.1.3 变形缝,伸缩缝 当房屋的长度较大时，温度收缩会使结构产生裂缝。宜将房屋上部结构用伸缩缝断开。 沉降缝 （1）建筑平面的转折部位； （2）高度差异（或荷载差异）较大处； （3）地基土的压缩性有显著差异处； （4）建筑结构(或基础)类型不同处； （5）分期建造房屋的交界处； 过长的钢筋泥凝上框架结构的适当部位，宜将伸缩缝与沉降缝合并设置。 伸缩缝与沉降缝的宽度一般不小于50mm。,26,2019/6/24,1.1.3 变形缝,防震缝 考虑因素 防震缝的设置，主要与建筑平面形状、高差、刚度和质量分布等因素有关。 设置要求 防震缝宽度应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况确定， 应将房屋划分为简单规则的形状，使每一部分成为独立的抗震单元。避免地震作用下薄弱部位造成震害。 其两侧的上部结构应完全分开。 抗震设计的建筑结构，当需要设伸缩缝、沉降缝时，也应符合防震缝宽度的要求。,27,2019/6/24,1.1.3 变形缝,防震缝 最小宽度要求,28,2019/6/24,1.1.3 变形缝,防震缝 最小宽度要求 防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低的房屋高度计算缝宽。,29,2019/6/24,1.1.3 变形缝,防震缝 高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开。 高低层相连，高度和重量相差悬殊，振动时频率不同，必然互相推拉挤压，使牛腿连接处产生很大的应力集中，在反复的拉力、压力作用下，容易引起牛腿破坏。,牛腿破坏,30,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,原则 框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数； 考虑因素 柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求，施工条件及材料设备等各方面因素来确定。 从使用上来说，柱网尺寸愈大愈好；但梁的截面高度不仅影响建筑净高，而且对框架的抗侧刚度的影响很大。 考虑到抗震设计时的延性要求，梁的截面尺寸不宜太大，因此框架结构柱网尺寸宜为68m，不宜超过9m。 需要大尺寸的柱网（如912m）时，应考虑采用预应力混凝土粱。,31,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,A 多层工业厂房 既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 生产工艺的要求是厂房平面设计的主要依据。 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式、对称不等跨式,32,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,A 多层工业厂房 内廊式 内廊式柱网常为对称三跨（A+B+A）： A边跨跨度（房间进深）常为6m、6.6 m、6.9m， B中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m。 开间方向，柱距为6m。 等跨式 等跨式柱网适用于厂房、仓库 进深常为6m、7.5m、9 m、12m，从经济考虑不宜超过9m。 开间方向的柱距常为6m。 对称不等跨式 常用于建筑平面宽度较大的厂房,33,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,B 多层民用建筑 民用房屋种类繁多，功能要求各有不同，难以硬性统一 一般情况下，柱网尺寸的适宜范围为： 柱距，3.38m（单开间或双开间）； 跨度：612m（从经济考虑不宜超过9m）。 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式,34,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,C复杂平面上的柱网 框架柱网布置越简单、规则、整齐对结构就越有利，经济效果就越好。 从建筑的角度出发，高层建筑常常采用周边复杂的形式以提高建筑的艺术效果。 在复杂的建筑平面上，力求简单的框架柱网布置，是一个很重要的配合问题。 典型的房屋平面布置形式和柱网布置方法以及现代建筑中的几个实例。,35,2019/6/24,1.1.4 柱网布置,C复杂平面上的柱网 典型实例,36,2019/6/24,1.1.5 楼、电梯间布置,在烈度较高的抗震设防区、楼、电梯间不宜布置在结构单元的两端和拐角部位。 在地震力作用下，由于结构单元的两端扭转效应最大，拐角部位受力更是复杂，而各层楼板在楼、电梯间处都要中断，致使受力不利，容易发生震害。 如果楼、电梯间必须布置在两端或拐角处，则应采取加强措施。,37,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,柱 柱的截面高度不宜小于300mm； 小于时其承载力需做20%的折减， 一般采用方形柱，不用变截面柱，只改变混凝土标号。以此来初步确定柱的截面尺寸。 纵横两个方向上不宜相差过大。 矩形柱边长比不宜超过1.5。 柱净高与截面高度之比不宜小于4。 小于4，变形能力要求较高，因为短柱刚度大易剪坏，需设全长加密箍筋。 层高与柱截面高度之比不宜大于15 经验数值，大于15时不易满足水平侧移要求。,38,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,柱 截面尺寸估算（按轴压比）,mc：允许轴压比，三级0.9,二级0.8,一级0.7。 N ：竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值。 gG：分项系数，取为1.2； w：单位面积重量，取为1214kN/m2； S：柱承载楼面面积； n：柱设计截面以上楼层数； b1：一、二级抗震设计角柱为1.3，其余为1.0 b2：水平力使轴力增大的系数，7度1.05，8度1.1，9度1.2。,39,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,框架梁 梁宽不宜小于200mm，且不宜小于柱宽的1/2； 节点要求，联结紧密； 梁截面的高宽比小于4； 抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能； 梁净跨与截面高度之比宜大于4； 避免形成深梁，以抗剪为主，脆性破坏。 考虑强度与刚度的需要，取值如下： 框架梁高h1/81/14 l， l为梁跨；通常取1/10 l； 框架梁宽b=1/21/3h；一般不小于300mm。,40,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,框架梁 截面尺寸估算 将框架梁看作简支梁，计算跨中弯矩M0 。 取框架梁弯矩 M =(0.50.7)M0 取经济配筋率 r = 0.81.5% 取框架梁宽b=300，计算受压区相对高度 x,41,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,次梁 作用 承托围护墙、隔墙 减小板的跨度 洞口边缘的封梁 梁高h（ l为梁跨） 简支梁：h1/121/15 l ；连续梁：h1/121/20 l 井字梁：h1/151/20 l ；悬挑梁：h1/51/7 l 梁宽b 梁宽b=1/21/3h；一般取200mm，250mm。 托隔墙时，一般与墙同宽。,42,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,梁柱偏心 框架结构梁、柱中心线宜重合。 当梁柱中心线不能重合时，计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，及梁荷载对柱的偏心影响。 梁柱中线之间偏心距 9度抗震设计时不应大于柱截面在该方向宽度的1/4； 非抗震设计和68度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4。,43,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,过大偏心处理 若建筑上要求柱墙外平，则梁宽应不小于柱在该方向宽度的一半。不满足该要求时，可在梁上设外挑沿，承托填充墙；或增设梁的水平加腋。 设置水平加腋后，在计算中仍应考虑梁柱偏心的不利影框架结构梁、柱中心线宜重合。,44,2019/6/24,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,悬挑梁长度 应以悬臂弯矩与内梁跨中弯矩的大小接近为宜。 影响弯矩大小的因素是： 荷载情况，内梁跨度、柱距和外伸长度等，所以，外伸长度不能绝对地一概而论。 均布荷载作用下，外伸长度不应大于1/2内梁跨度，也不宜小于1/4内梁跨度，比较合适的是约为1/3内梁跨度左右。 外伸长度绝对值不大于3.0m。,45,2019/6/24,1.3 框架填充墙布置,填充墙作用 围护和分割房间 震害 由于其自重较大，抗侧刚度也很大，如果布置不当，极易形成偏心，产生扭转，难免出现震害，甚至影响主体结构的安全。 在窗台以下连续砌筑砌体填充墙，将使框架柱形成短柱，发生脆性破坏。 要求 抗震设计时，应优先选用轻质墙体。 采用砌体填充墙时，在平面和竖向的布置宜均匀对称，以减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转，并应避免形成短柱及上下层刚度变化过大。,第二章 内力与位移计算,2.1 计算简图 2.2 竖向荷载作用下的内力计算 2.3 水平荷载作用下的内力计算 2.4 水平荷载作用下侧移计算,47,2019/6/24,第二章 内力与位移计算,一般采用各种空间单元模型的计算分析程序进行计算。 但一些近似计算的手算方法，由于计算简便，易于掌握，常用于初步设计时的估算及方案比较中。掌握其内力和变形的规律，也有助于从概念上判断程序计算结果的合理性和可靠性。 框架是典型的杆系结构，根据平面结构假定和楼板自身平面刚度无限大的假定，近似计算时一般将其简化为横向和纵向的若干榀平面框架，分别计算这些框架。,48,2019/6/24,第二章 内力与位移计算,计算方法 竖向荷载作用下 按其承受的竖向荷载面积的计算大小荷载，然后按平面框架作近似分析； 水平荷载作用下 各榀框架所受的侧向力，按各榀框架的抗侧刚度大小进行分配。 考虑扭转时 先按平面框架作近似分析，再对上述结果进行修正。,49,2019/6/24,2.1 计算简图,计算单元的确定 一般情况下，为简化计算，常忽略结构纵向和横向之间的联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。当采用现浇楼盖时，楼面分布荷载一般可按角平分线传至相应两侧的梁上，水平荷载则简化成节点集中力。,50,2019/6/24,2.1 计算简图,节点的简化 现浇钢筋混凝土结构中，应简化为刚接节点。 装配式框架结构节点简化成铰接点或半铰接点。 装配整体式框架结构可以认为是刚接节点。当然这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点梁端的实际负弯矩要小于按刚性节点假定所得到的计算值。 框架支座可分为固定支座和铰支座，当为现浇钢筋混凝土柱时，一般设计成固定支座，当为预制柱杯形基础时，则应视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。,51,2019/6/24,2.1 计算简图,跨度与层高的确定 结构计算简图中，杆件用其轴线来表示。 框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定。 框架的层高即框架柱的长度，可取相应的建筑层高，即取本层楼面至上层楼面的高度，但底层的层高则应取基础顶面到二层楼板顶面之间的距离。,52,2019/6/24,2.1 计算简图,构件截面弯曲刚度的计算 在计算框架梁截面惯性矩I时应考虑到楼板的影响。 假定梁的截面惯性矩 I 沿轴线不变， 现浇楼盖，中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0； 装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0； 装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I。 I0为矩形截面梁的截面惯性矩。,53,2019/6/24,2.1 计算简图,荷载计算 竖向荷载 结构自重及楼（屋）面活荷载，分布荷载/集中荷载。 楼面活荷载，不可能以荷载规范所给的标准同时满布在所有的楼面上，所以在结构设计时可考虑楼面活荷载折减。 水平荷载 风荷载和水平地震作用，简化为框架节点上的水平集中力。 风荷载 风荷载的计算方法与单层厂房相同。 水平地震作用 当高度不超过40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，宜采用底部剪力法计算水平地震作用。,54,2019/6/24,2.2 竖向荷载作用下的内力计算,特点 多层框架结构在竖向荷载作用下，侧移比较小，可近似作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析。 近似计算方法 分层法 二次弯矩分配法 活荷载不利布置的处理 进行上述计算时，活荷载一般按各跨满布考虑，一次计算，活荷载各种不利布置通常可由放大满布活荷载时求得的弯矩来考虑，该放大系数可取1.11.2。,55,2019/6/24,2.2.1 分层法,基本假定 在竖向荷载作用下框架侧移很小，可作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析。 各层荷载对其他层杆件内力影响不大，可以忽略。 参数修正 柱刚度修正：底层柱1.0；其余层0.9 弯矩传递系数：底层柱1/2；其余层1/3,56,2019/6/24,2.2.1 分层法,计算简图,57,2019/6/24,2.2.1 分层法,计算特点 梁弯矩：分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩。 柱内力：必须将上、下两层所得同一根柱子的内力叠加。 计算结果，结点上的弯矩可能不平衡，但误差不会很大。,58,2019/6/24,2.2.1 分层法,计算步骤,梁固端弯矩,框架分层,梁柱线刚度,现浇楼板梁刚度增大 边梁1.5，中梁2.0,分配传递系数,弯矩分配传递,节点弯矩,梁剪力,柱弯矩叠加,柱轴力,梁端弯矩调幅,梁跨中弯矩,调幅15%。调幅后的梁跨中正弯矩不得小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%,59,2019/6/24,2.2.2 二次弯矩分配法,近似计算方法 将各结点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。 基本假定 在竖向荷载作用下框架侧移很小，可作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析。 特点 与分层法相比，由于考虑了各层荷载对其他层杆件内力的影响，因而其计算结果分层法更精确，而且结点上的弯矩是平衡的； 与精确法计算结果相比，误差甚小，可以满足工程需要。,60,2019/6/24,梁剪力,弯矩二次分配,2.2.2 二次弯矩分配法,计算步骤,梁固端弯矩,梁柱线刚度,弯矩分配,分配传递系数,弯矩传递,梁端弯矩调幅,柱轴力,现浇楼板梁刚度增大 边梁1.5，中梁2.0,弯矩叠加,梁跨中弯矩,调幅15%。调幅后的梁跨中正弯矩不得小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%,61,2019/6/24,2.3 水平荷载作用下的内力计算,风荷载和水平地震作用 由精确法分析可知，框架结构在节点水平力作用下定性的弯矩图和变形图如图。 各杆弯矩都是直线形，每个立柱一般都有一个反弯点。 因梁的轴向变形忽略不计，故同一层内的各节点具有相同的侧向位移，同一层内的各柱具有相同的层间位移。 这里所谓的反弯点，是指杆件受力后，杆件上弯矩为零的点，该点也是杆件变形曲线上的拐点。,62,2019/6/24,2.3.1 反弯点法,关键问题 确定各柱内的剪力及反弯点的位置 求各柱的柱端弯矩 由节点平衡条件求梁端弯矩及整个框架结构的其他内力,63,2019/6/24,2.3.1 反弯点法,基本假定 1）求各个柱的剪力时，假定各柱上下端都不发生角位移，即认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大。 2）各柱的反弯点位置 中间层：反弯点居中 假定各个柱的上、下端节点转角均相同 底 层：反弯点2/3h 由于底端固定而上端实际有转角，反弯点向上移，通常假定反弯点在距底端2h/3高度处。 3）梁端弯矩由节点平衡条件求出，按节点左右梁的线刚度进行分配。 4）不考虑框架横梁的轴向变形。,64,2019/6/24,2.3.1 反弯点法,方法及步骤,水平力平衡,Vi1 Vi2 Vi3,刚度分配柱剪力,柱平衡求柱端弯矩,梁平衡求梁剪力,节点平衡柱轴力,节点平衡求梁端弯矩,65,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,反弯点法的缺陷 房屋层数较多时，通常柱截面较大，梁柱线刚度之比也就较小，结点转角较大，用反弯点法计算的内力误差较大。 应采用即D值法计算水平荷载下框架的内力。 D值法要点 修正柱的抗侧移刚度。 调整反弯点高度。 基本假定 楼板在自身平面内的刚度为无穷大。 不考虑扭转的影响，即各柱的水平位移均相同。 各层柱剪力与柱的抗侧刚度 D 值成正比。,66,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,修正柱的抗侧移刚度D值 ac柱刚度修正系数，与梁柱线刚度之比有关 影响因素： 柱线刚度、上下梁线刚度和柱端其他约束条件等。,67,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,ac柱刚度修正系数,68,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,调整柱的反弯点高度yh y0标准反弯点高度系数，即在各层等高、各跨相等、各 层梁和柱线刚度不变时柱反弯点高度系数。 y1上下层梁线刚度不等时反弯点高度系数的修正值。 y2、y3上下层层高不等时反弯点高度系数的修正值。,69,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,反弯点高度系数修正（y1） 当(i1+i2)(i3+i4)时，令a1= (i1+i2)/(i3+i4)， 按a1 和K查表，y1为正； 当(i1+i2) (i3+i4)时，令a1= (i3+i4)/(i1+i2)， 按a1 和K查表，y1为负；,70,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,反弯点高度系数修正（y2和y3） 令a2=h上/h、a3=h下/h，查表得y2、y3， 对于最上层，不考虑y2 修正值； 对于最底层，不考虑y3 修正值。,71,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,D值法计算步骤 1）将楼层剪力Vj按该层各柱的抗侧刚度D值分配到各柱，求得各柱的剪力Vij。 Vij第 j 层第i柱的剪力； Dij第 j 层第i柱的抗侧刚度D值； SDij第 j 层所有柱D值总和； Vj第 j 层由外荷载引起的总剪力。 2）求各柱的反弯点高度yh。,72,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,D值法计算步骤 3）由反弯点高度yh及i柱的剪力Vij计算柱上、下端弯矩 柱下端弯矩 柱上端弯矩,73,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,D值法计算步骤 4）根据节点平衡条件，确定梁端弯矩 边节点 中间节点，按节点左、右 梁的线刚度比例进行分配,74,2019/6/24,2.3.2 修正反弯点法D 值法,D值法计算步骤 5）梁的剪力 由梁两端的弯矩之和除以梁跨度求得。 6）柱的轴力 自上而下逐层叠加梁的剪力求得。,75,2019/6/24,2.4 水平荷载作用下侧移计算,框架的总侧移变形由两部分变形组成。 梁柱弯曲变形产生的侧移 柱轴向变形引起的侧移 近似计算中，变形应分别计算，然后叠加。 框架侧移主要是由水平荷载引起的。 层数不多的框架中，由于高宽比较小，轴向变形引起的侧移很小，常常可以忽略；在近似计算中，只需计算由杆件弯曲变形产生的侧移，即所谓剪切型变形。 在高度较大的的框架中，柱轴向力加大。柱轴向变形引起的侧移不能忽略。,76,2019/6/24,2.4 水平荷载作用下侧移计算,梁柱弯曲变形产生的侧移 由梁柱弯曲变形产生的侧移，可由D值计算，第j层结构的层间变形为,77,2019/6/24,2.4 水平荷载作用下侧移计算,柱轴向变形引起的侧移 在水平荷载作用下，对于一般框架，只有两根边柱轴力较大，一拉一压。中柱因两边梁的剪力相近，轴力很小。因此，简化计算时可假定除边柱外的其他柱轴力为零，只考虑边柱轴向变形产生的侧移。 假定柱截面由底到顶线性变化，则各楼层处由柱轴向变形引起的侧移按下式计算：,78,2019/6/24,2.4 水平荷载作用下侧移计算,柱轴向变形引起的侧移 第j层结构的层间变形为 V0底部总剪力； H、B分别为建筑物总高度和结构宽度（即框架边柱之间的距离） E、A1分别为混凝土弹性模量和框架底层边柱截面面积； n顶层边柱截面积与底层边柱截面积A1之比； F(n)根据不同的荷载形式计算的侧移系数。,79,2019/6/24,2.4 水平荷载作用下侧移计算,框架j层的层间总侧移变形为 该侧移应满足抗震弹性变形验算限制条件,80,2019/6/24,2.5 水平力作用下框架结构内力位移分布,底层柱的轴力、剪力和弯矩最大，自下而上逐渐减小，一般情况下每根柱子都有反弯点,81,2019/6/24,2.5 水平力作用下框架结构内力位移分布,框架结构位移分布的特点是其底层框架层间变形最大，自下而上各层逐渐减小，因而整个侧移变形曲线呈剪切型。,82,2019/6/24,框架结构分析讨论,复式框架水平荷载下的内力计算横梁刚度无限大，各柱的抗弯刚度如图，求C柱剪力。,平衡条件,83,2019/6/24,几何条件,物理条件,解联列方程，得到,框架结构分析讨论,复式框架水平荷载下的内力计算横梁刚度无限大，各柱的抗弯刚度如图，求C柱剪力。,84,2019/6/24,框架结构分析讨论,思考题,85,2019/6/24,框架结构分析讨论,如果梁的线刚度相对柱的线刚度大许多，竖向荷载下的计算模型如何进一步简化？,86,2019/6/24,第三章 构件内力组合及截面设计,内力组合原则 对非抗震设计的建筑结构，可只进行荷载效应的组合； 对抗震设计的建筑结构，不仅要进行无地震作用时荷载效应的组合，还必须进行荷载效应和地震作用效应的组合。 对多层框架，可不考虑竖向地震的影响。 高规及抗震规范均规定，抗震设计时，框架的最大适用高度为60m。 对多层框架，进行荷载效应与地震作用效应的组合时，一般可不考虑风荷载的影响。 内力组合条件 构件控制截面各截面中，内力最大的截面构件特性 控制截面的最不利内力组合荷载组合特性,87,2019/6/24,3.1 控制截面及其最不利组合内力,梁 支座：Mmax，-Mmax |Vmax| 跨中：M中,柱 端部截面 N，Mx，My，Vx，Vy,88,2019/6/24,3.1.1 梁控制截面及最不利内力组合,89,2019/6/24,3.1.2 柱控制截面最不利内力组合,y方向 地震,无地震,x方向 地震,90,2019/6/24,3.2 抗震框架的构件内力调整,内力调整的原因 框架结构在水平地震作用下，其破坏可能发生在梁端或柱端，但柱端破坏要比梁端破坏造成的后果严重。 然而，由于框架柱受轴向压力与弯矩的共同作用，属于压弯构件，尤其是轴压比大的柱，不容易实现大的延性和耗能能力，其延性通常比框架梁小。 一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间侧移，甚至形成同层各柱上、同时出现塑性铰的“柱铰机制”，从而危及结构承受竖向荷载的能力。,91,2019/6/24,3.2 抗震框架的构件内力调整,内力调整的手段 抗震设计时，要保证框架结构有一定的延性，就必须合理设计各个构件。 通过调整构件之间承载力的相对大小，实现合理的屈服机制，即“强柱弱梁”、“强节点弱构件”； 通过调整构件斜截面承载力和正截面承载力的相对大小，实现构件的延性破坏形态，即“强剪弱弯”； 通过采取抗震构造措施，使构件自身具有较大的延性和耗能能力。 内力调整的方法 要根据其抗震等级，对构件的内力进行不同程度的调整。 抗震等级根据设防烈度、结构类型、结构高度确定。,92,2019/6/24,3.2.1 强柱弱梁,增大柱端截面的受弯承载力 通过调整交汇于同一节点的梁端截面受弯承载力与柱端截面受弯承载力的相对关系； 即同一节点上下柱端截面的受弯承载力之和，大于两侧梁端截面的受弯承载力之和。,9度和一级框架结构,一级、二级、三级,一级、二级、三级 hc=1.4，1.2，1.1,93,2019/6/24,3.2.1 强柱弱梁,增大柱脚固定端弯矩设计值 底层柱柱脚的约束比柱顶的约束大得多，在水平力作用下，弹性阶段柱脚的弯矩为柱顶的2倍以上，柱脚屈服、形成塑性铰难以避免，通过提高柱脚的承载力，可以推迟塑性铰的出现。 一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。 增大角柱的弯矩设计值，按双向偏心构件验算承载力 这是由于地震作用下角柱受扭转的影响最大，且同时受两个方向的地震影响，需要特别加强。 一、二、三级框架的角柱，调整后的组合弯矩设计值、剪力设计值尚应乘以不小于1.10的增大系数。,94,2019/6/24,3.2.2 强剪弱弯,实现弯曲破坏，避免剪切破坏 要求梁端、柱端截面的受剪承载力应大于其实际受弯承载力（按实际配筋面积和材料强度标准值计算所得）所对应的剪力 简化后，将承载力关系转为内力设计值关系，增大剪力设计值，对不同抗震等级的框架，采用不同的剪力增大系数，使强剪弱弯的程度有所区别。,梁端,hvb：剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1,hvb：剪力增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1,柱端,95,2019/6/24,3.2.3 框架的节点设计,框架节点破坏的主要形式是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏。 节点主要受剪力和压力的组合作用，节点核心区未开裂前，箍筋应力很小，基本上是混凝土承受剪力。约当剪力达到核心区极限抗剪能力6070%时，混凝土突然发生对角贯通裂缝，节点刚度明显降低，箍筋应力也突然增大，个别甚至屈服，此后斜裂缝增多赠宽，箍筋陆续达到屈服 节点区的破坏与交于节点的梁、柱破坏顺序有关，弱柱强梁型的节点区破坏严重。 直交梁对节点核心区有明显约束作用。满足一定条件的四边有梁的节点，核心区混凝土抗剪强度可提高50100%。,96,2019/6/24,3.2.3 框架的节点设计,框架节点的设计准则 节点的承载力不应低于其连接构件（梁、柱）的承载力； 多遇地震时，节点应在弹性范围内工作； 罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递 节点配筋不应使施工过分困难。,97,2019/6/24,梁,柱,弯,剪,强 剪 弱 弯,1.4,1.2,1.1,1.3,1.2,1.1,底层柱下端 1.5,1.25,1.15,角柱 1.10,1.35，1.2,强节点弱构件,节点剪力,弯,剪,1.3,1.2,1.1,1.4,1.2,1.1,强柱弱梁,3.2.4 内力调整总结,98,2019/6/24,第四章 框架结构构造措施,延性问题 截面延性、构件延性、结构延性 梁： 受压区高度，剪压比、跨高比、配箍率，配箍率 柱： 剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、配箍率，体积配箍率 节点： 钢筋粘结、锚固，体积配箍率,99,2019/6/24,4.1 框架结构的抗震等级,为了保证框架结构的延性，抗震设计时，根据设防烈度、房屋高度以及构件在结构中的重要程度区分为不同的抗震等级，采取相应的计算和构造措施。 抗震等级的高低，体现了对结构抗震性能和延性要求的严格程度。,100,2019/6/24,4.1 框架结构的抗震等级,一般来说，框架结构大多为丙类建筑：其抗震等级应符合本地区抗震设防烈度的要求。 当建筑场地为I类时，应允许仍按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施； 当建筑场地为、类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度8度（0.20g）和9度（0.40g）时各类建筑的要求采取抗震构造措施。,101,2019/6/24,4.2 框架梁,4.2.1梁截面 梁截面尺寸应满足前述（本篇第一章）要求。 当梁高较小或采用梁宽大于柱宽的扁梁时，除验算其承载力和受剪截面要求外，尚应满足刚度和裂缝的有关要求。 楼板应现浇，梁中线宜与柱中线重合； 扁梁应双向布置，且不宜用于一级框架结构。,102,2019/6/24,4.2.2 梁纵筋,1）抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%， 计入受压钢筋的梁端截面砼受压区相对高度x (=x/h0) 一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。 2）纵向受拉钢筋的最小配筋率rmin(%) 非抗震设计时，不应小于0.20和45ft/fy二者的较大值； 抗震设计时，不应小于下表的规定。,103,2019/6/24,4.2.2 梁纵筋,3）梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值 除按计算确定外， 一级不应小于0.5， 二、三级不应小于0.3。 4）沿梁全长顶面和底面的配筋， 一、二级抗震等级时不应少于2f14且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4， 三、四级抗震等级及非抗震设计时，不应少于2f12； 5）一、二级抗震等级的框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径， 不宜大于矩形截面柱在该方向截面尺寸的1/20； 或圆形截面柱中纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。,104,2019/6/24,4.2.3 抗震设计时梁箍筋的要求,1）梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按下表采用 当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径数值应增大2mm。,105,2019/6/24,4.2.3 抗震设计时梁箍筋的要求,2）框架梁沿梁全长箍筋的面积配箍率及在箍筋加密区范围内的箍筋肢距，应符合下表的要求,106,2019/6/24,4.2.3 抗震设计时梁箍筋的要求,3）在纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距，钢筋受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；钢筋受压时不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm。 4）框架梁非加密区箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。 5）箍筋应有135弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍箍筋直径和75mm的较大值。,107,2019/6/24,4.2.4 非抗震设计时梁箍筋的要求,1）应沿梁全长设置箍筋，箍筋直径不宜小于6mm， 当截面高度大于800mm时，其箍筋直径不宜小于8mm； 在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的0.25倍。 2）箍筋间距不应大于表的数值； 在纵向受拉钢筋搭接长度范围内，箍筋间距尚不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm； 在纵向受压钢筋搭接 长度范围内，箍筋间 距尚不应大于搭接钢 筋较小直径的10倍， 且不应大于200mm。,108,2019/6/24,4.2.4 非抗震设计时梁箍筋的要求,3）当梁的剪力设计值V0.7 ftbh0时，其箍筋面积配箍率不应小于0.24 ft/fyv。 4）当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，箍筋应为封闭式。 箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的0.25倍；箍筋间距不应大于15d且不应大于400mm， 当一层内的受压钢筋多于5根且直径大于18 mm时，箍筋间距不应大于10d（d纵向受压钢筋的最小直径）。 5）当梁的截面宽度大于400mm且一层内中的纵向受压钢筋多于3根时，或当梁的截面宽度不大于400mm但一层内中的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。,109,2019/6/24,4.3 框架柱,4.3.1柱的轴压比mc 轴压比是指柱考虑地震作用计算组合的轴压力设计值N与柱的全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比,110,2019/6/24,4.3.2 柱纵筋,1）柱纵向钢筋宜对称配置，其最小总配筋率应按表4-7采用，且柱截面每一侧纵向钢筋配筋率不应小于0.2%；抗震设计时，对建造于类场地上较高的高层建筑，表中的数值应增加0.1。,111,2019/6/24,4.3.2 柱纵筋,2）抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距不宜大于200mm；非抗震设计时，柱纵向钢筋间距不应宜大于200mm；柱纵向钢筋净距均不应小于50 mm。 3）全部纵向钢筋的配筋率，非抗震设计时不宜大于5%，不应大于6%；抗震设计时不应大于5%。 4）一级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。 5）边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。 6）抗震设计时，柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。,112,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,1. 柱的箍筋加密范围应按下列规定采用： 底层柱的上端和其他各层柱的两端取截面长边（圆柱直径），柱净高的1/6和500mm三者的最大值。 底层柱柱根不小于柱净高的1/3；当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm。 剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高。 一级框架柱、二级框架的角柱、以及需要提高变形能力的柱，取全高。,113,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,2. 加密区的箍筋间距和直径,114,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,3. 柱箍筋加密区的体积配箍率,式中 rv柱箍筋加密区的体积配箍率， 一级不应小于0.8%，二级不应小于0.6%， 三、四级不应小于0.4%； 计算复合箍筋的rv时，应扣除重叠部分的箍筋体积； 计算复合螺旋箍筋的rv时，其非螺旋箍筋的体积应乘以0.8。 fc混凝土轴心抗压强度设计值； 强度等级低于C35时，应按C35计算； fyv箍筋或拉筋抗拉强度设计值， 超过360MPa时，应取360MPa计算； lv最小配箍特征值。,115,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,4. 框架柱箍筋应为封闭式，箍筋应有135弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍箍筋直径和75mm的较大值。 5. 柱箍筋加密区箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束；采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。 6. 框架柱箍筋非加密区的体积配箍率不宜小于加密区的50%；其箍筋间距不应大于加密区箍筋间距的2倍，且一、二级框架柱不应大于10倍纵向钢筋直径，三、四级框架柱不应大于15倍纵向钢筋直径。,116,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,7. 非抗震设计时，柱中箍筋应符合以下规定： 周边箍筋应为封闭式，箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件截面的短边尺寸和最小纵向受力钢筋直径的15倍。 箍筋直径不应小于最大纵向受力钢筋直径的1/4，且不应小于6mm； 当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不应小于8mm；箍筋间距不应大于最小纵向受力钢筋直径的10倍，且不应大于200mm；箍筋末端应有135弯钩且弯钩端头直段长度不应小于10倍箍筋直径。,117,2019/6/24,4.3.3柱箍筋,7. 非抗震设计时，柱中箍筋应符合以下规定： 当柱每边纵筋多于3根时，应设置复合箍筋（可采用拉筋）。 柱中纵向钢筋采用搭接做法时，搭接长度范围内箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的0.25倍；在纵向受拉钢筋搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm；在纵向受压钢筋搭接长度范