第八章 框架设计和构造.doc

潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸第八章 框架设计和构造 框架内力组合及最不利内力 框架抗震设计的延性要求 设计要求 框架梁截面设计和配筋构造 框架柱截面设计和配筋构造 框架节点核心区截面设计 8.1内力组合及最不利内力 在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要按照“可能与最不利”的原则进行内力组合 目的：求出控制截面的最不利内力一、控制截面及最不利内力构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的框架梁： 两端支座 跨中框架柱： 上下端二、组合前的内力调整潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸（1）将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工 支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.80.9，对于装配整体式梁取0.60.8 支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求按简支梁计算时跨中弯矩 经内力调整并组合后的支座弯矩三、水平作用方向 风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的内力大小相等符号相反，所以只需计算其中一个方向的内力，另一方向的内力冠以相反符合即可四、内力组合、无地震作用效应组合时：楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数 永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0 可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.6或0.7(0.9)、1.0荷载分项系数的取值： 承载力计算(1) 永久荷载分项系数 对结构不利： 可变荷载效应控制的组合： 1.2 永久荷载效应控制的组合： 1.35 对结构有利： 1.0(2) 楼面活荷载分项系数 1.4潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸(3) 风荷载分项系数 1.4 位移计算以上各分项系数取值为1.0 有地震作用效应组合时风荷载的组合值系数0.2 （恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风） （风荷载起控制，有风） （地震作用起控制） 8.2 框架抗震设计的延性要求一、延性的概念 延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小 延性比定义：结构或构件屈服时的位移 承载力降低（降低1020）时的极限位移潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸 在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可以通过塑性变形消耗地震能量，做到“大震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）1、延性结构设计原则（1）强柱弱梁（或强墙弱梁） 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰（2）强剪弱弯（3）强节点、强锚固2、保证延性的抗震措施（1）先划分抗震等级（分四个等级）（2）根据抗震等级，按延性设计原则控制计算：内力调整构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求 8.3 设计要求 结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求） 在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷载计算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置弹性侧移验算表达式为结构的顶点水平位移及层间相对变形 结构的总高度及层高2、稳定和抗倾覆验算 对高宽比H/B满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆一般可以满足要求，很少进行验算3、截面承载力验算（强度要求） 框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算 无地震作用组合： 有地震作用组合：4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算 8.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造设计步骤结构设计步骤汇总：步骤一：结构布置步骤二：截面初选潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸1、框架梁的截面尺寸 主梁截面高度 主梁计算跨度2、框架柱的截面尺寸 矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于250mm，抗震设计不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm 8.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造轴压比 框架柱的轴压比限值 (影响柱承载力和延性的参数)结构类型抗震等级一二三框架0.70.80.9框架剪力墙、板柱剪力墙、框架核心筒，筒中筒0.750.850.95部分框支剪力墙0.60.7步骤三：汇集荷载及荷载计算 竖向恒荷载 竖向活荷载 水平风荷载 地震作用步骤四：内力计算 竖向恒荷载作用下内力计算 竖向活荷载作用下内力计算 水平风荷载作用下内力计算 地震作用下内力计算潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸步骤五：侧移验算 侧移不满足要求回到步骤一步骤六：控制截面及控制截面内力调整 梁柱轴线端内力调整至构件边缘端 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤八：截面尺寸验算1、框架梁受剪截面应符合下列要求无地震作用组合时 8.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造截面尺寸验算有地震作用组合时 跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱 跨高比不大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于C50时取1.0；当混凝土强度等级为C80时取0.8；当混凝土强度等级在C50和C80之间时可按线性内插取用 矩形截面的宽度，T形截面、I形截面的腹板宽度 梁柱截面计算方向有效高度2、框架柱截面应符合下列要求 柱剪跨比不宜小于2 柱截面高宽比不宜大于3剪跨比影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数长柱，发生弯曲破坏 短柱，发生剪切破坏 极短柱，发生剪切斜拉破坏注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数步骤九：延性设计调整1、框架梁强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，绝对值较小一端的弯矩应取零梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1 梁的净跨 考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值2、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合 节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，可按弹性分析的弯矩比例进行分配 节点左右梁端截面顺时针或逆时针方向组合弯矩设计值之和，当抗震等级为一级且节点左右梁端均为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.13、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值4、构造要求抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值，应分别采用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数1.5、1.25和 1.15的乘积。步骤十：抗弯承载力计算 无地震作用组合时 由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到 地震作用组合时 潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下： 一级抗震 X0.25h0b0 ， AsAs0.5； 二、三级抗震 X0.35h0b0， AsAs0.3 2、框架柱抗弯承载力计算 无地震作用组合时 假定大偏心地震作用组合时 步骤十一：抗剪承载力计算1、框架梁抗剪承载力计算 无地震作用组合时 集中荷载为主的梁1、框架梁抗剪承载力计算 地震作用组合时 集中荷载为主的梁2、框架柱抗剪承载力计算潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸 无地震作用组合时 地震作用组合时有拉力情况下 无地震作用组合时 地震作用组合时步骤十二：构造要求1、框架梁设计应符合下列要求（1）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于0.2和 二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定数值（2）框架梁的面积配箍率As为单肢箍筋截面面积，n为肢数，s为箍筋梁跨方向间距，b为梁宽说明： 箍筋加密区长度:(一级) ,(二四级) 第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处 箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm 箍筋应有1350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2、框架柱设计应符合下列要求柱箍筋加密区的体积配箍率 潍坊学院土木建筑系讲稿专用纸 箍筋要求(1)箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二三级不宜大于