《高层》第4章 框架结构设计

1、框架结构的计算简图竖向荷载作用下的近似计算水平荷载作用下的反弯点法水平荷载作用下的D值法水平荷载作用下位移的近似计算框架结构的内力组合框架梁的设计框架柱的设计框架节点的设计 计算单元 梁的跨度 算层 层高 楼面荷载分配58qq 23(1 23)qq框架节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点。考虑楼板的影响，框架梁的截面抗弯刚度应适当提高 。现浇钢筋混凝土楼盖： 中框架：I2 I 0 边框架：I1.5I0 装配整体式钢筋混凝土楼盖： 中框架：I1.5I0 边框架：I1.2I0 装配式钢筋混凝土楼盖： 中框架：II0 边框架：II0 注：I0 为矩形截面框架梁的截面惯性矩基本假定基本假定: :竖

2、向荷载下，框架侧移可忽略不计每层梁上的竖向荷载对其它层的影响可忽略不计,每层梁上的荷载只在该层及与该层梁相连的柱上分配和传递除底层外，各层柱的线刚度乘以0.9，传递系数由1/2改为1/3。梁弯矩为最终弯矩，柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加。若节点弯矩不平衡，再分配一次。内力与位移计算中，所有构件均采用弹性刚度。考虑梁端塑性内力重分布，对梁端负弯矩进行调幅，调幅系数：现浇框架：0.80.9；装配式框架：0.70.8。调幅后按照平衡条件计算跨中弯矩。跨中正弯矩不小于按简支梁计算的跨中弯矩一半。竖向荷载下的弯矩先调幅，后组合。楼面活载大于4kN/m2，需考虑活载不利布置。 分层法 近似法

3、反弯点法 D值法 力矩分配法力矩分配法渐近法渐近法 迭代法迭代法 无剪力分配法无剪力分配法 力法力法精确法精确法 位移法位移法 框架结构内力与框架结构内力与位移的计算方法位移的计算方法l反弯点：M=0，V0l框架弯矩图要解决几个问题：1、各柱V的大小；2、柱反弯点的位置；3、由柱端弯矩求梁端弯矩。u梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大。u除底层外，各层柱端转角相等，底层柱反弯点在2/3层高处，其它层反弯点在1/2层高处。u梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按节点左右梁的线刚度进行分配。212hiVdc1 . 柱的侧移刚度2 . 层间剪力分配 第j层总剪力 第j层第i根柱的剪力jmjjFjVVVV2

4、1FjmkjkjkjkViiV13 . 柱端弯矩 根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩：上层柱：上下端弯矩相等 底层柱： 上端弯矩： 下端弯矩：11131hVMktkc11132hVMkbkcjjkbcjktcjkhVMM214 . 梁端弯矩计算根据梁柱节点平衡计算梁端弯矩 边柱 中柱 tcbcbMMMrblblbdcuclbiiiMMM）(rblbrbdcucrbiiiMMM）(5 . 框架梁柱剪力、柱轴力计算同竖向荷载作用下的内力计算一样，可以通过梁的隔离体平衡，求出梁端剪力与柱的轴力。6 .反弯点法总结检验运用反弯点法的条件：梁的线刚度与柱的线刚度比大于等于3；计算各柱的抗侧刚

5、度；把各层总剪力分配到每个柱；反弯点的确定；计算柱端弯矩；计算梁端弯矩；计算梁的剪力、柱的轴力。l反弯点法的缺点柱的反弯点位置是个定值 柱的抗侧刚度只与柱的线刚度及层高有关 lD值法的改进之处柱的抗侧刚度的修正（考虑梁、柱刚度比）柱的反弯点位置的修正（考虑梁、柱刚度比和上、下层的层高影响）l柱抗侧移刚度修正系数c312hEIDcciiiiik24321kk2ciiik21kk25 . 0楼层简图k k一般柱边柱 底层柱固结 2 . 柱的剪力计算 柱的值确定后，同一层各柱底侧移相等，可由下式求得各柱剪力：FjmkjkjkjkVDDV1ly=y0+y1+y2+y3l标准反弯点高度比y0与该层所在的

6、楼层位置，及梁、柱线刚度比有关 l因上、下层梁相对线刚度变化的修正值y1 l因上、下层层高变化的修正值y2、y3计算步骤：求各柱的抗侧刚度（修正值）求各柱的反弯点位置（修正值）计算各层、各柱反弯点处的剪力计算柱端弯矩和梁端弯矩l用D值法计算侧移l层间侧移l顶点侧移本公式并未考虑梁柱轴线变形和截面剪切变形所产生的位移正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比不宜超过1/550。ijPjjDVunjjuu1控制截面 梁取三个控制截面：左端支座、跨中、右端支座 柱取两个控制截面：柱顶、柱底最不利内力组合的种类 梁：支座-Mmax、Vmax 、 Mmax ，跨中Mmax 柱(一般情况

7、下)： Mmax及相应N、V-Mmax及相应N、VNmax及相应M、VNmin及相应M、VVmax及相应M、N框架结构的内力组合梁端控制截面的组合用内力:梁端控制截面弯矩及剪力 设某框架AB在竖向荷载作用下，梁端最大负弯矩分别为MA0、MB0，梁跨中最大正弯矩为Mc0，则调幅后梁端弯矩可取：弯矩调幅系数（现浇框架：=0.8-0.9 框架梁端：=0.7-0.8）BOBAOAMMMM002ABCMMMM影响框架梁延性及其耗能能力的因素：1）纵筋配筋率 2）剪压比 3）跨高比 4）塑性铰区的箍筋用量框架梁的设计1 . 框架梁的正截面受弯承载力计算框架梁的正截面受弯承载力计算可参见钢筋混凝土结构教材。

8、只是在有地震作用组合时，应考虑相应的承载力抗震调整系数。为保证框架梁的延性，在梁端截面必须配置受压钢筋，同时要限制混凝土受压区高度。具体要求为: 一级抗震 x0.25h0 二、三级抗震 x0.35h0梁跨中截面受压区高度限制为:b2.梁的斜截面受剪承载力计算 为保证框架梁在地震作用下呈梁铰型延性机构，减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，梁端的斜截面受剪承载力应高于正截面受弯承载力，即应将框架梁设计成为“强剪弱弯”型构件。 为实现“强剪弱弯”的设计目标，梁端剪力设计值应根据梁端弯矩进行调整。抗震设计时，框架梁端部截面组合的剪力设计值，一、二、三级应按下列公式计算；四级时可直接取地震作用组合

9、的剪力计算值。1.梁端剪力设计值 9度抗震设计的结构和一级抗震的框架结构 GbnrblbvbVlMMV/0/obuasyksREMA fhar1.1lrbuabuaGbnMMVVl2.梁斜截面受剪承载力计算值无地震作用均布荷载集中荷载 地震作用组合均布荷载集中荷载 000.71.25svbtyvAVf bhfhs001.751svbtyvAVf bhfhs0010.421.25svbtyvREAVf bhfhrs0011.051svbtyvREAVf bhfhrs3.梁受剪截面限制条件无地震作用 地震作用组合当梁跨高比大于2.5当梁跨高比不大于2.5 00.25bccVf bh010.2bcc

10、REVf bhr010.15bccREVf bhr现浇框架梁的混凝土强度等级，按一级抗震等级设计时，不应低于C30，按二四级和非抗震设计时，不应低于C20。同时，不宜大于C40。框架梁截面高度可按跨度的1/101/18估算后确定，且不小400mm，也不宜大于梁净跨的1/4。框架梁截面宽度可取梁截面高度的1/31/2，且不宜小于200mm，截面高度和截面宽度的比值不宜大于4，以保证梁平面外的稳定性。（1 1）. .最大配筋率最大配筋率l 抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋maxmax=2.75%=2.75%（分清是否抗震设计）（分清是否抗震设计）（2 2）. .最小配筋率最

11、小配筋率l 非抗震设计时，纵向受拉钢筋非抗震设计时，纵向受拉钢筋minmin不应小于不应小于0.2% 0.2% 和和 4545ft/ /fy 的较大者的较大者l 抗震设计时，纵向受拉钢筋抗震设计时，纵向受拉钢筋minmin不应小于不应小于P66表表4.13（3 3）. .梁端受压钢筋比值梁端受压钢筋比值l 一级抗震时，一级抗震时，ss. AA50 l 二、三级抗震时，二、三级抗震时，ss. AA30 （强制性条文）（强制性条文）（强制性条文）（强制性条文）: 为提高框架梁的延性为提高框架梁的延性l 加密区长度、箍筋最大间距、最小直径加密区长度、箍筋最大间距、最小直径P66P66表表4.14.1

12、（1 1）. .最小配筋率最小配筋率l 非抗震设计时，非抗震设计时，sv= =Asv / bs0.24 0.24 ft / /fyvl 一级抗震时，一级抗震时，sv0.30 0.30 ft / /fyvl 二级抗震时，二级抗震时，sv0.28 0.28 ft / /fyvl 三、四级抗震时，三、四级抗震时，sv0.26 0.26 ft / /fyv（2 2）. .抗震设计时箍筋要求抗震设计时箍筋要求l 非加密区箍筋最大间距非加密区箍筋最大间距加密区箍筋间距的加密区箍筋间距的2 2倍倍l 加密区箍筋肢距要求加密区箍筋肢距要求l 箍筋应有箍筋应有1351350 0弯钩，弯钩端部直段长度弯钩，弯钩端

13、部直段长度10d10d剪跨比2.0时，称为长柱，柱的破坏形态为压弯型破坏。只要构造合理，一般都能满足柱强剪弱弯要求，并有一定的变形能力剪跨比1.52.0时，称为短柱，柱将产生以剪切为主的破坏。当提高混凝土强度或配有足够的钢箍时，可能出现具有一定延性的剪压破坏。剪跨比400400的柱，间距的柱，间距200200l 非抗震和四级，间距非抗震和四级，间距300300，净距，净距5050（抗震设计时）（抗震设计时）1.1.加密范围（长边尺寸，柱净高的加密范围（长边尺寸，柱净高的1/61/6、500500）maxmax2.2.加密区的最小直径和最大间距加密区的最小直径和最大间距3.3.加密区的箍筋体积配

14、筋率加密区的箍筋体积配筋率4.4.箍筋的肢数和形式箍筋的肢数和形式（强制性条文）表（强制性条文）表4.17yvcvkkvffsllla 21最小配箍特征值最小配箍特征值核心混凝土截面边长核心混凝土截面边长（从箍筋内到内的距离）（从箍筋内到内的距离）箍筋单肢截面面积箍筋单肢截面面积对应对应ak的箍筋单肢总周长（中到中的距离）的箍筋单肢总周长（中到中的距离）l 抗震设计，柱箍筋抗震设计，柱箍筋l非抗震设计，柱箍筋非抗震设计，柱箍筋1 . 框架梁柱节点区主要承受柱子传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力的作用。在轴压力和剪力的共同作用下，节点区发生由于剪切及主拉应力所造成的脆性破坏。2 . 影

15、响框架节点承载力及延性的因素主要有 ：（1）直交梁对节点核心区的约束作用（2）轴压力对节点核心区混凝土抗剪强度及节点延性的影响（3）剪压比和配箍率对节点受剪承载力的影响（4）梁纵筋滑移对结构延性影响1 . 节点剪力设计值节点受力简图由节点上半部的平衡条件可得：其他中间节点和端点：其他中间节点和端点：顶点中间节点：顶点中间节点：sbrblbjbjahMMV0bCsbsbbjbjhHahahMV0019 9度和一级框架节点剪力设计值尚不能小于度和一级框架节点剪力设计值尚不能小于sbrbualbuajahMMV015. 1顶点中间节点：顶点中间节点：其他中间节点和端点：其他中间节点和端点：bCsbsbbuarbualjhHahahMMV00115. 12 . 节点受剪承载力计算公式 设防烈度为9度时sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjtjREjj005.