框架结构截面设计例题

1、,某十层框架结构房屋，结构平面如下图1示，首层层高4.2m，其它各层层高3.0m。梁柱截面尺寸如下： LAB：250mm700mm；LBC：250mm500mm；ZA：一四层：500mm500mm，五十层：400mm400mm；ZB：一四层：600mm600mm，五十层：500mm500mm；ZC：一十层：400mm400mm。 作用在轴框架的重力荷载代表值如图2示，天面层qAB=28.09kN/m，qBC=18.45kN/m；其它各层qAB=37.23kN/m，qBC=24.36Kn/m。作用在轴框架的水平地震作用标准值如图3所示。采用C30混凝土；梁、柱纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋，

2、箍筋采用HPB235级钢筋。该建筑的抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，II类场地土，设计地震分组为第一组。 轴框架在重力荷载作用下的M、N、V图见图4，轴框架在水平地震作用标准值作用下的M、N、V图见图5。要求对轴框架第三层的梁及B柱进行内力组合（仅考虑重力荷载效应与水平地震作用效应组合的情况），并进行截面设计。,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,平 面 图（kN）,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,框架设计的过程（考虑抗震作用时）设计延性框架 强柱弱梁 强剪弱弯 1.体系确定、 梁柱布置和梁柱尺寸的确定 2. 荷载（恒

3、、活、风、地震作用）计算 3.内力计算（分层法 D值法） 4.截面设计（梁、柱子）配筋和构造要求 （1）内力调整 （2）内力组合 （3）梁的截面设计强剪弱弯的调整 梁正截面设计 斜截面设计 构造要求 （4）柱子的截面设计强柱弱梁的调整 强剪弱弯的调整 正截面设计 斜截面设计 构造要求 （轴压比 体积配箍率） （5）结点的设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,AB跨梁调幅后的梁端弯矩和剪力,例 题,7.1 框架结构截面设计,CB跨梁调幅后的梁端弯矩和剪力,例 题,7.1 框架结构截面设计,重力荷载代表值作用下的弯矩调幅,梁端弯矩调幅系数为0.9,例 题,7.1 框架结构截面设计,第三层、第二层

4、梁边截面及第二层、第三层、第四层柱边截面的内力,重力荷载代表值作用下第三层梁边截面的内力计算如下：,例 题,7.1 框架结构截面设计,同理可求得第二层梁边截面的内力（计算过程略）。 第二层、第三层、第四层B柱边截面的弯矩可根据比例求得，柱边截面的剪力和轴力取与轴线处相同。,例 题,7.1 框架结构截面设计,反弯点高度为,同理可求出第二层、第四层B柱边截面的弯矩,2. 水平地震作用标准值作用下 水平地震作用标准值作用下梁边截面弯矩及柱边截面弯矩同样可根据比例求得（计算过程略），梁边截面剪力、柱边截面剪力和轴力均与轴线处截面同。,例 题,7.1 框架结构截面设计,控制截面的内力 内力的正负号作如下

5、规定： 梁弯矩：使梁的下部纤维受拉为正，反之为负； 梁剪力：使梁产生顺时针方向转动为正，反之为负； 柱弯矩：使柱产生逆时针方向转动为正，反之为负； 柱轴力：压力为正，拉力为负； 柱剪力：使柱产生顺时针方向转动为正，反之为负。 第二层、第三层梁端控制截面的内力及第二层、第三层、第 四层B柱端控制截面的内力。,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,内力组合,考虑重力荷载效应与水平地震作用效应组合时，重力荷载的荷载分项系数为1.2（当重力荷载效应起有利作用时取荷载分项系数为1.0），水平地震作用分项系数为1.3，即荷载效应组合设计值为

6、。另外，水平地震作用可以向左（左震）或向右（右震）。,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,第三层梁端剪力组合,因为建筑高度为31.2m，大于30m，设防烈度为7度，根据抗震规范确定框架的抗震等级为二级。故框架梁梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整（强剪弱弯）： 。,例 题,7.1 框架结构截面设计,第三层梁跨中弯矩组合,由于水平地震作用有左震和右震两种可能，故梁的跨中弯矩组合要考虑两种可能的情况。以组合 的跨中弯矩为例。,左震时，梁端组合弯矩及梁上荷载：,例 题,7.1 框架结构截面设计,剪力等于0的位置，跨中弯矩最大,跨中弯矩最大值截面距A端距离为：,跨中弯矩

7、最大值为：,右震时，梁端组合弯矩及梁上荷载如图b所示：,跨中弯矩最大值截面距A端距离为：,跨中弯矩最大值为：,例 题,7.1 框架结构截面设计,比较左震、右震两种情况可知，跨中最大正弯矩组合值为:,同理可求得 的跨中最大正弯矩组合值为：,例 题,7.1 框架结构截面设计,第三层B柱内力组合,因框架抗震等级为二级，故柱组合弯矩设计值应根据,（强柱弱梁）调整后求得，柱组合剪力设计值应根据,（强剪弱弯）调整后求得。,例 题,7.1 框架结构截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,经“强柱弱梁”调整后的第三层B柱的最不利内力,例 题,7.1 框架结构截面设计,及相应的,及相应的,及相应的,例 题,

8、7.1 框架结构截面设计,截面设计,LAB截面尺寸为250mm700mm， LBC截面尺寸为250mm500mm， 柱截面尺寸为600mm600mm， 混凝土强度等级为C30，纵向受力钢筋采用HRB400级钢 筋，箍筋采用HPB235级钢筋。,框架梁截面设计,正截面受弯承载力计算,例 题,7.1 框架结构截面设计,LAB 跨中最大正弯矩：,满足要求。,例 题,7.1 框架结构截面设计,选配3 18（ ）钢筋。,斜截面受剪承载力计算,例 题,7.1 框架结构截面设计,LAB的最大剪力为 :,箍筋选8双肢箍，,梁端加密区要求箍筋直径不小于8mm；加密区箍筋间距取 （,加密区范围取（,，500mm）

9、的较大值，,例 题,7.1 框架结构截面设计,，8d，100mm）的,较小值，即（175mm,160mm,100mm）,即（1050mm,500mm）的较大值，取1050mm。,非加密区箍筋选 ，配箍率验算如下：,例 题,7.1 框架结构截面设计,LBC的剪力最大值为 :,箍筋选8双肢箍，,梁端加密区要求箍筋直径不小于8mm；加密区箍筋间距取（hb/4，8d，100mm）的小值，即（125mm,160mm,100mm）的较小值，取s=100mm。故加密区箍筋选28100。加密区范围取（1.5hb，500mm）的较大值，即（750mm,500mm）的较大值，取750mm。,例 题,7.1 框架结

10、构截面设计,非加密区箍筋选28100，配箍率验算如下：,满足要求。,框架柱截面设计,例 题,7.1 框架结构截面设计,1.轴压比验算,2.正截面受弯承载力计算,四组最不利内力，即：,第一组,第二组,例 题,7.1 框架结构截面设计,第三组,第四组,采用对称配筋时，,第一组、第二组:,为小偏心受压；,第三组、第四组,为大偏心受压,现取第一组和第四组最不利内力进行配筋计算。,例 题,7.1 框架结构截面设计,因水平地震作用产生的弯矩设计值小于总弯矩设计值的75,故柱的计算长度取为,第一组,例 题,7.1 框架结构截面设计,，故要考虑偏心距增大系数影响,，取,例 题,7.1 框架结构截面设计,按构造

11、配筋。,例 题,7.1 框架结构截面设计,第四组,，故要考虑偏心距增大系数影响,，取,例 题,7.1 框架结构截面设计,，取,按构造配筋。,例 题,7.1 框架结构截面设计,最小总配筋率为,，故,实选各,4,22,的受拉和受压钢筋,满足要求。,例 题,7.1 框架结构截面设计,斜截面受剪承载力计算,最大剪力设计值为,，相应的轴力设计值为,取,按构造配置箍筋。,例 题,7.1 框架结构截面设计,采用复合箍筋，由于轴压比,，故取,，柱箍筋加密区的体积配箍率为：,采用 箍筋,柱端加密区要求箍筋直径不小于8mm；加密区箍筋间距取（8d，100mm）的小值，即（176mm,100mm）的较小值，取s=100mm；故加密区箍筋选410100。加密区范围取（hc，Hn/6，500mm）的较大值，（600mm,2300/6=383mm,500mm）的较大值，取600mm。,例 题,7.1 框架结构截面设计,非加密区箍筋选,满足要求。,例 题,7.1 框架结构截面设计,框架梁柱节点抗震验算,1.节点核芯区剪力设计值,左震时，,右震时，,故计算Vj，取,例 题,7.1 框架结构截面设计,Hc取节点上、下柱反弯点之间的距离，即：,hb、hbo均取节点两侧梁的平均值，即,2.剪压比验算,例 题,