第5章高层框架结构设计.ppt

1、Chapter 5,高层框架结构设计,一、结构布置,纵向框架,横向框架,应双向布置框架。,柱网尺寸不宜大于10m10m；墙下应设梁支承；梁柱 轴线宜重合在一个平面内。当梁柱轴线不在一个平面内 时，偏心距不宜大于柱截面在该方向边长的1/4。 如偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可采用增设梁的水平 腋等措施。,按抗震设计时，不应采用部分为框架、 部分由砌体墙承重的混合形式。楼梯、 电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯 间、水箱间等，应采用框架承重，不应 采用砌体墙承重。,二、截面尺寸估算 梁 一般梁：h=(1/81/15)l， b=(1/21/3)h； 梁净跨与截面高度之比不宜小于4，梁的截面宽度不宜

2、小于200mm。 扁梁： h=(1/121/18)l， b=(13)h。 现浇楼面每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚度6倍。,Io=1/12bh3，叠合楼板框架梁可按现浇楼板框架梁取值； 房屋高度不超过50mm时，可采用装配整体式楼盖； 梁的线刚度 i=Ec I/l,表5-1 梁截面惯性矩可近似按下表取用,柱 矩形截面柱的边长：不宜小于250mm（非抗震设计） 不宜小于300mm （抗震设计） 圆形截面柱的直径：不宜小于350mm。 柱剪跨比宜大于2，柱截面高宽比不宜大于3。,轴压比,柱轴力；,N,fc,混凝土轴心抗压强度设计值；,柱截面宽度和高度 。,b、h,表5-2 框架结构抗震等级,混凝土强

3、度等级为C65C70时，轴压比限值应减少0.05； 当为C75- C80时，应减0.10。 当剪跨比为1.02.0时，轴压比应减小0.05； 剪跨比小于1.5时，应专门研究，并采用特殊措施。 当箍筋沿柱全高加强时，轴压比可适当提高。 非抗震设计时可近似取N/(bhfc)=1.0；任何情况下 ，c 1.05 柱截面惯性矩： I=1/12bh3 柱线刚度： i=Ec I/Hi,当按实际内力计算的轴压比超出上述规定时，可采用 以下方法使之满足: 1.提高混凝土强度等级； 2.增大截面尺寸。,三、计算简图,当框架间距相同、荷载相等、截面尺寸一样 时，可取出一榀框架计算； 单线条代表构件形心线所在的位置

4、； 基顶高度应根据基础形式及基础埋置深度而 定；尽量采用浅基础。,纵向 计算 单元,横向计算单元,五、内力计算,四、荷载及地震作用（略）,1、竖向荷载下的内力计算 （1）楼面荷载分配原则 简支板：朝两支座分配。 单向板：朝两长边分配。,双向板：朝四边分配。,三角形荷载和梯形荷载可折算成等效均布荷载；,墙体重量直接传递给它的支承梁。,(2)活载布置：一般情况下满布。,(3)竖向荷载作用下的内力计算方法,分层法,迭代法,UBC法,分层法 基本假定: 1.忽略框架的侧移； 2.每层梁上的荷载只在该层梁和与之相连的柱上传递。,计算简图:,注意事项 :,除底层外，各层柱的线刚度应乘0.9， 且其传递系数

5、由1/2改为1/3，其它杆 的线刚度和传递系数不变。,梁的弯矩为最终弯矩，柱的弯矩为与之相连两层计算弯矩迭加。 若节点弯矩不平衡，可将不平衡弯矩再分配一次。,可调幅。支座弯矩调幅系数如下： 现浇框架 取0.8 0.9 , 装配式框架取0.7 0.8. 支座调幅后，跨中弯矩应相应调整，且 在竖向荷载作用下的内力调幅完成后， 再与风载及地震作用效应组合；,当楼面活荷载大于4kN/m2时， 需考虑活荷载的最不利布置。,迭代法,单根杆件的角变位移方程式 :,等截面直杆ik的i端最终杆端弯矩 ；,由于荷载引起的i端固端弯矩 ；,近端角变弯矩 ；,远端角变弯矩 ；,ik杆两端发生相对位移时在i端引起的杆端

6、位移。,框架节点i平衡关系 ：,将 按各杆的相对刚度分配给节点i的每一杆件，则有：,令 ：,则有 ：,或：,分配系数,当不考虑杆端相对位移时，得 ：,计算步骤： 求各杆固端和各节点不平衡弯矩； 求节点处每一杆件的分配系数； 按公式迭代。先从不平衡力矩较大节点开始，到前后两轮弯矩相 差很小为止； 将固端弯矩、二倍近端角变弯矩以及远端角变弯矩相加，得杆件 最终杆端弯矩。,UBC法（或系数法）,特点：不需要事先已知梁柱截面尺寸。,相邻跨跨长相差不大于短跨跨长的20%；,适用条件：,活载与恒载之比不大于3；,框架梁的截面为矩形。,荷载均匀布置；,框架梁内力：,弯矩系数,剪力系数,净跨跨长,梁上恒载与活

7、载设计值之和,Wu,两跨时,两跨以上时,框架柱内力：,轴力：按楼面单位面积上恒载与活载设计值之和乘以该 的负荷面积。确定负荷面积时，不考虑板的连续性。,弯矩：将节点处梁端不平衡弯矩平均分配给上、下柱。 当横梁不在立柱形心线上时，要考虑由于梁柱偏 心引起的不平衡力矩，并将其平均分配给上、下 柱柱端。,2、水平荷载作用下的内力计算方法,反弯点法,D值法,门架法,（1）反弯点法,适用范围：横梁线刚度与柱线刚度之比不小于3。,反弯点位置： 反弯点处弯矩为零， 剪力不为零。,反弯点处剪力计算 ：自上而下依次沿每层反弯点处取脱离体。,仿照上述方法得 ：,各柱弯矩 ：,柱端弯矩反弯点处剪力反弯点至柱端距离,

8、梁端弯矩 ：,边节点和角节点处,中间节点,（2）D值法,框架柱的抗侧刚度：,柱抗侧刚度修正系数，按下表计算,柱的反弯点位置 ：,每一根杆的反弯点位置都不相同，反弯点高度系数按下式计算：,式中各符号意义见P.122-P.126表5-75-9。,框架弯矩图 ：,反弯点位置确定以后，柱剪力、柱弯矩以及梁端弯矩的计算与反弯点法相同。,（3）门架法,基本假定: 1.门架法假设梁、柱的反弯点位于它们的中点处； 2.柱中点处的水平剪力按各柱支承框架梁的长度与框架 宽度之比进行分配。,框架弯矩图 :,剪力求得后，依次由左至右取脱离体，由内力平衡条件可以 求得杆端弯矩和反弯点处剪力； 同理可求出其它杆件内力 。

9、,六、变形及稳定、倾覆验算,弹性变形,第j层的总剪力,第j层所有柱的抗侧刚度之和,验算公式 :,罕遇地震下薄弱层（部位）弹塑性变形验算,整体稳定性验算,七、内力组合,控制截面,每根梁：三个,每根柱：两个,最不利内力类型,梁 支座截面：-Mmax及相应的V +Mmax及相应的V Vmax及相应的M 跨中截面： Mmax(-Mmax),柱 Mmax及相应的N和V；-Mmax及相应的N和V； Nmax及相应的M和V；Nmin及相应的M和V； Vmax及相应的M和N；,控制截面最不利内力计算,非抗震设计,抗震设计,八、截面设计,柱端弯矩设计值,抗震设计时，四级框架柱的柱端弯矩设计值可直接取考虑地震作用

10、组合的弯矩值；一、二、三级框架的梁、柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外，柱端考虑地震作用组合的弯矩设计值应按下式予以调整：,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；,柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2和1.1；,节点左、右梁端逆时针或顺时针方向实配的正截面受弯承载力所对应的弯矩值之和，可根据实际配筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算。,节点左、右梁截面逆时针或顺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

11、弯矩时，绝对值较小的弯矩应取零 ；,反弯点不在柱的层高范围内时，柱端弯矩设计值可直接乘以柱端 弯矩增大系数 。,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。,柱端剪力设计值,抗震设计的框架柱、框支柱端部截面的剪力设计值，一、二、 三级时应按下列公式计算；四级时可直接取考虑地震作用组合 的剪力计算值。,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 ；,分别为上、下端顺时针或逆时针方向实配的正截面受弯承载力所对应的弯矩值，可根据实配钢筋面积、材料强

12、度标准值和重力荷载代表值产生的轴向压力设计值并考虑承载力抗震调整系数计算 ；,柱的净高 ；,柱端剪力增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2和1.1。,梁端剪力设计值,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；四级时可直接取考虑地震作用组合的剪力计算值。,9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合：,梁左、右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。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 ；,梁左、右端逆时针或顺时针方向实配的正截面受弯承载力所对应的弯矩值，可根据实配钢筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算

13、 ；,柱的净高 ；,梁剪力增大系数 ，一、二、三级分别取1.3、1.2和1.1。,考虑地震作用组合的重力荷载代表值（9度时还应包括竖向地震作用标准值）作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。,角柱的弯矩、剪力设计值,框架梁、柱正截面承载力计算,一、二、三级框架角柱经按上述规定调整后的弯矩、剪力设计 值应乘以不小于1.1的增大系数。,框架梁、框架柱和框支柱的正截面承载力可按混凝土结构设 计规范GB50010的有关规定计算；考虑地震作用组合时，其 承载力应除以相应的承载力抗震调整系数。抗震设计时，框架 角柱应按双向偏心受力构件计算。,框架梁、柱抗剪承载力计算,框架梁、柱其受剪截面应符合下列要求：

14、,无地震作用组合时,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的梁及剪跨比不大于2的柱：,框架柱的剪跨比可按下式计算：,梁、柱计算截面的剪力设计值；,框架柱的剪跨比。反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与计算方向2倍柱截面有效高度之比值；,柱端截面未经上述调整的组合弯矩计算值，可取柱上、下端的较大值；,柱端截面与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值；,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、工形截面的腹板宽度；,梁、柱截

15、面计算方向有效高度。,矩形截面偏心受压框架柱，其斜截面受剪承载力应按下列公式计算：,无地震作用组合时,有地震作用组合时,框架柱的剪跨比，当3时，取=3 ；,考虑风荷载或地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当N大于0.3fcAc时，取N等于0.3fcAc 。,当矩形截面框架柱出现拉力时，其斜截面受剪承载力应按 下列公式计算：,无地震作用组合时,有地震作用组合时,框架柱的剪跨比。,与剪力设计值对应的轴向拉力设计值，取正值；,当上述第1式右端的计算值小于 时，应取等于 ， 且 值不应小于 。,框架梁斜截面受剪承载力可按现行国家标准混凝土 结构设计规范GB50010的有关规定进行计算。,无地震作用组合

16、时，在单向风荷载作用下双向受剪的 框架柱，可按现行国家标准混凝土结构设计规范 GB50010的规定进行截面剪压比计算和斜截面受剪承 载力计算。,无地震作用组合时，梁、柱扭曲截面承载力，可按现 行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的有关 规定进行计算。,节点,抗震设计时，一、二级框架的节点核心区应按高规的 附录C进行抗震验算；三、四级框架节点以及各抗震 等级的顶层端节点核心区，可不进行抗震验算。各抗 震等级的框架节点均应符合构造措施的要求。,九、构造要求,混凝土强度等级,现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，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。

17、,现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40；框架柱的混 凝土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于C60，抗震 设防烈度为8度时不宜大于C70。,框架梁,抗震设计时，计入受压钢筋作用的梁端截面混凝土受压区 高度与有效高度之比值，一级不应大于0.25，二、三级不 应大于0.35。,纵向受拉钢筋的最小配筋百分率(%)，非抗震设计时，不 应小于0.2和45ft/fy二者的较大值；抗震设计时，不应小于 下表规定的数值；,梁纵向受拉钢筋最小配筋百分率min(%),抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5% 。,抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比 值，除按计算确定外，一级不应小

18、于0.5，二、三级不应小于 0.3 。,抗震设计时，梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间距和最小直 径应符合下表的要求；当梁端纵向钢筋配筋率大于2%时，表中 箍筋最小直径应增大2mm 。,梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径,框架柱,柱全部纵向钢筋的配筋率，不应小于下表的规定值，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，对类场地上较高的高层建筑，表中数值应增加0.1。,柱纵向钢筋最小配筋百分率（%）,当混凝土强度等级大于C60时，表中的数值应增加0.1；,当采用HRB400、RRB400级钢筋时，表中数值应允许减小0.1。,抗震设计时，柱箍筋在规定的范围内应加密，加密区的箍

19、筋 间距和直径，应符合下列要求：,柱端箍筋加密区的构造要求,d为柱纵向钢筋直径（mm）；,一般情况下，箍筋的最大间距和最小直径，应按下表采用：,柱根指框架柱底部嵌固部位。,二级框架柱箍筋直径不小于10mm、肢距不大于200mm 时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的 截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用 6mm；四级框架柱的剪跨比不大于2或柱中全部纵向钢筋 的配筋率大于3%时，箍筋直径不应小于8mm；,剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100mm，一级时 尚不应大于6倍的纵向钢筋直径。,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

20、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钢筋直径的10 倍，且不应大于200mm；箍筋末端应做成135弯钩且弯 钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径；,当柱每边纵筋多于3根时，应设置复合箍筋（可采用拉 筋）；,柱内纵向钢筋采用搭接做法时，搭接长度范围内箍筋直径不 应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍；在纵向受拉钢筋的搭接 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；在纵向受压钢筋的搭接长度范围内的 箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于 200mm。当受压钢筋直径大于25mm时，尚应在搭接接头端 面外100mm的范围内各设置两道箍筋。,节点,框架节点核心区应