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1、第11章 钢筋混凝土框架结构,本章主要介绍:框架结构的概述；结构的截面尺寸和计算简图；荷载计算；框架结构内力计算方法；水平荷载下侧移的近似方法；框架内力组合；框架梁、柱的截面钢筋及构造要求；钢筋混凝土框架的抗震设计；钢筋混凝土施工图平面整体表示方法。,本章提要,钢筋混凝土框架结构，是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用，见图11.1。优点：具有开阔的空间，使建筑平面布置灵活，便于门窗设置。框架结构实用范围广泛，常用于体型较规范、刚度较均匀的公共建筑。缺点：抗侧刚度较小，在水平荷载作用下侧向变形较大，结构高度受到限制，特别是在地震作用下，非结构构
2、件破坏比较严重。则框架结构的建筑高度，一般控制在15层以下。11.1.1 框架结构的分类 按施工方法的不同，框架可分为整体式（全现浇式）、装配式和装配整体式三种。,11.1 概述,整体式框架也称全现浇框架，其优点是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震，但工程量大，模板耗费多，工期长。装配式框架的构件全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配式提高，但节点施工复杂。,图11.1框架结构图,(a)平面图；(b)-剖面图,结构
3、布置原则（1）结构平面布置宜简单、规则和对称。（2）建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。（3）结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变。（4）建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5。（5）房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应力对结构造成的危害。（6）在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋，应合理设置沉降缝和防震缝。,11.1.2 框架结构布置,框架房屋的结构布置主要是柱网尺寸和层高，框架结构的布置既是要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工简便。11.1.2.1 柱网布置（1）生产工艺要求 工业厂房一般采
4、用6m柱距，跨度则随柱网的布置方式不同分为内廊式和跨度组合式，见图11.2。内廊式要求有较好的生产环境和防止工艺互相干扰。跨度组合式要求有大空间、便于布置生产流水线的厂房中。,（2）建筑功能要求 多层民用房屋框架种类繁多，柱网尺寸各不相同，通常按300mm进级，且一般柱距为47m，跨度为5.08.0m。,11.1.2.2 层高要求 厂房的层高一般根据车间的工艺设备、管道布置及通风采光等因素决定。常用的底层层高有4.2m、4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。民用建筑类型较多，功能要求不同，层高变化也较大，尺度一般较工业厂房为小。层高通常按300mm进级，通常采用3.0m、
5、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m等,图11.2柱网的布置,(a)内廊式；(b)跨度组合式,框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：（1）横向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。可改善房屋横向与纵向刚度相差较大的缺点，而且由于连系梁的截面高度比主梁小，窗户尺寸可以尽可能大，室内采光、通风较好。沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图12.23(a)。,11.1.3 框架结构承重方式,（2）纵向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设
6、置板和连系梁，见图11.3(b)。横梁高度较小，室内净高较大，便于管线沿纵向穿行，但房屋的横向刚度很弱，一般应用很少。（3）纵横向框架混合承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置，见图11.3(c)。因在纵横两个方向都布置有框架，因此整体性和受力性能很好。,图11.3框架体系的布置,(a)横向布置；(b)纵向布置；(c)纵横双向布置,变形缝分为伸缩缝和沉降缝，在地震设防区还需按建筑抗震设计规范的规定设置防震缝。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的，伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距如表11.1。沉降缝是为了
7、避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。,11.1.4 变形缝的设置,在建筑物的下列部位宜设置沉降缝：土层变化较大处；地基基础处理方法不同处；房屋在高度、重量、刚度有较大变化处；建筑平面的转折处；新建部分与原有建筑的交界处。沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理，见图11.4。,表11.1钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距（m),图11.4沉降缝做法,(a)设挑梁（板）；(b)设预制板（梁）,11.2 框架结构的截面尺寸计算简图,框架梁、柱的截面形式一般为矩形或正方形
8、。承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以T形（见图11.5(a)）为多；在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮形（见图11.5(b)(g)）等。不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用T形、形、矩形、形、L形等，见图11.6。,11.2.1.1 截面的形状,11.2.1 梁柱截面的选择,图11.5框架横梁截面形式,图11.6框架连系梁截面形式,（1）框架梁梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高h一般可取(1/181/8)lb(lb为梁的计算跨度）。梁的宽度b=(1/41/2)h，一般不宜小于200mm，同方向柱宽的1/2，梁截面的高宽比不宜大于4，净跨与截面高度
9、之比不宜小于4。在初选梁尺寸后，可按全部荷载的0.60.8作用在框架上，按简支梁核算抗弯、抗剪承载力，以判断尺寸选择的合理性。同时，选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。,11.2.1.2 截面尺寸估计,（2）框架柱 柱截面的宽度b和高度h一般取（1/121/18)层高，需满足柱高hl0/25,柱宽bl0/30，(l0为柱子的计算长度）。柱截面高度不宜小于250mm，圆柱的直径不宜小于350mm，剪跨比宜大于2。为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的h/b不宜大于3，柱截面的边长不宜小于250mm。,为了简化计算，作如下规定：（1）对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架梁I=1.5
10、I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩（图11.7(a)。（2）对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I0；边框架梁I=1.2I0（图11.7(b)。（3）对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I0（图11.7(c)）。,11.2.1.3 梁截面的惯性矩,图11.7框架结构的刚度取值,框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图11.8中阴影部分所示。在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱
11、的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置（图11.9(a)），当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线（图11.9(b)）。,11.2.2 框架结构的计算简图的确定,图11.8框架的计算单元,图11.9框架柱轴线位置,多层结构房屋一般受到竖向荷载和水平荷载的作用。竖向荷载包括建筑结构自重、楼层使用活荷载、雪荷载及施工活荷载等。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。（1）楼面活荷载的折减在设计住宅、宿舍、旅馆、办公楼等多层建筑的墙、柱和基础时，由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小，所以作用于楼面上的使用活荷载应乘以表11.2所规定的折减系数。,11.3 框架上的荷载计算,（2）
12、风荷载与单层工业厂房类似，作用在多层房屋外墙表面的风荷载标准值wk可按下式计算：k=zsz0 式中 k风荷载标准值，kN/m2;z高度z处的风振系数，高度不超过30m或高宽比小于1.5的房屋，取1.0，超过上述范围按规范取用;s风荷载体型系数，见本书附表9;z风压高度变化系数，见本书附表10;0基本风压，以当地比较空旷平坦地面上离地10米高处统计所得50年一遇的风压;,表11.2楼面活荷载按楼层数折减系数,注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，采用括号内系数,11.4 框架结构内力计算方法,11.4.1 力矩分配法 力矩分配法的基本理论基础是位移法，解题方法采用渐近法，适用范围是无节点线位移的
13、刚架和连续梁。计算方法：（1）求出汇交于各节点每一杆端的内力分配系数jk和其传递系数Cjk。转动刚度及分配系数见图11.10,SAB=4i,SAB=3i,远端固定S=4i,C=1/2,远端简支S=3i,C=0,（2）计算各杆端的固定弯矩Mjk,见书本表11.2.（3）逐次放松各节点以使弯矩平衡。（4）将各杆固端弯矩与历次的分配弯矩和传递弯矩相加得最后弯矩。（5）校核后作弯矩图。,SAB=i,SAB=0,远端滑动S=i,C=-1,远端自由C=0,图11.10,多层多跨框结构在竖向荷载作用下，用位移法或力法等精确方法计算的结果表明，框架的侧移是极小的，而且作用在某层横梁的影响也很小，为了简化计算，
14、分层法假定：（1）在竖向荷载作用下，框架的侧移可忽略不计；（2）每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。,11.4.2 分层法的计算假定,根据上述假定，计算时可将各层梁及其上、下柱作为独立的计算单元分层进行计算（图11.11)。分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩，由于每一层柱属于上、下两层，所以柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相叠加。考虑除底层柱外，其他各层在分层计算时上、下柱的远端都存在一定的转角，这与计算简图上、下的远端为固定端有一定的误差。为减少误差将除底层柱外其他层各柱的线刚度乘以折减系数0.9，并取传递系数为1/3。,图11.11分层法的计算单元,计算步骤,（1）画出结构计算简图，并标明
15、荷载及轴线尺寸；（2）按规定计算梁、柱的线刚度和相对线刚度，除底层柱外，其余各层柱的线刚度遍乘0.9的折减系数；（3）用弯矩分配法自上而下分层计算各计算单元的杆端弯矩；（4）叠加柱端弯矩，得出最后杆端弯矩。如节点弯矩不平衡值较大，可在节点重新分配一次。（5）根据静力平衡条件绘出框架的内力图。,【例11.1】图11.12所示一个两层两跨框架，用分层法作框架的弯矩图，括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。【解】将第二层各柱线刚度遍乘0.9，分为两层计算，各层计算单元如图11.13和图11.14所示。用弯矩分配法计算各杆端的弯矩，其计算过程见图11.15。最后将图11.15中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图
16、如图11.16所示。,图11.12例11.1计算简图,图11.13例11.1二层计算单元,图11.14例11.1底层计算单元,图11.15,图11.16M图（单位：kNm),多层多跨框架所受水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。一般可简化为作用在框架节点上的集中荷载，其弯矩图如图12.17(a)所示。它的特点是，各杆的弯矩图都是直线形，每杆都有一个零弯矩点，称为反弯点。框架在水平荷载作用下的变形情况如图12.17(b)所示。,11.4.3.1 反弯点法基本假定,11.4.3 反弯点法,为了简化计算，作如下假定：（1）在进行各柱间的剪力分配时，假定梁与柱的线刚度之比为无穷大，即各柱上下两端的转角为
17、零；（2）在确定各柱的反弯点位置时，假定除底层柱以外的各层柱，受力后上下两端将产生相同的转角。,图12.17水平荷载下的框架弯矩图和变形,（1）反弯点高度的确定反弯点高度为反弯点至该层柱下端的距离。对于上层各柱，根据假定（2），各柱的上下端转角相等，此时柱上下端弯矩也相等，因而反弯点在柱中央。对于底层柱，当柱脚为固定时，柱下端转角为零，上端弯矩比下端弯矩小，反弯点偏离中央而向上移动，通常假定y=2h/3。,11.4.3.2 反弯点法的基本内容,（2）侧移刚度d的确定侧移刚度d表示柱上下两端有单位侧移时在柱中产生的剪力。根据假定（1），梁柱线刚度之比无穷大，则各柱端转角为零，由结构力学的两端无转
18、角但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程，柱的侧移刚度d可写成：,（3）同层各柱剪力的确定 设同层各柱剪力为V1、V2、Vj、，根据层剪力平衡，有V1+V2+Vj+=P可得：于是有,（4）柱端弯矩的确定 根据各柱分配的剪力及反弯点位置，可确定柱端弯矩。底层柱 上端 Mj上=Vjhj/3 下端 Mj下=Vj2hj/3其它层柱上下端Mj上=Mj下=Vjhj/2,（5）梁端弯矩的确定柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定梁的弯矩。对于边柱节点（图11.18(a)），有Mb=Mc1+Mc2对于中柱节点（图11.18(b)，有Mb1=ib1/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2）Mb2=ib2/(ib1+
19、ib2)(Mc1+Mc2),【例11.2】用反弯点法求图11.19所示框架的弯矩图。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】（1）计算柱的剪力当同层各柱h相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。第3层：P=10kNVAD=3.33kNVBE=4.45kNVCF=2.22kN,第2层：P=10+19=29kNVDG=9.67kNVEH=12.89kNVFI=6.44kN第1层：P=10+19+22=51kNVGJ=17kNVHK=20.4kNVIL=13.6kN,(2)计算柱端弯矩第3层MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm第2层MDG=MGD=2
20、4.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm,第1层MGJ=34kNmMJG=68kNmMHK=40.8kNmMKH=81.6kNmMIL=27.2kNmMLI=54.4kNm(3)根据节点平衡条件算出梁端弯矩第3层MAB=MAD=6.66kNm,MBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第2层MDE=30.84kNmMED=15.82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm第1层MGH=58.18kNm,MHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm根据以
21、上结果，画出M图如图11.20所示。,图11.18 节点杆端弯矩,图11.19,图11.20 M图（单位：kNm),11.4.4 改进反弯点法（D值法）,反弯点法是梁柱线刚度比大于3时，假定节点转角为零的一种近似计算方法。提出了修正框架柱的侧移刚度和调整反弯点高度的方法，称为“改进反弯点法”或“D值法”（D值法的名称是由于修正后的柱侧移刚度用D表示）。D值法和前面所介绍的反弯点法基本相同，所不同的是D值法考虑了框架节点转动的影响和反弯点位置的变化，D值法计算简便，精度又比反弯点法高。,如图11.21所示，从框架中任取一柱AB，根据转角位移方程，柱两端剪力为：考虑到上下梁线刚度及柱端约束条件的影
22、响，修正后的柱侧移刚度D值计算公式为表11.3给出了各种情况下的值计算公式，可直接选用。,11.4.4.1 修正后柱侧移刚度D,有了D值以后，与反弯点法类似，假定同一楼层各柱的侧移相等，可得各柱的剪力：,图11.21 框架柱剪力计算图式,表11.3 值计算公式,当横梁线刚度与柱的线刚度之比不很大时，柱的两端转角相差较大，尤其是最上层和最下几层，其反弯点并不在柱的中央，它取决于柱上下两端转角：当上端转角大于下端转角时，反弯点移向柱上端；反之，则移向柱下端。柱的反弯点的高度除受柱上梁和柱下梁线刚度的影响外，还受上、下高度变化的影响，这种影响采用不同的系数，对反弯点高度进行修正。各层柱反弯点高度可统
23、一按下式计算：y=yh=(y0+y1+y2+y3)h,11.4.4.2 柱的反弯点高度,（1）标准反弯点高度比y0标准反弯点高度比y0主要考虑梁柱线刚度比及结构层数和楼层位置的影响，它可根据梁柱相对线刚度比（表11.3)、框架总层数m、该柱所在层数n、荷载作用形式由表11.4查得。（2）上下层横梁线刚度不同时的修正值y1当某层柱的上梁与下梁刚度不同，则柱上下端转角不同，反弯点位置有变化，修正值为y1，见图11.22。根据1和K值由表11.5查得y1,（3）上下层层高变化时的修正值y2、y3当柱所在楼层的上下楼层层高有变化时，反弯点也将偏移标准反弯点位置，见图11.23。令上层层高h上与本层层高
24、h之比为2，即2=h上/h。由2和K从表11.6查得修正值y2。,【例11.3】用D值法求图11.24所示框架的弯矩图，图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】（1）求各柱所分配的剪力值V(kN)。计算过程及结果如表11.7所示。(2)求各柱反弯点高度(m)。计算过程及结果如表11.8所示。(3)根据剪力和反弯点高度求柱端弯矩柱上端弯矩 M上=V（h-y)柱下端弯矩 M下=Vy(4)根据节点平衡条件求梁端弯矩(5)绘弯矩图如图11.25所示。,表11.4 规则框架承受均布水平荷载作用时标准反弯点高度比y0,表11.5 上下层横梁线刚度比对y0的修正值y1,图11.22 横梁刚度变化对反弯点位置
25、的影响,图11.23 层高变化对反弯点位置的影响,表11.6 上下层高变化对y0的修正值y2和y3,图11.24 例11.3,表11.7,图11.25 M图（单位：kNm),表11.8,11.5 水平荷载作用下侧移的近似计算,框架结构的设计除了承载力能力的计算外，还要进行结构的刚度计算，框架的侧移主要是由水平荷载引起，框架的侧移控制内容包括两部分：一是顶层最大位移，若过大会影响正常使用；二是层间相对侧移，过大会使填充墙出现裂缝。因而必须对这两部分侧移加以限制。框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看做是梁柱弯曲变形（图11.26(a)）和柱的轴向变形（图1.26(b)）所引起的侧移的叠加。梁柱弯
26、曲变形所导致的层间相对侧移具有越靠下,越大的特点，其侧移曲线与悬臂梁的剪切变形曲线相一致；由框架轴力引起柱的伸长和缩短所导致的框架变形，随层数增加，侧移增大，与悬臂梁的弯曲变形曲线类似。对于一般的多层框架结构，其侧移主要由梁柱的弯曲变形所引起的，柱轴向变形引起的侧移很小，常常可以忽略，但对于房屋高度大于50m或房屋的高宽比大于4的框架结构需考虑轴向变形引起的侧移。,图11.26 框架在水平荷载作用下的变形,(a)梁柱弯曲变形；(b)柱的轴向变形,侧移刚度的物理意义是柱两端产生单位层间侧移所需的层剪力。当已知框架结构某一层所有柱的侧移刚度D值和层剪力后，按照侧移刚度的定义，可得第j层框架的层间相
27、对侧移uj应为框架顶点的总侧移应为各层层间相对侧移之和，即,11.5.1 用D值法计算框架的侧移,在水平荷载作用下框架结构层间相对侧移u的限值要求是：(1)高度不大于150m的框架结构 uh/550(2)高度等于或大于250m的框架结构uh/500(3)高度在150250m之间的框架结构按uh/550-uh/500线形插入,11.5.2 侧移限值,11.6 框架的内力组合,（1）框架梁，其控制截面通常是两个支座截面及跨中截面。梁支座截面是最大负弯矩及最大剪力作用的截面，在水平荷载作用下可能出现正弯矩；而跨中控制截面常常是最大正弯矩作用的截面。在组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力，见图11
28、.27。柱的控制截面为柱的上、下两个端截面。梁支座截面的最不利位置在柱边缘处，求该处最,11.6.1 控制截面及最不利内力,不利内力时，应根据梁轴线处的弯矩、剪力计算出柱边截面的弯矩和剪力，即：（2）框架柱 由弯矩图可知，弯矩最大值在柱的两端，剪力和轴力在一层内常无变化或变化很小，因而柱的控制截面是柱的上下端。M和N比值的不同使柱的破坏形态也随之发生变化。大偏压时，M越大，柱越不利；小偏压，N越大柱越不利,图11.27 梁端控制截面弯矩及剪力,11.6.2 活荷载的最不利布置,作用于框架结构上的竖向荷载包括恒荷载和活荷载。恒荷载是长期作用在结构上的荷载，任何时候必须全部考虑。在计算内力时，恒荷
29、载必须满布，如图11.28。但是活荷载却不同，它有时作用，有时不作用。各种不同的布置就会产生不同的内力，因此应该由最不利布置方式计算内力，以求得截面最不利内力。可以不考虑活荷载不利布置，与恒荷载一样均按满布方式计算内力，从而使计算工作量大为减少。,图11.28 永久荷载分布,框架梁的最不利位置布置形式与连续梁相同，原则如下：（1）求某跨跨中截面的最大正弯矩时，除活荷载布置在该跨外，两侧每隔一跨均应布置。（2）求某支座截面的最大负弯矩时，除该支座两侧布置以外，同时每隔一跨布置。（3）求某支座截面最大剪力时，活荷载布置于（2）相同。,柱的最不利内力的三种类型,柱的最不利内力可归纳为以下三种类型：（
30、1）柱两端产生|M|max，如图11-29（a）（2）柱两端产生Nmax，如图11-29（b）（3）柱两端产生Nmin Nmin，如图11-29（c）结合分层法计算特点，对柱弯矩只考虑柱上下两层活荷载的不利位置，尚需考虑柱以上各层影响。故荷载布置如图中涂黑部分，而图中不与该柱相邻的上层活荷载可不做弯矩分析，只需将轴力传给该柱。当活荷载作用相对较小时，工程中常用满布荷载法，把活荷载作用于框架所有梁上，该法支座弯矩足够准确，跨中尚需乘以1.11.2的调整系数。,图11.29,（a）|M|max布置,（b）Nmax布置,（c）Nmin布置,风荷载的布置,风荷载可能沿某方向的正、反两个方向作用。在对称
31、结构中，只需进行一次内力计算，荷载在反向作用时，内力改变符号即可，如图11.30所示。,图11.30 风荷载作用弯矩图,11.6.3 内力组合,对于框架梁，一般只组合支座截面的Mmax和Vmax以及相应的N、V。对于柱最不利的内力可归结为下列四种形式：（1）|M|max及相应的N、V。（2）|M|min及相应的N、V。（3）Nmax及相应的M、V。（4）Nmin及相应的M、V。据建筑结构荷载规范和建筑抗震设计规范进行组合，得到四种内力最不利情况，进行配筋计算，取最大配筋值，作为设计值。,11.6.4 弯矩调幅,在竖向荷载作用下可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅，从而降低支座负
32、弯矩，以减少配筋面积。（1）对于现浇框架，0.80.9（调幅系数）；（2）对于装配整体式框架，支座弯矩乘0.70.8（钢筋焊接或接缝不密实等原因，节点可能产生变形。根据实测结果可知，节点变形会使梁端弯矩较弹性计算值减小约10，再考虑梁端允许出现塑性铰）。竖向荷载产生的梁的弯矩调幅后，在与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。,11.7 框架梁、柱的截面配筋及构造,11.7.1 框架横梁横梁的纵向钢筋及腹筋的配置,按受弯构件正截面承载力和斜截面承载力的计算和构造确定，还需满足裂缝宽度的要求。纵筋的弯起和截断位置，一般应根据弯矩包络图形用作材料图的方法进行。梁下部纵筋一般不在跨中截断。当均布活荷
33、载与恒荷载的比例不很大（q/g3）或考虑塑性内力重分布对支座弯矩进行调幅时，其弯起和切断位置与梁板结构相同，如图11-31。,图11-31 非抗震设计时框架梁的纵向钢筋纵向受拉钢筋的最小配筋率；d纵向主筋的直径,框架柱,11.7.2 框架柱框架柱属偏心受压构件，一般采用对称配筋。在中间轴线上的框架柱按单向偏心受压考虑，除平面内按偏心受压柱计算外，尚应注意平面外按轴心受压柱验算；边轴的角柱按双向偏心受压考虑。框架柱除进行正截面受压承载力计算外，还要进行斜截面抗剪承载力计算。对框架边柱，当偏心距e0 0.55h0时，还应进行裂缝宽度验算。在通常情况下,框架边柱子为大偏心受压构件,框架中柱为小偏心受
34、压构件.在进行内力组合时,可根据这一特点使计算简化.,一般构造要求,（1）砼的强度等级 钢筋砼框架强度等级不宜低于C15，当采用HRB335（二级钢筋）钢筋，砼强度等级不宜低于C20；当采用HRB400、RRB400钢筋以及对承受重复荷载的构件，砼强度等级不得低于C20。框架的梁、柱节点，当按一级抗震等级设计时，其砼强度等级不应低于C30，当按二、三、四级抗震等级设计时，砼强度等级不应低于C20；对剪力墙，砼强度等级不应低于C20。,11.7.3 一般构造要求,（2）钢筋的选用 纵筋：HRB400、HRB335；箍筋：HPB235、HRB335（3）配筋形式 梁一般不采用弯起钢筋抗剪，柱一般采
35、用对称配筋，配筋率应满足规范要求。（4）箍筋 框架节点范围内应设置水平箍筋，间距不宜大于250mm，并应符合箍筋的构造要求。,11.7.4 连接构造配筋,现浇框架的连接主要是指梁与柱、柱与柱及柱与基础之间的配筋构造。（1）梁与柱连接现浇框架的梁柱节点，一般做成刚性节点。图11.32表示中间层中节点。图11.33表示中间层端节点。图11.34表示顶层中节点。图11.35表示顶层中节点。,图11.32 框架中间节点梁纵向钢筋的锚固（a）节点中的直线锚固（b）节点中的弯折锚固（b）节点范围外搭接,图11.33 框架中间层端节点梁纵向钢筋的锚固,11.34 顶层中节点柱纵向钢筋的锚固,图11.35 梁
36、上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点的搭接（a）位于节点外侧和梁端顶部的弯折搭接接头（b）位于柱顶外侧的直线搭接接头,（2）柱与柱连接连接上下柱的钢筋的连接宜采用焊接，也可采用搭接。当柱每边钢筋不多于4根时，可在一个水平面上接头；当柱每边钢筋为58根时，可在两个水平面上接头；当柱每边钢筋为912根时，可在三个水平面上接头，见图11.36。下柱伸入上柱搭接钢筋的根数及直径应满足上柱要求。如图11.37。,图11.36 上下柱钢筋接头,（a)每边钢筋4根；（b)每边钢筋58根；(c)每边钢筋912根,图11.37 框架中间节点梁纵向钢筋的锚固,(a)b/a1/6时；(b)b/a1/6且h2.5
37、m时；(c)b/a1/6且h2.5m时,11.8 钢筋混凝土框架的结构设计,（1）整体破坏形式 见图11.38（2）局部破坏形式 a、框架柱、柱顶、柱脚破坏 见图11.39、图11.40 2、短柱（H/hc 4)剪切破坏 刚度大、剪力大 见图11.41，角柱破坏见图11.42 b、框架梁 梁端弯曲破坏，纵筋屈服；梁端剪切破坏，箍筋不足，可能出现交叉斜裂缝和贯通的垂直裂缝。见图11.43,c、节点剪切破坏（图11.44）受剪承载力（Vu）不足、箍筋少、混凝土压碎、纵筋压屈。d、框架填充墙的震害（图11.45）震害：墙面斜裂缝、沿柱周边开裂、倒塌 特点：“下重上轻”原因：二者之间的变形不协调，非整
38、体；墙体的受剪承载力低、拉结不紧。,整体破坏形式,图11.38（a）强梁弱柱型（b）强柱弱梁型,柱顶弯剪破坏,图11.39 柱顶弯剪破坏,柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。,主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。,破坏不易修复。,柱脚,与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,图11.40 柱脚弯剪破坏,短柱,图11.41 短柱（H/hc 4)剪切破坏,当柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)时形成短柱。,短柱刚度大，易产生剪切破坏。,角柱,由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。,图11
39、.42 角柱,框架梁裂缝,图11.43 梁破坏出现裂缝,节点破坏,图11.44 节点破坏,框架填充墙破坏,填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。,图11.45 框架填充墙破坏,11.8.1 框架抗震设计的一般规定,（1）结构布置原则1.框架结构的平面布置和沿高度方向的布置原则应符合“规则结构”的规定。2.框架应双向设置，梁中线与柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的l4。3.框架结构中的填充墙在平面和竖向的布置宜均匀对称，砌体填充墙宜与柱脱开或采用柔性连接。4.砌体砂浆强度不低于M5，墙顶与框架梁密切结合；,钢筋混凝土框
40、架的主要缺点是，随着房屋高度和层数的增加，在水平地震作用下的侧向刚度将难以满足要求。,墙中沿框架柱全高设置拉筋。5.墙长5m时，墙顶宜与框架梁有拉结。6.墙长超过层高2倍，宜设钢筋混凝土构造柱。7.墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接，且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。框架单独柱基有下列情况宜沿两个主轴方向设置基础细梁：a、一级框架和类场地的二级框架；b、各柱基承受的重力荷载代表值差别较大；c、基础埋深较深或埋深差别较大；d、桩基承台之间；e、地基主要受力层范围内有液化土层、软弱土层和严重不均匀土层。,截面尺寸,（2）截面尺寸选择1.梁的截面尺寸梁的截面宽度不宜小于200mm；截面高宽比不
41、宜大于4；净跨与截面高度之比不宜小于4。2.柱的截面尺寸柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱直径不宜小于350mm；截面长边与短的边长比不宜大于3；剪跨比宜大于2；柱的截面尺寸需满足柱的轴压比的要求。（轴压比是指柱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的乘积的比值，即 uN=N/fc A）,11.8.2 框架抗震设计的一般原则,1.强柱弱梁原则 梁端受拉钢筋的屈服先于柱端受拉钢筋的屈服；2.强剪弱弯原则 构件的抗剪承载能力应高于该构件的抗弯承载能力；3.强节点、强锚固原则 强节点抗剪验算，在节点区配置足够的箍筋，并保证混凝土的强度及密实性；强锚固处理好纵向
42、钢筋在节点区的锚固构造。,11.8.3 地震作用,1.多层框架结构在一般情况下应沿两个主轴方向分布考虑水平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承担。2.对高度不超过40m，以剪切变形为主，且刚度与质量沿高度分布比较均匀的框架结构，可采用底部剪力法计算水平地震作用。3.在水平地震作用下，可采用D值法计算框架内力和侧移。根据D值法的定义，利用D值法求的得水平地震作用在框架各层产生的层间剪力标准值，即可求出框架的相对层间侧移，此时框架的整体刚度宜在弹性刚度基础上乘以小于1 的修正系数。,11.8.4 框架截面抗震验算,（1）框架梁1、正截面受弯承载力计算 1）框架梁梁端截面的底部
43、和顶部纵向受力钢筋截面面积的比值，除按计算确定外。框架梁两端（支座截面）必须是双筋截面 2）承载力计算公式,一级抗震等级,二、三级抗震等级,得到名义压区高度为：,由平衡条件X=0：,由另一极限状态平衡条件M|As=0：不考虑地震作用时：,考虑地震作用时：,1等效矩形应力图形系数，当混凝土强度等级不 超过C50时，取为1.0；当混凝土强度等级为C80 时，取为0.94，其间按线性内插；RE承载力抗震调整系数；Mbmax由荷载效应组合得到的最大弯矩设计值。,框架梁斜截面受剪承载力计算,2、框架梁斜截面受剪承载力计算1）抗震设计中采用与非抗震设计中不同的斜截面受剪承载力计算公式（R=Vu=Vc+Vs
44、；RE=VuE=0.6Vc+Vs)即：Vb=VuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE 或 REVb=0.6Vc+Vs2）承载力计算（抗震设计）一般框架梁：REVb 0.42ftbh0+1.25fyvAsvh0/s 集中荷载作用下(包括有多种荷载，其中集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情况)的框架梁：REVb 1.05ftbh0/(+1)+fyvAsvh0/s,（2）框架柱 1、柱的正截面承载力计算公式：NE=NuE/RE=Nu/RE（对大偏心受压柱）,2、柱端弯矩调整,1）按“强柱弱梁”要求调整,“强柱弱梁”要求：柱端弯矩增大c倍,静力平衡条件：Muc0+Mdc0=Mbl+
45、Mbr,9度和一级框架尚应满足：Mc 1.2Mbu Mc同一节点上下柱端截面设计弯矩之和；Mb同一节点左右梁端截面设计弯矩之和；Mbu同一节点左右梁端截面抗弯承载力之和。c柱端弯矩增大系数；对一、二、三级抗震等级，c分别为1.4、1.2、1.1,2）按“强底层柱”要求调整 抗震设计时，一、二、三级框架结构底层柱下端截面弯矩设计值，应按考虑地震作用组合的弯矩设计 值分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。3、柱正截面构造规定 抗震结构中柱截面最小含钢率（%）,计算公式：（VE=VuE/RE，VuE=0.6Vc+Vs)即：Vb=VuE/RE=（0.6Vc+Vs)/RE 为了防止柱截面尺寸过小，
46、也应限制剪跨比,轴力为压力：轴力为拉力：,4、柱的斜截面承载力,对2的框架柱：对2的框架柱：,Vc设计剪力（取按以下要求调整后的值）；框架柱的剪跨比，M(Vhc0)；设计时可近似取=Hc0(2hc)，(Hc0为柱净高)，当3时，取=3，当0.3fcA时，取N=0.3fcA 当N为拉力时，公式右端不小于(fyvAsvhc0s)/Re，且此值不小于0.36 fcbchc0。,（3）节点核心区 三、四级抗震等级的框架节点核心区可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施要求。而一、二级抗震等级的框架应进行节点核心区的抗震受剪承载力计算。1、核心区受剪的水平截面要求 框架梁柱节点核心区受剪的水平截面应符合：2、节点核心区的抗剪承载力计算,9度设防烈度,其他情况,
