多高层房屋结构设计. 重庆大学210.ppt

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1、多高层房屋结构设计,目录（一）（30学时）教材及参考资料第1章 多层框架结构（16学时）1.1 多层框架结构的组成与布置(2学时)1.2 框架结构内力与侧移计算的近似计算方法(4学时)1.2.1 概述与计算简图 1.2.2 竖向荷载作用下的分层法 1.2.3 水平荷载作用下的反弯点法和D值法 1.2.4 框架结构侧移计算及限值1.3 多层框架内力组合(2学时)1.4 无抗震设防要求时框架结构构件设计(2学时)1.5 框架结构构件抗震设计(6学时)1.5.1 框架结构的延性 1.5.2 框架结构抗震设计的一般规定 1.5.3 框架梁的抗震设计 1.5.4 框架柱的抗震设计 1.5.5 框架节点的

2、抗震设计1.6 多层框架结构基础(自学)1.7 多层框架结构设计示例(自学)第2章 高层建筑结构（14学时）具体章节见下页,目录（二）第2章 高层建筑结构（14学时）2.1 高层建筑的定义和发展(1学时)2.2 高层建筑结构体系与布置一般原则(1学时)2.3 高层建筑结构上的作用，受力特点及相关要求(1学时)2.4 剪力墙结构(6学时)2.4.1 单榀剪力墙分配的剪力 2.4.2 剪力墙的受力特点与分类 2.4.3 整截面剪力墙及整体小开口剪力墙内力与位移计算 2.4.4 双肢剪力墙内力与位移计算 2.4.5 壁式框架剪力墙内力与位移计算 2.4.6 剪力墙截面设计及构造要求2.5 框架-剪力

3、墙(4学时)2.5.1 框架-剪力墙组成及受力特点 2.5.2 框架-剪力墙的计算 2.5.3 框架-剪力墙的结构布置、截面设计及构造要求2.6 筒体结构(1学时),参考资料混凝土结构（中册、第三版）-混凝土建筑结构设计 东南大学等编，中 国建筑工业出版社，2005.7混凝土结构（下册）天津大学等编，中国建筑工业出版社，1994.6建筑结构抗震设计 李国强、李杰、苏小卒编著中国建筑工业出版社混凝土结构设计规范GB50010-2002建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008年版）高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002,返回,第1章 多层框架结构,1.1 多层框架结构的组成与布置,

4、1.1.1 多层框架结构的组成,框架结构由梁、柱和节点（梁柱节点和支座）组成。框架梁宜拉通对直，柱宜纵横对齐，上下对中，轴线宜在同一平面内。但功能和建筑造型需要做成抽梁、抽柱、外挑、内收、斜梁等形式。（如图1.1）框架结构是高次超静定结构。一般不考虑填充墙抗侧作用。（但注意刚性填充填）框架结构按施工方法不同，可分为：全现浇式、装配式和装配整体式三种结构型式。框架结构按承重结构不同，可分为全框架和内框架两种。,1.1.2 多层框架结构布置,柱网布置,原则：既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便,1）生产工艺的要求,工业厂房设计的主要依据。厂房常采用内廊式和跨度组合式两

5、种(如图1.2)，柱距常采用6m，跨度常采用6m,7.5m,9m,12m等。12m30m可采用预应力混凝土。,2）建筑平面布置的要求（功能、梁跨）,民用建筑功能不同，柱网尺寸难以统一，常采用300mm进级。柱距：3.3-6.0m；跨度：6-12m。柱网布置应与建筑分隔墙相协调。（医院如图1.3、旅馆如图1.4）,3）结构受力合理,应使竖向荷载作用下内力分布均匀合理，梁、柱材料强度均能充分利用(如图1.5,1.6)。,4）施工方便,应尽量统一柱网和层高，重复使用标准层，尽量减少构件类型、规格。,应使结构受力明确、传力简捷。布置时纵横框架应尽量对齐通(如图1.7),纵向柱列的布置，一般取建筑开间，

6、当开间较小时，可考虑柱网为多个开间(如图1.8),二、承重框架布置,一般情况下，柱在两个方向均应有梁拉结，实际为空间结构体系；常将其分为纵横两个方向的平面框架（建筑物长向为纵向，短向为横向）；水平力由各自方向框架承受；竖向力根据传力途径，一般在受力较大的竖向荷载方向设承重梁，另一方向设连系梁。,根据楼盖的布置方式及竖向荷载传递途径，承重框架的布置有以下三种(如图1.9)：横向框架承重 纵向框架承重 纵横向框架混合承重,三、变形缝布置,非地震区建筑物变形缝有伸缩缝和沉降缝，在地震区还需设置防震缝；设置原则：力争不设，尽量少设，必要时一定要设，并应作到一缝多用；在非地震区的沉降缝可兼作伸缩缝，仅设

7、防震缝时，基础可不分开，但在基础处应加强连接构造。,伸缩缝（又称温度缝）,作用是消除由于温度变化和混凝土的收缩对结构造成的危害。与结构长度相关，钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距如表1.1所示。,表1.1 钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距(m),2)沉降缝,作用是防止地基不均匀沉降引起的房屋破坏，应设置沉降缝将房屋和基础分开。沉降缝做法如图（图1.10）所示。伸缩缝和沉降缝宽度不宜小于50mm.,3)防震缝,防撞，宽度不得小于70mm.且满足小表1.2（抗震6.1.4条）,返回,注：H指房屋高度，即室外地面到主要屋面板板顶的高度。,1.2 框架结构内力与侧移计算的近似计算方法,一、框架结构内力计算方法,

8、框架结构是空间结构受力体系，分析时有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。空间结构分析常根据结构力学位移法的基本原理编程计算。平面结构分析常采用手算方法进行，常有弯矩分配法、无剪力分配法、迭代法等，另有近似分析方法：分层法、反弯点法和D值法。本章主要介绍框架结构近似手算方法，包括：竖向荷载作用下的分层法，水平荷载作用下的反弯点法和D值法。,1.2.1 框架结构内力计算方法与计算简图,二、框架结构的计算简图,（一）计算单元的选取,多层框架结构实际上由纵、横框架组成的空间结构，为了简化计算，常忽略纵、横向空间联系，忽略各构件的抗扭作用，分别按纵向和横向平面框架进行计算（如图1.11）。横向中

9、间各榀框架，由于间距和各自抗侧刚度相同，作用的各荷载相同，常取一榀横向框架作为计算单元。但有差异时，应分别计算。纵向框架因作用荷载不同，应取不同框架计算，当采用横向承重时，纵向柱多时，抗侧刚度大，可不计算，按构造设计。作用于各计算单元上的荷载按该单元的负载面积计算。,（二）框架的计算简图,计算简图是结构的力学抽象，它既要反映结构的真实受力状态，同时又要便于内力分析，在保证必要计算精度的前提下，对计算简图作适当的简化。1)在计算前，应有初步确定截面形状和尺寸。梁截面形状有矩形、T形、形等，梁高：主梁（1/10-1/12）L,次梁（1/12-1/15）L；矩形梁宽（1/2-1/3）h。柱截面形状常

10、采用矩形、方形、圆形，尺寸：取层高的1/15-1/20。2)在计算简图中，杆件用其轴线表示。3)跨度与层高：梁跨度取柱子轴线距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般取最小柱截面形心线作为柱的轴线；层高取建筑层高，底层取基础顶至二层楼顶面。4)节点简化：现浇钢筋混凝土节点常简化为刚性节点。5)框架构件的抗弯刚度EI：框架结构的内力和侧移计算前必须先计算梁、柱截面惯性矩，但应考虑楼板的影响。梁节点附近，楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小，在梁跨中，楼板受压，影响较大，但为了方便设计，假定梁I沿轴线不变。现浇楼盖：中框架取I=2.0I。边框架取I=1.5I。装配整体：中框架取I=1.5I。边框架取

11、I=1.2I。装配式：框架取I=I。,（三）荷载计算,作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和活载，一般为分布荷载，有时也为集中荷载。水平荷载包括风荷载和水平地震作用，一般简化为节点水平集中力。,1)恒载 一般为结构自重，对所选取计算单元而言，恒载有：纵梁传来的恒载（常为集中力）、板传来的恒载（常为分布力）、柱自重等。,2)活载 按负载面积计算，对楼面活载按建筑结构荷载规范GB50092001第4.1.1条选用。屋面均布活荷按荷载规范第4.3.1执行。因楼面活载不可能同时满布于所有楼面，可以折减，按荷载规范第4.1.2执行。,3)风荷载 风荷载的计算方法与单层厂房相同。垂

12、直于建筑物表面上的风荷载标准值按下式计算：,按上式计算的风载，再按节点负载面积换算为节点集中力。,4)水平地震作用 水平地震作用计算方法有：底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法。建筑抗震设计规范GB500112001规定：高度不超过40m、以剪力变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀结构，可采用底部剪力法计算。其计算方法：,(1)底部剪力（地震影响系数由地震影响系数曲线上查得）(图1.12),(2)各质点水平地震作用标准值及各楼层水平地震层间剪力：(图1.13),返回,1.2.2 竖向荷载作用下的分层法,一、分层法的计算假定,在竖向荷载作用下，多层多跨框架的侧移忽略不计；每层梁上的荷载对其他

13、各层梁的影响忽略不计；根据叠加原理，多层多跨框架在多层竖向荷载作用同时作用下的内力，可视作各层竖向荷载单独作用下的内力叠加。即将框架的各层梁及上下柱作为独立计算单元分层进行计算，分层计算所得的梁内弯矩为梁在该荷载作用下的最后弯矩；每一柱的柱端弯矩取上下两层计算所得弯矩和。(图1.14)分层法适合于节点梁柱线刚度比不小于3.0的结构及竖向荷载沿高度分布均匀的多层框架结构。,框架立面图 荷载图 弯矩图,框架立面图 荷载图 弯矩图,框架立面图 荷载图 弯矩图,二、计算误差的修正,在分层计算中，假定上下柱的远端为固端，而实际上是弹性嵌固（在转角）。为减小计算误差，作如下修正：1)除底层柱外，其他各层柱

14、的线刚度均乘0.9的折减系数；2)除底层柱外，其他各层柱的弯矩传递系数取为1/3。（底层仍为1/2）,三、计算步骤,画出框架计算简图（含荷载、轴线尺寸、节点编号等）；按规定计算梁、柱的线刚度及相对线刚度；除底层柱外，其他各层柱的线刚度(或相对线刚度)乘以0.9的折减系数；计算各节点处的弯矩分配系数（根据线刚度分配：)用弯矩分配法 从上至下分层计算各分层单元的杆端弯矩(先计算梁固端弯矩，按),5)叠加有关杆端弯矩，得最后弯矩图；6)将叠加后的同一节点处各杆端弯矩进行二次分配，以消除节点不平衡弯矩；7)按静力平衡条件求出框架的其它内力图（轴力及剪力图）。,四、示例(图1.15,1.16,1.17,

15、1.18),返回,1.2.3 水平荷载作用下的反弯点法和D值法,风或地震对框架结构的水平作用，一般可简化为作用于框架节点上的水平力。其定性的弯矩图(图1.19)为：各杆的弯矩图是直线形，且一般都有一个反弯点。若能求出各柱反弯点位置及各柱分配到的层间剪力，则各梁、柱的内力很容易计算。框架变形图的特点：(1)若忽略构件的轴向变形，则同一层内各节点具有相同的侧向位移和层间位移；(2)框架上部各节点均有转角；(3)各节点的层间位移和转角越靠下层越大，这是因层间剪力越大的原因。,一、反弯点法,反弯点法的关键，一是确定反弯点的位置；二是确定每层各柱的剪力。为简化计算，进行如下假定：1)在确定反弯点位置时，

16、假定柱上端与下端的转角相等（底层柱除外，其下端为0）；2)在确定同层各柱剪力分配时，假定节点转角为零，即认为梁的线刚度为无穷大；3)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。,根据以上假定有：1）反弯点位置 由假定（1）有：底层柱反弯点近似为距柱下端2/3底层层高处，其余层柱反弯点位于层高中点；2）柱的侧移刚度D 侧移刚度D。是表示柱上下端产生单位相对水平位移时，在柱顶所需施加的水平剪力。根据假定（2）各柱无转角，只有层间位移，则如图1.20所示，柱顶剪力，则柱的侧移刚度为：,3)同层各柱剪力的确定 现以个n层，每层有m个柱子的框架为例，说明第j层各柱剪力的分配。将框架沿第

17、j层各柱的反弯点处切开以剪力和轴力（图1.21），按水平力平衡条件有：,根据假定（2），同层各柱的层间侧移相等，将(c)代入(b)有：,代入(c)有，j层任一柱k分配的剪力为：,即同层各柱剪力按各柱间的侧移刚度比进行分配。,若层高相同：,4)柱端弯矩,根据假定(1)有：底层柱：上端：,下端：,上部各层柱,5)梁端弯矩,根据假定(3)，由节点弯矩平衡，梁端弯矩为:（图1.22）,6)梁的剪力,以各梁为脱离体，将梁的左右弯矩之和除以该梁的跨长，得梁的剪力。,7)柱轴力,自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，得柱轴力。注意：反弯点法适合于节点梁柱线刚度比不小于3.0，且较均匀的多层框架结构。,二、D值

18、法(修正的反弯点法),反弯点法中首先假定梁柱线刚度比为无穷大，又假定柱的反弯点高度为一定值，虽然简化了计算，但也带来了误差。在实际结构中，梁柱线刚度比较接近，在抗震设计中可能梁的线刚度小于柱的线刚度，框架节点对柱的约束为弹性支座，不为固端，因此柱的侧移刚度应修正，不仅与柱线刚度和层高有关，还与梁的线刚度有关；柱的反弯点与梁柱线刚度比、上下层梁线刚度比、上下层高变化等有关。日本武藤清教授对反弯点法进行了修正。改进了柱的侧向刚度和反弯点高度的计算方法。,1)修正后的柱抗侧刚度D,式中反映了梁柱线刚度比值对柱侧向刚度的影响。按图1.23选用。,柱抗侧刚度D推导的四个假定：（1）柱AB及与其上、下相邻

19、柱的线刚度均为；（2）柱AB及与其上、下相邻柱的层间水平位移均为；（3）柱AB两端节点及与其上下、左右相邻的各节点的转角均为；（4）与柱AB上、下端相交横梁的线刚度分别为。,整体框架结构中间梁柱单元的变形,由节点A、节点B的弯矩平衡条件可分别得到下式：,以上（a）、（b）两式相加，简化后可得：,柱AB所受到的剪力为：,将式（c）代入（d）得：,当框架横梁的线刚度无穷大时，K趋近于无穷大，趋近于1，这即是反弯点法所假设的情况。,返回壁式框架,2)修正后柱反弯点高度(图1.24),各柱反弯点高度取决于该柱上下端转角的比值，若柱上下端转角相同，则反弯点在柱高中间；若不同，反弯点偏向转角较大的一端。各

20、层柱反弯点高度修正公式为：,y0-标准反弯点高度比，反映梁柱线刚度影响，其值与结构总层数n，该柱所在的层j，梁线刚度比K及侧向荷载形式有关，按附表11-1,11-2查得。,y1-上下横梁刚度比不同的修正。某层柱的上下梁线刚度不同，则该层柱反弯点将向梁刚度较小的一侧偏移。可根据上下梁线刚度比I和K查附表11-3。底层柱不修正，即y1=0。,y2,y3-为层高变化对反弯点的影响。当上层层高变化时，反弯点上移，增量为y2h；当下层层高变化时，反弯点下移，增量为y3h(下层较高时为负值)。其值可查附表11-4。对顶层柱，不考虑修正值y2，即y2=0；底层柱，不考虑修正值y3，即y3=0.,返回,1.2

21、.4 框架侧移计算及限值,框架结构设计时，不仅要进行承载力的计算，且要进行侧移控制。侧移主要由水平作用引起，为此要计算水平荷载作用下的框架的侧移值。1)框架侧移曲线的类型 框架结构水平荷载作用下的侧移有两种：（图1.25）剪切形变形：与悬臂柱剪切变形曲线相似。对一般多层，其侧移主要是由梁柱弯曲变形引起的总体“剪切型“变形。弯曲形变形：与悬臂柱弯曲变形曲线相似。当房屋较高H50m,或高宽比H/B4,则需考虑由柱的轴向变形所引起的“弯曲型“变形。本节主要介绍剪切形变形的侧移计算。,2)D值法计算框架的侧移 第j层框架层间水平位移与层间剪力间的关系为：,逐层计算各层的层间水平位移，得顶点总水平位移为

22、各层水平位移之和：,3)弹性层间位移角限值,框架的弹性层间位移角过大将导致框架中的隔墙等非承重填充构件开裂，故高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002第4.6.3条规定（或建筑抗震设计规范GB50011-2001第5.5.1条的规定）框架最大弹性层间位移与层高之比不能超过其限值，即：,返回,1.3 多层框架内力组合,框架结构在竖向恒载、竖向活载，水平荷载作用下的内力确定后，要对各构件进行内力组合，以便求出构件控制截面最不利内力，作为梁柱配筋的依据。,构件内力沿长度是变化的，为了便于施工，构件配筋通常是分段变化的。因此构件配筋时，根据内力变化的情况，选择几个内力较大的截面作为控制截面。框架柱

23、的弯矩、轴力和剪力沿柱高线性变化，因此取各柱上、下端为控制截面。框架梁在水平力与竖向荷载作用下，剪力沿梁长呈线性，弯矩呈抛物线形（竖向作用下），因此梁取两端和跨中（近似）为控制截面。由于内力分析结果是框架梁柱轴线处的弯矩和剪力，因而配筋计算时，应换算出构件端部截面的内力（图1.26）。梁端柱边弯矩和剪力可近似按下式计算：,一、控制截面,二、最不利内力,1、梁端截面：+Mmax、-Mmax、Vmax；2、梁跨中截面：+Mmax、-Mmax3、柱端截面：（a）|M|max及相应的N、V（相应的N取小值）（b）Nmax及相应的M、V（相应的M取小值）（c）Nmin及相应的M、V(相应的M取大值)（d

24、）|M|较大（但不是最大），N比较小或比较大(也不是绝对值最小或最大)。（对于大偏心构件，偏心距e。MN越大，截面配筋越多。虽然|M|不最大，但相应的N较小，则e。最大，也可能成为最不利内力；对小偏心受压e。越小，截面配筋多。虽然|M|不最最大，但相应的N较大，则e。最小，也可能成为最不利内力。）（e）对于柱，另外还要组合最大剪力Vmax，进行抗剪承载力计算。对于多层框架，一般情况下只考虑前三种最不利内力可满足要求。,三、活载最不利位置,水平荷载（风荷载和水平地震作用）均应考虑向左和向右两种可能的作用方向。对称结构，只需计算一次内力，不同方向作用，内力正负号不同。竖向恒载为永久性荷载，按实际分

25、布，一般为满跨，只有一种布置方式。竖向活载，如楼面使用荷载、雪荷载等，是可变荷载，有多种布置方式，应考虑各种可能的最不利布置情况，以求得各控制截面的最不利内力。为确定活荷载的最不利作用位置，常有四种方法：,1)分跨计算内力组合法,2)最不利荷载位置法,将活荷逐层逐跨单独作用于框架上，分别计算其引起的内力，然后，针对各控制截面找出最不利内力进行叠加。,类似于连续梁计算中所采用的方法，对框梁柱某一控制截面，按内力组合的要求，根据影响线分析原理，确定活载最不利布置，然后计算内力，则计算内力即为该控制截面的最不利内力。图1.27为框架梁柱最不利内力时，活载最不利布置的方式：,3)分层组合法,4)满布荷

26、载法,在竖向荷载作用下框架内力常采用分层法计算。分层组合法以分层法为依据，对活载最不利布置进行简化：(1)对于梁，只考虑本层活载不利布置。因此与连续梁活载不利布置方法相同。(2)对于柱端弯矩，只考虑柱相邻上下层活载最不利布置。(3)柱最大轴力，只考虑该层柱一侧及以上所有层中与该柱相邻两跨活载影响，不与该柱相邻的上层活载只考虑轴力传递，不考虑其弯矩作用。(4)柱最小轴力，只考虑该柱一侧本层及上层两层活载影响，不与该柱相邻的上层活载只考虑轴力传递，不考虑其弯矩作用。,根据设计经验，当活载较小时，可不考虑其不利布置，按各跨满布计算内力。当活载较大时，如4.0kN/m2应考虑活载不利布置（具体详见高层

27、建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002第5.1.8条的规定）。用满布法计算的梁支座截面内力与最不利荷载位置求得内力极接近，但跨中弯矩偏低，对跨中弯矩应放大1.11.2倍。,四、荷载效应组合,计算框架各控制截面最不利内力时，应根据使用过程中可能同时出现的各种荷载进行组合。1、荷载规范GB500092001规定：1)对基本组合，荷载效应组合S应从下列组合值中取最不利值确定：(1)可变荷载效应控制的组合：,(2)永久荷载效应控制的组合：,2)对一般排架、框架结构，基本组合可简化：,(1)可变荷载效应控制的组合：,(2)永久荷载效应控制的组合：,与基本组合的永久荷载效应控制的组合同。,2、考虑地震作

28、用时，抗震规范GB500112001规定：,因此，非地震区的多层框架（除永久荷载效应控制的组合外）有三种荷载组合：(1)1.2恒+1.4活；(2)1.2恒1.4风；(3)1.2恒+0.9（1.4活+1.4风）对地震区的多层框架，除以上三种荷载组合外，还有（只考虑水平地震作用）：(4)1.2重力荷载代表值(恒+活)+1.3水平地震(60m以上建筑需考虑竖向地震),五、梁端弯矩调幅,基于：允许梁端出现塑性铰；上部钢筋少便于施工；节点并非刚节，实际弯矩小于弹性计算值。因此一般均对梁端弯矩进行调幅，人为减小梁端负弯矩，减少节点附近梁顶面的配筋量。梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下跨中弯矩将会增加。调幅后

29、梁端弯矩：,式中为弯矩调幅系数。现浇：,装配整体式：,跨中弯矩，常将支座下调的弯矩取反号作出附加的弯矩图与跨中正弯矩迭加。也可将跨中弯矩乘1.1-1.2的增大系数。为了保证安全，应校核梁的静力平衡条件，即调幅后梁端弯矩平均值与调幅后跨中弯矩之和应大于按简支梁计算的跨中弯矩值：,由于支座截面最大负弯矩与跨中最大正弯矩不是在同一荷载组合中同时出现，一般情况下，支座负弯矩调幅后，相应荷载组合下跨中弯矩不会超过跨中最不利弯矩。因此，在此情况下，支座弯矩调幅后跨中正弯矩可不增加。（图1.28）我国规范规定，只对竖向荷载作用下框架梁端弯矩进行调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不允许调幅。因此弯矩调幅应在内力组

30、合前进行。,六、内力组合步骤,1)恒载、活载、风载和地震作用分别按各自规律布置，分别计算每一种荷载作用下结构内力标准值（包括活载最不利位置）；2)制订内力组合表，将不同荷载作用下梁、柱各控制截面的内力（M，N，V）填入表格（包括提前进行竖向荷载作用下梁端弯矩调幅）；3)按照表格的要求（是根据荷载效应的组合公式进行编制的），将各控制截面内力分别乘以相应的荷载分项系数及荷载组合系数，算得组合内力；4)根据最不利内力要求选取控制截面相应的内力，将此内力作为控制截面的设计内力，对于柱有时要通过试算找到最不利内力（或直接比较配筋，选最大的钢筋面积）。,返回,1.4 无抗震设防要求时框架结构构件设计,确定

31、了框架结构的梁、柱控制截面的最不利内力之后，应进行梁、柱的配筋计算。梁、柱除满足承载力要求，还应注意构造要求。,一、框架梁设计,一般按受弯构件进行计算，包括梁正截面抗弯配筋和斜截面抗剪配筋。可按混凝土结构设计规范第7.3节给出方法进行计算。其设计应注意：1)梁支座截面配筋可按柱边缘梁截面内力计算。2)梁配筋计算需根据最不利内力验算截面尺寸。3)计算梁纵筋时，应同时满足纵筋的最小配筋率要求。4)注意混凝土结构设计规范第10.2节给出的各种构造要求。,二、框架柱设计,框架柱属偏心受压构件，由于有正负弯矩作用，工程实践一般均按对称配筋进行设计（以混凝土结构设计规范第7.3节给出的方法进行截面设计、配

32、筋计算）。框架柱的设计也应注意：（1）验算截面尺寸；（2）柱纵筋应满足最小配筋率的要求；（3）特别注意混凝土结构设计规范第10.3节给出的各种构造要求。框架柱的结构设计应特别注意二阶效应（柱的轴力与挠曲变形所引起的附加弯矩）如何处理。我国规范对此问题给出了如下三种处理方法。,其余柱：,装配式楼盖：底层柱：,现浇楼盖：底层柱：,其余柱：,注意，我国钢筋混凝土房屋在设计中通常均按照有侧移假定进行结构分析，故2002年新版混凝土结构设计规范取消了对侧向刚度较大的结构按照无侧移假定，并取更小计算长度的规定。,（一）混凝土结构设计规范第7.3节给出的 法 首先按照不考虑二阶效应的结构分析方法进行内力分析

33、，得到框架柱控制截面的弯矩、轴力。然后，利用所得内力进行框架柱的配筋计算，这时应采用 法来考虑柱的二阶效应（附加弯矩）。偏心距增大系数 按照混凝土结构设计规范第7.3.10条的规定进行计算；式中所含 为柱的计算长度（该计算长度仅用于 法），其值按照混凝土结构设计规范第7.3.10条的规定（考虑楼盖形式、柱的类别的影响）进行确定。该规定的取值是：,（二）混凝土结构设计规范第7.3.12条给出的折减刚度直接二阶效应法 首先，在进行结构整体分析之前对结构中的各构件的弹性抗弯刚度进行折减。即对弹性抗弯刚度乘以下述折减系数：梁取0.4；柱取0.6；剪力墙及核心筒取0.45。其次，采取的结构分析方法应包括

34、二阶效应的影响。这样，由考虑二阶效应的弹性分析方法得到的内力（弯矩、轴力）应直接用于柱的截面设计。这一方法的重点是，分析程序能有效地计算出框架柱（及剪力墙）的二阶弯矩。同时，柱的截面设计过程中不可再采用 法放大偏心距。,（三）高层建筑混凝土结构技术规程第5.4.3条给出的层增大系数法 首先按照不考虑二阶效应的结构分析方法进行内力分析，得到框架柱（以及剪力墙）控制截面的轴力、弯矩、剪力。利用所得内力进行框架柱的配筋计算之前，将未考虑二阶效应的计算结果乘以增大系数，以近似考虑二阶效应的影响。高层建筑混凝土结构技术规程第5.4.3条给出的框架结构的层增大系数包括：,位移增大系数：,弯矩、剪力增大系数

35、：,三、构造要求,1)节点构造要求（混凝土结构设计规范第10.4节）(1)节点材料强度 现浇节点混凝土强度不宜低于柱子混凝土强度。装配整体式节点混凝土强度比预制柱强度提高5N/mm2。(2)节点截面尺寸（混凝土结构设计规范第10.4.5条）为防止以承受静力荷载为主的顶层端节点发生核心区混凝土斜向压碎，应对梁柱负弯矩钢筋相对配置数量加以限制，即节点的截面尺寸不能太小。混凝土规范（10.4.5）规定顶层端节点处梁上部纵向钢筋的截面面积As应满足：,(3)节点箍筋（混凝土结构设计规范第10.4.6条）在框架节点内应设置水平箍筋，应符合柱中箍筋构造要求，但间距不宜大于250mm。对四边均有梁相连的中间

36、节点，节点内可只设置沿周边的矩形箍筋。当顶层梁端节点内设有梁上部纵筋和柱外侧纵筋的搭接接头时，节点内水平箍筋布置应依照纵筋搭接范围内箍筋的布置要求确定。,(4)梁柱纵筋在节点区的锚固,1.中间节点梁上下纵筋的锚固（混凝土结构设计规范第10.4.2条）,上部钢筋应贯通中间节点，该钢筋自柱边伸向跨中长度按梁端负弯矩确定。,下部纵向钢筋：,计算中不利用钢筋强度时，伸入节点或支座的锚固长度为：带肋钢筋las12d；光面钢筋las15d（即简支梁剪力较大的锚固要求）；,计算中充分利用钢筋抗拉强度时，应锚固于节点或支座内。（图1.29）,计算中充分利用钢筋抗压强度时，应按受压钢筋锚固在中间节点或中间支座中

37、，直线锚固长度不应小于0.7la，也可伸过节点或支座，在梁中弯矩较小处设置搭接接头。,梁下部纵筋在中间节点内（或附近）的锚固或搭接(a)直线锚固(b)弯折锚固(c)节点外搭接,2.中间层端节点梁纵筋锚固（混凝土结构设计规范第10.4.1条）,上部钢筋（图1.30）：柱截面较大时，la且h/2+5d；柱截面较小时，0.4 la+15d；下部钢筋：同中间节点梁下部钢筋,3.顶层端节点梁柱纵筋锚固（混凝土结构设计规范第10.4.4条）可将柱外侧纵筋相应部分弯入梁内作梁上部纵筋用；也可将梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层端节点及附近部位搭接，有两种(图1.31)：搭接接头可沿顶层端节点外侧及梁项部布置。搭接

38、长度不应小于1.5 la。其中伸入梁内的外侧柱纵向钢筋面积不小于外侧柱纵向钢筋全部截面面积的65%。梁宽范围外，第一层到柱内边向下弯不小于8d截断（第二层可不向下弯折），或伸入现浇板内（板厚不小80mm,混凝土强度等级大于C20），长度与梁内柱纵筋同。,外侧柱纵筋配筋率大于1.2%时，宜分两批截断，间距大于20d。梁上部钢筋应伸至节点外侧并向下弯至梁下边缘处截断。搭接接头沿柱侧外侧布置。搭接长度竖向直段长不应小于1.7 la。柱外侧纵筋伸到柱顶后宜向节点内水平弯折，水平投影长度不宜小于12d.梁上部纵向筋的配筋率大于1.2%时，弯入柱外侧的梁上部纵筋宜分两批截断，断点间距不宜小于20d。,4.

39、节点内柱纵筋锚固（混凝土结构设计规范第10.4.3条）中间层中节点及端节点：柱纵筋贯穿节点，柱纵筋接头应在节点区之外。顶层中节点柱纵筋及顶层端节点内侧柱纵筋：锚固如图（图1.32）。其中：图（a）的柱纵筋应满足la（自梁底算起）且必须伸至柱顶；图（b）的柱纵筋在弯折前的竖直投影长度不应小于0.5 la（当结构设计充 分利用纵纵筋的受拉强度时），有现浇楼板（不小于80mm厚）时 也可外弯（见图（c）。,四、框架配筋示意（由PK软件自动生成）,五、柱纵筋搭接、顶层端节点柱内搭接,六、柱纵筋焊接（或机械连接）、顶层端节点梁内搭接,2)框架梁与预制楼板的连接 预制楼面的整体性能可通过：板缝间配以必要的

40、联系钢筋并以细石混凝土灌缝；或在板面上浇不低于C20钢筋混凝土面层，厚度不小于40mm,配双向4150mm或6250mm钢筋网。预制板搁置长度不宜小于80mm；当有板端伸出钢筋拉结及混凝土灌缝时，其支承长度可为40mm，板端伸入的锚固钢筋长度应不小于100mm。(图1.33),3)框架梁与填充墙的连接 应优先采用预制轻质墙板，并必须与框架可靠连接。采用砌体填充墙时，应沿柱高设拉结筋，并在填充墙、梁柱交接处内外面布网防开裂。,返回,1.5.1 框架结构的延性,一、截面的延性指标,截面延性指标：截面曲率差：,截面曲率比：,将截面延性指标的概念引入到结构的延性指标中。以结构达到承载力能力的侧移与进入

41、塑性状态时的侧移作比较。（图1.35）,二、结构的延性指标,结构延性指标：侧移差：侧移比：,影响截面延性的主要因素有：纵筋配筋率、混凝土极限压应变和钢筋种类等。,截面有两种破坏形态：延性破坏和脆性破坏。（图1.34）,1.5 框架结构构件抗震设计,1)防止脆性破坏2)承受某些偶然因素的作用（设计中未考虑）3)实现塑性内力重分布4)有利于结构抗震（塑性耗能、塑性变形降低刚度，减小地震作用）,四、提高结构延性的措施(框架结构),三、结构延性指标的作用,1)强柱弱梁控制塑性铰位置2)强剪弱弯控制破坏形态（防止脆性破坏）3)强节点弱构件保证节点区承载力4)强锚固保证纵筋强度的发挥，防止锚固失效（脆性破

42、坏）,返回,1.5.2 框架结构抗震设计的一般规定,一、框架结构最大高度（混凝土规范第11.1.3条,抗震规范第6.1.1条）,自身重量轻，适于房屋内部空间要求较大，布置灵活的场所。整体重量轻有利于减小地震作用。但抗侧刚度较小，容易发生非结构构件破坏，过高时过大的位移会加剧P-效应，从而使结构损伤严重，因此高度不宜太高.（表1.3）,表1.3 框架结构房屋适用最大高度(m),二、抗震等级（混凝土规范第11.1.4条,抗震规范第6.1.2条）,我国抗震规范规定的抗震设防目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。为保证结构具有较好的延性和较强的抗震性能，一方面调整有关构件的设计内力，另一方面采取适当

43、的构造措施。抗震措施的要求分四个等级。（表1.4）,表1.4 框架结构的抗震等级,注意区分两个术语：1、抗震措施2、抗震构造措施,表1.5 承载力抗震调整系数RE,有地震作用参与内力组合时，因地震作用时间很短，快速加载时，材料强度有所提高，因此地震作用分项系数时，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数RE（其值小于1，见表1.5）。,三、承载力验算（混凝土结构设计规范第11.1.6条）,地震作用参与时，构件承载力验算一般表达式为：,1、为实现“小震不坏”：应对结构进行多遇地震下的弹性变形验算，目的是控制 主体结构的不受损伤，保证建筑的正常使用功能，以及 避免非结构构件的破坏。2、为实现“大震不倒

44、”：应对某些结构进行大震下的薄弱层（部位）弹塑性变形 验算。,四、变形验算（建筑抗震设计规范第5.4节）,返回柱承载力计算,五、一般构造要求,1)混凝土强度等级（混凝土结构设计规范第11.2.1条）抗震等级为一级的构件不应低于C30；构造柱、圈梁、蕊柱及其它不应低于C20；9度抗震时不宜超过C60；8度抗震时不宜超过C50。2)钢筋（混凝土结构设计规范第11.2.2条）纵向受力筋：HRB400、HRB335；箍筋：HRB335，HRB400，HPB235 施工中当要以强度等级较高的钢筋代替原设计中纵筋时，应按钢筋受拉承载力设计值相等原则进行代换，并应满足正常使用极限状态和抗震构造措施的要求。按

45、一、二级抗震等级设计的构件纵向受力筋，采用普通钢筋时：抗拉强度实测值屈服强度1.25,且屈服强度实测值强度标准值1.33)钢筋锚固与钢筋接头（混凝土结构设计规范第11.1.7条）钢筋锚固：,一、二级抗震：三级抗震：四级抗震：,钢筋接头：纵向受力筋宜优先采用机械连接。当采用搭接时：,式中为纵筋搭接长度修正系数，按表1.6选用。,纵向钢筋连接接头的位置宜避开梁端、柱端箍筋加密区；当无法避开时，应采用高质量机械连接接头（接头面积百分率不超过50%）。,4)箍筋（混凝土结构设计规范第11.1.8条）必须做成封闭箍，并加135度弯钩，弯钩端头平直段长不小于10d。在纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋加密，其

46、直径不小于搭接钢筋较大直径的 0.25倍，间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm。箍筋与纵筋应贴紧，设附加拉筋时，拉筋应同时钩住箍筋与纵筋。5)填充墙（建筑抗震设计规范第13.3.2条、第13.3.3条）优先采用轻质墙体材料。墙体与主体结构应有可靠拉结。砌体墙体应采取措施减少对主体结构的不利影响，并采取一定的抗震措施。6)女儿墙 采用砌体时宜设构造柱并加压顶。7)平立面布置 应简单、对称、规则；尽量使质心与刚心重合；竖向尽可能均匀，少变化（避免薄弱层及柔软层）；框架应双向设置，柱、梁中心线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。,8)地下室顶板作上部结构嵌固端时（建筑抗震设计规范第

47、6.1.14条）地下室顶板避免开大洞口；采用现浇板，板厚=180mm，混凝土强度等级不小于C30，采用双层双向配筋，每层每向配筋率不小于0.25%；地下室侧向刚度=2.0倍相邻上一层侧向刚度；地下室柱截面每侧纵筋面积除满足要求外，还不应少于地上一层对应柱每侧纵筋的1.1倍;地上一层柱、抗震墙底部应符合加强部位的有关规定。9)防震缝（建筑抗震设计规范第6.1.4条）尽量不设，伸缩缝与变形缝应符合防震缝要求。8、9烈度区框架结构防震缝两侧，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧沿房屋全高设置垂直于防震缝的抗撞墙。,返回,1.5.3 框架梁抗震设计,一、框架梁的破坏形态,主要发生于节点附近的梁

48、端，常见的震害现象包括：（1）当抗剪箍筋较多，纵筋较少时，弯曲破坏，竖向裂缝；（2）当抗剪箍筋较少，纵筋较多时，剪切破坏，斜向裂缝；（图1.36）（3）梁纵筋在节点内锚固长度不足，或锚固构造不当，造成纵筋滑移过 大（或而拔出）；还有设计不周引起的破坏，但可通过构造措施避免。例如：未考虑地震作用下梁端出现的正弯矩，可能导致梁底面处发生破坏等。框架梁的破坏后果（仅局部损伤，不危及房屋整体倒塌）不如柱破坏严重。梁的斜截面破坏、锚固破坏都是脆性破坏，应特别注意防止。,二、影响框架梁延性的因素,1)纵筋配筋率 单筋矩形梁M关系随配筋率变化曲线如图（图1.37），由图可见，配筋率越高延性越差，配筋率越低延

49、性越好。由于截面曲率与截面相对受压区高度成反比。而相对受压区高度对单筋梁为：,试验表明：在0.25-0.35范围内，梁的位移延性延性系数可达到34。另加大截面受压区面积(如T形梁)，也会使梁的延性改善。,对双筋矩形截面：在适筋范围内，延性因素可从其相截面相对受压区高度公式得出。,2)剪压比 剪压比为梁截面上的“名义剪应力”V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值fc的比值。试验表明：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响。当剪压比大于0.15时，梁的强度和刚度即有明显的退化现象。故规范规定：必须限定截面剪压比，即限定截面最小尺寸。3)跨高比 即梁净跨与梁截面高度

50、之比。随跨高比减小，剪力影响增大，剪切变形占全部变形的比重加大。试验表明，当梁跨高比小于2时，极易发生斜裂缝，一旦主斜裂缝形成，梁的承载力急剧下降，表现出极差的延性。规范规定：梁净跨不宜小于截面高度的4倍。当梁的跨度较小，而梁的设计内力较大时，宜首先加大梁宽，这样当然会增加用钢量，但对提高梁的延性有利。4)塑性铰区的箍筋量 在塑性铰区配足够封闭箍筋，对提高塑性铰的转动能力非常有效。规范规定：在框架梁端塑性铰区范围内，箍筋必须加密。,1)正截面受弯承载力计算 考虑地震作用组合的框架梁，其正截面抗震受弯承载力按混凝土结构设计规范第 7.2节的规定进行计算，但在公式右边应除以相应的承载力抗震调整系数