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1、1,高层建筑结构设计,主 讲 人：谢 孝 副教授后勤工程学院建筑工程系结构教研室 电话:68598194移动,CHAPTER Eight,2,CHAPTER Eight,框架构件设计和构造,抗震设计的延性要求设计要求梁、柱截面设计和配筋构造框架节点核心区截面设计,3,8.1内力组合及最不利内力,在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要按照“可能与最不利”的原则进行内力组合目的：求出控制截面的最不利内力一、控制截面及最不利内力构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的框架梁：两端支座 跨中,4,内力组合及最不利内力,框架柱：上下端,5,二、组合前的内力调整,（1）将梁柱轴线端内力调整至构件边
2、缘端（控制截面）的内力，当梁柱截面高度较小时，此项调整可略去（偏安全）,内力组合及最不利内力,6,（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座处上部配筋，方便施工支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.80.9，对于装配整体式梁取0.60.8支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求,按简支梁计算时跨中弯矩 经内力调整并组合后的支座弯矩,内力组合及最不利内力,7,三、水平作用方向风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的内力大小相等符号相反，所以只需计算其中一个方向的内力，另一方向的内力冠以相反符合即可,四、内力组合、无
3、地震作用效应组合时：,楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数 永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0 可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.6或 0.7(0.9)、1.0 对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房,内力组合及最不利内力,8,荷载分项系数的取值：承载力计算(1)永久荷载分项系数 对结构不利：可变荷载效应控制的组合：1.2 永久荷载效应控制的组合：1.35 对结构有利：1.0(2)楼面活荷载分项系数 1.4(3)风荷载分项系数 1.4 位移计算以上各分项系数取值为1.0,内力组合及最不利内力,9,有地震作用效应组合时,风荷载的组合值系数0.2,内力组合及最不利内
4、力,10,（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）（地震作用起控制）,内力组合及最不利内力,11,8.2 框架抗震设计的延性要求,一、延性的概念延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小延性比定义：,结构或构件屈服时的位移 承载力降低（降低1020）时的极限位移,延性结构荷载位移关系,12,框架抗震设计的延性要求,在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结构设计，结构可以通过塑性变形消耗地震能量，做到“大震不倒”
5、（而不是靠承载力抵抗大震）,13,14,1、延性结构设计原则（1）强柱弱梁（或强墙弱梁）要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰（2）强剪弱弯（3）强节点、强锚固2、保证延性的抗震措施（1）先划分抗震等级（分四个等级）（2）根据抗震等级，按延性设计原则控制计算：内力调整构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求,框架抗震设计的延性要求,15,8.3 设计要求,结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求）在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及荷载计算
6、完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置,弹性侧移验算表达式为,结构的顶点水平位移及层间相对变形 结构的总高度及层高,16,设计要求,2、稳定和抗倾覆验算 对高宽比H/B满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆 一般可以满足要求，很少进行验算3、截面承载力验算（强度要求）框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算 无地震作用组合：有地震作用组合：4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算,17,8.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造,1、框架梁的截面尺寸 主梁截面高度,：主梁计算跨度,步骤一：结构布置步骤二：截面
7、初选,2、框架柱的截面尺寸矩形截面柱的边长，非抗震设计不宜小于250mm，抗震设计不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm,结构设计步骤,18,框架梁、柱截面设计和配筋构造,框架柱的轴压比限值(影响柱承载力和延性的参数),19,轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低（图5），尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不明显。所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具有延性性质。,20,试验表明，在矩形柱或圆形柱内设置矩形核心柱（图6），不但可以提高柱的受压承载力，还可以提高
8、柱的变形能力。在压、弯、剪作用下，当柱出现弯、剪裂缝，在大变形情况下芯柱可以有效地减小柱的压缩，保持柱的外形和截面承载力，特别对于承受高轴压的短柱，更有利于提高变形能力，延缓倒塌。芯柱,21,框架柱的轴压比限值(影响柱承载力和延性的参数),框架梁、柱截面设计和配筋构造,22,步骤三：汇集荷载及荷载计算竖向恒荷载竖向活荷载水平风荷载地震作用,步骤四：内力计算竖向恒荷载作用下内力计算竖向活荷载作用下内力计算水平风荷载作用下内力计算地震作用下内力计算,框架梁、柱截面设计和配筋构造,23,步骤六：控制截面及控制截面内力调整梁柱轴线端内力调整至构件边缘端竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布,步骤七：
9、内力组合、确定最不利内力,步骤八：截面尺寸验算,1、框架梁受剪截面应符合下列要求无地震作用组合时,步骤五：侧移验算侧移不满足要求回到步骤一,框架梁、柱截面设计和配筋构造,24,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,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、I形截面的腹板宽度 梁柱截面计算方向有效高度,跨高比不大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱,框架梁、柱截面设计和配筋构造,25,2、框架柱截面应符合下列要求柱剪跨比不宜小于2柱截面高宽比不宜大于
10、3,剪跨比影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数,长柱，发生弯曲破坏 短柱，发生剪切破坏 极短柱，发生剪切斜拉破坏,注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数,框架梁、柱截面设计和配筋构造,26,步骤九：延性设计调整,1、框架梁强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整,9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合,分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值。当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 梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1 梁的净跨 考虑地震作用组合的重力荷载代表值作用下，按简支梁 分析的梁端截面剪力设计值,框架梁、柱截面设
11、计和配筋构造,27,2、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）,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 节点左右梁端截面顺时针或逆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弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1,框架梁、柱截面设计和配筋构造,28,3、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）,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,4、构造要求抗震设计
12、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。,框架梁、柱截面设计和配筋构造,29,步骤十：抗弯承载力计算,1、框架梁抗弯承载力计算无地震作用组合时 由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到,框架梁、柱截面设计和配筋构造,30,地震作用组合时,抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下：一级抗震 X0.25h0b0，AsAs0.5；二、三级抗震 X0.35h0b0，AsAs0.3,框架梁、柱截面设计和配筋构造,31,2、框架柱抗弯承载力计算无地震作用组合时 假定大偏心,地震作用组合时,框架梁、柱截面设计和配筋构
13、造,32,步骤十一：抗剪承载力计算,1、框架梁抗剪承载力计算无地震作用组合时,集中荷载为主的梁,框架梁、柱截面设计和配筋构造,33,1、框架梁抗剪承载力计算地震作用组合时,集中荷载为主的梁,框架梁、柱截面设计和配筋构造,34,抗剪承载力计算,2、框架柱抗剪承载力计算无地震作用组合时,地震作用组合时,框架梁、柱截面设计和配筋构造,35,有拉力情况下无地震作用组合时,地震作用组合时,框架梁、柱截面设计和配筋构造,抗剪承载力计算,36,步骤十二：构造要求,1、框架梁设计应符合下列要求（1）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于0.2和 二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定数值,框架梁、
14、柱截面设计和配筋构造,37,（2）框架梁的体积配箍率,As为单肢箍筋截面面积，n为肢数，s为箍筋梁跨方向间距，b为梁宽,说明：箍筋加密区长度:(一级),(二四级)第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm处箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm箍筋应有1350弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍箍筋直径和75mm的较大值,框架梁、柱截面设计和配筋构造,38,39,柱箍筋加密区的体积配箍率,箍筋单肢面积,箍筋总长,箍筋包围的混凝土核心面积的两个边长,含箍特征值,2、框架柱设计应符合下列要求,框架梁、柱截面设
15、计和配筋构造,箍筋间距,40,箍筋要求(1)箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm，每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束(2)柱箍筋加密区范围：底层柱的上端和其他各层柱的两侧，应取矩形截面柱之长边尺寸（或圆形截面柱之直径）、柱净高之1/6和500mm三者之最大值范围底层柱刚性地面上下各500mm范围底层柱柱根以上1/3柱净高的范围剪跨比不大于2的柱全高范围一级及二级框架角柱的全高范围,框架梁、柱截面设计和配筋构造,41,8.5 框架节点核心区截面设计,需要抗震验算：一、二级框架的节点核心区不需要抗震验算 三、四级
16、框架节点和各抗震等级的顶层端节点核心区,节点也是受力构件,42,框架节点核心区截面设计,1、强节点、强锚固剪压破坏，出现斜裂缝配置足够箍筋实现强节点钢筋滑移，出现粘结破坏足够的锚固实现强锚固,43,框架节点核心区截面设计,44,8.6 框架节点核心区截面设计,2、节点区设计剪力,梁截面的有效高度 梁受压钢筋合力点至受压边缘的距离 柱的计算高度，可采用节点上下柱反弯点之间的距离 节点左右梁端逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和，一级节点左右梁端弯矩均为负值时绝对值较小弯矩应取零 节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2,45,8.6 框架节点核心区截面设计,3、节点区抗剪验算,对应于组合
17、剪力设计值的上柱组合轴向力设计值，当N为压力时，不应大于柱的截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的50，当N为拉力时，应取为零 核心区计算宽度范围内验算方向同一截面各肢箍筋的全部截面面积 混凝土轴心抗拉强度设计值 箍筋的抗拉强度设计值 箍筋间距,46,框架节点核心区截面设计,梁高相差不大于主梁高度的1/4，梁宽不小于柱宽1/2时取1.5；9度取1.25；其他取1.0 节点核心区水平截面高度，采用验算方向的柱截面高度 节点核心区水平截面宽度：,节点核心区同一截面箍筋各肢总面积 承载力抗震调整系数，取0.85,47,8.7 钢筋的连接和锚固,48,非抗震设计时,49,抗震设计时,50,A级高度的高层建筑结构抗震等级,结构设计要求,51,52,框架节点核心区截面设计,1、强节点、强锚固剪压破坏，出现斜裂缝配置足够箍筋实现强节点钢筋滑移，出现粘结破坏足够的锚固实现强锚固,53,抗震设计时,54,提高构件延性强柱（墙）弱梁强剪弱弯强节点（锚固）弱构件,55,高层建筑结构设计,主 讲 人：谢 孝 副教授后勤工程学院建筑工程系结构教研室 电话:68598194移动,
