高层建筑结构第4章(框架结构设计)课件.ppt

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1、高层建筑结构,讲解：吕辉,Tall buildings structure,第四章 框架结构设计,4-5 梁截面设计及构造,4-1 结构布置和计算简图,4-2 竖向荷载作用下的计算,4-4 构件设计中的重要规定,4-3 水平荷载作用下的计算,4-6 柱截面设计及构造,一.结构布置,沿建筑的两个主轴方向都应设置框架。,抗震设防时或非地震区层数较多时，横向和纵向 均应设计为刚接框架。,抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。高层不得采用。,框架布置首先是柱网布置。柱网尺寸由使用要求 确定，但抗震设防时柱网不宜过大。,当梁、柱中心线的偏心距大于柱宽的/时，可增设梁的水平加腋。,框架梁、柱中心线宜重合。否

2、则计算中应考虑梁 荷载对柱子的偏心影响，可采用梁上挑板方法托墙。,4-1 结构布置和结构简图,抗震设计时，不得采用部分砌体墙承重的混合 形式（楼、电梯间、电梯机房等）。,抗震设计时，楼、电梯间采用混凝土墙时，应 考虑墙与框架的协同工作。,各层柱网尺寸宜相同。,填充墙、隔墙宜采用轻质墙体，并与框架和楼板 拉结可靠。,现浇框架梁、柱、节点混凝土不应低于C30（一级 抗震）、C20（非抗震、二四级抗震）。梁不宜 大于C40，柱不宜大于C60-70。,二.梁截面尺寸的确定和刚度取值,应根据竖向荷载大小、跨度、抗震等级、混凝土强度等级等因素综合确定梁截面尺寸。,hb=(1/10-1/18)lb 400

3、且 1/4 lb0,bb 1/4 hb 且 200,1.刚度和构造要求,2.抗剪要求（剪压比）,3.变形要求（延性）,无地震组合时,应考虑楼板的翼缘加强作用，将矩形截面惯性矩放大：对现浇楼盖，中框架I=2.0I0；边框架I=1.5I0,有地震组合时，l/h 2.5的梁,有地震组合时，l/h 2.5的梁,无地震组合时，梁端,有地震组合时，一级抗震,二、三级抗震,梁受剪截面限制条件。对延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响。,三.柱截面尺寸的确定,矩形柱：bc 250(非抗震设计)、300（抗震设计）圆柱：dc350,剪跨比,1.构造要求,截面高宽比 hc/bc 3,2.轴压比要求,长柱：

4、（c 2）压弯型破坏，斜 截面受剪承载力大于其正截面偏心受压承载力的要求，并且有一定的变形能力。(防止短柱),柱的位移延性比与轴压比的增加而急剧下降。轴压比较小时，柱的轴力小，柱截面受压区高度x小，构件将发生受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏，破坏时构件有较大的变形。而轴压比较大时破坏时，受拉钢筋（或受压钢筋较小侧的钢筋）并未屈服，构件变形较小。,3.抗剪要求（剪压比）：框架柱受剪截面限制条件,无地震组合时,有地震组合时，2 的柱,有地震组合时，2的柱,back,为防止框架柱在侧向力的作用下发生脆性剪切破坏，保证柱内纵筋和箍筋能够有效地发挥作用，必须限制柱受剪截面尺寸不能过小。,手算时采用弯矩分

5、配法或迭代法,当层数较多，各层荷载相近、层高和梁柱截面 变化不大时，可采用分层法,一.计算方法,4-2 竖向荷载作用下的计算,（满跨均布）,二.弯矩调幅,三.活荷载布置,back,基本假定忽略竖向荷载作用下框架结构的侧移；每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱 上产生内力。,竖向荷载作用下的内力计算方法分层法（弯矩二次分配法的简化）,根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环2次。,分层法计算示意图,线刚度修正,注意事项：由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计算简

6、图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。,考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯矩传递系数取1/3；,传递系数修正,分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加；在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。,手算时采用 反弯点法 和 D 值法计算内力和位移,一.计算方法,二.水平位移计算,4-3 水平荷载作用下的计算,back,水平荷载作用下的内力近似计算方法,反弯点法,适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用 下的弯矩值。,误差

7、能满足设计精度要求,（1）反弯点位置 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以EI梁=为前题）。,反弯点位置图,（2）反弯点处的剪力计算 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧刚度为：,EIci 第i根柱的刚度；hi 第i根柱的柱高。,以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。顶层,因此各柱的剪力为：,F3,第二层,各柱的剪力为：,F2,F3,第一层,各柱的剪力为：,F3,F2,F1,（3）弯矩图绘制 柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值便可以求出每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。边节点：,中节点：,D值法,（1）反弯点法的问题,柱的抗侧刚度

8、只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度之比、上下层层高、框架的总层数等因素有关。,（2）D值法的基本思想,与反弯点法相比：相同之处 先确定反弯点位置不同之处 考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。,因此，D值法又称为修正的反弯点法，适用于梁柱线刚度比小于3的情况。,（3）柱的抗侧刚度,式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。,（4）修正的反弯点高度,式中 y0标准反弯点高度比；y1因上、下层梁刚度比变化 的修值；y2因上层层高变化的修正值；y3因下层层高变化的

9、修正值。,柱端弯矩,框架在水平荷载作用下的侧移由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形产生。一般情况下，可只考虑由于梁柱弯曲变形产生的侧移。,侧移值的计算,框架层间侧移,j层侧移,第j层的总剪力,第j层各柱侧向总刚度,框架结构侧移计算与限制,层间位移角,在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布，减小梁端负弯矩，相应增大梁跨中弯矩。调幅后的支座弯矩为：=M式中 梁支座截面调幅后的弯矩；M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩；调幅系数，现浇框架：0.80.9 装配式框 架：0.70.8。,竖向荷载下框架梁端弯矩的调幅,M,ML,MR,M,截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩之半。如为均

10、布荷载，则,注：1、竖向荷载产生的梁的弯矩应先调幅，再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。2、只在竖向荷载下调幅，水平荷载下不能调幅3、柱端弯矩任何情况下不能调幅,4-4 构件设计中的重要规定,手算时应先分别计算各种荷载下的内力和位移，然后组合。,组合后应先校核位移，然后截面设计。,所有水平荷载都应按两个主轴分别计算，并考虑 正反两个方向。,内力组合后梁端取柱边值，柱端取梁顶或梁底值。,梁、柱截面设计应分别按正截面受弯承载力和 斜截面承载力计算，并满足构造配筋要求。,抗震设防时角柱应按双向偏压计算。,抗震设防时要求强柱弱梁、强剪弱弯、强节点 弱构件。,back,4-5 梁截面设计及构造,

11、二.剪力设计值的确定,（体现强剪弱弯）,9度和一级框架，还应满足：,一.设计计算内容,正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力、裂缝验算、挠度验算,三.框架梁纵筋构造要求,1.最大配筋率,抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋max=2.5%,（分清是否抗震设计）,2.最小配筋率,非抗震设计时，纵向受拉钢筋min不应小于0.2%和 45ft/fy 的较大者,抗震设计时，纵向受拉钢筋min不应小于P63表4-2,3.梁端受压钢筋比值,（强制性条文）,（强制性条文）,（强制性条文）:为提高框架梁的延性,4.受拉纵筋最小锚固长度,非抗震设计时 la(见混凝土规范),一、二级抗震时 laE=1.15la,三级抗震时

12、laE=1.05la,四级抗震时 laE=1.00la,5.受力纵筋的接头,二、三、四抗震时，可采用搭接或焊接接头；一级抗震时，宜采用机械接头,搭接接头的搭接长度 ll=la或laE,同一连接区段内的接头面积率不宜超过50%,6.纵向构造钢筋（腰筋）,目的是抵抗混凝土收缩应力，防止收缩裂缝,机械连接套筒,C,C,四.框架梁箍筋构造要求,加密区长度、箍筋最大间距、最小直径（P63表4-3）（强制性条文）,1.最小配筋率,非抗震设计时，sv=Asv/bs0.24 ft/fyv,一级抗震时，sv0.30 ft/fyv,二级抗震时，sv0.28 ft/fyv,三、四级抗震时，sv0.26 ft/fyv

13、,2.抗震设计时箍筋要求,非加密区箍筋最大间距加密区箍筋间距的2倍,加密区箍筋肢距要求,箍筋应有1350弯钩，弯钩端部直段长度10d,back,4-6 柱截面设计及构造,一.设计计算内容,正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力、裂缝验算,二.柱端弯矩设计值的确定,（体现强柱弱梁）,9度和一级框架，还应满足：,抗震设计时，除顶层柱和轴压比小于0.15的柱外,一、二、三级框架，底层柱底截面Mc 放大 1.5、1.25、1.15倍,一、二、三级框架，角柱Mc 经上述调整后还应 乘以不小于1.1的增大系数,三.柱端剪力设计值的确定,（体现强剪弱弯）,9度和一级框架，还应满足：,一、二、三级框架，角柱Vc

14、经上述调整后还应 乘以不小于1.1的增大系数,四.框架柱纵筋构造要求,1.最大配筋率,截面总配筋率:max=6%(非抗震)或 5%(抗震),2.最小配筋率,（强制性条文）,截面总配筋率:min(P68表4-5),截面每侧配筋率:min=0.2%,3.纵筋间距,抗震时，b 400的柱，间距200,非抗震时，间距350，净距50,4.纵筋的接头,一、二级抗震及三级抗震底层柱，宜用机械接头；三级抗震的其他柱和四级抗震时，可采用搭接或焊接接头,同一连接区段内的接头面积率不超过50%,柱纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接,5.底层柱纵筋锚入基础的长度,对独立基础、筏基，全部纵筋直通基底；对箱基，边柱、角

15、柱、与剪力墙相连柱、地下室内柱，全部纵筋直通基底；其他内柱将四角纵筋直通基底，其他纵筋伸入墙体内45d。,五.框架柱箍筋构造要求,（抗震设计时）,1.加密范围,2.加密区的最小直径和最大间距,3.加密区的箍筋体积配筋率,4.箍筋的肢数和形式,（强制性条文）,（P69表4-6）,每边纵筋4根时，采用井字形复合箍筋,back,本章学习要求,熟悉框架结构布置要点。掌握梁柱截面尺寸的确定方法。掌握竖向荷载、水平荷载下的计算方法和有关规定。熟悉框架结构构件设计的重要规定。掌握框架结构梁柱截面设计内容和方法。熟悉梁柱截面重要构造要求。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,