框架结构设计解析课件

1一、框架结构概念设计 受力变形特点竖向荷载作用下：梁端、跨中弯矩承载力极限状态：梁跨中f正常使用极限状态：水平荷载作用下：柱上、下端N、M、V承载力极限状态：框架水平侧移正常使用极限状态：第1页/共50页1一、框架结构概念设计 受力变形特点竖向荷载作用下：梁端、12框架水平侧移特点：z q剪切变形 曲线 剪力引起的变形曲线越底部 相邻两点间相对变形越大z q弯曲变形 曲线 弯矩引起的变形曲线越顶部 相邻两点间相对变形越大第2页/共50页2框架水平侧移特点：z q剪切变形 剪力引起的变形曲线23 qVBNANBVAVM（梁、柱弯曲、剪切变形）剪切型变形曲线弯曲型变形曲线（柱轴向变形）框架总变形整体剪切变形整体弯曲变形 由梁柱弯曲、剪切变形引起 由柱轴向变形引起第3页/共50页3 qVBNANBVAVM（梁、柱弯曲、剪切变形）剪切型变形34注：框架结构水平侧移曲线呈现 剪切型变形特点 底部层间变形最大 结构布置 最大适用高度(P35表215)高宽比限值 (P29表210)平、立面布置原则第4页/共50页4注：框架结构水平侧移曲线呈现 结构布置 最大适用高度45 构件选型 梁截面尺寸荷载、跨度、设防烈度、砼强度 hb(1/10 1/18)lb 且400mm、不宜1/4 ln bb(1/2 1/3)hb 且 200mm ln/hb 4、hb/bb 宜4 材料强度一级:不应低于C30二四级:不应低于C20不宜大于C40第5页/共50页5 构件选型 梁截面荷载、跨度、设防烈度、砼强度 h56 柱截面尺寸依据轴压比：bc、hc(1/15 1/20)Hc非抗震：不宜小于250mm抗震：不宜小于300mm圆柱：d 不宜小于350mm宜大于2、hb/bb不宜大于3材料强度一级:不应低于C30二四级:不应低于C208度不宜大于C70、9度不宜大于C60第6页/共50页6 柱截面依据轴压比：bc、hc(1/15 7 设计计算要点 节点框架梁、柱中心线宜重合偏心距不宜大于柱截面在该宽度的1/48度设防，偏心距该方向1/4柱宽时，可 采取增设梁水平加腋等措施沿建筑两主轴方向都应设置框架横向和纵向均应采取刚接连接、设计成 双向梁柱抗侧力体系第7页/共50页7 设计计算要点 节点框架梁、柱中心线宜重合沿建筑两78抗震框架梁不宜太强，钢砼框架柱网抗震框架梁不宜太强，钢砼框架柱网不宜超过不宜超过68m抗震时不得采用部分砌体墙承重形式填充墙在平面和竖向布置宜均匀对称 避免上、下层刚度变化过大 避免形成短柱 减少因抗侧刚度偏心造成的扭转 填充墙及隔墙注意与框架及楼板拉结及自身稳定性沿高度方向各层平面柱网尺寸宜相同柱截面变化时，尽可能使轴线不变楼层高度不等形成错层或上部楼层部分柱取消时，应加强楼层（加厚楼板、增加边梁配筋）第8页/共50页8抗震框架梁不宜太强，钢砼框架柱网抗震时不得采用部分砌体89二、内力、位移简化计算 基本假定平面抗侧力假定弹性变形假定刚性楼板假定 计算 单元和简图第9页/共50页9二、内力、位移简化计算 基本假定平面抗侧力假定弹性变形假定910梁、柱：几何轴线刚接节点梁柱连接处：跨度差10%，视为等跨构件截面惯性矩：柱：按实际截面计算梁现浇：边跨I1.5I0中跨I2.0I0预制：II0荷载简化：次梁：简支梁其它形式荷载简化为等效均布荷载第10页/共50页10梁、柱：几何轴线刚接节点梁柱连接处：跨度差10 1011 竖向荷载作用下近似计算-分层法 基本假定水平侧移忽略不计各层荷载对其它层杆件内力影响忽略 计算要点分层单层计算内力叠加节点不平衡力矩再分配（10%）上层柱线刚度0.9上层柱力矩传递系数取1/3第11页/共50页11 竖向荷载作用下近似计算-分层法 基本假定水平侧移1112 水平荷载作用下-反弯点法 基本假定若ib/ic3,假定梁刚度无穷大梁、柱轴向变形不计 基本概念柱抗侧刚度d：杆端剪力方程：V12ic/h2dV/12ic/h2icEI/h第12页/共50页12 水平荷载作用下-反弯点法 基本假定若ib/i1213反弯点：上层柱中点底层柱距底面2/3h 基本过程判断 ib/ic 3计算各柱 dij设各柱端侧移为第j层各柱剪力：V1j d1j jV2j d2j jVij dij j Vij VPj dij j VPj j VPj/dij Vij dij VPj/dij 第13页/共50页13反弯点：上层柱中点底层柱距底面2/3h 基本过程1314柱端弯矩 Vij dij VPj/dij 一般柱：底层柱：梁端弯矩边跨梁：中跨梁：第14页/共50页14柱端弯矩 Vij dij VPj/dij 一15 水平荷载作用下-D值法 基本假定梁、柱轴向变形不计假定同层各节点转角相同 柱抗侧刚度D h h h 1 2 3 ic ic ic i1 i2 i1 i2 i1 i2123123节点2：第15页/共50页15 水平荷载作用下-D值法 基本假定梁、柱轴向变形不16:修正系数K:梁柱刚度比K无穷大：Dd一般：DdVijDij VPj Dij 第16页/共50页16:修正系数K:梁柱刚度比K无穷大：Dd一般：17 柱反弯点高度修正影响柱反弯点位置主要因素：j-1j j-1=jMj-1=MjMj-1MjMj-1柱端约束刚度影响柱端约束 刚度因素结构层数、位置荷载形式梁柱线刚度比上下层变化（梁刚度、层高）第17页/共50页17 柱反弯点高度修正影响柱反弯点位置主要因素：j 18 标准反弯点高度 上下层梁刚度修正 上层层高修正 h上/h 2 下层层高修正 h下/h 3第18页/共50页18 标准反弯点高度 上下层梁刚度修正 上层层高修正 下层层19 水平侧移近似计算 水平侧移组成 整体剪切变形整体弯曲变形 整体剪切变形MQ：层间侧移：MQj VPj/Dij j层侧移：MQj jj1 MQj第19页/共50页19 水平侧移近似计算 水平侧移组成 整体剪切变形整体20 整体弯曲变形N：N N Bq（Z）Njj层侧移 Nj :Hj HN z第20页/共50页20 整体弯曲变形N：N N Bq（Z）Njj21V0:总剪力EA底:底层边柱轴向刚度FN:荷载系数层间侧移：Nj Nj Nj1第21页/共50页21V0:总剪力EA底:底层边柱轴向刚度FN:荷22三、构件截面设计荷载效应组合控制截面及最不利内力类型 梁支座：Mmax、Vmax、Mmax跨中：Mmax、Mmax（Mmin）柱上下端截面：MmaxMmax、N、VNmax、M、VNmin、M、V第22页/共50页22三、构件截面设计荷载效应组合控制截面及最不利内力类型 2223 计算截面梁端：柱边柱端：梁边 梁端内力调幅调幅系数现浇框架：0.8 0.9装配式框架：0.7 0.8M1M0M2M1M0M2M：按简支梁计算的跨中弯矩M（M1M2）/2+M0 M0 M/2 调幅后再组合第23页/共50页23 计算截面梁端：柱边柱端：梁边 梁端内力调幅2324 框架梁 梁抗剪截面限制条件无地震：有地震：跨高比 2.5:跨高比2.5:V:计算截面剪力设计值c:砼强度影响系数（C50 取1.0;C80 取0.8）b：矩形：截面宽度；T、I 形：腹板宽度第24页/共50页24 框架梁 梁抗剪截面限制条件无地震：有地震：跨高比2425 梁受压区高度要求M一级抗震：二级抗震：x:受压区高度第25页/共50页25 梁受压区高度要求M一级抗震：二级抗震2526 梁正截面承载力计算非抗震：MfyAsfpyApf yAs（po f py）Ap1fc 1 :系数（C50 取1.0;C80 取0.94）p0：受压区纵向预应力钢筋合力点处 砼法向应力为0时的预应力钢筋应力第26页/共50页26 梁正截面承载力计算非抗震：MfyAsfpyA27 梁斜截面承载力计算承载力计算公式承载力计算公式（考虑地震作用组合)一般框架梁:集中荷载作用下:Vb:截面剪力设计值:剪跨比（a/h0;1.53 )集中荷载对节点边缘产生的剪力值占总剪力75%以上第27页/共50页27 梁斜截面承载力计算承载力计算公式（考虑地震作用2728梁端剪力设计值梁端剪力设计值Vb（考虑地震作用组合）9度各类框架和一级框架结构:一级抗震:二级抗震:三级抗震:四级抗震:按地震作用组合的剪力设计值第28页/共50页28梁端剪力设计值Vb（考虑地震作用组合）9度各类框架和一2829 VGb:重力荷载代表值（考虑地震作用组合）产生的剪力设计值 ln:净跨Mlbua、Mrbua:梁左、右端与正截面抗弯承载 力对应的弯矩值采用材料强度标准值实配钢筋截面积考虑承载力抗震调整系数按顺时针、逆时针取大值Mlb、Mrb:梁左、右端弯矩设计值 （考虑地震作用组合）按顺时针、逆时针取大值 一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为0第29页/共50页29 VGb:重力荷载代表值（考虑地震作用组合）采用材料2930 框架柱 相关参数剪跨比剪跨比 2:长柱 1.52:短柱 1.5:极短柱对反弯点位于中点的柱：柱净高柱截面计算方向 有效高度第30页/共50页30 框架柱 相关参数剪跨比 2:长柱对反弯31轴压比轴压比考虑地震作用组合的轴力设计值（mm）P(KN)n=0.17长柱短柱（mm）P(KN)n=0.24 n=0.31 n=0.15 n=0.27 n=0.52第31页/共50页31轴压比考虑地震作用组合的轴力设计值（mm）P(KN)32 控制柱轴压比的意义:轴压比是影响柱延性和破坏形态的重要因素 柱的位移延性随轴压比增大急剧下降 轴压比不同，柱将呈现两种破坏形态：大偏心受压破坏、小偏心受压破坏 轴压比小于一定数值，为大偏心受压破坏；反之则为小偏心受压破坏n n P78表49第32页/共50页32 控制柱轴压比的意义:n n P78表49第3233结构类型结构类型抗震等级抗震等级一级一级二级二级 三级三级框架结构框架结构0.70.80.9框架框架-剪力墙、板柱剪力墙、板柱-剪力剪力墙及筒体墙及筒体0.750.850.95部分框支抗震墙部分框支抗震墙0.60.7-柱轴压比限值第33页/共50页33结构类型抗震等级一级二级三级框架结构0.70.80.9框3334 柱正截面承载力计算承载力计算公式承载力计算公式NsAspApf yAs（po f py）Ap1fce第34页/共50页34 柱正截面承载力计算承载力计算公式NsAs35节点上下柱端弯矩设计值节点上下柱端弯矩设计值Mc9度设防和一级框架结构:一级抗震:二级抗震:三级抗震:四级抗震、顶层柱、n0.15:取地震作用组合的弯矩设计值第35页/共50页35节点上下柱端弯矩设计值Mc9度设防和一级框架结构:一3536 Mbua:同一节点左右侧梁端正截面抗震受弯 承载力对应的弯矩值之和采用材料强度标准值实配钢筋截面积考虑承载力抗震调整系数按顺时针、逆时针取大值Mb:同一节点左右梁端弯矩设计值之和 （考虑地震作用组合）按顺时针、逆时针取大值 一级抗震时若均为负弯矩，绝对值较小的取为0Mc:考虑地震作用组合节点上下柱端弯矩 设计值之和；按上下柱端弯矩比（考 虑地震作用组合）进行分配 第36页/共50页36 Mbua:同一节点左右侧梁端正截面抗震受弯采用材料3637某框架中间层中间节点考虑地震作用组合内力如下图，求：二级抗震时，上下柱端截面弯矩设计值。例：中间节点柱端弯矩值计算228390283317426150222296顺时针：顺时针：Mb228390618 KNm相应柱端弯矩和为相应柱端弯矩和为283317600 KNm逆时针：逆时针：Mb426150576 KNm相应柱端弯矩和为相应柱端弯矩和为222296518 KNm第37页/共50页37某框架中间层中间节点考虑地震作用组合内力例：中间节点柱端3738Mb取顺时针取顺时针618 KNm Mc1.2618741.6 KNm上柱端截面上柱端截面Mtc 741.6 283/600349.8 KNm下柱端截面下柱端截面Mbc 741.6 317/600391.8 KNm某框架中间层中间节点考虑地震作用组合内力如下图，求：二级抗震时，上下柱端截面弯矩设计值。例：中间节点柱端弯矩值计算228390283317426150222296第38页/共50页38Mb取顺时针618 KNm某框架中间层中间节点考虑地3839 柱斜截面承载力计算柱受剪截面限制条件（剪压比）柱受剪截面限制条件（剪压比）无地震：有地震：2:2:c:砼强度影响系数（C50 取1.0;C80 取0.8）第39页/共50页39 柱斜截面承载力计算柱受剪截面限制条件（剪压比）3940柱斜截面承载力计算公式柱斜截面承载力计算公式无地震作用:有地震作用:1 3 N:柱轴向压力设计值 N0.3 fc Ac若出现拉力，公式中N项为0.2NRE:0.85第40页/共50页40柱斜截面承载力计算公式无地震作用:有地震作用:14041柱剪力设计值柱剪力设计值Vc9度设防和一级框架结构:一级抗震:二级抗震:三级抗震:四级抗震:按地震作用组合的剪力设计值第41页/共50页41柱剪力设计值Vc9度设防和一级框架结构:一级抗震:4142Mtcua、Mbcua:柱上、下端正截面受弯承载力 对应的弯矩值采用材料强度标准值实配钢筋截面积考虑承载力抗震调整系数按顺时针、逆时针取大值Mtc、Mbc:柱上、下端弯矩设计值 （考虑地震作用组合）按顺时针、逆时针取大值第42页/共50页42Mtcua、Mbcua:柱上、下端正截面受弯承载力4243 柱构造要求纵筋配置、纵筋配筋率（纵筋配置、纵筋配筋率（P79表表4-10）箍筋：加密区柱端箍筋加密作用:增加柱端截面抗剪强度 约束混凝土，提高混凝土抗压强度及变形能力 为纵向钢筋提供侧向支撑，防止纵筋压曲 箍筋Smax、dmin （P79表4-11）第43页/共50页43 柱构造要求纵筋配置、纵筋配筋率（P79表4-144体积配筋率Vash:钢箍单肢面积lsh:钢箍总长l1、l2:钢箍包围的砼核芯面积边长s:钢箍间距 最小配箍特征值 P81表412配筋形式第44页/共50页44体积配筋率Vash:钢箍单肢面积 最小配箍特征值配筋4445 节点区 节点抗震设计原则强节点弱杆件：使节点 承载力不低于构件承载力 多遇地震时节点应在弹性 范围内工作罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递梁、柱纵筋在节点区应有可靠锚固节点配筋不应使施工过分困难第45页/共50页45 节点区 节点抗震设计原则强节点弱杆件：使节点第46 节点剪压比限制 bj:节点区截面有效计算宽度（P76式433）hj：节点区高度（hc）j：正交梁约束影响系数楼板现浇、梁柱中心线重合、bb1/2bc且正交向梁高3/4hb ：1.59度设防：1.25其它：1.0第46页/共50页46 节点剪压比限制 bj:节点区截面有效计算宽4647 节点剪力设计值9度、一级框架:其它:jb：节点剪力增大系数（一级：1.35 二级：1.2）Hc:柱计算高度（上下柱反弯点间距）Mbua：节点区左右梁端受弯承载力对应的 弯矩设计值之和Mb：节点左右梁端组合弯矩设计值之和第47页/共50页47 节点剪力设计值9度、一级框架:其它:jb：节48 节点受剪承载力计算9度设防:其它:j：正交梁约束影响系数N:对应组合剪力设计值的上柱组合轴向力设计值 受压：N 0.5 fc Ac 受拉：N 0第48页/共50页48 节点受剪承载力计算9度设防:其它:j：正49第四章作业：第四章作业：P866、9、11P8718第49页/共50页49第四章作业：第49页/共50页4950感谢您的欣赏第50页/共50页50感谢您的欣赏第50页/共50页50