多层及高 层 建 筑 结 构设计合肥工业大学土木建筑与工程学院
2006-04
参考资料,
1,高层建筑混凝土技术规程 (JGJ 3-2002)
2,建筑抗震设计规范 (GB 50011-2001)
3,高层建筑结构 ( 吕西林 主编 )
0、绪论 高层建筑结构体系及布置常用的结构体系?
竖向结构体系(抗侧力体系)的选择?
水平承重体系(楼盖体系)及其选择?
back
0.1高层结构体系的发展过程始用年代 结构体系和特点
1885
1889
1903
20世纪初二次大战后
20世纪 50年代
20世纪六七十年代
20世纪 80年代
20世纪 80年代中期砖墙、铸铁柱、钢梁钢框柱钢筋混凝土框架钢框架+支撑钢筋混凝土框架+剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土结构钢框架+钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构
0.2常用的结构体系
back
框架结构 剪力墙结构 框架 - 剪力墙结构框架 - 筒体结构 筒中筒结构 成束筒结构筒体结构 悬挂结构 巨型框架结构 应力蒙皮结构钢筋混凝土结构框架筒体结构 组合筒体结构 剪力桁架与框桥架结构 交错钢结构钢结构竖向结构体系(抗侧力体系)的选择
建筑使用功能
建筑平面
建筑高度
抗震等级
地质条件
施工技术
……
用途 ≤50m ≥50m
住宅 剪力墙、框架 -剪力墙 剪力墙、框架 -剪力墙旅馆 剪力墙、框架 -剪力墙、框架 剪力墙、框架 -剪力墙、筒体公共 框架 -剪力墙、框架 框架 -剪力墙、筒体
back
水平承重体系(楼盖体系)及其选择楼(屋)盖体系的作用
承受竖向荷载
连接抗侧力构件,承受其传来的剪力和轴力选择原则
结构整体性、面内刚度
结构高度小、质量轻
建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等常用楼盖体系及其适用性
现浇楼盖
预制板楼盖
预应力叠合板楼盖
组合楼盖
back
常用楼盖体系及其适用性
现浇楼盖
肋梁楼盖 ——普通、技术经济指标好;结构高度大、不便管线安装
宽扁梁 (用于层高受限时)
密肋楼盖 ——省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用荷载较大时可有较好技术经济指标好;不美观、吊顶处理
无梁楼盖 ——适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时;冲切问题
非预应力平板楼盖 ——广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整;
跨度大时自重大、不经济?现浇非预应力空心板楼盖
无粘结预应力平板楼盖 ——适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活
预制板楼盖
预应力空心板楼盖 ——适用于高度 50m以下时,但要求严格(缝内设钢筋、
设现浇 面层、加强板端连接)
预应力大楼板楼盖 ——与房间同尺寸,双向先张法预应力筋,板边齿槽;吊装问题
预应力叠合板楼盖预制 RC薄板( 50-60mm),上现浇 RC。省模板、刚度大、整体性好
组合楼盖压型钢板上现浇 RC。省模板、自重小、厚度小;用钢量大
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0.3结构布置原则
1 抗震设防结构布置原则
( 1)选择有利的场地
( 2)保证地基基础的承载力、刚度
( 3)合理设置抗震缝
( 4)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径
( 5)多道抗震设防能力
( 6)合理选择结构体系
( 7)结构应有足够的刚度
( 8)结构应有足够的结构承载力
( 9)节点的承载力应大于构件的承载力
( 10)结构应有足够的变形能力及耗能能力
2 房屋适用高度和高宽比结构类型 非抗震 6度 7度 8度 9度框架 70 60 55 45 25
框架 -剪力墙 140 130 120 100 50
剪力墙全部落地剪力墙 150 140 120 100 60
部分框支剪力墙 130 120 100 80 不应采用筒体 框架 -核芯筒 160 150 130 100 70筒中筒 200 180 150 120 80
板柱 -抗震墙 70 40 35 30 不应采用适用的房屋最大高度( m)
注:
1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度(不包括局部突出屋面的电梯机房等高度);
2 框架 -核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构;
3 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构;?
4 9度抗震设防、超过表内高度的房屋,应进行专门研究,采取必要的加强措施。
back
3 结构平面布置原则高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称,刚度和承载力分布均匀,不应采用严重不规则的平面形状。
4 结构竖向布置原则第一章 结构极限状态设计的基本新世纪娱乐平台路线结构功能要求 –能承受正常施工和正常使用是可能出现的各种作用
–在正常使用时具有良好的工作性能
–在正常维护下具有足够的耐久性能
–在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性
结构可靠度在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率在规定的时间内 ——设计基准期( 50年)
在规定的条件下 ——正常设计、正常施工、正常使用预定功能 ——四项结构功能? 极限状态设计
可靠指标
失效概率
可靠指标
back
Z =Z Z
ZfZ(Z)
0
Z=R-S≥0
=? Z/? Z
Z=? R-? S? Z2=?R2+? S2
1.1 极限状态设计定义整个(或部分)结构超过某特定状态就不能满足设计规定的某一功 能要求两类极限状态承载能力极限状态 ——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形(如倾覆、疲劳、机构、失稳等)
正常使用极限状态 ——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值(如影响正常使用或外观的变形、局部损坏、振动或其它特定状态)
极限状态方程
g(X1,X2,?,Xn)=0
极限状态设计表达式
g(X1,X2,?,Xn)≥0
Z=R-S≥0
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1.2 作用及其分类
–直接作用(荷载) ——施加在结构上的集中或分布荷载 ——GBJ68-84
–间接作用(作用) ——引起结构外加变形或约束变形的原因(温度变化、焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等)
back
时间变异 位置变异 结构反应
永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接
可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震
偶然作用地震、爆炸、撞击
固定作用自重、固定设备荷载
可动作用吊车荷载、人员荷载
静态作用自重、楼面活荷载
动态作用地震、吊车荷载、设备振动、
风荷载
1.3 风荷载基本风压定义:当地比较空旷平坦地面上离地 10m高所得的 30年一遇 10min平均最大风速 v0为标准,按 v02/1600确定的风压值按全国基本风压分布图采用,>=0.25kN/m2
调整系数(略)
back
0 zszk?
风压高度变化系数
风荷载体型系数
风振系数
考虑范围
房屋结构 H>30m & H/B>1.5
高耸结构 T1>0.25s
考虑方法
z
z
z?
1
脉动增大系数 ),,( 210 Z o n eT y p eTf
脉动影响系数 ),,/,( Z o n eT yp eBHHf?
振型系数 HHT y p eHHf iiz /),,(?
1.4 抗震设计规范以 黑体字 标志的条文为 强制性条文,必须严格执行。
术语抗震设防烈度 seismic fortification intensity
按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。
1.4.1 地震作用建筑抗震设防目标与标准抗震设防及其思想?
设防依据?
设防目标及其实现?
建筑类别与设防标准?
建筑结构抗震验算地震作用计算?
结构抗震验算?
back
1、抗震设防及其思想抗震设防对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施指导思想预防为主减轻结构震害避免人员伤亡减少经济损失使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行趋势使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力
back
2、设防依据 ——抗震设防烈度定义:按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度确定:必须按国家规定的权限审批、颁发的文件
(图件)确定一般情况下,可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度(或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值)
对做过抗震防灾规划的城市,可按批准的抗震设防区划
(抗震设防烈度或设计地震动参数)进行抗震设防设防范围
6-9度 back
3、抗震设防目标:
小震不坏、中震可修、大震不倒抗震设防烈度为 6度及以上地区的建筑,必须进行抗震设计。
大于 9度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑,抗震设计有专门规定 。
4、两阶段设计
back
阶段 目 标 烈 度地震作用性质受力状态 作用效应组合第一阶段小震不坏(隐含中震可修)
多遇地震作用对应的烈度
(小震)
可变作用弹性(部分弹塑性)
承载力验算采用基本组合 (多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算,采用短期效应组合,即作用分项系数均取 1.0)
第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度
(大震)
偶然作用 弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算,采刚短期效应组合,
即怍用分项系数均取 1.0
说明:
第一阶段为弹性分析,包括截面设计和变形计算;
大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。
5、三水准地震作用的标定基本假定地震强度呈极值分布烈度符合极值 III型
back
地震影响 50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度 ——
众值烈度小震
63.2% 50年设防烈度中震 10% 475年罕遇地震对应的烈度大震 2-3%
1642-
2475年
计算
– F(I)=exp[-(12-I)k/(12-Im)k],RT=-T/ln(1-F(I)))
I
f(I)
Im I0 Is
一般关系
–烈度,Im=I0-1.55,Is<=I0+1
–加速度,PGAm=PGA0*1/3,PGAs=PGAm*(4-6)
6、建筑类别与设防标准建筑类别 建筑的重要性 抗震措施 地震作用计算甲类 特殊要求的建筑 特殊考虑 特殊考虑乙类 国家重点抗震城市生命线 工程的建筑 提高一度( 9度适当提高) 原设防烈度丙类 甲、乙、丁类以外的一般 建筑 原设防烈度 原设防烈度丁类 次要的建筑 降低一度( 6度不降) 原设防烈度
back
1.4.2 地震作用计算一般说明和计算原则基本计算数据水平地震作用的计算竖向地震作用的计算
back
1、一般说明和计算原则影响设计地震作用的因素设计地震作用的方向地震作用的计算范围和原则地震作用的计算方法及其适用范围计算模型
back
2、影响设计地震作用的因素地震动特性方面抗震设防烈度设计近远震场地类别结构特性方面结构自振周期建筑质量(重力荷载)
结构阻尼比(材料)
back
设计地震作用的方向水平(两个)
竖向(一个)
结构效应的方向平动(两个水平、一个竖向)
扭转(竖轴)
3、设计地震作用的方向
back
4、地震作用的计算范围和原则计算范围水平地震作用
6度区
–(除甲类建筑和 IV类场地上的较高房屋外)可不算
7-9度区
–(除可不进行上部结构抗震验算的房屋外)均算
8,9度大跨度结构和长悬臂结构
9度的高层建筑
水平地震作用的计算原则
– 竖向地震作用
– 一般正交布置抗侧力构件的结构,可沿纵横主轴方向分别计算
– 斜交布置抗侧力构件的结构,宜按平行于抗侧力构件方向计算
– 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应考虑水平地震作用的扭转影响
back
地震作用的计算方法及其适用范围地震作用 结构 方法 使用范围水平弹性底部剪力法 高度不超过 40m,以剪切变形为主,质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法 不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法
(补充计算)
甲类建筑、特别不规则的建筑
H>80m,7,8度 I,II类场地乙、丙类建筑
H>60m,8度 III,IV类场地和 9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法 (略)
时程分析法 (略)
竖向 弹性 底部轴力法 需考虑竖向地震作用的结构
back
计算模型 ——集中质量模型多高层房屋无扭转有扭转单层厂房横向纵向
back
基本计算数据重力荷载代表值结构自振周期设计反应谱重力荷载代表值重力荷载代表值永久荷载(建筑结构构配件自重)标准值 +可变荷载
(雪、灰、楼面活荷载)组合值
back

n
i
ikQikE QGG
1
永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值设计反应谱水平地震影响系数
水平地震影响系数曲线
–水平地震影响系数曲线
GkGgP G AP G ASgmmSF aa
–水平地震影响系数最大值
T(s)
α
αmax
0.45αmax
0 0.1 Tg(特征周期) 3.0
α=(Tg/T)0.9 αmax
>=0.2 αmax
场地类别 I II III IV
近震 0.20 0.30 0.40 0.65
远震 0.25 0.40 0.55 0.85
烈度 6 7 8 9
多遇地震 18 36 72 144
罕遇地震 ---- 225 405 630
烈度 6 7 8 9
多遇地震 0.04 0.08 0.16 0.32
罕遇地震 ---- 0.50 0.90 1.40
back
设计近远震场地类别
5、场地类别的划分
back
场地覆盖层厚度 (m)
场地土类型
0 3 9 80
坚硬中硬中软软弱 III
III
IV
back
6、水平地震作用的计算振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法楼层水平地震剪力的分配扭转问题地基 —结构动力相互作用振型分解反应谱法
back
gxIMxKxCxM
ijijjji GaF
2jSS
计算振型 计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用 计算振型地震效应振型组合
xg(t)
xi(t)
n
j
ijinniijiiii yayayayayax
1
2211
a1i aji ani


n
i
jii
n
i
jii
j
T
j
T
j
j amamaMa
IMa
1
2
1
两点注意:
计算步骤塔楼底部剪力法计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配
eq
n
i
ii
n
i
ii
n
i
i
n
i
iEk GGmHGaFFF 1
1
11
1
111
1
1
1


Ekn
i
ii
ii
i F
HG
HGF
1
mHi
Hi
Fi
FEk
ΔFn
n1 Eknn FF

n
im
ini FFV
–顶部附加地震作用
–突出屋面小建筑物
适用条件
back
Geq——结构等效重力荷载代表值
SDOF,Geq=G1
MDOF,Geq=Sum(Gi)*0.85
楼层水平地震剪力的分配现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑,宜按 抗侧力构件等效刚度 的比例分配木楼屋盖等柔性楼盖建筑,宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑,可取上述两种分配结果的平均值考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时,可按各有关规定对上述分配结果作适当调整
back
7、竖向地震作用的计算高层房屋( 9度)
地震作用标准值 Fvi
Hi
Fvi
FEvk
– 楼屋盖的竖向地震作用效应分配
按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配
平板型网架屋盖和跨度大于 24m的屋架( 8,9度)
eqeqveqvE v k GGGF m a xm a x1 65.0
E v kn
i
ii
ii
vi F
HG
HGF
1
n
i
ieq GG
1
75.0
长悬臂和其它大跨结构( 8,9度)
ivi GF
)2.0,1.0( ivi GF back
back
结构抗震验算一般规定地震作用下的作用效应组合截面抗震验算抗震变形验算结构抗震验算的一般规定验算范围除 6度建筑( IV类场地上的较高层除外)和规定可不进行验算的结构外,均应验算验算内容截面抗震验算抗震变形验算
多遇地震作用下的弹性变形验算 ——非结构构件的破坏
罕遇地震作用下的弹塑性变形验算 ——抗倒塌
back
back
地震作用下的作用效应组合组合类型 地震作用 用途多遇地震作用下作用效应的基本组合 多遇地震 截面抗震验算多遇地震作用下短期效应 多遇地震 弹性变形验算罕遇地震作用下短期效应 罕遇地震 弹塑性变形验算
kwwwvkEvEvhkEhEhEGG wCECECGCS
hkEhs ECS?
hkEhs ECS
back
截面抗震验算
RERS
内力基本组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数第二章 荷载效应组合承载能力极限状态
back
RS?0?

n
i
ikCQQkQQkGG QCQCGCS iii
2
111
–基本组合
–偶然组合

n
i
ikQQkGG QCGCS ii
1

正常使用极限状态

n
i
ikCQkQkGS QCQCGCS ii
2
11?

n
i
ikqQkGl QCGCS ii
1
–短期效应组合
–长期效应组合第三章 计算原则及一般规定第一节 弹性及弹塑性分析我国规范规定在风荷载作用下,内力及位移分析采用弹性计算方法 。 抗震设计的两阶段设计计算方法不同,在第一阶段内力及位移分析采用弹性计算方法,在第二阶段,
采用弹塑性时程分析方法校核变形 。
为了实现 三水准抗震设防目标,抗震设计采取的 二阶段方法 是:
第一阶段 为小震作用下的结构设计,内容包括:确定结构方案和结构布置,用小震 (即众值烈度地震 )作用计算结构的弹性位移和构件内力,进行结构变形验算,极限状态方法设计截面配筋,进行截面承载力抗震验算,按延性和耗能要求,采取相应的抗震构造措施,做到小震不坏,中震可修 。
第二阶段 为罕遇地震作用下薄弱部位弹塑性变形验算,
如果层间变形超过允许值,应修改设计,直到满足变形要求为止,现行,抗震规范,并未要求对一般高层建筑结构进行第二阶段验算,但是对于高度较大,或者是超过规程规定的最大适用高度的建筑,用弹塑性时程分析方法进行第二阶段的变形验算是一种有效的校核设计的手段 。
第二节 静力分析与动力分析静力分析 是指在结构上加静力荷载,也就是用不变的荷载进行内力和位移的计算,内力与位移当然也是不变的,
所有内力符合平衡条件,所有位移符合变形协调条件 。 竖向恒载与活载,风荷载作用下的计算都是静力计算 。
动力分析 是指外力作用是随时间而变化的,例如地震作用,因而位移与内力也是随时间而变化的 。 但是目前的地震作用计算方法采用了反应谱方法,是把动力问题简化成每个振型的静力分析,再把振型计算的结果组合起来
(SRSS方法或 CQC方法 ),所以又称为拟静力方法 (有人也把它叫做,动力分析方法,)。 我国现在通用的说法是把动力特性的分析叫做,动力分析,,它包括周期 (频率 )与振型的计算,这是地震作用下计算不可缺少的部分 。 动力特性分析及振型组合的计算都是弹性计算,其计算基本假定,
计算简图都与静力计算相同 。
时程分析方法 是动力分析方法,它通过 动力分析求得结构的运动状态 (位移,速度,加速度 ),
由每个时刻的位移再求出每个时刻的内力,时程分析方法可分为弹性时程分析与弹塑性时程分析 。
第三节 水平力作用方向实际风荷载及地震作用的方向是任意的,但是在规范中规定,结构计算只考虑 x,y两个正交方向作用的水平力,
各方向水平地震力全部由该方向抗侧力结构承担,这是一种简化 。
x,y 方向通常是指结构的主轴方向。 主轴方向 的定义是当水平力在主轴方向作用时,只产生主轴方向的位移,
且位移最大。 主轴是一对正交的轴,在大多数规则形状的结构中,主轴是很容易确定的;凡是具有对称轴的平面,
其 对称轴及其正交方向即主轴方向 ;一个平面可能有多组主轴。在主轴方向结构抗侧刚度最小,变形最大,因而规范规定 只作主轴方向计算,但对于一些斜向布置的构件,
可能作用力沿这个斜方向会使它的内力最大,因而有时也需要用斜方向计算。有时结构主轴不易判断,则应根据经验判断取最接近主轴的 x,y两个方向,或通过计算确定。
第四节 计算基本假定对结构进行分析时,首先分析结构的动力特性,再分析结构的变形及内力 。 在需要时,再进行时程分析 。 对结构工程师的基本要求是;合理运用简化假定,善于抓住主要的,忽略次要的,正确选用恰当的计算方法 。 规程中对结构计算作了如下的一些基本假定,不同的方法采用的假定会有所不同,应当根据设计要求选用符合实际的假定与方法 。
基本简化假定 (1) 平面结构假定任何一个建筑物都是空间结构,都应该能承受来自不同方向的力的作用,因此每个构件都与不在同一平面内的其它构件相联系,形成三维传力体系 。 但是,经常将结构简化为平面结构分析,平面结构是一种简化假定,假定结构只能在它自身平面内具有有限刚度,例如平面框架,剪力墙,只能抵抗平面内的作用力 。 在平面外刚度为零,也不产生平面外的内力 。 因此杆件每一个结点具有的三个自由度 (在二维平面中,以下简称基本简化假定 (1))。 多数结构符合这些条件,但是有一些结构必需考虑与平面外有相互传力关系,例如框筒的角柱,空间框架,空间桁架等,
则必须按空间杆件计算,计算时每个结点具有六个自由度
(在三维平面中 )。
基本简化假定 (2) 楼板平面内无限刚性假定在大多数情况下,都可假定楼板在其自身平面内无限刚性,不能变形,而在平面外则刚度为零 (以下简称基本简化假定 (2))。 因而楼板经常作为若干个平面结构之间的联系,使这些平面结构在水平荷载作用下同一楼层处的侧移都相等 (无扭转时 ),或侧移分布成直线关系 (有扭转时 ) 。
楼板的这种作用称为,水平位移协调,(注意这些平面结构的竖向变形是独立的,互不相关的 )。 采用基本简化假定 (1)及 (2),不考虑结构扭转时,称为 平面协同计算 (此时,正交方向的抗侧单元不参加工作 )。 考虑扭转时称为空间协同计算 (此时,正交方向的抗侧力结构结构参加抵抗扭矩 )。
另一种变形协调的计算竖向变形协调 。 当有两片相互交汇的平面结构 (符合基本简化假定 (1)),通过交汇处的柱竖向变形一致而传递内力,这种计算称为竖向变形协调的协同计算 。 在框筒结构中,当楼板较薄,忽略腹板框架 (或翼缘框架 )与楼板大梁的传力关系时,往往采用这种方法 。 这种计算比仅有水平位移协调的计算更符合实际,
又简化了计算 。
如果结构 平面布置较复杂,无法分成单片抗侧力结构,
或当筒中筒结构的框筒与内筒之间有较大的梁时,需要考虑这些大梁与框筒柱的刚性连接 (传递弯矩 ),每一根柱都需要考虑框架平面内与平面外的变形与受力,则此时结构必须采用完全的三维构件计算,可称为 (真正的 )空间计算 。
楼板是保证协同工作的重要构件,当采用基本简化假定 (2)时,应确定楼板在其自身平面内确有足够大的刚度,
当楼板长宽比较大,或者局部楼板长宽比较大,局部外伸的楼板较细长或楼板开大孔,在水平荷载下楼板会有较大变形时,则按无限刚性假定计算所得结果与实际情况不符 。
这种情况下规范规定要 考虑楼板的有限刚性结构分析 。 这种分析会增加计算自由度,目前只有很少的程序可做这种计算,一般情况下是 避免设计这种结构 ;在框架 -剪力墙结构中要 限制剪力墙的间距,就是为了减少楼板的水平变形 。 当楼板变形情况不严重时可在按刚性楼板计算的基础上对内力进行适当调整,并采取相应构造措施 。
构件的刚度及构件变形影响因素我国规范规定在风荷载及地震作用下 (小震 ),结构处于弹性状态,因而除少量情况外,构件均采用弹性刚度 。
构件变形包括三种,相应有三种刚度 ( 轴向,弯曲及剪切 ),结构分析时计入那些刚度涉及对构件变形所做的计算假定 。
一个构件应有轴向,弯曲及剪切变形,相应的刚度为
EA,EI及 GA。 一般情况下梁,柱构件的弯曲变形都是基本变形,抗弯刚度 EI必须考虑;在高度较小的多层结构中,
柱轴向变形小,可忽略,因而视 EA为无限大,计算中不考虑;在高度较大时忽略柱轴向变形会造成较大的误差;规范规定在高度超过 50m,以及高宽比大于 4的结构中,宜考虑柱轴向变形影响,长细比 l/ h大于 4的构件中剪切变形都忽略,GA无限大 。 基本简化假定 (2)的实质是在同一层楼板上的所有节点间水平距离不变,也就是说 梁没有轴向变形 。 实际上梁的轴向力很小,设计时被忽略而作为受弯构件设计足够精确 。
支撑只考虑轴向变形而只有轴向刚度 EA,其他变形一般都忽略 。
在程序计算中,除了忽略梁轴向变形外,构件中的其他变形都考虑,计算精度较高 。 在手算中,为了简化,经常忽略某一项或两项 。 在下面的各种结构计算方法中再分别介绍 。
在弹性计算中都采用材料模量 E及剪切模量 G(混凝土的
G=0.42E),I为截面的惯性矩;但要注意轴向刚度 EA中的 A
是取构件全截面,而剪切刚度 GA中的 A则只取腹板面积,
这是由于在 I形或 T 形截面中,翼缘的剪应变很小而被忽略了,只计算腹板的剪切变形 (矩形截面 A为全截面 )。
第五节 塑性内力重分布在超静定结构中,构件的内力与刚度大小有关 。 在某些情况下,构件很容易开裂 (有时出现塑性铰 ),开裂后刚度降低,该杆件的内力分配比例减小,另一些构件内力增大,这种现象称为塑性内力重分配 。 考虑塑性内力重分配,
设计时的内力调整有两种:
调幅 一方面是为了使计算较为符合实际,另一方面也是利用这种性质,使某个部位降低内力,减少配筋,可采用
,调幅,方法调整内力,一些构件内力降低,另一些构件内力增大 。 降低了内力的部位就会早出裂缝,或早进入屈服,调幅愈大,裂缝出得愈早 。
调整内力 考虑到在地震作用下,某些部位先屈服,
则未屈服部位必然内力增大,为了后者的安全,
有意加大其内力,但前者内力并不减少 。
调幅 (调整 )的多少可由设计人员根据需要确定和控制,但是规范对各种调幅有限制,也就是规定了内力的最低值 。
两类调幅 (调整 )的方法,(1)用弹性计算所得到的内力乘以系数 (大于 1或小于 ),
(2)在计算时降低杆件刚度,计算时构件刚度记降低愈多,内力愈小 。
在,高规,中规定的调幅有下列几处,
框架梁 (连续梁 )在竖向荷载下的调幅,采用方法 (1)进行:
框架 -剪力墙结构中框架的内力调整,采用方法 (1)进行:
框架 -剪力墙结构中框架与剪力墙之间的联系梁的调幅,采用方法 (2)进行:
联肢剪力墙中连梁的调幅,采用方法 (1)或方法 (2)进行 。
第六节 分析方法规范规定在进行内力及位移分析时可以采用较为精确的程序计算方法,也可以采用近似的简化计算方法 。
程序计算的基本方法计算高层建筑结构的程序很多,国内程序都有下列几部分:
前处理 —图形输入原始数据及选择参数 。
计算部分 — 动力特性,及内力分析,内力组合及截面计算,
弹性时程分析 。
后处理 — 输出计算结果,截面配筋及超筋,超轴压比等信息 。
有些设计也引入了国外计算程序,但是由于规范不同,
主要用国外程序进行动力特性,位移及内力计算,作为一种复核的手段 。
各种程序的结构分析都采用 杆件有限元方法,有少数采用有限条方法或线法 。
第四章 框架结构第一节 框架结构的布置
1,框架结构只能承受自身平面内的水平力,因此沿建筑的两个主轴方向都应设置框架 。
2,有抗震设防的框架结构,或非地震区层数较多的房屋框架结构,横向和纵向均应设计为刚接框架 。 设计成双向梁柱抗侧力体系 。 主体结构除个别部位外,不应采用铰接 。
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架 。 梁柱刚接可增大结构的刚度和整体性 。
3,布置框架时,首先要确定柱网尺寸 。 框架的抗侧刚度除了与柱断面尺寸有关外,梁的断面尺寸对抗侧刚度影响很大,但是由于抗震结构的延性框架要求,抗震框架的梁不宜太强,因此抗震的钢筋混凝土框架柱网一般不宜超过 6~ 8m。 大柱网适用于建筑平面要求有较大空间的房屋,但将增大梁柱的截面尺寸 。 小柱网梁柱截面尺寸小,适用于饭店,
办公楼,医院病房楼等分隔墙体较多的建筑 。 在有抗震设防的框架房屋中,过大的柱网将给实现强柱弱梁及延性框架增加一定困难 。
4,框架梁,柱中心线宜重合 。 当梁柱中心线不能重合时,
在计算中应考虑梁荷载对柱子的偏心影响 。 为承托隔墙而又要尽量减少梁轴线与柱轴线的偏心距,可采用梁上 挑板承托墙体 的处理方法 。 梁,柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该宽度的 1/4。 当为 8度抗震设防时,如偏心距大于该方向柱宽的 1/4时,可采取增设梁的水平加腋等措施 。 设置水平加腋后,仍须考虑梁荷载对柱子的偏心影响 。
5,框架结构按抗震设计时,不得采用部分由砌体墙承重之混合形式 。 框架结构中的楼,电梯及局部突出屋顶的电梯机房,楼梯间,水箱间等,应采用框架承重,不应采用砌体墙承重 。 框架结构中有填充墙时,填充墙在平面和竖向的布置,宜均匀对称,一,二级抗震的框架,宜采用轻质填充墙,或与框架柔性连接的墙板,二级且层数不超过五层,三级且层数不超过八层,四级框架等情况才可考虑粘土砖填充墙的抗侧力作用,但粘土砖填充墙应符合下列要求:
避免形成上,下层刚度变化过大;
避免形成短柱减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转 。
抗震设计时,填充墙及隔墙应注意与框架及楼板拉结,并注意填充墙及隔墙自身的稳定性;
框架 -剪力墙的布置要求 。
6,抗震设计的框架结构中,当楼、电梯间采用钢筋混凝土墙时,结构分析计算中,应考虑该剪力墙与框架的协同工作。如果在框架结构中布置了少量剪力墙 (例如楼梯间 ),
而剪力墙的抵抗弯矩少于总倾覆力矩的 50%时,则规范要求该结构按框架结构确定构件的抗震等级,但是内力及位移分析仍应按框架 -剪力墙结构进行,否则对剪力墙不利。
如因楼、电梯间位置较偏 等原因,不宜作为剪力墙考虑时,
可采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等 方法,以减少墙的作用,此时与墙相连的柱子,
配筋宜适当增加。
7,框架按支承楼板方式,可分为横向承重框架,纵向承重框架和双向承重框架 。 但是就抗风荷载和地震作用而言,
无论横向承重还是纵向承重,框架都是抗侧力结构 。
8,框架沿高度方向各层平面柱网尺寸宜相同 。 柱子截面变化时,尽可能使轴线不变,或上下仅有较小的偏心 。 当某楼层高度不等形成错层时,或上部楼层某些框架柱取消形成不规则框架时,应视不规则程度采取措施加强楼层,如加厚楼板,增加边梁配筋 。
第二节 梁截面尺寸的确定及其刚度取值
1.框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载的大小,跨度
,抗震设防烈度,混凝土强度等诸多因素综合考虑确定

2,在一般荷载情况下,框 架 梁 截 面 高 度 可 按
(1/10~1/18)梁跨度,且不小于 400mm,也不宜大于 1/4净跨,梁的宽度不宜小于 1/4梁高,且不应小于 200mm。 为了降低楼层高度,或便于通风管道等通行,必要时可设计成宽度较大的扁梁 。 此时应根据荷载及跨度情况,满足梁的挠度限值,扁梁截面高度可取 (1/15~1/18)梁跨度 。
3.采用扁梁时,楼板应现浇,梁中线宜与柱中线重合;当梁宽大于柱宽时,扁梁应双向布置;扁梁的截面尺寸应符合下列要求,并应满足挠度和裂缝宽度的规定:
(6-32)
(6-33)
(6-34)
cb bb 2?
bcb hbb
dhb 16?
式中 — 柱截面宽度,圆形截面取柱直径的 0.8倍;
,—分别为梁截面宽度和高度;
—柱纵筋直径 。
cb
bb bh
d
4.当梁高较小时,除验算其承载力外,尚应注意满足 刚度及剪压比 的要求 。 在计算梁的挠度时,可以扣除梁的合理起拱值,对现浇梁板,宜考虑梁受压翼缘的有利影响 。
5.为满足梁的刚度和承载力要求,节省材料和有利建筑空间,可将梁设计成加腋形式 。 这种加腋梁在进行框架的内力和位移计算时,可采用等效线刚度代替变截面加腋梁的实际线刚度 。 当梁两端加腋对称时,其等效线刚度为:
(6-35)bb KK'
式中 — 加腋梁中间部分截面的线刚度
— 等效刚度系数,查表 。
bK
按等效线刚度电算输出的跨中,支座纵向钢筋及支座边按剪力所需箍筋是不真实的 。 应根据内力手算确定配筋 。
6.现浇框架梁的混凝土强度等级,当抗震等级为一级时,
不应低于 C30,当二,三,四级及非抗震设计时,不应低于
C20。 梁的混凝土强度等级不宜大于 C40。
当梁柱的混凝土强度不同时,应先浇灌梁柱节点高等级混凝土,并在梁上留坡槎 。
装配整体叠合梁的预制部分混凝土强度等级不宜低于 C30。
7.在进行框架的内力和位移计算时,现浇楼板,上有现浇叠合层的预制楼板和楼板虽无现浇叠合层但为拉开预制板板缝且有配筋的装配整体叠合梁,均可考虑梁的翼缘作用 。 增大梁的惯性矩 。 此时框架梁的惯性矩可按下表取值 。
梁部位楼板边框架梁 中框架梁预制楼板 I=1.2I0 I=1.5I0
现浇楼板 I=1.5I0 I=2.0I0
预制楼板上现浇叠层和预制预应力混凝土叠合楼板均可按现浇楼板取梁的惯性矩 。
8.框架梁应具有足够的抗剪承载力 。 矩形,T形和工字形截面梁其截面能组合的剪力设计值应符合下列条件:
(1) 无地震作用组合时:
(6-36)
(6-37)
(6-38)
025.0 bhfV cc
(2) 有地震作用组合时:
跨高比大于 2.5的梁
)2.0(1 0bhfV cc
RE

跨高比不大于 2.5的梁
)15.0(1 0bhfV cc
RE

式中
—框架梁的剪力设计值;
—混凝土轴心抗压强度设计值;
—梁截面宽度和有效高度;
—承载力抗震调整系数为 0.85;
—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,其间按线性内插取用 。
bV
cf
0hb、
RE?
c?
9.为了使框架梁具有较好的变形能力,梁端的受压高度应满足以下要求:
(6-39)
0
35.0
25.0
0
hx
hx
hx bb
二、三级有地震组合时,一级无地震组合时?
式中 —相对界限受压区高度
(6-40)
b?
s
y
h
E
fh
x
0 0 3 3.0
1
1

如果梁的受压区 x不满足公式 (6-39)要求时,应增大梁的截面尺寸 。
在确定梁端混凝土受压区高度时,可考虑梁的受压钢筋计算在内 。
式中
—受拉钢筋的强度设计值;
—钢筋的弹性模量;
—梁的截面有效高度;
—混凝土受压区高度;
—混凝土强度影响系数 。
yf
sE
0h
x
1?
第三节 柱截面尺寸的确定
1.现浇框架柱的混凝土强度等级,当抗震等级为一级时,
不得低于 C30;抗震等级为二至四级及非抗震设计时,不低于
C20。 抗震设防烈度为 8度时不宜大于 C70,9度时不宜大于 C60

2.框架柱截面尺寸,可根据柱支承的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值 Nv,(荷载分项系数可取 1.25),按下列公式估算柱截面积,然后再确定柱边长 。cA
vNN )1.1~05.1(?
c
c f
NA?
(2)有水平地震作用组合时
(6-43)vNN
为增大系数,框架结构外柱取 1.3,不等跨内柱取 1.25,等跨内柱取 1.2;框剪结构外柱取 1.1~ 1.2,内柱取 1.0。
(1)仅有风荷载作用或无地震作用组合时
(6-41)
(6-42)
有地震作用组合时柱所需截面面积为:
(6-44)
cN
c f
NA

其中 为混凝土轴心抗压强度设计值,为柱轴压比限值见表 。
当不能满足公式 (6-42),(6-44)时,应增大柱截面或提高混凝土强度等级 。
3.柱截面尺寸:非抗震设计时,不宜小于 250mm,抗震设计时不宜小于 300mm;圆柱截面直径不宜小于 350mm;柱剪跨比宜大于 2;柱截面高宽比不宜大于 3。
cf N?
框架柱剪跨比可按下式计算:
(6-45))/( 0VhM
式中
—框架柱的剪跨比 。 反弯点位于柱高中部的框架柱,可取柱净高与 2倍柱截面有效高度之比值;
M—柱端截面组合的弯矩计算值,可取上,下端的较大值;
V—柱端截面与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值;
—计算方向上截面有效高度 。
0h
4.柱的剪跨比宜大于 2,以避免产生剪切破坏,在设计中,
楼梯间,设备层等部位难以避免短柱时,除应验算柱的受剪承载力以外,还应采取措施提高其延性和抗剪能力 。
5.框架柱截面尺寸应满足抗震要求,矩形截面柱应符合下列要求:
无地震组合时
(6-46)
025.0 bhfV ccc
有地震组合时
(6-47)
02.0
1 bhfV
cc
RE
c
剪跨比大于 2的柱式中
—框架柱的剪力设计值;
—混凝土轴心抗压强度设计值;
—柱截面宽度和截面有效高度;
—承载力抗震调整系数为 0.85;
— 当 ≤ C50 时,取 1.0,C80 时,取 0.8 ;
C50~C80时取其内插值 。
cV
cf
0hb、
RE?
c?c?c?
如果不满足公式 (6-46)至 (6-48)时,应增大柱截面或提高混凝土强度等级 。
剪跨比不大于 2的柱
(6-48)
015.0
1 bhfV
cc
RE
c
第四节 竖向荷载作用下的计算
1.高层建筑框架结构,在竖向荷载作用下采用手算进行内力分析时,可不考虑框架的侧移影响,可采用力矩分配法或迭代法 。
2.根据高层建筑层数多,上部各层竖向荷载多数相同或出入不大,各层层高多数相同和梁柱截面变化较小等特点,竖向荷载作用下可采用分层法进行简化计算内力 。
3.分层法是把每层框架梁连同上下层框架柱作为基本计算单元,柱的远端按固定端,考虑顶层梁对柱的约束较弱,将顶层的各柱刚度乘以折减系数 0.9。
4.框架梁在竖向荷载作用下,梁端负弯矩允许考虑塑性变形内力重分布予以适当降低,可采用调幅系数?
对于现浇框架 9.0~8.0
对于装配整体式框架 8.0~7.0
为计算方便,在求梁固端弯矩值时先可乘以调幅系数 值,
然后再进行框架弯矩分配计算 。
5.竖向荷载产生的梁固端弯矩只在本计算单元内进行弯矩分配,单元之间不再进行分配 。 弯矩分配完成后,梁端弯矩为固端弯矩,分配弯矩和传递弯矩之代数和,柱端分配弯矩之代数和的平衡弯矩,须向远端传递,传递弯矩值在底层计算单元为平衡弯矩的 1/2,上部其他计算单元为平衡弯矩的 1/3。 由于每根柱分别属于上下两个计算单元,所以柱端弯矩值为本计算单元柱端平衡弯矩与相邻计算单元传递弯矩之代数和 。
由于分层法分计算单元进行计算,最后梁柱节点的弯矩总和可能不等于零,此时不需要再进行分配计算 。
6.框架梁端的弯矩调幅只在竖向荷载作用下进行,水平力作用下梁端弯矩不允许调幅 。 因此,必须先对竖向荷载作用下梁端弯矩按调幅计算后的各杆弯矩再与水平力作用下的各杆弯矩进行组合,而不应采用竖向荷载作用下与水平力作用下计算所得弯矩组合后再对梁端弯矩进行调幅 。
7.高层建筑在竖向荷载作用下,活荷载一般按均布考虑,
不进行不利分布的计算 。 但是,当活荷载值较大时,应考虑其不利分布对梁跨中弯矩的影响 。
8.竖向荷载作用下,框架梁跨中计算所得的弯矩值小于按简支梁计算的跨中弯矩的 50%时,则至少按简支梁计算的 跨中弯矩的 50%进行截面配筋 。
第六节 水平力作用下的计算
1,框架在水平力 (风荷载或水平地震作用 )作用下的内力和位移计算,手算可采用 D值法 。
2,采用 D值法进行计算时,其步骤为:
在水平力作用下求出各楼层剪力 。
将楼层剪力 按该层各柱的 D值比例分配到各柱,得到柱剪力
求出柱的反弯点 y,由剪力 及反弯点高度 y计算出柱上下端弯矩 。
根据梁柱节点平衡条件,梁柱节点的上下柱端弯矩之和应等于节点左右边梁端弯矩之和,从而求得梁端弯矩值 。
iV
iV
ijV
ijV
将框架梁左右端弯矩之和除以梁的跨度,则可得到梁端剪力 。
从上到下逐层叠加梁柱节点左右边梁端剪力值,可得到各层柱在水平力作用下的轴力值 。
3,柱的抗推刚度 D值按下式计算:
(6-49)
2
12
hKD cc
式中 —层高
—柱的线刚度,;
—柱混凝土弹性模量;
—柱截面惯性矩;
—与梁柱刚度比有关有刚度修正系数
h
cK hEIK cc /?
E
cI
c?
4,当同一楼层中有个别柱的,与一般柱的高度 不相等时,这些个别柱的抗推刚度按下列公式计算:
(6-50)
ah bh h
2
2
12
12
b
cbbb
a
caaa
h
KD
h
KD
5,带有夹层的柱,其抗推刚度按下式计算:
(6-51)21 21
21
'
11
1
DD
DD
DD
D
式中
(6-52)
2
2
222
2
1
111
12
12
h
KD
h
KD
cc
cc
6,框架柱的反弯点高度 y按下式计算;
(6-53)3210 yyyyy
式中 —标准反弯高度,由表查取;
—上,下层梁刚度不等时的修正值,由表查取;
,—上,下层层高不等时的修正值,由表查取 。
0y
1y
2y 3y
当反弯点高度为 0≤ y ≤ h时,反弯点在本层;当y >h时,
本层无反点,反弯点在上层;当y <0时,反弯点在下层 。
在查取y 0时,风荷载 ( 均布水平荷载 ) 作用下和水平地震作用 ( 三角形荷载 ) 下应采用相应的表格 。
7,第 i层 j柱的剪力 按下式计算:
(6-54)
ijV
i
j
i
j
j
iij D
DV
D
DVV
式中 —水平力产生的第 i层楼层剪力;
— 第 j柱的抗推刚度;
—第 i层所有柱抗推刚度的总和 。
iV
jD
iD
8,柱端弯矩,按下式计算:
(6-55)
bM uM


)( yhVM
yVM
u
b
式中 V—水平力产生的第 i层楼层剪力;
h—层高;
y—反弯点高度,由公式( 6-53)求得
9,中柱梁端弯矩可按下式计算:
(6-56)


21
2
2
21
1
)(
)(
bb
b
cucbb
bb
b
cucbbi
KK
K
MMM
KK
K
MMM
边柱梁端弯矩为 ( 图 6- 28b),
(6-57)acucbb MMM
式中
、,—梁端弯矩;
,—上柱下端和下柱上端弯距;
,—梁的线刚度 。
1bM 2bM bM
cbM cuM
1bK 2bK
10,梁端 可由梁右端和左端弯矩之和除以梁跨度求得 。
柱各层轴力 N,可从上到该层逐层梁柱节点左右边梁端剪力相叠加 。
bV
11,高层建筑框架结构的水平位移分为两部分:梁柱弯曲变形产生 的和柱子轴向变形产生的,即
(6-58)
NM uuu
可由 D值法求得,框架第 i层由于梁柱弯曲变形产生的层间变形为:
(6-59)
Mu Nu
Mu
iiMi DVu /?
式中
—第 i层的楼层剪力;
—第 i层所有柱抗推刚度之和,即框架的顶点由于梁柱弯曲变形产生的变形为:
(6-60)
iV
iD
i iji
DD
n
i
MiM uu
1
Nu求柱子轴向变形产生的侧向位移 时,假定在水平力作用下中柱轴力很小,仅边柱发生轴向变形,并假定柱截面由底到顶线性变化,此时框架顶点的侧向位移可按下式计算:
N
cc
N FBAE
HVu
2
11
3
0? (6-61)
式中 —底部剪力;
B—框架的宽度,即边柱间距;
—框架底层柱的混凝土弹性模量;
—框架底层边柱截面面积;
—位移系数,取决于水平力形式,顶层柱与底层柱的轴向刚度比,由表查得 。 表中 为顶层边柱与底层边柱的轴向刚度比;
H—框架总高度 。
0V
1cE
1cA
NF
1122 / ccccN AEAES?
第七节 构件设计中的一些重要规定
1,框架结构的简化手算方法分析内力和位移,应分别在竖向荷载,风荷载或地震作用下单独进行计算,然后按非抗震设计时荷载效应的组合或抗震设计时荷载效应与地震作用效应的组合 。
2,组合后的框架侧向位移应校核是否满足位移限制值的要求 。 如果已满足,则按组合后的内力进行构件截面设计,
不满足时,则应修改构件截面大小或提高混凝土强度等级,
然后再进行内力和位移计算,直至侧向位移满足限制值 。
3,在高层建筑框架结构中,当竖向活荷载与永久荷载之比小于 0.5时,可不考虑活荷载的不利布置 。 在竖向活荷载大于 4KN/m2(如书库,仓库等 )时,宜考虑活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大 。
4,风荷载及水平地震作用时,应按两个主轴方向作用分别进行内力和位移计算,每个方向水平力必须考虑正,反两个方向作用 。
在有斜交布置抗侧力框架结构中,当沿斜交方向作用的水平力可能使斜交抗侧力框架的内力比主轴方向水平力产生的内力更大时,则应计算这斜向水平力作用下的内力 。
5,内力组合后的取用值,梁端控制截面在柱边,柱端控制截面在梁底及梁顶 。 按轴线计算简图得到的弯矩和剪力值宜换算到设计控制截面处的相应值 。 为了简便设计,也可采用轴线处的内力值,但是这将增大配筋量和结构的承载力 。
6,框架梁,柱构件截面应分别按正截面承载力计算和斜截面承载力计算,并应按有关规定要求进行构造配筋 。
7,有抗震设防的框架角柱,应按双向偏心受压构件计算 。
抗震等级为一,二,三,级时,角柱的内力设计值宜乘以增大系数 。
8,地震区的高层建筑框架结构,要求强柱弱梁,强剪弱弯,
强底层柱根,抗震等级为一,二,三级时,梁,柱内力设计值均应乘以提高系数 。
9,框架梁,柱节点,应设计成强节点,使节点区在地震作用下能基本处于弹性状态,避免出现脆性破坏 。 抗震等级为一,二级时,节点应进行受剪承载力的验算 。
框架梁,柱节点区,必须配置箍筋,并保证梁的纵向钢筋锚固 。
第八节 梁截面设计及构造
1,框架梁的正截面承载力,斜截面受剪承载力,扭曲截面承载力可按现行国家标准,混凝土结构设计规范,
GB50010-2002的有关规定进行计算 。
2,框架梁的剪力设计值,应按下列规定计算:
(1) 无地震组合时,取考虑风荷载组合的剪力设计值 。
(2) 有地震组合时,按抗震等级分为:
一级抗震等级
(6-62)
Gb
n
r
b
l
b
b Vl
MMV )(3.1
二级抗震等级
(6-63)
Gb
n
r
b
l
b
b Vl
MMV )(2.1
三级抗震等级
(6-64)
Gb
n
r
b
l
b
b Vl
MMV )(1.1
9度设防烈度和一级抗震等级的框架结构尚应符合:
(6-65)Gb
n
r
bua
l
bua
b Vl
MMV )(1.1
对四级抗震等级,取地震作用组合下的剪力设计值式中 —框架梁左,右端考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值;
—考虑地震作用组合的框架梁左,右端弯矩设计值;
rbualbua,MM
rblb、MM
—考虑地震作用组合时的重力荷载代表值产生的剪力设计值 (9时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值 ),
可按简支梁计算确定:
—梁的净跨
GbV
nl
在公式 (6-65)中,与 之和,应分别按顺时针和逆时针方向进行计算,并取其较大值 。 每端的考虑承载能力抗震调整系数的正截面受弯承载力值 可按有关公式计算,但在计算中应将纵向受拉钢筋的强度设计值以强度标准值代表,取实配的纵向钢筋截面面积,不等式改为等式,并在等式右边除以梁的正截面承载力抗震调整系数 。
lbuaM rbuaM
buaM
公式 (6-62),(6-63),(6-64)中,之和,应分别按顺时针方向和逆时针方向进行计算,并取其较大值 。
3,框架梁的纵向钢筋应符合下列要求
(1) 对于非抗震设计框架梁,当不考虑受压钢筋时,受拉纵向钢筋的最大配筋率 应不超过表规定 。
(2) 对有地震作用组合的框架梁,为防止过高的纵向钢筋配筋率,使梁具有良好的延性,避免受压混凝土过早压碎,
故对其纵向受拉钢筋的配筋要严格限制,且不应超过表规定 。
rblb MM 与
bh
As
(3) 无地震组合的框架梁纵向受拉钢筋,必须考虑温度,收缩应力所需的钢筋数量,以防发生裂缝 。 因此,纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于 0.20%和 45 。
(4) 对有地震组合的框架梁,为保证有必要的延性和具有一定的承载力储备,纵向受拉钢筋的配筋率不应小于表规定
(5) 有地震组合的框架梁,为防止截面受压区混凝土过早被压碎而很快降低承载力,为提高延性,在梁两端箍筋加密区范围内,纵向受压钢筋截面面积 。 应不小于表的规定
yt ff /
'A
(6) 梁截面上部和下部至少应各配置两根纵向钢筋,其截面面积不应小于梁支座处上部钢筋中较大截面面积的四分之一;且对抗震等级为一,二级时,钢筋直径不应小于 14mm;
三,四级时,钢筋直径不应小于 12mm。
(7) 一,二级抗震等级的框架梁,贯通中柱的每根纵向钢筋的直径,分别不宜大于与纵向钢筋相平行的柱截面尺寸的
1/20;对圆形截面柱,不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的 1/20。
(8) 高层框架梁宜采用直钢筋,不宜采用弯起钢筋 。 当梁扣除翼板厚度后的截面高度大于或等于 450mm时,在梁的两侧沿高度各配置梁扣除翼板后截面面积的 0.1%纵向构造钢筋,
其间距不应大于 200mm,纵向构造钢筋的直径宜偏小取用,
其长度贯通梁全长,伸入柱内长度按受拉锚固长度,如接头应按受拉搭接长度考虑 。 梁两侧纵向构造钢筋宜用拉筋连接,
拉筋直径一般与箍筋相同,当箍筋直径大于 10mm时,拉筋直径可采用 10mm,拉筋间距为非加密箍筋间距的 2倍 。
4,非抗震设计的框架梁和次梁,其纵向钢筋的配筋构造应符合下列要求:
(1) 当梁端实际受到部分约束但按简支计算时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋 。 也可用梁上部架立钢筋取代该纵向钢筋,但其面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的四分之一,且不少于两根 。 该附加纵向钢筋自支座边缘向跨内的伸出长度不应少于 0.2,为该跨梁的计算跨度 。 0
l0l
(2) 在采用绑扎骨架的钢筋混凝土梁中,承受剪力的钢筋,
宜优先采用箍筋 。 当设置弯起钢筋时,弯起钢筋的弯终点外应留有锚固长度,其长度在受拉区不应小于 20d,在受压区不应小于 10d。 梁底层钢筋中角部钢筋不应弯起 。 梁中弯起钢筋的弯起角宜取 或 。 弯起钢筋不应采用浮筋 。
(3) 在梁的受拉区中,弯起钢筋的弯起点,可设在按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋截面之前;但弯起钢筋与梁中心线的交点,应在不需要该钢筋的截面之外 。 同时,弯起点与按计算充分利用该钢筋的截面之间的距离,不应小于
/2。
045 060
0h
(4) 梁支座截面负弯矩纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断 。 如必须截断时,应按以下规定进行:
1) 当 时,应延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小于 20d处截断:且从该钢筋强度充分利用截面伸出的长度不应小于 1.2 。
2) 当 时,应延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小于 且不小于 20d处截断;且从该钢筋强度充分利用截面伸出的长度不应小于 1.2 + 。
07.0 bhfV t?
al
07.0 bhfV> t
0h
al 0
h
3)如按上述规定确定的截断点仍位于支座最大负弯矩对应的受拉区内,则应延伸至不需要该钢筋的截面以外不小于 1.3 且不小于 20d;且从该钢筋强度充分利用截面伸出的延伸长度不应小于 1.2 + 1.7 。
( 5) 非抗震设计时,受拉钢筋的最小锚固长度应取 。钢筋接头可采用机械接头、搭接接头和焊接接头。受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度应根据位于同一连接区段内搭接钢筋面积百分率按下式计算,且不应小于 300mm。
(6-66)
0hal
0h
al
all1
式中 —受拉钢筋的搭接长度;
—受拉钢筋的锚固长度,应按现行,混凝土结构设计规范,规定采用;
—受拉钢筋搭接长度修正系数,应按表采用 。
1l
al
5,有抗震设防时的框架梁,其纵向钢筋的配筋构造应符合下列要求
( 1) 抗震设计时钢筋混凝土结构构件纵向受力钢筋的锚固和连接,应符合下列要求
1) 纵向受拉钢筋的最小锚固长度应按下列各式采用:
一,二级抗震等级 ( 6- 67)
三级抗震等级 ( 6- 68)
四级抗震等级 ( 6- 69)
式中 —抗震设计时受拉钢筋的锚固长度;
aaE ll 15.1?
aaE ll 05.1?
aaE ll 00.1?
aEl
2) 当采用搭接接头时,其搭接长度应不小于下式的计算值:
( 6- 70)
式中 —抗震设计时受拉钢筋的搭接长度;
3) 受拉钢筋直径大于 28mm,受压钢筋直径大于 32mm时,不宜采用搭接接头;
4) 现浇钢筋混凝土框架梁纵向受力钢筋的连接方法,应遵守下列规定:一级宜采用机械接头,二,三,四级可采用搭接或焊接接头 。
aElE ll
lEl
5) 当采用焊接接头时,应检查钢筋的可焊性;
6) 位于同一连接区段内的受力钢筋接头面积率不宜超过
50%;
7) 当接头位置无法避开梁端,柱端箍筋加密区时,应采用机械连接接头,且钢筋接头面积率不应超过 50%;
8) 钢筋机械接头,搭接接头及焊接接头,尚应遵守有关规定 。
( 2) 抗震设计时,框架梁和框架柱的纵向受力钢筋在框架节点区的锚固和搭接,应符合规范要求 。
6,无地震组合梁中箍筋的间距应符合下列规定:
( 1) 梁中箍筋的最大间距宜符合表 6- 31的规定,
当 时,箍筋的配筋率 尚不应小于箍筋不同直径,肢数和间距的百分率值见表 6-33;
00,7 bhfV> t )(
s
svsv bA
yvt ff /24.0
无地震组合梁箍筋的最大间距 ( mm) 表 6-31
07.0 bhft? 07.0 bhft?
mmh 300150
mmh 5 0 03 0 0
mmh 8 0 05 0 0
mm800?
v
h
150 200
200 300
250 350
300 400
( 2) 当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时,箍筋应作成封闭式,箍筋的间距在绑扎骨架中不应大于 15d,在焊接骨架中不应大于 20d(d为纵向受压钢筋的最小直径 ),同时在任何情况下均不应大于 400mm;当一层内的纵向受压钢筋多于 3根时,应设置复合箍筋;当一层内的纵向受压钢筋多于 5根且直径大于 18mm时,箍筋间距不应大于 10d;当梁的宽度不大于 400mm,且一层内的纵向受压钢筋不多于 4
根时,可不设置复合箍筋;
( 3) 在受力钢筋搭接长度范围内应配置箍筋,箍筋直径不宜小于搭接钢筋直径的 0.25倍;箍筋间距:当为受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的 5倍,且不应大于 100mm;当为受压时不应大于搭接钢筋较小直径的 10倍,且不应大于
200mm。 当受压钢筋直径大于 25mm时,应搭接接头两端面外 100mm范围内各设置两根箍筋 。
7,有地震组合框架梁中箍筋的构造要求,应符合下列规定:
(1),梁端箍筋的加密区长度,箍筋最大间距和箍筋最小直径应按 6-34的规定取用;当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于 2%时表中箍筋最小直径应增大 2mm;
抗震等级 箍筋加密区长度 箍筋最大间距 箍筋最小直径一级 2h或 500mm两者中的最大值 纵向钢筋直径的 6倍,梁高的1/4或 100mm三者中的最小值?10
二级
1.5h或 500mm两者中的最大值纵向钢筋直径的 8倍,梁高的
1/4或 100mm三者中的最小值?8
三级 纵向钢筋直径的 8倍,梁高的1/4或 150mm三者中的最小值?8
四级 纵向钢筋直径的 8倍,梁高的1/4或 150mm三者中的最小值?6
梁端箍筋加密区的构造要求 表 6-34
(2),第一个箍筋 应设置在距构件节点边缘 不大于 50mm处;
(3),梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距;一级抗震等级不宜大于 200mm及 20倍箍筋直径的较大值;二,三级抗震等级不宜大于 250mm及 20倍箍筋直径较大值,四级抗震等级不宜大于 300mm;
(4) 沿梁全长箍筋的配筋率 应符合下列规定:
一级抗震等级
(6-71)
二级抗震等级
(6-72)
三,四抗震等级
(6-73)
sv?
yvtsv ff /30.0
yvtsv ff /28.0
yvtsv ff /26.0
(5),非加密区的箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的
2倍,且不大于表 6-31规定;
(6),梁的箍筋应有 135 弯钩,弯钩端部直段长度不应小于
10d,d为箍筋直径 。

第九节 柱截面设计及构造
1,框架柱和框支柱的正截面承载力,斜截面承载力可按现行国家标准,混凝土结构设计规范,GB50010-
2002的有关规定进行计算 。
2,考虑地震作用组合的各种结构类型的框架柱的轴压比,不宜大于表 6-35规定的限值;AfN cN /
柱的轴压比限值 表 6-35
结构类型抗震等级一 二 三框架结构 0.70 0.80 0.90
框架 -剪力墙结构框架 -核心筒结构筒中筒结构
0.75 0.85 0.95
部分框支剪力墙结构 0.60 0.70 --
注,1.轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心受压强度设计值乘积的比值;
2.表内限值适用于混凝土强度等级不高于 C60的各类结构柱 。 当混凝土强度等级为 C65-C70时,轴压比限值应比表中数值降低 0.05;当混凝土强度等级为 C75-C80时,轴压比限值应比表中数值降低 0.10;
3.剪跨比小于 2但不小于 1.5的各类结构柱轴压比限值应比表中数值降低 0.05;剪跨比小于 1.5的柱轴压比可参照框支柱的数值,并加强约束构造 。
4.位于 IV类场地上的高层建筑,当其基本自振周期大于场地特征周期时,
其轴压比限值宜适当减小;
5.当沿柱全高采用井字复合箍,箍筋间距不大于 100mm,肢距不大于
200mm,直径不小于 12mm时,柱轴压比限值可增加 0.10;当沿柱全高采用复合螺旋箍,箍筋螺距不大于 100mm,肢距不大于 200mm,直径不小于 12mm且含箍特征值不小于表 6-38中复合箍的含箍特征值时,
柱轴压比限值可增加 0.10;当沿柱全高采用全连续的复合螺旋箍,
且螺距不大于 80mm,肢距不大于 200mm,直径不小于 10mm轴压比限值可增加 0.10。 以上三种配箍类别的含箍特征值应按增大的轴压比由表 6-38求出;
6,当柱纵向钢筋的配筋量比计算或构造所需之面积另外再增加不小于柱面积 0.8%,且此种钢筋配置于柱截面的内部并与箍筋绑扎时,柱轴压比限值可再增加 0.05。
7,柱轴压比限值不应大于 1.05。
3,无地震组合和有地震组合而抗震等级为四级的框架柱,
柱端弯矩值取竖向荷载,风荷载或水平地震作用下组合所得的最不利设计值 。
4,抗震设计时,一,二,三级框架的梁,柱节点处,除顶层和柱轴压比小于 0.15者外,柱端考虑地震作用的组合弯矩值应按下列规定予以调整:
一级抗震等级
(6-74)
二级抗震等级
(6-75)
三级抗震等级
(6-76)
9度设防烈度和一级抗震等级的框架结构尚应符合
(6-77)
bc MM 4.1
bc MM 2.1
bc MM 1.1
b u ac MM 2.1
式中 —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,
可按弹性分析的弯矩比例进行分配;
—节点左,右梁端面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和 。 节点左,右梁端均为负弯矩时绝对值较小一端的弯矩应取零;
cM
bM
—节点左、右梁端逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯距值之和,可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定。
当反弯点不在柱高范围内时,柱端弯矩设计值可直接乘以强柱系数,一级取 1.4,二级取 1.2,三级取 1.1
核心筒与外框筒或外框架之间的梁外端负弯矩设计值,应小于与该端相连的柱在考虑强柱系数后,上,
下柱端弯矩设计值之和 。
buaM
5,抗震设计时,一,二,三级框架结构的底层柱底截面弯矩设计值,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 。
6,抗震设计时,框架角柱应按双向偏心受力构件进行正截面承载力力设计 。 一,二,三级框架角柱经按以第 4、
5条调整后的弯矩,剪力设计值宜乘以不小于 1.1的增大系数 。
7,抗震设计时,框架柱端部截面组合的剪力设计值,一,
二,三级应按下列公式调整;四级时可直接取考虑地震作用组合的剪力计算值 。
一级抗震等级
(6-78)
二级抗震等级
(6-79)
三级抗震等级
(6-80)
9度设防烈度和一级抗震等级的框架结构结构尚应符合
(6-81)
n
b
c
t
c
c H
MMV )(4.1
n
b
c
t
c
c H
MMV )(2.1
n
b
c
t
c
c H
MMV )(1.1
n
b
c u a
t
c u a
c H
MMV )(2.1
式中 —柱的净高;
,—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,应符合以上第 4,5条的要求;
,—分别为柱上下端顺时针或逆时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值,可根据实配受压钢筋面积,材料强度标准值和轴向压力等确定;
nH
tcM bcM
tcuaM bcuaM
8,框架柱截面的组合最大剪力设计值应符合下列条件:
无地震作用组合时:
(6-82)
有地震作用组合时:
剪跨比大于 2 (6-83)
剪跨比不大于 2 (6-84)
025.0 bhfV cc
02.0
1 bhfV
cc
RE

015.0
1 bhfV
cc
RE

式中 V—剪力设计值;
b—矩形截面的宽度,T形截面,工形截面的腹板宽度;
—截面有效高度
—混凝土强度的折减系数 ;
0h
c?
框架柱的剪跨比可按下式计算:
(6-85))/(
0hVM cc
式中 V —梁,柱验算截面的剪力设计值;
—框架柱的剪跨比 。 反弯点位于柱高中部的框架柱,可取柱净高与计算方向 2倍柱截面有效高度之比值;
—柱端截面未经以上第 4,5,6条调整的组合弯矩计算值,可取柱上,下端的较大值;
—柱端截面与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值;
cM
cV
9,柱的纵向钢筋配置,应符合下列规定:
(1) 全部纵向钢筋的配筋率,非抗震设计不应大于 6%,抗震设计不应大于 5%;
(2) 全部纵向钢筋的配筋率,不应小于表 6-36的规定值,且柱每一侧纵向钢筋配筋率不应小于 0.2%。
柱纵向钢筋最小配筋百分率 表 6- 36
柱类型抗震等级非抗震一级 二级 三级 四级中柱、边柱 1.0 0.8 0.7 0.6 0.6
角柱 1.2 1.0 0.9 0.8 0.6
10,柱的纵向钢筋配置,尚应满足下列要求:
(1) 抗震设计时宜采用对称配筋;
(2) 抗震设计时,截面尺寸大于 400mm的柱,其纵向钢筋间距不宜大于 200mm;非抗震设计时,柱纵向钢筋间距不应大于 350mm;柱纵向钢筋净距均不应小于 50mm;
(3) 一级且剪跨比不大于 2的柱,其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于 1.2%,且应沿柱全长采用复合箍筋;
(4) 边柱,角柱及剪力墙柱考虑地震作用组合产生小偏心受拉时,柱内纵筋总截面面积宜比计算值增加 25%。
11,柱纵向受力钢筋的连接法,应遵守下列规定:
(1) 框架柱:一,二级抗震等级及三级抗震等级的底层,宜采用机械接头,三级抗震等级的其他部位和四级抗震等级,
可采用搭接或焊接接头;
(2) 框支柱:宜采用机械接头;
(3) 当采用焊接接头时,应检查钢筋的可焊性;
(4) 位于同一连接区段内的受力钢筋接头面积率不宜超过 50%。
(5) 当接头位置无法避开梁端,柱端箍筋加密区时,应采用机械连接接头,且钢筋接头面积率不应超过 50%;
(6) 钢筋机械接头,搭接接头及焊接接头,尚应遵守有关标准,规范的规定 。
12,框架底层柱纵向钢筋锚入基础的长度应满足下列要求:
(1) 在单独柱基,地基梁,筏形基础中,柱纵向钢筋应全部直通到基础底;
(2) 箱形基础中,边柱,角柱与剪力墙相连的柱,仅一侧有墙和四周无墙的地下室内柱,纵向钢筋应全部直通到基础底,其他内柱可把四角的纵向钢筋通到基础底,其余纵向钢筋可伸入墙体内 45d。 当有多层箱形基础时,上述伸到基础底的纵向钢筋,除四角钢筋外,其余可仅伸至箱形基础最上一层的墙底 。
13,非抗震设计时,柱中箍筋应符合以下规定:
(1) 箍筋应为封闭式;
(2) 箍筋间距不应大于 400mm,且不应大于构件截面的短边尺寸和最小纵向钢筋直径的 15倍;
(3) 箍筋直径不应小于最大纵向钢筋直径的 1/4,且不应小于
6mm;
(4) 当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过 3%时,箍筋直径不应小于 8mm,箍筋间距不应大于最小纵向钢筋直径的 10倍且不应大于 200mm。 箍筋末端应做成 135 弯钩,弯钩末端直段长度不应小于 10倍箍筋直径,且不应小于 75mm;

(5) 当柱每边纵筋多于 3根时,应设置复合箍筋 (可采用拉条 );
(6) 柱内纵向钢筋采用搭接做法时,搭接长度范围内箍筋直径不应小于塔接钢筋最大直径的 0.25倍;在纵向受拉钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的 5倍,且不应大于 100mm;在纵向受压钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的 10
倍,且不应大于 200mm。
14,抗震设计时,柱箍筋应在下列范围内加密:
(1) 二层及二层以上的柱两端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三者之最大值范围内;
(2) 底层柱刚性地面以上,下各 500mm的范围内;
(3) 底层柱柱根以上 1/3柱净高的范围内;
(4) 剪跨比不大于 2的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于 4的柱全高范围内;
(5) 一级及二级框架的角柱的全高范围;
(6) 需要提高变形能力的柱的全高范围 。
15,抗震设计时,柱箍筋加密区的箍筋最小直径和最大间距,
应符合下列规定:
(1) 一般情况下,应符合表 6-37的要求:
(2) 剪跨比不大于 2的柱,箍筋间距不应大于 100mm,一级时尚不应大于 6倍的纵向钢筋直径;
(3) 三级框架柱截面尺寸不大于 400mm时,箍筋最小直径允许采用 6mm;二级框架柱箍筋直径不小于 10mm,肢距不大于 200mm时,除柱根外最大间距允许采用 150mm。
16,柱箍筋加密区箍筋的体积配筋率应符合下列规定:
(1) 柱箍筋加密区箍筋的体积配筋率,应符合下列规定:
(6-86)
式中 —柱箍筋加密区的体积配筋率,按以后第 20条的规定计算,计算中应扣除重叠部分的箍筋体积;
—混凝土轴心抗压强度设计值;当强度等级低于
C35时,按 C35取值;
—箍筋及拉筋抗拉强度设计值;
—最小配箍特征值,按表 6-38采用 。
yv
c
vv f
f
v?
cf
yvf
v?
(2) 对一,二,三,四级抗震等级的框架柱,其箍筋加密区范围内箍筋的体积配筋率尚且分别不应小于 0.8%,0.6%、
0.4%和 0.4%。
17,抗震设计时,柱箍筋设置应符合下列要求:
(1) 箍筋应有 135 弯钩,弯钩端部直段长度不应小于 10倍的箍筋直径,且不小于 75mm;
(2) 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;采用拉筋组合箍时,拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍;

(3)剪跨比不大于 2的柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,其加密区体积配箍率不应小于 1.2%;设防烈度为 9度时,不应小于 1.5%。
18,抗震设计时,框架柱非加密区的箍筋,其体积配箍率不宜小于加密区的一半;其箍筋间距,不应大于加密区箍筋间距的 2倍,且一,二级不应碱 10倍纵向钢筋直径,三,四级不应大于 15倍纵向钢筋直径 。
19,柱的纵筋不应与箍筋,拉筋及预埋件等焊接 。
20,柱的箍筋体积配箍率 按下式计算:
(6-87)
式中 —箍筋单肢截面面积;
—对应于 的箍筋单肢总长度,重叠段按一肢计算
—柱核芯混凝土面积的两个边长 (图 6-34);
s —箍筋间距框架柱的箍筋可采用图 6-35所示的形式 。 当柱的纵向钢筋每边 4根及 4根以上时,宜采用井字形箍筋 。
v?
sll lkkv
21

k?
kl k
21 ll、
第十节 框架梁柱节点核心区截面抗震验算
(1) 设防烈度为 9度的结构以及一级抗震等级的框架结构
(2)其他情况 (6-89)
(6-88)
)1(15.1
'
0
'
0 bc
sb
sb
b u a
j hH
ah
ah
MV


)1(
'
0
'
0 bc
sb
sb
bjb
j hH
ah
ah
MV



(一 )一般框架梁柱节点
1,一、二级框架梁柱节点核心区组合的剪力设计值,应按下列公式计算:
式中 —梁柱核心区组合的剪力设计值;
—梁截面的有效高度,节点两侧梁截面高度不 等时可采用平均值;
—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;
—梁的截面高度,节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值;
—节点剪力增大系数,一级取 1.35,二级取 1.2
jV
0bh
'sa
cH
bh
jb?
—节点左,右梁端反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,
绝对值较小的弯矩应取零;
—节点左,右梁端反时针或顺时针方向按实配钢筋面积 (计入受压钢筋 )和材料强度标准值计算的受弯承载力所对应的弯矩设计值之和 。
bM
buaM
2,核心区截面有效计算的宽度,应按下列规定采用:
(1) 当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的 1/2时,
可采用该侧柱截面宽度;当小于柱截面宽度的 1/2时,可采用下列二者的较小值:
(6-90)
(6-91)
cbj hbb 5.0
cj bb?
式中
—节点核心区的截面有效计算宽度;
—梁截面宽度;
—验算方向的柱截面高度;
—验算方向的柱截面宽度 。
jb
bb
ch
cb
(2)当梁,柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的 1/4时,可采用本条第 1款和下式计算结果的较小值 。
(6-92)
ehbbb ccbj 25.0)(5.0
式中 e —梁与柱中线偏心距 。
3,节点核心区受剪截面应符合下式要求:
(6-93)
)30.0(1 jjccj
RE
j hbfV
式中 —正交梁的约束影响系数 。 楼板为现浇,梁柱中线重合,四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的
1/2且正交方向梁高度不小于框架梁高度的 3/4时,可采用 1.5,9度时宜采用 1.25,其他情况宜采用 1.0;
j?
—节点核心区的截面高度,可采用验算方向的柱截面高度 ;
—承载力抗震调整系数,可采用 0.85;
—混凝土强度影响系数,应按,高规,第 6.2.6条采用
—混凝土轴心受压强度设计值 。
jh
ch
RE?
c?
cf
4,节点核心区截面受剪承载力,应按下列公式验算:
(1) 设防烈度为 9度时
(6-94)
(2) 其他情况
(6-95)
)9.0(1 0 s ahAfhbfV sbs v jyvjjtj
RE
j

)05.01.1(1;
0
s
ahAf
b
bNhbfV sb
s v jyv
c
j
jjjtj
RE
j

式中 N—对应于组合剪力设计值的上柱组合轴向力设计值 。
当 N为轴向压力时,不应大于柱的截面面积和混凝土轴心抭压强度设计值乘积的 50%; 当 N为拉力时,应取为零
—箍筋的抗拉强度设计值;
—混凝土轴心抗拉强度设计值;
—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;
s—箍筋间距 。
yvf
tf
svjA
(二 )梁宽大于柱宽的扁梁框架的梁柱节点
1,楼盖应采用现浇,梁柱中心线宜重合 。
2,扁梁框架的梁柱节点核心区应根据梁上部纵向钢筋在柱宽范围内,外的截面面积比例,对柱宽以内和柱宽以外的范围分别计算受剪承载力 。 计算柱外节点核心区的剪力设计值时,可不考虑节点以上柱下端的剪力作用 。
3,节点核心区计算除应符合一般梁柱节点的要求外,尚应符合下列要求:
(1) 按 (一 )第 3条计算核心区受剪截面时,核心区有效宽度可取梁宽与柱宽的平均值;
(2) 四边有梁的节点约束影响系数,计算柱宽范围内核心区的受剪承载力时可取 1.5,计算柱宽范围外核心区的受剪承载力时宜取 1.0;
(3) 计算核心区受剪承载力时,在柱宽范围内的核心区,
轴力的取值可同一般梁柱节点;柱宽以外的核心区可不考虑轴向压力对受剪承载力的有利作用;
(4) 锚入柱内的梁上部纵向钢筋宜大于其全部钢筋截面面积的 60%。
(三 )圆柱的梁柱节点
1,梁中线与柱中线重合时,圆柱框架梁柱节点核心区受剪截面应符合下式要求:
(6-96))03.0(1
jccj
RE
j AfV
式中 —正交梁的约束影响系数,可按 (一 )第 3条确定,其中柱截面宽度可按柱直径采用;
—节点核心区有效截面面积,当梁宽 不小于圆柱直径 D的一半时,可取为 ;当梁宽 小于柱直径的一半但不小于柱直径的 0.4倍时,可取为 0.8D( +D/2)。
j?
jA
b28.0 D
b
b
2,梁中线与柱中线重合时,圆柱截面梁柱节点核芯区截面受剪承载力应按下列公式验算:
(1) 抗震设防烈度为 9度时
(6-97) )57.12.1(1 0'
s
ahAf
s
ahAfAfV sb
a v jyv
sbo
shyvjtj
RE
j

(2) 其他情况
(6-98)
s
ahAfA
D
NAfV sbo
shyvjjjtj
RE
j
'
2 57.105.05.1(
1
)0 s ahAf sbsv jyv
式中 —单根圆形箍筋的截面面积;
—计算方向上同一截面的拉筋和非圆形箍筋的总截面面积 。
D —圆柱截面直径
N —轴向力设计值,可按 (一 )第 4条的规定取用
shA
svjA
各类框架节点核芯区的箍筋和纵向钢筋配置,应符合下列要求:
(1)框架节点中的箍筋最大间距,最小直径宜按本节七表 6-34
取用;对一,二,三级抗震等级的框架节点核芯区,其箍筋最小配筋特征值分别不宜小于 0.12,0.10,0.08,且其箍筋体积配箍率分别不宜小于 0.6%,0.5%和 0.4%。
(2)柱中的纵向受力钢筋,不宜在节点中切断 。
第五章 剪力墙结构设计一般规定及结构布置
1,现浇高层钢筋混凝土剪力墙结构,适用于住宅,
公寓,饭店,医院病房楼等平面墙体布置较多的建筑 。
2,当住宅,公寓,饭店等建筑,在底部一层或多层需设置机房,汽车房,商店,餐厅等较大平面空间用房时,可以设计成上部为一般剪力墙结构,底部为部分剪力墙落到基础,其余为框架承托上部剪力墙结构 。
3,剪力墙结构的平面体形,可根据建筑功能需要,
设计成各种形状,剪力墙应按各类房屋使用要求,满足抭侧力刚度和承载力进行合理布置 。
5.1剪力墙结构剪力墙结构的布置?
剪力墙结构内力和位移的简化计算方法?
剪力墙截面设计?
剪力墙构造要求?
back
剪力墙结构的布置平面布置正交刚度不宜过大(?)
间距 6-8m
长度 H/L>=2,L<=8m
立面布置门窗洞口宜上下对齐,成列布置刚度避免突变,上下连续楼板与墙连接
back
5.2剪力墙结构内力和位移的简化计算方法剪力墙的类型计算原则与假定各类剪力墙的简化计算方法剪力墙内力及变形规律
back
剪力墙的类型剪力墙的受力特点剪力墙的类型分类原则(指标)
整体性系数 ——连梁总抗弯线刚度与墙肢总抗弯线刚度比
净惯性矩 /总惯性矩 ——墙肢截面与洞口宽窄的关系
洞口面积、位置分类
整截面剪力墙
整体小开口剪力墙
联肢剪力墙
壁式框架
不规则开洞剪力墙
back
计算原则与假定假定楼板刚度墙刚度翼缘宽度 ——min{6*厚度,墙间距 /2,总高度 /20}
总原则荷载在各片剪力墙之间的分配
竖向荷载 ——按受荷面积
水平荷载 ——按等效抗弯刚度各片剪力墙在分配得的荷载作用下的内力和位移计算
back
各类剪力墙的简化计算方法整截面墙和整体小开口墙 ——材料力学方法?
联肢墙(双肢墙) ——连续化方法?
壁式框架 ——带刚域 D值法?
back
整截面墙和整体小开口墙 ——材料力学方法内力计算弯矩 Mj=0.85MpIj/I+0.15MpIj/(sumIj)
轴力 Nj=0.85MpAjyj/I
剪力 Vj=Vp{Aj/(sumAj)+Ij/(sumIj)}/2
侧移计算总侧移 =弯曲部分 +剪切部分 =弯曲部分 (1+a)
不同荷载:
均布 V0H3/(8EIW)+ uV0H/(GAW)
倒三角 11V0H3/(60EIW)+ uV0H/(2GAW)
顶点集中力 V0H3/(3EIW) + 2uV0H/(3GAW)
Mp
Nj
V0 =uV0H/GAW
back
5.3联肢墙(双肢墙) ——连续化方法基本假定楼盖平面内刚度无穷大连梁连续化假定连梁反弯点位于跨中构件沿竖向分布均匀方法概要基本思路 ——位移协调
连梁跨中位移 =墙肢弯曲变形部分 +墙肢轴向变形部分 +连梁弯曲和剪切变形部分 =0
二阶常系数微分方程内力计算位移计算 back
5.4壁式框架 ——带刚域 D值法刚域及其长度原因刚臂长度带刚域 D值法带刚域杆件的抗侧刚度
转角位移方程
梁,k12=ci,k21=c’i,i=EIe/l
柱,kc= (c+c’)i/2
柱抗侧刚度
D值 D=(Alpha*12i/h2)= Alpha*12i/h2*(c+c’)/2
带刚域杆件的反弯点高度
y=a+sy0+y1+y2+y3
back
5.5剪力墙内力及变形规律整截面墙整体小开口墙联肢墙壁式框架
back
弯矩沿高度分布、水平截面正应力分布、连梁反弯点
5.6剪力墙截面设计墙肢截面设计?
连梁截面设计?
延性问题?
back
墙肢截面设计墙肢正截面(受弯)承载力计算?
平面外承载力验算(小偏压情况)
N<=phi*(fcbwhw+fy’As’)
墙肢斜截面(受剪)承载力计算?
back
墙肢正截面(受弯)承载力计算墙肢的配筋特点、计算假定分布钢筋计算假定大偏压情况?
小偏压情况?
大偏拉情况?
back
大偏压情况判定基本公式
N=
Ne=
e=e0+hw/2-as
设计表达式无地震作用组合有地震作用组合
As Asw As’
Ne e’
fywAsw(hw0-1.5x)/hw0 fcmbwx
fyAs
fy’As’
x
1.5x
back
小偏压情况判定基本公式
N=
Ne=
e=e0+hw/2-as
fs=(ksi-0.8)fy/(ksib-0.8)
设计表达式无地震作用组合有地震作用组合
As Asw As’
Ne e’
fcmbwx
fsAs fy’As’x
back
大偏拉情况
As Asw As’
Ne e’
fcmbwx fywAsw(hw0-1.5x)/hw0 fyAsfy’As’
x
1.5x
判定基本公式
N=
Ne=
e=e0-hw/2+as
设计表达式无地震作用组合有地震作用组合
back
墙肢斜截面(受剪)承载力计算墙肢的剪切破坏形式剪力设计值的确定 ——强剪弱弯偏压情况偏拉情况
back
连梁截面设计连梁正截面(受弯)计算对称配筋 ——受压区小连梁斜截面(受剪)计算(剪切破坏严重)
剪力设计值的确定 ——强剪弱弯(同一般框架梁)
设计表达式 ——增大配箍
无地震作用组合
跨高比 >2.5 Vb<=0.07fcbbhb0+fyvAsvhb0/s
跨高比 <=2.5 Vb<=0.063fcbbhb0+0.9fyvAsvhb0/s
有地震作用组合( … )
严格控制截面尺寸(名义剪应力)
无地震作用组合 Vb<=0.25fcbbhb0
有地震作用组合
跨高比 >2.5 Vb<=0.20fcbbhb0/GamaRE
跨高比 <=2.5 Vb<= 0.15fcbbhb0/GamaRE back
延性问题剪力墙剪力墙的破坏形态与剪跨比有关 ——(中)高墙强墙弱梁(破坏机制)
尽可能大偏压连梁强剪弱弯抗剪配筋
配筋形式 ——交叉斜筋
大配筋量连梁尺寸
back
5.7剪力墙构造要求剪力墙材料,混凝土( >C20),钢筋(分布筋、箍筋一级,其它二级)
截面尺寸(厚度):
稳定要求 ——一级 (>=max(h/20,160);其它 (>=max(h/25,140)
抗剪要求(剪压比) ——V<=a*fcbwhw0/GamaRE,a=0.25(0.20),0.20(0.15)
配筋:
竖向钢筋:端部筋(明柱、暗柱、翼柱)、分布筋
水平钢筋:端部附加筋、分布筋
洞口加强筋连梁截面尺寸:
抗剪要求(剪压比) ——V<=a*fcbbhb0/GamaRE,a=0.25,0.20(0.15)
配筋:
纵筋:锚固
抗剪钢筋,back
第六章 框架 -剪力墙结构框架 -剪力墙结构的受力与变形特点?
框架 -剪力墙结构的布置?
框架 -剪力墙结构内力和位移的简化计算方法?
框架 -剪力墙结构构件截面设计?
框架 -剪力墙结构构造要求底部大空间剪力墙结构?
back
6.1框架 -剪力墙结构的受力与变形特点
back
框架剪力墙框架 -剪力墙
变形特点?荷载分配?剪力分布
back
框架 -剪力墙结构的剪力分布
Vp?Vw?Vf
0
0

6.2框架 -剪力墙结构的布置剪力墙形状与布置剪力墙数量足够数量
刚度要求
剪力墙抵抗矩 >=50%总倾覆力矩不宜过多
Lamda=( 1-2.4)
楼板剪力墙间距框架外伸长度
back
6.3框架 -剪力墙结构内力和位移的简化计算方法基本假定基本思路 ——协同工作分析集成?平面化?连续化?分配几个问题:
框架 -剪力墙协同工作体系(刚接、铰接)
方程
刚度特征值计算步骤确定计算简图?计算 刚度特征值?(查表)计算总剪力墙的弯矩、层剪力?总框架层剪力 =总层剪力 -总剪力墙层剪力 (?广义剪力再分配 )?内力计算
back
刚度特征值抗推刚度与抗侧刚度综合框架抗推刚度
Cf=h?D
综合剪力墙抗弯刚度
EIw=?EIw
综合连梁抗弯刚度
Cb=?m/h=?6ci/h
刚度特征值
back
W
f
EI
C
H
W
bf
EI
CC
H

6.4框架 -剪力墙结构构件截面设计内力调整连梁塑性内力重分布 ——降低刚度 (0.55)
VF<=0.2V0 时,VF=min{0.2V0,1.5VF,max}
V0——底部总地震剪力
VF,max——框架各层楼层剪力中的最大值屋面突出部分为框 —剪结构,VF取计算层剪力 1.5
框架结构侧移小 ——延性要求略低剪力墙带边框剪力墙
back
6.5底部大空间剪力墙结构底层和底部多层结构布置落地剪力墙数量( 30%,50%)、净距和位置上下层刚度比过渡层楼板内力计算及调整转换层以上:总剪力按等效刚度分配转换层以下:落地墙承受总层剪力并按等效刚度分配框支柱,>=20%总层剪力局部平面有限元计算构件截面设计
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