同济大学 高层建筑 第三章 37

1、第三章第三章 框架结构设计框架结构设计3 3. .1010 框架梁、柱截面设计和配筋构造框架梁、柱截面设计和配筋构造结构设计步骤结构设计步骤步骤一：结构布置步骤一：结构布置步骤二：截面初选步骤二：截面初选1 1、框架梁的截面尺寸、框架梁的截面尺寸 主梁截面高度主梁截面高度 b bb b1 11 1h h = =( ( ) )l l1 10 01 18 8：主梁计算跨度：主梁计算跨度b bl l0 0b bl l / /h h 4 4b b2 20 00 0mmmmb bh / bh / b4 42 2、框架柱的截面尺寸、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矩形截面柱的边长，非抗

2、震设计不宜小于250mm250mm，抗震设计不宜小于抗震设计不宜小于300mm300mm，圆柱截面直径不宜小于，圆柱截面直径不宜小于350mm350mm第三章第三章 框架结构设计框架结构设计3.3.框架柱的轴压比限值框架柱的轴压比限值 ( (影响柱承载力和延性的参数影响柱承载力和延性的参数) ) N NN Nccccc cN N = = f bhf bh第三章第三章 框架结构设计框架结构设计 轴压比是影响柱的延性的重要因轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，柱的变形能力随素之一，柱的变形能力随轴压比轴压比增大而急剧降低增大而急剧降低，尤其在高轴压，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能比下，增

3、加箍筋对改善柱变形能力的作用并不明显。力的作用并不明显。 所以，抗震设计中应限制柱的轴所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，其实质就是希望压比不能太大，其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍能框架柱在地震作用下，仍能实现实现大偏心受压下的弯曲破坏大偏心受压下的弯曲破坏，使柱，使柱具有延性性质。具有延性性质。 第三章第三章 框架结构设计框架结构设计 试验表明，在矩形柱或圆形柱内设置矩形试验表明，在矩形柱或圆形柱内设置矩形核心柱核心柱，不但可，不但可以以提高柱的受压承载力提高柱的受压承载力，还可以提，还可以提高柱的变形能力高柱的变形能力。在压、。在压、弯、剪作用下，当柱出现弯、剪裂缝，在大变形情

4、况下芯柱弯、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。塌。第三章第三章 框架结构设计框架结构设计 规范规定：柱轴压比不应超过下表，但规范规定：柱轴压比不应超过下表，但类场地上的类场地上的较高层建筑柱轴压比限值应适当减小。较高层建筑柱轴压比限值应适当减小。ccccc cN N = = f bhf bh0.900.950.800.850.70.700.750.6框架框架-剪力墙框支剪

5、力墙三二一结构类型抗震等级柱轴压比限制第三章第三章 框架结构设计框架结构设计步骤三：汇集荷载及荷载计算步骤三：汇集荷载及荷载计算 竖向恒荷载竖向恒荷载 竖向活荷载竖向活荷载 水平风荷载水平风荷载 地震作用地震作用步骤四：内力计算步骤四：内力计算 竖向恒荷载作用下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竖向活荷载作用下内力计算 水平风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地震作用下内力计算第三章第三章 框架结构设计框架结构设计步骤六：控制截面及控制截面内力调整步骤六：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梁柱轴线端内力调整至构件边缘端

6、 竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布竖向荷载梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤七：内力组合、确定最不利内力步骤八：截面尺寸验算步骤八：截面尺寸验算1 1、框架梁受剪截面应符合下列要求、框架梁受剪截面应符合下列要求无地震作用组合时无地震作用组合时c c c c0 0V V 0 0. .2 25 5 f f b bh h步骤五：侧移验算步骤五：侧移验算 侧移不满足要求回到步骤一侧移不满足要求回到步骤一第三章第三章 框架结构设计框架结构设计有地震作用组合时有地震作用组合时 跨高比跨高比大于大于2.52.5的梁及剪跨比的梁及剪跨比大于大于2 2的柱的柱c c c

7、 c0 0R RE E1 1V V ( (0 0. .2 2f f b bh h ) ) 跨高比跨高比不大于不大于2.52.5的梁及剪跨比的梁及剪跨比大于大于2 2的柱的柱c c c c0 0R RE E1 1V V ( (0 0. .1 15 5f f b bh h ) ) 混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于C50C50时取时取1.01.0；当混凝土强度等级为；当混凝土强度等级为C80C80时取时取0.80.8；当混；当混凝土强度等级在凝土强度等级在C50C50和和C80C80之间时可按线性内插取用之间时可按线性内插取用 矩形截面的宽度，矩形

8、截面的宽度，T T形截面、形截面、I I形截面的腹板宽度形截面的腹板宽度 梁柱截面计算方向有效高度梁柱截面计算方向有效高度Cb0h第三章第三章 框架结构设计框架结构设计2 2、框架柱截面应符合下列要求、框架柱截面应符合下列要求 柱剪跨比不宜小于柱剪跨比不宜小于2 2 柱截面高宽比不宜大于柱截面高宽比不宜大于3 300/ 22 c cc cc cV VH HH HMM V Vh hV Vh hh h 长柱，发生弯曲破坏长柱，发生弯曲破坏 短柱，发生剪切破坏短柱，发生剪切破坏 极短柱，发生剪切斜拉破坏极短柱，发生剪切斜拉破坏2 2 1.5 注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数注意：轴压比和剪

9、跨比是影响柱延性的重要参数第三章第三章 框架结构设计框架结构设计步骤九：延性设计调整步骤九：延性设计调整1 1、框架梁、框架梁dede的强剪弱弯调整的强剪弱弯调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整一、二、三级抗震需调整，四级无需调整() / l lr rV Vb bb bb bn nG Gb bV V MMMMl lV V 9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合1.1() / l lr rb bu ub bu un nG Gb bV VMMMMl lV V 分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设

10、计值。当抗震等级为一级且梁两端弯矩均为负弯矩时，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、三级分别取梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.31.3、1.21.2、1.11.1 梁的净跨梁的净跨 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分析的梁端截面剪力设计值VbVb n nl lGbGbV Vl lr rb bb bMM 、MM 梁按实际配筋计算的抗弯承载能力梁按实际配筋计算的抗弯承载能力ulrlrbbubbuMM 、MM第三

11、章第三章 框架结构设计框架结构设计2 2、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架） C CC Cb bMM MM 9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合1.2 C Cb bu uMMMM 节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合合 弯矩设计值之和，上下柱端的弯矩设计值，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

12、点左右梁端均弯矩设计值之和，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为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零 柱端弯矩增大系数，柱端弯矩增大系数， 一、二、三级分别取一、二、三级分别取1.41.4、1.21.2、1.11.1 C CMM MMb bC C 第三章第三章 框架结构设计框架结构设计3 3、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）()/ t tb bv vc cC CC Cn nV V MMMMH H9 9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合1.2() / t tb bc c

13、u uc cu un nV VMMMMH H 分别为柱上下端顺时针或逆时针方向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截面组合的弯矩设计值、t tb bC CC CMMMM4 4、构造要求、构造要求 抗震设计时，一、二、三级框架结构的底层柱底截面抗震设计时，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与增大系数1.51.5、1.251.25和和 1.151.15的乘积。的乘积。第三章第三章 框架结构设计框架结构设计步骤十：抗弯承载力计算步骤十：抗弯承载力计算110 y ys sc cy

14、ys sc cy ys sf f A A f f b bx xf f A A f f b bh h f f A A 1002100210.5 u uc cy ys sc cy ys sx xMMMM f f b bx x h hf f A Ah ha a f f b bh h f f A Ah ha a1 1、框架梁抗弯承载力计算框架梁抗弯承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到由矩形截面受弯极限状态平衡条件可以得到第三章第三章 框架结构设计框架结构设计ys1 cys1 c0ysf Af bxf Af bhf A REREu1 c0ys021 c0y

15、s01xMMf bx hf A ha21f bh10.5f A ha 抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下：抗震设计时梁两端受压区高度限制具体要求如下：一级抗震一级抗震 X X0.25h0.25h0 0b b0 0 ， AsAsAsAs0.50.5；二、三级抗震二、三级抗震 X X0.35h0.35h0 0b b0 0， AsAsAsAs0.3 0.3 地震作用组合时地震作用组合时 第三章第三章 框架结构设计框架结构设计 11001100(/2 )()1(/2 )()c cc cc cc cc cy yS Sc cr r E Ec cc cc cc cc cy yS Sc cr r E

16、EN Nx x f fb bN Ne e f fb bx xh hx xf fA Ah ha a N Nx x f fb bN Ne e f fb bx xh hx xf fA Ah ha a 有有地地震震作作用用合合 地震作用组合时地震作用组合时 2 2、框架柱抗弯承载力计算、框架柱抗弯承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 假定大偏心假定大偏心11001(/ 2)() r rE Ec cc cc cc cc cy yS Sc cr rE E N Nx x f f b bN Ne e f f b b x x h hx xf f A Ah ha a 第三章第三章 框架结构设计框架结构设计

17、步骤十一：抗剪承载力计算步骤十一：抗剪承载力计算1 1、框架梁抗剪承载力计算、框架梁抗剪承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时s sv vc cs st t0 0y yv v0 0A AV V V V = = 0 0. .7 7f f b bh h +1 1. .2 25 5f fh hs ss sv vc cs st t0 0y yv v0 0A A1 1. .7 75 5V V V V= = ( (f f b bh h +f fh h ) )1 1+ s s 集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁第三章第三章 框架结构设计框架结构设计1 1、框架梁抗剪承载力计算、框架梁抗剪承载力计算 地震

18、作用组合时地震作用组合时 集中荷载为主的梁集中荷载为主的梁001(0.421.25) s sv vc cs st ty yv vR RE EA AV VV Vf f b bh hf fh h s s0011.05()1 s sv vc cs st ty yv vR RE EA AV V V Vf fb bh hf fh h s s第三章第三章 框架结构设计框架结构设计2 2、框架柱抗剪承载力计算、框架柱抗剪承载力计算 无地震作用组合时无地震作用组合时 地震作用组合时地震作用组合时001.75(0.07)1 s sv vc cs st ty yv vA AV VV Vf f b bh hf fh

19、 hN N s s0011.05(0.056)1 s sv vc cs st ty yv vR RE EA AV VV Vf f b bh hf fh hN N s s0.30.3， c cc cc cc cN Nf f A AN Nf f A A第三章第三章 框架结构设计框架结构设计有拉力情况下有拉力情况下 无地震作用组合时无地震作用组合时 地震作用组合时地震作用组合时001.75(0.02)1 s sv vc cs st ty yv vA AV VV Vf f b bh hf fh hN N s s0011.05(0.02)1 s sv vc cs st ty yv vR RE EA AV

20、 VV Vf f b bh hf fh hN N s s第三章第三章 框架结构设计框架结构设计步骤十二：构造要求步骤十二：构造要求1 1、框架梁设计应符合下列要求、框架梁设计应符合下列要求（1 1）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小）纵向受拉钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于于0.20.2和和 二者的较大值；抗震设计时，不应小二者的较大值；抗震设计时，不应小于规范规定数值于规范规定数值45/t ty yf ff f第三章第三章 框架结构设计框架结构设计（2 2）框架梁的体积配箍率）框架梁的体积配箍率 s ss sv vn n A A b b S S AsAs为单肢箍筋截面面积，为

21、单肢箍筋截面面积，n n为肢数，为肢数，s s为箍筋梁跨方向为箍筋梁跨方向间距，间距，b b为梁宽为梁宽说明：说明： 箍筋加密区长度箍筋加密区长度:(:(一级一级) ,() ,(二二 四级四级) ) 第一个箍筋应设置在距支座边缘第一个箍筋应设置在距支座边缘50mm50mm处处 箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级200mm200mm和和2020倍箍倍箍筋直径的较大值，二、三级筋直径的较大值，二、三级250mm250mm和和2020倍箍筋直径的倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于较大值，四级不宜大于300mm300mm 箍筋应有箍筋应有13501350弯钩，弯钩端头直段长度不应小于弯钩，弯钩端头直段长度不应小于1010倍倍箍筋直径和箍筋直径和75mm75mm的较大值的较大值2500和和b bh h1.5500和和b bh h第三章第三章 框架结