《混凝土结构设计》3(史上最全面)解析

1、第三章钢筋混凝土框架结构3.1框架结构体系及布置*多层及高层建筑的范围：(1)高层建筑混凝土结构技术规程(高规)JGJ3-2002、J186-2002适用于10层及10层以上或高度超过28m的建筑；(2)多层及高层建筑的大致范围：多层建筑：2-8(10)层；高层建筑：8(10)层;习惯上，对其中8(10)-18层的建筑又称为小高层建筑，18-40层的建筑称为高层建筑，40层的建筑称为超高层建筑。*多层及高层建筑常用的结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、框架-筒体结构*框架结构的特点：建筑平面布置灵活，立面处理容易，可适应不同房屋造型；但侧移刚度相对较小，房屋高度不宜过高

2、(P188)3.1.1框架结构体系1 .框架结构组成由梁、柱、节点及基础组成，节点构造十分重要。w同伯3.I市经脑内利而示图La)七星*由帽架的地成Mln蟆麋的槌架2 .框架结构种类(P188)按施工方法的不同可分为：整体式、装配式、装配整体式3.框架结构布置横向承重、纵向承重、纵横双向承重的I2桶簟箱构布笔横向承衽梨卜玷;礼冏稽僵重排|EG用横向承置网架3.1.2变形缝（P189-190）沉降缝、伸缩缝、防震缝困工.1况塞3t嗷隹3.1.3框架梁、柱截面尺寸1.梁、柱截面形状4UUUt±W值MIE14蜓敷面脂状2.梁、柱截面尺寸（1）梁截面尺寸（主要考虑跨高比的影响）（2）柱截面尺

3、寸（主要考虑层高、竖向荷载、及车轴压比的影响）轴压比：=fcA轴压比限值：（表3.1）3,梁截面惯性矩（考虑楼板参加工作的影响，表3.2）3.1.4框架结构计算简图1.平面计算单元图雁里的计算单元网用,t程步庄怕战住置3.2竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法3.2.1 分层法1 .计算假定(P193)2 .计算要点用弯矩分配法计算弯矩，求得的梁端弯矩即为最后弯矩，柱的弯矩由上、下层计算的弯矩叠加得到(节点弯矩若不平衡，可再作一次弯矩分配)；除底层以外的其它各层柱的线刚度乘以修正系数0.9,据此计算节点周围各杆件的弯矩分配系数；底层柱和各层梁的传递系数取1/2,其它各柱的传递系数取1/3;梁跨

4、中弯矩、梁端剪力、柱轴力由静力平衡条件求出。*分层法适用于节点梁、柱线刚度比£ib/Zic>3,结构与荷载沿高度分布比较均匀的多层框架的内力分析。*例3.1P194-1962.弯矩二次分配法(1)计算假定：某一节点的不平衡弯矩只对与该节点相交的各杆件的远端有影响，而对其余杆件的影响忽略不计。(2)计算步骤：先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端传递(传递系数均取1/2);再将因传递弯矩产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配。*例3.23.3水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算*计算的关键：确定各柱间的剪力分配，确定各柱反弯点高度。3.3.1反弯点法适用条件：结构比较均匀

5、、层数不多，八上3的多层框架1 .基本假定(P199(1)-(3)2 .同层各柱剪力分配由3糖板颦里位阴窜毒藁癌相聚变位明；mJ春景内弟的m:Vik=Vik=1dik12icch2Vd；ikikim二.dik二Vk1Vi(3.(2)(3.(3)(3.(4)(3.5)乙dikk1V.工Vi(3.6)、dikk1*各层的层间总剪力按各柱侧移刚度所占比例分配到各柱。3 .柱中反弯点位置(1)上部各层柱位于1h处(反弯点高度系数y)；22底层柱位于2h处(反弯点高度系数y=|)。4 .框架梁柱内力(1)柱端弯矩圉3星柱端穹矩汁算柱下端弯矩：Mik=Mkyh(3.7)柱上端弯矩：Mik=Vk(1-y)h

6、(3.8)(2)梁端弯矩梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，节点左右梁端弯矩大小按其线刚度之比分配(3.9-3.10式)。附左"梁端宫矩升破（3）梁端剪力（4）梁端轴力均可由平衡条件求出囤工工了黑诩的力“算图，*柱轴力计其3.3.2改进反弯点法（D值法）*反弯点法存在的问题（P201）;*改进要点：修正侧移刚度；调整反弯点位置。1 .柱侧移刚度的修正*框架结构在荷载作用下各节点均有转角，使柱的侧移刚度有所降低，用侧移刚度系数外进行修正。!，.电聚挑蟹档朋度H电r.*计算假定及外的推导：（P201-203）节点转动的大小取决于梁对节点的约束程度，梁刚度越大，对柱转动的约束能力越大，节点转角越

7、小，或越接近1。*柱抗侧移刚度修正系数%(表3.3)2.柱的反弯点位置*反弯点的位置与柱上下端转角大小有关，影响柱两端转角的主要因素有：梁柱线刚度比、柱所在楼层位置、上下梁相对线刚度比、上下层层高的变化。(1)标准反弯点高度比yoKX%度侦总离他事定Mny0一Vnh(3.20)yo与梁柱线刚度比K、结构总层数m、柱所在楼层n有关，可查表3.4、表3.5。(P205-208)(2)上下层梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值yi(P209表3.6)ii+i2<i3+i4时，取口1=修，反弯点向上移，yi取正值;1314ii+i2Ai3+i4时，取=虫，反弯点向下移，取负值;Ili2底层柱不考虑

8、的修正。(3)上下层层高变化时反弯点高度比修正、2、V3出到3.23层高变化对反弯点诊响上下层层高比：2二/h、：3=n/h若4=hu/h>1.0,反弯点向上移，y2取正值；若%=hu/h<1.0,反弯点向下移，Y2取负值；若=几加>1.0,反弯点向下移，y3取负值；若%=hi/h<1.0,反弯点向上移，y2取正值。*反弯点总是向刚度弱的一侧移动*框架柱的反弯点高度：yh=(y0+y+y2+y3)h(3.21)例3.3P210-2123.3.3框架结构侧移的近似计算* 框架侧移控制的内容：控制顶层最大侧移A/H;控制层间相对位移A/h。* 框架结构在水平力作用下的变形由

9、两部分组成：总体剪切变形(由梁、柱弯曲变形引起)；总体弯曲变形(由框架柱两侧柱的轴向变形引起)。* 对层数不多的框架，柱轴向变形引起的侧移很小，可忽略图3.楠黑tr号曲堂曲引盘的贝格用m方桂崎向殳垂矶超的的棒1 .由梁柱弯曲变形引起的侧移(采用D值法计算)层间侧移：A=-V(3.22)、Dkm顶点侧移：与=£4(3.23)2 .由柱轴向力引起的变形*假定中柱轴力为零，只考虑边柱轴向变形产生的侧移(3.(24)(3.(25)边柱轴力：n=+MC)B框架顶点最大水平位移：.小=HNNdz0EA*在2高层处水平位移的计算(P2143.26-3.32式)3.4荷载效应组合原则和构件设计3.4

10、.1 荷载效应组合1.控制截面及最不利内力* 控制截面(选择内力较大截面或尺寸改变处截面)* 框架梁控制截面最不利内力：(1)梁端支座截面-Mmax、+Mmax和爆；(2)梁跨中截面+Mmax、-Mmax(可能出现，如竖向地震作用)。* 框架柱控制截面最不利内力：(1) |Mmax及相应的N、V(一般采用对称配筋)；(2) Nmax及相应的M、V；(3) Nmin及相应的M、V；(4) M比较大(不是绝对最大)，但N比较小或N比较大(不是绝对最小或绝对最大)。当框架承受水平力较大时，柱也需组合最大剪力Vmax及相应的N(按偏压剪计算)。2.活荷载布置(1)逐跨布置法(计算合理但较繁索，适用于电

11、算)国3.3口某三跨四星蜓柒fF331椎蟹杆料期期曲线(2)最不利位置法况2最不利括两毂布置(3)满布法(不能求出最大内力)*适用于楼面活荷载产生的内力所占比例较小的情况；*跨中弯矩须乘以1.1-1.2的放大系数。(4)水平荷载(应考虑两个方向作用)3.荷载组合(1)可变荷载效应控制的组合；(2)永久荷载效应控制的组合。3.4.2构件截面设计1 .框架梁(1)为使框架结构在竖向及水平荷载作用下形成梁较破坏机构(强柱弱梁)，避免支座处负钢筋拥挤，可对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅；现浇框架，支座调幅系数取0.8-0.9;装配整体式框架，支座调幅系数取0.7-0.8。(2)支座弯矩降低后，校核

12、跨中弯矩是否满足要求；(3)按照弯矩调幅法设计时，为保证梁端塑性较能够充分转动，受力钢筋宜采用HRB335HRB400(HRB500钢筋;混凝土宜采用C20-C45级；截面相对受压区高度不应超过0.35h0O2 .框架柱* 中柱、边柱一般按单向偏心受压构件计算；角柱按双向偏心受压构件计算(考虑最不利内力组合)；* 通常采用对称配筋；* 柱的计算长度(P218)。3 .叠合梁日标的土械制展恒璃量3.4.3框架结构的构造要求(C60);,预应力梁一1,混凝土强度等级* 柱的混凝土强度宜高一些，一般采用C30-C50* 梁的混凝土强度不宜过高，一般采用C30左右般采用C40及以上；* 节点区混凝土浇

13、注要特别注意。2 .框架梁(1)框架梁截面(P218-219)(2)框架梁纵向钢筋4第置瞄*寸复事上*12I小1rm圉LX推蝇赖用烈向何蔚轲占曹束(3)框架梁箍筋3 .框架柱(1)框架柱截面；(2)框架柱纵向钢筋；(3)框架柱箍筋4 .框架节点(1)现浇框架节点；(2)装配式及装配整体式框架节点*框架梁、柱、节点的构造是钢筋混凝土框架结构设计中十分重要的内容，教材上仅能介绍一般原则，具体设计时应查阅有关设计手册或构造手册3.5 框架结构抗震设计（由建筑结构抗震设计课讲）3.6 基础设计3.6.1 基础设计的一般原则基础设计的内容：基础形式的选择；基础埋深的确定；基础底面尺寸的计算；基础的内力计

14、算和配筋。1 .基础类型的选择框架结构体系常用的基础类型（P235及图3.37）:柱下单独基础，条形基础，十字交叉条形基础，片符基础，（箱形基础）等。2 .基础埋置深度*确定基础埋置深度时应考虑的因素建筑物本身情况：建筑物使用要求，结构类型，作用荷载大小等；建筑物场地因素：工程地质条件，地基土的冻胀性，与相邻建筑的关系等。具体要求：（见P236及地基础设计规范等）3.6.2条形基础(1)基础尺寸确定在3.疑卷F条形基酬bf(fa.一Pk-Gd)L(3.83)式中£Rk-上部结构传至基础的竖向荷载标准值总和;fa地基承载力特征值；-基础自重和其上土重的平均重度，可近似取3G=20-22

15、kN/m;d-基础埋置深度(m>；b-L-基础底板的宽度和长度。2.基底反力分布*基底反力分布计算方法：按弹性地基梁计算；简化计算方法*按简化方法计算基底反力工七】图3.39修形基鞫基底反力分布基底反力（计算基础底面积用，教材3.84式有误！）Pk.maxR.minbfLP,kGk6e.(1)(3.84)bfL6e(下)基础底面验算条件:pk,maxpk,minPk=fa2pk,max-1.2fa基底净反力（计算基础截面尺寸、配筋用）Ps,maxPs,minbfL“P6e(16e)bfL6e(1-)*式中P为采用设计值（即乘以荷载分项系数）3.基础内力分析FJTJJ图汇式倒蚂建公林跨匹i

16、rJi（1）假定柱下条形基础的基底净反力为直线分布，柱作为不动较支座，基底净反力作为荷载，将基础视为倒置的连续梁进行内力分析；（2）计算出的支座反力一般不等于轴力（假定基底反力按线性分布、柱作为不动较支座与实际情况不符，计算柱轴力时未考虑基础变形的影响），需对基础内力进行调整：将支座反力与柱轴力的差值均匀分布到相邻支座两侧各1/3跨度范围内，再进行一次内力分析，与第一次计算结果叠加；如不满足要求，可再进行调整，直到满足要求。4.基础配筋及构造（P23&图3.38）3.6.3十字交叉条形基础图工典十字交乂条形富鞫生力状态近似计算方法：将节点处的集中荷载按某一规律分配到纵、横两个方向的基础梁上，再分别按单向条形基础计算。1 .节点荷载的分配（P238）简化的分配条件：R=Pxi+Pyi（3.87）(1)中柱节点PxibxSxbxSxbySybySyPbxSxbySy(2)边柱节点4bxSxP4bxSxbySyiPyibySy4bxSxbySy(3.91)(3.92)(3.(95)(3.(96)(3)角柱节点