多层及高层建筑结构设计

多层及高层砼建筑结构设计

第四章框架结构设计目录绪论第一章高层建筑结构体系及布置第二章高层建筑结构上的作用第三章计算原则及一般规定第四章框架结构设计第五章剪力墙结构设计第六章框架-剪力墙结构第四章框架结构设计4.1框架结构的布置4.2梁、柱截面尺寸的确定4.3竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算-分层法4.4水平荷载作用下框架结构内力的近似计算-反弯点法4.5水平荷载作用下框架结构内力的近似计算-D值法4.6框架结构的侧移近似计算4.7梁柱截面设计及构造

4.1

框架结构的布置1．应沿建筑的两个主轴方向都应设置框架。2．抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。3.抗震的钢筋混凝土框架柱网一般不宜超过6～8m。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。

6-8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向柱宽的1/4，否则可采取设梁的水平加腋等措施

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。（高规此条为强制性条文）

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，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；小柱：支撑楼梯休息平台梁短柱当柱高小于4倍柱截面高度（H/b<4)时形成短柱。短柱刚度大，易产生剪切破坏。角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。

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。back可能形成短柱应力集中、楼板受到削弱4.2梁柱截面尺尺寸的确定定及梁刚度度取值1.框架梁截面面尺寸框架梁截面面尺寸应根根据承受竖竖向荷载的的大小、跨跨度、抗震震设防烈度度、混凝土土强度等诸诸多因素综综合考虑确确定。框架梁截面面高度：梁截面宽度度为了降低楼楼层高度，，或便于通通风管道等等通行，必必要时可设设计成宽度度较大的扁扁梁。此时时应根据荷荷载及跨度度情况，满满足梁的挠挠度限值，，扁梁截面面高度可取取(1/15～1/18)梁跨度。2.框架梁截面面惯性矩在进行框架架的内力和和位移计算算时，现浇浇楼板、上上有现浇叠叠合层的预预制楼板和和楼板虽无无现浇叠合合层但为拉拉开预制板板板缝且有有配筋的装装配整体叠叠合梁，均均可考虑梁梁的翼缘作作用。增大大梁的惯性性矩。此时时框架梁的的惯性矩可可按下表取取值。

梁部位楼板边框架梁中框架梁预制楼板I=1.2I0I=1.5I0现浇楼板I=1.5I0I=2.0I03.对框架梁的截截面尺寸要求求框架梁应具有有足够的抗剪剪承载力。矩矩形、T形和工字形截截面梁其截面面能组合的剪剪力设计值应应符合下列条条件：(1)无地震作用组组合时：(2)有地震作用组组合时：跨高比大于2.5的梁跨高比不大于于2.5的梁式中—框架架梁梁的的剪剪力力设设计计值值；；—混凝凝土土轴轴心心抗抗压压强强度度设设计计值值；；—梁截截面面宽宽度度和和有有效效高高度度；；—承载载力力抗抗震震调调整整系系数数为为0.85；—混凝凝土土强强度度影影响响系系数数，，当当混混凝凝土土强强度度等等级级不不大大于于C50时取取1.0；当当混混凝凝土土强强度度等等级级为为C80时取取0.8，其其间间按按线线性性内内插插取取用用。。(3)为了了使使框框架架梁梁具具有有较较好好的的变变形形能能力力，，梁梁端端的的受受压压高高度度应应满满足足以以下下要要求求：：式中中—相对对界界限限受受压压区区高高度度抗震等等级：：结构构体系系、房屋高高度、、设防防烈度度如果梁梁的受受压区区x不满足足上式式要求求时，，应增增大梁梁的截截面尺尺寸。。在确定定梁端端混凝凝土受受压区区高度度时，，可考考虑梁梁的受受压钢钢筋计计算在在内。。式中—受拉钢钢筋的的强度度设计计值；；—钢筋的弹性性模量；—梁的截面有有效高度；；—混凝土受压压区高度；；—混凝土强度度影响系数数。4柱截面尺寸寸的确定框架柱截面面尺寸，可可根据柱支支承的楼层层面积计算算由竖向荷荷载产生的的轴力设计计值Nv，(荷载分项系系数可取1.25)，按下列公公式估算柱柱截面积，，然然后再确定定柱边长。。(2)有水平地震震作用组合合时为增大系数数，框架结结构外柱取取1.3,不等跨内柱柱取1.25，等跨内柱柱取1.2；框剪结构构外柱取1.1～1.2，内柱取1.0。(1)仅有风荷载载作用或无无地震作用用组合时（3）有地震作用用组合时柱柱所需截面面面积为：：其中为为混凝土轴轴心抗压强强度设计值值，为为柱轴压比比限值见表表。当不能满足足公式时，，应增大柱柱截面或提提高混凝土土强度等级级。结构类型抗抗震等等级一级二二级三三级框架-剪力柱轴压比限限值5.柱截面尺寸寸要求非抗震设计计时，不宜宜小于250mm,抗震设计时时不宜小于于300mm;圆柱截面直直径不宜小小于350mm;柱剪跨比宜宜大于2；柱截面高高宽比不宜宜大于3。剪跨比是是反映柱柱截面所所承受的的弯矩与与剪力相相对大小小的一个个参数，，表示为为：λ=M/(Vhb)框架柱剪剪跨比可可按下式式计算：：式中—框架柱的的剪跨比比。反弯弯点位于于柱高中中部的框框架柱，，可取柱柱净高与与2倍柱截面面有效高高度之比比值；M—柱端截面面组合的的弯矩计计算值，，可取上上、下端端的较大大值；V—柱端截面面与组合合弯矩计计算值对对应的组组合剪力力计算值值；—计算方向向上截面面有效高高度。柱的剪跨跨比宜大大于2，以避免免产生剪剪切破坏坏，在设设计中，，楼梯间间、设备备层等部部位难以以避免短短柱时，，除应验验算柱的的受剪承承载力以以外，还还应采取取措施提提高其延延性和抗抗剪能力力。框架柱截截面尺寸寸应满足足抗震要要求，矩矩形截面面柱应符符合下列列要求：：无地震组组合时有地震组组合时剪跨比大大于2的柱式中—框架柱的的剪力设设计值；；—混凝土轴轴心抗压压强度设设计值；；—柱截面宽宽度和截截面有效效高度；；—承载力抗抗震调整整系数为为0.85；—当≤C50时，取取1.0，C80时，取取0.8；C50~C80时取其内内插值。。如果不满满足公式式时，应应增大柱柱截面或或提高混混凝土强强度等级级。剪跨比不不大于2的柱back4.3竖向荷载载作用下下框架结结构内力力的近似似计算-分层法在竖向荷荷载作用用下多层层框架（1）侧移小→可用弯矩分分配法；（2）当荷载作用用在某一层时时，只有受荷荷的梁及与它它相连的上下下层柱弯矩较较大，其他各各层梁柱承受受的弯矩小。。→分层计算1.分层法计算的的基本假定（1）忽略侧移；；（2）每层只承受受该层竖向荷荷载，不考虑虑其他各层荷荷载对他的影影响。分层法的计算算原理平面框架竖向向荷载作用下下的内力分析析方法-分层法back梁固端弯矩节点分配弯矩传递弯矩叠加节点平衡构件平衡梁柱剪力节点平衡柱轴轴力2.计算的修正（1）除底层柱外外，其他各层层柱的线刚度度乘以0.9的折减系数；；（2）弯矩传递系系数取1/3，远端为嵌固固时取1/2。修正的原因：：计算简图与实实际的有误差差。实际际：梁柱节点点为弹性，柱柱端有转角；；计算简图：梁梁柱节点为嵌嵌固，柱端转转角为零。过高估计了了柱的刚度度。柱线刚度的的修正弯弯矩传递系系数的修正正3.其他说明（1）高层建筑筑框架结构构，在竖向向荷载作用用下采用手手算进行内内力分析时时，可不考考虑框架的的侧移影响响，可采用用力矩分配配法或迭代代法。（2）根据高层层建筑层数数多、上部部各层竖向向荷载多数数相同或出出入不大、、各层层高高多数相同同和梁柱截截面变化较较小等特点点，竖向荷荷载作用下下可采用分分层法进行行简化计算算内力。（3）框架梁端的的弯矩调幅幅只在竖向向荷载作用用下进行，，水平力作作用下梁端端弯矩不允允许调幅。。因此，必必须先对竖竖向荷载作作用下梁端端弯矩按调调幅计算后后的各杆弯弯矩再与水水平力作用用下的各杆杆弯矩进行行组合，而而不应采用用竖向荷载载作用下与与水平力作作用下计算算所得弯矩矩组合后再再对梁端弯弯矩进行调调幅。（4）框架梁在竖竖向荷载作作用下，梁梁端负弯矩矩允许考虑虑塑性变形形内力重分分布予以适适当降低，，可采用调调幅系数对于现浇框框架对于装配整整体式框架架为计算方便便，在求梁梁固端弯矩矩值时先可可乘以调幅幅系数值值，然后后再进行框框架弯矩分分配计算。。（5）高层建筑在在竖向荷载载作用下，，活荷载一一般按均布布考虑，不不进行不利利分布的计计算。但是，当当活荷载值值较大（大大于4kN/m2）时，应考考虑其不利利分布对梁梁跨中弯矩矩的影响。。（6）竖向荷载作作用下，框框架梁跨中中计算所得得的弯矩值值小于按简简支梁计算算的跨中弯弯矩的50%时，则至少少按简支梁梁计算的跨中弯矩的的50%进行截面配配筋。back作业：如如图为两两层两跨跨框架，，各层横横梁上作作用均布布线荷载载。图中中括号内内的数值值表示杆杆件的相相对线刚刚度值；；梁跨度度值与柱柱高度值值均以mm为单位。。试用分分层法计计算各杆杆件的弯弯矩，并并绘出弯弯矩图。。4.4水平荷载载作用下下框架结结构内力力的近似似计算-反弯点法法1、水平荷荷载作用用下框架架结构的的受力及及变形特特点（1）层间相相对水平平位移引引起的柱柱子变形形特点反弯点在在柱的中中点（2）节点转转角引起起的柱子子变形特特点2、计算假假定（1）横梁为为无限刚刚性，即即各柱端端无转角角；（2）底层柱柱反弯点点位于柱柱下端2/3处，其他他各层柱柱反弯点点在柱高高中点处处。3、反反弯弯点点法法的的计计算算步步骤骤（1）各各柱柱承承担担的的剪剪力力由结结构构力力学学知知：：两两端端固固定定柱柱的的侧侧向向刚刚度度为为则（2）各各柱柱柱柱端端弯弯矩矩同理理可可求求出出其其他他柱柱柱柱端端弯弯矩矩（3）梁梁端端弯弯矩矩边节节点点中间间节节点点4、反反弯弯点点法法的的计计算算要要点点（1）确确定定反反弯弯点点的的高高度度；；←假假定定柱柱上上下下端端转转角角相相等等（2）确确定定各各柱柱的的剪剪力力分分配配系系数数（（抗抗侧侧移移刚刚度度））←假假定定梁梁柱柱节节点点转转角角为为零零随着着层层数数的的增增加加，，柱柱子子的的截截面面尺尺寸寸加加大大，，梁梁柱柱线线刚刚度度比比值值减减少少，，节节点点转转角角不不能能忽忽略略，，反反弯弯点点法法的的计计算算误误差差增增大大，，须须修修正正。。back思考考题题：：结合合反反弯弯点点法法的的计计算算假假定定，，说说明明反反弯弯点点法法计计算算框框架架结结构构在在水水平平荷荷载载作作用用下下内内力力的的适适用用范范围围。。4.5水平平荷荷载载作作用用下下框框架架结结构构内内力力的的近近似似计计算算-D值法法柱的的侧侧向向刚刚度度1.假定定（1）所分分析析柱柱的的上上下下两两端端转转角角以以及及与与该该柱柱相相连连的的所所有有各各杆杆远远端端的的节节点点转转角角相相等等；；（2）所所分分析析柱柱的的线线刚刚度度与与之之相相邻邻的的上上下下柱柱的的线线刚刚度度均均相相等等；；（3）所所分分析析柱柱及及与与之之相相邻邻上上下下层层柱柱的的弦弦转转角角均均相相等等。。2.转角角位位移移方方程程3.求与与的的关关系系由节节点点力力矩矩平平衡衡条条件件将两两式式相相加加，，得得式中中：：梁梁柱柱线线刚刚度度比比值值；；4.求柱柱的的侧侧向向刚刚度度柱AB受到到的的剪剪力力柱侧侧向向刚刚度度—梁柱柱线线刚刚度度比比值值对对柱柱侧侧向向刚刚度度的的影影响响系系数数，，柱的的反反弯弯点点高高度度假定定：：同同层层各各节节点点转转角角相相等等。。即即各各层层横横梁梁的的反反弯弯点点在在跨跨中中，，且且该该点点无无竖竖向向位位移移。。标准准反反弯弯点点高高度度比比y0规则则框框架架：：各各层层梁梁、、柱柱的的线线刚刚度度及及层层高高均均相相等等。。可求出在在均布荷荷载、倒倒三角荷荷载、顶顶点集中中荷载作作用下规规则框架架的标准反弯弯点高度度比。2.上、下横梁线线刚度比变化化时反弯点高高度比的修正正值y13.上、下层高变变化反弯点时时高度比的修修正值y2、y34.反弯点高度值法的计算步步骤采用D值法进行计算算时，其步骤骤为：利用平衡条件件，求出各楼楼层剪力。。将楼层剪力按按该层各各柱的D值比例分配到到各柱，得到到柱剪力求出柱的反弯弯点y，由剪力及及反弯点高高度y计算出柱上下下端弯矩。根据梁柱节点点平衡条件，，梁柱节点的的上下柱端弯弯矩之和应等等于节点左右边梁梁端弯矩之和和，从而求得得梁端弯矩值值。将框架梁左右右端弯矩之和和除以梁的跨跨度，则可得得到梁端剪力力。从上到下逐层层叠加梁柱节节点左右边梁梁端剪力值，，可得到各层层柱在水平力作作用下的轴轴力值。D值法与反弯弯点法的区区别1.在确定柱的侧侧向刚度时，，D值法考虑了节节点有转角；；而反弯点法法认为节点转转角为零；2.在确定反弯点点高度时，D值法考虑了上上下节点转角角的差别；而而反弯点法认认为反弯点在在柱高1/2处。小结back作业：试采用用D值法求图示框框架的弯矩，，并绘出弯矩矩图。图中括括号内的数字字表示杆件的的相对线刚度度值。4.6框架结构侧移移的近似计算算1、高层建筑框框架结构的水水平位移=梁柱弯曲变形形产生的侧移移+柱子轴向变形形产生的侧移移总体剪切变形形总体弯曲变形形式中—第i层的楼层剪力力；—第i层所有柱抗推推刚度之和，，框架的顶点由由于梁柱弯曲曲变形产生的的变形为：2、梁柱弯曲变变形产生的侧侧移3、柱子轴向向变形产生生的侧移当房屋高度度较大（H>50m）或高宽比比较大（H/B>4）时考虑.式中—底部剪力；；B—框架的宽度度，即边柱柱间距；—框架底层柱柱的混凝土土弹性模量量；—框架底层边边柱截面面面积；—位移系数，，取决于水水平力形式式、顶层柱柱与底层柱柱的轴向刚刚度比，由由表查得。。表中为为顶层边边柱与底层层边柱的轴轴向刚度比比；H—框架总高度度。back4.7梁柱截面设设计及构造造构件设计中中的一些重重要规定1、框架结构的的简化手算算方法分析析内力和位位移，应分分别在竖向向荷载、风风荷载或地地震作用下下单独进行行计算，然然后按非抗抗震设计时时荷载效应应的组合或或抗震设计计时荷载效效应与地震震作用效应应的组合。。2、组合后的的框架侧向向位移应校校核是否满满足位移限限制值的要要求。如果果已满足，，则按组合合后的内力力进行构件件截面设计计，不满足足时，则应应修改构件件截面大小小或提高混混凝土强度度等级，然然后再进行行内力和位位移计算，，直至侧向向位移满足足限制值。。3、风荷载及及水平地震震作用时，，应按两个个主轴方向向作用分别别进行内力力和位移计计算，每个个方向水平平力必须考考虑正、反反两个方向向作用。4、在有斜交交布置抗侧侧力框架结结构中，当当沿斜交方方向作用的的水平力可可能使斜交交抗侧力框框架的内力力比主轴方方向水平力力产生的内内力更大时时，则应计计算这斜向向水平力作作用下的内内力。5、内力组合合后的取用用值，梁端端控制截面面在柱边，，柱端控制制截面在梁梁底及梁顶顶。按轴线线计算简图图得到的弯弯矩和剪力力值宜换算算到设计控控制截面处处的相应值值。为了简简便设计，，也可采用用轴线处的的内力值，，但是这将将增大配筋筋量和结构构的承载力力。6、框架梁、柱柱构件截面面应分别按按正截面承承载力计算算和斜截面面承载力计计算，并应应按有关规规定要求进进行构造配配筋。7、有抗震设设防的框架架角柱，应应按双向偏偏心受压构构件计算。。抗震等级级为一、二二、三、级级时，角柱柱的内力设设计值宜乘乘以增大系系数。8、地震区的的高层建筑筑框架结构构，要求强强柱弱梁、、强剪弱弯弯、强底层层柱根，抗抗震等级为为一、二、、三级时，，梁、柱内内力设计值值均应乘以以提高系数数。9、框架梁、柱柱节点，应应设计成强强节点，使使节点区在在地震作用用下能基本本处于弹性性状态，避避免出现脆脆性破坏。。抗震等级级为一、二二级时，节节点应进行行受剪承载载力的验算算。框架梁、、柱节点点区，必必须配置置箍筋，，并保证证梁的纵纵向钢筋筋锚固。。框架梁柱柱构造要要求1、抗震框框架梁纵纵向钢筋筋构造2、抗震框框架梁箍箍筋构造造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Ø10二级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Ø8三级纵向钢筋直径的8倍，梁高的1/4或150mm三者中的最小值Ø8四级纵向钢筋直径的8倍，梁高的1/4或150mm三者中的最小值Ø6（1）梁端箍箍筋加密密区的构构造要求求(2)、第一个箍箍筋应设置在在距构件件节点边边缘不大于50mm处；(3)、梁箍筋筋加密区区长度内内的箍筋筋肢距；；一级抗抗震等级级不宜大大于200mm及20倍箍筋直直径的较较大值；；二、三三级抗震震等级不不宜大于于250mm及20倍箍筋筋直径径较大大值，，四级级抗震震等级级不宜宜大于于300mm;两种种破破坏坏形形式式弱柱型（柱柱铰机制））弱梁梁型型（（梁梁铰铰机机制制））为了了使使塑塑性性铰铰首首先先在在梁梁中中出出现现，，同同一一节节点点柱柱的的抗抗弯弯能能力力要要大大于于梁梁的的抗抗弯弯能能力力。。强柱柱弱弱梁梁3、抗抗震震设设计计时时，，一一、、二二、、三三级级框框架架的的梁梁、、柱柱节节点点处处，，除除顶顶层层和和柱柱轴轴压压比比小小于于0.15者外外，，柱柱端端考考虑虑地地震震作作用用的的组组合合弯弯矩矩值值应应按按下下列列规规定定予予以以调调整整：：一级抗震震等级二级抗震震等级三级抗震等等级式中：—节点上、下下柱端截面面顺时针或或逆时针方方向组合弯弯矩设计值值之和。—节点左、右右梁端面逆逆时针或顺顺时针方向向组合弯矩矩设计值之之和。4、柱纵向受受力钢筋的的连接法，，应遵守下下列规定：：(1)框架柱：一一、二级抗抗震等级及及三级抗震震等级的底底层，宜采采用机械接接头，三级级抗震等级级的其他部部位和四级级抗震等级级，可采用用搭接或焊焊接接头；；(2)位于同一连连接区段内内的受力钢钢筋接头面面积率不宜宜超过50%。(3)当接头位置置无法避开开梁端、柱柱端箍筋加加密区时，，应采用机机械连接接接头，且钢钢筋接头面面积率不应应超过50%；5、抗震设计计时，柱箍箍筋应在下下列范围内内加密：(1)二层及二层层以上的柱柱两端应取取矩形截面面柱之长边边尺寸(或圆形截面面柱之直径径)、柱净高之之1/6和500mm三者之最大大值范围内内；(2)底层柱刚性性地面以上上、下各500mm的范围内；；(3)底层柱柱根根以上1/3柱净高的范范围内；(4)剪跨比不大大于2的柱和因填填充墙等形形成的柱净净高与截面面高度之比比不大于4的柱全高范范围内；(5)一级及二级级框架的角角柱的全高高范围；(6)需要提高变变形能力的的柱的全高高范围。03G101-1砼结构施工工图平面整体表表示方法制制图规则和和构造详图图柱箍筋复合合方式思考题：1、D值的物理意意义是什么么？影响因因素有哪些些？2、水平荷载载作用下框框架柱的反反弯点位置置与哪些因因素有关？？9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。08:49:0608:49:0608:4912/23/20228:49:06AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2208:49:0608:49Dec-2223-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。08:49:0608:49:0608:49Friday,December23,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2208:49:0608:49:06December23,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。23十二二月20228:49:06上上午08:49:0612月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月228:49上上午12月-2208:49December23,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/238:49:0608:49:0623December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。8:49:06上午午8:49上午午08:49:0612月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。08:49:0608:49:0608:4912/23/20228:49:06AM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2208:49:0608:49Dec-2223-Dec-2212、世间成事，，不求其绝对对圆满，留一一份不足，可可得无限完美美。。08:49:0608:49:0608:49Friday,December23,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2208: