[工学]框架构件的设计与构造

1.2 — 1.3 — 9度；水平长悬 臂8度、9度
重力荷载、水平地震及竖向地震 1.2 1.3 0.5 — 9度；水平长悬
作用
臂8度、9度
重力荷载、水平地震作用及风荷 1.2 1.3 — 1.4 60m以上的高层
载
建筑
重力荷载、水平地震作用、竖向 1.2 1.3 0.5 1.4 60m以上的高层建
l0 / hb 4 b 200mm hb / b 4
2、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250mm，抗震设
计不宜小于300mm，圆柱截面直径不宜小于350mm
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
➢ 框架柱的轴压比限值 (影 响柱承载力和延性的参数)
c
N f c bh
[c ]
N
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轴压比是影响柱的延性的重要因素之一， 柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低 （图5），尤其在高轴压比下，增加箍筋对 改善柱变形能力的作用并不明显。所以， 抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大， 其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍 能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具 有延性性质。
M 0 M (M1 M 2 ) / 2
M 0 M / 2
M
M
1、M 2
——按简支梁计算时跨中弯矩 ——经内力调整并组合后的支座弯矩
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内力组合及最不利内力
三、水平作用方向 ➢ 风和地震作用可能来自正方向，也可能是负方向，两者的
内力大小相等符号相反，所以只需计算其中一个方向的内 力，另一方向的内力冠以相反符合即可
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➢ 试验表明，在矩形柱或圆形柱内设置矩形核心柱（图6）， 不但可以提高柱的受压承载力，还可以提高柱的变形能力。 在压、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。－－－－芯柱
步骤三：汇集荷载及荷载计算 ➢ 竖向恒荷载 ➢ 竖向活荷载 ➢ 水平风荷载 ➢ 地震作用
步骤四：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 ➢ 水平风荷载作用下内力计算 ➢ 地震作用下内力计算
MV N
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
步骤五：侧移验算 ➢ 侧移不满足要求回到步骤一 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 ➢ 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
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
Vb ——梁剪力增大系数，一、二、三级分别取1.3、1.2、1.1
ln ——梁的净跨
VGb
——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
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
2、强柱弱梁调整（适用于一、二、三级框架）
2、框架柱截面应符合下列要求 ➢ 柱剪跨比不宜小于2 ➢ 柱截面高宽比不宜大于3
剪跨比——影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数
M VH 0 / 2 H0
Vhc Vhc 2hc
2 ——长柱，发生弯曲破坏 2 ——短柱，发生剪切破坏 1.5 ——极短柱，发生剪切斜拉破坏
注意：轴压比和剪跨比是影响柱延性的重要参数
(0.15 c
f cbh0 )
C
——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；当混凝土
强度等级在C50和C80之间时可按线性内插取用
b ——矩形截面的宽度，T形截面、I形截面的腹板宽度
h0 ——梁柱截面计算方向有效高度
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
弹性侧移验算表达式为
/ H / H
/ h / h
、 ——结构的顶点水平位移及层间相对变形 H、h——结构的总高度及层高
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设计要求
2、稳定和抗倾覆验算 对高宽比H/B满足要求的高层结构，整体稳定和抗倾覆 一般可以满足要求，很少进行验算
3、截面承载力验算（强度要求） 框架在四种荷载下的内力求出之后进行截面承载力验算
MC C Mb
9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合
MC 1.2 Mbu
M C ——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，上下柱端的弯矩设计值，
可按弹性分析的弯矩比例进行分配
M b ——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点左右梁端均
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§ 8.3 设计要求
➢ 结构设计除应满足刚度、强度、整体稳定性要求外，地震 区的结构尚应满足延性和薄弱层弹塑性变形限制的要求
1、弹性（正常使用条件下）侧移变形验算（刚度要求） 在结构体系、结构布置、构件截面尺寸等初步确定，以及 荷载计算完毕之后，即可进行风荷载及水平地震作用下的 弹性侧移变形验算，验算如不满足要求，就要改变构件截 面尺寸，甚至改变结构体系和结构布置
1、框架梁抗弯承载力计算 ➢ 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
f y As 1 fcbx f y As 1 fcbh0 f y As
M
Mu
1
f
c
bx
h0
x百度文库 2
f y As h0
a
1 fcbh02 1 0.5 f y As h0 a
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（地震作用起控制）
S 1.2SGE 1.3SEHK
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§ 8.2 框架抗震设计的延性要求
一、延性的概念 ➢ 延性是指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性
变形能力的性能，一般用延性比表示延性的大小 ➢ 延性比定义：
u / y
pmax
pu
y ——结构或构件屈 py
服时的位移
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内力组合及最不利内力
（2）竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生
的塑性内力重分布。通常是降低支座负弯矩，以减少支座
处上部配筋，方便施工
➢ 支座负弯矩调整系数，对于现浇梁可取0.8～0.9，对于装
配整体式梁取0.6～0.8
➢ 支座弯矩确定后，为了安全，跨中弯矩必须满足两个要求
➢ 在恒、活、风及地震作用分别计算内力后，要按照“可 能与最不利”的原则进行内力组合
➢ 目的：求出控制截面的最不利内力
一、控制截面及最不利内力 构件截面设计是以控制截面上的最不利内力为依据的
框架梁：
➢ 两端支座 M max 上下部主筋
Vmax 箍筋
➢ 跨中
M max 下部主筋
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对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房
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内力组合及最不利内力
荷载分项系数的取值： ➢ 承载力计算
(1) 永久荷载分项系数 G
对结构不利：
可变荷载效应控制的组合： G ＝1.2 永久荷载效应控制的组合： G ＝1.35
对结构有利：
G ＝1.0 (2) 楼面活荷载分项系数 Q ＝1.4 (3) 风荷载分项系数 W ＝1.4
为负弯矩时，绝对值较小的弯矩取为零
——柱端弯矩增大系数，
C
一、二、三级分别取1.4、1.2、1.1
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
3、框架柱强剪弱弯调整（适用于一、二、三级框架）
V
vc
(M
t C
M
b C
)
/
H
n
9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合
1.2(M
t cu
M
b cu
地震作用及风荷载
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筑；9度；水平长 悬臂8度、99度
内力组合及最不利内力
（恒荷载起控制，无风）
S 1.35SGK 0.7 1.4SQK
（活荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.0 1.4SQK 0.6 1.4SWK
（风荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.01.4SWK 0.71.4SQK
)
/
H
n
M
Ct 、M
b C
——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
4、构造要求
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与增大系数 1.5、1.25和 1.15的乘积。
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
步骤十：抗弯承载力计算
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
➢ 框架柱的轴压比限值 (影响柱承载力和延性的参数)
c
N f c bh
[c
]
结构类型
框架 框架－剪力墙、板柱剪力墙、框
架－核心筒，筒中筒 部分框支剪力墙
抗震等级
一
二
三
0.7
0.8 0.9
0.75 0.85 0.95
0.6
0.7 ——
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
高层建筑结构设计
CHAPTER Eight
主 讲 人： 谢 孝 副教授 后勤工程学院建筑工程系
结构教研室 电话:68598194 移动:13808350830
1
CHAPTER Eight 框架构件设计和构造
抗震设计的延性要求 设计要求 梁、柱截面设计和配筋构造 框架节点核心区截面设计
2
§ 8.1内力组合及最不利内力
四、内力组合 <1>、无地震作用效应组合时：
S G SGK Q Q SQK w w S wk
Q . w ——楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数
永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0 可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.6或
0.7(0.9)、1.0
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
步骤九：延性设计调整
1、框架梁强剪弱弯调整 一、二、三级抗震需调整，四级无需调整
V
Vb
(M
l b
M
r b
)
/
ln
VGb
9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合
V
1.1(M
l bu
M
r bu
)
/
ln
VGb
M bl、M—br —分别为梁左右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩设
u ——承载力降低（
降低10～20％）时的 极限位移
△y
△u
顶点位移Δ
延性结构荷载——位移关系
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框架抗震设计的延性要求
➢ 在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下 ，地震区的结构都应该设计成延性结构。即在中等地震下 ，允许结构某些部位出现塑性铰。只要进行合理的延性结 构设计，结构可以通过塑性变形消耗地震能量，做到“大 震不倒”（而不是靠承载力抵抗大震）
➢ 位移计算 以上各分项系数取值为1.0
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内力组合及最不利内力
<2>有地震作用效应组合时
S GSGE S Eh EhK EvSEvk w wSwk
. w——风荷载的组合值系数＝0.2
组合
G Eh Ev W
说明
重力荷载及水平地震作用
1.2 1.3 — —
重力荷载及竖向地震作用
3
内力组合及最不利内力
框架柱： ➢ 上下端
(1) M 和相应的N max
(2)N min 和相应的M (3)N max 和相应的M (可能小偏压) （4）M 比较大，N比较小或比较大 上端或下端：Vmax
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内力组合及最不利内力
二、组合前的内力调整
（1）将梁柱轴线端内力 调整至构件边缘端（ 控制截面）的内力， 当梁柱截面高度较小 时，此项调整可略去 （偏安全）
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框架抗震设计的延性要求
1、延性结构设计原则 （1）强柱弱梁（或强墙弱梁）
要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出 现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰 （2）强剪弱弯 （3）强节点、强锚固
2、保证延性的抗震措施
（1）先划分抗震等级（分四个等级） （2）根据抗震等级，按延性设计原则控制 计算：内力调整 构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求
步骤八：截面尺寸验算 1、框架梁受剪截面应符合下列要求 无地震作用组合时
V 0.25 c fcbh0
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框架梁、柱截面设计和配筋构造
有地震作用组合时 ➢ 跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱
V
1
RE
(0.2 c
fcbh0 )
➢ 跨高比不大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱
V
1
RE
无地震作用组合： 0S R 有地震作用组合： SE RE / RE
4、罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算
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§ 8.4 框架梁、柱截面设计和配筋构造
步骤一：结构布置 步骤二：截面初选
结构设计步骤
1、框架梁的截面尺寸
主梁截面高度
hb
(1 10
~
1 18
)lb
lb ：主梁计算跨度
框架梁、柱截面设计和配筋构造
➢ 地震作用组合时
f y As 1 fcbx f y As 1 fcbh0 f y As