混凝土結(jié)構(gòu)下冊鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPT課件

1、 框架結(jié)構(gòu)是多高層建筑的一種主要結(jié)構(gòu)形式。在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)了解框架結(jié)構(gòu)體系選擇方法、結(jié)構(gòu)布置原則及計(jì)算簡圖的確定，并應(yīng)掌握豎向荷載作用下框架內(nèi)力分析的分層法，水平荷載作用下框架內(nèi)力分析的反彎點(diǎn)法和D D值法等內(nèi)力和變形的近似計(jì)算方法。要領(lǐng)會荷載效應(yīng)組合的原則、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)的方法及框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。本章提要第1頁/共195頁 1. 1.框架結(jié)構(gòu)的組成 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是指由鋼筋混凝土橫梁、縱梁、柱和基礎(chǔ)等構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)，橫梁和立柱通過節(jié)點(diǎn)連為一體，形成承重結(jié)構(gòu)，將荷載傳至基礎(chǔ)。墻體不承重，內(nèi)、外墻只起分隔和圍護(hù)作用，見下圖。 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于電子、輕工、食品、化工等多層廠房和

2、住宅、辦公、商業(yè)、旅館等民用建筑。這種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)是建筑平面布置靈活，能夠獲得較大的使用空間，建筑立面容易處理，可以適應(yīng)不同房屋造型。一、框架結(jié)構(gòu)體系3.1第2頁/共195頁圖3.1框架結(jié)構(gòu)圖 (a) 平面圖；(b) -剖面圖 一、框架結(jié)構(gòu)體系3.1第3頁/共195頁2.框架結(jié)構(gòu)的種類 按施工方法的不同，框架可分為整體式、裝配式和裝配整體式三種。一、框架結(jié)構(gòu)體系整體式框架也稱全現(xiàn)澆框架，其優(yōu)點(diǎn)是整體性好，建筑布置靈活，有利于抗震，但工程量大，模板耗費(fèi)多，工期長。裝配式框架的構(gòu)件全部為預(yù)制，在施工現(xiàn)場進(jìn)行吊裝和連接。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約模板，縮短工期，有利于施工機(jī)械化。裝配整體式框架是將預(yù)制梁、柱和板

3、現(xiàn)場安裝就位后，在構(gòu)件連接處澆搗混凝土，使之形成整體。其優(yōu)點(diǎn)是，省去了預(yù)埋件，減少了用鋼量，整體性比裝配式提高，但節(jié)點(diǎn)施工復(fù)雜。3.1第4頁/共195頁一、框架結(jié)構(gòu)體系3.3.框架結(jié)構(gòu)布置方案 框架結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。 在這個(gè)體系中，平面框架是基本的承重結(jié)構(gòu)，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種： （1） 橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設(shè)置板和連系梁，見右圖。圖3.2框架結(jié)構(gòu)圖 3.1第5頁/共195頁一、框架結(jié)構(gòu)體系3.3.框架結(jié)構(gòu)布置方案 框架結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結(jié)構(gòu)

4、體系。 在這個(gè)體系中，平面框架是基本的承重結(jié)構(gòu)，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種： （2 2） 縱向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設(shè)置板和連系梁，見右圖。圖3.3框架結(jié)構(gòu)圖 3.1第6頁/共195頁一、框架結(jié)構(gòu)體系3.3.框架結(jié)構(gòu)布置方案 框架結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。 在這個(gè)體系中，平面框架是基本的承重結(jié)構(gòu)，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種： （3） 縱橫向框架混合承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見右圖。圖3.4框架結(jié)構(gòu)圖 3.1第7頁/共195頁二、變形縫 在初步

5、設(shè)計(jì)階段，確定結(jié)構(gòu)方案 ，進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，除了要考慮梁、柱、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置外，還要考慮是否要設(shè)置變形縫。用變形縫將房屋分成若干獨(dú)立的部分，可以消除結(jié)構(gòu)不規(guī)則、收縮和溫度應(yīng)力、不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的有害影響。 變形縫有沉降縫、伸縮縫、防震縫。3.1第8頁/共195頁 為防止地基不均勻或房屋層數(shù)和高度相差很大引起房屋開裂而設(shè)的縫稱為沉降縫。 沉降縫不但上部結(jié)構(gòu)要斷開，基礎(chǔ)也要斷開。 抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，沉降縫的寬度應(yīng)符合防震縫最小寬度的要求。 1.1.沉降縫二、變形縫3.1第9頁/共195頁 在建筑物的下列部位宜設(shè)置沉降縫： 土層變化較大處； 地基基礎(chǔ)處理方法不同處； 房屋在高度、重量、剛度有較大

6、變化處； 建筑平面的轉(zhuǎn)折處； 新建部分與原有建筑的交界處。沉降縫由于是從基礎(chǔ)斷開，縫兩側(cè)相鄰框架的距離可能較大，給使用帶來不便，此時(shí)可利用挑梁或擱置預(yù)制梁、板的方法進(jìn)行建筑上的閉合處理。二、變形縫(a) 設(shè)挑梁（板）；(b) 設(shè)預(yù)制板（梁） 圖3.53.1第10頁/共195頁二、變形縫3.1沉降縫的處理： 設(shè)置沉降縫后，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)在縫的兩側(cè)分別布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，形成所謂雙梁、雙柱和雙墻的現(xiàn)象。但將導(dǎo)致其他問題，如建筑立面處理困難、地下室滲漏不容易解決等。一般地，建筑物各部分不均勻沉降差大體上有三種方法來處理：第11頁/共195頁二、變形縫3.1放設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)由于

7、不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力。 采用“放”的方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)比較方便，但將導(dǎo)致建筑、設(shè)備、施工各方面的困難。 抗采用端承樁或利用剛度很大的基礎(chǔ)。前者由堅(jiān)硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差；后者則用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差。 采用“抗”的方法不設(shè)縫，基礎(chǔ)材料用量多，不經(jīng)濟(jì)。第12頁/共195頁二、變形縫3.1調(diào)在設(shè)計(jì)與施工中采取措施，調(diào)整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產(chǎn)生的內(nèi)力。 采用“調(diào)”的方法，采用介于兩者之間的辦法，調(diào)整各部分沉降差，在施工過程中留出后澆帶作為臨時(shí)沉降縫，等到各部分結(jié)構(gòu)沉降基本穩(wěn)定后再連為整體。第13頁/共195頁二、變形縫3.1通常有以下“調(diào)”的方法不設(shè)永久性沉

8、降縫： 調(diào)整地基上壓力主樓和裙房采用不同的基礎(chǔ)形式；調(diào)整地基上壓力，使各部分沉降基本均勻一致，減少沉降差； 調(diào)整施工順序施工先主樓，后裙房；主樓工期較長、沉降大，待主樓基本建成，沉降基本穩(wěn)定后，再施工裙房，使后期沉降基本相近。 預(yù)留沉降差地基承載力較高、有較多的沉降觀測資料、沉降值計(jì)算較為可靠時(shí)，主樓標(biāo)高定得稍高，裙房標(biāo)高定得稍低，預(yù)留兩者沉降差，使最后兩者實(shí)際標(biāo)高一致。第14頁/共195頁二、變形縫 混凝土收縮和溫度應(yīng)力常常會使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。為了避免收縮裂縫和溫度裂縫，房屋建筑可以設(shè)置伸縮縫。 在建筑中，頂層和底層溫度應(yīng)力問題比較嚴(yán)重，容易出現(xiàn)裂縫。 伸縮縫只設(shè)在上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)可不設(shè)伸

9、縮縫。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距見下表。2.2.伸縮縫環(huán)境條件環(huán)境條件框架類別框架類別室內(nèi)或土中（室內(nèi)或土中（m）露天（露天（m）裝配式裝配式7550現(xiàn)澆式現(xiàn)澆式55353.1第15頁/共195頁二、變形縫 當(dāng)建筑物平面復(fù)雜或房屋各部分剛度、高度和重量相差懸殊時(shí)，在地震作用下薄弱部位容易造成震害。 處理的措施一種是加強(qiáng)各部分的連接，使整個(gè)結(jié)構(gòu)整體性很強(qiáng)。另一種是設(shè)置防震縫，將房屋劃分成簡單規(guī)則的形態(tài)，使每部分成為獨(dú)立的抗震單元。故在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物各部分之間的關(guān)系應(yīng)明確：如分開，則徹底分開；如相連，連接牢固。3.3.防震縫3.1第16頁/共195頁三、框架梁、柱截面尺寸 承受主要豎向

10、荷載的框架主梁，其截面形式在全現(xiàn)澆的整體式框架中以T形（見圖3.6(a)）為多；在裝配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花籃形（見圖3.6(b)(g)）等。 不承受主要豎向荷載的連系梁，其截面形式常用T形、形、矩形、形、L形等，見圖3.7。 框架柱的截面形式一般為矩形或正方形。1.1.梁、柱截面的形狀3.1第17頁/共195頁三、框架梁、柱截面尺寸圖3.6框架橫梁截面形式 圖3.7框架連系梁截面形式 3.1第18頁/共195頁三、框架梁、柱截面尺寸2.2.梁、柱截面尺寸 （1 1）框架梁 梁截面尺寸可參考受彎構(gòu)件來初步確定。梁高h(yuǎn) hb b一般可取(1/8-1/12)l(1/8-1/12)lb

11、b(l(lb b為梁的計(jì)算跨度），梁凈跨與截面高度之比不宜小于4 4。梁的寬度b bb b=(1/2-1/3)h=(1/2-1/3)hb b，一般不宜小于200mm200mm。 選擇梁截面尺寸還應(yīng)符合規(guī)定的模數(shù)要求。 （2 2）框架柱 柱截面的寬度b bc c和高度h hc c一般?。?/15-1/20)1/15-1/20)層高。為了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的h hc c/b/bc c不宜大于3 3，柱截面的邊長不宜小于250mm250mm。3.1第19頁/共195頁三、框架梁、柱截面尺寸 3. 3.梁截面的慣性矩 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算中，需要計(jì)算量的抗彎剛度，在初步確定梁的截面尺寸

12、后，可按材料力學(xué)方法計(jì)算梁截面慣性矩。由于樓板作為框架梁的翼緣參與工作，使得梁的剛度有所提高，為了簡化計(jì)算，作如下規(guī)定：圖3.8框架結(jié)構(gòu)的剛度取值 （1） 對現(xiàn)澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩（圖3.8(a)。3.1第20頁/共195頁三、框架梁、柱截面尺寸 3. 3.梁截面的慣性矩 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算中，需要計(jì)算量的抗彎剛度，在初步確定梁的截面尺寸后，可按材料力學(xué)方法計(jì)算梁截面慣性矩。由于樓板作為框架梁的翼緣參與工作，使得梁的剛度有所提高，為了簡化計(jì)算，作如下規(guī)定：圖3.8框架結(jié)構(gòu)的剛度取值 （2）對做整澆層的裝配整體式框架，中

13、部框架梁I=1.5I0；邊框架梁I=1.2I0（圖3.8(b)。3.1第21頁/共195頁 3. 3.梁截面的慣性矩 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算中，需要計(jì)算量的抗彎剛度，在初步確定梁的截面尺寸后，可按材料力學(xué)方法計(jì)算梁截面慣性矩。由于樓板作為框架梁的翼緣參與工作，使得梁的剛度有所提高，為了簡化計(jì)算，作如下規(guī)定：圖3.8框架結(jié)構(gòu)的剛度取值 三、框架梁、柱截面尺寸 （3 3）對裝配式樓蓋，梁的慣性矩可按本身的截面計(jì)算，I=II=I0 0（圖3.8(c)3.8(c)）。3.1第22頁/共195頁四、框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 框架結(jié)構(gòu)是由橫向框架和縱向框架組成的空間結(jié)構(gòu)。 為了簡化計(jì)算，通常忽略它們之間的空間聯(lián)系

14、，而將空間結(jié)構(gòu)體系簡化為橫向和縱向平面框架計(jì)算，并取出單獨(dú)的一榀框架作為計(jì)算單元，該單元承受的荷載如圖3.93.9中陰影部分所示。圖3.9框架的計(jì)算單元 3.1第23頁/共195頁3.1四、框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖 在計(jì)算簡圖中，框架節(jié)點(diǎn)多為剛接，柱子下端在基礎(chǔ)頂面，也按剛接考慮。桿件用軸線表示，梁柱的連接區(qū)用節(jié)點(diǎn)表示。等截面軸線取截面形心位置（圖3.10(a)3.10(a)），當(dāng)上下柱截面尺寸不同時(shí)，則取上層柱形心線作為柱軸線（圖3.10(b)3.10(b)）。圖3.103.10框架柱軸線位置 第24頁/共195頁 1. 1.多層多跨框架在一般豎向荷載作用下，側(cè)移是比較小的，可作為無側(cè)移多層多跨框架

15、在一般豎向荷載作用下，側(cè)移是比較小的，可作為無側(cè)移框架按力矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析；框架按力矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析； 2.2.各層荷載對其他層桿件內(nèi)力影響不大。各層荷載對其他層桿件內(nèi)力影響不大。 因此，在近似方法中，可將多層框架簡化為單層框架，即分層作力矩分配計(jì)算。一、多層多跨框架的變形與內(nèi)力特點(diǎn)3.2第25頁/共195頁 側(cè)移忽略不計(jì)，可作為無側(cè)移框架按力矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析；側(cè)移忽略不計(jì)，可作為無側(cè)移框架按力矩分配法進(jìn)行內(nèi)力分析； 各層荷載對其他層桿件內(nèi)力影響忽略不計(jì)。各層荷載對其他層桿件內(nèi)力影響忽略不計(jì)。 因此，每層梁上的荷載只在該層梁及與該層梁相連的柱上分配和傳遞。二、分層法的基本假定3.2

16、第26頁/共195頁 1. 1.將多層框架簡化為單層框架，分層作力矩分配計(jì)算；將多層框架簡化為單層框架，分層作力矩分配計(jì)算；三、分層法的要點(diǎn)3.2第27頁/共195頁 2. 2.分層計(jì)算所得梁彎矩即為最后彎矩；上下兩層計(jì)算所得同一根柱子的內(nèi)分層計(jì)算所得梁彎矩即為最后彎矩；上下兩層計(jì)算所得同一根柱子的內(nèi)力疊加，得到柱子內(nèi)力。力疊加，得到柱子內(nèi)力。3.2三、分層法的要點(diǎn)第28頁/共195頁 計(jì)算時(shí)假定上、下柱的遠(yuǎn)計(jì)算時(shí)假定上、下柱的遠(yuǎn)端是固定的，這與實(shí)際不符，因端是固定的，這與實(shí)際不符，因而，除底層外，可以將上層各柱而，除底層外，可以將上層各柱線剛度乘以線剛度乘以0.90.9加以修正，梁的剛加以修

17、正，梁的剛度不變。度不變。3.2三、分層法的要點(diǎn)1.01.01.01.01.01.00.91.01.00.90.90.90.90.91.01.01.01.01.01.00.91.01.00.90.90.90.90.9第29頁/共195頁 計(jì)算和確定梁、柱彎矩分配系數(shù)和傳遞系數(shù)。 按修正后的剛度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)周圍桿件的桿端分配系數(shù)。所有上層柱的傳遞系數(shù)取13，底層柱的傳遞系數(shù)取12。3.2三、分層法的要點(diǎn)1/31/21/31/31/31/31/31/21/21/21/21/21/21/21/2第30頁/共195頁 1. 1.計(jì)算各層梁上豎向荷載值和梁的固端彎矩； 2.2.將框架分層，各層梁跨度及柱高

18、與原結(jié)構(gòu)相同，柱端假定為固端； 3.3.計(jì)算梁、柱線剛度； 4.計(jì)算和確定梁、柱彎矩分配系數(shù)和傳遞系數(shù)； 5.按力矩分配法計(jì)算單層梁、柱彎矩； 6.將分層計(jì)算得到的、但屬于同一層柱的柱端彎矩疊加得到柱的彎矩。 四、分層法的計(jì)算步驟3.2第31頁/共195頁 有現(xiàn)澆樓面的梁，宜考慮樓板的作用：每側(cè)可取板厚6 6倍作為樓板的有效作用寬度。6h1.梁、柱線剛度的計(jì)算:五、幾點(diǎn)注意3.2設(shè)計(jì)中，可近似按下式計(jì)算梁的截面慣性矩。一邊有樓板 兩邊有樓板 05 . 1 II 00 . 2 II I第32頁/共195頁 一般情況下，分層計(jì)算法所得桿端彎矩在各節(jié)點(diǎn)不平衡，如果需要更精確的結(jié)果時(shí)，可將節(jié)點(diǎn)的不平衡

19、彎矩再進(jìn)行分配。 2.分層法計(jì)算的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎矩為與各柱相連的兩層計(jì)算彎矩疊加。3.2五、幾點(diǎn)注意3.在內(nèi)力與位移計(jì)算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度。 4.在豎向荷載作用下，可以考慮兩端塑性變形內(nèi)力重分布而對梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅。 調(diào)幅系數(shù)為： 現(xiàn)澆框架：0.80.9； 裝配式框架：0.70.8第33頁/共195頁 5. 5.柱軸力的計(jì)算 柱子軸力可由其上柱傳來的豎向荷載和本層軸力疊加得到。 本層軸力根據(jù)與梁的剪力平衡求得。3.2五、幾點(diǎn)注意第34頁/共195頁 6. 6.梁端負(fù)彎矩減小后，應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào)幅后的跨中彎矩。 2161lqgM 中中 梁跨中正彎矩至少應(yīng)取按簡支梁

20、計(jì)算的跨中彎矩的一半。如為均布荷載，則3.2五、幾點(diǎn)注意 7. 7.豎向荷載產(chǎn)生的梁彎矩應(yīng)先進(jìn)行調(diào)幅，再與風(fēng)荷載和水平地震作用產(chǎn)生的彎矩進(jìn)行組合，求出各控制截面的最大、最小彎矩值。第35頁/共195頁例3-1 用分層計(jì)算法作出右圖所示框架的彎矩圖。圖中括號內(nèi)為桿件的線剛度的相對值。q=2.8kN/mq=3.8kN/mq=3.4kN/m7.50m5.60m3.80m4.40m(7.63)(10.21)(7.63)(9.53)(12.77)(4.21)(4.21)(4.21)(7.11)(4.84)(3.64)六、 計(jì)算實(shí)例3.2第36頁/共195頁1.將框架分層，各層梁跨度及柱高與原結(jié)構(gòu)相同，柱

21、端假定為固端。解 ：3.2六、 計(jì)算實(shí)例第37頁/共195頁 2.計(jì)算和確定梁、柱彎矩分配系數(shù)和傳遞系數(shù)注意：上層各柱線剛度都要先乘以0.9，然后再計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)。 上層各柱遠(yuǎn)端彎矩等于各柱近梁端彎短的13(即傳遞系數(shù)為13)。底層各柱及各層梁的遠(yuǎn)端彎矩為近端彎矩的12(即傳遞系數(shù)為12)。3.2六、 計(jì)算實(shí)例第38頁/共195頁0.6670.3330.3630.4720.1750.8640.1360.186 0.3840.4660.1220.3070.1560.4130.709 0.0890.202各節(jié)點(diǎn)處的分項(xiàng)系數(shù)3.2六、 計(jì)算實(shí)例第39頁/共195頁由結(jié)構(gòu)力學(xué)公式可知在均布荷載作

22、用下兩端的固端彎矩為2121qlM 4.4.按力矩分配法計(jì)算單層梁、柱彎矩（如下頁圖1 1、2 2所示）。3.計(jì)算梁的固端彎矩3.2六、 計(jì)算實(shí)例第40頁/共195頁圖1上層各柱線剛度都要先乘以0.9，然后再計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)傳遞系數(shù)為13傳遞系數(shù)為123.2六、 計(jì)算實(shí)例第41頁/共195頁圖2上層柱線剛度要乘以0.9、底層柱不用修正，然后再計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)傳遞系數(shù)為12傳遞系數(shù)為13傳遞系數(shù)為123.2六、 計(jì)算實(shí)例第42頁/共195頁 5. 5.把圖1 1和圖2 2結(jié)果疊加，可以得到各桿的最后彎矩圖( (圖3)3)。注：圖中括號內(nèi)數(shù)值是考慮結(jié)點(diǎn)線位移的彎矩。本例題中梁的誤差較小，而

23、柱的彎矩誤差較大。圖33.2六、 計(jì)算實(shí)例第43頁/共195頁1.1.反彎點(diǎn)的概念 反彎點(diǎn)反彎點(diǎn)是指構(gòu)件上彎矩為零的點(diǎn)。是指構(gòu)件上彎矩為零的點(diǎn)。 在反彎點(diǎn)處構(gòu)件截面上沒有彎矩，只有軸力和剪力。在反彎點(diǎn)處構(gòu)件截面上沒有彎矩，只有軸力和剪力。 在反彎點(diǎn)處截開構(gòu)件，截面上未知內(nèi)力較少。在反彎點(diǎn)處截開構(gòu)件，截面上未知內(nèi)力較少。軸力剪力剪力軸力彎矩彎矩圖一、反彎點(diǎn)法3.3第44頁/共195頁2.2.反彎點(diǎn)法的思路一、反彎點(diǎn)法3.3第45頁/共195頁 (2) (2)根據(jù)柱子的反彎點(diǎn)位置，由各柱剪力求得柱端彎矩； (3)(3)由結(jié)點(diǎn)平衡求出梁端彎矩和剪力。軸力剪力下柱彎矩上柱彎矩左端彎矩右端彎矩一、反彎點(diǎn)

24、法3.3 (1)(1)一般先要把作用在每個(gè)樓層上的總風(fēng)力和總地震力即總水平荷載，分配一般先要把作用在每個(gè)樓層上的總風(fēng)力和總地震力即總水平荷載，分配到各榀框架上，再進(jìn)行平面框架的內(nèi)力分析，可按柱的抗側(cè)剛度直接分配到每到各榀框架上，再進(jìn)行平面框架的內(nèi)力分析，可按柱的抗側(cè)剛度直接分配到每根框架柱，求得各柱的剪力；根框架柱，求得各柱的剪力； 第46頁/共195頁3.3.反彎點(diǎn)法的基本假定 框架梁的抗彎剛度無窮大時(shí)，框架柱兩端轉(zhuǎn)角為零。 根據(jù)兩端無轉(zhuǎn)角但有單位水平位移時(shí)桿件的桿端剪力方程，柱剪力與水平位移的關(guān)系為 212hiVc (1)假定框架梁的抗彎剛度無窮大。一、反彎點(diǎn)法3.3第47頁/共195頁

25、因此，柱的抗側(cè)剛度為 212hiVdc hEIic其中：柱抗側(cè)剛度的物理意義是：單位位移下柱的剪力。一、反彎點(diǎn)法3.3第48頁/共195頁 忽略梁的軸向變形時(shí)，同一樓層中各柱端側(cè)移相等，均為j j ，第j j層第i i個(gè)柱子的剪力如下： jijijdV (2)假定梁的軸向變形很小，可以忽略。一、反彎點(diǎn)法3.3第49頁/共195頁所以，第所以，第j j層第層第i i根柱子分擔(dān)的剪力為：根柱子分擔(dān)的剪力為：PjmiijijijVddV 1 假定第假定第j j層共有層共有m m根柱子，第根柱子，第j j層的總剪層的總剪力為力為 miijjmjijjjPjdVVVVV121 一、反彎點(diǎn)法3.3第50頁

26、/共195頁4.4.反彎點(diǎn)的位置 當(dāng)梁柱的線剛度比超過 3 3 時(shí)，一般樓層柱端的轉(zhuǎn)角很小，反彎點(diǎn)接近中點(diǎn)，可假定它就在中點(diǎn)。 底層柱由于底端固定而上端有轉(zhuǎn)角（雖然很?。磸濣c(diǎn)上移，通常假定反彎點(diǎn)在距底端2h/32h/3高度處。h h為樓層高度。一、反彎點(diǎn)法3.3第51頁/共195頁5.5.反彎點(diǎn)法的計(jì)算要點(diǎn) 、多層多跨框架在水平荷載作用下，當(dāng)梁柱線剛度之比值i ib b/i/ic c33時(shí)，可采用反彎點(diǎn)法計(jì)算桿件內(nèi)力。 、計(jì)算各柱抗側(cè)剛度，并由各柱抗側(cè)剛度把該層總剪力分配到每根柱上。 、根據(jù)柱分配到的剪力及反彎點(diǎn)位置，計(jì)算柱端彎矩。 、根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡計(jì)算梁端彎矩。一、反彎點(diǎn)法3.3第52頁/

27、共195頁6.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 反彎點(diǎn)處彎矩為零，剪力不為零。反彎點(diǎn)處的剪力可按下述方法計(jì)算：F3F2F1l1 l2h3h2h1F3F2F1l1/2h3/3l1/2l2/2l2/2h32/3h1/2h1/2h2/2h2/2一、反彎點(diǎn)法3.3第53頁/共195頁沿頂層各柱反彎點(diǎn)處取脫離體，如下圖所示F3V31V32V33333(1)頂層一、反彎點(diǎn)法3.36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第54頁/共195頁 31333332313333333332323313133332310jjdFdddFdVdVdVFVVVX由：又所以，得：一、反彎點(diǎn)法3.36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第55頁/共195頁

28、331333333333313323323233133133131FdddVFdddVFdddVjjjjjj 因此，各柱的剪力為：柱的抗側(cè)剛度柱的剪力分配系數(shù)一、反彎點(diǎn)法3.36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第56頁/共195頁 柱的抗側(cè)剛度d：為使柱頂產(chǎn)生單位位移所需的水平力，如下圖所示柱的抗側(cè)剛度按下式計(jì)算：3221266hEIhhEIhEId =1hd26hEI26hEI一、反彎點(diǎn)法3.36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第57頁/共195頁沿第二層各柱的反彎點(diǎn)處取脫離體，如下圖所示由脫離體可得各柱的剪力為： 2331222FFddVjjii F2F3V21V22V23(2)第二層一、反彎點(diǎn)法3.

29、36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第58頁/共195頁沿底層各柱的反彎點(diǎn)處取脫離體，如下圖所示由脫離體可得各柱的剪力為： 12331222FFFddVjjii F3F2F1V11V12V13(3)第一層一、反彎點(diǎn)法3.36.6.反彎點(diǎn)處剪力的計(jì)算 第59頁/共195頁框架各桿的彎矩可按下述方法求得： (1)先求各柱彎矩。將反彎點(diǎn)處剪力乘反彎點(diǎn)到柱頂或柱底距離，可以得到柱頂和柱底彎矩。 計(jì)算柱端彎矩的方法：計(jì)算柱端彎矩的方法：上層柱：上下彎矩相等上層柱：上下彎矩相等底層柱：上下端彎矩：底層柱：上下端彎矩：2jmmmhVMM 下下上上323111111hVMhVM 下下上上7.7.框架彎矩的計(jì)算一、反

30、彎點(diǎn)法3.3第60頁/共195頁計(jì)算梁端彎矩的方法： 根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡對于邊柱：對于邊柱： 對于中柱：對于中柱： 下下上上mmbMMM 右右左左右右下下上上右右右右左左左左下下上上左左bbbmmbbbbmmbiiiMMMiiiMMM 11(2)(2)再由節(jié)點(diǎn)彎矩平衡求各梁端彎矩。一、反彎點(diǎn)法3.37.7.框架彎矩的計(jì)算第61頁/共195頁8.8.梁端剪力的計(jì)算方法 根據(jù)梁力的平衡梁兩端的剪力：梁兩端的剪力： LMMVVbbbb右右左左右右左左 左左bV右右bV左左bM右右bML一、反彎點(diǎn)法3.3第62頁/共195頁(1)(1)確定各柱反彎點(diǎn)位置； (2)(2)分層取脫離體計(jì)算各反彎點(diǎn)處剪力； (3

31、)(3)先求柱端彎矩，再由節(jié)點(diǎn)平衡求梁端彎矩，當(dāng)為中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，按梁的相對線剛度分配節(jié)點(diǎn)處柱端不平衡彎矩?？蚣艿淖罱K彎矩圖如右圖所示。9.9.反彎點(diǎn)法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟一、反彎點(diǎn)法3.3第63頁/共195頁 反彎點(diǎn)法適用于梁的線剛度與柱的線剛度之比不小于3 3。反彎點(diǎn)法常用于在初步設(shè)計(jì)中估算梁和柱在水平荷載作用下的彎矩值。10.10.反彎點(diǎn)法的適用范圍一、反彎點(diǎn)法3.3第64頁/共195頁11.11.計(jì)算實(shí)例例：利用反彎點(diǎn)法畫出該框架的彎矩圖，圖中括號內(nèi)數(shù)字為各桿的線剛度。一、反彎點(diǎn)法3.3第65頁/共195頁 解 ：當(dāng)同層各柱h h相等時(shí)，各柱抗側(cè)剛度d d12i12ic ch h2 2，可直

32、接用i ic c計(jì)算它們的分配系數(shù)。這里只有第3 3層中柱與同層其他柱高不同，作如下變換，即可采用折算線剛度計(jì)算分配系數(shù)。 折算線剛度i ic c=(4=(42 2/4.5/4.52 2)i=(16/20.3)i=(16/20.3)2=1.62=1.6一、反彎點(diǎn)法3.3第66頁/共195頁計(jì)算過程見右圖：反彎點(diǎn)反彎點(diǎn)梁端彎矩按線剛度梁端彎矩按線剛度進(jìn)行分配進(jìn)行分配第67頁/共195頁 最后彎矩圖見右圖，括號內(nèi)數(shù)字為精確解。本例表明，用反彎點(diǎn)法計(jì)算的結(jié)果、除個(gè)別地方外，誤差是不大的。一、反彎點(diǎn)法3.3第68頁/共195頁 反彎點(diǎn)法是在考慮柱側(cè)移剛度d d時(shí)，假定結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角為零亦即假設(shè)梁柱線剛度比無

33、窮大時(shí)的一種近似計(jì)算方法。對于層數(shù)較多的框架，由于柱軸力大，柱截面也隨之增大，梁柱相對線剛度比較接近，甚至有時(shí)柱的線剛度反而比梁大，這樣上述假設(shè)將產(chǎn)生較大的誤差。另外，反彎點(diǎn)法計(jì)算反彎點(diǎn)高度時(shí)，假設(shè)柱上下節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等，這樣誤差也較大，特別是在最上和最下層。二、D D值法3.3第69頁/共195頁 日本武藤清教授在分析多層框架的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上作了一些假定，經(jīng)過力學(xué)分析，提出了用修正的抗側(cè)移剛度和調(diào)整反彎點(diǎn)的方法計(jì)算水平荷載下框架的內(nèi)力。修正后的柱側(cè)移剛度用D D表示，故稱為D D值法 。3.3二、D D值法 該方法的計(jì)算步驟與反彎點(diǎn)法相同，因而計(jì)算簡便、實(shí)用，精度比反彎點(diǎn)法高。第70

34、頁/共195頁 D D值法對反彎點(diǎn)法做了如下改進(jìn)： 修正了柱的側(cè)移剛度，允許框架節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)角，但假定同層各結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相同。 調(diào)整了柱的反彎點(diǎn)高度，假定柱上下端轉(zhuǎn)角可以不同，對反彎點(diǎn)的高度進(jìn)行了修正。 因此，D D值法也是一種近似方法。隨著高度增加，忽略柱軸向受形帶來的誤差也增大。此外，在規(guī)則框架中使用效果較好。3.3二、D D值法第71頁/共195頁1.1.柱側(cè)移剛度D D值 一般情況下，框架節(jié)點(diǎn)都有轉(zhuǎn)角。如果梁剛度無限大，則轉(zhuǎn)角很小，可忽略而近似認(rèn)為柱端固定，見右圖，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的桿端部側(cè)移于內(nèi)里關(guān)系的推導(dǎo)，可得柱剪力V與層間位移的關(guān)系： 212hiVc jj-13.3二、D D值法第72頁/共

35、195頁令212hiVdc d d 稱為柱的抗側(cè)剛度，物理意義為單位位移所需推加的水平推力。式中：h 層高 ic 柱線剛度3.3二、D D值法第73頁/共195頁 實(shí)際上，梁的剛度并不是無限大的，即梁柱線剛度比為有限值，也就是梁的剛度較小時(shí)，在水平荷載作用下，框架不僅有側(cè)移且各節(jié)點(diǎn)都有轉(zhuǎn)角。jj-1jj-13.3二、D D值法第74頁/共195頁 由結(jié)構(gòu)力學(xué)，當(dāng)桿端有相對位移由結(jié)構(gòu)力學(xué)，當(dāng)桿端有相對位移，兩端有轉(zhuǎn)角，兩端有轉(zhuǎn)角1 1和和2 2時(shí)，由轉(zhuǎn)角位移方時(shí)，由轉(zhuǎn)角位移方程得到：程得到： 令：令： 212612 hihiVcc VD 3.3二、D D值法第75頁/共195頁 D D值定義是值

36、定義是: :柱結(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)角時(shí)，使柱端產(chǎn)生單位水平位移所需施加的水平推柱結(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)角時(shí)，使柱端產(chǎn)生單位水平位移所需施加的水平推力。力。D D值也稱為柱的抗側(cè)剛度，與值也稱為柱的抗側(cè)剛度，與d d值的定義相同。值的定義相同。D D值與位移值與位移和轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角均有均有關(guān)（即關(guān)（即D D值不但與值不但與柱本身剛度有關(guān)，而且與柱上下兩端轉(zhuǎn)動(dòng)約束有關(guān)）。）。 3.3二、D D值法第76頁/共195頁影響D D值的因素主要有： 該柱本身剛度i ic c， 上下梁的剛度i ib b， 上下層柱的高度， 上下層剪力( (即水平荷載分布情況) )， 柱所在層的位置。3.3二、D D值法第77頁/共195頁 由于計(jì)算D

37、 D值主要用來分配剪力，對于同層各柱來說，上述的3 3、 4 4、 5 5項(xiàng)影響因素是相同的，對剪力分配影響不大。所以討論D D值時(shí)，主要考慮柱本身剛度和梁的剛度影響。3.3二、D D值法第78頁/共195頁 假定框架各層層高相等，并假定各層梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角假定框架各層層高相等，并假定各層梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等，各層層間相等，各層層間位移位移相等，可導(dǎo)出相等，可導(dǎo)出D D的表達(dá)式為的表達(dá)式為212hiDc其中，稱為柱的剛度修正系數(shù)，與梁柱剛度比K有關(guān)。3.3二、D D值法第79頁/共195頁對一般柱：對一般柱： KKiiiiiKc 2,24321 一般柱1i3i2i4i2i4icici底層柱2i1i2i

38、ciciKKiiiKc25 . 0,21對底層柱：3.3二、D D值法第80頁/共195頁P(yáng)jmiijijijVDDV 1 與梁柱剛度比K K有關(guān)：當(dāng)K K值無限大時(shí)， =1=1，所得D D值與d d值相等；當(dāng)K K值較小時(shí)， 1 0N 0.3 3 fcbchc時(shí)，取 N = 0N = 0.3 3 fcbchc0011.050.0561svctccyvcREAVf b hfhNs有地震作用組合001.750.071svctccyvcAVf b hfhNs無地震作用組合三、框架柱的抗震設(shè)計(jì)3.5第173頁/共195頁 當(dāng)軸力為拉力時(shí)，受剪承載力降低，可將上式中最后一項(xiàng)改為 0.2N0.2N；當(dāng)?shù)?/p>

39、一式右邊的計(jì)算值或第二式右邊括號內(nèi)的計(jì)算值小于 時(shí)，取等于 ，且 不應(yīng)小于 。0svyvcAfhs0svyvcAfhs00.36tccf b h三、框架柱的抗震設(shè)計(jì)3.5第174頁/共195頁最小截面尺寸縱向鋼筋軸壓比限值箍筋加密區(qū)范圍箍筋加密區(qū)的配箍量.框架柱構(gòu)造措施三、框架柱的抗震設(shè)計(jì)3.5第175頁/共195頁 在設(shè)計(jì)延性框架時(shí)，除了保證梁、柱構(gòu)件具有足夠的承載內(nèi)力和延性外，還要保證梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪承載力，使之不過早破壞，這是十分重要的。由震害調(diào)查可見，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞，大都是由于節(jié)點(diǎn)區(qū)無箍筋或少箍筋，在剪壓作用下出現(xiàn)交叉斜裂縫，混凝土擠壓破碎，造成縱向鋼筋壓屈成燈籠狀。 因此，保證節(jié)點(diǎn)

40、區(qū)不過早發(fā)生剪切破壞的主要措施是保證節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的強(qiáng)度及密實(shí)性、在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配置足夠的箍筋。設(shè)計(jì)梁、柱采用不同等級的混凝土?xí)r，施工時(shí)必須注意梁柱節(jié)點(diǎn)部位混凝土等級應(yīng)該和柱混凝土的等級相同，也可以略低。四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第176頁/共195頁 根據(jù)強(qiáng)核芯區(qū)的抗震設(shè)計(jì)概念，在梁端鋼筋屈服時(shí)，核芯區(qū)不應(yīng)剪切屈服。因此，取梁端截面達(dá)到受彎承載力時(shí)的核芯區(qū)剪力作為其剪力設(shè)計(jì)值。 根據(jù)下頁中柱節(jié)點(diǎn)受力簡圖，取上半部分為隔離體。.剪力設(shè)計(jì)值四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第177頁/共195頁梁柱節(jié)點(diǎn)受力簡圖四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第178頁/共195頁由平衡條件可得核芯區(qū)剪力V Vj

41、 j)()(aVAfAfVctsykbsykj柱剪力可由梁柱平衡時(shí)柱的彎矩得到：)() )(bhHahAfAfhHMMhHMMVbcbtsykbsykbcrblbbctcbcc0四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第179頁/共195頁將（b）式代入（a）式得：)(bcsbsbrblbbctcbcsbrblbjhHahahMMhHMMahMMV0001四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第180頁/共195頁 工程抗震設(shè)計(jì)中，仍然采用彎矩設(shè)計(jì)值代替受彎承載力，以簡化計(jì)算。 一、二級框架的梁柱核芯區(qū)的剪力設(shè)計(jì)值Vj按下式計(jì)算：)(bcsbsbbjbjhHahahMV001核芯區(qū)剪力增大系 數(shù) ， 一 級

42、 取1.35，二級取1.2四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第181頁/共195頁9 9度時(shí)和一級框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合：)(.bcsbsbbuajhHahahMV001151式中：Mb、Mbua分別為節(jié)點(diǎn)左右梁端彎矩設(shè)計(jì)值和按實(shí)配鋼筋計(jì)算的抗震受彎承載力。 三、四級框架和非抗震框架的核芯區(qū)，可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)符合抗震構(gòu)造措施要求。四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第182頁/共195頁框架梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)截面的抗震受剪承載力按下式驗(yàn)算：).(sahAfbbNhbfVsbsvjyvcjjjjtjREj00501119度抗震時(shí)，尚應(yīng)滿足：).(sahAfhbfVsbsvjyvjjtjREj0901.受剪承載力驗(yàn)算四、梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗震設(shè)計(jì)3.5第183頁/共195頁 為了避免核