高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五章 高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深圳大學(xué) 土木工程學(xué)院本章內(nèi)容結(jié)構(gòu)布置梁、柱截面尺寸估算計(jì)算簡(jiǎn)圖豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（分層法）水平荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（反彎點(diǎn)法、D值法）水平位移驗(yàn)算方法內(nèi)力組合方法承載力計(jì)算方法構(gòu)造要求結(jié)構(gòu)布置雙向布置框架，梁柱剛接，不宜鉸接合適的柱網(wǎng)尺寸 不宜大于10m10m偏心距大于該方向柱寬的1/4時(shí),增設(shè)梁的加腋一般原則: 結(jié)構(gòu)布置慎用單跨框架 超靜定次數(shù)少,一旦出現(xiàn)塑性鉸,容易連續(xù)倒塌避免砌體墻承重與框架承重的混合體系 抗側(cè)力剛度、變形能力相差較大注意填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響 上下層填充墻布置的差異造成層間剛度的差異，形成薄弱層， 如底層； 窗臺(tái)墻容易造成

2、短柱的出現(xiàn)； 布置不均勻造成剛度偏心； 注意事項(xiàng): 梁、柱截面尺寸估算梁尺寸用跨度估算結(jié)構(gòu)分析時(shí)必須考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)梁剛度的增大，一般簡(jiǎn)單采用中梁剛度放大系數(shù)（2.0或1.5）柱尺寸根據(jù)軸壓比估算，不同抗震等級(jí)采用不同的限值，即對(duì)軸壓比的限制梁的抗彎剛度柱的抗彎剛度梁截面慣性矩柱截面慣性矩梁線剛度柱線剛度計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算單元計(jì)算簡(jiǎn)圖樓面荷載分配豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（分層法）基本假定豎向荷載下，框架側(cè)移可忽略不計(jì)每層梁上的豎向荷載對(duì)其它層的影響可忽略不計(jì)分層法實(shí)質(zhì)：分層采用彎距分配法進(jìn)行計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力彎距分配（復(fù)習(xí)）分配系數(shù)傳遞系數(shù)分層法彎距分配（復(fù)習(xí)）分配系數(shù)傳遞系數(shù)彎距分配（復(fù)習(xí)）不平衡彎矩：桿

3、端彎矩（查表）不平衡彎矩：桿端彎矩（查表）彎距分配（復(fù)習(xí)）不平衡彎矩：桿端彎矩（查表）分層法修正一：除底層外，各層柱的線剛度乘以0.9修正二：除底層外，各層柱的傳遞系數(shù)由1/2改為1/3各開(kāi)口框架計(jì)算的彎矩圖疊加為最終彎矩圖，節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩分配一次分層法所有構(gòu)件均可采用彈性剛度?？紤]梁端塑性內(nèi)力重分布，對(duì)負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅，調(diào)幅系數(shù)：現(xiàn)澆框架：0.80.9；裝配式框架：0.70.8。調(diào)幅后按照平衡條件計(jì)算跨中彎矩。跨中彎矩不小于簡(jiǎn)支跨中彎矩一半。豎向荷載下的彎矩先調(diào)幅，后組合。樓面活載大于4kN/m2，需考慮活載不利布置。分層法計(jì)算例計(jì)算各桿件的相對(duì)線剛度分別計(jì)算頂層、中間層和底層開(kāi)口框架的彎矩圖

4、疊加各彎矩圖得到總彎矩圖1. 計(jì)算各桿件線剛度截面：梁：250600 中柱：700700 邊柱：600600中梁剛度放大系數(shù)： 2左邊跨梁右邊跨梁底層中柱底層邊柱其余層中柱其余層邊柱相對(duì)線剛度令左邊梁的相對(duì)線剛度為1，則左邊跨梁=1右邊跨梁=3.66/4.3=0.85底層中柱=13.1/4.3=3.0底層邊柱=7.02/4.3=1.63其余層中柱=18.29/4.3=4.25其余層邊柱=9.87/4.3=2.302.1 頂層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.1 頂層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.2 中間層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.2 中間層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.3 底層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.3 底層開(kāi)口框架彎矩計(jì)算2.3 各開(kāi)

5、口框架彎矩 疊加得到總彎矩水平荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（反彎點(diǎn)法）反彎點(diǎn)：M=0，V0框架彎矩圖要解決 幾個(gè)問(wèn)題：1、各柱V的大??；2、柱反彎點(diǎn)的位置；3、由柱端彎矩求梁端彎矩柱反彎點(diǎn)的位置與“反彎點(diǎn)法”的假設(shè)反彎點(diǎn)位置與柱上下端的約束條件（轉(zhuǎn)角）有關(guān)“反彎點(diǎn)法”關(guān)于反彎點(diǎn)位置的假設(shè)：除底層外各層柱端轉(zhuǎn)角相等，底層柱反彎點(diǎn)在2/3層高處，其它層反彎點(diǎn)在1/2層高處柱抗側(cè)剛度柱抗側(cè)剛度與柱兩端相對(duì)線位移與柱兩端轉(zhuǎn)角的關(guān)系“反彎點(diǎn)法”中柱抗側(cè)剛度的計(jì)算“反彎點(diǎn)法”的假設(shè)柱抗側(cè)剛度：柱頂產(chǎn)生單位位移 所需的水平力（柱的剪力）“反彎點(diǎn)法”關(guān)于柱抗側(cè)剛度的假設(shè)：假設(shè)柱兩端轉(zhuǎn)角為0，即認(rèn)為梁剛度為無(wú)窮大反彎點(diǎn)

6、處剪力的計(jì)算（樓層總剪力按抗側(cè)剛度分配給各柱）基本假定：同層各點(diǎn)側(cè)移相等（樓面剛度無(wú)窮大）框架彎矩的計(jì)算柱端彎矩：柱剪力 X 反彎點(diǎn)至柱端距離梁端彎矩：根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡和梁線剛度分配“反彎點(diǎn)法”總結(jié)計(jì)算步驟1、確定各柱反彎點(diǎn)的位置2、計(jì)算各層、各柱反彎點(diǎn)處的剪力3、計(jì)算柱端彎矩和梁端彎矩適用范圍：梁線剛度/柱線剛度3，一般為多層框架“反彎點(diǎn)法”例題水平荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（改進(jìn)的反彎點(diǎn)法D值法）反彎點(diǎn)法的缺點(diǎn)1、柱的反彎點(diǎn)位置是個(gè)定值 2、柱的抗側(cè)剛度只與柱的線剛度及層高有關(guān) D值法的改進(jìn)之處1、柱的抗側(cè)剛度的修正（考慮梁、柱剛度比）2、柱的反彎點(diǎn)位置的修正（考慮梁、柱剛度比和上、下層的層高影響）

7、柱的抗側(cè)剛度的修正柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)c柱的反彎點(diǎn)位置的修正y=y0+y1+y2+y3標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比y0與該層所在的樓層位置，及梁、柱線剛度比有關(guān) 因上、下橫梁相對(duì)線剛度變化的修正值y1 因上、下層層高變化的修正值y2、y3“D值法”總結(jié)1、求各柱的抗側(cè)剛度（修正值）2、求各柱的反彎點(diǎn)位置（修正值）3、計(jì)算各層、各柱反彎點(diǎn)處的剪力4、計(jì)算柱端彎矩和梁端彎矩計(jì)算步驟“D值法”例題求A軸各層的反彎點(diǎn)位置與D值求B軸各層的反彎點(diǎn)位置與D值求C軸各層的反彎點(diǎn)位置與D值求A軸柱剪力與梁柱彎矩求B軸柱剪力與梁柱彎矩求C軸柱剪力與梁柱彎矩求最終彎矩圖水平位移驗(yàn)算方法用D值法計(jì)算側(cè)移層間側(cè)移頂點(diǎn)側(cè)移水平位移

8、驗(yàn)算方法例題內(nèi)力組合方法控制截面梁取三個(gè)控制截面：左端支座、跨中、右端支座柱取兩個(gè)控制截面：柱頂、柱底最不利內(nèi)力組合的種類梁：支座-Mmax、Vmax，跨中Mmax柱(一般情況下)： Mmax及相應(yīng)N、V-Mmax及相應(yīng)N、VNmax及相應(yīng)M、VNmin及相應(yīng)M、VVmax及相應(yīng)M、N內(nèi)力組合例題三跨六層框架，內(nèi)力計(jì)算過(guò)程（分層法和D值法）略對(duì)二層梁和二層柱進(jìn)行內(nèi)力組合延性框架設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的延性 構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，具有承載能力不降低或基本不降低、且具有塑性變形能力的一種性能結(jié)構(gòu)延性的作用結(jié)構(gòu)的延性指標(biāo)提高結(jié)構(gòu)延性的措施 結(jié)構(gòu)的延性指標(biāo)構(gòu)件延性比構(gòu)件位移延性比截面曲率延性比結(jié)構(gòu)的延性指標(biāo)結(jié)構(gòu)延性

9、比結(jié)構(gòu)延性比地震作用與塑性變形的關(guān)系彈性結(jié)構(gòu)與彈塑性結(jié)構(gòu)的比較提高結(jié)構(gòu)延性的措施“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則控制塑性鉸的位置 “強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計(jì)原則控制構(gòu)件的破壞形態(tài) “強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)原則 “強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則合理的框架屈服機(jī)制梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生底層柱柱根的塑性鉸較晚形成各層柱子的屈服順序應(yīng)錯(cuò)開(kāi)，不要集中在某一層 延性梁設(shè)計(jì)（一）：強(qiáng)剪弱彎梁端設(shè)計(jì)剪力的規(guī)定注意區(qū)別不同抗震等級(jí)的規(guī)定延性梁設(shè)計(jì)（二）：縱筋量與延性受壓區(qū)高度最大受拉鋼筋配筋率最小受壓鋼筋配筋量延性梁設(shè)計(jì)（三）：箍筋與延性梁端箍筋加密（加密區(qū)長(zhǎng)度、最大間距、最小直徑）箍筋形式延性梁設(shè)計(jì)（四）：剪壓比和截面限制要求無(wú)地震

10、作用組合時(shí)有地震作用組合時(shí)延性柱設(shè)計(jì)（一）:剪跨比與長(zhǎng)、短柱剪跨比 長(zhǎng)柱，壓彎破壞，延性較好 短柱，剪切破壞，延性較差 極短柱，剪切斜拉破壞，延性極差延性柱設(shè)計(jì)（二）:軸壓比延性柱設(shè)計(jì)（三）:配箍率與箍筋形式配箍特征值與體積配箍率箍筋形式與約束作用延性柱設(shè)計(jì)（四）:柱的加強(qiáng)部位調(diào)整柱端彎矩，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁底層固定端彎矩增大，推遲其屈服加大角柱設(shè)計(jì)內(nèi)力，提高其承載力延性梁設(shè)計(jì)（五）：強(qiáng)剪弱彎柱端設(shè)計(jì)剪力的規(guī)定注意區(qū)別不同抗震等級(jí)的規(guī)定延性柱設(shè)計(jì)（六）：剪壓比和截面限制要求無(wú)地震作用組合時(shí)有地震作用組合時(shí)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)“弱”構(gòu)件抗震等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，根據(jù)剪力設(shè)計(jì)值驗(yàn)算框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力抗震等級(jí)為三、四級(jí)時(shí)，按構(gòu)造要求配置箍筋節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固非抗震設(shè)計(jì)梁下部鋼筋伸入支座要求邊梁上部鋼筋錨入支座要求梁上部鋼筋與架立鋼筋搭接要求柱頂鋼筋要求節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固抗震設(shè)計(jì)梁下部鋼筋伸入支座要求邊梁上部鋼筋錨入支座要求梁上部鋼筋與架立鋼筋搭接要求柱頂鋼筋要求本章小結(jié)豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（分層法）水平荷載下的內(nèi)力計(jì)算方法（反彎點(diǎn)法、D值法）水平位移驗(yàn)算方法延性框架設(shè)計(jì)要求屈服機(jī)制（強(qiáng)