高層建筑結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計第1頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四1框架結(jié)構(gòu)的受力特點一般情況下，框架底部柱M、N、V最大，往上逐漸減小，底部柱多屬于小偏心受壓構(gòu)件，頂部幾層可能為大偏心受壓構(gòu)件。當(dāng)荷載條件大致相同時，各層框架梁M、V較為接近，變化不大?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的水平側(cè)移由兩部分組成：剪切變形：這是由框架整體受剪，梁柱桿件發(fā)生彎曲變形而產(chǎn)生的水平位移，一般底層層間變形最大，向上逐漸減小。彎曲變形：這是由框架在抵抗傾覆彎矩時發(fā)生的整體彎曲，由柱子的拉伸和壓縮而產(chǎn)生的水平位移。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)高寬比不大于4時，框架水平側(cè)移中彎曲變形部分所占比例很小，位移曲線一般呈剪切型。第2頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四2框架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題框架結(jié)構(gòu)的適用范圍單跨框架的規(guī)定框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻混合承重框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇第3頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架結(jié)構(gòu)的適用范圍非抗震設(shè)計時的多層及高層建筑抗震設(shè)計時的多層及小高層建筑（7度區(qū)以下）高烈度區(qū)不宜采用純框架結(jié)構(gòu)一般8度區(qū)高度超過20m采用框架結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟，因此6層以上的建筑結(jié)構(gòu)宜采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或壁式框架第4頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四單跨框架的規(guī)定抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架。因為單跨框架的耗能能力較弱，超靜定次數(shù)少，一旦柱子出現(xiàn)塑性鉸（在強震時不可避免），出現(xiàn)連續(xù)倒塌的可能性很大。第5頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻《高層規(guī)程》規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻宜選用輕質(zhì)墻體?？拐鹪O(shè)計時，框架結(jié)構(gòu)如采用砌體填充墻，其布置應(yīng)符合下列要求：1避免形成上下層剛度變化過大2避免形成短柱3減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn)。第6頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四混合承重《高層規(guī)程》規(guī)定，框架結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)計時，不應(yīng)部分采用由砌體墻承重的混合形式?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部突出屋頂?shù)牡顾鷻C房、樓梯間、水箱間等，應(yīng)采用框架承重，不應(yīng)采用砌體墻承重。第7頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的選擇《高層規(guī)程》規(guī)定，抗震設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時，結(jié)構(gòu)分析計算時應(yīng)考慮剪力墻與框架的協(xié)同工作。如樓、電梯間位置較偏而產(chǎn)生較大的剛度偏心時，宜將此種剪力墻減薄、開豎縫、開結(jié)構(gòu)洞、配置少量單排鋼筋等措施，減小剪力墻的作用，并宜增加與剪力墻相連的柱子配筋。第8頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四3框架結(jié)構(gòu)計算簡圖的確定計算單元的選取計算單元選取第9頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四計算簡圖實際結(jié)構(gòu)l01l02計算簡圖第10頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四4框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算分層法彎矩二次分配法水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算反彎點法D值法第11頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四1豎向荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算分層法基本假定忽略垂直荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移；每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱上產(chǎn)生內(nèi)力。第12頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)以上假定，多、高層框架可分層作為若干個彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡單剛架近似計算。簡單剛架可用彎矩分配法計算，一般循環(huán)2次。分層法計算示意圖第13頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四注意事項：由于除底層外上層各柱的柱端實際為彈性固定，計算簡圖中假定為完全嵌固，為減少計算誤差，除底層柱外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。線剛度修正第14頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四考慮除支座外，框架各節(jié)點為彈性固定，因此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/3；傳遞系數(shù)修正第15頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四分層法計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算彎矩疊加；在內(nèi)力與位移計算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度?！?-9第16頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四基本步驟：將框架分層將除底層柱之外的所有層柱的線剛度均乘以0.9;分層后的簡單框架可用彎矩分配法計算。用不來將，每一節(jié)點經(jīng)過二次分配就足夠了；采用彎矩分配法的計算過程中，柱傳遞系數(shù)取1/3，但對底層仍取1/2；梁的彎矩為最后彎矩，柱的彎矩為上下層取代數(shù)和；若節(jié)點處不平衡彎矩較大，在分配一次。第17頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四彎矩二次分配法首先計算框架各構(gòu)件的剛度和分配系數(shù)；計算框架各層梁端在豎向荷載作用下的固端彎矩；計算框架各節(jié)點的不平衡彎矩，并將每一節(jié)點的不平衡彎矩同時進(jìn)行分配并向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)仍為1/2；進(jìn)行兩次分配后結(jié)束（僅傳遞一次，但分配兩次）；第18頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算反彎點法適用于梁柱線剛度比不小于3的框架結(jié)構(gòu)；常用于在初步設(shè)計中估算梁和柱在水平荷載作用下的彎矩值。第19頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（1）反彎點位置彎矩為零的點（反彎點）的位置按下圖取值（以EI梁=∞為前題）。反彎點位置圖第20頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（2）反彎點處的剪力計算

柱的剪力按同層柱的抗側(cè)移剛度之比分配。柱的抗側(cè)移剛度為：EIci——第i根柱的剛度；hi——第i根柱的柱高?！?-16Di第21頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作用下框架的內(nèi)力。頂層因此各柱的剪力為：…3-17…3-18第22頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第二層各柱的剪力為：…3-19第23頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四

第一層各柱的剪力為：…3-20第24頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（3）彎矩圖繪制柱端彎矩：已知反彎點處的剪力值便可以求出每一根柱各截面的彎矩。梁端彎矩：分邊柱節(jié)點和中間柱節(jié)點兩種情況處理。邊節(jié)點：第25頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四中節(jié)點：第26頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四D值法（1）反彎點法的問題柱的抗側(cè)剛度只考慮了柱的線剛度和柱高，未考慮節(jié)點梁柱線剛度比的影響；認(rèn)為反彎點的位置是固定不變的，實際上它與梁柱線剛度之比、柱的位置、上下層梁的線剛度大小、上下層層高、框架的總層數(shù)等因素有關(guān)。第27頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（2）D值法的基本思想與反彎點法相比：相同之處先確定反彎點位置不同之處考慮了上述因素的影響，對柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點位置進(jìn)行了修正。因此，D值法又稱為修正的反彎點法，適用于梁柱線剛度比小于3的情況。第28頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（3）柱的抗側(cè)剛度式中，αc——柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)，按下表的公式計算。柱的部位及固定情況一般層底層，下面固支底層，下端鉸支αci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic…3-21第29頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四（4）修正的反彎點高度式中y0——標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比；y1——因上、下層梁剛度比變化的修值；

y2——因上層層高變化的修正值；

y3——因下層層高變化的修正值。柱端彎矩ViVi…3-22第30頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四5框架結(jié)構(gòu)的最不利內(nèi)力及內(nèi)力組合控制截面框架梁柱最不利內(nèi)力組合梁端彎矩調(diào)幅第31頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四控制截面控制截面梁：跨中、支座截面柱：柱頂、柱底截面梁控制截面柱控制截面第32頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁柱最不利內(nèi)力組合梁跨中截面：+Mmax及相應(yīng)的V（正截面設(shè)計）梁支座截面：--Mmax及相應(yīng)的V（正截面設(shè)計）Vmax及相應(yīng)的M（

斜截面設(shè)計）柱截面：+Mmax及相應(yīng)的N、V--Mmax及相應(yīng)的N、VNmax及相應(yīng)的M、VNmin及相應(yīng)的M、VVmax及相應(yīng)的M、N第33頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四梁端彎矩調(diào)幅豎向荷載下框架梁端彎矩的調(diào)幅在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布，減小梁端負(fù)彎矩，相應(yīng)增大梁跨中彎矩。調(diào)幅后的支座彎矩為：=βM式中——梁支座截面調(diào)幅后的彎矩；

M——梁支座調(diào)幅前按彈性方法計算的彎矩；

β

——調(diào)幅系數(shù)，現(xiàn)澆框架：0.8~0.9裝配式框架：0.7~0.8。

第34頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四截面設(shè)計時，梁跨中正彎矩至少應(yīng)取按簡支梁計算的跨中彎矩之半。如為均布荷載，則

豎向荷載產(chǎn)生的梁的彎矩應(yīng)先調(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。調(diào)幅后的跨中彎矩為：MMLMRΔM第35頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四6框架梁設(shè)計框架梁承載力計算框架梁的構(gòu)造要求第36頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁承載力計算自學(xué)第37頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁的構(gòu)造要求 框架結(jié)構(gòu)的主梁截面高度hb可按（1/10～1/18）lb確定，lb為主梁計算跨度；梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的截面寬度不宜小于200mm，梁截面的高寬比不宜大于4。梁的截面高度第38頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四梁的縱向鋼筋要求沿梁全長頂面和底面應(yīng)至少各配置兩根縱向配筋，一、二級抗震設(shè)計時鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm，且分別不應(yīng)小于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4；三、四級抗震設(shè)計和非抗震設(shè)計時鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm；一、二級抗震等級的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋的直徑，對矩形截面柱，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20；對圓形截面柱，不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長的1/20?？v向受拉鋼筋的最小配筋百分率ρmin（%），非抗震設(shè)計時，不應(yīng)小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設(shè)計時，不應(yīng)小于表6.3.2-1規(guī)定的數(shù)值；第39頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁箍筋構(gòu)造規(guī)定（非抗震設(shè)計）應(yīng)沿梁全長設(shè)置箍筋；截面高度大于800mm的梁，其箍筋直徑不宜小于8mm；其余截面高度的梁不應(yīng)小于6mm。在受力鋼筋搭接長度范圍內(nèi)，箍筋直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋最大直徑的0.25倍。箍筋間距不應(yīng)大于表6.3.5的規(guī)定；在縱向受拉鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)，箍筋間距尚不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)，箍筋間距尚不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm；第40頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)梁的剪力設(shè)計值大于0.7ftbh0時，其箍筋面積配筋率應(yīng)符合下式要求：第41頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)梁中配有計算需要的縱向受壓鋼筋時，其箍筋配置尚應(yīng)符合下列要求：

1）箍筋直徑不應(yīng)小于縱向受壓鋼筋最大直徑的0.25倍；

2）箍筋應(yīng)做成封閉式；

3）箍筋間距不應(yīng)大于15d且不應(yīng)大于400mm；當(dāng)一層內(nèi)的受壓鋼筋多于5根且直徑大于18mm時，箍筋間距不應(yīng)大于10d（d為縱向受壓鋼筋的最小直徑）；

4）當(dāng)梁截面寬度大于400mm且一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于3根時，或當(dāng)梁截面寬度不大于400mm但一層內(nèi)的縱向受壓鋼筋多于4根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。第42頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁箍筋構(gòu)造規(guī)定（抗震設(shè)計）延性要求抗震設(shè)計時，計入受壓鋼筋作用的梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比值，一級不應(yīng)大于0.25，二、三級不應(yīng)大于0.35；抗震設(shè)計時，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%；框架梁沿梁全長箍筋的面積配筋率應(yīng)符合下列要求：第43頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四抗震設(shè)計時，梁端箍筋的加密區(qū)長度、箍筋最大間距和最小直徑應(yīng)符合表6.3.2-2的要求；當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時，表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm。第一個箍筋應(yīng)設(shè)置在距支座邊緣50mm處；在箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的箍筋肢距：一級不宜大于200mm和20倍箍筋直徑的較大值，二、三級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300mm；

第44頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四箍筋應(yīng)有135°彎鉤，彎鉤端頭直段長度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑和75mm的較大值；在縱向鋼筋搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距，鋼筋受拉時不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；鋼筋受壓時不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm；框架梁非加密區(qū)箍筋最大間距不宜大于加密區(qū)箍筋間距的2倍。第45頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四梁的縱向受力鋼筋要求縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率ρmin（%），非抗震設(shè)計時，不應(yīng)小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設(shè)計時，不應(yīng)小于表6.3.2-1規(guī)定的數(shù)值；抗震設(shè)計時，梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋截面面積的比值，除按計算確定外，一級不應(yīng)小于0.5，二、三級不應(yīng)小于0.3；第46頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁、柱，其受剪截面應(yīng)符合下列要求強剪弱彎第47頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四7框架柱設(shè)計第48頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架柱承載力計算自學(xué)第49頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架柱構(gòu)造要求一般要求柱截面尺寸矩形截面柱的邊長，非抗震設(shè)計時不宜小于250mm，抗震設(shè)計時不宜小于300mm；圓柱截面直徑不宜小于350mm；柱剪跨比宜大于2；柱截面高寬比不宜大于3?？蚣苤慕孛娉叽缫藵M足軸壓比要求第50頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第51頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第52頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四框架梁、柱，其受剪截面應(yīng)符合下列要求：第53頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四第54頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四柱縱向鋼筋要求抗震設(shè)計時，宜采用對稱配筋；抗震設(shè)計時，截面尺寸大于400mm的柱，其縱向鋼筋間距不宜大于200mm；非抗震設(shè)計時，柱縱向鋼筋間距不應(yīng)大于350mm；柱縱向鋼筋凈距均不應(yīng)小于50mm；全部縱向鋼筋的配筋率，非抗震設(shè)計時不宜大于5%、不應(yīng)大于6%，抗震設(shè)計時不應(yīng)大于5%；一級且剪跨比不大于2的柱，其單側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.2%；邊柱、角柱及剪力墻端柱考慮地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時，柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計算值增加25%。第55頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四柱中箍筋規(guī)定（非抗震設(shè)計）周邊箍筋應(yīng)為封閉式；箍筋間距不應(yīng)大于400mm，且不應(yīng)大于構(gòu)件截面的短邊尺寸和最小縱向受力鋼筋直徑的15倍；箍筋直徑不應(yīng)小于最大縱向鋼筋直徑的1/4，且不應(yīng)小于6mm；當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過3%時，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，箍筋間距不應(yīng)大于最小縱向鋼筋直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm；箍筋末端應(yīng)做成135°彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10倍箍筋直徑；當(dāng)柱每邊縱筋多于3根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋（可采用拉筋）；柱內(nèi)縱向鋼筋采用搭接做法時，搭接長度范圍內(nèi)箍筋直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的0.25倍；在縱向受拉鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應(yīng)大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內(nèi)的箍筋間距不應(yīng)大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應(yīng)大于200mm。當(dāng)受壓鋼筋直徑大于25mm時，尚應(yīng)在搭接接頭端面外100mm的范圍內(nèi)各設(shè)置兩道箍筋。第56頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四抗震設(shè)計延性要求軸壓比要求：為了使柱在包括地震作用等多種荷載作用下處于大偏心受壓狀態(tài)，具有較大的屈服后變形能力和耗能能力，具有較好的延性和抗震性能，規(guī)范規(guī)定了混凝土柱的軸壓比限值。對于四類場地土且高于40m的框架結(jié)構(gòu)或高于60m的其他結(jié)構(gòu)體系的混凝土房屋建筑，其軸壓比限值應(yīng)減小0.05.抗震設(shè)計時，柱箍筋加密區(qū)的范圍應(yīng)符合下列要求：

1、底層柱的上端和其他各層柱的兩端，應(yīng)取矩形截面柱之長邊尺寸（或圓形截面柱之直徑）、柱凈高之1/6和500mm三者之最大值范圍；

2、底層柱剛性地面上、下各500mm的范圍；

第57頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四3、底層柱柱根以上1/3柱凈高的范圍；

4、剪跨比不大于2的柱和因填充墻等形成的柱凈高與截面高度之比不大于4的柱全高范圍；

5、一級及二級框架角柱的全高范圍；

6、需要提高變形能力的柱的全高范圍?？拐鹪O(shè)計時，柱箍筋在規(guī)定的范圍內(nèi)應(yīng)加密，加密區(qū)的箍筋間距和直徑，應(yīng)符合下列要求：第58頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四二級框架柱箍筋直徑不小于10mm、肢距不大于200mm時，除柱根外最大間距應(yīng)允許采用150mm；三級框架柱的截面尺寸不大于400mm時，箍筋最小直徑應(yīng)允許采用6mm；四級框架柱的剪跨比不大于2或柱中全部縱向鋼筋的配筋率大于3%時，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。

剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應(yīng)大于100mm，一級時尚不應(yīng)大于6倍的縱向鋼筋直徑。箍筋應(yīng)為封閉式，其末端應(yīng)做成135°彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10倍的箍筋直徑，且不應(yīng)小于75mm；

第59頁，共69頁，2023年，2月20日，星期四箍筋加密區(qū)的箍筋肢距，一級不宜大于200mm，二、三級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300mm。每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋約束；采用拉筋組合箍時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并勾住封閉箍。柱非加密區(qū)的箍筋，其