1、高层建筑混凝土结构设计高层建筑混凝土结构设计第第5章框架结构设计章框架结构设计2柱距较大柱距较大柱距较小柱距较小5.1 5.1 框架结构布置框架结构布置 由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力，因此，在纵由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力，因此，在纵横两个方向都应按框架设计。横两个方向都应按框架设计。框架梁柱构件的轴线宜重合，如果二者有偏心，其偏心距不框架梁柱构件的轴线宜重合，如果二者有偏心，其偏心距不宜大于柱截面在该方向边长的宜大于柱截面在该方向边长的1/4，当必须大于时，可采用水平，当必须大于时，可采用水平加腋来解决，但加腋来解决，但9度区不应大于度区不应大于1/4h。3 楼盖竖向
2、荷载的传力路线与一般楼盖完全相同，即对普通现浇梁楼盖竖向荷载的传力路线与一般楼盖完全相同，即对普通现浇梁板结构来说可分为单向板或双向板，当板结构来说可分为单向板或双向板，当 时为单向板，荷载向时为单向板，荷载向短跨方向传递；当短跨方向传递；当 时为双向板，荷载向两个方向传递。时为双向板，荷载向两个方向传递。双向框架承重方案双向框架承重方案横向框架承重方案横向框架承重方案纵向框架承重方案纵向框架承重方案122l l 122l l 4 横向框架承重方案：横向框架承重方案：由于横向框架梁截面高度较大，使该方由于横向框架梁截面高度较大，使该方向的抗侧移刚度增大，有利于抵抗该方向的水平荷载，但由于梁向的
3、抗侧移刚度增大，有利于抵抗该方向的水平荷载，但由于梁高加大，使房屋的净高减小，不利于纵向管道布置。高加大，使房屋的净高减小，不利于纵向管道布置。纵向框架承重方案：纵向框架承重方案：由于横向框架梁高度减小，有利于纵向由于横向框架梁高度减小，有利于纵向管道布置，但横向框架刚度减小，对结构抗侧移不利。管道布置，但横向框架刚度减小，对结构抗侧移不利。目前，预制板用得极少，绝大多数框架结构均为目前，预制板用得极少，绝大多数框架结构均为双向框架承双向框架承重方案重方案。5.2 5.2 框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择一、框架一、框架梁截面尺寸估算梁截面尺寸估算
4、框架梁的截面尺寸应由框架梁的截面尺寸应由刚度条件刚度条件初步确定。框架结构的主梁初步确定。框架结构的主梁截面高度可按截面高度可按 确定，且截面高度不宜大于确定，且截面高度不宜大于1/41/4净净跨跨;截面宽度不宜小于截面宽度不宜小于1/41/4hb，且不宜小于，且不宜小于200mm200mm。为增加房屋的净空，有时要设计宽度较大的扁梁，这时除要为增加房屋的净空，有时要设计宽度较大的扁梁，这时除要进行承载力计算之外，尚应验算梁的挠度和裂缝是否满足要求。进行承载力计算之外，尚应验算梁的挠度和裂缝是否满足要求。bb)181101(lh 5二二、框架柱截面尺寸估算、框架柱截面尺寸估算 框架柱宜采用正方
5、形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的刚度相差不宜过多，矩形截面长短边之比不宜超过刚度相差不宜过多，矩形截面长短边之比不宜超过3 3，框架柱的，框架柱的截面边长：截面边长：20VhM矩形柱矩形柱非抗震非抗震250mm抗震抗震300mm（四级）（四级）抗震抗震 400 mm（一、二、三级）（一、二、三级）圆形直径圆形直径350mm（非抗震和四级）（非抗震和四级）450mm（一、二、三级）（一、二、三级）柱净高与截面长边之比宜大于柱净高与截面长边之比宜大于4。4H22H2H000000hhVhVVhM近似取高规要求高规要求6 在在初步设计时，柱截面
6、尺寸可按轴压比确定。初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比确定。ccNf A0.65 0.65（一级）（一级）0.75 0.75（二级）（二级）0.85 0.85（三级）（三级）1.01.0（四级或非抗震）（四级或非抗震）轴压比为轴压比为v(1.11.2)NN（一三级）（一三级）v(1.051.1)NN（四级或非抗震）（四级或非抗震）vN 框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。vN 柱支撑的楼板面积柱支撑的楼板面积楼层数楼层数（12121414）1.251.25 ccNAf7 三、混凝土强度等级三、混凝土强度等级 当按一级抗震等级设计时，混凝土强度等级不宜低于当按一级抗
7、震等级设计时，混凝土强度等级不宜低于C30C30，按二，按二四级和非抗震设计时，混凝土强度等级应四级和非抗震设计时，混凝土强度等级应C20C20。梁柱混凝土强度等级差别不宜过大。梁柱混凝土强度等级差别不宜过大。当当柱柱混凝土强度等级较高时，若混凝土强度等级较高时，若梁柱梁柱混凝土强度相同混凝土强度相同由于一由于一般框架梁不需要高强混凝土，所以导致梁造价提高；若般框架梁不需要高强混凝土，所以导致梁造价提高；若梁梁比比柱柱混凝土混凝土强度低太多强度低太多节点承载力不易满足。节点承载力不易满足。为降低梁（包括板）的造价，使梁具有足够的延性，梁混凝土强为降低梁（包括板）的造价，使梁具有足够的延性，梁混
8、凝土强度等级宜度等级宜C40C40。抗震设计时，一、二、三级框架应验算节点核心区的承载力。节抗震设计时，一、二、三级框架应验算节点核心区的承载力。节点核心区的验算可按点核心区的验算可按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010GB50010的有关规定执行。的有关规定执行。为保证框架结构的延性，柱在为保证框架结构的延性，柱在9 9度区混凝土宜度区混凝土宜C60C60；8 8度区宜度区宜C70 C70。85.3 5.3 计算单元及计算简图计算单元及计算简图一、计算单元一、计算单元 框架结构为空间结构，应取整体结构为计算单元，按空间框框架结构为空间结构，应取整体结构为计算单元，按空间框架进行
9、内力及位移的计算，但对平面布置比较规则，柱距及跨度架进行内力及位移的计算，但对平面布置比较规则，柱距及跨度相差不多的框架结构，计算中可将空间框架简化为平面框架，在相差不多的框架结构，计算中可将空间框架简化为平面框架，在各榀框架中，选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元，各榀框架中，选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元，每榀框架按其负荷面积每榀框架按其负荷面积 承担荷载。承担荷载。9（3）梁、柱的截面惯性矩：）梁、柱的截面惯性矩：柱按实际截面计算；柱按实际截面计算；梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架的翼缘，按的翼缘，
10、按T形截面计算其惯性矩。工程中为简化计算，可按下形截面计算其惯性矩。工程中为简化计算，可按下式计算梁的惯性矩：式计算梁的惯性矩：一边有楼板一边有楼板 I I=1.5I I0 0 两边有楼板两边有楼板 I I=2.0I I0 0 I I0 0为为梁矩形部分的惯性矩。梁矩形部分的惯性矩。（1）梁的坡度）梁的坡度1/8，按直，按直线梁计算线梁计算（2）当框架梁为有加腋的）当框架梁为有加腋的变截面梁时，如变截面梁时，如 ，可不考虑加腋的影响。可不考虑加腋的影响。endmid4Il二、计算简图二、计算简图10（4）轴线：）轴线：梁、柱轴线取各自的形心线；梁、柱轴线取各自的形心线；梁、板、柱均现浇时，梁截
11、面的形心线可取至板底梁、板、柱均现浇时，梁截面的形心线可取至板底 上、下层柱截面尺寸不同、形心轴不重合时，一般将顶层柱上、下层柱截面尺寸不同、形心轴不重合时，一般将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线的形心线作为整个柱子的轴线二、计算简图二、计算简图11框架结构计算简图示意框架结构计算简图示意恒荷载恒荷载竖向活荷载竖向活荷载风荷载风荷载地震作用地震作用二、计算简图二、计算简图 计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在基础顶面
12、按固结考虑。基础顶面按固结考虑。125.4 5.4 框架结构的内力及侧移计算框架结构的内力及侧移计算一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法假定：假定：1.框架在竖向荷载作用下，结点侧移忽略不计；框架在竖向荷载作用下，结点侧移忽略不计；2.本层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。本层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除由此带来的误差，除底层外，其它各层柱的线刚由此带来的误差，除底层外，其它各层柱的线刚度均乘以度均乘以 0.9，并取柱的弯矩传递系数为，并
13、取柱的弯矩传递系数为1/3。13分层后，各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。分层后，各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。最终弯矩取法为：最终弯矩取法为：框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩；框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩；框架柱的弯矩，由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。框架柱的弯矩，由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡，但误差不大。如有需要，可将最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡，但误差不大。如有需要，可将节点不平衡弯矩再分配一次。节点不平衡弯矩再分配一次。14例题一：用分层法计算下图所示框架的弯矩图，例题一：用分层法计算下
14、图所示框架的弯矩图，已知：已知：g1k1k=9.6kN/m,=9.6kN/m,g2k2k=12kN/m,=12kN/m,ic1c1=4.01=4.0110101010N N mm,mm,ic2c2=5.21=5.2110101010N N mm,mm,ib b1 1=2.6=2.610101010N N m mm,m,ib b2 2=3.26=3.2610101010N N mmmm。15分层后的开口框架：分层后的开口框架：1617ii)(lEIi ii434ii 弯矩分配法的计算步骤：弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为铰接时，采用折算线刚度当远
15、端为滑动铰支座时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结构力学教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。3、分配节点不平衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和、分配节点不平衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和M）：首先分配有）：首先分配有较大不平衡弯矩的节点（用较大不平衡弯矩的节点（用M计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线，计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线，以示暂告平衡，此弯矩不再参与
16、分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底以示暂告平衡，此弯矩不再参与分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底层柱，传递系数为层柱，传递系数为1/2，其他各层柱为，其他各层柱为1/3）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到可以忽略不计时，即可停止进行。可以忽略不计时，即可停止进行。4、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数和。和。18357.069
17、.46.26.2GH309.06.269.426.326.3HI643.06.269.469.4GD分配系数：分配系数：445.026.36.269.469.4HE59.026.369.469.4IF246.026.369.46.26.2HG41.069.426.326.3IH19弯矩分配法的计算步骤：弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结
18、构力学教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。ii)(lEIi ii434ii 20m-kN361261212M22GHl2kgm-kN04.23MIH固端弯矩：固端弯矩：m-kN361261212M22HGl2kgm-kN04.23128.41212M22HIl2kg357.069.46.26.2GH309.06.269.426.326.3HI643.06.269.469.4GD分配系数：分配系数：445.026.36.269.469.4HE59.026.369.469.4IF246.026.369.46.2
19、6.2HG41.069.426.326.3IH21-3636-23.0423.0422弯矩分配法的计算步骤：弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结构力学教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。3、分配节点不平衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和、分配节点不平
20、衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和M）：首先分配有）：首先分配有较大不平衡弯矩的节点（用较大不平衡弯矩的节点（用M计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线，计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线，以示暂告平衡，此弯矩不再参与分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底以示暂告平衡，此弯矩不再参与分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底层柱，传递系数为层柱，传递系数为1/2，其他各层柱为，其他各层柱为1/3）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到可以
21、忽略不计时，即可停止进行。可以忽略不计时，即可停止进行。4 4、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数和。和。ii)(lEIi ii434ii 23-3612.856.4336-23.0423.04-9.45-4.72-3.61-4.53-6.53-1.81-2.270.6523.15-13.591.160.330.931.340.47-0.20-0.25-0.36-24.3138.95-32.0712.2524.31-12.258.1-4.1-6.89-2.32425(单位：kN-m)265.4.2
22、框架在水平荷载作用下的内力近似计算框架在水平荷载作用下的内力近似计算反弯点法反弯点法反弯点法的基本假定：反弯点法的基本假定：1）在确定各柱剪力时，假定框架梁刚度无限大，即各杆端无转角，且同一层）在确定各柱剪力时，假定框架梁刚度无限大，即各杆端无转角，且同一层具有相同的水平位移；具有相同的水平位移；2）底层柱的反弯点在距柱底）底层柱的反弯点在距柱底2/3h处，其它各层柱的反弯点在处，其它各层柱的反弯点在1/2h处。处。F3F2F1h1h2h3bc3ii 272.柱剪力与位移的关系：柱剪力与位移的关系：柱的剪力与水平位移的关系：柱的剪力与水平位移的关系：212ciVh柱的抗侧移刚度：柱的抗侧移刚度
23、：212ciVdhV剪力，剪力，层间侧移，层间侧移，h层高，层高，ic柱的线刚度柱的线刚度283.各柱剪力值的确定：各柱剪力值的确定：假设同层各柱的剪力为假设同层各柱的剪力为V1、V2MM11Vd12iVVVFLL22VdiiVd12iFFdddd LLiidVFdl 越靠近底层，层间剪力越大越靠近底层，层间剪力越大l 柱子分配到的剪力与其抗侧刚度成正比柱子分配到的剪力与其抗侧刚度成正比293hMV上23hMV下4.计算步骤：计算步骤：1）求框架中各柱的剪力）求框架中各柱的剪力 2）求柱端弯矩，取底层柱的反弯点在距柱底）求柱端弯矩，取底层柱的反弯点在距柱底2/3h处，其它各层柱的反弯处，其它各
24、层柱的反弯点在点在1/2h处处2hMV底层柱下端底层柱下端其余各层柱上、下端其余各层柱上、下端3）求梁端弯矩）求梁端弯矩边支座处的梁端弯矩边支座处的梁端弯矩MMM下上中间支座处的梁端弯矩中间支座处的梁端弯矩iMMMii左下左上右左（）iMMMii右下右上右左（）底层柱上端底层柱上端305.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法 又称改进反弯点法。又称改进反弯点法。前提条件：梁柱线刚度比不够大，节点有转角前提条件：梁柱线刚度比不够大，节点有转角影响转角的因素：影响转角的因素：层数层数 荷载形式荷载形式 梁柱线刚度比梁柱线刚度
25、比 上、下梁的刚度比上、下梁的刚度比 上、下层层高变化上、下层层高变化bc3ii 315.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法D值法的基本假定：值法的基本假定：1）假定同层各节点的转角相同）假定同层各节点的转角相同2）假定同层各节点的侧移相同）假定同层各节点的侧移相同AB柱的相对侧移柱的相对侧移，转角，转角弦转角弦转角=/h325.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法ABBAACBDcccc4266MMMMiiiiAE3AG4BF1BH26,6,6
26、,6MiMiMiMi335.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法A0M 34cc62120iiii根据节点弯矩平衡根据节点弯矩平衡B0M 12cc62120iiii22 K1234c2iiiiKi梁柱线刚度比梁柱线刚度比cccABBA2121212122iiiMMKKVhhhhKKggccc2212122iiVKDhhKgc2KK柱侧向刚度修正系数柱侧向刚度修正系数34 节点转动影响系数节点转动影响系数352.柱的反弯点高度柱的反弯点高度hyyyyyho)(321yhyoy1y、32yy反弯点高度比；反弯点高度比；标准反
27、弯点高度比；标准反弯点高度比；考虑上、下层梁刚度不同时，对反弯点高度比的修正值；考虑上、下层梁刚度不同时，对反弯点高度比的修正值；分别为考虑上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。分别为考虑上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。yh(1-y)h框架柱的反弯点高度框架柱的反弯点高度 可由下式计算：可由下式计算：36标准反弯点高度比影响因素：标准反弯点高度比影响因素：荷载形式、总层数、所在层、梁柱线刚度比荷载形式、总层数、所在层、梁柱线刚度比37383940底层底层01y反弯点位置向转动大的方向移动！反弯点位置向转动大的方向移动！41顶层顶层02y底层底层03y上层层高大，反弯点向上移动上层层高
28、大，反弯点向上移动下层层高大，反弯点向下移动下层层高大，反弯点向下移动423.D3.D值法计算步骤值法计算步骤FDDVii2）计算反弯点高度）计算反弯点高度iDDF第第i i根柱的根柱的D D值值;第第i i根柱根柱所在楼层所有柱的所在楼层所有柱的D D值之和值之和;第第i i根柱所在楼层以上所有水平力之和。根柱所在楼层以上所有水平力之和。1 1）各柱的剪力）各柱的剪力3）计算柱端弯矩）计算柱端弯矩4）计算梁端弯矩）计算梁端弯矩43例题二：用例题二：用D D值法求图示框架内力（值法求图示框架内力（M M 图）。图）。1cbii444544.0311233.02DkNV84.21055.144.
29、067.031125.02DkNV32.41055.167.044.0311233.02DkNV84.21055.144.055.1D求柱剪力：求柱剪力：11211K2121111K11211K33.0121c5.0222c33.0121c464744.0311233.02DkNV84.21055.144.067.031125.02DkNV32.41055.167.044.0311233.02DkNV84.21055.144.0kNV22.93018.267.067.031125.02D84.0311263.02DkNV56.113018.284.067.031125.02DkNV22.930
30、18.267.055.1D18.2D求柱剪力：求柱剪力：11211K2121111K11211K33.0121c5.0222c33.0121c111K5.01215.0c2111K63.02225.0c111K5.01215.0c48求反弯点高度比求反弯点高度比y y：1K4950求反弯点高度比求反弯点高度比y y：4.00y1K111151底层底层01y5202 y顶层1333求反弯点高度比求反弯点高度比y y：4.010yK01y111153顶层顶层02y底层底层03y5402 y顶层01111111y02 y顶层013333y45.0y4.0y03y4.0y01y 底层6.0y01332
31、2y03y 底层01y 底层013322y03y 底层55.0y6.0y求反弯点高度比求反弯点高度比y y：4.010yK45.020yK6.010yK55.020yK01y111113335511.530.4-184.2）（上M13.730.45-132.4）（上M11.5上M41.330.484.2下M83.530.4532.4下M41.3下M1.1130.6-122.9）（上M6.1530.55-156.11）（上M1.11上M6.1630.622.9下M1.1930.5556.11下M6.16下M求柱端弯矩：求柱端弯矩：（弯矩单位：（弯矩单位：KNm）56（弯矩单位弯矩单位：KNm）弯
32、矩图：弯矩图：57四、框架结构水平位移计算四、框架结构水平位移计算 框架结构的水平位移是由梁柱弯曲变形框架结构的水平位移是由梁柱弯曲变形uM产生的侧移和柱轴向变形产生产生的侧移和柱轴向变形产生的侧移的侧移uN之和。之和。NMuuuuM可由可由D值法求得，即值法求得，即mjjMuu1DVujj式中式中.;值之和层所有柱的第层的楼层剪力第层的层间位移框架第DjDjVjujj58式中：式中：V V0 0框架柱底部总剪力；框架柱底部总剪力；H H 框架总高度；框架总高度；E E 边柱砼弹性模量；边柱砼弹性模量；B B 边柱轴线间距离；边柱轴线间距离；底层一侧边柱的横截面面积。底层一侧边柱的横截面面积。
33、F Fn n侧移系数。侧移系数。1AN0HuNN EA dzNHzB 30Nn21V HuFEB A 积分后得到的计算公式如下：积分后得到的计算公式如下：框架在任意水平荷载框架在任意水平荷载q（z）作用下由柱轴向变形产生的第）作用下由柱轴向变形产生的第j层处的侧移层处的侧移uNj框架柱轴向变形产生的侧移框架柱轴向变形产生的侧移HzMqz dMNB 5960式中：式中：V V0 0框架柱底部总剪力；框架柱底部总剪力；H H 框架总高度；框架总高度；E E 边柱砼弹性模量；边柱砼弹性模量；B B 边柱轴线间距离；边柱轴线间距离；底层一侧边柱的横截面面积。底层一侧边柱的横截面面积。F Fn n侧移系
34、数。侧移系数。1A柱轴向变性引起的第柱轴向变性引起的第j层的层间相对侧移为：层的层间相对侧移为：jNjNj-1Nuuu柱轴向变形引起的侧移相对较小，所以仅在柱轴向变形引起的侧移相对较小，所以仅在H50m或或H/B4的框架中考虑。的框架中考虑。30Njn21V HuFEB A 框架在任意水平荷载框架在任意水平荷载q（z）作用下由柱轴向变形产生的第）作用下由柱轴向变形产生的第j层处的侧移层处的侧移uNj框架柱轴向变形产生的侧移框架柱轴向变形产生的侧移H越大，越大，B越小，轴向变形引起的侧移越大越小，轴向变形引起的侧移越大H较大或较大或H/B较大时，需考虑轴向变形较大时，需考虑轴向变形61梁梁柱柱1
35、23上上下下5.5 5.5 框架结构的内力组合及调幅框架结构的内力组合及调幅一、控制截面及最不利内力一、控制截面及最不利内力1、3截面负弯矩及截面负弯矩及剪力大；剪力大；2截面正弯矩大。截面正弯矩大。上下两端截面上下两端截面柱弯矩大。柱弯矩大。支座处弯矩取值支座处弯矩取值1.1.控制截面控制截面62 在针对控制截面进行内力组合时，应有目的的找出在针对控制截面进行内力组合时，应有目的的找出最不利最不利内力内力，各控制截面的最不利内力如下：，各控制截面的最不利内力如下：maxmaxMV及梁跨中梁跨中maxM柱端柱端maxMNV及相应的、maxMNV及相应的、maxNMV及相应的、minNMV及相应
36、的、2.2.最不利内力最不利内力梁端梁端63二、梁端内力调幅二、梁端内力调幅调幅目的：调幅目的：支座弯矩较大，经调幅后，可使其配筋不致过多、便于施工；支座弯矩较大，经调幅后，可使其配筋不致过多、便于施工；梁端不是绝对刚性，尤其是装配整体式框架，会有相对角变。梁端不是绝对刚性，尤其是装配整体式框架，会有相对角变。调幅系数可取调幅系数可取0.80.80.90.9，装配整体式框架可取，装配整体式框架可取0.70.70.80.8。支座弯矩调幅后，跨中弯矩相应增大，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩，支座弯矩调幅后，跨中弯矩相应增大，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩，且要求跨中弯矩不小于按简支梁计算的跨中
37、弯矩的且要求跨中弯矩不小于按简支梁计算的跨中弯矩的1/21/2。应当仅对竖向荷载引起的梁端弯矩进行调幅，水平荷载引起的梁端弯矩不应应当仅对竖向荷载引起的梁端弯矩进行调幅，水平荷载引起的梁端弯矩不应进行调幅。进行调幅。另外，由于没考虑活荷不利布置，应将梁的弯矩乘以另外，由于没考虑活荷不利布置，应将梁的弯矩乘以1.11.11.31.3的放大系数。的放大系数。梁梁内力调幅及弯矩放大均应在内力组合之前进行。内力调幅及弯矩放大均应在内力组合之前进行。641.71.7（一级），（一级），1.51.5（二级），（二级），1.31.3（三级）（三级）bccMMcMbM一、框架柱截面设计要点及构造一、框架柱截面
38、设计要点及构造1.内力设计值调整（非抗震设计不需调整）内力设计值调整（非抗震设计不需调整）1)1)框架柱的弯矩设计值调整框架柱的弯矩设计值调整 抗震设计时抗震设计时,为避免框架为避免框架底层柱根部底层柱根部在地震作用下过早在地震作用下过早出现塑性铰出现塑性铰，导，导致结构倒塌，要求底层下端柱截面的弯矩设计值乘以增大系数：致结构倒塌，要求底层下端柱截面的弯矩设计值乘以增大系数：为体现为体现强柱弱梁强柱弱梁的设计概念，要求对柱端弯矩设计值进行调整。的设计概念，要求对柱端弯矩设计值进行调整。例如，对二、三级框架，要求：例如，对二、三级框架，要求：当不满足上式时，柱的弯矩设计值应按上式右端的数值，按弹
39、性分析的当不满足上式时，柱的弯矩设计值应按上式右端的数值，按弹性分析的弯矩比例进行分配。弯矩比例进行分配。5.6 5.6 截面、节点设计要点及构造要求截面、节点设计要点及构造要求柱端弯矩增大系数。对框架结构，二、三级分别取柱端弯矩增大系数。对框架结构，二、三级分别取1.5 1.5 和和1.31.3。节点左、右梁端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和；节点左、右梁端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和；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；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；c652 2）框架柱的剪力设计值调整）框架柱的剪力设计值调整 根据根据强剪弱
40、弯强剪弱弯的设计概念，要求对的设计概念，要求对抗震设计的框架柱端部截面的剪力设抗震设计的框架柱端部截面的剪力设计值计值进行调整。进行调整。例如，对二、三级例如，对二、三级框架，要求：框架，要求：bctcMM、()/tbvcccnVMMHnH式中式中 分别为柱上、下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设分别为柱上、下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯矩设计值，应符合计值，应符合第第1 1）条条“框架柱的弯矩设计值调整框架柱的弯矩设计值调整”的规定；的规定；柱的净高；柱的净高；柱端剪力增大系数，对框架结构二、三级分别取柱端剪力增大系数，对框架结构二、三级分别取1 13 3、1 12 2。vc3 3）框
41、架角柱的内力设计值调整）框架角柱的内力设计值调整 抗震设计时，一、二、三级框架角柱经上述方法调整后的弯矩、剪力抗震设计时，一、二、三级框架角柱经上述方法调整后的弯矩、剪力设计值应乘以不小于设计值应乘以不小于1.11.1的增大系数（注：框架角柱应按双向偏心受力构件的增大系数（注：框架角柱应按双向偏心受力构件进行正截面承载力设计）。进行正截面承载力设计）。6600.25ccVf bh2.2.截面尺寸校核截面尺寸校核1)1)柱轴压比校核：根据柱的轴力设计值，重新验算轴压比。柱轴压比校核：根据柱的轴力设计值，重新验算轴压比。2)2)柱截面尺寸限制条件：柱截面尺寸限制条件：0RE210.20ccVf b
42、h剪跨比大于 的柱0RE210.15ccVf bh剪跨比不大于 的柱持久设计状况、短暂设计状况持久设计状况、短暂设计状况地震设计状况地震设计状况67式中式中 框架柱的剪跨比。当框架柱的剪跨比。当3时，取时，取=3；N考虑风荷载或地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当考虑风荷载或地震作用组合的框架柱轴向压力设计值，当N大于大于 时，取时，取N等于等于 。1 1）柱的配筋计算）柱的配筋计算 柱的配筋计算包括偏压（拉）构件的正截面及斜截面计算。柱的配筋计算包括偏压（拉）构件的正截面及斜截面计算。无地震作用配筋计算方法与钢筋混凝土结构基本构件中的计算方法相同；无地震作用配筋计算方法与钢筋混凝土结构基本
43、构件中的计算方法相同；若有地震作用，则偏压柱斜截面承载力计算公式为若有地震作用，则偏压柱斜截面承载力计算公式为3 3柱的配筋计算与构造柱的配筋计算与构造NhsAfbhfVsvyvt07.0175.100svt0yv0RE11.050.0561AVf bhfhNscc0.3f Acc0.3f A 偏压构件偏压构件正截面承载力基本公式无变化，仅在有地震作用组合时需考正截面承载力基本公式无变化，仅在有地震作用组合时需考虑虑RERE进行调整。进行调整。对比无地震作用，即持久、短暂设计状况对比无地震作用，即持久、短暂设计状况68 2 2）柱的纵向钢筋构造要求）柱的纵向钢筋构造要求 框架柱框架柱抗震设计时
44、，抗震设计时，宜采用对称配筋。宜采用对称配筋。非抗震设计时：全部纵向钢筋的配筋率，不应大于非抗震设计时：全部纵向钢筋的配筋率，不应大于6 6（注：不宜大于（注：不宜大于5 5）、不应小于）、不应小于0.50.5。抗震设计时：全部纵向钢筋的配筋率不应大于抗震设计时：全部纵向钢筋的配筋率不应大于5 5、不应小于下表所列、不应小于下表所列的最小配筋百分率。的最小配筋百分率。柱类型柱类型抗抗 震震 等等 级级非抗震非抗震一级一级二级二级三级三级四级四级中柱、边柱中柱、边柱1.00807060.5角柱角柱1.10.908070.5柱纵向受力钢筋最小配筋百分率（柱纵向受力钢筋最小配筋百分率（%）注：注：1
45、 1 当混凝土强度等级大于当混凝土强度等级大于C60C60时，表中的数值应增加时，表中的数值应增加0.10.1；2 2 采用采用335MPa 335MPa 级、级、400MPa 400MPa 级纵向受力钢筋时，应分别按表中数值增加级纵向受力钢筋时，应分别按表中数值增加0.10.1和和 0.05 0.05 采用。采用。抗震设计及非抗震设计，都要求柱截面每一侧纵向钢筋配筋率不应小于抗震设计及非抗震设计，都要求柱截面每一侧纵向钢筋配筋率不应小于0.20.2；69 3 3）柱端箍筋加密的要求）柱端箍筋加密的要求 柱端箍筋加密的目的柱端箍筋加密的目的是从构造上提高是从构造上提高框架柱塑性铰区的延性、对混
46、凝土提供框架柱塑性铰区的延性、对混凝土提供约束，防止纵向钢筋压屈和保证受剪承约束，防止纵向钢筋压屈和保证受剪承载力。载力。对于抗震等级为一级且剪跨比对于抗震等级为一级且剪跨比2的柱，其单侧纵向受拉钢筋的配筋率的柱，其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于不宜大于1.2。边柱、角柱考虑地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面边柱、角柱考虑地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加积应比计算值增加25。非抗震设计时，柱纵向钢筋间距不宜大于非抗震设计时，柱纵向钢筋间距不宜大于300mm300mm；抗震设计时，截面尺；抗震设计时，截面尺寸大于寸大于400mm400mm的柱，其纵向钢
47、筋间距不宜大于的柱，其纵向钢筋间距不宜大于200mm200mm。柱纵向钢筋净距均不。柱纵向钢筋净距均不应小于应小于50mm50mm。70柱端箍筋加密区范围：柱端箍筋加密区范围：0VMh柱长边尺寸柱长边尺寸柱净高柱净高1/61/6500mm500mm取较大值；取较大值；2)2)底层柱根以上底层柱根以上1/31/3柱净高的范围；柱净高的范围；3)3)剪跨比剪跨比 不大于不大于2 2的全高范围。的全高范围。4)4)一、二级框架角柱的全高范围；一、二级框架角柱的全高范围；5)5)需要提高变形能力的柱的全高范围；需要提高变形能力的柱的全高范围；6 6）底层柱刚性地面上、下各）底层柱刚性地面上、下各500
48、mm 500mm 的范围的范围。1)1)一般部位为一般部位为 抗震等级抗震等级 箍筋最大间距箍筋最大间距(mm)箍筋最小直径箍筋最小直径(mm)一级一级6d和和100的较小值的较小值10二级二级 8d和和100的较小值的较小值 8三级三级8d和和150(柱根柱根100)的较小值的较小值 8四级四级8d和和150(柱根柱根100)的较小值的较小值 6(柱根柱根8)柱端箍筋加密区的构造要求柱端箍筋加密区的构造要求 柱加密区范围内箍筋除应满足上述要求外，尚应满足体积配箍率的要求，柱加密区范围内箍筋除应满足上述要求外，尚应满足体积配箍率的要求，具体规定详见具体规定详见高规高规。注：注：d d为柱纵向钢
49、筋直径（为柱纵向钢筋直径（mmmm）。）。71抗震设计时，加密区的箍筋肢距：抗震设计时，加密区的箍筋肢距：一级不宜大于一级不宜大于200mm200mm，二、三级不宜大于二、三级不宜大于250mm250mm和和2020倍箍筋直径的较大值，倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于四级不宜大于300mm300mm。每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束。当采用拉筋组合箍时，拉筋每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束。当采用拉筋组合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍筋。宜紧靠纵向钢筋并勾住封闭箍筋。72柱箍筋形式示例柱箍筋形式示例 73二、框架梁截面设计要点及构造二、框架梁截面设计要点及构造1.1.内力设计
50、值调整内力设计值调整 根据根据强剪弱弯强剪弱弯的设计概念，要求对抗震设计的框架梁端截面的剪力设计的设计概念，要求对抗震设计的框架梁端截面的剪力设计值进行调整。值进行调整。例如，例如，抗震设计时，框架梁端部截面组合的剪力设计值，对二、三级应抗震设计时，框架梁端部截面组合的剪力设计值，对二、三级应按下式计算：按下式计算：vbbbnGb/lrVMMlVbblrMM、式中式中 分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩分别为梁左、右端逆时针或顺时针方向截面组合的弯矩 设计值；设计值；梁剪力增大系数，二、三级分别取梁剪力增大系数，二、三级分别取1.21.2和和1.11.1；vb梁的净跨；梁的净跨；
