1、高层框架部分形状规则形状规则：平、立面布置宜简单、规则，各部分刚度均匀、对称。控制高宽比控制高宽比：高宽比不宜大于5，以减少水平侧移。统一柱网、层高统一柱网、层高：有利于结构受力及减少构件种类规格。控制结构总长度控制结构总长度：房屋总长度宜控制在最大伸缩缝间距内。柱网布置柱网布置：应满足生产工艺要求、建筑平面布置要求；使 结构受力合理，传力明确；各构件材料强度均能充分利用；便于施工。3.4.1 3.4.1 结构的布置与计算简图的确定结构的布置与计算简图的确定1.1.结构的布置结构的布置 矩形平面中平行于短边方向的框架承受楼板荷载称为横向承重框架横向承重框架；平行于长边方向的承受楼板荷载称为纵向
2、承重框架纵向承重框架。如楼板为双向板，则两个方向的框架均为承重框架。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章 房屋横向刚度大，侧房屋横向刚度大，侧移小；移小；横梁高度大，室内有横梁高度大，室内有效净空小。效净空小。非抗震时使用非抗震时使用横向布置横向布置 横向承重横向承重混凝土结构设计混凝土结构设计第3章 连系梁截面较小，框连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室架梁截面尺寸大，室内有效净空高；内有效净空高；对纵向地基不均匀沉对纵向地基不均匀沉降较有利；降较有利；房屋横向刚度小，侧房屋横向刚度小，侧移大。移大。纵向布置纵向布置 纵向承重纵向承重混凝土结构设计混凝土结构设计第3章 整体性好，受力好；整体性
3、好，受力好；适用于整体性要求适用于整体性要求 较高和楼面荷载较较高和楼面荷载较 大的情况。大的情况。双向布置双向布置 双向承重双向承重通常承重框架沿房屋的横向布置，以提高结构提高结构的横向抗侧刚度的横向抗侧刚度。矩形平面的纵向受风面积小，且柱子根数多，故纵向框架的抗侧力要求较低，沿纵向可设置连系梁。当房屋采用大柱网或楼面荷载较大，或有抗震设防要求时，主要承重框架应沿房屋横向布置。主要承重框架沿房屋纵向布置，开间布置灵活开间布置灵活，适用于层数不多，荷载要求不高的工业厂房。当建筑使用有特殊要求时，承重框架也可沿房屋纵向布置。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章好好差差平面布置平面布置混凝土结构设计
4、混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助好好差差竖向布置竖向布置主梁：hb=(1/81/14)lb(主梁计算跨度)且1/4ln(净跨)不宜小于200mm；bb=(1/21/3)hb 且200mm 且 1/4hb 柱：由楼板单位面积上的荷载(包括恒载及全部活载)及填充墙材料重量计算出它的最大竖向荷载设计值NV。考虑到在水平荷载作用下由于弯矩的影响，可按下式估算柱的截面Ac Ac(1.051.10)NV/（fc n）2.2.构件尺寸的确定构件尺寸的确定 式中：fc为混凝土的轴心抗压强度设计值。柱截面长边hc一般不宜小于400mm，短边bc不宜小于350mm，且柱净高与hc之比
5、不应小于4。梁截面抗弯刚度：I=a I0 边框架梁 中框架梁 现浇结构 a=1.5 a=2.0 装配整体结构 a=1.2 a=1.5 I0 按矩形截面计算的惯性矩 杆件轴线：取柱截面形心线。层高：取各层梁顶面间距，首层取基础顶面至二层梁顶面间距；坡度小于1/8的楼层面板视为水平直杆。梁跨度：取柱轴线间距，各跨度相差不大于10%时，简化为等跨框架，跨度取原框架各跨度均值。3.3.计算简图的确定计算简图的确定 节点简化：现浇砼，梁柱节点视为刚接；装配常视为铰接；装配整体式为刚接；现浇基础、柱视为固定支座；预制杯形基础与柱间填细石砼视为固定支座，填沥青麻丝视为铰支座。在水平荷载作用方向，框架在其自身
6、竖向平面内具有一定的刚度，与水平荷载作用方向垂直的平面外刚度可以忽略。简化计算假定简化计算假定楼板在其自身平面内的刚度很大，可视为无穷大。水平荷载作用下的近似计算（2）在弯剪压力作用下，易产生剪切破坏，较少发生受弯破坏。确定结构体系与结构布置Mc节点上、下柱端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和。为保证作为第二道抗震防线的框架具有一定抗侧力能力，每层框架总剪力应满足下式：统一柱网、层高：有利于结构受力及减少构件种类规格。柱：由于框架柱的弯矩在柱两端最大，剪力、轴力在同一层内变化不大，因此取各层柱的上下端截面作为截面承载力控制截面。对于一、二、三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值，应分别采
7、用考虑地震作用组合的弯矩值与增大系数1.远端弯矩与近端弯矩的比值称为传递系数当可变荷载效应起控制作用时分别取1.用弯矩分配法计算各杆端的弯矩，其计算过程见图3.MHK=40.当柱高小于4倍柱截面高度（H/h4)时形成短柱。大的情况。c柱端剪力增大系数，一、二、三级分别取1.柱上端弯矩 M上=V（h-y)图中括号内数字为各杆的相对线刚度。fc混凝土轴心抗压强度设计值；式中：Vfi 每层框架总剪力；Mtcua、Mbcua分别为柱上下端逆时针或顺时针 方向实配的正截面受弯承载力所对应的弯矩值；5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.当房屋层数较多时，可近似地看做柱轴力是连续变化，由结力知识得到顶点位移
8、：各榀平面框架之间通过楼板相互联系，楼板在其自身平面内的刚度很大，可视为无限刚性，因此框架结构的侧移在楼板平面内为线性分布。楼板无限刚性假定的图示 返回力矩分配法的概念力矩分配法的概念(1)劲度系数劲度系数:杆件杆件AB在在A端转动单位角时端转动单位角时,转动端的转动端的弯矩称为该杆端的劲度系数弯矩称为该杆端的劲度系数.(2)传递系数传递系数:杆件杆件AB在在A端转动单位角时端转动单位角时,也使也使B端产生一定的弯矩端产生一定的弯矩,好象由近端把一定的弯矩好象由近端把一定的弯矩传递给远端一样传递给远端一样.远端弯矩与近端弯矩的比值称远端弯矩与近端弯矩的比值称为传递系数为传递系数表表 等截面杆的
9、劲度系数和传递系数等截面杆的劲度系数和传递系数远端情况劲度系数劲度系数传递系数传递系数固定4i1/2铰支3i0滑动i-1i为杆件的线刚度（4）全长加密：一、二级框架角柱；8 M图（单位：kNm)jb节点剪力增大系数，一、二级分别取1.延性比小的结构结构延性较差，在地震作用下容易发生脆性破坏，甚至倒塌。房屋横向刚度大，侧移小；四级柱以及一、二、三级的非加密区vb=1.节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。楼板无限刚性假定的图示y1上、下梁相对线刚度比修正值，对于底层不考虑。y 结构屈服时的顶点位移。设防烈度9的结构及以及一级抗震等级的框架结构已知：某框架结构抗震等级为二级，由内力计算和组合得知梁
10、两端弯矩值，简图如下，按强剪弱弯的原则设计。节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。（2）底层柱刚性地面上下各500mm的范围；d是表示柱上下端产生相对单位侧移时，柱中产生剪力。已知：某框架结构抗震等级为二级，由内力计算和组合得知梁两端弯矩值，简图如下，按强剪弱弯的原则设计。对于框架结构，在水平荷载作用下产生的总侧移是由梁、柱弯曲变形和柱的轴向变形引起侧移的总和m+n=。2 kN （D）373.V0 结构基底总剪力；1、柱截面尺寸宜符合：（1）矩形边长不宜小于300mm,圆柱截面截面直径不宜小于350mm。初步设计时我们需要估算顶点位移，采用近似公式法，它的思路是将所有柱看成一根柱D，n
11、=V/D。竖向荷载作用下忽略框架侧移。忽略本层上的荷载对其它层梁内力的影响。3.4.2 3.4.2 结构的在荷载作用下的内力计算结构的在荷载作用下的内力计算1.1.竖向荷载作用下的近似计算竖向荷载作用下的近似计算分层法分层法 基本假定基本假定 多层框架在竖向荷载下的分层计算简图多层框架在竖向荷载下的分层计算简图 返回1、将框架分解为n个开口框架。即每层梁与上下柱组成单层框架作为计算单元，柱远端假定为固端。计算方法计算方法3、除底层柱线刚度不变，传递系数为1/2；其它层柱线刚度均乘以折减系数0.9，传递系数改为1/3。4、分层计算所得梁端弯矩为最后弯距，每根柱为上下两层计算弯矩的叠加。5、将节点
12、不平衡弯矩在节点进行一次分配但不传递。2、力矩分配与传递。用力矩分配法计算各计算单元梁柱节点处杆端内力，并传递至远端。梁柱线刚度比不小于梁柱线刚度比不小于3 3；侧移不大的、较规则框架侧移不大的、较规则框架 适用条件适用条件【例1】图3.1所示一个两层两跨框架，用分层法作框架的弯矩图，括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。【解】将第二层各柱线刚度遍乘0.9，分为两层计算，各层计算单元如图3.2和图3.3所示。用弯矩分配法计算各杆端的弯矩，其计算过程见图3.4、3.5。最后将图3.4、3.5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.6所示。图3.1例1计算简图 图3.2例1二层计算单元 图3.3例1底层
13、计算单元 图3.4例1二层计算计算过程 图3.5例1底层计算结果 柱端截面组合剪力设计值（一、二、三级）调整如下，用此值进行柱端箍筋加密区的箍筋设计。（2）底层柱刚性地面上下各500mm的范围；用力矩分配法计算各计算单元梁柱节点处杆端内力，并传递至远端。框架顶点总位移是各层相对侧移的代数和，各层间侧移用值法计算。统一柱网、层高：有利于结构受力及减少构件种类规格。Vfmax 各层框架总剪力中的最大值。5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.对于9度和一级框架结构尚应符合：三级框架柱截面不大于400mm时箍筋最小直径允许采用6mm。4 框架截面的设计内力26ft/fyv（一、二、三四级）；（3）核心
14、区截面抗剪承载力验算且1/4ln(净跨)不宜小于200mm；现浇基础、柱视为固定支座；跨中截面作为承载力控制截面。由框架柱轴向变形引起的侧移n5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.MBE=MEB=8.梁：对于框架梁，在水平、竖向荷载作用下，图3.6 M图（单位：kNm)2.2.水平荷载作用下的近似计算（水平荷载作用下的近似计算（1 1）反弯点法反弯点法 基本假定基本假定 确定柱的侧移刚度时，认为梁刚度无限大，上下柱端只有水平侧移，且同一层柱中各端的侧移相等。确定反弯点时，认为除底层，其他各层柱在水平力作用下，上下两端将产生相同转角。反弯点法示意图反弯点法示意图 计算方法计算方法y0是反弯点至柱
15、下端的距离。上部各层 y0=h/2 底层取 y0=2h/31.确定反弯点高度 y0 2.计算侧移刚度系数 d d是表示柱上下端产生相对单位侧移时，柱中产生剪力。2chi 12d 设框架结构共有n层，每层有j个柱子,将框架沿第m层个柱的反弯点处切开代以剪力和轴力，由水平力平衡条件得：3.计算各层柱的剪力将代入得由假定1和d的定义得到每个柱内剪力为：j1inmkkj21iPdddVjj2211d.VdVdVj1inmkkiPV则层间侧移为：dP即层间剪力按柱的抗侧刚度分配给每根柱。4.计算柱端弯矩及梁端弯矩 底层柱 上端 M=Vh/3 下端 M=2Vh/3 其它层柱 上端 M=Vh/2 下端 M=
16、Vh/2 将代入得：i 剪力分配系数。PddPViii梁柱线刚度比大于梁柱线刚度比大于3 3的框架的框架由梁柱节点平衡条件求得 brblblcbcubliii)MM(Mbrblbrcbcubriii)MM(MM b lM c uM c bM b rM c bM c uM b r 根据梁左右两端弯矩之和除以梁的跨度可求得梁的剪力Vb，再由梁端剪力计算柱的轴力Nc。返回 适用条件适用条件【例2】用反弯点法求图3.7所示框架的弯矩图。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】（1）计算柱的剪力 当同层各柱h相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。第3层：F=10kN VAD=3.33kN VBE=4.4
17、5kN VCF=2.22kN两端截面往往是最大负弯矩及最大剪力作用处，Mc节点上、下柱端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和。忽略本层上的荷载对其它层梁内力的影响。延性比是结构抗震性能的重要指标。VGJ=17kN（2）Nmin及相应的M、V可根据实配钢筋面积（计入受压钢筋）和材料强度标准值并考虑承载力抗震调整系数计算；W风荷载分项系数应取1.式中：N单位水平力作用于框架顶点时外柱轴力计算侧移刚度系数 d由于设防烈度不同、结构类型、房屋高度不同，结构的地震反应有很大差别，因此抗震要求不同。震害多发生于梁端。现浇基础、柱视为固定支座；V0 结构基底总剪力；层高：取各层梁顶面间距，首层取基础顶面
18、至二层梁顶面间距；由框架柱轴向变形引起的侧移n（3）以及且剪跨比不大于2的柱其单侧纵筋受拉钢筋的配筋率不宜大于1.用常遇烈度地震作用下的内力和其它荷载组合进行截面极限状态设计，这样做到小震结构处于弹性状态（小震不坏）。通常承重框架沿房屋的横向布置，以提高结构的横向抗侧刚度。4、抗震设计时，（1）柱端箍筋加密区箍筋最大间距和最小直径符合高规表6.设框架结构共有n层，每层有j个柱子,将框架沿第m层个柱的反弯点处切开代以剪力和轴力，由水平力平衡条件得：2 上下层横梁线刚度比对y0的修正值y1图3.7 第2层：F=10+19=29kN VDG=9.67kN VEH=12.89kN VFI=6.44kN
19、 第1层：F=10+19+22=51kN VGJ=17kN VHK=20.4kN VIL=13.6kN(2)计算柱端弯矩 第3层 MAD=MDA=6.66kNm MBE=MEB=8.9kNm MCF=MFC=4.44kNm 第2层 MDG=MGD=24.18kNm MEH=MHE=32.23kNm MFI=MIF=16.1kNm 第1层 MGJ=34kNm MJG=68kNm MHK=40.8kNm MKH=81.6kNm MIL=27.2kNm MLI=54.4kNm(3)根据节点平衡条件算出梁端弯矩 第3层 MAB=MAD=6.66kNm MBA=3.42kNm MBC=5.48kNm M
20、CB=MCF=4.44kNm 第2层 MDE=30.84kNm MED=15.82kNm MEF=25.31kNm MFE=20.54kNm 第1层 MGH=58.18kNm不同抗震等级的结构，其抗震设计和抗震构造措施是不同的。根据以上结果，画出M图如图4.MKH=81.楼板在其自身平面内的刚度很大，可视为无穷大。三级框架柱截面不大于400mm时箍筋最小直径允许采用6mm。在竖向、地震作用下，节点区受力复杂，承受梁、柱传来的内力，在轴力、剪力共同作用下，由于剪切和主拉应力造成脆性破坏。楼板无限刚性假定的图示由框架柱轴向变形引起的侧移n尤其是在抗震结构设计中为了使梁端出现塑性铰以形成延性框架。M
21、DG=MGD=24.当永久荷载效应起控制作用时分别取0.2、抗震设计时，柱全部纵向钢筋的配筋率不应小于高规表6.柱：由楼板单位面积上的荷载(包括恒载及全部活载)及填充墙材料重量计算出它的最大竖向荷载设计值NV。52kN/m2，相对较小。9，传递系数改为1/3。初步设计时我们需要估算顶点位移，采用近似公式法，它的思路是将所有柱看成一根柱D，n=V/D。三级框架柱截面不大于400mm时箍筋最小直径允许采用6mm。根据以上结果，画出M图如图4.确定反弯点高度 y0对于一、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.SGK重力荷载代表值的效应；MHG=2
22、8.09kNm MHI=44.94kNm MIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm 根据以上结果，画出M图如图4.8所示。图3.8 M图（单位：kNm)3.3.水平荷载作用下的近似计算（水平荷载作用下的近似计算（2 2）D D值法、修正的反弯点法值法、修正的反弯点法 反弯点法只适用于梁柱线刚度比大于3的情况。当柱截面尺寸较大时，梁柱的线刚度比往往小于3，节点转角对内力的影响已不容忽视。D D值法近似地值法近似地考虑了框架节点转动对柱的抗侧移刚度和反弯点考虑了框架节点转动对柱的抗侧移刚度和反弯点高度的影响高度的影响。两种方法的区别仅在于柱抗侧刚度两种方法的区别仅在于柱抗侧刚度D
23、 D与反弯点高度与反弯点高度yh计算方法的不同计算方法的不同。求得柱抗侧刚度D值及反弯点高度yh后，其他计算步骤均同反弯点法。ACBD 基本假定基本假定1、柱AB及其上下相邻柱线刚度均为ic；2、各相交梁线刚度分别为i1、i2、i3、i4；3、AB柱及其上下左右相邻各杆件两端的杆端转角为；4、AB与BD、AC的弦转角都为。修正后的柱侧移刚度修正后的柱侧移刚度D值值 根据假定，由结构力学知识得A、B点力矩平衡条件：B B节点节点：0)ii(6)2iii(2)2iii(4ccc21c21A A节点节点：0)ii(6)2iii(2)2iii(4ccc43c43两式相加得到：c4321c2iiiiiK
24、K22ii22则柱AB的剪力为：yAByABABABu12uK2K1212)(Vhihihiccc根据假定同层柱侧移相等，可得柱的剪力：根据柱的位置及支撑情况，下表给出常用情况值。即层间剪力按柱的抗侧刚度D分配式中：V层总剪力；Vi该层第i根柱剪力。2jAB12uVcchiDVDDVii 各层柱反弯点位置与该柱上下两端转角大小有关，当转角不等时，反弯点向转角较大的一端靠近。影响转角的因素：hyyyyyhn)(321 修正后的柱反弯点高度修正后的柱反弯点高度（1 1）侧向外载形式）侧向外载形式 ；（；（2 2）梁柱线刚度比；）梁柱线刚度比；（3 3）结构总层数及计算层所在位置；）结构总层数及计算
25、层所在位置；（4 4）上下层梁线刚度比；（）上下层梁线刚度比；（5 5）上下层柱高度比。）上下层柱高度比。于是，各层柱经过修正后的反弯点高度为：式中：yn标准反弯点高度比。y1上、下梁相对线刚度比修正值，对于底层不考虑。1为上部梁线刚度和与下部梁线刚度和之比，当上部梁线刚度大于与下部梁线刚度和，y1取正值，否则y1取负值。y2上层层高变化修正值，顶层不考虑。2为上部层高和与本层层高之比。y3下层层高变化修正值，底层不考虑。3为上部层高和与本层层高之比。计算柱、梁端弯矩等内力方法同反弯点法。返回【例3】用D值法求图3.9所示框架的弯矩图，图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】（1）求各柱所分配
26、的剪力值V(kN)。计算过程及结果如表4.4所示。(2)求各柱反弯点高度(m)。计算过程及结果如表4.5所示。(3)根据剪力和反弯点高度求柱端弯矩 柱上端弯矩 M上=V（h-y)柱下端弯矩 M下=Vy(4)根据节点平衡条件求梁端弯矩(5)绘弯矩图如图4.10所示。图3.9 例3 表表3.1 规则框架承受均布水平荷载作用规则框架承受均布水平荷载作用时标准反弯点高度比时标准反弯点高度比y0 续表续表3.1续表续表3.1Mc、Vc柱端截面未调整的组合弯矩计算值，取上下端的较大值；G重力荷载分项系数，取1.框架顶点总位移是各层相对侧移的代数和，各层间侧移用值法计算。当柱高小于4倍柱截面高度（H/h4)
27、时形成短柱。延性框架的设计原则两端截面往往是最大负弯矩及最大剪力作用处，（2）底层柱刚性地面上下各500mm的范围；由假定1和d的定义得到每个柱内剪力为：【例3】用D值法求图3.y2上层层高变化修正值，顶层不考虑。i 受拉钢筋锚固长度一、二级laE=1.9度抗震设计的结构和一级框架结构尚应符合：5、框架梁的箍筋尚应符合：沿梁全长箍筋的面积配筋率应不小于0.式中：fc为混凝土的轴心抗压强度设计值。根据梁左右两端弯矩之和除以梁的跨度可求得梁的剪力Vb，再由梁端剪力计算柱的轴力Nc。框架柱的构造修正后的柱侧移刚度D值Mc节点上、下柱端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和。（2）Nmin及相应的M
28、、V为保证作为第二道抗震防线的框架具有一定抗侧力能力，每层框架总剪力应满足下式：较合理的框架破坏机制，应该是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层柱柱根的塑性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层，这种破坏机制的框架，才能使整个框架较充分发挥抗震作用，并具有良好的变形能力。房屋横向刚度大，侧移小；表表3.2 上下层横梁线刚度比对上下层横梁线刚度比对y0的修正值的修正值y1 表表3.3 上下层高变化对上下层高变化对y0的修正值的修正值y2和和y3 表表3.4 表表3.5 图4.10 M图（单位：kNm)如图一悬臂柱在均布水平载作用下的变形。截面产生弯矩，剪力。由剪力作用产生的
29、变形曲线向右凸，称为剪切型剪切型，这种变形是底部层间相对侧移大，而上部逐渐减小。剪 切型z3.4.3 3.4.3 水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算 对于框架结构，在水平荷载作用下产生的总侧移是由梁、柱弯曲变形和柱的轴向变形引起侧移的总和m+n=。z弯 曲型 由弯矩产生的变形曲线向左凸称为弯曲型弯曲型，变形特点与剪切型相反，底部层间相对侧移小，而上部逐渐增大。1.1.由框架梁柱弯曲变形引起的侧移由框架梁柱弯曲变形引起的侧移m D值法值法 框架顶点总位移是各层相对侧移的代数和，各层间侧移用值法计算。即：式中：n总层数；m同层柱的总数 i第i层层间侧移；Vi第i层层间剪力；D
30、ij第j层所有柱的D值之和。nimjijimDV11n1ii 对上式分析得到，由于底层剪力最大，随高度变化剪力逐渐减小，而各层刚度是相对变化不大，因此底部层间位移大，向上逐渐减小，因而由于框架梁柱的弯曲变形引起的侧移是剪切型。这种由梁柱的弯曲变形引起的框架变形称为总体剪切变形，其侧移曲线与竖向悬臂构件的剪切变形曲线相似，故称为剪切型侧移曲线。讨论分析：讨论分析：初步设计时我们需要估算顶点位移，采用近似公式法，它的思路是将所有柱看成一根柱D，n=V/D。设计时查阅设计手册。公式法公式法 当房屋层数较多时，可近似地看做柱轴力是连续变化，由结力知识得到顶点位移：)()(N2130nFBEAHFdxE
31、ANHN式中：N单位水平力作用于框架顶点时外柱轴力 N外荷载作用下外柱轴力2.2.由框架柱轴向变形引起的侧移由框架柱轴向变形引起的侧移n 当H50m或H/B4时，由于轴向力引起顶点位移占总侧移的比例较小，可忽略n，即框架弯曲型变形较小。因此，框架结构总体变形为剪切变形。层间侧移：砖砌体填充墙uej/h1/500；轻质隔墙 uej/h1/450。有无有无式中：h、H分别为框架结构的层高和总高；uej/h 也称为层间侧移角。3.3.框架结构的变形特点框架结构的变形特点 4.4.框架结构的侧移限值框架结构的侧移限值 1.1.控制截面控制截面 3.4.4 3.4.4 框架截面的设计内力框架截面的设计内
32、力 柱：由于框架柱的弯矩在柱两端最大，剪力、轴力在同一层内变化不大，因此取各层柱的上下端截面作为截面承载力控制截面。梁：对于框架梁，在水平、竖向荷载作用下，两端截面往往是最大负弯矩及最大剪力作用处，跨中常是最大正弯矩作用处，因此取梁的两端及跨中截面作为承载力控制截面。5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.为保证作为第二道抗震防线的框架具有一定抗侧力能力，每层框架总剪力应满足下式：（2）截面高宽比不宜大于3，剪跨比宜大于2，抗震设计时轴压比不宜超过高规表6.hb梁的截面高度，节点两侧梁截面高度不等时可采用平均值；应使构件弯曲破坏先于剪切破坏抗震设计时，箍筋配置应符合柱的构造要求，且一、二、三级节
33、点核心区配箍特征值分别不宜小于0.V0 结构基底总剪力；当N为轴向压力时，不应大于柱的截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的50%；主要原因：柱顶处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。(4)根据节点平衡条件求梁端弯矩按钢筋混凝土基本构件进行计算；1、梁端截面：+Mmax、-Mmax 、Vmax（1）跨中最大弯矩不是在构件的中点，但离跨中截面不远，因此直接以梁跨中截面作为控制截面。2、抗震设计时，柱全部纵向钢筋的配筋率不应小于高规表6.根据假定，由结构力学知识得A、B点力矩平衡条件：Mc节点上、下柱端截面逆时针或顺时针方向组合弯矩设计值之和。竖向荷载作用下框架的内力计算考虑
34、地震作用组合时的重力荷载代表值产生的剪力设计值(9时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值)，可按简支梁计算确定。【例2】用反弯点法求图3.节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。注意：（1）跨中最大弯矩不是在构件的中点，但离跨中截面不远，因此直接以梁跨中截面作为控制截面直接以梁跨中截面作为控制截面。（2）柱端、梁端弯距和剪力应取构件端部截面内力，而不是内力计算时的轴线处的内力不是内力计算时的轴线处的内力。式中：Q、w组合系数。当永久荷载效应起控制作用时分别取0.7和0.0；当可变荷载效应起控制作用时分别取1.0和0.6或0.7和1.0。KKS
35、SSWWWQQQKGGS3.4.5 3.4.5 荷载效应组合荷载效应组合无地震作用时的荷载效应组合无地震作用时的荷载效应组合 G永久荷载分项系数，当其作用效应对结构不利时，对由可变荷载控制的组合应取1.2，对由永久荷载控制的组合应取1.35；当其作用效应对结构有利时取1.0；Q楼面活荷载分项系数，一般取1.4；W风荷载分项系数应取1.4；SGK、SQK、SWK 分别为恒载、活载及风载产生的 内力标准值。KWWWEvEvEhEhEGGSSSSSKK 有地震作用时的荷载效应组合有地震作用时的荷载效应组合 式中：w风荷载组合系数。取0.2；G重力荷载分项系数，取1.2；Eh、Ev水平、竖向地震作用分
36、项系数，只考虑一种时取1.3；当考虑两种时，Eh取1.3，Ev取0.5；W风荷载分项系数，取1.4；SGK重力荷载代表值的效应；SEhK、SEvK 分别为水平、竖向地震作用标准值得效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数。在进行位移计算时，各分项系数均取1.0。1、梁端截面：+Mmax、-Mmax 、Vmax 2、梁跨中截面：+Mmax -Mmax 3、框架柱端面（1）|Mmax|及相应的V、N（2）Nmin及相应的M、V（3）Nmax及相应的M、V (4)|V|max与相应的N。最不利内力组合最不利内力组合1 1、分跨计算组合法。、分跨计算组合法。活载逐层逐跨布置，分别计算整个结构的内力，对某
37、一控制截面计算最不利内力时，将使得该截面内力同号叠加，绝对值最大的组合内力即是。竖向可变荷载最不利布置竖向可变荷载最不利布置2 2、最不利荷载布置法。、最不利荷载布置法。为求某一截面的最不利内力，可以根据影响线方法，直接确定最不利组合对应的活载位置。这种方法物理概念强。在多层及高层建筑中，通常楼层使用活荷载为1.52kN/m2，相对较小。为了简化设计，一般可不考虑活载不利位置的影响，与恒载相同，按各跨满布情况计算按各跨满布情况计算。但是对于使用荷载很大的多层厂房、公共建筑或书库等，则应考虑活载的不利位置进行竖向荷载下的内力计算。为了减少框架梁支座截面负弯矩配筋过分拥挤，以保证混凝土浇筑质量。尤
38、其是在抗震结构设计中为了使梁端出现塑性铰以形成延性框架。允许在框架梁中进行塑性调幅允许在框架梁中进行塑性调幅，降低竖向荷载作用下的支座弯矩，并相应调整跨中截面的弯矩。1、竖向荷载作用下框架梁端弯距调整：内力调整内力调整M=M0 调整后梁端弯矩为：0.80.9 现浇框架0.70.8 装配整体式框架=内力调整内力调整 支座弯矩调整后，梁跨中正弯矩按梁静力平衡校核，即满足下式：0c0BAMM2MMMC0且应满足按简支梁计算的跨中弯矩之半。式中：MA、MB调幅后梁左、右端弯矩；MC0 梁跨中最大弯矩；MC按简支梁计算的跨中弯矩。为保证作为第二道抗震防线的框架具有一定抗侧力能力，每层框架总剪力应满足下式
39、：2、水平荷载作用下框架剪力墙的框架内力调整：式中：Vfi 每层框架总剪力；V0 结构基底总剪力；Vfmax 各层框架总剪力中的最大值。)5.12.0min(max0ffiVVV内力组合步骤内力组合步骤 各种荷载按各自规律布置进行内力计算计算各种组合下的叠加内力选取最不利组合内力各截面内力调整确定各构件控制截面返回 延性结构与抗震等级延性结构与抗震等级 结构的延性,允许结构出现塑性铰，如果结构在承载能力基本保持不变承载能力基本保持不变的情形下，仍能具有较具有较大的塑性变形能力大的塑性变形能力，具有这种特点的结构称为延延性结构性结构。常用顶点位移延性比顶点位移延性比表示：1.1.延性结构延性结构
40、 y3.4.6 3.4.6 框架截面设计和构造框架截面设计和构造式中：u 结构极限状态时的顶点位移；y 结构屈服时的顶点位移。延性比小延性比小的结构结构延性较差延性较差，在地震作用下容易发生脆性破坏发生脆性破坏，甚至倒塌。延性比是结构抗震性能的重要指标。延性比是结构抗震性能的重要指标。对于延性比大延性比大的结构，结构延性越好延性越好，在地震作用下结构，进入弹塑性状态时，能吸收、耗散大量的能吸收、耗散大量的地震能量地震能量，此时结构虽然变形较大，但不会出现超出抗震要求的建筑物严重破坏或倒塌。用常遇烈度地震作用常遇烈度地震作用下的内力和其它荷载组合进行截面极限状态设计截面极限状态设计，这样做到小震
41、结构处于弹性小震结构处于弹性状态（小震不坏）状态（小震不坏）。延性结构的设计思路延性结构的设计思路 对于所得配筋进行调整配筋进行调整同时加强钢筋锚固加强钢筋锚固、增增设钢筋、构件设钢筋、构件等措施来实现“中震可修、大震不倒中震可修、大震不倒”的设防目标。由于设防烈度不同设防烈度不同、结构类型结构类型、房屋高度房屋高度不同，结构的地震反应有很大差别地震反应有很大差别，因此抗震要求不同。2.2.结构抗震等级结构抗震等级 高规根据各种情况将一般建筑物的抗震等抗震等级分为四个等级级分为四个等级：一级、二级、三级、四级 不同抗震等级的结构，其抗震设计和抗震构造措施是不同的。框架结构地震灾害分析框架结构地
42、震灾害分析1 1、柱顶破坏、柱顶破坏 柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。主要原因：柱顶处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。2 2、柱底破坏、柱底破坏 与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。3 3、短柱破坏、短柱破坏 当柱高小于4倍柱截面高度（H/h4)时形成短柱。在弯剪压力作用下，易产生剪切破坏，较少发生受弯破坏。4 4、角柱破坏、角柱破坏 由于双向受弯、受双向受弯、受剪剪,加上扭转作用加上扭转作用，震害比内柱重比内柱重。节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。节点内箍筋很少或无箍筋
43、时，柱纵向钢筋压曲外鼓。节点破坏将导致梁柱失去相互之间的联系。5 5、梁柱节点破坏、梁柱节点破坏 节点破坏的主要原因是节点的受剪承载力不足，约束箍筋太少，梁筋锚固长度不够以及施工质量差所引起。6 6、框架梁、框架梁破坏破坏 震害多发生于梁端。在地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝（正截面破坏）。破坏的主要原因是梁端纵向受力钢筋的屈服。出现交叉斜向裂缝，与裂缝相交的腹筋屈服甚至拉断。破坏的主要原因是梁端的剪力较大，超过了梁的受剪承载力，梁内箍筋配置较稀，以及反复荷载作用下混凝土抗剪强度降低等。2、抗震设计时，柱全部纵向钢筋的配筋率不应小于高规表6.大的情况。楼板在其自身平面内的刚度
44、很大，可视为无穷大。式中：Q、w组合系数。两端截面往往是最大负弯矩及最大剪力作用处，Asvj核心区计算宽度范围内验算方向同一截面各肢箍筋的全部截面面积；梁、柱、节点截面配筋计算和构造设计（1）跨中最大弯矩不是在构件的中点，但离跨中截面不远，因此直接以梁跨中截面作为控制截面。尤其是在抗震结构设计中为了使梁端出现塑性铰以形成延性框架。3 水平荷载作用下侧移的近似计算y1上、下梁相对线刚度比修正值，对于底层不考虑。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。预制杯形基础与柱间填细石砼视为固定支座，填沥青麻丝视为铰支座。【解】（1）计算柱的剪力VHK=20.4、抗震设计时，（1）柱端箍筋加密区箍筋最大间距和最小
45、直径符合高规表6.内力标准值。3、AB柱及其上下左右相邻各杆件两端的杆端转角为；（1）侧向外载形式；4 框架截面的设计内力 填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能力小，墙体与框架缺乏有效的拉结，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。框架结构抗震设计的正确指导思想框架结构抗震设计的正确指导思想 延性框架的设计原则延性框架的设计原则强柱弱梁强柱弱梁强剪弱弯强剪弱弯强节点、强锚固强节点、强锚固1.1.强柱弱梁强柱弱梁 两种破坏形式弱柱型弱梁型说说 明明？1.1.强柱弱梁强柱弱梁 塑性铰出现的位置及顺序出现的位置及顺序不同，将使框架结构产生不同的破坏形式。较合理的框架破坏机制较合理的框架破坏
46、机制，应该是梁梁比柱的塑性塑性屈服尽可能早屈服尽可能早发生和多多发生，底层柱柱根底层柱柱根的塑塑性铰较晚性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层，这种破坏机制的框架，才能使整个框架较充分发挥抗震作用，并具有良好的变形能力。应适当提高柱端弯矩应适当提高柱端弯矩2.2.强剪弱弯强剪弱弯 框架结构的延性是由构件截面设计得到保证的，梁、柱的破坏形态有弯曲型破坏和剪切型破坏，剪切型破坏延性较差剪切型破坏延性较差，因此应使梁柱梁柱在弯曲破坏前，避免发生剪切型破坏。在弯曲破坏前，避免发生剪切型破坏。应使构件弯曲破坏先于剪切破坏应使构件弯曲破坏先于剪切破坏3.3.强节点、强
47、锚固强节点、强锚固 大量震灾表明：由于节点区出现剪切破坏和发生钢筋锚固破坏，使得梁、柱塑性铰难以发挥作用。因此，应适当提高节点的抗剪能力提高节点的抗剪能力，以及采取一定措施保证纵筋的锚固保证纵筋的锚固。开 始竖向荷载计算 框架结构抗震设计步骤框架结构抗震设计步骤 地震作用计算风荷载计算确定结构体系与结构布置初步选定构件截面尺寸及材料强度楼、屋面设计竖向荷载作用下框架的内力计算梁、柱、节点截面配筋计算和构造设计 基础设计 地震、风荷载作用下结构的侧移验算地震、风荷载作用下结构的内力计算 内力组合 结 束 框架结构抗震设计步骤框架结构抗震设计步骤 框架梁截面设计框架梁截面设计 1.1.截面尺寸的确
48、定截面尺寸的确定（1）梁高l/hb4 （深梁容易产生剪切破坏）（2）梁宽bb200mm，且且1/2bc（加强节点区）hb/bb4 （薄腹梁容易发生剪切破坏）hb(1/81/14)l（刚度要求）高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3JGJ 320022002）2.2.材料材料 （1）砼强度等级 C30（一级抗震）C20（二、三级抗震）)()2(11sosyocREbahAfxhbxfM3.3.梁正截面设计梁正截面设计 )()2)()2(111sosyffofcocREbahAfhhhbbfxhbxfMsyffcsyAfhbfAf1GbnrblbVbVlMMV/)(Gbn
49、rbualbuaVlMMV/)(1.11.12.13.1，三级为，二级为级为：梁剪力增大系数，一Vb4.4.梁斜截面设计梁斜截面设计 对于9度和一级框架结构尚应符合：对四级抗震等级，取地震作用组合下的剪力设计值。式中：考虑地震作用组合的框架梁左、右端弯矩设计值。rblbMM、分别按顺时针和逆时针方向进行计算，并取其较大值。按混凝土规范有关公式计算，但在计算中应将纵向受拉钢筋的强度设计值以强度标准纵向受拉钢筋的强度设计值以强度标准值代表值代表，取实配的纵向钢筋截面面积实配的纵向钢筋截面面积，并在等式右边等式右边除以梁的正截面承载力抗震调整系数除以梁的正截面承载力抗震调整系数。lbuaMrbuaM
50、 考虑地震作用组合时的重力荷载代表值产生的重力荷载代表值产生的剪力设计值剪力设计值(9时高层建筑还应包括竖向地震作用标准值)，可按简支梁计算确定。梁的净跨。GbVnl)20.0(10bhfVccRE)15.0(10bhfVccRE)2.142.0(100hSAfbhfVsyyvtRE)105.1(100hSAfbhfVsyyvtRE。时，取；时，取梁的剪跨比。：。：取为5.15.13385.0RE已知：某框架结构抗震等级为二级，由内力计算和组合得知梁两端弯矩值，简图如下，按强剪弱弯的原则设计。梁端的剪力设计值应调整为：例题：例题：mkNMmkNMlblb5504.313（左震）（左震）（右震）
