框架結構設計,1 框架結構的受力特點,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件，頂部幾層可能為大偏心受壓構件。,當荷載條件大致相同時，各層框架梁m、v較為接近，變化不大。,框架結構的水平側移由兩部分組成：,剪切變形：這是由框架整體受剪，梁柱桿件發生彎曲變形而產生的水平位移，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生的整體彎曲，由柱子的拉伸和壓縮而產生的水平位移。 當框架結構高寬比不大于4時，框架水平側移中彎曲變形部分所占比例很小，位移曲線一般呈剪切型。,2框架結構設計應注意的幾個問題,框架結構的適用范圍 單跨框架的規定 框架結構砌體填充墻 混合承重 框架結構與框架-剪力墻結構的選擇,框架結構的適用范圍,非抗震設計時的多層及高層建筑 抗震設計時的多層及小高層建筑（7度區以下） 高烈度區不宜采用純框架結構 一般8度區高度超過20m采用框架結構不經濟，因此6層以上的建筑結構宜采用框架-剪力墻結構或壁式框架,單跨框架的規定,抗震設計的框架結構不宜采用單跨框架。因為單跨框架的耗能能力較弱，超靜定次數少，一旦柱子出現塑性鉸（在強震時不可避免），出現連續倒塌的可能性很大。,框架結構砌體填充墻,高層規程規定，框架結構的填充墻及隔墻宜選用輕質墻體。抗震設計時，框架結構如采用砌體填充墻，其布置應符合下列要求： 1 避免形成上下層剛度變化過大 2 避免形成短柱 3 減少因抗側剛度偏心所造成的扭轉。,混合承重,高層規程規定，框架結構按抗震設計時，不應部分采用由砌體墻承重的混合形式。框架結構中的樓、電梯間及局部突出屋頂的倒塌機房、樓梯間、水箱間等，應采用框架承重，不應采用砌體墻承重。,框架結構與框架-剪力墻結構的選擇,高層規程規定，抗震設計的框架結構中，當僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時，結構分析計算時應考慮剪力墻與框架的協同工作。如樓、電梯間位置較偏而產生較大的剛度偏心時，宜將此種剪力墻減薄、開豎縫、開結構洞、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。,3框架結構計算簡圖的確定,計算單元的選取,計算單元選取,計算簡圖,4 框架結構的內力計算,豎向荷載作用下的框架結構內力計算 分層法 彎矩二次分配法,水平荷載作用下的框架結構內力計算 反彎點法 d值法,1豎向荷載作用下的框架結構內力計算,分層法,基本假定 忽略垂直荷載作用下框架結構的側移； 每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、 下層柱產生內力，不在其他層梁和其他層柱 上產生內力。,根據以上假定，多、高層框架可分層作為若干個彼此互不關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2次。,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。,考慮除支座外，框架各節點為彈性固定，因 此底層柱的彎矩傳遞系數取1/2，其他各層柱的彎 矩傳遞系數取1/3；,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； 在內力與位移計算中，所有構件均可采用彈性剛度。,3-9,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，每一節點經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和； 若節點處不平衡彎矩較大，在分配一次。,彎矩二次分配法,首先計算框架各構件的剛度和分配系數； 計算框架各層梁端在豎向荷載作用下的固端彎矩； 計算框架各節點的不平衡彎矩，并將每一節點的不平衡彎矩同時進行分配并向遠端傳遞，傳遞系數仍為1/2； 進行兩次分配后結束（僅傳遞一次，但分配兩次）；,水平荷載作用下的框架結構內力計算,反彎點法,適用于梁柱線剛度比不小于3的框架結構； 常用于在初步設計中估算梁和柱在水平荷載作用 下的彎矩值。,（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）。,（2）反彎點處的剪力計算 柱的剪力按同層柱的抗側移剛度之比分配。柱的 抗側移剛度為：,eici 第i根柱的剛度； hi 第i根柱的柱高。,3-16,以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作 用下框架的內力。 頂層,第二層,第一層,（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：分邊柱節點和中間柱節點兩種情況處理。 邊節點：,中節點：,d值法,（1）反彎點法的問題,柱的抗側剛度只考慮了柱的線剛度和柱高，未考慮節點梁柱線剛度比的影響； 認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、框架的總層數等因素有關。,（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，對柱的抗側剛度和柱的反彎點位置進行了修正。,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。,（3）柱的抗側剛度,式中，c 柱抗側移剛度修正系數，按下表的公式計算。,3-21,（4）修正的反彎點高度,式中 y0標準反彎點高度比； 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。,3-22,5 框架結構的最不利內力及內力組合,控制截面 框架梁柱最不利內力組合 梁端彎矩調幅,控制截面,控制截面,梁：跨中、支座截面 柱：柱頂、柱底截面,框架梁柱最不利內力組合,梁跨中截面：+mmax及相應的v（正截面設計） 梁支座截面：-mmax及相應的v （正截面設計） vmax及相應的m （ 斜截面設計） 柱 截 面：+mmax及相應的n、v -mmax及相應的n、v nmax及相應的m、v nmin及相應的m、v vmax及相應的m、n,梁端彎矩調幅,豎向荷載下框架梁端彎矩的調幅,在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內力重分布，減小梁端負彎矩，相應增大梁跨中彎矩。 調幅后的支座彎矩為： =m 式中 梁支座截面調幅后的彎矩； m 梁支座調幅前按彈性方法計算的彎矩； 調幅系數，現澆框架：0.80.9 裝配式框 架：0.70.8。,6 框架梁設計,框架梁承載力計算,框架梁的構造要求,框架梁承載力計算,自學,框架梁的構造要求,框架結構的主梁截面高度hb可按（1/101/18）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,梁的縱向鋼筋要求,沿梁全長頂面和底面應至少各配置兩根縱向配筋，一、二級抗震設計時鋼筋直徑不應小于14mm，且分別不應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、四級抗震設計和非抗震設計時鋼筋直徑不應小于12mm；,一、二級抗震等級的框架梁內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。,縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率min（%），非抗震設計時，不應小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設計時，不應小于表6.3.2-1規定的數值；,框架梁箍筋構造規定（非抗震設計）,應沿梁全長設置箍筋；,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小于6mm。在受力鋼筋搭接長度范圍內，箍筋直徑不應小于搭接鋼筋最大直徑的0.25倍。,箍筋間距不應大于表6.3.5的規定；在縱向受拉鋼筋的搭接長度范圍內，箍筋間距尚不應大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內，箍筋間距尚不應大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應大于200mm；,當梁的剪力設計值大于0.7ftbh0時，其箍筋面積配筋率應符合下式要求：,當梁中配有計算需要的縱向受壓鋼筋時，其箍筋配置尚應符合下列要求： 1）箍筋直徑不應小于縱向受壓鋼筋最大直徑的0.25倍； 2）箍筋應做成封閉式； 3）箍筋間距不應大于15d且不應大于400mm；當一層內的受壓鋼筋多于5根且直徑大于18mm時，箍筋間距不應大于10d（d為縱向受壓鋼筋的最小直徑）； 4）當梁截面寬度大于400mm且一層內的縱向受壓鋼筋多于3根時，或當梁截面寬度不大于400mm但一層內的縱向受壓鋼筋多于4根時，應設置復合箍筋。,框架梁箍筋構造規定（抗震設計）,延性要求,抗震設計時，計入受壓鋼筋作用的梁端截面混凝土受壓區高度與有效高度之比值，一級不應大于0.25，二、三級不應大于0.35；,抗震設計時，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5%；,框架梁沿梁全長箍筋的面積配筋率應符合下列要求：,抗震設計時，梁端箍筋的加密區長度、箍筋最大間距和最小直徑應符合表6.3.2-2的要求；當梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時，表中箍筋最小直徑應增大2mm。,第一個箍筋應設置在距支座邊緣50mm處； 在箍筋加密區范圍內的箍筋肢距：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；,箍筋應有135彎鉤，彎鉤端頭直段長度不應小于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的箍筋間距，鋼筋受拉時不應大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應大于100mm；鋼筋受壓時不應大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應大于200mm； 框架梁非加密區箍筋最大間距不宜大于加密區箍筋間距的2倍。,梁的縱向受力鋼筋要求,縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率min（%），非抗震設計時，不應小于0.2和45ft/fy二者的較大值；抗震設計時，不應小于表6.3.2-1規定的數值；,抗震設計時，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，一級不應小于0.5，二、三級不應小于0.3；,框架梁、柱，其受剪截面應符合下列要求,強剪弱彎,7 框架柱設計,框架柱承載力計算,自學,框架柱構造要求,一般要求,柱截面尺寸,矩形截面柱的邊長，非抗震設計時不宜小于250mm，抗震設計時不宜小于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。 框架柱的截面尺寸宜滿足 軸壓比要求,框架梁、柱，其受剪截面應符合下列要求：,柱縱向鋼筋要求,抗震設計時，宜采用對稱配筋； 抗震設計時，截面尺寸大于400mm的柱，其縱向鋼筋間距不宜大于200mm；非抗震設計時，柱縱向鋼筋間距不應大于350mm；柱縱向鋼筋凈距均不應小于50mm； 全部縱向鋼筋的配筋率，非抗震設計時不宜大于5%、不應大于6%，抗震設計時不應大于5%； 一級且剪跨比不大于2的柱，其單側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生小偏心受拉時，柱內縱筋總截面面積應比計算值增加25%。,柱中箍筋規定（非抗震設計）,周邊箍筋應為封閉式； 箍筋間距不應大于400mm，且不應大于構件截面的短邊尺寸和最小縱向受力鋼筋直徑的15倍； 箍筋直徑不應小于最大縱向鋼筋直徑的1/4，且不應小于6mm； 當柱中全部縱向受力鋼筋的配筋率超過3%時，箍筋直徑不應小于8mm，箍筋間距不應大于最小縱向鋼筋直徑的10倍，且不應大于200mm；箍筋末端應做成135彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應小于10倍箍筋直徑； 當柱每邊縱筋多于3根時，應設置復合箍筋（可采用拉筋）； 柱內縱向鋼筋采用搭接做法時，搭接長度范圍內箍筋直徑不應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的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的5倍，且不應大于100mm；在縱向受壓鋼筋的搭接長度范圍內的箍筋間距不應大于搭接鋼筋較小直徑的10倍，且不應大于200mm。當受壓鋼筋直徑大于25mm時，尚應在搭接接頭端面外100mm的范圍內各設置兩道箍筋。,抗震設計,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，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，規范規定了混凝土柱的軸壓比限值。對于四類場地土且高于40m的框架結構或高于60m的其他結構體系的混凝土房屋建筑，其軸壓比限值應減小0.05.,抗震設計時，柱箍筋加密區的范圍應符合下列要求： 1、底層柱的上端和其他各層柱的兩端，應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；,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。,抗震設計時，柱箍筋在規定的范圍內應加密，加密區的箍筋間距和直徑，應符合下列要求：,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，箍筋直徑不應小于8mm。 剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應大于100mm，一級時尚不應大于6倍的縱向鋼筋直徑。,箍筋應為封閉式，其末端應做成135彎鉤且彎鉤末端平直段長度不應小于10倍的箍筋直徑，且不應小于75mm；,箍筋加密區的箍筋肢距，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。 柱非加密區的箍筋