1、鋼筋混凝土結構設計主講教師：宋曉冰國家一級注冊結構工程師英國皇家特許結構工程師副教授2010至2011年第二學期1. 框架結構設計 10課時2. 肋梁樓板設計 4課時3. 單層工業廠房設計簡介 4課時4. 施工圖繪制方法 4課時5. 平法表示方法及識圖 8課時6. Madus 軟件應用 6課時 課程內容學習方法 加強互動，形式靈活（提問、分組比賽等） 結合大設計進行（完成設計計算書） 課堂教學與自學相結合 強調預習強調預習關鍵在于理解和掌握關鍵在于理解和掌握注重實踐應用注重實踐應用教材混凝土結構設計混凝土結構設計高等教育出版社作者:沈蒲生出版日期：2007年11月市場價：24.80 ISBN：

2、9787040220711 1. 鋼筋混凝土框架結構設計1.1 框架體系的結構布置1.2 截面尺寸估算1.3 計算簡圖的確定1.4 荷載計算1.5 內力計算1.6 內力組合1.7 側移驗算1.8 框架結構配筋計算及構造要求學習內容結構布置原則平面布置豎向布置1.1 框架體系的結構布置 平面布置：簡單、規則、對稱、減少偏心LmaxBblLLLmaxBBmaxBlbblBmaxBmaxBbl設防烈度 L/B l / l/b6、7度8、9度maxB0 . 635. 00 . 20 . 530. 05 . 1變形縫設置 伸縮縫 沉降縫 防震縫現澆框架結構，伸縮縫最大間距55m基礎底面以上全部斷開基礎頂

3、面以上斷開，地下室、基礎可不設縫防震縫最小寬度 框架結構，高度小于15m部分，70mm；超過15m部分，6度、7度、8度、9度高度相應每增加5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。 縫兩側結構形式不同時，按照不利結構類型確定；兩側高度不同時，按照較低房屋高度確定。抗震設計時的“三縫合一” 伸縮縫、沉降縫均應滿足防震縫的最小寬度要求。豎向布置：規則、均勻，剛度均勻變化1H1HHH1B1B1B1BBBBBaa如果 / 大于0.2，則 / 不宜大于0.751HH1BB上部縮進： / 宜大于0.9，且 不宜大于4米1BB上部外挑： 抗震設計時：a柱網 平面上框架柱在縱橫方向上的排列形成柱網1.2 截面

4、尺寸估算 梁截面尺寸估算 柱截面尺寸估算梁截面尺寸 根據經驗初步設定梁柱截面尺寸 再根據計算進行修正 框架梁高bblh)10181 (bl框架梁計算跨度 框架梁長4bnhl防止發生脆性剪切破壞 框架梁寬度bbhb)2131 (不宜小于200mm跨度相差較大時，連續的框架梁截面尺寸設置問題：梁寬相同，梁高可不同柱截面尺寸 滿足最小截面、側移限制和軸壓比等因素 經驗值：非地震區 地震區：利用軸壓比限值估算ichh)151201 (ih為層高NccAfNnFgNE考慮地震作用的柱軸力增大系數F柱的負載面積Eg單位面積上的重力荷載代表值，近似取1215kN/m2n驗算截面以上層數N軸壓比限值，對一、二

5、、三級抗震等級，分別取0.7、0.8、0.9上下柱高度不同時 邊柱：外側平齊，內側縮小 中柱：兩側同時縮小，保持形心線重合 柱長邊每次縮小100150mm最小尺寸限制 矩形柱邊長： 非抗震設計：不宜小于250mm 抗震設計：不宜小于300mm 長短邊長比不宜大于3 園形柱直徑不宜小于350mm。1.3計算簡圖的確定 柱計算長度樓蓋類型柱類別l0現澆樓蓋底層柱1.0H其余柱層1.25H裝配樓蓋底層柱1.25H其余柱層1.5H水平荷載產生的彎矩占總彎矩75以上時：Hllu)(15. 010Hl)2 . 02(min0（Min）ul柱上端、下端節點處交匯的各柱線剛度和交匯的各梁線剛度之和的比值:mi

6、nul中的較小值1l2l1h2h3h4hH的取值：上下層樓蓋頂面之間距離基礎頂面至一層樓蓋頂面框架計算簡圖舉例1l2l1h2h3h4h1h21.0h31.0h41.0h1l2l水平荷載產生的彎矩小于總彎矩75：現澆樓蓋1.4 荷載計算框架上的荷載 豎向荷載：結構構件自重，建筑構造自重，樓面活荷載，屋面活荷載，雪荷載 水平荷載：風荷載，水平地震荷載建筑結構荷載規范豎向荷載橫向框架承重方案計算單元整體雙向板框架承重方案計算單元整體單向板框架承重方案計算單元風荷載垂直于建筑物表面的風荷載標準值：0zszk0基本風壓kN/m2，按照建筑結構荷載規范附錄D.4查尋z高度變化系數s體形系數zZ高度處的風振

7、系數地震荷載地震荷載的計算法見建筑結構抗震課程1.5 內力計算水平荷載豎向荷載豎向荷載作用下框架內力計算方法力矩分配法基本思路固定放松傳遞適用范圍：連續梁或無側移無側移剛架固端彎矩得不平衡力矩分配力矩傳遞力矩逐次逼近最終彎矩固端彎矩分配力矩傳遞力矩桿端彎矩以順時針為正，反之為負固定ABDC固端彎矩BAMCAM不平衡力矩（是為保證節點不發生轉動通過附加 約束作用的力矩）MFABMFADMFACMABDC不平衡力矩M放松（等效于保持原來的受力狀態，反向施加不平衡力矩）M分配力矩ABMACMADMBAMCAM傳遞力矩ABDCABDC最終彎矩固端彎矩分配力矩傳遞力矩固端彎矩 （查表求單根超靜定梁端彎矩

8、）分配彎矩 （按照轉動剛度分配）EIlEISAB4l ABEIlEISAB3l ABEIlEISABl AB轉動剛度與桿件線剛度 和遠端支撐情況有關lEIi ABDCMBAMCAMMADMACMABMAMSSMAjABABMSSMAjACACMSSMAjADAD傳遞彎矩 （按照傳遞系數C傳遞）傳遞系數C：近端A有轉角（即近端產生彎矩時）， 遠端B彎矩與近端彎矩的比值。遠端固接：21C遠端滑動：1C遠端鉸接：0C例題ADBC15kN/m50kN2ABi2ADi5 . 1ACi4m3m2m4m固端彎矩:mkNMFAB30415812mkNMFAD245235022mkNMFDA365325022分

9、配系數:3 . 05 . 14242323AB4 . 05 . 14242324AD3 . 05 . 1424235 . 14ACADBC0.40.30.30-243036分配彎矩:mkNM 6-1.8-2.4-1.8-1.2-0.9-26.428.2-34.8-1.8豎向荷載作用下框架內力近似計算方法 分層法和彎矩二次分配法豎向荷載作用下框架結構受力特點：側移較小某層某橫梁上荷載產生較大的端部彎矩僅在本層分層法基本假定 豎向荷載作用下框架結構節點無側移； 每層橫梁上的豎向荷載，僅在本層梁及上下層柱上產生彎矩。計算流程固端彎矩 各節點不平衡彎矩進行分配 各節點分配彎矩向遠端進行第一次傳遞 新的

10、節點不平衡彎矩再分配 再傳遞。 確定最終彎矩（柱彎矩取上下分層柱端彎矩之和） 如某節點不平衡彎矩偏大，可再分配一次，不傳遞注意事項： 除底層柱固定在基礎定面處外，其它柱端均有轉角，實際為彈性嵌固端，計算中處理為固定端，將造成誤差。處理辦法： 除底層柱外，其余柱線剛度均乘以0.9； 除底層柱為1/2外，其余柱傳遞系數改為1/3。彎矩二次分配法適用條件 標準層數量較少時。 整體框架共同計算，不平衡彎矩僅分配兩次。彎矩二次分配法方法7.5m5.6m4.4m3.6m2.8kN/m3.8kN/m3.4kN/mi=4.21i=4.21i=1.79i=7.11i=4.84i=3.64i=7.63i=10.2

11、1i=9.53i=12.77(3.79)(3.79)(1.61)ABCDGEHFI例題GDGHHGHEHIIHIF DEFGHI0.6670.3330.4720.1750.3530.1360.864 -13.13+13.13-7.32+7.32分配系數固端彎矩第一次分配 1第一次傳遞 1第一次傳遞 2+4.37+8.76-6.32-1.00+4.38+3.16-2.49-3.32-1.23-1.24-1.66第二次分配 1第二次傳遞 1第一次分配 2+0.83+0.41+1.43+0.23第二次分配 2+0.71-0.53+0.42-0.40-0.20匯總+4.78-4.78+15.04-1.

12、43-13.62+0.77-0.77向柱端傳遞1.59-0.48-0.26DAGHEDEHEBFEFCABCDEF0.4660.3480.1560.1220.3080.202 -17.81+17.81-8.89+8.89+6.20+8.30-6.3-1.80+4.15-3.15-3.05-4.10-1.21-1.53-2.05+0.71+0.53+1.45+0.41-0.17+0.36-0.33-0.13+6.73-10.33+18.94-1.34-1.72+1.99-1.393.37-0.70.186 0.413 0.089 DGEFFI+3.31-0.790.709 -1.55+0.28+

13、0.72+0.18-0.45+3.59-15.87-0.61-0.86+1.20GHI-0.45-0.20將上下開口框架計算結果合并水平荷載作用下框架內力計算方法水平地震作用下框架結構的受力和變形特點？梁、柱彎矩線性分布，每跟構件均有一反彎點。每層柱的總剪力為常數每根柱剪力為常數如忽略梁柱軸向變形，則同層框架節點側移相等除底層柱底節點為固定外，其余節點既有水平位移，又有轉角求解的關鍵問題反彎點位置層間剪力在同層柱之間的分配反彎點法基本假定剪力分配時，梁線剛度無窮大，柱端無轉角確定反彎點位置時，除底層柱外，其余柱的上下轉角相等h1hic6hic62012hiDc2012hiDc柱的抗側移剛度ci

14、柱線剛度h層高ihmh2h1hmFiF2F1F1 iV2iVijVisV總剪力：mksjijkiVFV11ijijijDV0iisjijijsjijiDDVV0101ioiijijVDDV0反彎點位置 一般層柱ici6hhiic6iici6ii=hiic62ih 底層柱ici4hiic6iici2i=hiic632ihihmFiF2F1FijitijVhM21ijibijVhM21jtjVhM11131jbjVhM11132cMbM2cMbM2cM)(212111CcbbbbMMiiiM)(212122CcbbbbMMiiiM2cM1cM1bM2bM梁端彎矩梁端剪力llbMrbMbVbVlMM

15、Vrblbb柱軸力1 iV2iV1 iN1 iN反彎點法適用條件5cbii3cbii或假定1要求結構布置規則均勻、層高和跨度變化不大，層數不多假定2例題8m8m8m5m5m5m5m5kN4kN4kN2kNABCDEFGHIJKLMNORS2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m2.5m1.67m3.33mV15kN4kN4kN2kNV1V2V3V3V4V5V5V1V8V8V6V9kNV121111kNV2 . 1)42(22112kNV4 . 2)42(22123kNV22. 2)442(133224kNV33. 310133235kNV11. 110133216kNV46. 3)5442(2

16、44337kNV61. 4)5442(244348kNV31. 2)5442(244328GJKLOmkNVMKO65 . 24 . 25 . 23mkNVMKG32. 85 . 233. 35 . 25mkNMMKOKG32.1432. 80 . 6mkNMKJ55. 932.14366mkNMKL77. 432.14363不平衡力矩：梁端彎矩：桿件以順時針為正節點以順時針為負彎矩正負規定：D值法 問題：層數較多、高度較高的框架結構更適合反彎點法，還是層數較少、高度較低的更適合？D值法 確定側移剛度時：梁剛度無窮大反彎點法 確定反彎點位置時：柱端轉角相等 確定 時：梁柱剛度接近，節點有轉角

17、確定反彎點時：柱端轉角受多種因素影響側移剛度側移剛度用D表示，所以叫做D值法或者叫修正的反彎點法D值法基本假定柱AB的上下兩端節點及與之相鄰各桿件的遠端轉角均相等柱AB及與之相鄰的上下層柱的弦轉角(/h）均相等柱AB及與之相鄰的上下層柱的線剛度ic均相等框架柱AB的A端彎矩MAB和B端彎矩MBA為:6ABBAcMMi則柱AB的剪力為212121ccABBAiiMMVhhh 02212121cccciiVDDhh修正后的柱抗側移剛度節點轉動影響系數1c 節點轉動影響系數的確定6ABACcMMi36AGMi46AHMi由0AM得：0ABACAGAHMMMM即：012)2(643cciiii012)

18、2(621cciiiiKiic22222同理：12342ciiiiKi（1）（2）（1）（2）得：22K1c 2cKK頂層柱和底層柱得表達形式與一般層不同12342ciiiiKi反彎點位置hyhbcMtcM0123yhyyyyh標準反彎點高度比；柱上、下端框架梁相對線剛度變化時，反彎點高度比的修正值；柱的上層層高變化時，反彎點高度比的修正值；柱的下層層高變化時，反彎點高度比的修正值。0y1y2y3y標準反彎點高度比y0 所謂標準反彎點高度比，是指按照“標準框架”計算得出的柱反彎點高度比，是柱反彎點高度比的基本值。 在各種節點集中水平荷載作用下，標準框架的反彎點高度比y0的值根據梁柱線剛度比K、

19、框架的總層數m、柱所在的樓層數n及荷載形式查表49至表411確定。 標準框架是指框架的層高、跨度及框架梁、柱的線剛度分別相等的框架。柱上、下端框架梁相對線剛度變化時，反彎點高度比的修正值y1 y1值由梁柱線剛度比 及柱上、下端框架梁線剛度比 查表412確定。12134iiii 當 時，y1值為正，反彎點向上移動；當 時，可由 及 查表412，但此時y1應取負值，反彎點向下移動。1234iiii1234iiii34112iiiiKK柱的上、下層層高變化時，反彎點高度比的修正值y2、 y3 y2由梁柱線剛度比 及所計算柱的上層層高與本層層高的比值a2。查表413確定。 由表413可見，當a21時，

20、y2值為正，反彎點向上移動，反之為負，反彎點向下移動 。對頂層柱(因其沒有上一層柱)不進行此項修正K y3由梁柱線剛度比 及所計算柱的下層層高與本層層高的比值a3。查表413確定。 由表413可見，當a31時，y3值為負，反彎點向下移動；反之為正，反彎點向上移動。對底層柱(因無下一層柱)不進行此項修正K1sijijjDDijijiiDVVD1tcijMy hVbcijMyhV框架內力計算例題1 條件：某四層框架結構(如圖)，梁柱現澆，樓板預制，柱截面尺寸400mm400mm，頂層梁截面尺寸為240mm600mm，樓層梁截面尺寸為240mm650rnm，走道梁均為240mm400mm，混凝土強度

21、等級C20。 要求：試用D值法求框架結構在圖示水平荷載作用下的內力。 梁柱線剛度計算例題2用D值法進行復式框架計算：條件：尺寸及相對線剛度見圖要求：D值法計算，作M圖反彎點計算彎矩計算反彎點計算結果 括號中為精確值1.6 框架內力組合關鍵問題 控制截面 最不利內力類型 荷載組合 幾點注意事項控制截面梁（V0,分布荷載）（集中荷載處）支座截面：+Mmax； -Mmax；maxV跨中截面：+Mmax； -Mmax最不利內力類型控制截面柱大偏心受壓小偏心受壓軸力一定彎矩越大越不利彎矩一定軸力越小越不利軸力越大越不利彎矩越大越不利Mmax和對應的N和VMmax和對應的N和VNmin和對應的M和VNma

22、x和對應的M和V和對應的NmaxV正截面計算，配縱筋斜截面計算，配箍筋最不利內力類型荷載組合可變荷載效應控制 永久荷載效應控制 niikcikkQQGS214 . 14 . 12 . 1niikcikQGS14 . 135. 1（Max.）簡化組合（手算) kkQGS14 . 12 . 1niikkQGS14 . 19 . 02 . 1幾點注意事項 框架梁端負彎矩調幅1.框架節點是梁、柱縱筋交匯處，鋼筋過多，混凝土難以 振搗密實，施工質量難以保證2.按彈性分析時，框架梁各控制截面的最大內力值不同時出現，計算的鋼筋面積有富余3.避免框架梁支座負彎矩鋼筋過分擁擠4.抗震設計時，形成延性較好的梁鉸破

23、壞機構調幅方法 裝配整體式框架梁端負彎矩調幅系數可取為0.70.8； 現澆框架梁端負彎矩 調幅系數可取為0.80.9 ； 框架梁端負彎矩調幅后，梁跨中彎矩應按平衡條件相應增大； 應先對豎向荷載作用下框架梁的彎矩進行調幅，再與水平作用產生的框架梁彎矩進行組合； 截面設計時，框架梁跨中截面正彎矩設計值不應小于豎向荷載作用下按簡支梁計算的跨中彎矩設計值的50% 。朱一云同學：你好！你的問題很好，知其然，知其所以然，凡事多問為什么，將受益無窮！關于彎矩調幅問題，我的看法是：之所以進行梁端彎矩調幅，最為重要的一點是達到“強柱弱梁”的設計目的。在豎向荷載作用下，進行調幅后，梁端負彎矩的設計值減小了，如果這

24、時也考慮柱的柱端彎矩變化，柱端彎矩也應該相應減小，但是實際操作中是不考慮這一變化的，這就達到了“強柱弱梁”的目的。而對于水平荷載作用，如果對于梁端負彎矩進行調幅，梁抗彎剛度的變化勢必引起柱內彎矩的相應變化，注意：此時柱端彎矩有減小，也有增大！減小的可以不理，但是增大的必須考慮！否則當內力重分配后，柱承載力將不夠！將變成“弱柱弱梁”。從可操作性考慮， 只要保證最終的受力平衡，對水平荷載的調幅設計時可以進行的，前提是必須還要考慮調幅后柱抗彎能力的進一部加強，但是這樣做實在是麻煩，得不償失，因此，對水平荷載就沒有必要進行調幅處理了。彎矩調幅是鋼筋混凝土設計中比較有意思的一種設計手段，體現設計師對構建剛度的把控，值得充分理解。以上是我對問題的理解，共同探討。宋曉冰活荷載最不利布置的考慮 工作量大，不易操作 對多層民用建筑，樓面活荷載較小近似處理方法：梁、柱