《《建筑结构设计》东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《建筑结构设计》东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件.ppt（100页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1,4.3 框架结构构件设计,第4章 多层框架结构,4.1 多层框架结构的种类及布置,4.2 多层框架内力和侧移的近似分析,4.4 多层房屋基础设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,2,4.1.1 多层框架结构的种类,4.1 多层框架结构的种类及布置,按所用材料,混凝土框架,钢框架,组合框架,梁组合形式,内置型钢，称型钢混凝土,钢梁混凝土翼板,柱组合形式,内置型钢,钢管内浇注混凝土,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,3,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,按节点连接方式,铰接（排架结构）,刚接（刚架结构）,(c)钢框架铰接节点,(d)钢框架刚接节点,建筑结构设计
2、课件2013版.东南大学邱洪兴,4,混凝土装配整体式框架,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,5,4.1.2 框架结构布置,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,一、柱网布置,原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,6,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,二、承重框架布置,对于多层房屋，竖向荷载是主要荷载，如何承受竖向荷载是结构布置时重点考虑的问题 。,根据重力荷载的传递路径，框架结构有横向框架承重，纵向框架承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。,建筑结构设计课件2013版.东南大
3、学邱洪兴,7,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,纵向布置连系梁；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。,横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；有利获得较高净空。,两个方向均有较好的抗侧刚度。,承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,8,三、框架的规则性,平面不规则框架,(a)缺柱,(b)缺梁,(c)凹凸,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,9,4.1.3 框架构件选型与截面尺寸估算,一、框架柱选型,混凝土框架柱常用矩形或正方形，有时因建筑要求做成圆形或八角形；在多层住宅中不希望柱突出墙面，用T形、十字形等异型柱 ；,钢框架柱
4、最常用的截面有H形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚度时，可以采用格构式柱；,型钢混凝土柱外形常用矩形，内置型钢常用的截面有H形、十字形、箱形、圆形等实腹式型钢以及由角钢或槽钢组成的格构式型钢,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,10,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,二、框架梁选型,混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇混凝土楼盖中框架梁呈T形或倒L形；在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；,预制板,预制板,花篮形,十字形,钢框架梁最常用截面是H形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在较大扭矩时，箱形截面较为合适 ；,型钢混凝土梁内置型钢常
5、用实腹式H形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢 。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,11,混凝土梁,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,三、构件截面尺寸估算,一般情况下，截面高度hb可以取跨度的1/121/8；截面宽度bb可以取截面高度的1/31/2，且不宜小于200mm。,也可根据竖向荷载来确定。首先取Mmax=(0.6-0.8)M0、Vmax=V0，然后验算下列条件：,Mmaxsfcbh02 Vmax0.235fcbh0,s对于一级抗震等级取0.22；对二、三级抗震等级取0.29 。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,12,混凝土
6、柱,bc可近似取层高1/181/12，hc=(12) bc；,首先根据负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力Nc（可近似取荷载基本组合值12kN/m218kN/m2）；然后取N=(1.21.4)Nc，按N=Acfc+Acfy（为配筋率，可取1%）估算截面面积；,对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比限值控制。对于抗震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85和0.9，即要求,（抗震等级四级）,（抗震等级二级）,（抗震等级一级）,（抗震等级三级）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,13,钢柱,估算轴力，乘以1.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。,定计算
7、长度、假定长细比(60100)；,计算回转半径：ix=lox/， iy=loy/;,根据近似关系:ix=1h， iy= 2b 确定截面轮廓高度和宽度；,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,钢梁,钢梁截面尺寸估算方法可参考第2章 。,根据钢材类别、截面类别和查表得稳定系数；,由公式A=N/f 确定截面积A ；,由A、b、h选择截面尺寸。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,14,4.2.1 框架分析模型,一、计算单元,对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向可以分别计算；,4.2 多层框架结构内力与侧移的近似分析,l1,l2,l3,l4,当结构均匀
8、、荷载均匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横向的计算单元。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,15,二、计算简图,结构形式 柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。,轴线尺寸,跨度：等截面柱，截面形心线；变截面柱，较小部分截面形心。,层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）,截面特征,钢柱、砼柱：EI=EI0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和,梁：考虑楼板的作用。,l1,l2,l3,h1,h2,h3,h4,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,16,三、荷载,竖向荷载,永久荷载,楼面可变荷载,水平荷载,风荷
9、载,地震作用,楼面荷载,对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，长跨方向梁承受梯形分布荷载；,对于单向板仅短跨方向的梁承受均布荷载；,如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。,水平荷载等效为节点荷载,种类,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,17,i,j,k,l,m,n,4.2.2 竖向荷载下的多层刚架的分层法,一、基本假定,刚架没有侧移；,每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层梁及与本层梁相连的刚架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。,二、简化计算模型,刚度系数：,传递系数：,两端固支,一端固支一端铰支,一端固支一端弹性抗转,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,18
10、,多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口刚架进行计算。 除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数，弯矩传递系数取为1/3。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,19,三、计算方法,用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；,开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需将相邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；,内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传递。,梁、柱弯矩,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层
11、法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,20,梁剪力,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,21,假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。,柱轴力,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,22,4.2.3 水平荷载下多层刚架的反弯点法,假定：刚架梁的线刚度相对刚架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。,在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面2/3柱高处；其余各层柱的反
12、弯点取为柱高的中点。,一、简化分析模型,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,A,B,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,23,二、计算方法,将刚架在某一层的反弯点处切开,根据几何条件（忽略梁轴向变形）,求柱剪力,根据平衡条件，有,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,Fn,Fj,F1,Vj1,Vjk,Vjm,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,24,对于j层第k柱，其层间侧移为ujk ，相应的剪力可表示为,物理条件,根据平衡条件、几何条件和物
13、理条件，可求得,jk为j层k柱的剪力分配系数；,为水平荷载在j层产生的层间剪力。,Vjk=Djkujk,当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：,，抗侧刚度12ic/h2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,25,逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩,底层柱：,其余层柱：,求柱端弯矩,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,26,Mct,Mcb,Mbr,Mbl,求梁端弯矩,求梁端剪力,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4
14、.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,27,三、计算步骤,在各层反弯点处切开,柱反弯点处的剪力,剪力分配,柱端弯矩,梁端弯矩,利用节点力 矩平衡条件,梁端剪力,柱轴力,节点竖向力 平衡条件,求柱轴力,从上到下利用节点竖向力平衡条件。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,28,4.2.4 水平荷载下多层刚架的修正反弯点法(值法),对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程为：,在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚度只与柱本身有关。,可见反弯点位置与 A 、B 有关；同样，柱的抗侧刚度也与A B
15、 有关。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,29,一、修正抗侧刚度,柱AB两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于；,柱AB及与其上下相邻柱的弦转角均为 =uj/hj；,柱AB及与其上下相邻柱的线刚度均为ic。,假定,B,A,C,D,E,F,G,H,ic,ic,ic,i1,i2,i3,i4,hj,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,30,其中：, 与的关系,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,31,柱AB剪力：,柱AB抗侧刚度：,反映了梁柱线刚度
16、比对柱抗侧刚度的影响，它是小于1的一个系数。当K 时，1，即为反弯点法采用的抗侧刚度。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,32,二、修正反弯点高度,作如下假定：,同层各节点的转角相等横梁反弯点在跨中,横梁中点无竖向位移,各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素有：总层数、柱子所在层、梁柱线刚度比及上下层层高变化。,横梁跨中简化为可动铰支座,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,33,梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响,假定梁的线刚
17、度、柱的线刚度和层高沿框架高度不变，按图示计算简图可求出各层柱的反弯点高度y0h ，称为标准反弯点高度。,上下层梁线刚度比对反弯点的影响,当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯点不同于标准反弯点，修正值用y1h表示。,ic,h,ic,ic,ic,ic,h,h,h,h,y0h,i2,i2,i2,i2,i2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,34,层高变化对反弯点高度的影响,上层层高变化，反弯点高度的变化值用y2h表示；下层层高变化，反弯点高度的变化值用y3h表示。,顶层柱没有y2h修正值；底层柱没有y3h修正值。,经过各项修正后，柱反弯点高度：,yh=(y0+y1+y2+y3)h,ic,i
18、2,h,i2,i2,i2,ic,ic,ic,ic,h,h,2h,i2,2h,(y0+y2)h,ic,i2,h,i2,i2,i2,ic,ic,ic,ic,3h,h,h,i2,3h,(y0 + y3)h,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,35,4.2.5 刚架结构侧移的近似计算及限值,u1,uj,刚架结构水平荷载下的侧移由两部分组成：梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,36,一、梁柱弯曲变形
19、引起的侧移,顶点侧移：,层间侧移：,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,二、柱轴向变形引起的侧移,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,37,水平荷载作用下，外侧柱子的轴力大，内侧柱子的轴力小。为简化，忽略内柱的轴力。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,38,近似取外侧柱轴力：,单位力作用下,H-z,Nz,Nz,B,H,z,1,水
20、平外荷载作用下,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,39,V0是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。,对于高度不大于50m或高宽比H/B4的混凝土刚架办公楼，柱轴向变形引起的顶点位移约占5%11%。,刚架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外，尚应验算结构的侧向位移。结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移，要求分别满足：,三、侧移的限值,(4-2-14),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,40,4.2.6 框架分析模型讨论,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模型讨论,二、复式框架
21、,一、框架侧移特性,三、框架结构的二阶效应几何非线性,二阶效应含义,作用在结构上的重力或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起的附加内力和附加变形。,二阶效应包括受压构件的挠曲效应（P-效应）和重力二阶效应（P-效应）,P-效应,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,41,水平荷载下结构产生侧移 ，将使重力荷载P产生附加内力和变形，这种现象称为P效应。,P-效应在构件设计时考虑； P效应在结构分析时考虑。,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模型讨论,线性分析,一阶分析,非线性分析,二阶分
22、析,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,42,剪切型(节点转角为0)结构 P效应的近似计算方法,设某层层间剪力为V0、侧向刚度为D，则一阶层间位移0=V0/D；,V0,V0,M0,M0=V0hj/2,0,hj,M0+N0/2,M0+N0/2,柱轴力N由此侧移引起的附加柱端力矩: N0/2,其等效附加层间剪力: V1= N0/ hj,由此新增的层间位移: 1=V1/D=0N / (Dhj),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,43,如此迭代下去，最终的层间位移可以表示为下列无穷级数之和：,柱轴力N在此新增层间位移下的柱端附加力矩为N1/2，由此新增的层间位移2= N1/ (Dhj
23、)= 0N2 / (Dhj)2；,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模型讨论,当N/ (Dhj)1时，上式收敛于：,侧移增大系数：,1=V1/D=0N / (Dhj),(4.2.16),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,44,钢框架结构的近似弹性二阶分析方法,借助一阶分析方法，通过侧移、弯矩增大系数，考虑二阶效应。,M=Mb+2jMs (4.2.17a),(4.2.17b),MIb按无侧移框架用一阶弹性分析方法求得的杆端弯矩；,MIs水平荷载作用下用一阶弹性分析方法求得的杆端弯矩；,u
24、=2juj,uj水平荷载作用下用一阶弹性分析方法求得的层间侧移;,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模型讨论,2j考虑二阶效应第j层各杆件的侧移、弯矩增大系数。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,45,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模型讨论,Hj考虑缺陷影响的假想水平力,Qj第J层的总重力荷载设计值；,y钢材强度影响系数。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,46,混凝土框架
25、结构的近似弹性二阶分析方法,对未考虑P-效应的一阶弹性分析所得的柱、梁端弯矩以及层间位移乘以增大系数s,式中： Ms 引起结构侧移的荷载所产生的一阶弹性分析杆端弯矩值； Mns 不引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析杆端弯矩值； 1 一阶弹性分析的层间位移。,D所计算楼层的侧向刚度；,N所计算楼层各柱轴力之和，N=Ni,(4.2.18a),(4.2.18b),(4.2.18c),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,47,钢和混凝土框架结构增大系数的比较,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,4.2.5侧移计算,4.2.6模
26、型讨论,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,48,在层高范围内，框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力；框架柱的弯矩、轴力沿柱高线性变化（层高范围内剪力相等），因而上、下端截面为控制截面。,4.3.1 设计内力,4.3 多层框架结构构件设计,一、控制截面,框架梁两端的剪力和负弯矩最大，跨中正弯矩最大，因而控制截面有三个：左右端截面和跨中截面。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,49,当竖向可变荷载作用下的内力采用分层法计算时，对于梁只需考虑本层可变荷载的最不利布置；对于柱只需考虑相邻上下层的可变荷载最不利布置；,对于柱最大轴力，可根据负荷范围计算。,二、竖向可变荷载的最不利
27、布置,利用影响线可确定竖向活荷载的最不利作用位置。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,50,内力分析得到的梁端弯矩、剪力是指轴线处的，设计时可取梁端柱边的弯矩和剪力：,三、设计内力的修正,(4.3.1),框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,51,四、梁端弯矩调幅,当梁端截面首先出现塑性时，将发生内力重分布；另外，对于装配式框架和装配整体式框架，节点并非完全刚性。,为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。,调幅系数 可取：现浇框架0.80.9；装配整体式框架0.70.8。,框架结构,4
28、.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,五、内力组合,框架柱属偏心受力构件，其最不利内力组合与单层排架柱相同。,框架梁属受弯构件，最不利内力组合有：,梁端截面的最大弯矩及最大剪力；,梁跨中截面的最大弯矩。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,52,1.2永久载标准值+1.4楼面可变载标准值+1.4风载组合值,1.2 重力荷载标准值+1.3地震作用标准值,对抗震设防区尚需考虑地震作用效应组合,六、荷载组合,1.2永久载标准值+1.4风载标准值 +1.4楼面可变载组合值,可变荷载控制,永久荷载控制,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1
29、设计内力,4.3 构件设计,1.35永久载标准值+1.4风载组合值+1.4楼面可变载组合值,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,53,一、框架梁、柱,框架梁截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受弯承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度验算。,4.3.2 混凝土构件设计,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,框架柱截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度。,框架柱的斜截面承载力按下式计算：,(4.3.4),计算截面的剪跨比，当反弯点
30、在层高范围内时可以取=Hn/(2h0)，其中Hn为柱净高；13 。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,54,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,框架柱正截面承载力计算,满足下列情况时，可不考虑挠曲二阶效应(P-效应):,长细比满足：,lc构件的计算长度，取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间的距离。,设计轴压比不大于0.9,M2绝对值较大端的杆端弯矩， M1绝对值较小端的杆端弯矩，反向弯曲时取负。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,55,考虑挠曲二阶效应后控制截面弯矩设计值：,构件端截面偏心距调节系数
31、:,其中:,0.7,弯矩增大系数:,截面曲率修正系数:,1.0,ea附加偏心距，取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的较大值。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,56,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,正截面承载力计算公式：,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,57,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,二、框架节点,对于非抗震设防区，节点承载力可通过构造措施来保证。,一般要求,节点混凝土强度：对于现浇框架与柱相同；对于装
32、配整体式框架比预制构件高一级；,节点内水平箍筋：一般情况同柱：如纵筋搭接头位于节点内应符合搭接范围内的箍筋设置要求；,节点截面尺寸：一般情况与柱相同：对于顶层边节点，梁的截面尺寸应满足： 0.35cfcbbh0Asfy,(4.3.5),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,58,柱纵筋在节点区的锚固,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,59,梁纵筋在节点区的锚固,上部钢筋锚固,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,60,梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层边节点的搭接,下部钢
33、筋锚固,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,61,4.3.3 钢构件设计,一、框架梁、柱,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,当多层框架采用混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴力的影响，按受弯构件设计钢梁；,框架梁进行承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算和正常使用极限状态的挠度验算。,框架柱按压弯构件，进行承载能力极限状态的强度计算、整体稳定计算、局部稳定计算 ；,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,62,当采用二阶弹性分析方法，且在每层柱节点加上假想水平力时，框架柱的计算长度系
34、数取1.0。,强支撑框架按无侧移框架的附表C.3.1确定,纯框架,按一阶弹性分析方法时，按有侧移框架的附表C.3.2确定,支撑框架,弱支撑框架按下式确定 =0+(1-0) Sb /3(1.2Nbj-N0j),1、0分别为按有侧移框架和无侧移框架计算柱算得的轴压杆稳定系数 。,(4.3.7),框架柱计算长度与框架类型和内力分析方法有关：,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,63,二、框架节点,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,框架结构梁与柱刚性连接时，需要进行连接部位在弯矩和剪力作用下的承载力、节
35、点域抗剪强度和局部稳定计算以及梁上下翼缘标高处柱水平加劲肋或隔板的厚度验算。,梁、柱连接部位的承载力计算有精确法和近似法两种：,精确法计算时，梁翼缘连接承担部分梁端弯矩；梁腹板连接承担全部梁端剪力和剩余的梁端弯矩。,近似法计算时假定梁端弯矩全部由梁翼缘连接承担；梁腹板连接仅承担全部梁端剪力，并要求连接强度不小于腹板净截面受剪承载力的一半或梁端弯矩下的剪力值。,、梁与柱的连接,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,64,节点域计算,如不满足，可将柱腹板在节点域局部加厚。,抗剪强度计算,局部稳定验算,加劲肋验算,当梁受压翼缘处柱腹板厚度tcw和梁受拉翼缘处柱翼缘板厚度tcf不能满足下列条件时
36、，在梁翼缘对应位置应设置柱水平加劲肋，,(4.3.8),(4.3.9a),(4.3.9b),(4.3.9c),节点例题,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,65,、柱与柱的拼接,柱拼接连接有等强度设计法和实用设计法两种。等强度设计法按被连接的柱翼缘和腹板净截面面积的等强条件进行拼接连接的设计,实用设计法假定柱翼缘同时承受分担的轴向压力Nf（Nf=NAf/A）和绕强轴的全部弯矩M，而腹板同时承受分担的轴向压力Nw（Nw=NAw/A）和全部剪力V；,轴向压力Nf和弯矩M共同作用下，柱单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目为，,(4.3.10a),轴向压力Nw和剪力V的共同作用下，柱腹板连接所需的
37、高强度螺栓数目为，,(4.3.10b),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,66,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,3、梁与梁的拼接,有三种接头形式：,翼缘和腹板均采用全焊透焊缝连接；,翼缘采用全焊透焊缝连接，腹板采用摩擦型高强螺栓连接；,翼缘和腹板均采用摩擦型高强螺栓连接 。,梁拼接节点的计算与梁柱节点类似，也有精确法和近似法两种。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,67,4.3.4 型钢混凝土构件设计,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件
38、设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,一、框架梁,、正截面受弯承载力,b,h,As,As,as,h0,破坏形态,实验表明：型钢砼梁破坏形态以型钢下翼缘达到屈服、型钢上翼缘以上砼突然压碎为标志 ；截面砼、钢筋和型钢的应变基本保持平面。与钢筋混凝土梁类似。,基本假定,截面应变保持平面；,不考虑受拉混凝土的作用；,受压混凝土极限压应变取0.003，相应的最大应力取fc。,钢筋和型钢的应力取=E，但不大于强度设计值；,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,68,基本公式,截面几何尺寸,b,h,1h0,As,As,Aaf,Aaf,aa,as,h0,2h0,简化：,
39、受压砼应力采用等效矩形分布，等效压区高度取实际高度的1倍； 钢腹板的轴向合力用Naw表示；对受拉钢筋和受拉翼缘合力点的 力矩用Maw表示。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,69,等效应力分布,Mu,fyAs,faAaf,fy As,fa Aaf ,1fc,Naw,x,(4.3.11),(4.3.12),适用条件：,(4.3.14a),xbh0,(4.3.14b),xaa+tf,(4.3.14c),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,70,xa,fa,fa,1h0,2h0,如果xa 1h0，或x/ 11h0：xa 2h0，或x/ 1 2h0，说明中心轴位于腹板之间。,型钢腹板
40、应力的简化,fa,fa,型钢腹板的轴向合力 ：,Naw=(xa-1h0)-(2h0- xa )twfa,Naw=2/1-(1+2)twh0fa,(4.3.13a),型钢腹板轴向合力对受拉钢筋和型钢受拉翼缘合力点的力矩 ：,(4.3.13b),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,71,2、斜截面承载力,破坏形态,型钢砼梁斜截面破坏形式主要有两种：剪压破坏和斜压破坏。 前者通过承载力计算来保证；后者可通过截面控制条件来避免。,简化假定,型钢砼梁斜截面承载力取钢筋砼部分的承载力与型钢部分的承载力之和； 型钢部分仅考虑腹板部分作用，并假定腹板全截面处于纯剪状态,框架结构,4.1 种类与布置,4
41、.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,与普通钢筋混凝土构件相比，增加了型钢；型钢部分对受剪承载力的贡献主要是型钢腹板部分的受剪承载力。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,72,计算公式,tw型钢腹板厚度；,hw型钢腹板高度；,钢材的屈服剪应力,集中载下,计算截面剪跨比，1.43。,截面限制条件,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,(4.3.16),(4.3.17),建筑结构设计课件2013
42、版.东南大学邱洪兴,73,3、变形计算,长期刚度：,Mk按荷载效应的标准组合计算的弯矩值；,Mq按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值；,考虑荷载长期效应组合对挠度增加的影响系数：,其中：,(4.3.18),当s， 2.0；当s s ，1.6,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,74,4、裂缝宽度计算,将型钢受拉翼缘和部分腹板按受拉钢筋对待，采用钢筋混凝土构件的裂缝计算公式。,b,h,1/4h,h0,hw,bf,h0s,h0f,h0w,kh
43、w,tf,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,75,二、框架柱,1、正截面承载力,（采用与受弯构件类似的截面应力图形）,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,(4.3.21),(4.3.22),建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,76,当xbh0，属大偏压，取s=fy； a=fa,其中,e=ei+h/2-a；ei=e
44、0+ea；e0=M/N；ea=max20mm,h/30,当xbh0，属小偏压，取,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,77,当x/11 h0、x/12 h0，中和轴在型钢腹板内，按前面的式（4.3.13a）、（4.3.13b）计算；,当x/12 h0时，中和轴在型钢腹板外，,(4.3.24a),(4.3.24b),框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,78,框架结构,4.1 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,4.3.4型钢混凝土构件,斜截面限制条件同型钢混凝土梁。,2、斜截面承载力,:框架柱计算剪跨比，可取,，,N：框架柱轴力设计值，当,时，取,三、框架节点,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,79,柱内型钢,梁内型钢,箍筋贯通孔,水平加劲肋,建筑结构设计