高层建筑混凝土结构设计概述(共91页).ppt

高层建筑混凝土结构设计第5章 框架结构设计2柱距较大柱距较小5.1 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，可采用水平加腋来解决，但9度区不应大于1/4h3 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 时为单向板，荷载向短跨方向传递；当 时为双向板，荷载向两个方向传递双向框架承重方案横向框架承重方案纵向框架承重方案4 横向框架承重方案：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：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 目前，预制板用得极少，绝大多数框架结构均为双向框架承重方案 5.2 框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择一、框架梁截面尺寸估算 框架梁的截面尺寸应由刚度条件初步确定框架结构的主梁截面高度可按 确定，且截面高度不宜大于1/4净跨;截面宽度不宜小于1/4hb，且不宜小于200mm。

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5二、框架柱截面尺寸估算 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3，框架柱的截面边长： 矩形柱非抗震250mm抗震300mm（四级）抗震 400 mm（一、二、三级） 圆形直径350mm（非抗震和四级） 450mm（一、二、三级）柱净高与截面长边之比宜大于4 高规要求6 在初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比确定 0.65 （一级）0.75 （二级）0.85 （三级）（四级或非抗震）轴压比为（一三级）（四级或非抗震） 框架在竖向荷载作用下的轴力估算值柱支撑的楼板面积楼层数（1214）7 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C30，按二四级和非抗震设计时，混凝土强度等级应C20 梁柱混凝土强度等级差别不宜过大 当柱混凝土强度等级较高时，若梁柱混凝土强度相同由于一般框架梁不需要高强混凝土，所以导致梁造价提高；若梁比柱混凝土强度低太多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，梁混凝土强度等级宜C40。

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混凝土结构设计规范GB50010的有关规定执行 为保证框架结构的延性，柱在9度区混凝土宜C60；8度区宜C70 85.3 计算单元及计算简图一、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 承担荷载9（3）梁、柱的截面惯性矩： 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的翼缘，按T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： 一边有楼板 II0 两边有楼板 II0 I0为梁矩形部分的惯性矩1）梁的坡度1/8，按直线梁计算（2）当框架梁为有加腋的变截面梁时，如 ，可不考虑加腋的影响二、计算简图10（4）轴线： 梁、柱轴线取各自的形心线； 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，一般将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线二、计算简图11框架结构计算简图示意恒荷载竖向活荷载风荷载地震作用二、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。

框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在基础顶面按固结考虑125.4 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分层法假定：1.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，其它各层柱的线刚度均乘以 ，并取柱的弯矩传递系数为1/313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：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14例题一：用分层法计算下图所示框架的弯矩图，已知：g1k=9.6kN/m, g2k=12kN/m,ic1=4.011010Nmm,ic2=5.211010Nmm,ib1=2.61010Nmm,ib2=3.261010Nmm15分层后的开口框架：1617弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册表2-4、表2-5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）。

3、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，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1/2，其他各层柱为1/3）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和18分配系数：19弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册表2-4、表2-5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）20固端弯矩：分配系数：21-363622弯矩分配法的计算步骤：1、分配系数当远端为铰接时，采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度2、固端弯矩：根据建筑结构静力计算手册表2-4、表2-5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）3、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，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1/2，其他各层柱为1/3）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和23-36362425(单位：kN-m)265.4.2 框架在水平荷载作用下的内力近似计算反弯点法1.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，且同一层具有相同的水平位移； 2）底层柱的反弯点在距柱底2/3h处，其它各层柱的反弯点在1/2h处F3F2F1h1h2h3272. 柱剪力与位移的关系：柱的剪力与水平位移的关系：柱的抗侧移刚度：V剪力，层间侧移，h层高，ic柱的线刚度283. 各柱剪力值的确定：假设同层各柱的剪力为V1、 V2l 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294.计算步骤： 1）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2/3h处，其它各层柱的反弯点在1/2h处底层柱下端其余各层柱上、下端3）求梁端弯矩边支座处的梁端弯矩中间支座处的梁端弯矩 底层柱上端305.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D值法 又称改进反弯点法前提条件：梁柱线刚度比不够大，节点有转角影响转角的因素： 层数 荷载形式 梁柱线刚度比 上、下梁的刚度比 上、下层层高变化315.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D值法D值法的基本假定：1）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AB柱的相对侧移，转角弦转角= /h325.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D值法335.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D值法根据节点弯矩平衡梁柱线刚度比柱侧向刚度修正系数34 节点转动影响系数352.柱的反弯点高度反弯点高度比；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；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 可由下式计算：36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37383940底层反弯点位置向转动大的方向移动！41顶层底层上层层高大，反弯点向上移动下层层高大，反弯点向下移动423. D值法计算步骤2）计算反弯点高度第i根柱的D值;第i根柱所在楼层所有柱的D值之和;第i根柱所在楼层以上所有水平力之和1）各柱的剪力3）计算柱端弯矩4）计算梁端弯矩43例题二：用D值法求图示框架内力（M 图）4445求柱剪力：4647求柱剪力：48求反弯点高度比y：4950求反弯点高度比y：51底层52求反弯点高度比y：53顶层底层54求反弯点高度比y：55求柱端弯矩： （弯矩单位：KNm）56（弯矩单位：KNm）弯矩图：57四、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uM产生的侧移和柱轴向变形产生的侧移uN之和uM可由D值法求得，即式中58式中： V0框架柱底部总剪力；H 框架总高度； E 边柱砼弹性模量；B 边柱轴线间距离； 底层一侧边柱的横截面面积 Fn侧移系数 积分后得到的计算公式如下： 框架在任意水平荷载q（z）作用下由柱轴向变形产生的第j层处的侧移uNj框架柱轴向变形产生的侧移5960式中： V0框架柱底部总剪力； H 框架总高度； E 边柱砼弹性模量； B 边柱轴线间距离； 底层一侧边柱的横截面面积。

Fn侧移系数 柱轴向变性引起的第j层的层间相对侧移为：柱轴向变形引起的侧移相对较小，所以仅在H50m或H/B4的框架中考虑 框架在任意水平荷载q（z）作用下由柱轴向变形产生的第j层处的侧移uNj框架柱轴向变形产生的侧移H越大，B越小，轴向变形引起的侧移越大H较大或H/B较大时，需考虑轴向变形61梁柱123上下5.5 框架结构的内力组合及调幅一、控制截面及最不利内力1、3截面负弯矩及剪力大；2截面正弯矩大上下两端截面柱弯矩大支座处弯矩取值1. 控制截面62 在针对控制截面进行内力组合时，应有目的的找出最不利内力，各控制截面的最不利内力如下：梁跨中柱端2.最不利内力梁端63二、梁端内力调幅调幅目的： 支座弯矩较大，经调幅后，可使其配筋不致过多、便于施工； 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，装配整体式框架可取 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弯矩的1/2 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，应将梁的弯矩乘以的放大系数。

梁内力调幅及弯矩放大均应在内力组合之前进行 64（一级），（二级），（三级）一、框架柱截面设计要点及构造1.内力设计值调整（非抗震设计不需调整）1)框架柱的弯矩设计值调整 抗震设计时, 为避免框架底层柱根部在地震作用下过早出现塑性铰，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： 为体现强柱弱梁的设计概念，要求对柱端弯矩设计值进行调整例如，对二、三级框架，要求： 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 5.6 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。