1、学习情境8 框架结构,子情境8.1 框架结构体系及布置 子情境8.2 多层框架结构房屋的荷载 子情境8.3 竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法 子情境8.4 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 子情境8.5 荷载效应组合原则和构件设计 【知识目标】 掌握框架结构的基本构造；掌握框架水平、竖向荷载作用下内力分析及就算方法；掌握框架节点构造要求。 【能力目标】 理解框架结构的一般构造要求；理解内力计算原理及过程；学会识读现浇框架节点构造图。,学习情境8 框架结构,序：多层及高层房屋结构体系,1、多高层的划分,划分依据,消防车供水能力 设置电梯标准,划分界限,多层：29层，且28m的建筑物
2、 高层：10层，或 28m的建筑物,2、高层建筑结构特点,占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应 或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。 可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。 结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用） 侧向位移须限制：层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏； 工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。,3、多高层结构常用结构体系,常用结构体系,组成：纵、横梁和立柱组成,特点：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。 框架的抗侧刚度小， 抵抗水平荷载能力较差。,应用： 非地震区：1520层 地震区： 10层以下,
3、框架结构,4、多高层建筑设计一般原则,结 构 布 置 原 则,平面布置,简单、规则、对称、减少偏心； 平面长度、突出部分的控制：凹角处加强 避免出现薄弱部位：角部重叠或细腰部。,竖向布置,规则、均匀：避免结构错层和局部夹层； 刚度均匀连续：由下而上渐小，不突变。,控制高宽比,保证必要的抗侧移刚度，表9.2,设变形缝,伸缩缝、沉降缝、防震缝,钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 表9.2,9.1 多层及高层房屋结构体系,5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点,竖 向 荷 载,恒荷载：结构构件和非结构构件的自重,楼面活荷载：按荷载规范选用,屋面荷载；均布活载、雪荷载、积灰荷载、施工检修荷载,水 平
4、 荷 载,风荷载：水平集中力,地震作用：各楼层处的水平集中力,作用位置：楼屋面节点处,作用方向：迎风面一侧,可能有左风、右风两种可能,9.1 多层及高层房屋结构体系,5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点,地震作用与荷载的区别在于：荷载是对结构的直接 作用，而地震作用是对结构的间接作用。,9.1 多层及高层房屋结构体系,5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点,荷 载 特 点,随高度H增加，水平荷载产生的效应快速增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素。,竖向荷载下：结构中仅轴力N随H呈线性关系，M、V并不增加； 水平荷载下：M、V均随H增加而呈快速增长，侧移也增加更快。,低层民用建筑：竖向荷载起
5、控制作用 多层建筑：水平荷载与竖向荷载共同起控制作用高层建筑：水平荷载起控制作用.,框架结构,1、框架结构的组成和分类,组成,梁,基础,柱,刚性节点,固定连接,9.2 框架结构,框 架 结 构 类 型,现浇整体式,装配式,装配整体式,全部构件现场浇注 优点：整体性好、抗震性好、刚度大、预埋铁少、平面布置灵活 缺点：耗模板量大、工期长、现场湿作业量大、冬施需防冻,全部构件预制，现场装配连接 优点：省模板、工期短、构件可标准定型化 缺点：预埋件多、整体性差、抗震性差、用钢量大、,预制构件，现场安装就位， 在连接处现浇混凝土形成整体。 优点：省模板、预埋件少、工期短、用钢量少、抗震整体性好 缺点：施
6、工复杂、增加了现场混凝土二次浇注工作量,9.2 框架结构,2、框架结构的布置,结 构 布 置 原 则,开间、进深尽可能统一：构件类型规格尽可能少,平面应简单、规则、对称：尽可能使受力合理,刚度沿高度分布均匀：避免突变、错层、局部夹层,控制房屋高宽比H/B4：保证必要的抗侧移刚度,设置必要的变形缝,伸缩缝沉降缝防震缝,伸缩缝装配式室内75m露天50m整体式装配整体式室内55m露天35m,变形缝对构造、 施工、结构整体性等不利，基础防水不易处理，实际采用可靠的构造措施和施工措施（如设置后 浇带）减少或避免设缝,布置方式：内廊式、跨度组合式,9.2 框架结构,柱网应与建筑分隔墙体布置相协调,使竖载下
7、结构内力均匀分布合理,易施工：进度快、造价低、保质量,9.2 框架结构,承 重 框架 布 置,横向框架承重,纵向框架承重,纵横向混合承重（预制板、现浇板）,纵横向混合承重（井式楼盖）,横向框架承重：横向刚度大、有利于抵抗横向水平荷载，纵向连系梁较小，利于房屋采光、通风。,纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线穿行，开间布置灵活，但横向刚度差。,纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)，整体性能好，采用较多。,9.2 框架结构,本节小结,框架结构的类型：整体式、装配式、装配整体式，应了解各类型特点；框架结构布置原则：建筑方案的确定应考虑结构受力的合理性，宜简单、规则、对称、均匀。承重框架
8、的布置方案：横向、纵向、纵横向承重，各方案的利弊应了解。 注意：承重方案与框架类型的区别！,作业：思考题,3、框架结构受力特点,9.2 框架结构,框架结构（空间体系）,计算简图,杆件用轴线表示 节点刚接节点 层高 底层柱：基础顶面到一层梁顶 其它层柱：各层梁顶之间距离 跨度柱轴线间距,9.2 框架结构,框架在荷载作用下的内力,竖 向 荷 载 作 用 下 的 内 力,内力近似计算方法,分层法,弯矩二次分配法,计算简图,分层法计算假定： 框架无侧移； 每层横梁上荷载对其它层横梁无影响。计算思路：可将一个多层框架分解为多个单层 开口框架，使每一框架节点数量大幅度 减少，有效地减少了计算工作量。,竖
9、载 下 内 力 特 点,9.2 框架结构,框架在荷载作用下的内力,9.2 框架结构,框架在荷载作用下的内力,内力近似计算方法,水 平 荷 载 作 用 下 的 内 力,计算简图,反弯点法,D值法,反弯点法适用范围：梁柱刚度之比值ib/ic3 反弯点法计算假定： 框架横梁刚度无穷大无变形； 各层柱上下端节点转角相同：各柱反弯点位于柱中点，底层柱位于距柱底2/3层高处。,D值法,D值法适用范围：梁柱刚度之比值ib/ic3 反弯点法计算误差： 假定ib/ic：横梁无变形，节点无转角； 假定各层柱上下端节点转角相同，反弯点位于柱中点。 D值法修正反弯点法 修正：柱的侧移刚度 修正：调整反弯点高度,9.2
10、 框架结构,框架在荷载作用下的内力,水 平 荷 载 下 内 力 特 点,9.2 框架结构,框架在荷载作用下的内力,控 制 截 面 及 内 力 组 合,控制截面结构构件中需要按其内力进行配筋计算的截面。,内力组合寻求结构构件的最不利内力，作为配筋依据。,框 架 梁,端部支 座截面,跨中 截面,9.2 框架结构,框架在荷载作用下的内力,控 制 截 面 及 内 力 组 合,框 架 柱,端 部 截 面,可能小偏压,9.2 框架结构,框 架 结 构 的 侧 移,特点：愈往上层间侧移愈小,原因：梁、柱弯曲变形引起,特点：愈往上层间侧移愈大,原因：柱轴向变形不一致引起,总 体 剪 切 变 形,总 体 弯 曲
11、 变 形,随着H/B的增大，弯曲变形所占比例增大，总体呈现剪切变形。,层间侧移控制,控制原因,框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求。 框架梁跨中上部钢筋212与支座负弯矩钢筋搭接，ll150mm; 梁支座负筋伸出柱边长度ln/4，箍筋沿全长均匀设置。 框架柱宜采用对称配筋，dmin12mm，max5%， min0.4%。,四、非抗震设计现浇框架的构造要求,1、一般构造要求,纵筋的接头,1、一般构造要求,1、一般构造要求,框 架 柱 纵 筋 绑 扎 连 接 构 造,2、节点构造,梁下部纵筋伸入中间节点锚固： 计算不利用其强度时：伸入节点las12d。 计算充分利用抗拉强度时，锚固在节点内
12、：直线锚固：la；弯折锚固：水平段0.4la，竖直段上弯15d；节点外搭接：节点外M较小处设接头 ll la。 充分利用抗压强度时，节点直线锚固：0.7la。,中间层 中间 节点,柱纵筋应贯穿中间节点。,2、节点构造,柱纵筋应贯穿中间节点,中间层 中间 节点,当上、 下柱筋 直径或 根数不 同时， 连接构 造如图,2、节点构造,2、节点构造,梁上部纵筋在端节点锚固：直线锚固：la，且伸过柱中心线5d。弯折锚固：伸至节点对边并向下弯折，弯前水平段0.4 la，弯后垂直段长度15d。,梁下部纵筋：锚固要求同中间层中间节点。,柱纵筋同中间层中间节点。,2、节点构造,直线锚固：la，且必须伸至柱顶；,
13、柱内纵筋应伸入顶层中间节点并在梁中锚固。,弯折锚固1：柱筋伸至柱顶向节点内弯折， 弯折前垂直段长度0.5 la， 弯折后水平段长度12d；,框架梁 纵筋同 中间层 中间节 点,弯折锚固2：当顶层有现浇板h80mm 且C20时，可向外弯入框架梁和 现浇板内，弯折后水平段长度12d。,2、节点构造,顶层端节点,柱内侧纵筋伸入节点锚固-同顶层中间节点。,梁下部纵筋伸入节点锚固-同中间层中间节点。,柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接连接。,柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接连接。,伸入梁内柱筋截面积柱外侧纵筋的65%。当外侧柱筋1.2时，伸入梁内柱筋宜分两批 截断，断点距离20d。,当梁上部纵筋1.2
14、时，弯入柱外侧的梁上部纵筋宜分两批截断，断点距离20d。,2、节点构造,节点 箍筋 设置,作用：约束柱筋和节点核芯区混凝土。,构造：同柱中，但间距200mm。,中间节点（四边均有梁）可只设沿周边矩形箍筋，即不设复合箍筋。 顶层端节点采用柱顶外侧直线搭接时应符合纵筋ll内箍筋的构造要求。,3、填充墙构造要求,采用砌体填充墙，必须与框架牢固连接,五、现浇框架抗震构造措施,1、结构抗震等级,划分依据：设防烈度、结构类型和房屋高度。,划分等级：一、二、三、四级，其中一级抗震要求最高。,6度：H 30 m 四级，H 30 m 三级 7度：H 30 m 三级，H 30 m 二级 8度：H 30 m 二级，
15、H 30 m 一级 9度：H 25 m 一级,划分界限,混凝土结构抗震等级表,2、一般构造要求,一级框架梁、柱和节点核芯区C30, 其他各类构件C20； 9度时C60，8度时C70。,纵筋宜用HRB400级、HRB335级钢筋； 箍筋宜用HRB335、HRB400和HPB235级钢筋。,混凝土强度等级,钢筋种类,要求：一、二级抗震等级框架，其纵筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值比值1.25，屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值1.3。,注意： 施工中，不宜采用较高强度等级钢筋代替原设计中的纵筋。,纵筋最小锚固长度按laE 取用,钢筋锚固,laE确定原则,一、二级抗震等级 ： laE1.15 la
16、 三级抗震等级： laE1.05 la 四级抗震等级 ： laE 1.0 la,钢筋接头,柱纵筋接头宜优先采用焊接或机械连接。 梁端和柱端箍筋加密区内不宜设接头，否则采用机械连接接头。 当柱筋每侧4根时，搭接水平面2。 接头间隔和接头面积百分率同非抗震设防要求。,箍筋,箍筋须做成封闭式，端部设135弯钩。弯钩端头平直段长度不应小于10d（d为箍筋直径）。箍筋应与纵筋紧贴。当设置附加拉结钢筋时，拉结钢筋必须同时钩住箍筋和纵筋。,柱 的 箍 筋 形 式,箍 筋,截面尺寸,高度：ln/ hb4， hb/bb4， 宽度：bb200mm，且bbbc/2,3、框架梁抗震构造要求,梁纵向钢筋,1）梁端底部、
17、顶面配筋量比值 原因 可能出现正弯矩；一定受压筋可减小受压高度，提高梁变形能力。 限值 一级：0.5二、三级：0.3,3、框架梁抗震构造要求,限值,3）梁顶面和底面通长纵筋： 原因：地震弯矩的不确定性（反弯点位置不确定）,3、框架梁抗震构造要求,6）框架梁下部纵筋伸入节点锚固：直线锚固时：laE；弯折锚固时：水平段0.4 laE ，竖直段上弯15d；,与非抗震设防不同之处：均按受拉考虑,7）框架梁内纵筋接头一级抗震时应采用机械连接接头；二、三、四级抗震时，宜采用机械连接接头，也可采用焊接接头或搭接接头。纵筋接头宜避开箍筋加密区，位于同一区段内的纵筋接头面积不应超过50%；当采用搭接接头时，其搭
18、接长度要足够。,8）梁的箍筋 框架梁两端须设置加密封闭式箍筋。 原因：约束混凝土，提高混凝土变形能力。,箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径见下表：,注：d为纵筋直径；当梁端纵筋2%时，dmin增大2mm。,8）梁的箍筋,非加密区箍筋最大间距：不宜大于加密区箍筋间距的2倍。 箍筋必须为封闭箍，弯钩135，弯钩平直段长度箍筋直径的10倍和75mm的较大者。,4、框架柱抗震构造要求 柱截面尺寸 柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，柱的剪跨比宜大于2，截面的长边和短边之比不宜大于3。其中，柱的剪跨比Mc/Vch0，式中Mc为柱端截面的组合弯矩计算值（取上下端弯矩的较大值），Vc为柱端截面的
19、组合剪力计算值，h0为柱截面有效高度。 柱内纵向钢筋 柱中纵筋应符合下列要求：柱中纵筋宜对称配置。当截面尺寸大于400mm时，纵筋间距不宜大于200mm。,柱中全部纵筋的最小配筋率应满足表9-5的规定，同时每一侧配筋率不应小于0.2%。柱中纵筋总配筋率不应大于5%；一级且剪跨比2的柱，每侧纵筋配筋率不宜大于1.2%。边柱、角柱在地震作用组合产生拉力时，柱内纵筋总面积应比计算值增加25%。柱纵筋的连接要求与梁相同，但应避开弯矩较大的位置和柱端箍筋加密区。,框架柱全部纵向钢筋最小配筋百分率(%) 表9-5,注：采用HRB400级热轧钢筋时允许减少0.1，混凝土强度等级高于C60时应增加0.1。,
20、柱的箍筋框架柱内箍筋常用形式如图9-20所示。,框架柱的上下两端须设置箍筋加密区。柱箍筋加密区的范围、加密区内箍筋最大间距和最小直径应按表9-6采用。 框支柱、剪跨比不大于2的柱以及一、二级抗震设防的框架角柱，应沿柱全高加密。短柱由于主要是剪切破坏，因而需要在柱全高范围内加密。,柱箍筋加密区长度、箍筋最大间距和最小直径 表9-6,注：d为柱纵筋最小直径，h为矩形截面长边尺寸，D为圆柱直径，Hn为柱净高；柱根指框架底层柱的嵌固部位。,柱箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二、三级不宜大于250mm和20d（d为箍筋直径较大者），四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束。采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵筋并钩住封闭箍筋。柱箍筋非加密区的箍筋间距，一、二级框架柱不应大于10倍纵筋直径，三、四级框架柱不应大于15倍纵筋直径。,5、框架节点构造框架节点内必须设置足够数量的水平箍筋，箍筋的最大间距、最小直径与柱加密区的要求相同，或比其要求更高。柱中纵筋不宜在节点区截断，框架梁上部纵筋应贯穿中间节点。框架梁、柱中钢筋在节点的配筋构造参见非抗震设防要求现浇框架，但钢筋的锚固长度应满足相应的纵向受拉钢筋抗震锚固长度laE。,
