4.1框架结构概念设计 ? 4.1.1框架结构的受力变形特点 ? 1.竖向荷载作用下的受力特点: ? 框架梁受弯为主,框架柱受压为主 ? 承载能力极限状态设计:框架梁控制截面的抗 弯承载力设计 框架柱控制其受压承载力 ? 正常使用极限状态设计:梁跨中挠度变形的验 算 ? 竖向荷载作用下框架结构的水平侧移忽略不计 1 2.水平荷载作用下的受力特点 ? 框架柱承担水平剪力和柱端弯距,并由此产 生水平位移;由于协调变形梁端产生弯距和 剪力; ? 承载能力极限状态设计:框架柱控制截面的 偏心抗弯承载力设计 梁 ? 正常使用极限状态设计:框架结构水平侧移 的计算 2 ? 框架结构的水平侧移由两部分组成: – 整体弯曲变形产生的侧移;(整体弯距-柱 轴力)(图4.1b) – – 整体剪切变性产生的侧移;(楼层剪力-梁 柱剪切、弯曲变形)(图4.1c)(图4.2) 3 4 ? 层间侧移的大小与楼层剪力Vi的大小成 正比; ? 层间侧移的大小与梁、柱的截面惯性矩J 成反比; 5 4.1.2结构布置 ? 1.高宽比限值 非抗震设计 最大适用高度(m) 70 高宽比限值 5 抗震设计 6度 7度 8度 9度 60 55 45 25 4 32 ? 结构平面布置及竖向布置 6 4.1.3 梁、柱、节点等构件截面估计及选型 ? 1.梁构件的截面估算 hb ? (1 10 ~ 1 18)l bb ? (1 2 ~ 1 3)hb ? 梁的截面宽度不宜小于200mm;梁截面的高宽 比不宜大于4; ? 当梁高较小或采用扁梁时,除验算其承载力和 受剪截面要求外,尚应满足刚度和裂缝的要求 ? 对现浇梁板结构,宜考虑梁受压翼缘的有利影 响。 7 2.柱构件的截面估算 ? N ? N f c Ac N ? ? ?? ? qk ? A? n –qk=12-14KN/m2; –A-柱子的负荷面积; –n-计算柱截面以上结构层数; –α弯距影响系数 1.1-1.3; –γ—荷载分项系数 1.25; ? 矩形截面柱的边长,非抗震设计时不宜 小于250mm,抗震设计时不宜小于300mm; 圆柱截面直径不宜小于350mm; ? 柱剪跨比宜大于2 ? 柱截面高宽比不宜大于3。 8 3.节点 ? 框架梁、柱中心线宜重合。 ? ? 当梁柱中心线不能重合时,在计 算中应考虑偏心对梁柱节点核心区 受力和构造的不利影响,以及梁荷 载对柱子的偏心影响。 9 3.节点 ? 梁、柱中心线之间的偏心距 ? 9度抗震设计时不应大于柱截面在该方 向宽度的1/4; ? 非抗震设计和6~8度抗震设计时不宜大 于柱截面在该方向宽度的1/4; ? 如偏心距大于该方向柱宽的1/4时,可 采取增设梁的水平加腋等措施; ? 设置水平加腋后,仍须考虑梁柱偏心的 不利影响; 10 11 梁的水平加腋尺寸取值 ? 梁的水平加腋厚度可取梁截面高度,其水平尺 寸宜满足下列要求: –bx/ιx≤1/2 (4.1a) –bx/bb≤2/3 (4.1b) –bb+bx+x≥bc/2 (4.1c) ? 式中bx——梁水平加腋宽度; ? lx——梁水平加腋长度; ? bb——梁截面宽度; ? bc——沿偏心方向柱截面宽度; ? x——非加腋侧梁边到柱边的距离。 12 梁采用水平加腋时,框架节点有效宽度计算 ? 2 梁采用水平加腋时,框架节点有效宽 度bj宜符合下式要求: ? 1)当x=0时,bj按下式计算: – bj≤bb+bx (4.2) ? 2)当x≠0时, bj取(4.3a)和(4.3b) 二式计算的较大值,且应满足公式 (4.3c)的要求: – bj≤bb+bx+x (4.3a) – bj≤bb+2x (4.3b) – bj≤bb+0.5hc ? 式中hc——柱截面高度 (4.3c) 13 4.1.4 材料强度选择及填充墙布置要求 ? 1.材料强度 ? 最低要求: –现浇框架梁、柱、节点 –按一级抗震等级设计时,不应低于C30; –按二~四级和非抗震设计时,不应低于C20。 ? 最高要求: –现浇框架梁不宜大于C40; –框架柱,9度时不宜大于C60, – 8度时不宜大于C70。 14 2. 填充墙布置要求 ? 框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙 体; ? 抗震设计时,框架结构如采用砌体填充 墙,其布置应符合下列要求: –1 避免形成上、下层刚度变化过大; –2 避免形成短柱; –3 减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。 15 抗震设计时,砌体填充墙及隔墙应具 有自身稳定性,并应符合: ? 1) 砌体的砂浆强度等级不应低于M5, 墙顶应与框架梁或楼板密切结合; ? ?2)砌体填充墙应沿框架柱全高每隔 500mm左右设置2根直径6mm的拉筋,拉 筋伸入墙内的长度,6、7度时不应小 于墙长的1/5且不应小于700mm,8、9 度时宜沿墙全长贯通; 16 抗震设计时,砌体填充墙及隔墙应具 有自身稳定性,并应符合: ? 3) 墙长大于5m时,墙顶与梁(板) 宜有钢筋拉结;墙长大于层高的2倍时, 宜设置钢筋混凝土构造柱; ? 4)墙高超过4m时,墙体半高处(或 门洞上皮)宜设置与柱连接且沿墙全 长贯通的钢筋混凝土水平系梁。 17 18 4.1.5 设计计算要点及程序框图 ? 框架结构纵横向均应设计成刚性连接框架; ? 框架结构宜采用正方形截面和对称配筋; ? 角柱或纵横框架的共用柱,应采取双向弯曲 来进行柱截面设计; ? 设计强柱型框架,尽量形成梁铰侧移机构; ? 尽量符合“强柱弱梁、强剪弱弯、强节弱杆、 强压弱拉”的 抗震设计准则; ? 框架结构体系应避免采用大底盘建筑形式, 采用时,主楼周围应设置防震缝; 19 框架结构设计框图 根据高宽比限值确定三维几何参数 柱网布置 梁柱选型(初估) 计算单元选取 计算简图选取及荷载计算 塑像荷