混凝土结构下册第3章-钢筋混凝土框架结-构设计【执行文案】.ppt

,混凝土结构,(,下,),第三章 钢筋混凝土框架结构,第 三 章,钢筋混凝土框架结构,本 章 目 录,3.1,框架结构体系及布置,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,3.4,荷载效应组合原则,3.5,框架结构的设计,框架结构是多高层建筑的一种主要结构形式。在学习过程中应了解框架结构体系选择方法、结构布置原则及计算简图的确定，并应掌握竖向荷载作用下框架内力分析的分层法，水平荷载作用下框架内力分析的反弯点法和,D,值法等内力和变形的近似计算方法。要领会荷载效应组合的原则、构件截面设计的方法及框架结构的构造要求。,本章提要,1.,框架结构的组成,钢筋混凝土框架结构，是指由钢筋混凝土横梁、纵梁、柱和基础等构件所组成的结构，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用，见下图。,钢筋混凝土框架结构已广泛应用于电子、轻工、食品、化工等多层厂房和住宅、办公、商业、旅馆等民用建筑。这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，能够获得较大的使用空间，建筑立面容易处理，可以适应不同房屋造型。,一、框架结构体系,3.1,框架结构体系及布置,图,3.1,框架结构图,(a),平面图；,(b)-,剖面图,一、框架结构体系,3.1,框架结构体系及布置,一、框架结构体系,3.,框架结构布置方案,框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。,在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：,（,2,）纵向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见右图。,图,3.3,框架结构图,3.1,框架结构体系及布置,一、框架结构体系,3.,框架结构布置方案,框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。,在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：,（,3,）纵横向框架混合承重方案,在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置，见右图。,图,3.4,框架结构图,3.1,框架结构体系及布置,二、变形缝,在初步设计阶段，确定结构方案，进行结构平面布置时，除了要考虑梁、柱、墙等结构构件的布置外，还要考虑是否要设置变形缝。用变形缝将房屋分成若干独立的部分，可以消除结构不规则、收缩和温度应力、不均匀沉降对结构的有害影响。,变形缝有,沉降缝、伸缩缝、防震缝,。,3.1,框架结构体系及布置,为防止地基不均匀或房屋层数和高度相差很大引起房屋开裂而设的缝称为,沉降缝,。,沉降缝不但上部结构要断开，基础也要断开。,抗震设防的结构，沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽度的要求。,1.,沉降缝,二、变形缝,3.1,框架结构体系及布置,在建筑物的下列部位宜设置沉降缝：土层变化较大处；地基基础处理方法不同处；房屋在高度、重量、刚度有较大变化处；建筑平面的转折处；新建部分与原有建筑的交界处。,沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理。,二、变形缝,(a),设挑梁（板）；,(b),设预制板（梁）,图,3.5,3.1,框架结构体系及布置,二、变形缝,3.1,框架结构体系及布置,沉降缝的处理：,设置沉降缝后，上部结构应在缝的两侧分别布置抗侧力结构，形成所谓双梁、双柱和双墙的现象。但将导致其他问题，如建筑立面处理困难、地下室渗漏不容易解决等。一般地，建筑物各部分不均匀沉降差大体上有三种方法来处理：,二、变形缝,3.1,框架结构体系及布置,放,设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免出现由于不均匀沉降时产生的内力。,采用“放”的方法在结构设计时比较方便，但将导致建筑、设备、施工各方面的困难。,抗,采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差；后者则用基础本身的刚度来抵抗沉降差。,采用“抗”的方法不设缝，基础材料用量多，不经济。,二、变形缝,3.1,框架结构体系及布置,调,在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。,采用“调”的方法，采用介于两者之间的办法，调整各部分沉降差，在施工过程中留出后浇带作为临时沉降缝，等到各部分结构沉降基本稳定后再连为整体。,二、变形缝,3.1,框架结构体系及布置,通常有以下“调”的方法不设永久性沉降缝：,调整地基上压力主楼和裙房采用不同的基础形式；调整地基上压力，使各部分沉降基本均匀一致，减少沉降差；,调整施工顺序施工先主楼，后裙房；主楼工期较长、沉降大，待主楼基本建成，沉降基本稳定后，再施工裙房，使后期沉降基本相近。,预留沉降差地基承载力较高、有较多的沉降观测资料、沉降值计算较为可靠时，主楼标高定得稍高，裙房标高定得稍低，预留两者沉降差，使最后两者实际标高一致。,二、变形缝,混凝土收缩和温度应力常常会使混凝土结构产生裂缝。为了避免收缩裂缝和温度裂缝，房屋建筑可以设置,伸缩缝,。在建筑中，顶层和底层温度应力问题比较严重，容易出现裂缝。,伸缩缝只设在上部结构，基础可不设伸缩缝。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距见下表。,2.,伸缩缝,环境条件,框架类别,室内或土中（,m,）,露天（,m,）,装配式,75,50,现浇式,55,35,3.1,框架结构体系及布置,二、变形缝,当建筑物平面复杂或房屋各部分刚度、高度和重量相差悬殊时，在地震作用下薄弱部位容易造成震害。,处理的措施一种是加强各部分的连接，使整个结构整体性很强。另一种是设置防震缝，将房屋划分成简单规则的形态，使每部分成为独立的抗震单元。故在抗震设计时，建筑物各部分之间的关系应明确：如分开，则彻底分开；如相连，连接牢固。,3.,防震缝,3.1,框架结构体系及布置,三、框架梁、柱截面尺寸,承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以,T,形（见图,3.6(a),）为多；在装配式框架中可做成矩形、,T,形、梯形和花篮形（见图,3.6(b)(g),）等。,不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用,T,形、,形、矩形、形、,L,形等，见图,3.7,。,框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。,1.,梁、柱截面的形状,3.1,框架结构体系及布置,三、框架梁、柱截面尺寸,图,3.6,框架横梁截面形式,图,3.7,框架连系梁截面形式,3.1,框架结构体系及布置,三、框架梁、柱截面尺寸,2.,梁、柱截面尺寸,（,1,）框架梁,梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高,h,b,一般可取,(1/8-1/12)l,b,(l,b,为梁的计算跨度），梁净跨与截面高度之比不宜小于,4,。梁的宽度,b,b,=(1/2-1/3)h,b,，一般不宜小于,200mm,。,选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。,（,2,）框架柱,柱截面的宽度,b,c,和高度,h,c,一般取（,1/15-1/20),层高。为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的,h,c,/b,c,不宜大于,3,，柱截面的边长不宜小于,250mm,。,3.1,框架结构体系及布置,三、框架梁、柱截面尺寸,3.,梁截面的惯性矩,框架结构内力和位移计算中，需要计算量的抗弯刚度，在初步确定梁的截面尺寸后，可按材料力学方法计算梁截面惯性矩。由于楼板作为框架梁的翼缘参与工作，使得梁的刚度有所提高，为了简化计算，作如下规定：,图,3.8,框架结构的刚度取值,（,1,）对现浇楼面的整体框架，中部框架梁,I=2I,0,；边框架梁,I=1.5I,0,。其中,I,0,为矩形截面梁的惯性矩（图,3.8(a),。,3.1,框架结构体系及布置,三、框架梁、柱截面尺寸,3.,梁截面的惯性矩,框架结构内力和位移计算中，需要计算量的抗弯刚度，在初步确定梁的截面尺寸后，可按材料力学方法计算梁截面惯性矩。由于楼板作为框架梁的翼缘参与工作，使得梁的刚度有所提高，为了简化计算，作如下规定：,图,3.8,框架结构的刚度取值,（,2,）对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁,I=1.5I,0,；边框架梁,I=1.2I,0,（图,3.8(b),。,3.1,框架结构体系及布置,3.,梁截面的惯性矩,框架结构内力和位移计算中，需要计算量的抗弯刚度，在初步确定梁的截面尺寸后，可按材料力学方法计算梁截面惯性矩。由于楼板作为框架梁的翼缘参与工作，使得梁的刚度有所提高，为了简化计算，作如下规定：,图,3.8,框架结构的刚度取值,三、框架梁、柱截面尺寸,（,3,）对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，,I=I,0,（图,3.8(c),）。,3.1,框架结构体系及布置,四、框架结构计算简图,框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。,为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图,3.9,中阴影部分所示。,图,3.9,框架的计算单元,3.1,框架结构体系及布置,3.1,框架结构体系及布置,四、框架结构计算简图,在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置（图,3.10(a),），当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线（图,3.10(b),）。,图,3.10,框架柱轴线位置,1.,多层多跨框架在一般竖向荷载作用下，侧移是比较小的，可作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析；,2.,各层荷载对其他层杆件内力影响不大。,因此，在近似方法中，可将多层框架简化为单层框架，即分层作力矩分配计算。,一、,多层多跨框架的变形与内力特点,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,侧移忽略不计，可作为无侧移框架按力矩分配法进行内力分析；,各层荷载对其他层杆件内力影响忽略不计。,因此，每层梁上的荷载只在该层梁及与该层梁相连的柱上分配和传递。,二、,分层法的基本假定,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,1.,将多层框架简化为单层框架，分层作力矩分配计算；,三、,分层法的要点,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,2.,分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩；上下两层计算所得同一根柱子的内力叠加，得到柱子内力。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,三、,分层法的要点,计算时假定上、下柱的远端是固定的，这与实际不符，因而，除底层外，可以将上层各柱线刚度乘以,0.9,加以修正，梁的刚度不变。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,三、,分层法的要点,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,1.0,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,1.0,0.9,0.9,0.9,0.9,0.9,计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数。,按修正后的刚度计算各节点周围杆件的杆端分配系数。所有上层柱的传递系数取,1,3,，底层柱的传递系数取,1,2,。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,三、,分层法的要点,1/3,1/2,1/3,1/3,1/3,1/3,1/3,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,1.,计算各层梁上竖向荷载值和梁的固端弯矩；,2.,将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端；,3.,计算梁、柱线刚度；,4.,计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数；,5.,按力矩分配法计算单层梁、柱弯矩；,6.,将分层计算得到的、但属于同一层柱的柱端弯矩叠加得到柱的弯矩。,四、,分层法的计算步骤,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,有现浇楼面的梁，宜考虑楼板的作用：每侧可取板厚,6,倍作为楼板的有效作用宽度。,6h,1.,梁、柱线刚度的计算,:,五、,几点注意,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,设计中，可近似按下式计算梁的截面惯性矩。,一边有楼板 两边有楼板,一般情况下，分层计算法所得杆端弯矩在各节点不平衡，如果需要更精确的结果时，可将节点的不平衡弯矩再进行分配。,2.,分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,五、,几点注意,3.,在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。,4.,在竖向荷载作用下，可以考虑两端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅。,调幅系数为：现浇框架：,0.80.9,；,装配式框架：,0.70.8,5.,柱轴力的计算,柱子轴力可由其上柱传来的竖向荷载和本层轴力叠加得到。,本层轴力根据与梁的剪力平衡求得。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,五、,几点注意,6.,梁端负弯矩减小后，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。,梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的一半。如为均布荷载，则,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,五、,几点注意,7.,竖向荷载产生的梁弯矩应先进行调幅，再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合，求出各控制截面的最大、最小弯矩值。,例,3-1,用分层计算法作出右图所示框架的弯矩图。图中括号内为杆件的线刚度的相对值。,q=2.8kN/m,q=3.8kN/m,q=3.4kN/m,7.50m,5.60m,3.80m,4.40m,(7.63),(10.21),(7.63),(9.53),(12.77),(4.21),(4.21),(4.21),(7.11),(4.84),(3.64),六、计算实例,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,1.,将框架分层，各层梁跨度及柱高与原结构相同，柱端假定为固端。,解,：,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,2.,计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数,注意：,上层各柱线刚度都要先乘以,0.9,，然后再计算各节点的分配系数。,上层各柱远端弯矩等于各柱近梁端弯短的,1,3(,即传递系数为,1,3),。底层各柱及各层梁的远端弯矩为近端弯矩的,1,2(,即传递系数为,1,2),。,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,0.667,0.333,0.363,0.472,0.175,0.864,0.136,0.186,0.384,0.466,0.122,0.307,0.156,0.413,0.709,0.089,0.202,各节点处的分项系数,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,由结构力学公式可知在均布荷载作用下两端的固端弯矩为,4.,按力矩分配法计算单层梁、柱弯矩（如下页图,1,、,2,所示）。,3.,计算梁的固端弯矩,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,图,1,上层各柱线刚度都要先乘以,0.9,，然后再计算各节点的分配系数,传递系数为,1,3,传递系数为,1,2,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,图,2,上层柱线刚度要乘以,0.9,、底层柱不用修正，然后再计算各节点的分配系数,传递系数为,1,2,传递系数为,1,3,传递系数为,1,2,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,5.,把图,1,和图,2,结果叠加，可以得到各杆的最后弯矩图,(,图,3),。,注：,图中括号内数值是考虑结点线位移的弯矩。本例题中梁的误差较小，而柱的弯矩误差较大。,图,3,3.2,竖向荷载作用下的近似计算方法,六、计算实例,1.,反弯点的概念,反弯点,是指构件上弯矩为零的点。,在反弯点处构件截面上没有弯矩，只有轴力和剪力。,在反弯点处截开构件，截面上未知内力较少。,轴力,剪力,剪力,轴力,弯矩,弯矩图,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,2.,反弯点法的思路,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,(2),根据柱子的反弯点位置，由各柱剪力求得柱端弯矩；,(3),由结点平衡求出梁端弯矩和剪力。,轴力,剪力,下柱弯矩,上柱弯矩,左端弯矩,右端弯矩,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,(1),一般先要把作用在每个楼层上的总风力和总地震力即总水平荷载，分配到各榀框架上，再进行平面框架的内力分析，可按柱的抗侧刚度直接分配到每根框架柱，求得各柱的剪力；,3.,反弯点法的基本假定,框架梁的抗弯刚度无穷大时，框架柱两端转角为零。,根据两端无转角但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程，柱剪力与水平位移的关系为,(1),假定框架梁的抗弯刚度无穷大。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,因此，柱的抗侧刚度为,其中：,柱抗侧刚度的物理意义是：单位位移下柱的剪力。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,忽略梁的轴向变形时，同一楼层中各柱端侧移相等，均为,j,，第,j,层第,i,个柱子的剪力如下：,(2),假定梁的轴向变形很小，可以忽略。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,所以，第,j,层第,i,根柱子分担的剪力为：,假定第,j,层共有,m,根柱子，第,j,层的总剪力为,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,4.,反弯点的位置,当梁柱的线刚度比超过,3,时，一般楼层柱端的转角很小，反弯点接近中点，可假定它就在中点。,底层柱由于底端固定而上端有转角（虽然很小），反弯点上移，通常假定反弯点在距底端,2h/3,高度处。,h,为楼层高度。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,5.,反弯点法的计算要点,、多层多跨框架在水平荷载作用下，当梁柱线刚度之比值,i,b,/i,c,3,时，可采用反弯点法计算杆件内力。,、计算各柱抗侧刚度，并由各柱抗侧刚度把该层总剪力分配到每根柱上。,、根据柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。,、根据结点平衡计算梁端弯矩。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,反弯点处弯矩为零，剪力不为零。反弯点处的剪力可按下述方法计算：,F,3,F,2,F,1,l,1,l,2,h,3,h,2,h,1,F,3,F,2,F,1,l,1,/2,h,3,/3,l,1,/2,l,2,/2,l,2,/2,h,3,2/3,h,1,/2,h,1,/2,h,2,/2,h,2,/2,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,沿顶层各柱反弯点处取脱离体，如下图所示,F,3,V,31,V,32,V,33,3,3,3,(1),顶层,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,由：,又,所以，得：,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,因此，各柱的剪力为：,柱的抗侧刚度,柱的剪力分配系数,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,柱的抗侧刚度,d,：,为使柱顶产生单位位移所需的水平力，如下图所示,柱的抗侧刚度按下式计算：,=1,h,d,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,沿第二层各柱的反弯点处取脱离体，如下图所示,由脱离体可得各柱的剪力为：,F,2,F,3,V,21,V,22,V,23,(2),第二层,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,沿底层各柱的反弯点处取脱离体，如下图所示,由脱离体可得各柱的剪力为：,F,3,F,2,F,1,V,11,V,12,V,13,(3),第一层,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,6.,反弯点处剪力的计算,框架各杆的弯矩可按下述方法求得：,(1),先求各柱弯矩。,将反弯点处剪力乘反弯点到柱顶或柱底距离，可以得到柱顶和柱底弯矩。,计算柱端弯矩的方法：,上层柱：上下弯矩相等,底层柱：上下端弯矩：,7.,框架弯矩的计算,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,计算梁端弯矩的方法：,根据结点平衡,对于边柱：,对于中柱：,(2),再由节点弯矩平衡求各梁端弯矩。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,7.,框架弯矩的计算,8.,梁端剪力的计算方法,根据梁力的平衡,梁两端的剪力：,L,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,(1),确定各柱反弯点位置；,(2),分层取脱离体计算各反弯点处剪力；,(3),先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按梁的相对线刚度分配节点处柱端不平衡弯矩。框架的最终弯矩图如右图所示。,9.,反弯点法计算框架内力的步骤,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,反弯点法适用于梁的线刚度与柱的线刚度之比不小于,3,。反弯点法常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用下的弯矩值。,10.,反弯点法的适用范围,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,11.,计算实例,例：利用反弯点法画出该框架的弯矩图，图中括号内数字为各杆的线刚度。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,解,：,当同层各柱,h,相等时，各柱抗侧刚度,d,12i,c,h,2,，可直接用,i,c,计算它们的分配系数。这里只有第,3,层中柱与同层其他柱高不同，作如下变换，即可采用折算线刚度计算分配系数。,折算线刚度,i,c,=(4,2,/4.5,2,)i=(16/20.3)2=1.6,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,计算过程见右图：,反弯点,梁端弯矩按线刚度进行分配,最后弯矩图见右图，括号内数字为精确解。本例表明，用反弯点法计算的结果、除个别地方外，误差是不大的。,一、反弯点法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,反弯点法是在考虑柱侧移刚度,d,时，假定结点转角为零亦即假设梁柱线刚度比无穷大时的一种近似计算方法,。,对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随之增大，梁柱相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大，这样上述假设将产生较大的误差。另外，反弯点法计算反弯点高度时，假设柱上下节点转角相等，这样误差也较大，特别是在最上和最下层。,二、,D,值法,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,日本武藤清教授在分析多层框架的受力特点和变形特点的基础上作了一些假定，经过力学分析，提出了用修正的抗侧移刚度和调整反弯点的方法计算水平荷载下框架的内力。修正后的柱侧移刚度用,D,表示，故称为,D,值法。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,该方法的计算步骤与反弯点法相同，因而计算简便、实用，精度比反弯点法高。,D,值法对反弯点法做了如下改进：,修正了柱的侧移刚度，允许框架节点有转角，但假定同层各结点转角相同。,调整了柱的反弯点高度，假定柱上下端转角可以不同，对反弯点的高度进行了修正。,因此，,D,值法也是一种近似方法。随着高度增加，忽略柱轴向受形带来的误差也增大。此外，在规则框架中使用效果较好。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,1.,柱侧移刚度,D,值,一般情况下，框架节点都有转角。如果梁刚度无限大，则转角很小，可忽略而近似认为柱端固定，见右图，根据结构力学的杆端部侧移于内里关系的推导，可得柱剪力,V,与层间位移的关系：,j,j-1,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,令,d,称为,柱的抗侧刚度,，物理意义为单位位移所需推加的水平推力。,式中：,h,层高,i,c,柱线刚度,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,实际上，梁的刚度并不是无限大的，即梁柱线刚度比为有限值，也就是梁的刚度较小时，在水平荷载作用下，框架不仅有侧移且各节点都有转角。,j,j-1,j,j-1,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,由结构力学，当杆端有相对位移,，两端有转角,1,和,2,时，由转角位移方程得到：,令：,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,D,值定义是,:,柱结点有转角时，使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。,D,值也称为柱的抗侧刚度，与,d,值的定义相同。,D,值与位移和转角,均有关（即,D,值不但与柱本身刚度有关，而且与柱上下两端转动约束有关）。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,影响,D,值的因素主要有：,该柱本身刚度,i,c,，,上下梁的刚度,i,b,，,上下层柱的高度，,上下层剪力,(,即水平荷载分布情况,),，,柱所在层的位置。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,由于计算,D,值主要用来分配剪力，对于同层各柱来说，上述的,3,、,4,、,5,项影响因素是相同的，对剪力分配影响不大。所以讨论,D,值时，主要考虑柱本身刚度和梁的刚度影响。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,假定框架各层层高相等，并假定各层梁柱节点转角,相等，各层层间位移,相等，可导出,D,的表达式为,其中，,称为柱的刚度修正系数,，,与梁柱刚度比,K,有关。,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,对一般柱：,一般柱,底层柱,对底层柱：,3.3,水平荷载作用下内力和侧移的近似计算,二、,D,值法,与梁柱刚度比,K,有关：当,K,值无限大时，,=1,，所得,D,值与,d,值相等；当,K,值较小时，,0.3 f,c,b,c,h,c,时，取,N=0.3 f,c,b,c,h,c,有地震作用组合,无地震作用组合,三、框架柱的抗震设计,3.5,框架结构的设计,当轴力为拉力时，受剪承载力降低，可将上式中最后一项改为,0.2N,；当第一式右边的计算值或第二式右边括号内的计算值小于 时，取等于 ，且 不应小于 。,三、框架柱的抗震设计,3.5,框架结构的设计,最小截面尺寸,纵向钢筋,轴压比限值,箍筋加密区范围,箍筋加密区的配箍量,.,框架柱构造措施,三、框架柱的抗震设计,3.5,框架结构的设计,在设计延性框架时，除了保证梁、柱构件具有足够的承载内力和延性外，还要保证梁柱节点区的抗剪承载力，使之不过早破坏，这是十分重要的。由震害调查可见，梁柱节点区的破坏，大都是由于节点区无箍筋或少箍筋，在剪压作用下出现交叉斜裂缝，混凝土挤压破碎，造成纵向钢筋压屈成灯笼状。,因此，保证节点区不过早发生剪切破坏的主要措施是保证节点区混凝土的强度及密实性、在节点核心区配置足够的箍筋。,设计梁、柱采用不同等级的混凝土时，施工时必须注意梁柱节点部位混凝土等级应该和柱混凝土的等级相同，也可以略低。,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,根据强核芯区的抗震设计概念，在梁端钢筋屈服时，核芯区不应剪切屈服。因此，取梁端截面达到受弯承载力时的核芯区剪力作为其剪力设计值。,根据下页中柱节点受力简图，取上半部分为隔离体。,.,剪力设计值,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,梁柱节点受力简图,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,由平衡条件可得核芯区剪力,V,j,柱剪力可由梁柱平衡时柱的弯矩得到：,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,将（,b,）式代入（,a,）式得：,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,工程抗震设计中，仍然采用弯矩设计值代替受弯承载力，以简化计算。,一、二级框架的梁柱核芯区的剪力设计值,V,j,按下式计算：,核芯区剪力增大系数，一级取,1.35,，二级取,1.2,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,9,度时和一级框架结构尚应符合：,式中：,M,b,、,M,bua,分别为节点左右梁端弯矩设计值和按实配钢筋计算的抗震受弯承载力。,三、四级框架和非抗震框架的核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施要求。,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,框架梁柱节点核芯区截面的抗震受剪承载力按下式验算：,9,度抗震时，尚应满足：,.,受剪承载力验算,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,为了避免核芯区过早出现斜裂缝、混凝土碎裂，核芯区的平均剪应力不应过高。核芯区组合的剪力设计值应符合下式要求：,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,抗震设计时，框架核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜符合柱端箍筋加密区的要求。一、二、三级框架的核芯区配箍特征值分别不宜小于,0.12,、,O.10,和,0.8,，且体积配箍率分别不宜小于,0.6,、,0.5,和,O.4,。柱剪跨比不大于,2,的梁柱节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下杆端的较大的配箍特征值。,非抗震设计的框架梁柱节点核芯区也要配置箍筋，在柱内配置的箍筋延续到核芯区，箍筋间距不宜大于,250mm,。,.,构造措施,四、梁柱节点核芯区抗震设计,3.5,框架结构的设计,由于钢筋长度不够或设置施工段时，构件内纵向钢筋需要连接。,非抗震设计时，框架中纵向钢筋的搭接及纵向钢筋在柱脚和节点处的锚固都需要仔细设计，并注意保证施工质量，它们往往是容易被忽视而酿成事故的部位。,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,抗震设计时，这些连接部位更要引起重视。首先，因为地震是在短时间内的反复作用，钢筋和混凝土的粘结力容易退化。其次，因为在梁端和枝端都是塑性铰可能出现的部位。梁的塑性铰区有竖向裂缝，也有斜裂缝，如果纵向钢筋锚固、搭接不好，裂缝宽度便会加大而使混凝土更易碎裂。因此，在抗震设计时，钢筋锚固、搭接长度要求比非抗震设计时加大。,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,框架纵向钢筋的连接应能保证两根钢筋之间力的传递。框架纵向钢筋有三种常用连接方法：,机械连接,绑扎搭接,焊接连接,.,钢筋的连接,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,受力钢筋宜在构件受力较小的部位连接，抗震设计时，尽量个要在梁端、柱端、箍筋加密区等部位连接，若无法避开时，要尽可能采用机械连接，同一连接区段内受拉钢筋接头面积百分率,(,同一区段内连接的受杭钢筋与全部受拉钢筋面积之比,),不宜超过,50,。非抗震设计的框架，梁柱受拉钢筋采用绑扎搭接时允许同一连接区段内,l00,钢筋搭接。,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,搭接长度不应小于下式的计算值，且不应小于,300mm,：非抗震设计时：,抗震设计时：,式中：,非抗震设计时受拉钢筋的锚固长度；,抗震设计时受拉钢筋的锚固长度，根据抗震等级确定：一、二级 ，三级 ，四级,受拉钢筋搭接长度修正系数，同一连接区段内搭接钢筋面积百分率不大于,25,、,50,和,l00,时，分别取,1,2,、,1,4,和,1,6,。,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,非抗震设计的框架，梁、柱纵向钢筋在核芯区的锚固要求见,图,1,；抗震设计见,图,2,。梁的上部钢筋应贯穿中间接点，梁的下部钢筋可以切断并锚固于核芯区内。,.,核芯区钢筋锚固,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,非抗震设计的框架梁、柱纵向钢筋在核芯区的锚固要求,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,抗震设计的框架梁、柱纵向钢筋在核芯区的锚固要求,五、钢筋的连接和锚固,3.5,框架结构的设计,本章结束,