钢筋混凝土框架结构设计.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,#,钢筋混凝土框架结构设计,主要设计规范,建筑结构荷载规范,(GB50009-2001),砌体结构设计规范,(GB50003-2001),砼结构设计规范,(GB50010-2002),建筑抗震设计规范,(GB50011-2001),高层建筑砼结构技术规程,(JGJ3-2002),建筑地基基础设计规范,(GB50007-2002),结构设计的前期工作,了解建筑布置和功能要求,建筑物设计基准期、建筑物重要性,建筑层数、总高、各层层高、柱网尺寸,各房间主要功能,围护墙材料,了解建筑构造做法（楼、屋面及墙面）,收集结构设计的基本条件,了解其他相关专业对结构的要求,建筑构造做法,楼面、屋面,楼面做法,一般楼面做法,(,铺地砖,),用于普通房间,办公、住宅等,高级楼面做法,(,铺石材,),用于高级装修,走廊、门厅、电梯厅、楼梯间等,防水楼面做法,(,有防水层,),卫生间、浴室等,简易楼面做法,(,水泥砂浆面层,),储藏室、电梯机房、出屋面楼梯间等,屋面做法,上人屋面,非上人屋面,建筑构造做法,墙面,外墙,刷涂料外墙,贴石材外墙,铝塑板,(,铝板,),外墙,玻璃幕外墙,内墙,刷涂料内墙,贴瓷砖内墙,结构设计的基本条件,地质资料,地基持力层范围内主要土层情况,地基持力层及其承载力特征值,气象资料,基本风压,最大冰冻深度,抗震资料,抗震设防分类,场地类别、场地特征周期,T,g,抗震设防烈度、设计地震分组,其他相关专业对结构的要求,给排水专业,上下水管线进出户的标高,高位水箱的设置,暖通专业,暖管线进出户的标高,集中空调与吊顶及梁高的关系,防排烟及加压送风井的设置,电气专业,电缆沟及电缆桥架,管道集中竖井,构造要求,截面设计,变形验算,内力及位移计算,荷载计算,框架结构分析流程,计算模型,结构布置,结构布置原则,结构体系,双向抗侧力体系,框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。,刚接体系,除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度和整体性；抗震设计时不宜采用单跨框架。,纯框架体系,抗震设计的框架结构，不应采用部分由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重结构，不应采用砌体墙承重。,结构布置原则,结构受力,结构传力路径简单、合理,有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，减少扭转,抗震子结构明确,结构规则,平面：简单、规则、对称、均匀；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）；质心于刚心宜接近，避免,平面不规则结构，,立面：沿高度之刚度、强度、质量分布均匀、连续；避免,立面不规则结构。,结构布置,柱网尺寸,框架结构的柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数；,框架结构的柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求、施工条件及材料设备等各方面因素来确定。,房屋长度较大时，需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂。因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。,柱网尺寸的适宜范围,内廊式柱网,常为对称三跨,(A+B+A),：,A,边跨跨度,(,房间进深,),：常为,6m,、,6.6 m,、,6.9m,B,中间跨为走廊，跨度常为,2.4m,、,2.7m,、,3.0m,开间方向，柱距为,68.4m,。,常用于旅馆、办公楼、宿舍、教室、医院等。,等跨式柱网,进深常为,6m,、,7.5m,、,9 m,、,12m,，从经济考虑不宜超过,9m,。,开间方向的柱距常为,69m,。,适用于厂房、仓库等。,框架梁截面尺寸,梁宽不宜小于,200mm,，且不宜小于柱宽的,1/2,（节点要求，联结紧密）；,梁截面的高宽比小于,4,（抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能）；,梁净跨与截面高度之比宜大于,4,（避免形成深梁，以抗剪为主，脆性破坏,）,考虑强度与刚度的需要，取值如下：,框架梁高,h,1/81/14,l,，,l,为梁跨；通常取,1/10,l,；,框架梁宽,b,=1/21/3,h,；,一般不小于,300mm,。,柱截面尺寸,构造要求,柱的截面高度不宜小于,300mm,小于,300mm,时，其承载力折减,20%,。,在纵横两个方向上不宜相差过大。,矩形柱边长比不宜超过,1.5,，一般采用方形柱。,柱净高与截面高度之比不宜小于,4,小于,4,，变形能力要求较高，因为短柱刚度大易剪坏，需设全长加密箍筋。,层高与柱截面高度之比不宜大于,15,经验数值，大于,15,时不易满足水平侧移要求。,柱截面尺寸,柱的截面尺寸估算（按轴压比）,c,：允许轴压比，三级,0.9,二级,0.8,一级,0.7,。,竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值,N,。,r,G,：分项系数，取为,1.2,；,w,：单位面积重量，取为,1214kN/m,2,；,S,：柱承载楼面面积；,n,：柱设计截面以上楼层数；,1,：一、二级抗震设计角柱为,1.3,其余为,1.0,2,：由于水平力使轴力增大的系数，,7,度,1.05,，,8,度,1.1,，,9,度,1.2,。,次梁截面尺寸,次梁的作用,承托围护墙、隔墙,减小板的跨度,洞口边缘的封梁,次梁截面尺寸,梁高,h,（,l,为梁跨）,简支梁：,h,1/121/15,l,；连续梁：,h,1/121/20,l,井字梁：,h,1/151/20,l,；悬挑梁：,h,1/51/7,l,梁宽,b,梁宽,b,=1/21/3,h,；,一般不小于,200mm,。,现浇板的厚度,对板厚的要求,满足承载力和刚度要求,满足防火要求,满足预埋暗管的要求,板厚,h,的取值（,l,为板跨）,板厚与板跨的最小比值,简支单向板：,h,=1/30,l,；简支双向板：,h,=1/40,l,；,连续单向板：,h,=1/40,l,；连续双向板：,h,=1/50,l,；,悬臂板：,h,=1/12,l,；,最小板厚,一般为,80mm,，,预埋暗管时不小于,100,mm,计算模型,程序方法,空间协同分析方法,杆件有限元方法,三维杆件,薄壁杆件空间分析方法,有限元或有限条方法,应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构。,简化方法（近似计算）,平面结构协同分析,广泛用于由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构。,平面刚架模型,近似假定能基本反映实际情况,计算结果有一定精度，方便、适用,荷载计算,竖向荷载,恒载,G,k,可变荷载,(,活载,)Q,k,按负荷面积折减,活载最不利布置,水平荷载,风荷载,W,k,地震作用,(,偶然作用,)E,k,W,k,G,k,Q,k,Q,k,E,k,竖向荷载,恒载导算,按照建筑专业给定的做法计算,一般楼面做法,(,铺地砖,),高级楼面做法,(,铺石材,),防水楼面做法,(,有防水层,),简易楼面做法,(,水泥砂浆面层,),上人屋面,非上人屋面,墙体荷载,（抹灰、石材、涂料）,永久设备荷载,活载：按照,荷载规范,的规定取值,一般楼面做法,(,铺地砖,),以下各种楼（屋）面做法及墙体做法均为华北地区某工程实际做法，其它地区参照当地实际做法。,楼面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),铺地砖面层,10,20,0.2,1:4,水泥砂浆结合层,20,20,0.4,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,楼面恒载标准值,4.34,高级楼面做法,(,铺石材,),楼面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),石材面层,20,28,0.56,1:4,水泥砂浆结合层,30,20,0.6,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,楼面恒载标准值,4.90,防水楼面做法,(,有防水层,),楼面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),防滑地砖面层,10,20,0.2,1:4,水泥砂浆结合层,30,20,0.6,C20,细石砼找坡,60,25,1.5,聚胺脂防水涂层,2,12,0.02,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,楼面恒载标准值,6.06,简易楼面做法,(,水泥砂浆面层,),楼面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),1:1.5,水泥砂浆面层,20,20,0.4,1:2.5,水泥砂浆底层,10,20,0.2,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,楼面恒载标准值,4.0,上人屋面,屋面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),地砖,10,20,0.2,1:4,水泥砂浆结合层,25,20,0.5,高分子防水卷材,4,12,0.05,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,聚苯保温板,100,4,0.4,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,1:6,水泥焦渣找坡,80,15,1.2,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,屋面恒载标准值,6.50,非上人屋面,屋面做法,厚度,（,mm),容重,(KN/m,3,),重量,KN(m,2,),SBS,改性沥青防水卷材,4,12,0.05,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,聚苯保温板,100,4,0.4,1:3,水泥砂浆找平层,20,20,0.4,1:6,水泥焦渣找坡,80,15,1.2,钢筋混凝土楼板,120,25,3.0,板底,20,厚粉刷抹平,20,17,0.34,屋面恒载标准值,5.80,墙体荷载,墙体荷载一般先导算为平米容重，再根据各层层高导算为作用在梁上的线荷载。,以加气砼砌块墙双面摸灰为例：,（外墙,300mm,厚，内墙,200mm,厚，摸灰,20mm,）,考虑到组砌时在洞口处混砌部分粘土砖，按照,8:2,混砌比例计算砌体容重：,砌体容重：,80.8+190.2=10.2kN/m,3,外墙：,0.310.2+0.0220=3.46kN/m,2,内墙：,0.210.2+0.0220=2.44kN/m,2,若某层墙体净高为,3m,，则作用在梁上的线荷载导算为：,外墙：,3.46kN/m,2,3=10.38 kN/m,内墙：,2.44kN/m,2,3=7.32 kN/m,2,组砌时，混砌比例可根据墙体实际情况调整。,竖向荷载集成,分析水平地震作用下结构内力,仅计算荷载总值,即重力荷载代表值,分析竖向荷载作用下结构内力,根据荷载传递路径求出作用在某榀框架上的力（集中力或分布荷载）,风荷载,基本风压，按全国基本风压分布图采用，,0.30kN/m,2,风压高度变化系数,风荷载体型系数,风振系数,作用在框架上的风荷载,B,i,：框架柱受风面宽度,(m),；,h,j,：框架本层层高,(m),；,h,j+,1,：框架上层层高,(m),；,P,Wj,h,j,h,j+,1,水平地震作用,抗震设防目标及实现目标的途经,水平地震作用的计算范围和原则,水平地震作用的计算方法,水平地震作用的计算模型,水平地震作用的主要参数,底部剪力法计算水平地震作用,三水准要求,水准,涵义,要 求,第一水准,小震不坏,当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用,第二水准,中震可修,当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用,第三水准,大震不倒,当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏,两阶段设计,目 标,烈 度,受力状态,作用效应组合,小震不坏（隐含中震可修）,多遇烈度,(,小震,),弹性,(,部分弹塑性,),承载力验算采用基本组合；,层间弹性位移计算采用短期效应组合。,大震不倒,罕遇烈度,(,大震,),弹塑性,层间弹塑性位移验算采刚短期效应组合。,第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；,大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。,水平地震作用的计算原则,计算范围,多层建筑，,6,度区，除甲类建筑外，可不计算,水平地震作用。,高层,建筑，,6,度区及以上均需计算,水平地震作用,。,计算原则,一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算,斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算,质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响,水平地震作用的计算方法,结构,方法,使用范围,弹性,底部剪力法,高度不超过,40m,，以剪切变形为主，质量和刚度沿高度分布较均匀,振型分解,反应谱法,不满足底部剪力法应用条件的结构,时程分析法,(,补充计算,),甲类建筑、特别不规则的建筑,H100m,，,8,度,I,、,II,类场地和,7,度,H80m,，,8,度,III,、,IV,类场地,H60m,，,9,度,弹塑性,简化方法,（略）,时程分析法,（略）,计算模型,集中质量模型,首层层高,应计算至基础顶面,基础顶面位置应位于冰冻线深度及管道埋深以下。,水平地震作用的主要参数,地震动特性方面,抗震设防烈度,及,设计地震分组,建筑抗震设计规范,（,GB50010-2001,）附录,A,地质勘探报告,场地类别,场地特征周期,结构动力特性方面,建筑质量（重力荷载）,结构自振周期,T,1,结构阻尼比,（材料）,场地类别的划分,0 3 5 15 50 80,场地覆盖层厚度（,m,）,场地土类型,500,250,140,等,效,剪,切,波,速,速,m/s,场地特征周期,T,g,设计地震分组,场地类别,I,II,III,IV,第一组,0.25,0.35,0.45,0.65,第二组,0.30,0.40,0.55,0.75,第三组,0.35,0.45,0.65,0.90,重力荷载代表值,G,j,重力荷载代表值,G,j,永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值,+,可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值,j,层永久荷载标准值,组合值系数，一般取,0.5,可变荷载标准值,总重力荷载代表值,G,E,=,G,j,结构自振周期,T,1,能量法,结构自振周期,T,1,的调整,实际结构往往是比较复杂的，计算简图都经过简化，计算所得的周期要比实际周期长。,无论采用哪种计算模型，上述误差都是存在的。因此，周期计算值必须进行折减。,周期折减系数取决于结构形式和砌体填充墙的多少。当非承重墙体为填充砖墙时，框架结构可取,0.60.7,；采用其它非承重墙体时，可取,0.70.8,，一般取,0.8,。,设计反应谱,水平地震影响系数曲线,水平地震影响系数,水平地震影响系数,地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。,烈度,6,7,8,9,多遇地震,0.04,0.08,0.16,0.32,罕遇地震,-,0.50,0.90,1.40,水平地震影响系数最大值,正常使用极限状态荷载效应组合,荷载效应组合,标准组合,表达式与承载力极限状态相同,荷载分项系数取,1.0,荷载效应类型,构件裂缝宽度,梁挠度,结构水平侧移,目的,防止主要结构开裂、损坏,防止填充、装修开裂、损坏,防止过大侧移，以引发人的不适,防止产生过大的附加内力,抗震变形验算,多遇地震作用下弹性变形验算,弹性层间位移,弹性层间位移角限值,层高,1/550,抗震变形验算,薄弱层,弹塑性变形验算,薄弱层部位的确定,底层,薄弱层弹塑性变形计算,简化方法,弹塑性层间位移,弹塑性层间位移角限值,层高,1/50,弹性层间位移,弹塑性层间,位移增大系数,承载力极限状态荷载效应组合,组合类别,非抗震设计,抗震设计,重力荷载,S=,G,C,G,G,k,+,Q,C,Q,Q,k,G,永久荷载控制：,=1.35,可变荷载控制：永久荷载效应对结构有利时,1.0,；,永久荷载效应对结构不利时,1.2,Q,一般,1.4,；,Q4.0kN/m,2,时,1.3,重力荷载,+,风荷载,S=,G,C,G,G,k,+(,Q,C,Q,Q,k,+,W,C,W,W,k,),=0.85,，,W,=1,.4,重力荷载,+,地震作用,S,E,=,G,C,G,G,E,+,Eh,C,Eh,E,h,k,G,E,=G,k,+,Q,Q,k,，,Q,=0.5,，,Eh,=1,.3,构件截面承载力验算,条件,构件控制截面,各截面中，内力最大的截面,构件特性,控制截面的最不利内力组合,荷载组合特性,截面承载力验算表达式,无地震作用组合,0,S,R,有地震作用组合,S,E,R,/,RE,S,（,S,E,）,基本组合,非抗震结构仅需进行无地震作用组合（,S,）,抗震结构必须进行有、无地震作用组合（,S,、,S,E,）,R,抗震结构抗弯承载能力,R,=,非抗震结构抗弯承载能力,R,抗震结构抗剪承载能力,R,非抗震结构抗剪承载能力,R,构件控制截面及其最不利内力,梁,支座：,M,max,，,-,M,max,|,V,max,|,跨中：,M,中,柱,端部截面,N,，,M,x,，,M,y,，,V,x,，,V,y,-,M,max,M,max,-,M,max,M,max,M,中,|,V,max,|,N,M,x,M,y,V,x,V,y,N,M,x,M,y,V,x,V,y,梁控制截面最不利内力组合,(,永久荷载效应对结构有利,),(,永久荷载起控制作用时,),(,可变荷载起控制作用时,),(,地震组合,),支座弯矩,跨中弯矩,(,永久荷载起控制作用时,),(,可变荷载起控制作用时,),(,地震组合,),梁端剪力,(,永久荷载起控制作用时,),(,可变荷载起控制作用时,),(,地震组合,),柱控制截面最不利内力组合,y,方向,地震,x,y,M,x,M,y,V,x,V,y,N,无地震,x,方向,地震,抗震结构的延性要求,保证延性的措施,罕遇地震作用下的弹塑性变形验算,根据结构抗震等级采取相应构造措施,结构抗震等级根据,设防烈度,、结构类型、结构高度,确定。,延性框架结构设计原则,强节点（锚固）弱构件,强柱弱梁,强剪弱弯,构造措施,抗震结构必须根据以上原则进行内力调整,抗震框架构件内力调整,梁,柱,弯,剪,强,剪,弱,弯,1.4,1.2,1.1,1.3,1.2,1.1,底层柱下端,1.5,1.25,1.15,角柱,1.10,1.35,，,1.2,强节点弱构件,节点剪力,弯,剪,1.3,1.2,1.1,1.4,1.2,1.1,强柱弱梁,框架结构构造要求,延性问题,截面延性,构件延性,结构延性,梁：与截面延性有关；与构件延性有关,受压区高度，剪压比、跨高比、配箍率，配箍率,柱：,剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、配箍率，体积配箍率,节点：,钢筋粘结、锚固，体积配箍率,