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文檔簡(jiǎn)介
1.預(yù)修課程:《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理(Ⅰ)》、《房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》2.課程教材:東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)合編,《混凝土結(jié)構(gòu)·中冊(cè)混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》第5版,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012年8月李國(guó)強(qiáng)、李杰、蘇小卒編,《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》第3版,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009年4月3.參考書(shū)目:方鄂華編,《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》,地震出版社,2005年8月包世華、張銅生編,《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算(上、下冊(cè))》,清華大學(xué)出版社,2005年12月4.課程考試采取閉卷,成績(jī)采用百分制記載。5.成績(jī)?cè)u(píng)定方式課程成績(jī)由四項(xiàng)構(gòu)成,即:課程作業(yè)、階段測(cè)試、集中考試、平時(shí)成績(jī)(含課堂討論、輔導(dǎo)答疑、出勤情況)。各項(xiàng)成績(jī)均以百分制評(píng)定,所占比例分別為:課程作業(yè)10%,階段測(cè)試10%、集中考試70%、平時(shí)成績(jī)10%。如學(xué)生未參加上述四項(xiàng)中的某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)的學(xué)習(xí)或考核,則對(duì)應(yīng)項(xiàng)的成績(jī)以零分計(jì)。課程作業(yè)成績(jī):在教學(xué)過(guò)程中,布置不少于3次課程作業(yè),并以各次作業(yè)成績(jī)的算術(shù)平均值為本項(xiàng)成績(jī)。階段測(cè)試:在教學(xué)過(guò)程中,分階段進(jìn)行不少于1次隨堂測(cè)試,并以各次隨堂測(cè)試成績(jī)的算術(shù)平均值為本項(xiàng)成績(jī)。集中考試:在授課結(jié)束后,進(jìn)行一次閉卷考試,該次考試的成績(jī)即為本項(xiàng)成績(jī)。平時(shí)成績(jī):在授課過(guò)程中,對(duì)課堂討論、輔導(dǎo)答疑、出勤情況進(jìn)行考核,考核次數(shù)共計(jì)不少于5次,學(xué)生如缺席某次考核,當(dāng)次考核成績(jī)以百分制的零分計(jì)。如因非學(xué)生原因出現(xiàn)其所選本門課程的授課時(shí)間與其他課程沖突的,學(xué)生應(yīng)按照學(xué)校及學(xué)院的規(guī)定及時(shí)辦理相關(guān)手續(xù),并通知任課教師,然后方可不參加本門課程的課堂教學(xué)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
框架結(jié)構(gòu)工程示例1.1框架結(jié)構(gòu)組成和布置由于高層建筑縱橫兩個(gè)方向都承受較大水平力,因此,在縱橫兩個(gè)方向都應(yīng)按框架設(shè)計(jì)。框架結(jié)構(gòu)主要由梁、柱(有時(shí)會(huì)有少量的剪力墻)和框架間填充墻組成。
按施工方法框架結(jié)構(gòu)有現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式三種。1組成
(1)柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置要滿足生產(chǎn)工藝(廠房)、建筑功能的要求;柱網(wǎng)盡量對(duì)稱、規(guī)則、均勻;柱網(wǎng)布置使結(jié)構(gòu)受力合理(教材列出三種圖示情況0;柱網(wǎng)布置應(yīng)方便施工。橫向框架承重方案縱向框架承重方案2布置(2)承重框架的布置(結(jié)構(gòu)承重方案)雙向框架承重方案(3)變形縫的設(shè)置伸縮縫:
伸縮縫的最大間距沉降縫:
建筑物相鄰部位層數(shù)或荷載相差懸殊或地基土層壓縮性變化過(guò)大宜設(shè)沉降縫。要求相鄰單元可以自由沉降,并應(yīng)考慮由于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生頂點(diǎn)位移的影響。防震縫:可以使體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑,形成多個(gè)較規(guī)則的單元。防震縫的最小寬度是根據(jù)地震中縫兩側(cè)的房屋不發(fā)生碰撞的條件確定的。防震縫的最小寬度框架當(dāng)H≤15m時(shí),δ=100mm
設(shè)防烈度為
6789度
H每增加5m4m3m2m
防震縫寬度增加20mm框架--剪力墻,縫寬為框架的70%剪力墻,縫寬為框架的50%縫寬均應(yīng)≥70mm
H按縫兩側(cè)較低的房屋高度確定;當(dāng)縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí),防震縫寬度按不利體系考慮。在地震區(qū),當(dāng)高層建筑設(shè)有伸縮縫或沉降縫時(shí),其縫寬應(yīng)按防震縫寬度確定。在多高層建筑結(jié)構(gòu)中,可通過(guò)調(diào)節(jié)建筑平面、尺寸、體型,結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接方式、配筋,設(shè)置后澆帶、膨脹加強(qiáng)帶、分段施工、加強(qiáng)保溫隔熱等措施,盡量少設(shè)縫或不設(shè)縫。1.2框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和水平位移的近似計(jì)算方法1.2.1計(jì)算單元及計(jì)算簡(jiǎn)圖1.計(jì)算單元
框架結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu),應(yīng)取整體結(jié)構(gòu)為計(jì)算單元,但對(duì)平面布置比較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu),計(jì)算中可將空間框架簡(jiǎn)化為平面框架,選出一榀或幾榀有代表性的平面框架作為計(jì)算單元,每榀框架按其負(fù)荷面積承擔(dān)荷載。框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖示意恒荷載豎向活荷載風(fēng)荷載地震作用2.計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖是由計(jì)算模型及其作用在其中的荷載共同構(gòu)成的。框架梁的跨度取柱子軸線間距離,當(dāng)柱截面變化時(shí),取最小柱截面形心線間距離;柱長(zhǎng)取建筑層高,底層算至基礎(chǔ)頂。當(dāng)有加腋梁時(shí),若Im/I<4或hm/h<1.6,則不考慮支托影響。3.框架梁慣性矩考慮樓板的影響,現(xiàn)澆樓蓋,中框架梁取I=2I0,邊框架梁取I=1.5I0;裝配整體式樓蓋,中框架梁取I=1.5I0,邊框架梁取I=1.2I0。式中I0為矩形截面慣性矩。4.荷載計(jì)算
(1)樓、屋面恒載按結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸乘以材料容重標(biāo)準(zhǔn)值,得到面荷載(kN/m2)、線荷載(kN/m)和集中荷載值(kN).(2)樓屋面活荷載根據(jù)建筑不同的使用功能查荷載規(guī)范。
(3)風(fēng)荷載計(jì)算方法同單層廠房,
(4)水平地震作用底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法、彈性時(shí)程分析方法.1.2.2框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及側(cè)移計(jì)算1框架在豎向荷載作用下的近似計(jì)算方法──分層法假定:(1)框架在豎向荷載作用下,結(jié)點(diǎn)側(cè)移忽略不計(jì);
(2)每層梁上的荷載對(duì)其他各層梁內(nèi)力的影響忽略不計(jì)。開(kāi)口框架的支座設(shè)為固定端與實(shí)際不符。為消除由此帶來(lái)的誤差,除底層外,其它各層柱的線剛度均乘以
0.9,并取柱的彎矩傳遞系數(shù)為1/3。分層后,各開(kāi)口框架的內(nèi)力可由彎矩分配法計(jì)算。最終彎矩取法為:框架梁的最終彎矩即為各開(kāi)口框架算得的彎矩;框架柱的彎矩,由上下兩相鄰開(kāi)口框架同一柱的彎矩疊加而得。最后算得的各梁柱彎矩在節(jié)點(diǎn)處一般不平衡,但誤差不大。如有需要,可將節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩再分配一次。例題:用分層法計(jì)算下圖所示框架的彎矩圖,括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示每根桿件的線剛度i=EI/l分層后的開(kāi)口框架:彎矩分配法的計(jì)算步驟:(1)、分配系數(shù)(2)、固端彎矩:根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)》或結(jié)構(gòu)力學(xué)教材查用,彎矩方向:對(duì)節(jié)點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正(可任意,但要統(tǒng)一)。(3)、分配節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩(不平衡彎矩為節(jié)點(diǎn)彎矩的代數(shù)和∑M):首先分配有較大不平衡彎矩的節(jié)點(diǎn)(用-μ∑M計(jì)算各桿分配彎矩,并在其下劃一橫線,以示暫告平衡,此彎矩不再參與分配了),同時(shí)向桿的遠(yuǎn)端傳遞彎矩(梁和底層柱,傳遞系數(shù)為1/2,其他各層柱為1/3)作為遠(yuǎn)端的不平衡彎矩(此彎矩參與分配),依次分配其他各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩并傳遞,待各桿不平衡彎矩小到可以忽略不計(jì)時(shí),即可停止進(jìn)行。(4)、各桿端的最終彎矩:即為各桿端的固端彎矩、分配彎矩及傳遞彎矩的代數(shù)和。分配系數(shù):固端彎矩:分配系數(shù):-13.1313.13-7.327.32-13.138.774.3813.13-7.327.32-6.32-3.16→←-2.48-3.32-1.23←-1.24→-1.660.834.36-1.00.41→0.421.430.23←0.72-0.40-0.54-0.20-4.7715.05-13.620.774.77-0.771.59-0.26-1.43-0.48(單位:kN-m)2框架在水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算──反彎點(diǎn)法(1)反彎點(diǎn)法的基本假定:(對(duì)于層數(shù)不多,柱截面較小,梁柱線剛度比>3的框架,為簡(jiǎn)化計(jì)算,可作如下假定。)1)在確定各柱剪力時(shí),假定框架梁剛度無(wú)限大,即各桿端無(wú)轉(zhuǎn)角,且同一層具有相同的水平位移;2)底層柱的反彎點(diǎn)在距柱底2/3h處,其它各層柱的反彎點(diǎn)在1/2h處;
3)節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩按節(jié)點(diǎn)兩則梁線剛度比例進(jìn)行分配。(2)柱剪力與位移的關(guān)系:(3)各柱剪力值的確定:(4)計(jì)算步驟:1)按上面公式(4)求出框架中各柱的剪力;2)取底層柱的反彎點(diǎn)在距柱底2/3h處,其它各層柱的反彎點(diǎn)在1/2h處。3)求柱端彎矩:
底層柱上端底層柱下端其余各層柱上下端4)求梁端彎矩:邊跨外邊緣處的梁端彎矩中間支座處的梁端彎矩3框架在水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算方法──D值法
D值法又稱改進(jìn)反彎點(diǎn)法。當(dāng)柱截面較大,梁柱線剛度比較小時(shí),若采用反彎點(diǎn)法誤差較大。
D值法主要針對(duì)柱的抗側(cè)移剛度及反彎點(diǎn)位置進(jìn)行改進(jìn),以求得較準(zhǔn)確的內(nèi)力解。(1)改進(jìn)后的柱抗側(cè)移剛度D:整體框架結(jié)構(gòu)梁柱單元變形對(duì)節(jié)點(diǎn)A建立力矩平衡條件對(duì)節(jié)點(diǎn)B建立力矩平衡條件以上兩式相加得柱剪力為令則修正后的抗側(cè)剛度式中柱側(cè)移剛度修正系數(shù)(又稱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)影響系數(shù));柱的線剛度;層高。與反彎點(diǎn)法的抗側(cè)移剛度相比,可知D值法在計(jì)算柱的側(cè)移剛度時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的影響(即),因此提高了計(jì)算精度。(2)柱的反彎點(diǎn)高度框架柱的反彎點(diǎn)高度可由下式計(jì)算:反彎點(diǎn)高度比;標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比,按教材附表10.1或表10.2查用;考慮上下層梁剛度不同時(shí),反彎點(diǎn)向橫梁剛度較小的一側(cè)偏移,y1為對(duì)反彎點(diǎn)高度比的修正值,按教材表10.3查用;分別為考慮上下層層高變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值,上層層高增加,反彎點(diǎn)上移;下層層高減小,反彎點(diǎn)上移。按教材表10.4查用。(查表所需參數(shù):梁柱線剛度比K、總層數(shù)n及柱所在樓層j)(查表所需參數(shù):上下層梁線剛度比I、梁柱線剛度比K)(查表所需參數(shù):上下層層高比a、梁柱線剛度比K)底層頂層底層(3)D值法計(jì)算步驟當(dāng)按上述1、2中的方法求出各柱的D值及反彎點(diǎn)高度yh之后,框架的內(nèi)力計(jì)算步驟為:
1)各柱的剪力2)內(nèi)力計(jì)算步驟同反彎點(diǎn)法。第i根柱的D值;第i根柱所在樓層所有柱的D值之和;第i根柱所在樓層以上所有水平力之和。式中例題:用D值法求圖示框架內(nèi)力(M、V、N圖)。求柱剪力:求柱剪力:求反彎點(diǎn)高度比y:求反彎點(diǎn)高度比y:底層求反彎點(diǎn)高度比y:頂層底層求反彎點(diǎn)高度比y:求柱端彎矩:
(彎矩單位:KN-m)(彎矩單位:KN-m)彎矩圖:4框架結(jié)構(gòu)水平位移計(jì)算uM可由值D法求得,即式中5框架結(jié)構(gòu)考慮P-△
效應(yīng)的增大系數(shù)法考慮P-△效應(yīng)梁、柱端彎矩設(shè)計(jì)值不引起框架側(cè)移的荷載按一階彈性分析得到的柱端、梁端彎矩設(shè)計(jì)值引起框架側(cè)移的荷載按一階彈性分析得到的柱端、梁端彎矩設(shè)計(jì)值P-△效應(yīng)增大系數(shù)同一樓層中所有的柱上、下端均采用同一個(gè)增大系數(shù),樓層j的增大系數(shù)為式中樓層j中所有m個(gè)柱子軸力設(shè)計(jì)值之和樓層j中所有m個(gè)柱側(cè)向剛度之和,計(jì)算彎矩增大系數(shù)時(shí),梁彈性剛度EI乘折減系數(shù)0.4,柱乘折減系數(shù)0.6;計(jì)算位移時(shí),剛度不折減。考慮P-△效應(yīng)j層層側(cè)移;一階彈性分析j層層側(cè)移梁柱123上下1.3框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合及調(diào)幅1.3.1、控制截面及最不利內(nèi)力1、3截面負(fù)彎矩及剪力大;2截面正彎矩大。上下兩端截面柱彎矩大。支座處彎矩取值1.控制截面支座處剪力取值2荷載效應(yīng)及地震作用效應(yīng)組合
(1)無(wú)地震時(shí),荷載效應(yīng)組合(2)有地震時(shí),荷載效應(yīng)與地震作用效應(yīng)組合在針對(duì)控制截面進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí),應(yīng)有目的的找出最不利內(nèi)力,各控制截面的最不利內(nèi)力如下:梁跨中柱端3.最不利內(nèi)力梁端1.3.2豎向活荷載的最不利布置
1.分跨計(jì)算組合法荷載逐層逐跨布置,組合出最不利內(nèi)力。計(jì)算工作量大,適于電腦計(jì)算。
2.最不利荷載位置法用影響線的方式判斷所求截面最大內(nèi)力時(shí)荷載的布置方式。
3.分層組合法梁:僅考慮本層活載的影響,計(jì)算方法同連續(xù)梁活載最不利布置;柱彎矩:僅考慮相鄰上下層活載的影響;柱軸力:考慮以上各層相鄰范圍滿布活載。
4.滿布荷載法當(dāng)活載產(chǎn)生內(nèi)力較小時(shí),可考慮活載滿布,對(duì)梁跨中彎矩乘以1.1~1.2的增大系數(shù)。1.3.3、梁端內(nèi)力調(diào)幅調(diào)幅目的:一是由于支座彎矩較大,經(jīng)調(diào)幅后,可使其配筋不致過(guò)多、便于施工;二是由于梁端不是絕對(duì)剛性,尤其是裝配整體式框架,會(huì)有相對(duì)角變。調(diào)幅系數(shù)可取0.8~0.9,裝配整體式框架可取0.7~0.8。支座彎矩調(diào)幅后,跨中彎矩相應(yīng)增大,應(yīng)按平衡條件計(jì)算調(diào)幅后的跨中彎矩,且要求跨中彎矩不小于按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩的1/2。應(yīng)當(dāng)僅對(duì)豎向荷載引起的梁端彎矩進(jìn)行調(diào)幅,水平荷載引起的梁端彎矩不應(yīng)進(jìn)行調(diào)幅。梁內(nèi)力調(diào)幅及彎矩放大均應(yīng)在內(nèi)力組合之前進(jìn)行。
1.4無(wú)抗震設(shè)防要求時(shí)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)1.柱的計(jì)算長(zhǎng)度l0樓蓋類型柱的類別l0現(xiàn)澆樓蓋底層柱1.0H其余各層柱1.25H裝配式樓蓋底層柱1.25H其余各層柱1.5H2.框架節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求1)材料強(qiáng)度現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)混凝土同柱,后澆裝配框架節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度比柱高5MPa2)節(jié)點(diǎn)區(qū)最小截面尺寸3)梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固1.5框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)1.5.1、框架結(jié)構(gòu)震害
1.結(jié)構(gòu)層間有明顯的薄弱樓層
2.框架梁、柱的震害梁柱變形能力不足,構(gòu)件過(guò)早發(fā)生破壞。一般是梁輕柱重,柱頂重于柱底,尤其是角柱和邊柱更易發(fā)生破壞。(1)柱頂柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落,柱內(nèi)箍筋拉斷,縱筋壓曲成燈籠狀。主要原因:節(jié)點(diǎn)處彎矩、剪力、軸力都較大,受力復(fù)雜,箍筋配置不足,錨固不好等。破壞不易修復(fù)。(2)柱底與柱頂相似,震害相對(duì)柱頂較輕。(3)短柱當(dāng)柱高小于4倍柱截面高度(H/b<4)時(shí)形成短柱。短柱剛度大,易產(chǎn)生剪切破壞。(4)角柱由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用,震害比內(nèi)柱重。(5)梁柱節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生對(duì)角方向的斜裂縫或交叉斜裂縫,混凝土剪碎剝落。節(jié)點(diǎn)內(nèi)箍筋很少或無(wú)箍筋時(shí),柱縱向鋼筋壓曲外鼓。(6)框架梁震害多發(fā)生于梁端。在地震作用下梁端縱向鋼筋屈服,出現(xiàn)上下貫通的垂直裂縫和交叉裂縫。破壞的主要原因是梁端屈服后產(chǎn)生的剪力較大,超過(guò)了梁的受剪承載力,梁內(nèi)箍筋配置較稀,以及反復(fù)荷載作用下混凝土抗剪強(qiáng)度降低等。3.抗震墻的震害在強(qiáng)震作用下,抗震墻的震害主要表現(xiàn)在墻肢之間連梁的剪切破壞。主要是由于連梁跨度小,高度大形成深梁,在反復(fù)荷載作用下形成X型剪切裂縫,為剪切型脆性破壞。4.填充墻的震害1.5.2框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件在低周反復(fù)水平力作用下的滯回性能
1.構(gòu)件在罕遇地震作用下滯回曲線水平地震作用下構(gòu)件受力性能模擬試驗(yàn)?zāi)P蜆?gòu)件P-Δ滯回曲線從滯回曲線中反應(yīng)出來(lái)的構(gòu)件抗震性能:
1.延性位移延性系數(shù)
2.耗能性能滯回曲線所圍面積的大小即為構(gòu)件的耗能量,曲線越飽滿,耗能性能越好。
2.框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的出鉸機(jī)制框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震下應(yīng)設(shè)計(jì)為優(yōu)先出現(xiàn)梁鉸機(jī)制和梁柱鉸機(jī)制,不能出現(xiàn)柱鉸機(jī)制,故梁柱承載力應(yīng)進(jìn)行級(jí)差設(shè)計(jì),確保框架梁充分出鉸后柱才出鉸(實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”)。在塑性鉸充分轉(zhuǎn)動(dòng)耗能之前,梁、柱均應(yīng)防止出現(xiàn)先行的脆性剪切破壞,故梁柱受彎和受剪承載力也應(yīng)進(jìn)行級(jí)差設(shè)計(jì)(實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”)。此外,還應(yīng)注意防止梁柱節(jié)點(diǎn)和錨固失效先于構(gòu)件失效(即“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)錨固”)。
3.影響鋼筋混凝土梁、柱抗震性能的主要因素
(1)框架梁
1)縱筋配筋率適筋梁延性性能隨縱筋配筋率增大而降低,超筋梁延性系數(shù)小于1,規(guī)范通過(guò)限制梁受壓區(qū)高度來(lái)保證梁的延性及耗能性能。
2)剪壓比剪壓比越大,混凝土破壞越早,延性越差,限制剪壓比實(shí)際上是限制截面尺寸不能過(guò)小。
3)跨高比
跨高比減小,剪力的影響加大,剪切變形占全部位移的比重加大,極易發(fā)生斜裂縫為主的脆性破壞,梁延性差。
4)塑性鉸區(qū)箍筋用量
增加塑性鉸區(qū)箍筋用量,可延緩受壓縱筋過(guò)早壓曲,提高混凝土的極限壓應(yīng)變,對(duì)提高塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力十分有效。
(2)框架柱
1)剪跨比剪跨比越大,柱的長(zhǎng)細(xì)比越大,剪切影響較小,延性性能稍好。
2)軸壓比軸壓比越大,混凝土破壞越早,延性越差,故需限制軸壓比。
3)箍筋配筋率
增加塑性鉸區(qū)箍筋用量,可對(duì)柱核心區(qū)混凝土提供有效的約束作用,提高混凝土的極限壓應(yīng)變,增加柱延性。
4)縱筋配筋率
柱截面在縱筋屈服后的轉(zhuǎn)角變形能力大致隨縱筋配筋率的增大而線性地增大,故全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)過(guò)小。1.7(一級(jí)),1.5(二級(jí)),1.3(三級(jí))1.5.1、框架柱截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造
1.內(nèi)力設(shè)計(jì)值調(diào)整(非抗震設(shè)計(jì)不需調(diào)整)
(1)框架柱的彎矩設(shè)計(jì)值調(diào)整
抗震設(shè)計(jì)時(shí),為避免框架底層柱根部在地震作用下過(guò)早出現(xiàn)塑性鉸,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌,要求底層下端柱截面的彎矩設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù):為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)思想,要求柱端彎矩設(shè)計(jì)值按下式調(diào)整:當(dāng)不滿足上式時(shí),柱的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)按上式右端的數(shù)值,按彈性分析的彎矩比例進(jìn)行分配。1.5截面、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造要求(2)框架柱的剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)思想,要求抗震設(shè)計(jì)的框架柱端部截面的剪力設(shè)計(jì)值,二、三、四級(jí)時(shí)應(yīng)按下列公式計(jì)算:式中——分別為柱上、下端順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚪孛娼M合的彎矩設(shè)計(jì)值,應(yīng)符合第(1)條“框架柱的彎矩設(shè)計(jì)值調(diào)整”的規(guī)定;
——柱的凈高;
——柱端剪力增大系數(shù),二、三、四級(jí)分別取1.3、1.2和1.1。一級(jí)及9度時(shí)框架應(yīng)按下列公式計(jì)算:2.截面尺寸校核(1)柱軸壓比校核:根據(jù)柱的軸力設(shè)計(jì)值,重新驗(yàn)算軸壓比。(2)柱截面尺寸限制條件:(3)框架角柱的內(nèi)力設(shè)計(jì)值調(diào)整抗震設(shè)計(jì)時(shí),一、二、三級(jí)框架角柱經(jīng)上述方法調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以不小于1.1的增大系數(shù)(注:框架角柱應(yīng)按雙向偏心受力構(gòu)件進(jìn)行正截面承載力設(shè)計(jì))。025.0bhfVccb£無(wú)地震作用組合時(shí)式中——框架柱的剪跨比。反彎點(diǎn)位于柱高中部的框架柱,可取柱凈高與計(jì)算方向2倍柱截面有效高度之比值;
——柱端截面未經(jīng)上述第(1)、(3)條調(diào)整的組合彎矩計(jì)算值,可取柱上、下端的較大值;
——柱端截面與組合彎矩計(jì)算值對(duì)應(yīng)的組合剪力計(jì)算值;
——柱截面計(jì)算方向有效高度。框架柱的剪跨比可按下式計(jì)算:(1)柱的配筋計(jì)算柱的配筋計(jì)算包括偏壓構(gòu)件的正截面及斜截面計(jì)算。若不考慮抗震,配筋計(jì)算方法與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件中的計(jì)算方法相同;若考慮抗震,則柱斜截面承載力計(jì)算公式為3.柱的配筋計(jì)算與構(gòu)造無(wú)地震作用組合有地震作用組合式中λ——框架柱的剪跨比。當(dāng)λ<1時(shí),取λ=1;當(dāng)λ>3時(shí),取λ=3;
N——考慮風(fēng)荷載或地震作用組合的框架柱軸向壓力設(shè)計(jì)值,當(dāng)N大于時(shí),取N等于偏壓構(gòu)件正截面承載力基本公式無(wú)變化,僅在有地震作用組合時(shí)需考慮γRE進(jìn)行調(diào)整。(2)柱的縱向鋼筋構(gòu)造要求框架柱宜采用對(duì)稱配筋。非抗震設(shè)計(jì)時(shí):全部縱向鋼筋的配筋率,不應(yīng)大于6%(注:不宜大于5%)、不應(yīng)小于0.6%。抗震設(shè)計(jì)時(shí):全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)大于5%、不應(yīng)小于下表所列的最小配筋百分率。柱類型抗震等級(jí)非抗震一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)中柱、邊柱1.00.80.70.60.6角柱1.21.00.90.80.6柱縱向鋼筋最小配筋百分率(%)
注:1當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大干C60時(shí),表中的數(shù)值應(yīng)增加0.1;
2當(dāng)采用HRB400、RRB400級(jí)鋼筋時(shí),表中數(shù)值應(yīng)允許減小0.1;
3抗震設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)Ⅳ類場(chǎng)地上較高的高層建筑,表中數(shù)值應(yīng)增加0.1。對(duì)于抗震等級(jí)為一級(jí)且剪跨比≤2的柱,其單側(cè)縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.2%。邊柱、角柱考慮地震作用組合產(chǎn)生小偏心受拉時(shí),柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增加25%。抗震設(shè)計(jì)及非抗震設(shè)計(jì),都要求柱截面每一側(cè)縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2%;柱端箍筋加密的目的是從構(gòu)造上提高框架柱塑性鉸區(qū)的延性、對(duì)混凝土提供約束,防止縱向鋼筋壓屈和保證受剪承載力。(3)柱端箍筋加密的要求非抗震設(shè)計(jì)時(shí),柱縱向鋼筋間距不應(yīng)大于350mm;抗震設(shè)計(jì)時(shí),截面尺寸大于400mm的柱,其縱向鋼筋間距不宜大于200mm。柱縱向鋼筋凈距均不應(yīng)小于50mm。柱端箍筋加密區(qū)范圍:柱長(zhǎng)邊尺寸柱凈高1/6500取較大值;(2)底層柱根以上1/3柱凈高的范圍;(3)剪跨比不大于2的全高范圍。(4)一級(jí)及二級(jí)框架角柱的全高范圍;(5)需要提高變形能力的柱的全高范圍。(1)一般部位為抗震等級(jí)箍筋最大間距(mm)箍筋最小直徑(mm)一級(jí)6d和100的較小值10二級(jí)
8d和100的較小值
8三級(jí)8d和150(柱根100)的較小值
8四級(jí)8d和150(柱根100)的較小值
6(柱根8)柱端箍筋加密區(qū)的構(gòu)造要求
此外,關(guān)于柱其他構(gòu)造要求,此處從略。
柱箍筋形式示意圖
(a)普通箍(b)復(fù)合箍(c)螺旋箍(d)連續(xù)復(fù)合矩形螺旋箍(用于矩形截面柱)1.5.2框架梁截面設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造1.內(nèi)力設(shè)計(jì)值調(diào)整抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架梁端部截面組合的剪力設(shè)計(jì)值,二、三級(jí)應(yīng)按下列公式計(jì)算;式中——分別為梁左、右端逆時(shí)針或順時(shí)針?lè)较蚪孛娼M合的彎矩設(shè)計(jì)值。當(dāng)抗震等級(jí)為一級(jí)且梁兩端彎矩均為負(fù)彎矩時(shí),絕對(duì)值較小一端的彎矩應(yīng)取零;——梁剪力增大系數(shù),一、二、三級(jí)分別取1.3、1.2和1.1。——梁的凈跨;
——考慮地震作用組合的重力荷載代表值(9度時(shí)還應(yīng)包括豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值)作用下,按簡(jiǎn)支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值。2.梁截面尺寸限制條件一級(jí)及九度框架有地震作用組合跨高比大于2.5的梁跨高比不大于2.5的梁
式中V——梁計(jì)算截面的剪力設(shè)計(jì)值。3.受壓區(qū)高度限值抗震設(shè)計(jì)時(shí),為保證梁中塑性鉸具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力,計(jì)入受壓鋼筋作用的梁端截面混凝土受壓區(qū)高度,一級(jí)二、三級(jí)其他情況,梁端截面混凝土受壓區(qū)高度限值同普通混凝土受彎構(gòu)件。
此外,《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2002第5.2.2條要求:對(duì)一、二級(jí)抗震等級(jí)框架中的鋼筋,檢驗(yàn)所得的鋼筋屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3。正截面抗彎基本公式無(wú)變化,僅在有地震作用組合時(shí)需考慮γRE進(jìn)行調(diào)整。(1)梁的配筋計(jì)算梁的配筋計(jì)算包括受彎構(gòu)件的正截面抗彎、斜截面抗剪計(jì)算。若不考慮抗震,配筋計(jì)算方法與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件中的計(jì)算方法完全相同;若考慮抗震,則梁斜截面承載力計(jì)算公式為4.梁的配筋計(jì)算與構(gòu)造情況受拉鋼筋最小配筋率受拉鋼筋最大配筋率支座(取較大值)跨中(取較大值)一級(jí)抗震
0.40和0.30和梁端2.5;跨中按防止梁超筋破壞的要求二級(jí)抗震
0.30和0.25和三、四級(jí)抗震
0.25和0.20和非抗震
0.20和按防止梁超筋破壞的要求梁縱向受拉鋼筋配筋率(%)限值縱向鋼筋最小貫通用量應(yīng)符合下列要求:
1)沿梁全長(zhǎng)頂面和底面應(yīng)至少各配置兩根縱向鋼筋,一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm,且分別不應(yīng)小于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4;三、四級(jí)抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm;
2)一、二級(jí)抗震等級(jí)的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋的直徑不宜過(guò)大。對(duì)矩形截面柱,不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20;對(duì)圓形截面柱,不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長(zhǎng)的1/20。(2)梁縱向鋼筋構(gòu)造要求
梁端箍筋加密的目的是從構(gòu)造上對(duì)框架梁塑性鉸區(qū)的受壓混凝土提供約束,并約束縱向受壓鋼筋,防止它在保護(hù)層混凝土剝落后過(guò)早壓屈,以保證梁端具有足夠的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力。圖中(虛線)所示次梁,因不受水平地震作用的影響,所以不需做箍筋加密處理。(3)梁端箍筋加密的要求抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架梁端箍筋應(yīng)按下表的要求進(jìn)行加密。抗震等級(jí)加密區(qū)長(zhǎng)度(取較大值)(mm)箍筋最大間距(取最小值)(mm)箍筋最小直徑(mm)一2.0hb,500hb/4,6d,10010二1.5hb,500hb/4,8d,1008三1.5hb,500hb/4,8d,1508四1.5hb,500hb/4,8d,1506梁端箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋最大間距和最小直徑
注:1.d為縱向鋼筋直徑,hb為梁截面高度。
2.當(dāng)梁端縱向鋼筋配筋率大于2%時(shí),表中箍筋最小直徑應(yīng)增大2mm此外,關(guān)于框架梁其他構(gòu)造要求,此處從略。1.5.3框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震驗(yàn)算
一、二、三級(jí)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震驗(yàn)算可按《高規(guī)》JGJ3-2002附錄C的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行,四級(jí)框架以及各抗震等級(jí)的頂層端節(jié)點(diǎn)核心區(qū)不需做抗震驗(yàn)算。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)開(kāi)裂形態(tài)及受力簡(jiǎn)圖節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋做法1.5.4鋼筋的連接和錨固
1.鋼筋的連接現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱縱向受力鋼筋的連接可采用機(jī)械連接、綁扎搭接或焊接,具體要求詳見(jiàn)《高規(guī)》JGJ3-2010中的有關(guān)規(guī)定。
2.鋼筋的搭接和錨固長(zhǎng)度非抗震設(shè)計(jì)時(shí),受拉鋼筋綁扎搭接的搭接長(zhǎng)度應(yīng)按下式計(jì)算,且不應(yīng)小于300mm。式中——受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度;
——受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度,應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010的有關(guān)規(guī)定采用;
ζ——受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù),應(yīng)按下頁(yè)表采用。同一連接區(qū)段內(nèi)搭接鋼筋面積百分率(%)≤2550100受拉搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)ζ1.21.41.6
縱向受拉鋼筋搭接長(zhǎng)度修正系數(shù)ζ注:同一連接區(qū)段內(nèi)搭接鋼筋面積百分率取在同一連接區(qū)段內(nèi)有搭接接頭的受力鋼筋與全部受力鋼筋面積之比。抗震設(shè)計(jì)時(shí),縱向受力鋼筋的錨固和搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合下列要求:(1)縱向受拉鋼筋的最小錨固長(zhǎng)度應(yīng)按下列各式采用:一、二級(jí)抗震等級(jí)
三級(jí)抗震等級(jí)
四級(jí)抗震等級(jí)
式中——抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度。(2)當(dāng)采用綁扎搭接接頭時(shí),其搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于下式的計(jì)算值:式中——抗震設(shè)計(jì)時(shí)受拉鋼筋的搭接長(zhǎng)度。現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱縱向受力鋼筋的連接和錨固構(gòu)造要求,見(jiàn)下面各頁(yè)的圖示:抗震框架柱縱向鋼筋構(gòu)造
抗震框架梁縱向鋼筋構(gòu)造(注:為和中的較大值。)
為方便施工,凡框架梁的所有支座上部縱筋的延伸長(zhǎng)度,統(tǒng)一取值為:第一排非通長(zhǎng)筋及與跨中直徑不同的通長(zhǎng)筋從柱邊起延伸至/3
位置,第二排非通長(zhǎng)筋延伸至/4位置。抗震框架梁縱向
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