《混凝土结构设计》3--(史上最全面)解析

1第三章钢筋混凝土框架结构3.1框架结构体系及布置*多层及高层建筑的范围：（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（高规）JGJ3-2002、J186-2002适用于10层及10层以上或高度超过28m的建筑；（2）多层及高层建筑的大致范围：多层建筑：2-8（10）层；高层建筑：8（10）层；习惯上，对其中8（10）-18层的建筑又称为小髙层建筑，18-40层的建筑称为高层建筑，40层的建筑称为超高层建筑。*多层及高层建筑常用的结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、框架-筒体结构*框架结构的特点：建筑平面布置灵活，立面处理容易，可适应不同房屋造型；但侧移刚度相对较小，房屋高度不宜过高（P188）3.1.1框架结构体系1.框架结构组成由梁、柱、节点及基础组成，节点构造十分重要。2.框架结构种类（P188）按施工方法的不同可分为：整体式、装配式、装配整体式23.框架结构布置横向承重、纵向承重、纵横双向承重3.1.2变形缝（P189-190）沉降缝、伸缩缝、防震缝3.1.3框架梁、柱截面尺寸1.梁、柱截面形状32.梁、柱截面尺寸（1）梁截面尺寸（主要考虑跨高比的影响）（2）柱截面尺寸（主要考虑层髙、竖向荷载、及车轴压比的影响）轴压比：AfNc轴压比限值：（表3.1）3.梁截面惯性矩（考虑楼板参加工作的影响，表3.2）3.1.4框架结构计算简图1.平面计算单元2.计算简图43.2竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法3.2.1分层法1.计算假定（P193）2.计算要点①用弯矩分配法计算弯矩，求得的梁端弯矩即为最后弯矩，柱的弯矩由上、下层计算的弯矩叠加得到（节点弯矩若不平衡，可再作一次弯矩分配）；②除底层以外的其它各层柱的线刚度乘以修正系数0.9，据此计算节点周围各杆件的弯矩分配系数；③底层柱和各层梁的传递系数取1/2，其它各柱的传递系数取1/3；④梁跨中弯矩、梁端剪力、柱轴力由静力平衡条件求出。*分层法适用于节点梁、柱线刚度比3/cbii，结构与荷载沿高度分布比较均匀的多层框架的内力分析。*［例3.1］P194-1962.弯矩二次分配法（1）计算假定：某一节点的不平衡弯矩只对与该节点相交的各杆件的远端有影响，而对其余杆件的影响忽略不计。（2）计算步骤：①先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端传递5（传递系数均取1/2）；②再将因传递弯矩产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配。*［例3.2］3.3水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算*计算的关键：确定各柱间的剪力分配，确定各柱反弯点高度。3.3.1反弯点法适用条件：结构比较均匀、层数不多，3/cbii的多层框架。1.基本假定（P199（1）-（3））2.同层各柱剪力分配mkiikVV1（3.2）212hidcik（3.3）iikikdV（3.4）imkikVd1imkikVd11（3.5）6imkikikikVddV1（3.6）*各层的层间总剪力按各柱侧移刚度所占比例分配到各柱。3.柱中反弯点位置（1）上部各层柱位于h21处（反弯点高度系数21y）；（2）底层柱位于h32处（反弯点高度系数32y）。4.框架梁柱内力（1）柱端弯矩柱下端弯矩：hyVMikdik（3.7）柱上端弯矩：hyVMikuik)1(（3.8）（2）梁端弯矩梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，节点左右梁端弯矩大小按其线刚度之比分配（3.9-3.10式）。7（3）梁端剪力（4）梁端轴力均可由平衡条件求出。3.3.2改进反弯点法（D值法）*反弯点法存在的问题（P201）；*改进要点：①修正侧移刚度；②调整反弯点位置。1.柱侧移刚度的修正*框架结构在荷载作用下各节点均有转角，使柱的侧移刚度有所降低，用侧移刚度系数c进行修正。212hiDcc（3.13）*计算假定及c的推导：（P201-203）节点转动的大小取决于梁对节点的约束程度，梁刚度越大，对8柱转动的约束能力越大，节点转角越小，c越接近1。*柱抗侧移刚度修正系数c（表3.3）2.柱的反弯点位置*反弯点的位置与柱上下端转角大小有关，影响柱两端转角的主要因素有：①梁柱线刚度比、②柱所在楼层位置、③上下梁相对线刚度比、④上下层层高的变化。（1）标准反弯点高度比0yhVMynn0（3.20）0y与梁柱线刚度比K、结构总层数m、柱所在楼层n有关，可查表3.4、表3.5。（P205-208）（2）上下层梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值1y（P209表3.6）①4321iiii时，取43211iiii，反弯点向上移，1y取正值；9②4321iiii时，取21431iiii，反弯点向下移，1y取负值；③底层柱不考虑1y的修正。（3）上下层层高变化时反弯点高度比修正2y、3y上下层层高比：hhu/2、hhl/3①若hhu/21.0，反弯点向上移，2y取正值；若hhu/21.0，反弯点向下移，2y取负值；②若hhl/31.0，反弯点向下移，3y取负值；若hhl/31.0，反弯点向上移，2y取正值。*反弯点总是向刚度弱的一侧移动*框架柱的反弯点高度：hyyyyhy)(3210（3.21）［例3.3］P210-2123.3.3框架结构侧移的近似计算*框架侧移控制的内容：①控制顶层最大侧移H/；②控制层间相对位移iih/。*框架结构在水平力作用下的变形由两部分组成：①总体剪切变形（由梁、柱弯曲变形引起）；②总体弯曲变形（由框架柱两侧柱的轴向变形引起）。*对层数不多的框架，柱轴向变形引起的侧移很小，可忽略。101.由梁柱弯曲变形引起的侧移（采用D值法计算）层间侧移：ikiiDV（3.22）顶点侧移：miiV（3.23）2.由柱轴向力引起的变形*假定中柱轴力为零，只考虑边柱轴向变形产生的侧移边柱轴力：BzMN)(（3.24）框架顶点最大水平位移：HNdzEANN0（3.25）*在z高层处水平位移的计算（P2143.26-3.32式）3.4荷载效应组合原则和构件设计3.4.1荷载效应组合1.控制截面及最不利内力11*控制截面（选择内力较大截面或尺寸改变处截面）*框架梁控制截面最不利内力：（1）梁端支座截面maxM、maxM和maxV；（2）梁跨中截面maxM、maxM（可能出现，如竖向地震作用）。*框架柱控制截面最不利内力：（1）maxM及相应的N、V（一般采用对称配筋）；（2）maxN及相应的M、V；（3）minN及相应的M、V；（4）M比较大（不是绝对最大），但N比较小或N比较大（不是绝对最小或绝对最大）。当框架承受水平力较大时，柱也需组合最大剪力maxV及相应的N（按偏压剪计算）。2.活荷载布置（1）逐跨布置法（计算合理但较繁索，适用于电算）（2）最不利位置法12（3）满布法（不能求出最大内力）*适用于楼面活荷载产生的内力所占比例较小的情况；*跨中弯矩须乘以1.1-1.2的放大系数。（4）水平荷载（应考虑两个方向作用）3.荷载组合（1）可变荷载效应控制的组合；（2）永久荷载效应控制的组合。3.4.2构件截面设计1.框架梁（1）为使框架结构在竖向及水平荷载作用下形成梁铰破坏机构(强柱弱梁)，避免支座处负钢筋拥挤，可对竖向荷载作用下的梁端负弯矩进行调幅；①现浇框架，支座调幅系数取0.8-0.9；②装配整体式框架，支座调幅系数取0.7-0.8。（2）支座弯矩降低后，校核跨中弯矩是否满足要求；（3）按照弯矩调幅法设计时，为保证梁端塑性铰能够充分转动，受力钢筋宜采用HRB335、HRB400（HRB500）钢筋；混凝土宜采用C20-C45级；截面相对受压区高度不应超过035.0h。2.框架柱*中柱、边柱一般按单向偏心受压构件计算；角柱按双向偏心受压构件计算（考虑最不利内力组合）；*通常采用对称配筋；*柱的计算长度(P218)。3.叠合梁133.4.3框架结构的构造要求1.混凝土强度等级*柱的混凝土强度宜高一些，一般采用C30-C50（C60）；*梁的混凝土强度不宜过高，一般采用C30左右，预应力梁一般采用C40及以上；*节点区混凝土浇注要特别注意。2.框架梁（1）框架梁截面（P218-219）（2）框架梁纵向钢筋（3）框架梁箍筋3.框架柱（1）框架柱截面；（2）框架柱纵向钢筋；（3）框架柱箍筋4.框架节点（1）现浇框架节点；（2）装配式及装配整体式框架节点*框架梁、柱、节点的构造是钢筋混凝土框架结构设计中十分重要的内容，教材上仅能介绍一般原则，具体设计时应查阅有关《设计手册》或《构造手册》。143.5框架结构抗震设计（由建筑结构抗震设计课讲）3.6基础设计3.6.1基础设计的一般原则基础设计的内容：①基础形式的选择；②基础埋深的确定；③基础底面尺寸的计算；④基础的内力计算和配筋。1.基础类型的选择框架结构体系常用的基础类型（P235及图3.37）：柱下单独基础，条形基础，十字交叉条形基础，片符基础，（箱形基础）等。2.基础埋置深度*确定基础埋置深度时应考虑的因素①建筑物本身情况：建筑物使用要求，结构类型，作用荷载大小等；②建筑物场地因素：工程地质条件，地基土的冻胀性，与相邻建筑的关系等。具体要求：（见P236及地基础设计规范等）3.6.2条形基础15（1）基础尺寸确定LdfPbGaikf)(（3.83）式中ikP--上部结构传至基础的竖向荷载标准值总和；af--地基承载力特征值；G--基础自重和其上土重的平均重度，可近似取G=20-22kN/m3；d--基础埋置深度（m）；fb、L--基础底板的宽度和长度。2.基底反力分布*基底反力分布计算方法：①按弹性地基梁计算；②简化计算方法*按简化方法计算基底反力16基底反力（计算基础底面积用，教材3.84式有误！）)61()61(,min.,max.LeLbGPPLeLbGPPfkkikfkkik（3.84）基础底面验算条件：akkkfppp2min,max,akfp2.1max,基底净反力（计算基础截面尺寸、配筋用）)61()61(min,max,LeLbPPLeLbPPfisfis*式中iP为采用设计值（即乘以荷载分项系数）3.基础内力分析（1）假定柱下条形基础的基底净反力为直线分布，柱作为不动铰支座，基底净反力作为荷载，将基础视为倒置的连17续梁进行内力分析；（2）计算出的支座反力一般不等于轴力（①假定基底反力按线性分布、柱作为不动铰支座与实际情况不符，②计算柱轴力时未考虑基础变形的影响），需对基础内力进行调整：将支座反力与柱轴力的差值均匀分布到相邻支座两侧各1/3跨度范围内，再进行一次内力分析，与第一次计算结果叠加；如不满足要求，可再进行调整，直到满足要求。4.基础配筋及构造（P238、图3.38）3.6.3十字交叉条形基础近似计算方法：将节点处的集中荷载按某一规律分配到纵、横两个方向的基础梁上，再分别按单向条形基础计算。1.节点荷载的分配（P238）简化的分配条件：iyixiPPP（3.87）ixiyixixPP（3.88）18（1）中柱节点iyyxxxxixPSbSbSbP（3.91）iyyxxyyiyPSbSbSbP（3.92）（2）边柱节点iyyxxxxixPSbSbSbP44（3.95）iyyxxyyiyPSbSbSbP4（3.96）（3）角柱节点（同3.91、3.92式）（4）有外伸端的节点2.基础配筋及构造3.6.4片筏基础片筏基础的形式：肋梁式、平板式1.片筏基础地基反力近似计算19xyyxxyyxWePWePAPPWePWePAPPminmax（3.97）2.片筏基础内力简化计算*按双向板肋梁（图3.45）、或单向板肋梁（图3.46）、或无梁楼盖（平板式片筏基础）计算。3.基础配筋及构造