多层钢筋混凝土框架结构

第十三章多层钢筋混凝土框架结构第一节结构布置与计算简图第二节竖向荷载作用下内力的近似计算—分层法第三节水平荷载作用下内力的近似计算—反弯点法和D值法第四节水平荷载作用下侧移的近似计算第五节框架的荷载组合和内力组合第六节框架梁柱的截面配筋第七节现浇框架的一般构造要求第八节多层框架柱基础第一节结构布置与计算简图一、柱网布置二、承重框架的布置三、结构布置要求四、截面尺寸的确定五、结构计算简图一、柱网布置架框结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。1、柱网布置应满足使用要求在多层工业厂房设计中，柱网布置方式可分为内廊式、跨度组合式（等跨式、对称不等跨式）等。内廊式柱网常为对称三跨，边跨跨度(房间进深)常为6、6.6、6.9、7.5、9、12m，中间跨为走廊跨度常为2.4m，2.7m、3.0m。等跨式柱网适用于厂房、仓库、商店，其进深常为6m，7.5m、9m、12m等，柱距常为6m。对称不等跨柱网常用于建筑平面宽度较大的厂房，常用的柱网有(5.8+6.2+6.2+5.8)×6.0m、(7.5+7.5+12.0+7.5+7.5)×6.0m，(8.0+12.0+8.0)×6.0m。2、柱网布置应满足建筑平面布置的要求在旅馆、办公楼等民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调。四行柱三跨框架（15m左右）；三行柱两跨框架（10m左右）；开间3.3m~4.5m。3、柱网布置要使结构受力合理跨度均匀或边跨略小时较合理；三跨框架比两跨框架内力小，较合理。4、柱网布置应使施工方便（对于装配式结构）构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装，运输条件；构件尺寸的模数化，标准化，以满足工业化生产的要求。现浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。二、承重框架的布置1．横向框架承重方案2．纵向框架承重方案3．纵横向框架混合承重方案实际的框架结构是一个空间受力体系；计算时把实际框架结构看成纵横两个方向的平面框架；沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架；纵向框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力；楼面竖向荷载则依楼盖结构布置方式而按不同的方式传递。承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。1．横向框架承重方案横向框架承重方案是在横向上布置框架主梁而在纵向上布置连系梁。有利于提高建筑物的横向抗侧刚度；纵向布置较小的连系梁。这也有利于房屋室内的采光与通风。2．纵向框架承重方案纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。横梁高度较小，有利于设备管线的穿行；可获得较高的室内净高；可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降；房屋的横向刚度较差；进深尺寸受预制板长度的限制。3．纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案是在两个方向上均需布置框架主梁以承受楼面荷载。纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能；框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系，因此也称为空间框架。三、结构布置要求1、应设计成双向框架。2、抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。3、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；梁、柱中心线之间的偏心距，不应大于柱截面在该方向宽度的1／4；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；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/lx≤1/2；bx/bb≤2／3；bb+bx+x≥bc/2设置水平加腋后，仍须考虑梁柱偏心的不利影响。4、结构应受力明确，构造简单；5、框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式；框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。6、电梯井贴梁柱布置，不得独立；7、填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；8、现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，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；9、现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40；框架柱的混凝土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70；10、抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。四、截面尺寸的确定(一)框架梁的截面尺寸(二)框架柱的截面尺寸（三）楼盖结构尺寸(一)框架梁的截面尺寸hb=(1/7—1/15)lb(刚度要求)hb≤lbn/4（避免短梁）bb=(1/2—1/3.5)hbbb≥200mm(构造要求)bb≥bc/2式中lb、lbn——分别为主梁的计算跨度和净跨度。梁高也可以按下列经验公式估算：两端无支托的梁，按弯矩（0.6~0.8）M0来估算梁高；两端有支托的梁，按弯矩（0.4~0.6）M0来估算梁高；M0——按简支梁计算的跨中最大弯矩。框架结构纵向连系梁截面高度：可按hb=(1/14—1/18)lb确定(lb为连系梁计算跨度)。(二)框架柱的截面尺寸1、最小构造尺寸矩形截面柱：hc/bc≤3；抗震设计时，bc≥300mm；非抗震设计时，bc≥250mm；bc≥(1/15~1/20)h；hc≥400mm。hc≥(1/15~1/20)h（h为层高）。圆形截面柱：dc≥350mm。2、满足轴压比限制轴压比：柱的平均轴向压应力与混凝土的轴心抗压强度fc的比值（或指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值）。即μN=N/(Acfc)≤[μN]轴压比要求：•μN=N/(Acfc)≤[μN]AC——柱的截面面积，Ac=bc.hc；bc、hc——柱的截面高度和宽度；其中宜bc≥250mm、hc≥400mm;N——竖向静、活(考虑活荷载折减)荷载与地震作用组合下的轴力；γG——荷载分项系数，可取γG=1.25；α——计入地震时轴力放大系数，6度设防：α=1.0；7度设防：α=1.05~1.1；8度设防：α=1.1~1.15；S——柱的负荷面积；w——单位面积上的竖向荷载初估值，w=10~14kN/m2；n——柱计算截面以上的楼层数；[μN]——柱的轴压比限制值。nwSNfNAGcNc.....][3．避免出现短柱Hc0/hc≥4式中:Hc0——柱的净高。当柱的净高与柱截面长边(高度)之比小于4时(Hc0/hc≤4),容易发生剪切破坏.4．满足抗剪承载力的要求无地震作用组合时：V≤0.25βcfcbh0有地震作用组合时：V≤(0.20βcfcbh0)/γREβc——混凝土强度影响系数；γRE——截面承载力抗震调整系数。（三）楼盖结构尺寸框架的楼盖结构（楼板和楼面梁）的尺寸确定1.常用楼盖类型2.楼盖结构尺寸初估1．常用楼盖类型（1）梁板式楼盖：有较好的技术经济指标，楼盖结构占用空间较大，不便布置管线，要求较大的层高。（2）密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度大而梁高受限制的情况下。筒体结构的角区楼板也常用双向密肋楼盖。肋距一般为1.0—1.5m，一般用1.2m较为经济。现浇普通钢筋混凝土密肋板跨度一般不大于9m，预应力混凝土密肋板跨度不大于12m。在使用荷载较大的情况下，采用密肋楼盖可以取得较好的经济技术指标。（3）无梁楼盖：当框架结构在使用荷载较大而层高受限制的情况下，可以采用无梁楼盖形式。无梁楼盖还适用于施工场地狭窄、只能升板(升层)法施工的情况。无梁楼盖宜设柱帽以提高板柱结构的抗水平力性能和防止板的冲切破坏。（4）非预应力平板：一般为实心板，跨度不超过7m。（5）预应力平板①预应力空心板低碳冷拔丝或高强钢丝先张法预应力空心板是目前最大量的楼盖形式，跨度4m以下的短板板厚约为120mm；跨度6～7m的长板板厚为180mm左右。②预应力大楼板板的尺寸与房间大小相同，最大为5m×4m，厚130mm，双向布置先张法预应力钢筋。③预应力叠合板预应力叠合板由两部分构成，在工厂预制预应力薄板，厚度为50～60mm，。叠合部分厚度为80～120mm。④无粘结预应力现浇平板2．楼盖结构尺寸初估（1）梁截面尺寸估计：梁截面高度与跨度之比，可参见表１-7。梁截面宽度与高度之比一般为1／2～1／4，且至少比柱宽小50mm。特殊情况下也可设计宽扁梁，扁梁的宽度不宜大于柱宽。(２)板厚的估计：楼板厚可按表1－8选用。单向板的最小厚度要求为：屋面板和民用建筑的楼面板≥60㎜；工业建筑的楼面板≥70㎜。表１-7梁截面高度与跨度之比（hb／l）表1-8楼板的厚度与跨度之比（t／l）粱的种类hb／l单跨梁1／8～1／12连续梁1／12～1／15扁梁1／12～1／18单向密肋梁1／18～1／22双向密肋梁1／22～1／25悬臂梁1／6～1／8井字梁1／15～1／20框支墙托梁1／5～1／7单跨预应力梁1／12～1／18多跨预应力梁1／18～1／20板的类型t/l单向板1／25～1／30单向连续板1／35～1／40双向板(短边)1／40～1／45悬挑板1／10～1／12楼梯平台1／30无粘结预应力板1／40无柱帽无梁板(重载)1／30有柱帽无粱板(轻载)1／35五、结构计算简图1.计算单元的确定2.节点的简化3.跨度与层高的确定4.构件截面弯曲刚度的计算5.荷载计算1.计算单元的确定横向框架：一般取中间有代表性的一榀进行分析即可；纵向框架：作用于纵向框架上的荷载则各不相同，必要时应分别进行计算。2.节点的简化（1）梁柱节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点：现浇钢筋混凝土框架——刚接节点；装配式框架——铰接节点或半铰节点（预埋钢板在其自身平面外的刚度很小，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动）；装配整体式框架——刚接节点（这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值）。（2）框架柱脚支座可分为固定支座和铰支座：现浇钢筋混凝土柱——固定支座；预制柱杯形基础——视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。3.跨度与层高的确定跨度即取柱子轴线之间的距离（当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定）；层高(框架柱的长度)即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算起。为了简化计算，还可作如下规定：(1)当框架横梁为坡度i≤1/8的斜梁时，可简化为水平直杆。(2)对于不等跨的框架；当各跨跨度相差不大于10％时，可简化为等跨框架，计算跨度取原框架各跨跨度的平均值。(3)当框架横梁为有支托的加腋梁时，如Im/I4或hm/h1.6，则可不考虑支托的影响，而简化为无支托的等截面梁，Im、hm为支托端最高截面的惯性矩和高度，I，h为跨中等截面梁的截面惯性矩和高度。4．构件截面弯曲刚度的计算对现浇楼盖,中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0；对装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0；这里I0为矩形截面梁的截面惯性矩。对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I。5．荷载计算竖向荷载按结构布置情况导算到承重框架梁上；建筑物上的总水平荷载（风荷载和水平地震作用）则由变形协调条件，按柱的抗侧刚度分配。计算荷载可作如下简化：(1)集中荷载的位置允许移动不超过1/20梁的跨度；(2)次梁传至主梁的集中荷载，按简支梁反力考虑；(3)沿框架高度分布作用的风荷载可以简化为框架节点荷载，而略去它对节间的局部弯曲作用。第二节多层多跨框架在竖向荷载作用下内力的近似计算——分层法一、计算假定二、计算单元选取三、计算结果处理一、计算假定1.不考虑结构的侧移。2.每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计：本单元上梁弯距不在其它单元上进行分配计传递。3.活荷载一般按满布考虑，不进行各种不利布置的计算。4.除底层外，其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9，传递系数取1/3。二、计算单元选取每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元，柱远端按固定端考虑。三、计算结果处理1.弯距计算分配完成后，梁端弯距即为梁的平衡弯距。