土木工程毕业论文 工程设计 框架结构(五)

第八章截面设计8.1框架梁截面设计及构造要求8.1.1构造要求为保证梁有足够的受弯承载力，以耗散地震能量，防止脆断，其纵向受拉钢筋的配筋率不应小于下表规定的数值。同时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。表8.1纵向受拉钢筋最小配筋率抗震等级梁中位置支座跨中一0.40和80/tyff中的较大值0.30和65/tyff中的较大值二0.30和65/tyff中的较大值0.25和55/tyff中的较大值三、四0.25和55/tyff中的较大值0.20和45/tyff中的较大值框架梁的两端箍筋加密区范围内，纵向受压钢筋和纵向受拉钢筋的截面面积的比值除应按计算确定外，还应符合下列要求：一级抗震等级'/0.5ssAA二、三级抗震等级'/0.3ssAA这是因为梁端配置一定数量的受压钢筋可减小混凝土受压区高度，提高梁端塑性铰的延性。框架梁中箍筋构造要求：为保证在竖向荷载级水平地震作用下框架梁端的塑性铰有足够的受剪承载力，也为了增加箍筋对混凝土的约束作用，以保证梁铰型延性机构的实现，梁中箍筋的配置应符合下列规定：⑴.梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间距和最小直径应按下表采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径应增大2mm；表8.2抗震框架梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径抗震等级加密区长度（采用较大值）()mm箍筋最大间距（采用较小值）()mm箍筋最小直径()mm一2bh,500/4bh,6d,10010二1.5bh，500/4bh,8d,1008三1.bh5，501/4bh,8d,1508四1.5bh，502/4bh,8d,1516注：d为纵筋直径，bh为梁高。⑵.第一个箍筋应设置在节点边缘50mm以内；⑶.梁箍筋加密区内的箍筋肢距：一级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm；⑷.沿全长箍筋的配筋率SV应符合下列规定：二级抗震等级0.28/SVtyvff⑸.非加密区的箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍；当考虑地震作用时，结构构件的截面设计采用下式：RERS式中：S—地震作用效应与其他荷载效应的基本组合；R—结构构件的承载力；RE—承载力抗震调整系数。在截面配筋时，组合表中的内力与地震力组合，均应乘以RE后，在与静力的内力进行比较，挑选出最不利的内力进行配筋。本设计以首层AB跨为例说明横向框架梁的设计过程。8.1.2梁的正截面受弯承载力计算根据梁的正截面受弯承载力计算确定梁上部和下部的纵向受力钢筋用量。设计时，先根据跨间最大正弯矩值计算下部受拉钢筋截面面积。因为现浇钢筋混凝土楼盖，按T形截面计算，然后将一部分钢筋伸入支座，作为支座截面承受负弯矩时的受压钢筋，按双筋矩形截面计算上部受拉钢筋。框架梁混凝土采用C35，c16.7f2kN/m，1.57tf2kN/m，其截面尺寸为b×h=300×600,采用双排筋，取60mmsd，2300Nmmyf。图8.1梁的截面选取图从梁的内力组合表中分别选出AB跨跨间截面的最不利内力。0.75384.74288.56kNmREAM0.75291.76288.56kNmREBM跨间弯矩作用下，梁下部受拉，截面按单筋T形截面计算。根据《混凝土结构设计规范》T形截面翼缘计算宽度：①当按跨度考虑时，fb=3/l=6800/3=2267mm；②按梁（纵肋）净距nS考虑，fb=nSb=300+6500=6800mm；③按翼缘厚度考虑时，0h=sah=600-60=540mm，0/hhf=120/540=0.22＞0.1，则此种情况不起控制作用，故取fb=2267mm。)2(01fffchhhbf=1.0×16.7×2267×120×（540-120/2）×610=2180.67mkN＞164.82kNm故属第一类T形截面。201hbfMfcs=62164.82100.0151.016.72267540AB跨梁正截面配筋计算见表8.3表8.3梁配筋计算截面梁左端Ⅰ-Ⅰ胯间Ⅱ-Ⅱ梁右端Ⅲ-Ⅲ+－+－弯矩设计值288.56-446.18164.82209.68-245.28210scMfbh0.1980.3050.0150.1440.168112s0.2230.3350.0150.1560.18510csyfbhAf2011.013021.031022.191406.811668.33选配钢筋322+225222+525322+225422222+225实配钢筋sA21223214212215201742配筋率0sAbh1.31%1.98%1.31%0.92%1.10%跨中最小配筋率：55tyff=0.288，0minhh=0.288%×600540=0.32%支座处最小配筋率：65tyff=0.34，0minhh=0.34%×600540=0.38%均满足最小配筋率要求。8.1.3梁的斜截面承载力验算AB跨：AREV=214.02kN02.0bhfcc=0.2×1.0×16.7×300×540=541.08kN，故截面尺寸满足承载力要求。梁端加密区箍筋取4肢8@100，箍筋采用HPB235级钢筋，2210Nmmyf0025.142.0hsAfbhfsvyt=0.42×1.57×300×540+1.25×210×201/100×540=391.74kN＞214.02kN满足抗剪要求。抗震设计规范规定，二级抗震等级梁端加密区长度为max(1.5bh,500)，bh为梁截面高度，则本设计中AB跨横向跨间梁的加密区长度为1.5600=900mm，非加密区箍筋取4肢8@200，箍筋设置满足设计要求。同时，沿梁全长箍筋配箍率1003002011bsAsvsv=0.67%2003002012bsAsvsv=0.335%＞yvtff24.0=0.16%即配箍率满足构造要求。8.2框架柱的截面设计及构造要求8.2.1构造要求一、柱纵向受力钢筋的构造要求为了改善框架柱的延性，使柱的屈服弯矩大于其开裂弯矩，保证框架在柱屈服的时具有较大的变形能力，柱纵向钢筋的最小总配筋率按下表采用，同时柱截面每一侧配筋率不应小于0.2%，对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，表8.4中数值应增加0.1。表8.4柱纵向钢筋的最小总配筋率类别抗震等级一二三四中柱和边柱1.00%0.80%0.70%0.60%角柱、框支柱1.20%1.00%0.90%0.80%为了施工方便和经济要求，框架柱中全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5%；截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋的间距不应大于200mm。二、箍筋构造要求箍筋加密区范围：柱端，取截面高度（圆柱直径）、柱净高的16和500mm三者的最大值；底层柱，柱根不小于柱净高的13；当有刚性地面时，除柱端外，尚应取刚性地面上下各500mm。剪跨比不大于2的柱、框支柱、一级及二级抗震等级框架的角柱以及需要提高变形能力的柱取全高。柱箍筋加密区的箍筋间距和直径，一般情况下，按下表采用；二级框架柱的箍筋直径不小于10mm，最大间距可采用150mm。表8.5柱加密区箍筋最大间距和最小直径抗震等级箍筋最大间距（采用较小值）(mm)箍筋最小直径(mm)一6d,10010二8d,1008三8d,150(柱根100)8四8d,150(柱根100)6（柱根8）柱箍筋加密区的箍筋肢距，二、三级不大于250mm和20倍箍筋直径的较大值；至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋约束。柱箍筋非加密区的箍筋体积配筋率不宜小于加密区的50%，且箍筋间距在一、二级不应大于10d，d为纵向箍筋直径。以A柱第一、二层为例，柱的截面控制示意图如下图所示，对示意图中的Ⅰ-Ⅰ截面进行设计。图8.2柱控制截面示意图混凝土采用C35，16.7cf2Nmm。纵向钢筋为HRB335级钢筋，'360yyff2Nmm。箍筋为HPB235级钢筋，210yf2Nmm。8.2.2柱的轴压比验算柱的轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的乘积的比值。轴压比较小时，在水平地震作用下，柱将发生大偏心受压的弯曲型破坏，具有较好的位移延性；轴压比较大时，柱将发生小偏心受压破坏，几乎没有位移延性。因此，必须合理确定柱的截面尺寸，使框架柱处于大偏心受压状态，保证柱具有一定的延性。由内力组合表可知：12112.98NkN，3122112.98100.350.816.7600NcNfbh；22676.22NkN，3222676.22100.450.816.7600NcNfbh；32729.14NkN，3322729.14100.500.816.7600NcNfbh。三个截面均满足轴压比限值的要求。8.2.3柱的正截面承载力计算二级抗震框架中除顶层外其余各节点的梁、柱应符合下述公式1.2cbMM，式中cM——节点上下柱柱端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和bM——节点左右梁端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和二级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值应乘以增大系数1.25。若1.2cbMM，则将cbMM与1.2的差值M按弹性分析弯矩值之比分配给节点上下柱端。首层A柱柱的计算长度0l按《混凝土设计规范》，当为现浇楼盖时：一层：Hl0.10=1.0×4.9=4.9m，二层：Hl25.10=1.25×3.9=4.875m；MRE=0.8×(1.25×545.21)=545.21kNm0e=NM=63545.21102729.1410=200mmae按规范取20mm和偏心方向截面尺寸l/30的较大值，取ae=20mmaieee0=200+20=220mm因为0lh=4900600=8.17＞5，需考虑偏心距增大系数=21200)(/140011hlheiNAfc5.01=230.516.76002729.1410=1.1＞1.0，取1=1.00lh=4900600=8.17＜15，取2=1.0=2118.172201400560=1.00ie=1.00×220=220mm＞0.30h=0.3×560=168mm按对称配筋计算。bfNxc1=32729.14101.016.7600=272.36mm＜0hb=0.55×560=308mm为大偏心受压情况。402/heei=220+300-40=480mmssAA=)()2(001sycahfxhbxfNe=3272.362729.14104801.016.7600272.36560230056040=983.09mm2实配422，ssAA=1520mm2。315201.36%0.8%600560，满足要求；单侧配筋率，15200.45%0.2%600560，满足要求。8.2.4柱的斜截面承载力的计算以首层B柱为例进行计算。由前述知，对于二级抗震等级按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力：cV=nbctcHMM2.1tcM、bcM—框架柱调整厚的上、下柱端弯矩值nH—柱的净高（从基础顶面到第一层梁底）tcM=280.77kNm，bcM=1.25×545.21=681.51kNm则框架柱的剪力设计值280.77681.511.2281.644.900.80cVkN，REcV=0.85×281.64=239.39kN1、剪压比的限值柱内平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值之比，成为柱的剪压比。与梁一样，为了防止构件截面的剪压比过大，在箍筋屈服前，混凝土过早的发生剪切破坏，必须限值柱的剪压比，亦限值柱的截面最小尺寸。《建筑设计抗震规范》规定，框架柱端将面组合的剪力设计值应符合下列要求：剪跨比大于2时:)20.0(10bhfVc