《混凝土框架》课件

混凝土框架结构设计原理与应用欢迎来到混凝土框架结构设计原理与应用的课程！本课程旨在全面介绍混凝土框架结构的基本概念、设计原则、施工要点、维护保养以及创新发展通过学习本课程，您将掌握混凝土框架结构的设计方法，能够解决实际工程中的相关问题，并了解该领域的最新技术发展课程概述与学习目标课程概述学习目标本课程涵盖混凝土框架结构的基本概念、材料性能、受力掌握混凝土框架结构的基本概念和特点•特点、设计计算、抗震设计、施工要点、质量验收、维护熟悉混凝土和钢筋的材料性能•加固以及创新发展等方面的内容我们将通过理论讲解、能够进行框架结构的荷载与作用分析•案例分析、实践操作等多种方式，帮助您全面掌握混凝土掌握框架梁、柱、节点的设计方法•框架结构的设计与应用了解框架结构的抗震设计原则与措施•混凝土框架结构的基本概念定义特点混凝土框架结构是由梁和柱具有良好的抗震性能，空间组成的，通过刚性连接形成大，布置灵活主要由梁、承重体系的结构梁和柱共柱、节点组成自重较大，同承担竖向和水平荷载，并需要较好的地基基础将荷载传递到地基类型单层框架结构•多层框架结构•高层框架结构•框架结构的发展历史早期框架结构1框架结构最初应用于工业建筑，如厂房、仓库等，主要采用钢结构形式随着混凝土技术的不断发展，混凝土框架结构逐渐得到广泛应用现代框架结构2随着高层建筑的兴起，混凝土框架结构在高层建筑中得到广泛应用现代框架结构不仅具有良好的承载能力和抗震性能，而且在建筑外观设计上也具有很大的灵活性未来框架结构3随着新材料、新技术的不断涌现，未来框架结构将更加注重绿色环保、节能减排装配式框架结构、高性能混凝土框架等将成为未来的发展趋势框架结构的主要特点承载能力强1混凝土框架结构具有良好的承载能力，能够承受较大的竖向和水平荷载抗震性能好2框架结构具有较好的抗震性能，能够有效地抵抗地震作用空间布置灵活3框架结构内部空间布置灵活，可以满足不同的使用需求施工周期短4框架结构施工周期相对较短，可以加快工程进度框架结构的应用范围工业建筑民用建筑公共建筑厂房、仓库、车间等住宅、办公楼、商场学校、医院、图书馆工业建筑常采用框架等民用建筑也常采用等公共建筑也常采用结构，以满足大跨度框架结构，以提供灵框架结构，以满足大、高空间的需求活的空间布置和良好空间、多功能的需求的抗震性能框架结构的基本组成部分框架梁框架梁是框架结构的水平构件，主要承受弯矩和剪力，并将荷载传递到框架柱框架柱框架柱是框架结构的竖向构件，主要承受轴向压力和弯矩，并将荷载传递到地基框架节点框架节点是框架梁和框架柱的连接部位，是结构的重要组成部分，其设计和构造对结构的整体性能有重要影响框架梁的构造要求截面尺寸配筋要求框架梁的截面尺寸应根据结构的跨度、荷载以及材料强度框架梁的配筋应满足承载力、裂缝宽度以及变形的要求等因素确定一般来说，截面高度不宜小于跨度的，纵向钢筋应沿梁的长度方向均匀分布，箍筋应沿梁的长度1/12宽度不宜小于高度的方向按一定间距设置，以提高梁的抗剪能力1/2框架柱的构造要求截面尺寸框架柱的截面尺寸应根据结构的轴向压力、弯矩以及材料强度等因素确定一般来说，截面尺寸不宜小于，高层400mm×400mm建筑的柱截面尺寸应适当增大配筋要求框架柱的配筋应满足承载力、稳定性和延性的要求纵向钢筋应沿柱的截面均匀分布，箍筋应沿柱的长度方向按一定间距设置，以提高柱的抗剪能力和约束能力框架节点的构造要求节点核心区1节点核心区是框架梁和框架柱的交汇区域，是节点受力最为复杂、应力最为集中的区域因此，节点核心区应加强配筋，以提高其承载能力和抗震性能梁柱连接2框架梁和框架柱的连接应采用刚性连接，以保证结构的整体性连接方式可采用现浇连接、螺栓连接、焊接连接等箍筋加密3在节点核心区，应加密箍筋的间距，以提高节点的抗剪能力和约束能力，防止混凝土过早开裂和破坏混凝土材料性能强度等级弹性模量12混凝土的强度等级是指混凝土的抗压强度，常用的强度等级有混凝土的弹性模量是指混凝土在弹性变形阶段的应力与应变之比C

20、C

25、C

30、C

35、C40等强度等级越高，混凝土的抗压，反映了混凝土的刚度弹性模量越大，混凝土的刚度越大强度越大泊松比收缩与徐变34混凝土的泊松比是指混凝土在单向受力时，横向应变与纵向应变混凝土具有收缩和徐变的特性，收缩是指混凝土在硬化过程中体之比，反映了混凝土的横向变形能力泊松比一般在

0.15~

0.2之积减小的现象，徐变是指混凝土在长期荷载作用下发生的缓慢变间形现象在结构设计中，应考虑混凝土的收缩和徐变对结构的影响钢筋材料性能强度等级弹性模量伸长率钢筋的强度等级是指钢筋的弹性模量是指钢筋的伸长率是指钢钢筋的屈服强度，常钢筋在弹性变形阶段筋在拉伸断裂时的伸用的强度等级有的应力与应变之比，长量与原长度之比，、反映了钢筋的刚度反映了钢筋的塑性变HRB400HRB500等强度等级越高，钢筋的弹性模量一般形能力伸长率越大钢筋的屈服强度越大为，钢筋的塑性变形能

2.0×10^5MPa力越强混凝土与钢筋的协同工作原理粘结力混凝土与钢筋之间存在粘结力，这种粘结力使得混凝土和钢筋能够共同承受荷载，协同工作粘结力的大小取决于混凝土的强度、钢筋的表面形状以及钢筋的埋置深度等因素变形协调在荷载作用下，混凝土和钢筋的变形应协调一致，即两者应具有相同的应变为了保证变形协调，混凝土和钢筋应具有相近的弹性模量共同受力混凝土主要承受压应力，钢筋主要承受拉应力混凝土和钢筋共同承受弯矩和剪力，形成一个整体的承重体系框架结构的受力特点竖向荷载水平荷载框架结构主要承受竖向荷载，如结构自重、楼面活荷载、框架结构也承受水平荷载，如风荷载、地震作用等水平屋面荷载等竖向荷载通过框架梁传递到框架柱，再由框荷载通过框架梁和框架柱的协同作用进行传递，最终传递架柱传递到地基到地基框架结构的计算模型简化模型有限元模型在进行框架结构计算时，为对于复杂的框架结构，可以了简化计算，通常采用简化采用有限元模型进行计算模型常用的简化模型有杆有限元模型能够更准确地反件模型、平面框架模型、空映结构的受力状态和变形情间框架模型等况计算软件目前，有许多专业的结构计算软件可用于框架结构的计算，如、、等这些软件能够进行静力分析、SAP2000ETABS ANSYS动力分析、稳定分析等荷载与作用分析荷载分类1荷载可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载永久荷载是指在结构使用期间始终存在的荷载，如结构自重可变荷载是指在结构使用荷载组合期间可能出现的荷载，如楼面活荷载偶然荷载是指在结构使用期2间偶然出现的荷载，如地震作用在进行结构设计时，应考虑各种荷载的组合效应常用的荷载组合方法有基本组合、标准组合、偶然组合等作用效应3荷载作用于结构上，会引起结构内部产生各种作用效应，如弯矩、剪力、轴力等在进行结构设计时，应计算出各种作用效应，并根据作用效应进行构件的设计重力荷载计算方法结构自重楼面活荷载12结构自重是指结构本身的楼面活荷载是指楼面上的重量，应根据结构的尺寸人员、家具、设备等的重和材料的密度进行计算量，应根据建筑的使用性质进行确定屋面荷载3屋面荷载是指屋面上积雪、积灰等的重量，应根据当地的气候条件进行确定水平荷载计算方法风荷载地震作用风荷载是指风作用于结构上的力，应根据当地的风速、地地震作用是指地震作用于结构上的力，应根据当地的地震形以及结构的形状进行计算烈度、场地类别以及结构的自振周期进行计算地震作用的考虑地震烈度场地类别结构的自振周期地震烈度是指地震对地面的破坏程度，场地类别是指建筑物所在场地的土层情结构的自振周期是指结构在受到扰动后是抗震设计的重要依据我国将地震烈况，不同的场地类别对地震动的影响不自由振动的周期，是抗震设计的重要参度分为个等级，从度开始需要进行同场地类别分为四类，分别是一类场数结构的自振周期越长，其抗震能力126抗震设计地、二类场地、三类场地和四类场地越弱框架结构的整体稳定性稳定性概念影响因素结构的整体稳定性是指结构在荷载作用下保持原有平衡状影响结构整体稳定性的因素有很多，如结构的几何尺寸、态的能力如果结构的整体稳定性不足，可能会发生失稳材料强度、荷载大小、支承条件等破坏框架梁的设计原则承载力变形框架梁的设计应保证其具有框架梁的变形应控制在一定足够的承载力，能够承受各的范围内，以保证结构的使种荷载的作用用功能和美观裂缝框架梁的裂缝宽度应控制在一定的范围内，以保证结构的耐久性框架梁的配筋设计正截面承载力1框架梁的配筋设计首先应保证其正截面具有足够的承载力，能够承受弯矩的作用正截面承载力计算应根据混凝土和钢筋的强度等级以及截面的几何尺寸进行斜截面承载力2框架梁的配筋设计还应保证其斜截面具有足够的承载力，能够承受剪力的作用斜截面承载力计算应根据混凝土的强度等级、截面的几何尺寸以及箍筋的设置情况进行构造配筋3除了满足承载力要求外，框架梁的配筋还应满足构造要求，如最小配筋率、最大钢筋间距等框架梁的抗剪设计剪力计算抗剪强度验算12框架梁的抗剪设计首先应框架梁的抗剪设计应验算计算出梁所承受的剪力梁的抗剪强度是否满足要剪力计算应考虑各种荷载求抗剪强度验算应根据的组合效应混凝土的强度等级、截面的几何尺寸以及箍筋的设置情况进行箍筋设置3框架梁的抗剪设计应合理设置箍筋，以提高梁的抗剪能力箍筋的设置应满足一定的间距和直径要求框架梁的构造配筋箍筋纵向钢筋框架梁的箍筋应沿梁的长度方向框架梁的纵向钢筋应沿梁的长度按一定间距设置，以提高梁的抗方向均匀分布，以承受弯矩的作剪能力和约束能力箍筋的间距用纵向钢筋的直径和数量应根应满足一定的要求，通常在支座据计算确定，并满足一定的构造附近加密要求框架柱的设计原则承载力框架柱的设计应保证其具有足够的承载力，能够承受轴向压力和弯矩的作用稳定性框架柱的稳定性应得到保证，防止发生失稳破坏延性在抗震设计中，框架柱应具有一定的延性，以提高结构的抗震性能框架柱的轴压承载力轴压比承载力计算轴压比是指柱所承受的轴向压力与柱的截面面积和混凝土框架柱的轴压承载力计算应根据混凝土和钢筋的强度等级强度乘积之比轴压比是衡量柱受压程度的重要指标，轴、截面的几何尺寸以及柱的长细比等因素进行压比越大，柱越容易发生失稳破坏框架柱的配筋设计纵向钢筋框架柱的纵向钢筋应沿柱的截面均匀分布，以承受轴向压力和弯矩的作用纵向钢筋的直径和数量应根据计算确定，并满足一定的构造要求箍筋框架柱的箍筋应沿柱的长度方向按一定间距设置，以提高柱的抗剪能力和约束能力箍筋的间距应满足一定的要求，通常在柱的端部加密框架柱的抗剪设计剪力计算1框架柱的抗剪设计首先应计算出柱所承受的剪力剪力计算应考虑各种荷载的组合效应抗剪强度验算2框架柱的抗剪设计应验算柱的抗剪强度是否满足要求抗剪强度验算应根据混凝土的强度等级、截面的几何尺寸以及箍筋的设置情况进行箍筋设置3框架柱的抗剪设计应合理设置箍筋，以提高柱的抗剪能力箍筋的设置应满足一定的间距和直径要求，特别是在柱的端部应加密箍筋框架柱的构造配筋纵向钢筋箍筋拉筋123框架柱的纵向钢筋应沿柱的截面框架柱的箍筋应沿柱的长度方向对于大截面柱，应设置拉筋，以均匀分布，其最小配筋率应满足按一定间距设置，其间距应满足提高柱的整体性和稳定性规范要求，以保证柱的承载能力规范要求，以提高柱的抗剪能力和延性和约束能力在柱的端部应加密箍筋，以防止混凝土过早开裂和破坏框架节点的设计原则承载力延性可靠性框架节点的设计应保在抗震设计中，框架框架节点的设计应保证其具有足够的承载节点应具有一定的延证其具有足够的可靠力，能够承受各种荷性，以提高结构的抗性，防止发生破坏载的作用震性能框架节点的受力分析弯矩框架节点承受来自梁和柱的弯矩作用，这些弯矩需要在节点内部进行传递和平衡剪力框架节点承受来自梁和柱的剪力作用，这些剪力需要在节点内部进行传递和平衡轴力框架节点承受来自柱的轴向压力作用，这些轴力需要在节点内部进行传递和平衡框架节点的配筋设计节点核心区梁柱连接框架节点核心区是节点受力最为复杂、应力最为集中的区框架梁和框架柱的连接部位也应加强配筋，以保证连接的域，应加强配筋，以提高其承载能力和抗震性能常用的可靠性常用的配筋方式有锚固钢筋、连接钢板等配筋方式有箍筋、拉筋、附加斜筋等框架节点的构造要求箍筋加密钢筋锚固在节点核心区，应加密箍筋框架梁和框架柱的钢筋应在的间距，以提高节点的抗剪节点内部充分锚固，以保证能力和约束能力，防止混凝连接的可靠性钢筋的锚固土过早开裂和破坏长度应满足规范要求混凝土强度节点核心区的混凝土强度应不低于梁和柱的混凝土强度，以保证节点的承载能力框架结构的变形控制变形计算1框架结构的变形计算应考虑各种荷载的组合效应，并根据结构的几何尺寸和材料性能进行计算变形限值2框架结构的变形应控制在一定的范围内，以保证结构的使用功能和美观不同的结构类型和使用性质，其变形限值也不同控制措施3为了控制框架结构的变形，可以采取增加构件截面尺寸、提高材料强度、优化结构布置等措施裂缝宽度限值要求裂缝控制限值要求控制措施123框架结构的裂缝宽度应控制在一定不同的环境类别和结构类型，其裂为了控制框架结构的裂缝宽度，可的范围内，以保证结构的耐久性缝宽度限值也不同一般来说，在以采取提高混凝土强度等级、增加裂缝宽度过大，会导致钢筋锈蚀，干燥环境下，裂缝宽度限值为钢筋配筋率、合理设置构造钢筋等从而降低结构的承载能力；在潮湿环境下，裂缝宽度措施

0.3mm限值为；在腐蚀性环境下，

0.2mm裂缝宽度限值为

0.1mm框架结构的抗震设计抗震概念设计原则构造措施抗震设计是指根据地震作用的特点，对框架结构的抗震设计应遵循小震不坏，框架结构的抗震设计应采取相应的构造“结构进行设计，使其具有一定的抗震能中震可修，大震不倒的原则，即在小地措施，如加强节点连接、提高构件延性”力，能够抵抗地震作用，减少地震造成震作用下，结构不发生破坏；在中等地、设置抗震缝等，以提高结构的抗震性的损失震作用下，结构可以修复；在大地震作能用下，结构不倒塌抗震等级划分划分依据抗震等级是根据建筑的重要性、地震烈度以及场地类别等因素进行划分的抗震等级越高，其抗震设防标准也越高等级分类框架结构的抗震等级分为四个等级，分别是一级、二级、三级和四级一级抗震等级最高，四级抗震等级最低设计要求不同抗震等级的框架结构，其抗震设计要求也不同一般来说，抗震等级越高，其构件截面尺寸、配筋率以及构造措施要求也越高抗震构造措施加强节点连接提高构件延性框架节点是结构的薄弱环节，应加强节点连接，以提高节构件的延性是指构件在发生破坏前能够承受较大变形的能点的抗震能力常用的措施有增加节点核心区的箍筋、采力提高构件的延性，可以提高结构的抗震性能常用的用高强螺栓连接等措施有采用延性较好的材料、合理设置构造钢筋等框架结构的延性设计延性概念实现途径延性是指结构或构件在保持框架结构的延性设计可以通承载能力的前提下，能够承过以下途径实现控制轴压受较大变形的能力延性越比、限制钢筋强度等级、设好，结构的抗震性能越好置构造钢筋、采用合理的截面尺寸等设计要求在抗震设计中，框架结构应满足一定的延性要求，以保证其具有足够的抗震能力强柱弱梁设计原则设计理念1强柱弱梁设计原则是指在框架结构中，柱的承载能力应大于梁的承载能力，即强柱；梁的塑性铰应优先于柱的塑性“”铰出现，即弱梁“”设计目的2强柱弱梁设计原则的目的是使结构在地震作用下，梁首先发生塑性变形，耗散地震能量，从而保护柱不发生破坏，保证结构的整体稳定性设计方法3实现强柱弱梁设计原则的方法有很多，如增大柱的截面尺寸、提高柱的混凝土强度等级、降低梁的配筋率等框架结构的施工要点模板工程钢筋工程混凝土工程123模板工程是混凝土结构施工的钢筋工程是混凝土结构的骨架混凝土工程是混凝土结构的主重要环节，应保证模板的强度，应保证钢筋的规格、数量和体，应保证混凝土的配合比、、刚度和稳定性，防止发生变位置符合设计要求，防止发生浇筑和养护符合规范要求，防形和倒塌错放、漏放等现象止发生裂缝、蜂窝等现象模板工程质量控制模板选材模板支设模板验收模板的选材应符合设模板的支设应牢固可模板支设完成后，应计要求，保证其强度靠，防止发生变形和进行验收，合格后方和刚度倒塌可进行下一步施工钢筋工程质量控制钢筋选材钢筋的选材应符合设计要求，保证其强度和延性钢筋加工钢筋的加工应符合规范要求，保证其尺寸和形状准确钢筋绑扎钢筋的绑扎应牢固可靠，保证其位置和间距符合设计要求混凝土浇筑质量控制配合比控制浇筑方法混凝土的配合比应符合设计要求，保证其强度和耐久性混凝土的浇筑应分层进行，并采用振捣器进行振捣，以保证混凝土的密实性施工缝处理方法凿毛处理清洗处理在浇筑新的混凝土之前，应应对旧混凝土表面进行清洗对旧混凝土表面进行凿毛处处理，以清除表面的浮浆和理，以增加新旧混凝土之间杂物的粘结力界面剂可以在旧混凝土表面涂刷界面剂，以提高新旧混凝土之间的粘结力框架结构的施工监理质量控制1施工监理应严格按照规范要求进行质量控制，对模板工程、钢筋工程和混凝土工程进行检查和验收，确保施工质量符合设计要求安全管理2施工监理应加强安全管理，对施工现场的安全隐患进行排查和整治，确保施工安全进度控制3施工监理应根据施工计划进行进度控制，确保工程按时完成框架结构的质量验收验收程序验收标准12框架结构的质量验收应按框架结构的质量验收应符照规定的程序进行，包括合国家和地方的有关标准自检、互检和专业验收等和规范要求验收内容3框架结构的质量验收应包括模板工程、钢筋工程、混凝土工程以及其他相关工程的验收框架结构的成本控制材料成本人工成本管理成本材料成本是框架结构人工成本也是框架结管理成本是框架结构工程的主要成本之一构工程的重要成本之工程的必要成本，应，应通过优化材料选一，应通过提高施工通过优化管理流程、择、合理利用材料等效率、优化施工组织提高管理效率等措施措施进行控制等措施进行控制进行控制典型工程案例分析1工程概况介绍工程的名称、地点、规模、结构类型以及设计单位和施工单位等基本情况设计特点分析工程的设计特点，如结构选型、抗震措施、节能措施等施工难点分析工程的施工难点，如地基处理、高空作业、复杂节点施工等典型工程案例分析2工程概况设计亮点介绍工程的名称、地点、规模、结构类型以及设计单位和分析工程的设计亮点，如结构创新、材料应用、节能环保施工单位等基本情况等典型工程案例分析3工程概况经验教训介绍工程的名称、地点、规总结工程的经验教训，为以模、结构类型以及设计单位后的工程提供参考和施工单位等基本情况技术创新工程采用了哪些技术创新？这些创新带来了什么效益？框架结构的病害分析裂缝1裂缝是框架结构常见的病害，主要原因是荷载过大、材料老化、施工质量差等裂缝会降低结构的承载能力和耐久性变形2变形也是框架结构常见的病害，主要原因是地基沉降、荷载过大、材料徐变等变形会影响结构的使用功能和美观钢筋锈蚀3钢筋锈蚀是框架结构严重的病害，主要原因是混凝土保护层不足、环境腐蚀等钢筋锈蚀会降低结构的承载能力和耐久性框架结构的维护保养定期检查防水处理12应定期对框架结构进行检应做好框架结构的防水处查，发现病害及时处理理，防止雨水渗入，导致钢筋锈蚀防火处理3应做好框架结构的防火处理，防止火灾发生，导致结构破坏框架结构的加固方法加大截面外包钢粘贴碳纤维加大截面法是指通过外包钢法是指在构件粘贴碳纤维法是指在增大构件的截面尺寸的外部包裹钢板，提构件的表面粘贴碳纤，提高其承载能力和高其承载能力和刚度维布，提高其承载能刚度力和刚度框架结构的检测技术无损检测无损检测是指在不破坏结构的前提下，对结构进行检测，常用的无损检测方法有超声波检测、回弹仪检测、射线检测等荷载试验荷载试验是指在结构上施加荷载，观察结构的变形和应力情况，从而判断结构的承载能力和安全性应力测试应力测试是指通过测量结构内部的应力分布情况，判断结构的受力状态和安全性框架结构的创新发展装配式高性能装配式框架结构是指将框架结构的构件在工厂预制，然后高性能混凝土框架是指采用高性能混凝土材料的框架结构在现场进行组装装配式框架结构具有施工速度快、质量高性能混凝土具有强度高、耐久性好、抗裂性好等优点控制好、节能环保等优点装配式框架结构概念优点装配式框架结构是指将框架装配式框架结构具有施工速结构的梁、柱等构件在工厂度快、质量控制好、节能环预制，然后在现场进行组装保等优点，是未来框架结构连接而成的结构的发展趋势关键技术装配式框架结构的关键技术包括构件预制、连接技术、施工技术等高性能混凝土框架概念1高性能混凝土是指具有高强度、高耐久性、高抗裂性等优良性能的混凝土采用高性能混凝土可以提高框架结构的承载能力和耐久性优点2高性能混凝土框架结构具有强度高、耐久性好、抗裂性好等优点，可以满足现代建筑对结构性能的要求应用3高性能混凝土框架结构在高层建筑、大跨度结构等领域得到广泛应用绿色环保框架技术节能设计环保材料12框架结构应采用节能设计框架结构应采用环保材料，如优化结构形式、采用，如再生混凝土、环保型保温隔热材料等，以降低钢材等，以减少对环境的建筑能耗影响可持续发展3框架结构应注重可持续发展，如提高结构的使用寿命、减少废弃物产生等课程总结与展望课程总结未来展望本课程全面介绍了混凝土框架结随着新材料、新技术的不断涌现构的设计原理与应用，希望您通，混凝土框架结构将朝着更加绿过学习本课程，能够掌握混凝土色环保、智能化方向发展，为人框架结构的设计方法，解决实际类创造更加美好的生活空间工程中的相关问题。