《混凝土框架结构设计课件》课件

混凝土框架结构设计课件本课程将系统讲解混凝土框架结构设计的全流程，涵盖从基础理论到工程实践的各个方面我们将深入探讨框架结构的设计原理、计算方法以及现代施工技术，为学员提供全面的专业知识体系通过理论学习与实际案例相结合的方式，帮助学员掌握框架结构设计的核心技能，提升在实际工程项目中的应用能力课程内容紧跟国家最新规范标准，确保所学知识的实用性和前瞻性课程内容总览1理论基础篇涵盖混凝土材料性能、结构力学原理、设计规范解读等基础知识模块2设计方法篇详细讲解框架梁、柱、板的设计计算方法和构造要求3工程实践篇通过典型工程案例分析，提升实际项目设计能力4前沿技术篇介绍装配式结构、绿色建造等新技术发展趋势绪论结构类型与发展1早期发展（）1900-1950钢筋混凝土技术萌芽，基础理论逐步建立，简单框架结构开始应用2快速发展（）1950-1980设计理论日趋完善，高层建筑兴起，抗震设计理论建立3现代发展（至今）1980计算机辅助设计普及，新材料应用，绿色建造理念兴起框架结构体系简介受力特征适用范围设计优势框架结构由梁、柱组成承重骨架，楼适用于多层及中高层建筑，建筑平面结构布置灵活，施工工艺成熟，造价板作为水平隔板，具有良好的抗侧刚布置灵活，空间利用率高常用于办相对经济便于建筑功能调整，维护度柱子承受轴向压力和弯矩，梁主公楼、住宅、商业建筑等，层数一般改造方便，材料来源广泛，技术要求要承受弯矩和剪力，节点区域受力复不超过15层，在地震区需要配合剪力相对较低，适合大规模推广应用杂需要特别重视墙使用现浇与装配式框架结构现浇框架结构装配式框架结构现场支模浇筑，整体性能优良，抗震性能好施工周期相工厂预制构件，现场拼装连接，施工速度快，质量稳定对较长，但技术成熟，质量容易控制适用于复杂建筑形初期投资较大，但环保效益显著，适合标准化程度高的建体和高层建筑，成本相对较低筑项目，是未来发展趋势•整体性强，抗震性能好•施工速度快，效率高•施工灵活，适应性强•质量稳定，精度高•技术成熟，质量可控•环保节能，绿色施工•施工周期较长，劳动强度大•前期投资大，连接复杂材料性能与指标混凝土强度等级钢筋材料性能材料相容性常用C20-C60，立主要采用HRB

400、混凝土与钢筋线膨胀方体抗压强度标准HRB500级钢筋，抗系数接近，具有良好值C30以下用于一拉强度设计值分别为的粘结性能碱性环般结构，C40-C50360MPa和境保护钢筋不锈蚀，用于高层建筑，C60435MPa钢筋应具共同承受外荷载作以上属于高强混凝有良好的可焊性和延用，是钢筋混凝土结土弹性模量随强度性，满足抗震构造要构的基础等级增加而提高求混凝土本构关系弹性阶段应力应变呈线性关系，材料遵循胡克定律，变形完全可恢复塑性发展阶段应力应变关系呈非线性，微裂缝开始发展，变形有部分不可恢复破坏阶段达到峰值应力后应力下降，裂缝贯通，材料失去承载能力钢筋与混凝土协同工作机械咬合混凝土收缩紧抱钢筋，肋纹钢筋增强机械锚固作用化学粘结水泥水化产物与钢筋表面的化学结合，提供初始粘结力摩擦阻力钢筋与混凝土接触面的摩擦力，防止钢筋滑移设计规范与技术标准混凝土结构设计规范GB50010-2010是基础性规范，规定材料性能、构件设计、构造要求建筑抗震设计规范GB50011-2010专门针对抗震设计，补充抗震构造措施建筑结构荷载规范GB50009-2012规定各类荷载取值，是结构设计的基础数据结构布置基本原则受力合理力流传递路径明确，避免应力集中布置规则平面规则，立面均匀，避免突变整体稳定具备足够的抗侧刚度和整体稳定性柱网布置与经济跨度6m8m标准跨度办公建筑住宅建筑常用跨度，经济性较好商业办公建筑推荐跨度范围12m

4.2m大空间层高标准商业建筑大跨度空间设计办公建筑标准层高设置构件截面尺寸估算构件类型截面尺寸范围高跨比适用条件框架梁200×400~31/10~1/15一般多层建筑00×700mm框架柱400×400~6-根据轴压比确00×600mm定楼板100~150mm1/35~1/45双向板设计连梁200×300~21/8~1/12剪力墙间连梁50×500mm计算简图与受力分析内力分析计算荷载工况组合运用结构力学方法或有限元分析软件计算建立计算模型按照规范要求进行荷载组合，考虑恒载、结构内力得到各构件的弯矩、剪力、轴根据实际结构建立简化的计算简图，确定活载、风荷载、地震作用等采用承载能力包络图，为构件设计提供依据支座条件和约束关系明确荷载传递路力极限状态和正常使用极限状态的不同组径，建立合理的力学模型，为后续计算分合系数析奠定基础结构内力分析方法线弹性分析法塑性内力重分布基于材料线弹性假定，采用叠加原理进行内力计算方法考虑材料进入塑性状态后的内力重分布现象，能更准确反简单，计算精度能满足一般工程需要，是目前最常用的分映结构的实际受力状态在抗震设计中具有重要意义，可析方法以充分发挥材料性能•理论基础成熟•反映实际受力状态•计算简便快捷•提高材料利用率•适用于常规结构•改善抗震性能•偏于安全•计算相对复杂框架梁设计原理适筋梁超筋梁配筋适中，钢筋先屈服后混凝土压配筋过多，混凝土先压碎，破坏突碎，延性较好然，应避免界限状态少筋梁钢筋屈服与混凝土压碎同时发生的配筋不足，一拉即断，无延性，严临界状态禁使用梁正截面承载力计算截面假定平截面假定，混凝土只受压不受拉材料本构理想弹塑性应力应变关系平衡条件力的平衡和力矩平衡条件承载力公式推导设计计算公式梁斜截面承载力斜拉破坏配箍率过低时发生，沿主拉应力方向产生斜裂缝，破坏突然且脆性明显应通过设置足够的箍筋来避免此类破坏模式的发生剪压破坏配箍率适中时的典型破坏模式，斜裂缝出现后箍筋发挥作用，最终剪压区混凝土被压碎这是设计中希望达到的破坏模式斜压破坏配箍率过高时发生，剪压区混凝土沿倾斜方向被压碎虽然承载力高但材料利用不经济，设计时应合理控制配箍率梁受扭设计纯扭构件弯扭构件单独承受扭矩作用的构同时承受弯矩和扭矩的构件，按照空间桁架模型进件，需要进行弯扭相关性行设计需要配置抗扭纵验算扭矩会影响受弯承筋和抗扭箍筋，形成封闭载力，设计时要考虑两种的配筋体系来抵抗扭转作内力的相互影响和耦合效用应构造要求抗扭纵筋应沿截面周边均匀布置，箍筋必须做成封闭式纵筋锚固长度要满足规范要求，箍筋间距不宜过大以保证抗扭效果梁截面裂缝控制柱的受力与设计原理1轴心受压理想情况下柱子只承受轴向压力，实际工程中很少出现设计时仍需考虑最小偏心距的影响，配置构造钢筋满足延性要求2小偏心受压偏心距较小，截面仍有受压区破坏时远离轴向力一侧钢筋受拉屈服，靠近轴向力一侧钢筋和混凝土均受压，属于材料强度破坏3大偏心受压偏心距较大，截面出现受拉区破坏特征类似于受弯构件，受拉钢筋先屈服，受压区混凝土后压碎，具有一定的延性柱配筋与构造要求纵向钢筋箍筋配置采用HRB400或HRB500级钢采用封闭式箍筋，箍筋直径不筋，最小配筋率

0.6%，最大配小于6mm且不小于纵筋直径的筋率5%钢筋应沿周边均匀布1/4箍筋间距应满足规范要置，保证每个方向都有足够的求，在柱端、节点区域需要加配筋量角部必须配置纵筋，密布置，提高抗震性能中间纵筋间距不宜过大施工控制钢筋保护层厚度应严格控制，影响耐久性和承载力施工中要防止钢筋位移，确保设计配筋得到准确实施混凝土浇筑时要保证密实性框架核心区与次要区节点核心区强柱弱梁构造措施梁柱交汇处的关键部抗震设计的重要原节点区域钢筋锚固长位，受力复杂，需要则，通过控制柱梁承度要满足要求，避免特殊设计核心区箍载力比值实现目的钢筋滑移梁纵筋在筋应加密配置，保证是让塑性铰首先在梁柱中的锚固应延伸到节点具有足够的抗剪端形成，避免柱子过对边，箍筋要形成有承载力和延性在地早破坏导致整体倒效约束震作用下是结构的薄塌弱环节楼板设计与受力特性单向板设计双向板设计长宽比大于2的矩形板按单向板设计，荷载主要沿短跨方长宽比小于等于2的矩形板，荷载沿两个方向传递需要向传递配筋方向与荷载传递方向一致，垂直方向设置构在两个方向都配置受力钢筋，按弹性理论或塑性理论进行造钢筋计算相对简单，适用于走廊、阳台等狭长空间设计适用于大多数房间楼板，受力更加合理•受力更加均匀•受力明确，计算简单•适用范围广泛•适用于狭长空间•整体性能良好•材料用量相对较少楼板裂缝与挠度控制挠度限值跨度的1/200~1/300，确保使用舒适性裂缝宽度一般环境

0.3mm，严格环境

0.2mm控制措施合理配筋，加强构造，施工质量控制基础设计与节点构造节点连接梁柱节点的关键连接部位承台设计2桩基承台的受力分析与配筋地基处理软弱地基的加固与处理方法预应力混凝土简介预应力原理通过预先对混凝土施加压应力，抵消外荷载产生的拉应力，充分发挥混凝土抗压性能预应力方式分为先张法和后张法两种，先张法适用于预制构件，后张法适用于现场施工工程应用广泛应用于大跨度梁、楼板、桥梁等结构，能有效减少构件截面尺寸和自重技术优势提高承载力，减少裂缝，降低挠度，延长使用寿命，经济效益显著结构稳定与侧移限值周期与地震作用计算结构基本周期地震影响系数水平地震作用采用经验公式T1=

0.05-根据抗震设防烈度、场地类采用振型分解反应谱法计算，

0.10√n（n为层数）进行初步别、设计地震分组确定地震考虑结构的前几个振型底部估算，实际设计中应通过动力影响系数曲线反映了不同周期剪力法适用于规则的多层结分析得到准确值周期是结构结构的地震响应特征，是地震构，时程分析法用于复杂的高动力特性的重要参数作用计算的基础层结构框架结构抗震设计强柱弱梁强剪弱弯柱端弯矩设计值应大于梁端弯矩设构件抗剪承载力应大于抗弯承载2计值，确保塑性铰首先在梁端形成力，避免脆性剪切破坏的发生强底层弱上层强节点弱构件底层柱承载力应适当提高，避免底节点承载力应大于相连构件承载层过早形成塑性铰机构力，保证节点不先于构件破坏抗震节点及箍筋加密区节点核心区梁柱交汇处受力最复杂的部位，需要配置足够的箍筋形成有效约束箍筋间距应加密，直径应满足最小构造要求，确保节点具有良好的延性和耗能能力柱端加密区柱端是塑性铰可能出现的部位，箍筋加密长度应满足规范要求加密区内箍筋间距不宜大于100mm，且不大于柱截面最小尺寸的1/4，提供足够的约束作用梁端加密区梁端塑性铰区域需要加密箍筋，长度为

1.5倍梁高且不小于500mm箍筋间距应满足抗震构造要求，保证梁端具有足够的转动能力和耗能性能非结构构件的影响设备管线楼梯结构建筑设备管线的布置会影响结构构件的有填充墙影响楼梯作为重要的疏散通道，其结构设计应效截面，预留洞口应在设计阶段统筹考砌体填充墙会显著改变框架结构的刚度分保证在地震作用下的安全性楼梯与主体虑大型设备的重量和动力荷载需要在结布和受力特性，增加结构的侧向刚度但可结构的连接方式会影响整体受力，需要特构设计中予以考虑能造成刚度突变设计时应合理考虑填充别关注连接节点的设计墙的有利和不利影响火灾下的混凝土结构性能高温影响高温下混凝土强度和弹性模量显著降低，300°C时强度开始明显下降，600°C时强度损失可达50%以上钢筋在高温下强度和刚度也会大幅度降低保护措施通过增加保护层厚度、使用防火涂料、设置防火包覆等措施提高结构耐火性能合理的截面设计和配筋可以在一定程度上补偿高温下的强度损失耐火时间根据建筑功能和高度确定耐火等级，一般要求1-3小时不等通过试验和计算确定构件在标准火灾作用下的耐火极限，确保人员安全疏散耐久性设计要点碳化防护氯离子侵蚀混凝土碳化会降低其碱性，失去对钢筋的保护作用通过沿海地区和使用除冰盐的环境中，氯离子会引起钢筋锈提高混凝土密实度、增加保护层厚度、选用优质水泥等措蚀采用低渗透性混凝土、环氧涂层钢筋、阴极保护等技施延缓碳化进程碳化深度与时间平方根成正比术措施氯离子含量应严格控制在规范限值以下•提高混凝土质量•限制氯离子含量•增加保护层厚度•使用防腐钢筋•控制水胶比•提高混凝土密实度•充分养护•定期检测维护混凝土施工工艺1234混凝土配制浇筑过程振捣密实养护保护严格按照配合比进行配分层浇筑，连续作业，避采用插入式振捣器充分振及时覆盖保湿养护，控制制，控制原材料质量，确免冷缝产生浇筑高度和捣，确保混凝土密实振温度和湿度养护时间不保和易性满足要求现场速度要合理控制，防止离捣时间要适当，过振或欠少于7天，确保强度正常发取样试验验证强度等级析和蜂窝麻面振都会影响质量展装配式混凝土框架预制柱预制梁工厂预制，质量稳定，精度采用预应力技术可以减少截高现场安装时需要解决柱面尺寸，降低自重梁柱连脚连接和柱间连接问题，常接是关键技术，需要保证连用灌浆套筒连接技术预制接的可靠性和整体性接头柱运输和吊装需要专门的设设计应满足抗震性能要求备和技术叠合板预制底板加现浇面层的复合结构，兼具预制和现浇的优点底板起到永久模板作用，减少支撑工程量整体性能良好，适用范围广泛装配式案例与应用装配式混凝土技术在住宅和办公建筑中得到广泛应用，显著提高了施工效率和工程质量预制阳台、楼梯等构件的标准化生产降低了成本，现场装配大大缩短了工期绿色与智能建造节能减排技术BIM采用高性能混凝土减少水泥用量，三维建模优化设计，碰撞检测减少利用工业废料作为掺合料，降低碳返工，全生命周期信息管理排放循环利用智能施工建筑废料回收利用，模块化设计便机器人绑扎钢筋，3D打印混凝土构于拆装，可持续发展理念件，无人机监测施工质量新材料与新技术高强混凝土C60-C100强度等级，采用优质胶凝材料和高效减水剂能有效减少构件截面，提高建筑空间利用率，适用于高层和大跨度结构纤维增强钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等新型增强材料显著提高混凝土的韧性和抗裂性能，在特殊工程中应用前景广阔新型连接技术机械连接、焊接连接替代传统搭接灌浆套筒连接技术在装配式结构中广泛应用，连接质量可靠，施工效率高防腐蚀技术环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋、阴极保护系统有效延长结构使用寿命，特别适用于海洋环境和工业环境典型结构方案对比结构体系适用层数抗侧刚度空间布置经济性纯框架结6-12层较小非常灵活经济构框架-剪15-30层较大较灵活适中力墙剪力墙结20-40很大受限制较高构层框架-核30层以很大灵活很高心筒上工程计算工具介绍软件系列结果验证ETABS PKPM国际通用的高层建筑结构分析软件，中国自主开发的结构设计软件，完全软件计算结果需要工程师进行合理性功能强大，建模直观能够进行线性符合国内规范要求包含建模、计检查，包括变形、内力、配筋等应和非线性分析，抗震性能评估，风荷算、绘图一体化功能，在国内工程设掌握手算方法进行关键部位验算，确载分析等界面友好，学习曲线相对计中应用最为广泛，技术支持完善保设计安全可靠平缓常见设计差错分析配筋不足受拉钢筋配置量不满足计算要求，或者构造钢筋不符合规范规定常见于梁底钢筋、柱纵筋配置，会直接影响构件承载力和安全性计算错误荷载取值错误、内力计算有误、公式应用不当等特别是地震作用计算、节点设计等复杂计算环节，需要仔细核对和验算节点设计缺陷梁柱节点、钢筋锚固、连接构造等设计不当节点是结构的关键部位，设计缺陷会导致整体性能下降甚至引发严重事故构造违规不满足规范的构造要求，如钢筋间距、保护层厚度、锚固长度等构造措施是保证结构性能的重要手段，不能随意简化结构优化设计性能目标明确安全、适用、经济的设计目标方案比选多方案比较，综合技术经济指标参数优化截面尺寸、配筋率、材料强度等级优化成本控制在满足规范要求前提下降低工程造价工程实例办公楼设计案例1工程概况设计特点某市15层办公楼，总高度58米，标准层面积1200平方结构布置规则，平面对称，立面均匀核心筒布置在建筑米采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，抗震设防烈中部，提供主要抗侧刚度框架承担竖向荷载，剪力墙承度7度地下2层为停车库，地上15层为办公用房担水平荷载基础采用筏板基础，地基承载力良好•建筑面积18000m²•柱网尺寸8m×8m•结构体系框架-剪力墙•层高

3.6m•抗震等级二级•混凝土强度C40•设计使用年限50年•主筋等级HRB400工程实例住宅项目2项目背景某高层住宅小区，包含3栋33层住宅楼，每栋建筑面积约2万平方米采用剪力墙结构体系，满足住宅建筑的功能要求和抗震性能要求设计调整根据新版抗震规范要求，调整了剪力墙厚度和配筋标准增加了约束边缘构件的配置，提高了结构的延性和抗震性能优化了户型布置，提高了空间利用率技术难点大开间客厅需要设置转换梁，地下车库顶板承受较大覆土荷载通过详细的有限元分析，确定了合理的结构方案和配筋设计工程实例装配式框架楼房3某装配式住宅项目采用预制装配式混凝土结构，预制率达到70%以上叠合楼板、预制阳台、预制楼梯等构件在工厂标准化生产，现场装配效率高项目建设周期比传统现浇结构缩短30%，质量控制效果良好，经济效益显著课后作业与实践计算题目设计练习案例分析完成框架梁正截面设计一榀单层框分析典型工程案承载力计算，包括架，确定梁柱截面例，总结设计经验受弯承载力和配筋尺寸和配筋绘制和教训对比不同计算练习柱偏心结构施工图，标注结构方案的技术经受压承载力计算，详细的构造要求和济指标，培养工程掌握大小偏心的判技术说明判断能力别方法和计算流程论文撰写撰写关于混凝土结构新技术应用的专题报告，深入了解行业发展动态培养文献检索和学术写作能力。