《《建筑结构设计》东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件教学讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《建筑结构设计》东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件教学讲义（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,4.3框架结构构件设计,第4章多层框架结构,4.1多层框架结构的种类及布置,4.2多层框架内力和侧移的近似分析,4.4多层房屋基础设计,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,2,4.1.1多层框架结构的种类,4.1多层框架结构的种类及布置,按所用材料,混凝土框架,钢框架,组合框架,梁组合形式,内置型钢，称型钢混凝土,钢梁混凝土翼板,柱组合形式,内置型钢,钢管内浇注混凝土,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,3,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,按节点连接方式,铰接（排架结构）,刚接（刚架结构）,(c)钢框架铰接节点,(d)钢框架刚接节点,建筑结构设计课件2013版.
2、东南大学邱洪兴,4,混凝土装配整体式框架,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,6,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,二、承重框架布置,对于多层房屋，竖向荷载是主要荷载，如何承受竖向荷载是结构布置时重点考虑的问题。,根据重力荷载的传递路径，框架结构有横向框架承重，纵向框架承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,7,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,纵向布置连系梁；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。,横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；有利获得较高净空。,两个方向均有较好的抗侧刚度。,承重框架的布置
3、与楼盖的布置方案密切相关。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,8,三、框架的规则性,平面不规则框架,(a)缺柱,(b)缺梁,(c)凹凸,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,9,4.1.3框架构件选型与截面尺寸估算,一、框架柱选型,混凝土框架柱常用矩形或正方形，有时因建筑要求做成圆形或八角形；在多层住宅中不希望柱突出墙面，用T形、十字形等异型柱；,钢框架柱最常用的截面有H形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚度时，可以采用格构式柱；,型钢混凝土柱外形常用矩形，内置型钢常用的截面有H形、十字形、箱形、圆形等实腹式型钢以及由角钢或槽钢组成的格构式型钢,建筑结构设计课件2013版.东南大学
4、邱洪兴,10,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,二、框架梁选型,混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇混凝土楼盖中框架梁呈T形或倒L形；在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；,预制板,预制板,花篮形,十字形,钢框架梁最常用截面是H形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在较大扭矩时，箱形截面较为合适；,型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式H形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,11,混凝土梁,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,三、构件截面尺寸估算,一般情况下，截面高度hb可
5、以取跨度的1/121/8；截面宽度bb可以取截面高度的1/31/2，且不宜小于200mm。,也可根据竖向荷载来确定。首先取Mmax=(0.6-0.8)M0、Vmax=V0，然后验算下列条件：,Mmaxsfcbh02Vmax0.235fcbh0,s对于一级抗震等级取0.22；对二、三级抗震等级取0.29。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,12,混凝土柱,bc可近似取层高1/181/12，hc=(12)bc；,首先根据负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力Nc（可近似取荷载基本组合值12kN/m218kN/m2）；然后取N=(1.21.4)Nc，按N=Acfc+Acfy（为配筋率，可取1%
6、）估算截面面积；,对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比限值控制。对于抗震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85和0.9，即要求,（抗震等级四级）,（抗震等级二级）,（抗震等级一级）,（抗震等级三级）,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,13,钢柱,估算轴力，乘以1.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。,定计算长度、假定长细比(60100)；,计算回转半径：ix=lox/，iy=loy/;,根据近似关系:ix=1h，iy=2b确定截面轮廓高度和宽度；,框架结构,4.1种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,钢梁,钢梁截面尺寸估
7、算方法可参考第2章。,根据钢材类别、截面类别和查表得稳定系数；,由公式A=N/f确定截面积A；,由A、b、h选择截面尺寸。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,14,4.2.1框架分析模型,一、计算单元,对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向可以分别计算；,4.2多层框架结构内力与侧移的近似分析,l1,l2,l3,l4,当结构均匀、荷载均匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横向的计算单元。,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,15,二、计算简图,结构形式柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。,轴线尺寸,跨度：等截面柱，截面形心线；变截面柱，较小部分截面形心。,层高：横
8、梁形心线（也可取楼板顶面）,截面特征,钢柱、砼柱：EI=EI0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和,梁：考虑楼板的作用。,l1,l2,l3,h1,h2,h3,h4,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,16,三、荷载,竖向荷载,永久荷载,楼面可变荷载,水平荷载,风荷载,地震作用,楼面荷载,对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，长跨方向梁承受梯形分布荷载；,对于单向板仅短跨方向的梁承受均布荷载；,如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。,水平荷载等效为节点荷载,种类,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,17,i,
9、j,k,l,m,n,4.2.2竖向荷载下的多层刚架的分层法,一、基本假定,刚架没有侧移；,每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层梁及与本层梁相连的刚架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。,二、简化计算模型,刚度系数：,传递系数：,两端固支,一端固支一端铰支,一端固支一端弹性抗转,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,18,多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口刚架进行计算。除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数，弯矩传递系数取为1/3。,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东
10、南大学邱洪兴,19,三、计算方法,用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；,开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需将相邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；,内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传递。,梁、柱弯矩,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,20,梁剪力,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,21,假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。,柱轴力,框架结构,4.1种类与布置
11、,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,22,4.2.3水平荷载下多层刚架的反弯点法,假定：刚架梁的线刚度相对刚架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。,在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面2/3柱高处；其余各层柱的反弯点取为柱高的中点。,一、简化分析模型,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,A,B,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,23,二、计算方法,将刚架在某一层的反弯点处切开,根据几何条件（忽略梁轴向变形）,求柱剪力,根
12、据平衡条件，有,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,Fn,Fj,F1,Vj1,Vjk,Vjm,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,24,对于j层第k柱，其层间侧移为ujk，相应的剪力可表示为,物理条件,根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得,jk为j层k柱的剪力分配系数；,为水平荷载在j层产生的层间剪力。,Vjk=Djkujk,当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：,，抗侧刚度12ic/h2,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,25,逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯
13、矩,底层柱：,其余层柱：,求柱端弯矩,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,26,Mct,Mcb,Mbr,Mbl,求梁端弯矩,求梁端剪力,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,27,三、计算步骤,在各层反弯点处切开,柱反弯点处的剪力,剪力分配,柱端弯矩,梁端弯矩,利用节点力矩平衡条件,梁端剪力,柱轴力,节点竖向力平衡条件,求柱轴力,从上到下利用节点竖向力平衡条件。,建筑结构设计课件
14、2013版.东南大学邱洪兴,28,4.2.4水平荷载下多层刚架的修正反弯点法(值法),对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程为：,在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚度只与柱本身有关。,可见反弯点位置与A、B有关；同样，柱的抗侧刚度也与AB有关。,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,29,一、修正抗侧刚度,柱AB两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于；,柱AB及与其上下相邻柱的弦转角均为=uj/hj；,柱AB及与其上下相邻柱的
15、线刚度均为ic。,假定,B,A,C,D,E,F,G,H,ic,ic,ic,i1,i2,i3,i4,hj,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,30,其中：,与的关系,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,31,柱AB剪力：,柱AB抗侧刚度：,反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于1的一个系数。当K时，1，即为反弯点法采用的抗侧刚度。,框架结构,4.1种类与布置,4.2.1分析模型,4.2结构分析,4.2.2分层法,4.2.3反弯点法,4.2.4D值法,建筑结构设计课件2013版.东南大学邱洪兴,32,二、修正反弯点高度,作如下假定：,同层各节点的转角相等横梁反弯点在跨中,横梁中点无竖向位移,各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素有：总层数、柱子所在层、梁柱线刚
