4 多、高层框架结构培训课件

《4 多、高层框架结构培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4 多、高层框架结构培训课件（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、混凝土结构设计,本 章 内 容,4.1 概述 4.2 框架结构的结构布置 4.3 框架结构的计算简图及荷载 4.4 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 4.5 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 4.6 荷载效应组合与构件设计 4.7 框架结构的构造要求 4.8 基础设计 4.9 剪力墙与框架-剪力墙结构的受力特征,框 架：由梁和柱通过节点连接组成的结构单元。 框架结构：整个房屋的骨架均由框架组成，即竖向承重 体系或抗侧力结构体系均为框架。,4.1 概述,结构组成,分类,地震区：多采用梁、柱、板全现浇或梁柱现浇、板预制 非地震区：可采用梁、柱、板均预制,装配式,现浇式,装配整体式,优点：

2、平面布置灵活 结构自重较轻 计算理论比较成熟 缺点：侧向刚度较小，侧移较大 。,框架结构的特点,设计时应控制框架结构的高度和高宽比。,4.2 框架结构的结构布置,4.2.1 柱网布置,工业建筑,民用建筑,4.2.2 框架结构的承重方案,横向框架承重,纵向框架承重,纵、横向框架承重,主要包括：沉降缝、伸缩缝、防震缝三种。 由于设缝给建筑、结构和设备的设计和施工带来一定 困难，基础防水也不容易处理。目前的总趋势是少设 缝或不设缝，从总体布置或构造上采取措施来减小沉 降、温度变化或体型复杂造成的不利影响。,4.2.3 变形缝的设置,4.2.3.1 伸缩缝,由于温度变化对建筑物造成的危害在其底部数层和

3、顶 部数层较为明显，基础部分基本不受温度变化的影 响，因此，当房屋长度超过规范规定的限值时，宜用 伸缩缝将上部结构从顶到基础顶面断开，分成独立的 温度区段。 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距宜符合混凝土结 构设计规范（GB500102010）表8.1.1的规定。,4.2.3.2 沉降缝,当上部结构不同部位的竖向荷载差异较大，或同一建 筑物不同部位的地基承载力差异较大时，应设沉降缝将 其分成若干独立的结构单元，使各部分自由沉降。 沉降缝应将建筑物从顶部到基础底面完全分开。,4.2.3.3 防震缝,位于地震区的框架结构房屋体型复杂时，宜设置防震 缝。防震缝应有足够的宽度，以免地震作用下相邻建 筑发生

4、碰撞。 房屋既需设伸缩缝又需设沉降缝时，沉降缝可兼做伸 缩缝，两缝合并设置。对有抗震设防要求的房屋，其 伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝要求，尽可能做到三 缝合一。,4.3 框架结构的计算简图及荷载,4.3.1 截面尺寸的确定,梁截面尺寸,柱截面尺寸,框架梁、柱截面尺寸应当根据构件承载力、刚度及延性等要求确定。,先由经验估算截面尺寸； 再进行承载力和变形验算，若不满足，再调整截面 尺寸，直至满足。,4.3.1.1 梁截面尺寸,当跨度较大时，为节省材料和有利于建筑空间，可设计成加腋形式。,柱截面尺寸可直接凭经验确定； 根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大 系数以考虑弯矩的影响。即,构造

5、要求：柱截面边长不宜小于300mm，圆柱的截面直径 不宜小于350mm，截面高宽比不宜大于3，柱净 高与截面长边之比宜大于4，或柱剪跨比宜大于 2。,按柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴力值,4.3.1.2 柱截面尺寸,柱承受的轴向压力设计值,实际框架结构中，楼板的存在，使梁的刚度加大，在结构计算中，梁截面惯性矩按楼板的类型来计算。,4.3.1.3 梁截面惯性矩,翼缘有效宽度的确定,梁截面惯性矩的确定,翼缘的有效宽度,梁截面惯性矩, 相应的矩形截面梁的惯性矩,4.3.2.1 计算单元,4.3.2 框架结构的计算简图,一般应按三维空间结构进行分析。 对于平面布置较规则的框架结构房屋，通常简化

6、为 若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框 架为一计算单元。,平模型面框架的计算单元及计算模型,4.3.3.2 计算简图,用轴线表示框架梁和柱，用节点表示梁与柱之间的连接，用节点间的距离表示梁或柱的长度。,柱（除底层外）的计算高度即为各层层高（当各层 梁截面尺寸相同时）,底层柱的下端，一般取至基础顶面；当地下室整体刚 度很大，且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上 部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶 板处。,框架梁的计算跨度即为框架柱轴线之间的距离,当上、下层柱截面形心轴不重合时，将顶层柱的形心线 作为整个柱子的轴线，,框架结构计算单元,上、下层柱截面形心轴重合,上、下层柱

7、截面形心轴不重合,应考虑由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩,现浇钢筋混凝土框架，假定梁、柱节点为刚接。,4.3.2.3 节点连接的简化,装配整体式框架，如果梁、柱中的钢筋在节点处为焊接 或搭接，则可视为刚接节点.,装配式框架，一般是在构件的适当部位预埋钢板，安装 就位后再予以焊接，将这种节点模拟为铰接或半铰接。,竖向荷载：恒载、 楼（屋）面活荷载和雪荷载 水平荷载：风荷载、水平地震作用,4.3.3 荷载计算,恒载 恒载的标准值可按设计尺寸与材料自重标准值计算。,楼（屋）面活荷载 作用在多高层框架结构上的楼（屋）面活荷载，可根据 房屋及房间的不同用途按建筑结构荷载规范取用。,风荷载,雪荷载

8、,4.4 竖向荷载作用下框架结构的内力计算,分层法,弯矩二次分配法,结构力学方法（力法、位移法）；迭代法。,4.4.1.1 计算假定 框架的侧移忽略不计，即不考虑框架结构的侧移对其内力 的影响； 每层梁上的荷载对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不 计，仅考虑对本层梁及其上、下柱的内力的影响。,4.4.1 分层法,4.4.1.2 计算步骤与要点,分层（无侧移敞口框架，各柱端均为固定端） 计算各敞口框架的杆端弯矩(无侧移框架，弯矩分配法) 梁端M：各层计算结果 梁端V、梁跨中M：用静力平衡条件计算,计算杆端M分配系数、梁固端M。 全部节点不平衡M进行第一次分配。 所有杆端M向其远端传递。 对新的不平

9、衡M进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。 各杆端固端M分配M传递M，即得各杆端M。,4.4.2 弯矩二次分配法,计算步骤,4.5 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算,D 值法,反弯点法,门架法,节点产生侧移和转角，且越靠近底层越大； 梁、柱中有反弯点； 梁、柱弯矩图均为直线。,4.5.1 水平荷载作用下框架结构的受力及变形特点,关键,特点,确定层间剪力在各柱间的分配； 确定各柱的反弯点位置。,水平荷载作用下框架结构的变形图及弯矩图,4.5.2 D 值法,4.5.2.1 层间剪力在各柱间的分配,框架结构第i层的层间剪力Vi可表示为,第i层第j柱分配到的剪力Vij,变形条件,物理条件,D

10、ij表示框架结构第i层第j柱的侧向刚度，其物理意义为框架柱两端产生单位相对侧移所需的水平剪力。,平衡条件,将物理条件代入平衡条件，考虑变形条件可得,将上式代入平衡条件，可得,每根柱分配的剪力与其抗侧刚度成比例。,4.5.2.2 框架柱的侧向刚度,一般规则框架中的柱,柱高不等及有夹层的柱,一般层,底层,规则框架：层高、跨度、柱线刚度、梁线刚度分别相等。 基本假定,一般规则框架中的柱,柱两端及与之相邻各杆远端的转角均相等 柱及与之相邻的上下层柱的弦转角均相等 柱及与之相邻的上下层柱的线刚度均相等,框架柱侧向刚度计算图示,柱抗侧移刚度, 一般层,B点：,整 理，得：,两式相加，得：,可由A、B节点力

11、矩平衡条件求得:,A点：,表示节点两侧梁平均线刚度与柱线刚度的比值，简称梁柱线刚度比。,柱侧向刚度修正系数，反映了节点转动降低了柱的侧向刚度。节点转动的大小取决于梁对节点转动的约束程度。,这表明：梁线刚度越大，对节点的约束能力越强， 节点转动越小，柱的侧向刚度越大。, 底层,同理，当底层柱的下端为铰接时，可得：,，,式中,令,则，,当 取不同值时， 通常在(1)(0.67)范围内变化，为简化计算且在保证精度的条件下，可取 ，则得,故,柱侧向刚度修正系数,柱高不等及有夹层的柱,当底层中有个别柱的高度ha、hb与一般柱的高度不相等时，其层间水平位移 对各柱仍是相等的，因此仍可用侧向刚度式计算这些不

12、等高柱的侧向刚度。,当同层中有夹层时，对于特殊柱B，其层间水平位移为,则B柱的侧向刚度为,4.5.2.3 柱的反弯点位置,柱的反弯点高度是指柱下端至柱中反弯点的距离。,影响柱反弯点高度的因素,上、下横梁线刚度变化,上、下层层高变化,框架各柱的反弯点高度比y可用下式表示为：,y = yn + y1 + y2 + y3,反弯点高度比,yn 标准反弯点高度比 y1 上、下横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正 y2和y3 上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值,标准反弯点高度比 yn 规则框架的反弯点高度比。配套教材附表7.1附表7.3。,上、下横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值 y1,，反弯点上移，

13、y1为正,，反弯点下移，y1为负, 取,当,当, 取,上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值,反弯点上移， y2为正,反弯点下移， y2为负,反弯点下移， y3为负,反弯点上移， y3为正,4.5.2.4 计算要点,计算框架结构各层层间剪力 对框架每一层，计算各柱的侧向刚度 计算每个柱所分配的剪力 确定每个柱的反弯点高度比y 计算柱上、下端的弯矩 根据节点平衡条件，计算梁端弯矩 根据梁端弯矩，由平衡条件计算梁端剪力，再进而计算 柱轴力。,4.5.3 反弯点法,应用条件：梁的线刚度比柱的线刚度大很多（ib/ic3）。,柱侧向刚度：,反弯点的位置：各柱反弯点位于柱中央，底层近似认为 在距底2h/3

14、处。,方法与D值法类似，但忽略梁柱节点转角的影响，更简单。,4.5.4 门架法,门架法假定所有柱子的反弯点都在柱中点，所有梁的反 弯点都在梁跨中； 每根柱子所承担的层间剪力比例等于该柱支承框架梁的 长度与框架总宽度之比。 门架法比反弯点法更简单，但其精度较差。,4.5.5 框架结构侧移的计算与控制,梁、柱弯曲变形 引起的侧移,柱轴向变形 引起的侧移,前者是由水平荷载产生的层间剪力引起的，其侧移 曲线与等截面剪切悬臂柱的剪切变形曲线相似，曲 线凹向结构的竖轴，层间相对侧移是下大上小，称 这种变形为框架结构的总体剪切变形； 后者主要是由水平荷载产生的倾覆力矩引起的，侧 移曲线凸向结构竖轴，其层间相

15、对侧移下小上大， 故称为框架结构的总体弯曲变形。,框架结构的剪切型变形,框架结构的弯曲型变形,4.5.5.1 弯曲变形引起的侧移,第i层层间相对侧移,第i层楼面标高处侧移,框架顶点侧移,4.5.5.2 轴向变形引起的侧移,计算较复杂，可借助计算机用矩阵位移法求得精确值，也可用近似方法。一般采用连续积分法，该法假定水平荷载只在边柱中产生轴力及轴向变形。,顶点位移,V0结构底部总剪力；,F(b) 与b有关的函数，根据荷载作用形式 不同选择不同公式计算，详见配套教 材。,4.5.5.3 水平位移控制,框架结构的侧向刚度宜合适，不过大或过小，一般以使结 构满足层间位移限值为宜。,层间位移角限值，框架取

16、1/550，其确定原则为：,u/h u/h,保证主体结构基本处于弹性受力状态。即柱不出现 裂缝；梁等楼面构件的裂缝限制在规范允许范围之内。 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免 产生明显裂缝和破坏。,4.6 荷载效应组合与构件设计,4.6.1 荷载效应组合,框架结构在各种荷载作用下的荷载效应（内力、位移等）确定之后，必须进行荷载效应组合，才能求得框架梁、柱各控制截面的最不利内力。,4.6.1.1 控制截面及最不利内力,及相应的,及相应的,及相应的,及相应的,内力组合前应将各种荷载作用下柱轴线处梁的弯矩值换算到柱边缘处。,梁端的控制截面,4.6.1.2 活荷载的不利布置,楼面活荷载是随机作用于结构上的竖向荷载，设计中，一般按下述方法确定框架结构楼面活荷载的最不利布置。,布置法,最不利布置法,逐层逐跨布置法,布置方法,框架杆件的变形曲线,框架结构活荷载不利布置示例,4.6.1.3 效应组合,