《多層框架結(jié)構(gòu)》課件

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1、第三章 多層和高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本章內(nèi)容 框架結(jié)構(gòu)的組成與布置 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與水平位移的近似 計(jì)算方法 內(nèi)力組合 框架梁柱設(shè)計(jì)要點(diǎn),混凝土框架結(jié)構(gòu)的概念 高規(guī)將10層和10層以上或高度超過(guò)24米的鋼筋混凝土房屋，稱之為高層建筑。,3.1 概述,混凝土框架結(jié)構(gòu)的概念 框架結(jié)構(gòu),3.1 概述,現(xiàn)澆框架,,水平結(jié)構(gòu)體系：梁、板,豎向結(jié)構(gòu)體系：柱,橫向框架,縱向框架,問(wèn)題：1、去掉樓板對(duì)梁柱內(nèi)力是否有影響？ 2、如何考慮樓板的影響？,2 結(jié)構(gòu)布置 柱網(wǎng)布置 原則：應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝要求；應(yīng)滿足建筑平面布置要求； 受力合理，施工方便；經(jīng)濟(jì)合理。,3.1 概述,承重框架布置及特點(diǎn)：橫向框架承重方案

2、 縱向框架承重方案 縱橫向框架承重方案,承重框架布置及特點(diǎn),橫向框架承重方案,特點(diǎn)： 改善橫向抗側(cè) 剛度小的缺點(diǎn)； 門(mén)窗洞口大，利 于采光和通風(fēng)；,,,,,縱向框架承重方案,,,,承重框架布置及特點(diǎn),特點(diǎn)： 室內(nèi)凈高大； 適應(yīng)縱向的 不均勻沉降； 橫向抗側(cè)剛度 ?。?承重框架布置及特點(diǎn),雙向框架承重方案,特點(diǎn)： 整體性和受力 性好；,(3)截面尺寸的估算： 框架梁：,普通梁,寬扁梁,框架柱：,以上僅為估算尺寸，構(gòu)件尺寸是否滿足要求，要看其承載 力、裂縫、變形及結(jié)構(gòu)的整體變形等是否滿足。,3 框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖,不規(guī)整,規(guī)整,框架荷載圖,3 框架

3、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖,,,框架位移圖,）計(jì)算單元的確定,現(xiàn)澆樓蓋時(shí)荷載的傳遞方式,橫向框架選有代表性的一榀； 縱向排架分別計(jì)算,） 計(jì)算簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)化 i 梁柱桿件：用單線條代替。 ii 梁柱節(jié)點(diǎn) ： 現(xiàn)澆框架（當(dāng)梁柱受力筋穿過(guò)或錨入節(jié)點(diǎn)區(qū)） 剛節(jié)點(diǎn)。 裝配或裝配整體式按梁柱實(shí)際連接方式簡(jiǎn)化為鉸或半鉸節(jié)點(diǎn)。,,,） 計(jì)算簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)化,iii 柱與基礎(chǔ)的連接： 現(xiàn)澆柱般設(shè)計(jì)成固定支座。 預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)按實(shí)際連接方式確定。,iv 跨度及層高的確定 梁的跨度即柱中心間的距離； 柱的高度： 底層：基頂至二層現(xiàn)澆樓板頂； 其它層：本層與上層現(xiàn)澆樓面間的高度。,,,,,荷載計(jì)算 豎向：豎向恒載、豎向活荷

4、載荷規(guī)； 水平：風(fēng)荷載、地震荷載 簡(jiǎn)化為作用 于框架節(jié)點(diǎn)的水平集中力。,,,,,三層框架結(jié)構(gòu)，一層柱高4.5米，二三層3.6米，樓面恒荷載：5kN/m2，無(wú)填充墻，忽略梁柱的自重。,,,,gk=5x4.5=22.5kN/m,,,,Gk=5x4.5X4.5/2=50.5kN,,,,,,,三層框架結(jié)構(gòu)，一層柱高4.5米，二三層3.6米，樓面恒荷載：5kN/m2，無(wú)填充墻。 忽略梁柱的自重，樓板按單向板，畫(huà)出所示框架的恒荷載作用下計(jì)算簡(jiǎn)圖。,,三層框架結(jié)構(gòu)，一層柱高4.5米，二三層3.6米，樓面恒荷載：5kN/m2，活荷載： 2kN/m2，無(wú)填充墻。 忽略梁柱的自重，樓板按單向板，畫(huà)出所

5、示框架恒荷載作用下計(jì)算見(jiàn)圖。,風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5kN/m2. F1k=0.5x4.5x(4.5+3)/2=8.44kN F2k=0.5x4.5x3.6=8.1kN F3k= 0.5x4.5x(3.6/2+0.6)=5.4kN,,,,,,,,,,,,,,5 豎向活荷載的最不利位置,考慮活荷載最不利位置的方法有四種： 逐跨布置法 即將活荷載逐層逐跨單獨(dú)作用于結(jié)構(gòu)上，分別計(jì)算出整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，對(duì)每根梁和柱的控制截面，不同的內(nèi)力種類(lèi)，組合出其最不利值。 活荷載布置方式有（跨數(shù)*層數(shù)）種。 特點(diǎn)：準(zhǔn)確性較高。但計(jì)算工作量大，適合機(jī)算。,,,,,,,,最不利荷載位置法 對(duì)桿件控制截面的最不利內(nèi)力，根據(jù)

6、影響線方法，直接確定出產(chǎn)生此最不利內(nèi)力的活荷載位置。然后對(duì)框架進(jìn)行內(nèi)力分析。,如求Mc： 先畫(huà)Mc的影響線。,特點(diǎn)：求梁端和柱端最大彎矩的不利布置不易確定；計(jì)算量大。,分層布置法,分層布置法或分跨布置法 近似地將活荷載一層做一次布置或一跨做一次布置。,,,,分跨布置法,特點(diǎn)：計(jì)算量小，適于手算。,滿布荷載法 活載的內(nèi)力遠(yuǎn)小于恒載的內(nèi)力時(shí)，忽略活荷載的不利位置，將活荷載滿布計(jì)算。 用于手算，q/g<1。,注意：此法求得的梁的跨中彎矩應(yīng)乘以1.11.2的系數(shù)，支座彎矩不變。,6 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及水平位移的近似計(jì)算,近似計(jì)算方法的來(lái)歷： 手算時(shí)代的需要 電算時(shí)代的用途： 初設(shè)階

7、段估算用； 電算結(jié)果校核用。,現(xiàn)澆樓板對(duì)梁抗彎剛度的影響：,近似計(jì)算： 設(shè)按梁的純矩形截面計(jì)算的截面慣性矩為I0，則：,裝配整體式樓蓋： 中框架取 I=1.5 I0 邊框架取 I=1.2 I0 裝配式樓蓋： 按實(shí)際計(jì)算。,I0,現(xiàn)澆樓蓋： 中框架取 I=2 I0 邊框架取 I=1.5 I0,I0,,,,,,,,,,,,（1） 豎向荷載作用下的近似計(jì)算方法,常用的近似計(jì)算方法：分層法、迭代法、系數(shù)法等,1） 分層法,,荷載圖,彎矩圖,位移圖,i 基本假定 豎向荷載下框架無(wú)側(cè)移； 忽略每層梁上荷載對(duì)其它各層梁內(nèi)力的影響,將每層柱的上下端支座簡(jiǎn)化為固定端。,,,,,,,,,柱端鉸結(jié),柱端固定,

8、柱端固定，柱剛度折減10,iii 用分層法計(jì)算簡(jiǎn)圖所得內(nèi)力計(jì)算結(jié)果的誤差分析 誤差分析 誤差調(diào)整措施： 除底層柱外，其它各層柱的線剛度均乘以0.9； 除底層柱外，其它各層柱的彎矩傳遞系數(shù)均取1/3。,iv 分層法計(jì)算結(jié)果的處理： 分層計(jì)算所得的梁端彎矩即為框架梁的最后彎矩； 框架柱端彎矩應(yīng)由相鄰兩個(gè)開(kāi)口剛架所得的同位置 柱端彎矩疊加而得。 最后框架節(jié)點(diǎn)彎矩不平衡時(shí)，可對(duì)該結(jié)點(diǎn)不平衡彎 矩進(jìn)行一次分配，但不傳遞。,,,,,2） 迭代法,逐漸逼近法。,,,考慮側(cè)移,不考慮側(cè)移,不考慮框架側(cè)移時(shí) 計(jì)算步驟： （1）繪出結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)繪制兩個(gè)方框。 （2）計(jì)算匯交于每一節(jié)點(diǎn)的各桿件的轉(zhuǎn)

9、角分配系數(shù),（3）計(jì)算荷載作用下各桿端產(chǎn)生的固端彎矩 ，寫(xiě)在相應(yīng)的各桿端部，并求出匯交于每一節(jié)點(diǎn)的各桿固端彎矩之和 ，寫(xiě)在該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)框中。,（4）按公式3.6.3計(jì)算每一桿件的近端轉(zhuǎn)角彎矩,（5）按公式3.6.4計(jì)算每一桿端的最后彎矩值,（6）根據(jù)算得的各桿彎矩，做最后的彎矩圖，并求得相應(yīng)的剪力圖和軸力圖。,可選擇任意節(jié)點(diǎn)開(kāi)始（一般從不平衡彎矩值較大的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始），循環(huán)若干輪，一直到全部節(jié)點(diǎn)上的彎矩達(dá)到要求的精度為止。將每次算得的 值記在相應(yīng)的桿端處。,不考慮側(cè)移的迭代法,-65.4,-89.1,89.1,-60.3,60.3,-53.3,-78.0,-44.9,11.1,7.0,-

10、0.294,-0.206,MikF=1/12pl2=1/12*29.71*62=89.1kNm,MikF=-89.1+23.7=-65.4kNm,ik=-iik/2iik=-0.7/(1.0+0.7)=-0.206,,,Mik=ik(MiF+Mki)=,-0.206 *(-65.4+0)=13.5kN,13.5,19.2,-3.6,-5.1,-3.6,4.8,-0.146 *(11.1+13.5)=-3.6kN,-0.185 *(-44.9+19.2)=4.8kN,3.4,4.8,-0.103 *(7.0+3.4-5.1)=0.5kN,-0.5,13.2,-0.206 *(-65.4-3.6+

11、4.8)=13.2kN,18.9,-2.5,-0.146 *(11.1+13.2-0.8-6.8)=-2.5,Mik=MikF+2Mik+Mki=,-89.1+2*13.2-2.5=-65.2kN,-65.2,0+2*18.9+3.6=41.4kN,41.4,（1）計(jì)算桿端彎矩，求不平衡彎矩。 （2）計(jì)算轉(zhuǎn)角分配系數(shù),（3）考慮遠(yuǎn)端彎矩對(duì)不平衡彎矩進(jìn)行分配迭代。 （4）迭代完成，計(jì)算桿端最終彎矩，畫(huà)彎矩圖。,-65.4,-89.1,89.1,-60.3,60.3,-53.3,-78.0,-44.9,11.1,7.0,-0.294,-0.147,-0.208,-0.185,-0.185,-0.1

12、47,-0.206,-0.130,-0.103,-0.103,-0.146,-0.146, 13.2, 18.9, -2.5, -2.5, -3.6, 2.6, 3.6,3.6 , -0.2, -0.2, -0.3,-0.3 ,-65.2,41.4,位移圖,荷載圖,位移圖,考慮側(cè)移的迭代法（自學(xué)）,3） 系數(shù)法（自學(xué)）,當(dāng)框架結(jié)構(gòu)滿足一定條件時(shí)，可采用系數(shù)法計(jì)算 （1）兩相鄰跨的跨度相差不超過(guò)短跨的20%； （2）活載與恒載之比不大于3； （3）荷載均勻布置； （4）框架梁截面為矩形。,梁端彎矩下調(diào)的原因 現(xiàn)澆框架：(1)施工需要；(2)梁端出現(xiàn)塑性鉸是允許的。 裝配或裝配整體式框架：節(jié)點(diǎn)連接

13、本來(lái)就不是絕對(duì)剛性，實(shí)際彎矩小于按彈性方法的計(jì)算值。故應(yīng)將按剛性節(jié)點(diǎn)計(jì)算值給于下調(diào)。 調(diào)幅方法： 調(diào)低梁端彎矩，同時(shí)校核跨中彎矩。,4) 豎向荷載作用下的梁端彎矩調(diào)幅,梁端彎矩調(diào)幅后，相應(yīng)荷載下的跨中彎矩必將增加。應(yīng)校核該梁的靜力平衡條件，即要求調(diào)幅后梁端彎矩MA、MB與跨中彎矩MC0之和應(yīng)大于按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩M0 。即滿足式：,現(xiàn)澆框架：=0.80.9 裝配式框架：=0.70.8,梁端彎矩調(diào)整幅度一般?。?注：彎矩調(diào)幅只對(duì)豎向荷載下的內(nèi)力進(jìn)行。,節(jié)點(diǎn)水平荷載作用下彎矩圖,6 水平荷載作用下內(nèi)力近似計(jì)算方法,,,,i 節(jié)點(diǎn)作用水平集中力時(shí)框架的受力特點(diǎn) 各桿件的彎矩圖都是直線； 各桿件

14、上的彎矩均有一個(gè)0彎矩點(diǎn)反彎點(diǎn)。,,ii 反彎點(diǎn)法的要點(diǎn) 基本假定 在進(jìn)行各柱剪力分配時(shí)，認(rèn)為梁與柱的線剛度之比為無(wú)限大； 柱的反彎點(diǎn)高度：認(rèn)為除底層柱以外，其余各層柱的反彎點(diǎn)均在柱的中點(diǎn)。底層柱在距支座 2/3層高處。 梁的彎矩可由節(jié)點(diǎn)平衡條件求出。,)反彎點(diǎn)法,iii 同層各柱剪力Vji的求法,取j層反彎點(diǎn)以上部分為隔離體,由力的平衡得：,由結(jié)力知：,,,,柱端彎矩： 各柱反彎點(diǎn)處剪力求得后，剪力乘以反彎點(diǎn)距柱上下端截面的距離，便可求得柱上下截面彎矩，即,底層柱,其它層,iv 框架梁柱彎矩計(jì)算,梁端彎矩： 可由節(jié)點(diǎn)平衡求得：,反彎點(diǎn)法的適用條件：框架節(jié)點(diǎn)梁柱線剛度之比3時(shí)。,2) 水平荷載

15、下的D值法,i D值法的引入： 當(dāng)梁柱的線剛度之比不滿足3時(shí)，反彎點(diǎn)法的梁柱線剛度比為無(wú)窮大的假設(shè)，將引起較大的計(jì)算誤差，以至于工程設(shè)計(jì)結(jié)果不能接受。故引入改進(jìn)反彎點(diǎn)法（又稱為D值法）。,計(jì)算誤差表現(xiàn)在： 柱的側(cè)向剛度按兩端固定柱計(jì)算不準(zhǔn)確，不能將梁視為柱的不動(dòng)鉸支座；,,水平荷載下彎矩圖,計(jì)算誤差表現(xiàn)在： 柱的反彎點(diǎn)位置將受到與之相關(guān)的上下梁、上下層的影響，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為在柱的中央。,修正反彎點(diǎn)高度,一層橫梁剛度加大至無(wú)窮,水平荷載下彎矩圖,,,,,上層層高加大,下層層高加大,,,,改進(jìn)后的柱側(cè)移剛度D,表13-2,當(dāng)梁柱的線剛度比無(wú)窮大時(shí)，a=1.0。,修正后的柱反彎點(diǎn)高度 柱的反彎點(diǎn)位

16、置：取決于該柱上下兩端轉(zhuǎn)角的比值。 反彎點(diǎn)偏向轉(zhuǎn)角較大的一端,亦即偏向約束剛度較小的一端。 影響柱兩端轉(zhuǎn)角的主要因素： 梁柱線剛度比；柱與上下梁的線剛度比； 上層層高的變化；下層層高的變化；柱所在的層次等。,修正后的反彎點(diǎn)高度按下式計(jì)算：,yh = (y0+y1+y2+y3)h,y反彎點(diǎn)高度比； y0 標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，由附表10-1、10-2查得； y1 上下橫梁線剛度不同對(duì)反彎點(diǎn)高度的修正系數(shù)(附表10-3)； y2 y3 上層、下層層高變化對(duì)反彎點(diǎn)高度的修正系數(shù)(附表10-4).,D值法的計(jì)算步驟和計(jì)算內(nèi)容與反彎點(diǎn)法相同。,作業(yè)：用反彎點(diǎn)法和D值法計(jì)算下圖框架結(jié)構(gòu)的(彎矩、剪力、軸力)圖

17、。,7 框架結(jié)構(gòu)側(cè)移計(jì)算及限制,側(cè)移的近似計(jì)算 用層間位移與層間剪力的關(guān)系可得： j層的層間位移 為：,框架頂端總水平位移 u 為：,,層數(shù),剪切型變形,彎曲型變形,主要由梁柱的彎曲變形造成的 類(lèi)似于懸臂柱的剪切變形,主要由柱的軸向變形造成的 類(lèi)似于懸臂柱的彎曲變形,多層框架以剪切型變形為主,應(yīng)滿足規(guī)范要求：,注： 對(duì)多框架當(dāng)（1）式滿足時(shí)，（2）式一般均能滿足規(guī)范要求，可不必驗(yàn)算。,（1）,（2）,過(guò)大可能導(dǎo)致填充 構(gòu)件的開(kāi)裂,8 多層框架的內(nèi)力組合,1)控制截面及最不利內(nèi)力組合,梁的控制截面即最不利內(nèi)力 梁端柱邊緣： 跨中：+,和,梁端柱邊緣彎矩和剪力的計(jì)算：,柱的控制截面及最

18、不利內(nèi)力組合 控制截面：上、下端截面 最不利內(nèi)力組合：,荷載組合類(lèi)型,根據(jù)第三章，當(dāng)不考慮地震荷載時(shí)，對(duì)框架架結(jié)構(gòu)按下列荷載組合確定最不利內(nèi)力：,9 框架構(gòu)件設(shè)計(jì)（不考慮抗震）,1) 框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度 梁一般受彎構(gòu)件； 柱 偏壓構(gòu)件。 柱計(jì)算長(zhǎng)度l0確定： 1、無(wú)側(cè)移的框架結(jié)構(gòu) 如具有非輕質(zhì)隔墻的多層房屋，當(dāng)為三跨及三跨以上 或?yàn)閮煽缜曳课莸目倢挾炔恍∮诜课菘偢叨鹊?/3時(shí)： 現(xiàn)澆樓蓋 l0= 0.7H； 裝配式樓蓋 l0=1.0H。 H柱所在層的框架結(jié)構(gòu)層高。,2一般多層房屋的框架結(jié)構(gòu) 現(xiàn)澆樓蓋：底層柱 l0= 1.0H；其他層柱 l0=1.25H； 裝配式樓蓋：底層柱

19、 l0=1.25H；其他層柱 l0=1.5 H,柱計(jì)算長(zhǎng)度l0確定,,2) 框架節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求 非地震區(qū)，框架節(jié)點(diǎn)的承載能力一般通過(guò)采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施來(lái)保證。 1.材料強(qiáng)度 現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的砼等級(jí)：不低于柱的砼等級(jí)； 裝配整體式框架的后澆節(jié)點(diǎn)的砼等級(jí)：比預(yù)制柱提高5N/mm2。 2.截面尺寸 規(guī)范要求節(jié)點(diǎn)內(nèi)配筋率不過(guò)大，可通過(guò)間接限制節(jié)點(diǎn)截面尺寸不過(guò)小來(lái)保證。要求滿足：,3箍筋 在框架節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置水平箍筋，間距不宜大于250mm。且應(yīng)符合柱中箍筋的構(gòu)造要求。對(duì)四邊均有梁與之相連的中間節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)可只設(shè)矩形箍筋，而不設(shè)復(fù)合箍筋。,,,復(fù)合箍筋,4梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固 （1）梁中間節(jié)點(diǎn)

20、 上部縱向鋼筋：框架中間節(jié)點(diǎn)梁上部縱向鋼筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)，該鋼筋自柱邊伸向跨中的截?cái)辔恢脩?yīng)根據(jù)梁端負(fù)彎矩確定。,當(dāng)頂層端節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)有梁上部縱筋和柱外側(cè)縱筋的搭接接頭時(shí)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)水平箍筋的布置應(yīng)依照縱筋搭接范圍內(nèi)箍筋的布置要求確定。,下部縱向鋼筋： 當(dāng)計(jì)算中不利用鋼筋強(qiáng)度時(shí)，其伸入節(jié)點(diǎn)的錨固長(zhǎng)度可按簡(jiǎn)支梁V0.7ft bh0的情況取用。,當(dāng)計(jì)算中充分利用鋼筋的受拉強(qiáng)度時(shí)，其下部縱向鋼筋應(yīng)伸入節(jié)點(diǎn)內(nèi)錨固，并滿足受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度la。如圖13-23(a)、(b)所示。,（1）梁中間節(jié)點(diǎn),(2)梁中間層端節(jié)點(diǎn)：,（1）梁中間節(jié)點(diǎn),(3)柱筋： 頂層中間節(jié)點(diǎn)柱筋的錨固,中間層節(jié)點(diǎn)處：柱縱筋不宜在節(jié)點(diǎn)內(nèi)截?cái)啵宇^位置應(yīng)盡量選在層高中間等彎矩較小的區(qū)域。,(4)框架頂層端節(jié)點(diǎn)：,8d,位于節(jié)點(diǎn)外側(cè)和梁端頂部的彎折搭接接頭,位于柱頂外側(cè)的直線搭接接頭,基本要求,掌握多層框架結(jié)構(gòu)的布置 掌握多層框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 掌握多層框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力近似計(jì)算方法 掌握多層框架結(jié)構(gòu)的最不利內(nèi)力組合 掌握框架梁柱不抗震抗震要求時(shí)的截面設(shè)計(jì)及構(gòu)造 熟悉多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn),THE END,