中国石油大学高层课件31.ppt

多层与高层建筑结构设计中国石油大学建筑工程系第三章 框架结构内力与位移计算框架结构内力与位移计算高福聚博士 副教授框架结构内力与位移计算框架结构内力与位移计算 框架结构的布置与计算简图框架结构的布置与计算简图 竖向荷载作用下的近似计算竖向荷载作用下的近似计算分层计算法分层计算法 水平荷载作用下的近似计算水平荷载作用下的近似计算反弯点法反弯点法 水平荷载作用下的改进反弯点法水平荷载作用下的改进反弯点法D值法值法水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算框架结构的布置与计算简图框架结构的布置与计算简图计算内力之前，必须先进行结构的布置，并确定杆件的截面尺寸和惯性矩。高层框架是超静定结构框架结构的布置框架结构的布置 杆件的截面尺寸杆件的截面尺寸 刚度取值刚度取值 框架结构的计算简图框架结构的计算简图 计算简图计算简图 跨度与层高的确定跨度与层高的确定 荷载计算荷载计算 框架结构的布置框架结构的布置 框架结构除应满足结构总体布置的一般原则外，还应考虑下面的一些要求：框架按支承楼板方式，可分为横向承重框架、纵向承重框架和双向承重框架。（1）框架只能承受自身平面内的水平力，因此有抗震设防的框架结构，或非地震区层数较多的房屋框架结构，横向和纵向均应设计成刚接框架，设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接，以增大结构的刚度和整体性。抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。（2）框架梁、柱中心线宜重合。当梁、柱中心线不能重合时，在计算中应考虑偏心对梁、柱节点核心区受力和构造的不利影响，同时应考虑梁荷载对柱子的偏心影响。为承托隔墙，又要尽量减少梁轴线与柱轴线的偏心距，可采用梁上挑板承托墙体的处理方法。（3）当梁、柱中心线不能重合时，其偏心距不应大于该方向柱截面宽度的1/4。如偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可采取增设梁的水平加腋等措施。设置水平加腋后，仍须考虑梁荷载对柱子的偏心影响。水平加腋梁如图所示。梁的水平加腋厚度可取梁截面高度，水平尺寸宜满足下列要求：梁水平加腋宽度 梁水平加腋长度 梁截面宽度 偏心方向上柱截面宽度 非加腋侧梁边到柱边的距离（4）框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体，抗震设计时，框架结构如采用砌体填充墙，其布置应避免形成上下层刚度变化过大，避免形成短柱和减少因抗侧移刚度偏心所造成的扭转。（5）框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合承重形式，否则对建筑物的抗震很不利。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。框架梁截面尺寸估算框架梁截面尺寸估算 框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等多方面因素综合考虑确定。一般荷载情况下，框架梁截面高度hb可按计算跨度的1/101/18，且不小于400mm，也不宜大于1/4净跨。框架梁的宽度bb一般为梁截面高度hb的1/21/3，且不应小于200mm。为了降低楼层高度，或便于通风管道等通行，必要时可设计成宽度较大的扁梁，此时应根据荷载及跨度情况满足梁的挠度限值，扁梁截面高度hb可取计算跨度的1/151/18，梁的宽度bb取 为满足梁的刚度和承载力要求，节省材料和有利的建筑空间，可将梁设计成加腋形式。这种加腋梁在进行框架的内力和位移计算时，可采用等效线刚度代替变截面加腋梁的实际线刚度。当梁两端加腋对称时，其等效线刚度为 KbKb 表3.1 加腋梁等效刚度系数 0.00.40.61.01.52.00.101.001.251.341.471.571.640.201.001.521.762.162.562.870.301.001.782.213.094.165.190.401.002.002.624.106.328.620.501.002.152.924.898.2512.7框架梁截面的惯性矩框架梁截面的惯性矩 在框架结构中，由于楼板参加梁的工作，故要精确地确定梁截面的惯性矩是一个复杂的问题。因为大梁在左右反弯点之间，是一个翼缘受压的T形截面，在反弯点之外，是一个翼缘受拉的T形截面，所以在裂缝开展后，会引起梁截面刚度的变化。为了简化计算，我们可忽略刚度变化，并假定梁截面的惯性矩不变。现浇楼面可以作为梁的翼缘，增大梁的有效刚度，减少框架侧移，每一侧有效翼缘的宽度可以取至板厚的6倍；装配整体式楼面可按其构造的整体性取等于或小于板厚的6倍；无现浇面层的装配式楼面，楼面的作用不考虑，框架梁只取梁本身的刚度。为简化计算，在设计中可以采用以下的方法近似计算框架梁的惯性矩Ib梁的惯性矩Ib 楼 面 做 法 两边有楼板 一边有楼板 现 浇 楼 面 Ib2.0I0 Ib1.5I0装配整体式楼面 Ib1.5I0Ib1.2I0框架柱的截面尺寸估算框架柱的截面尺寸估算 框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比限值按下列公式估算：Ac NAGn其中考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数，边柱取1.3，不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；A按简支状态计算的柱的负载面积；G折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，可根据实际荷载计算，也可近似取1216 kN/m2；n验算截面以上楼层层数；混凝土轴心抗压强度设计值 框架柱轴压比限值，对一级、二级和三级抗震等级，分别取0.7,0.8和0.9。按上述方法确定的柱截面高度hc不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm，柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4。框架结构的计算简图框架结构的计算简图 跨度与层高的确定跨度与层高的确定 在结构计算简图中，杆件用其轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离；当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定。框架的层高，即框架柱的长度可取相应的建筑层高，即取本层楼面至上层楼面的高度，但底层的层高则应取基础顶面到二层楼板顶面之间的距离。当设有整体刚度很大的地下室，且地下室的层间刚度不小于相邻上层层间刚度的3倍时，可取至地下室的顶板处。当各跨跨度相差不超过10%时，可当作具有平均跨度的等跨框架。斜形或折线形横梁倾斜度不超过1/8时，仍可视为水平横梁计算。荷载计算荷载计算 区格板长边边长与短边边长之比大于2时沿单向传递，小于或等于2时沿双向传递。三角形和梯形荷载等效成均布荷载（al）