《建筑结构》第四章-多层框架结构课件.ppt

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1、24.1 多层框架结构的种类及布置混凝土框架混凝土框架4.1.1 多层框架结构的种类按所用材料按所用材料钢框架钢框架组合框架组合框架梁组合形式梁组合形式内置型钢，称型钢混凝土内置型钢，称型钢混凝土钢梁混凝土翼板钢梁混凝土翼板柱组合形式柱组合形式内置型钢内置型钢钢管内浇注混凝土钢管内浇注混凝土 框架结构框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。平荷载和竖向荷载。3框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种

2、类种类按节点连接方式按节点连接方式铰接铰接刚接刚接灌缝预 埋 钢板(a)砼框架铰接节点 (b)砼框架刚接节点1111高强螺栓连接角钢(c)钢框架铰接节点T形连接件加劲肋(d)钢框架刚接节点混凝土框架按施工方法混凝土框架按施工方法 现浇现浇装配式装配式装配整体式装配整体式4叠合梁焊接焊接后加负筋预制柱带榫头预制柱叠合梁箍筋后加箍筋后浇砼现浇柱叠合梁钢模板混凝土装配整体式框架混凝土装配整体式框架54.1.2 框架结构布置框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置一、柱网布置原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。工作

3、区交通区工作区内廊式等跨式6框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置客房与卫生间客房与卫生间走道客房客房走道与卫生间二、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。承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。 7框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置纵向框架梁横向连系梁

4、次梁(b) 纵向框架承重纵向连系梁横向框架梁次梁(a) 横向框架承重纵向框架梁横向框架梁次梁(c) 纵横向框架承重纵向布置连系梁；纵向布置连系梁；横向抗侧刚度大；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。有利采光和通风。横向布置连系梁；横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；横向抗侧刚度小；有利设备管线的穿有利设备管线的穿行。行。两个方向均有较两个方向均有较好的抗侧刚度。好的抗侧刚度。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。 8三、框架的规则性平面不规则框架(a)缺柱(b)缺梁(c)凹凸(a)抽梁(b)抽柱(c)内收(d)外挑(e)错层竖向不规则框架94.1.3 框架构件

5、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，用望柱突出墙面，用T形、十字形等异型柱形、十字形等异型柱 ；钢框架柱最常用的截面有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；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、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形、箱形、

6、圆形等实腹式型钢以及由角钢或槽钢组成的格构式型钢 10框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型二、框架梁选型混凝土框架梁常用的是矩形；在现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浇混凝土楼盖中框架梁呈T形或倒形或倒L形；形；在装配式楼盖中框架梁设计成十字形在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；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钢框架梁最常用截面是H形或工字形，形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在较大扭矩时，箱形截面较为合适较大扭矩时，箱形截面较为合适 ；型钢混凝土梁内置型钢

7、常用实腹式型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式H形形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢型钢以及由角钢组成的空腹式型钢 。11p混凝土梁混凝土梁框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型三、构件截面尺寸估算一般情况下，截面高度一般情况下，截面高度hb可以取跨度的可以取跨度的1/121/8；截面宽度；截面宽度bb可以可以取截面高度的取截面高度的1/41/2，且不宜小于，且不宜小于200mm。 12p混凝土柱混凝土柱bc可近似取层高可近似取层高1/181/12，hc=(12) bc； 首先根据首先根据负荷面积负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力，估算柱在竖向荷载下的轴力N

8、c（可近似取荷（可近似取荷载基本组合值载基本组合值12kN/m218kN/m2）；然后取）；然后取N=(1.21.4)Nc，按，按N=Acfc+Acfy（为配筋率，可取为配筋率，可取1%）估算截面面积；）估算截面面积； 对于抗震设防区，柱的截面面积一般由对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比轴压比限值控制。对于抗限值控制。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和和0.9，即要求，即要求 cc0.90.850.750.65NA f（抗震等级四级）（抗震等级四级）（抗震等级二级）（抗震等级二级）（抗震等级

9、一级）（抗震等级一级）（抗震等级三级）（抗震等级三级）13p钢柱钢柱估算轴力，乘以估算轴力，乘以1.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。倍按轴心受压构件估算截面尺寸。定计算长度、假定长细比定计算长度、假定长细比(60100)；计算回转半径：计算回转半径：ix=lox/， iy=loy/;根据近似关系根据近似关系:ix=1h， iy= 2b 确定截面轮廓高度和宽度；确定截面轮廓高度和宽度；框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型p钢梁钢梁钢梁截面尺寸估算方法可参考楼盖系统梁板结构中的梁尺寸钢梁截面尺寸估算方法可参考楼盖系统梁板结构中的梁尺寸 。根据钢材

10、类别、截面类别和根据钢材类别、截面类别和查表得稳定系数查表得稳定系数 ； 由公式由公式A=N/(f ) 确定截面积确定截面积A ；由由A、b、h选择截面尺寸。选择截面尺寸。 14(l1+ l2)/2横向框架计算单元(l3+ l4)/2纵向框架计算单元4.2.1 框架分析模型一、计算单元一、计算单元对于两个方向正交的对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向多层框架结构，纵横向可以分别计算；可以分别计算；4.2 多层框架结构内力与侧移的计算l1l2l3l4当结构均匀、荷载均当结构均匀、荷载均匀时，可以取图示阴影匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横部分的面积作为纵、横向的计算单元。向的计算单元。

11、15二、计算简图结构形式结构形式柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。轴线尺寸轴线尺寸跨度：等截面柱，截面形心线；不等截面柱，较小截面形心线跨度：等截面柱，截面形心线；不等截面柱，较小截面形心线层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）截面特征截面特征钢柱、砼柱：钢柱、砼柱：EI=EI0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和梁：考虑楼板的作用梁：考虑楼板的作用框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型分析模型4.2 结构分析结构分析16计算假定计算假定 ： 平面框架抵抗自身平面内的水

12、平荷载平面框架抵抗自身平面内的水平荷载 ，平面外抗侧刚，平面外抗侧刚度忽略不计；度忽略不计； 楼板自身平面内的刚度无穷大楼板自身平面内的刚度无穷大 ，同一标高处楼板的侧，同一标高处楼板的侧移相等。移相等。框架结构计算简图17变截面柱框架结构的计算简图变截面柱框架结构的计算简图18 由于现浇楼板可作为框架的有效翼缘，为了简便，由于现浇楼板可作为框架的有效翼缘，为了简便，设计时采用如下方法计算混凝土框架梁的截面抗弯设计时采用如下方法计算混凝土框架梁的截面抗弯刚度。刚度。边框架梁边框架梁05 . 1 II cc01.5E IE I中框架梁中框架梁00 . 2 II cc02.0E IE I 整体装配

13、式框架整体装配式框架边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁02 . 1 II 05 . 1 II cc01.2E IE Icc01.5E IE I 装配式框架装配式框架00 . 1 II cc01.0E IE I0I框架梁截面矩形部分的惯性矩框架梁截面矩形部分的惯性矩 现浇框架现浇框架19三、荷载竖向荷载竖向荷载永久荷载永久荷载楼面可变荷载楼面可变荷载水平荷载水平荷载风荷载风荷载地震作用地震作用楼面荷载楼面荷载对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，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；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；对于单向板仅短

14、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。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水平荷载等效为节点荷载种类种类2021在层高范围内，框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力；在层高范围内，框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力；框架柱的弯矩、轴力沿柱高线性变化（层高范围内剪力相等），因框架柱的弯矩、轴力沿柱高线性变化（层高范围内剪力相等），因而上、下端截面为控制截面。而上、下端截面为控制截面。4.3.1 设计内力4.3 多层框架结构构件设计一、控制截面框架梁两端的剪力和负弯矩最大，跨中正弯矩最大，因而控制截框架梁两端的剪力和负弯矩最大，跨

15、中正弯矩最大，因而控制截面有三个：左右端截面和跨中截面。面有三个：左右端截面和跨中截面。22内力分析得到的梁端弯矩、剪力是内力分析得到的梁端弯矩、剪力是指轴线处的，设计时可取梁端柱边的指轴线处的，设计时可取梁端柱边的弯矩和剪力：弯矩和剪力：2)(0bqgVV200bVMM二、设计内力的修正bM0MV0V(4.3.1)框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力设计内力4.3 构件设计构件设计23三、梁端弯矩调幅当梁端截面首先出现塑性时，将发生内力重分布；另外，对于装当梁端截面首先出现塑性时，将发生内力重分布；另外，对于装配式框架和装配整体式框架，节点并非完全刚性。配式框架和装配

16、整体式框架，节点并非完全刚性。为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。调幅系数调幅系数 可取：现浇框架可取：现浇框架0.80.9；装配整体式框架；装配整体式框架0.70.8。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力设计内力4.3 构件设计构件设计为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。24框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力设计内力4.3 构件设计构件设计24四、内力组合框架梁属受弯构件，最不利内力组合有：框架梁属受弯构件，最不利内力组合有

17、：梁端截面的最大弯矩及最大剪力；梁端截面的最大弯矩及最大剪力；梁跨中截面的最大弯矩。梁跨中截面的最大弯矩。框架柱属偏心受力构件：框架柱属偏心受力构件： 混凝土柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩，最混凝土柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩，最 小轴力及相应弯矩；小轴力及相应弯矩； 钢柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩钢柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩251.21.2永久载标准值永久载标准值+1.4+1.4楼面可变载标准值楼面可变载标准值+1.4+1.4风载组合值风载组合值1.2 1.2 重力荷载标准值重力荷载标准值+1.3+1.3地震作用标准值地震作用标准值对抗

18、震设防区尚需考虑地震作用效应组合对抗震设防区尚需考虑地震作用效应组合五、荷载组合1.21.2永久载标准值永久载标准值+1.4+1.4风载标准值风载标准值 +1.4+1.4楼面可变载组合值楼面可变载组合值可变荷载控制可变荷载控制永久荷载控制永久荷载控制框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力设计内力4.3 构件设计构件设计1.351.35永久载标准值永久载标准值+1.4+1.4风载组合值风载组合值+1.4+1.4楼面可变载组合值楼面可变载组合值26一、框架梁、柱框架梁截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受弯承载框架梁截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受弯承载力计

19、算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度验算。验算。4.3.2 混凝土构件设计框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件混凝土构件框架柱截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面承载力计框架柱截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度。算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度。27框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件混凝土构件二、框

20、架节点对于非抗震设防区，节点承载力可通过构造措施来保证。对于非抗震设防区，节点承载力可通过构造措施来保证。一般要求一般要求节点混凝土强度：对于现浇框架与柱相同；对于装配整体式框架节点混凝土强度：对于现浇框架与柱相同；对于装配整体式框架比预制构件高一级；比预制构件高一级；节点内水平箍筋：一般情况同柱：如纵筋搭接头位于节点内应节点内水平箍筋：一般情况同柱：如纵筋搭接头位于节点内应符合搭接范围内的箍筋设置要求；符合搭接范围内的箍筋设置要求；节点截面尺寸：一般情况与柱相同节点截面尺寸：一般情况与柱相同28ll16lllls100(受拉)或200(受压)lalab/212dla12dlab/212dla

21、12d柱纵筋在节点区的锚固柱纵筋在节点区的锚固29梁纵筋在节点区的锚固梁纵筋在节点区的锚固la0.4lab15dla5dla0.4lab15d上部钢筋锚固上部钢筋锚固框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件混凝土构件30（少于35%的柱外侧纵筋）1.5lab8d1.7lab梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层边节点的搭接梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层边节点的搭接lalala0.4lab15dla0.4lab15d下部钢筋锚固下部钢筋锚固柱外侧纵筋314.3.3 钢构件设计一、框架梁、柱一、框架梁、柱框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析

22、4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件钢构件当多层框架采用混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴当多层框架采用混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴力的影响，按受弯构件设计钢梁；力的影响，按受弯构件设计钢梁； 框架梁进行承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算和正框架梁进行承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算和正常使用极限状态的挠度验算。常使用极限状态的挠度验算。 框架柱按压弯构件，进行承载能力极限状态的强度计算、整体框架柱按压弯构件，进行承载能力极限状态的强度计算、整体稳定计算、局部稳定计算稳定计算、局部稳定计算 ；32二、框架节点二、框架

23、节点框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件钢构件框架结构梁与柱刚性连接时，需要进行连接部位在弯矩和剪力作框架结构梁与柱刚性连接时，需要进行连接部位在弯矩和剪力作用下的用下的承载力承载力、节点域抗剪强度节点域抗剪强度和和局部稳定计算局部稳定计算以及梁上下翼缘标以及梁上下翼缘标高处柱水平高处柱水平加劲肋或隔板的厚度验算加劲肋或隔板的厚度验算。334.4.1 基础类型及其选型4.4 多层房屋基础设计柱下独立基础墙下条形基础柱下条形基础十字形基础梁板式筏形基础平板式筏形基础桩基础一、基础类型箱形基础34框架结构4.1 种

24、类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计二、基础选型考虑考虑因素因素工程地质情况工程地质情况上部结构情况上部结构情况现场施工条件现场施工条件(土的承载力、压缩性能和土层的均匀性) (荷载大小、对不均匀沉降的敏感程度) (场地大小、设备进出、技术水平) 不同基础类型的承载能力大小不同基础类型的承载能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础筏形基础筏形基础不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础梁板式筏形基础梁板式筏形基础箱形基础箱形基础354.4.2 基础分析模型 基础分离模型。基

25、础分离模型。必须满足上部结构与基础、基础与地基之间的力的平衡和变形协调条件。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型一、基础分析模型的种类一、基础分析模型的种类地基、基础和上部结构的整体模型。地基、基础和上部结构的整体模型。可以考虑地基变形（不均匀沉降）对上部结构的影响；以及上部结构刚度对地基附加应力和变形的影响。地基和基础的组合模型。地基和基础的组合模型。可以考虑基础刚度对地基附加应力和变形的影响；以及地基变形对基础内力的影响。基础处于上部结构和地基的之间，基础的受力性能既与上部结构基础处于上部结构和地基

26、的之间，基础的受力性能既与上部结构有关，又受到地基的影响。有关，又受到地基的影响。 36二、地基模型文克勒地基模型地基上任一点所受的压力强度地基上任一点所受的压力强度p与与该点该点的地基沉降的地基沉降s成正比，成正比，k称为基床系数。称为基床系数。某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩散。比较适用土层厚度不超

27、过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地基。基。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型pks37(a)整体模型刚性基础文克勒地基柱抗弯刚度为0pmaxpmin(b) 地基的剥离上部结构刚性上部结构柔性三、基础分离模型文克勒地基上的刚性基础模型文克勒地基上的刚性基础模型刚性基础的含义？上部结构刚性的含义？上部结构柔性的含义？pmaxpmin(c)上部结构的剥离pmaxpmin (d)倒梁法模型pmaxpmin (e)静力法模型与上部结构模型柱底固接相对应3

28、84.4.3 条形基础设计一、内力分析确定基底反力和基础底面尺寸确定基底反力和基础底面尺寸B112minmax6BLMBLNppaafpfpp2 . 12maxminmax框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础N1M1NiMiL11maxpminp（4.4.4）（4.4.5）af：修正后的地基承载力特征值39静力法倒梁法支座反力可能与柱子轴力不相等。支座反力可能与柱子轴力不相等。如何处理？如何处理？将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各1/31/3跨度范

29、围内作为基底反力的调整值，再跨度范围内作为基底反力的调整值，再进行连续梁分析，直至两者基本吻合。进行连续梁分析，直至两者基本吻合。il1il3/ )(1iill框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础pmaxpmin (e)静力法模型pmaxpmin (d)倒梁法模型40静力法与倒梁法的比较除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的结果才会一致。结果才会一致。上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒上部结

30、构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进行截面设计。行截面设计。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础41二、截面设计冲切面冲切面冲切面冲切面肋梁冲切肋梁冲切翼板冲切翼板冲切肋梁肋梁受弯承载力受弯承载力受剪承载力受剪承载力抗冲切承载力抗冲切承载力翼板翼板受弯承载力受弯承载力抗冲切承载力抗冲切承载力框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础结束结束