高层建筑结构框架结构精选文档.ppt
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1、高层建筑结构框架结构本讲稿第一页,共七十二页主要内容1.框架体系的结构布置。2.框架结构计算单元的选取和计算简图的确定以及计算单元上所作用的各种荷载的计算。3.框架在竖向和水平荷载作用下的内力计算及梁、柱各控制截面的最不利内力组合。4.框架结构梁、柱的配筋设计与构造。本讲稿第二页,共七十二页12.1 概述框架结构是由梁和柱连接而成的。梁柱连接处为刚节点,柱底支座一般为固定约束。1多层框架结构的组成多层框架结构的组成本讲稿第三页,共七十二页2 钢筋混凝土框架结构的分类 按施工方法的不同,可分为整体式、装配式和装配整体式。整体式梁、柱、楼板均为现浇混凝土。施工时每层的柱与其上的梁板同时支模、扎筋,
2、并一次性浇注混凝土。该形式整体性好,利于抗震。装配式梁、柱均为预制,二者通过焊接拼装连接成整体。此种方式施工速度快,但整体性较差,不宜在地震区应用。装配整体式梁、柱、楼板均为预制,在吊装就位后,再浇注部分混凝土而将梁、柱、板连接成整体。该形式既具有较好的整体性和抗震性能,又可采用预制构件,但节点区现场浇注施工复杂。本讲稿第四页,共七十二页12.2 结构布置框架的结构布置包含三方面的内容:柱网布置、承重体系的确定、变形缝的设置。本讲稿第五页,共七十二页1.柱网布置 柱网框架柱在平面上纵横两个方向的排列。柱网布置的任务确定柱子的排列形式与柱距。布置的依据满足建筑使用要求,同时考虑结构的合理性与施工
3、的可行性。本讲稿第六页,共七十二页(1)柱网的形式:对工业厂房,常采用内廊式、等跨式与不等跨式。本讲稿第七页,共七十二页对宾馆、办公楼等民用建筑,柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调,一般将柱子设在纵横墙交叉点上。柱网的尺寸还受到梁跨度的限制,一般梁跨度在69m之间。本讲稿第八页,共七十二页(2)柱网布置要使结构受力合理本讲稿第九页,共七十二页2.承重体系的确定实际的框架结构是一个空间受力体系。但为计算简便起见,可把实际框架分成纵横两个方向的平面框架即横向框架和纵向框架。横向框架-由建筑物短方向的梁柱组成。纵向框架-由建筑物长方向的梁柱构成。两向框架分别承受各自方向的水平荷载。对于楼面竖向荷载,可
4、由横向框架承受,也可由纵向框架承受或纵、横向共同承受。根据楼面竖向荷载的传递路线,可将框架的承重体系分为三种:横向框架承重体系,纵向框架承重体系,纵横框架混合承重体系。本讲稿第十页,共七十二页(1)横向框架承重体系 楼面荷载全部传至横向框架梁,如图(a)所示。此时在横向布置框架承重梁,而在纵向布置连系梁。此方案的优点在于主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向刚度(横向跨数少),纵向设较小的连系梁也有利于立面开洞。本讲稿第十一页,共七十二页(2)纵向框架承重体系如预制板沿横向布置,楼面荷载将传到纵向框架梁,如图(b)所示,此时纵梁为承重梁,而横向为连系梁。由于横梁高度较小,可获得较高的室内净高,也
5、利于管线的穿行。该方案的缺点是横向抗侧刚度较差,进深尺寸受预制板长度的限制。本讲稿第十二页,共七十二页(3)纵横向框架混合承重体系两个方向的框架梁均承受楼面荷载,如图(c)中的预制板布置以及如图(d)中的现浇井字板均是将板面荷载向纵横向框架梁上传递。混合承重方案具有较好的整体工作性能,当楼面作用荷载较大时,常采用此种方案。本讲稿第十三页,共七十二页3.变形缝的设置 变形缝有三种:伸缩缝、沉降缝、防震缝。(1)伸缩缝“钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距”见表3-1-1。伸缩缝宽度不小于50mm。(2)沉降缝如上部荷载差异较大,或地基土的物理力学指标相差较大,则应设沉降缝。沉降缝可利用挑梁或搭置预制板、
6、预制梁等方式作成。沉降缝宽不小于50mm。(3)防震缝当建筑平面形状不规则,竖向高度、刚度、质量差异较大时,应设防震缝,缝宽不小于70mm。本讲稿第十四页,共七十二页注:上述三缝在进行布置时,应综合考虑,多缝合一,尽量减少缝数,以方便施工、降低造价、增加整体性。伸缩缝和防震缝只需将基础以上的房屋分开,而沉降缝必须将基础也分开。本讲稿第十五页,共七十二页12.3 框架梁、柱截面尺寸及计算简图 1.框架梁框架梁的横截面一般为矩形。对于承受主要竖向荷载的框架梁,其截面有以下几种形式。对整体式框架,与梁相连的楼板是梁的翼缘,梁截面为T形或倒L形(图(a));当采用预制板楼盖时,框架梁为矩形或T形(图(
7、b);有时为减小楼盖结构高度,增加室内净高,框架梁截面常做成花篮形或十字形;(图(c);对装配整体式框架,其框架梁为部分预制、部分现浇,称为迭合梁,其截面形式如图(d)所示。框架梁截面高度h可取L/8L/12,截面宽度b一般为h/2h/3。本讲稿第十六页,共七十二页2.连系梁连系梁通常是承受填充墙荷载,其截面一般采用图所示的矩形、T形和倒L形。连系梁的翼缘通常是用来填补预制板排列所余宽度。本讲稿第十七页,共七十二页3.框架柱一般为方形或矩形。柱的长边尺寸h可近似取底层柱高的1/151/20。短边尺寸b按(12/3)b选用.本讲稿第十八页,共七十二页4.框架梁截面的惯性距I按矩形截面(图中阴影部
8、分)计算出惯性矩I0,再根据楼板的形式进行修正求得I。(1)当采用现浇楼板时(图(a)、(b)),中框架梁的惯性矩I=2I0,边框架梁的I=1.5I0。(2)当采用装配式楼板时(图(c)),I=I0。(3)如为装配整体式楼板(图(d)、(e)),中框架梁的I=1.5I0,边框架梁的I=1.2I0。所有柱的截面惯性矩按实际尺寸计算。本讲稿第十九页,共七十二页12.3.2 框架结构的计算简图 1.计算单元的确定框架结构是一个空间受力体系,如图(a)所示。为方便起见,常是将一个较规则的空间框架分解为一组横向平面框架和一组纵向平面框架,如图(b)所示,框架即为一个计算单元,一般以柱距中线来划分,如图(
9、a)所示阴影范围。该平面框架承受计算单元内的水平荷载,是否有竖向荷载作用,取决于楼盖结构的布置方式。本讲稿第二十页,共七十二页2.跨度与层高的确定在计算简图中,杆件用其轴线来表示;框架梁的跨度取柱子的轴线之间的距离,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计算高度应为各横梁形心线之距,当各层梁截面尺寸相同时也可取相应的建筑层高,但底层的层高取基础顶面至二层楼板顶面之间的距离。本讲稿第二十一页,共七十二页3.节点的简化对现浇式框架和装配整体式框架,梁与柱的连接点可处理为刚结点本讲稿第二十二页,共七十二页4.荷载计算作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载两种
10、。竖向荷载包括结构自重、楼面荷载、雪载等。竖向荷载一般为分布荷载,次梁传来的为集中力。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。水平荷载均简化为作用于框架节点上集中力(计算方法)。本讲稿第二十三页,共七十二页本讲稿第二十四页,共七十二页计算公式计算公式:将沿框架柱的分布风载简将沿框架柱的分布风载简化为作用于框架节点的水化为作用于框架节点的水平集中风荷载平集中风荷载Fi,其值为:,其值为:本讲稿第二十五页,共七十二页12.4内力分析及侧移验算1.受力特点:框架结构在竖向荷载作用下有如下特点:(1)框架所产生的侧移一般很小,可以忽略;(2)当某层框架梁上作用荷载时,在该层梁及相邻的柱子中产生较大内力,其它
11、各层梁柱的内力较小,其影响可以忽略。12.4.1 竖向荷载作用下内力的计算方法竖向荷载作用下内力的计算方法分层法分层法本讲稿第二十六页,共七十二页2.基本假定根据上述受力特点,采用下面基本假定:(1)竖向荷载作用下不计侧移影响;(2)每层梁上的荷载仅影响本层梁及与该层梁相连的柱。本讲稿第二十七页,共七十二页3.计算方法 根据上述假定,可将每层框架连同与之相连的上下层柱作为独立的计算单元分别进行计算。本讲稿第二十八页,共七十二页1.根据叠加原理,多层框架在竖向荷载作用下的内力,可看成是各层竖向荷载单独作用下内力的叠加(图(a))。2.根据上述假定,各层梁上单独作用竖向荷载时,仅在图(b)所示结构
12、的实线部分产生内力,虚线部分中所产生的内力可忽略不计。3.框架结构可分解为如图(c)所示的独立刚架单元,柱的远端简化为固定支承。用弯矩分配法进行计算,节点的不平衡弯矩只在本单元内进行分配传递。本讲稿第二十九页,共七十二页在进行内力计算时应注意两个问题:(1)在计算单元中,取柱远端为固定,这与实际结构有差异,为消除此影响,规定除底层外,其它各层柱的线刚度均乘0.9,并取相应的传递系数为1/3(底层柱仍为1/2)。(2)由于每根柱都在上、下两个单元中用了一次,因此,各柱端弯矩应为上下两层单元柱端弯矩之和。分层法适宜于结构刚度与荷载沿高度分布比较均匀的多层框架的内力计算。本讲稿第三十页,共七十二页4
13、.解题步骤分层法计算竖向荷载作用下框架内力的步骤是:(1)画出结构计算简图,并标明轴线尺寸,荷载的大小和分布状态。(2)按规定计算梁柱的线刚度和相对线刚度,并注意除底层柱外,其它各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数。(3)用弯矩分配法自上而下分层计算各单元的杆端弯矩。(4)叠加柱端弯矩,得出所有杆件的最后杆端弯矩。如节点不平衡弯矩偏大,可在该节点重新分配一次但不再传递。(5)根据静力平衡条件,求出框架梁在梁端弯矩及竖向荷载作用下的跨中弯矩、梁端剪力及柱的剪力和轴向力。(6)绘出框架的弯矩图、剪力图、轴力图。本讲稿第三十一页,共七十二页例题:1图1所示一两层两跨钢筋混凝土框架,其梁柱的线刚度标于图
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