第4章 多层框架结构.ppt
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1、第4章 多层框架结构 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 本章介绍了多层框架结构的设计步骤和设计方法,本章介绍了多层框架结构的设计步骤和设计方法,内容包括:内容包括:结构布置;结构布置;计算简图的确定;计算简图的确定;内力计算;内力计算;内力组合;内力组合;框架梁、柱截面设计(配筋计算);框架梁、柱截面设计(配筋计算);构造要求。构造要求。内内容容提提要要 重点:计算简图的确定;框架在竖向荷载水平荷重点:计算简图的确定;框架在竖向荷载水平荷载作用下的内
2、力计算;内力组合;截面设计。载作用下的内力计算;内力组合;截面设计。难点:框架梁、柱内力组合;梁、柱、节点的配难点:框架梁、柱内力组合;梁、柱、节点的配筋构造。筋构造。4.1框架结构概述框架结构概述框架结构概述框架结构概述框架结构是指由纵、横梁和柱组成承重骨架并承受抗侧力框架结构是指由纵、横梁和柱组成承重骨架并承受抗侧力作用的结构。作用的结构。优点:平面布置灵活、自重较轻。优点:平面布置灵活、自重较轻。缺点:抗侧移刚度较小。缺点:抗侧移刚度较小。多层建筑中广泛应用;高层或超高层建筑中一般不采用纯多层建筑中广泛应用;高层或超高层建筑中一般不采用纯框架结构。框架结构。规范规定:现浇混凝土框架高度一
3、般不超过规范规定:现浇混凝土框架高度一般不超过60m,抗震设,抗震设防防7、8、9度区一般不超过度区一般不超过55m、45m、25m。实际工程中,。实际工程中,框架结构一般不超过框架结构一般不超过12层。层。根据施工方法分类:现浇整体式、装配式和装配整体式。根据施工方法分类:现浇整体式、装配式和装配整体式。4.1.2 4.1.2 框架结构的分类框架结构的分类 现现浇浇框框架架:全全部部在在现现场场浇浇注注,整整体体性性好好,抗抗震震性性能能好好。其其缺缺点是现场施工的工作量大,工期长,并需要大量的模板。点是现场施工的工作量大,工期长,并需要大量的模板。装装配配式式框框架架:梁梁、柱柱、楼楼板板
4、均均为为预预制制,然然后后通通过过焊焊接接拼拼装装连连接接成成整整体体。现现场场施施工工速速度度快快,但但需需要要大大量量的的运运输输和和吊吊装装工工作作。这种结构整体性差,抗震性差,不宜在地震区应用。这种结构整体性差,抗震性差,不宜在地震区应用。装装配配整整体体式式框框架架:梁梁、板板、柱柱均均为为预预制制,在在吊吊装装就就位位后后,先先焊焊接接和和绑绑扎扎节节点点区区钢钢筋筋,通通过过现现浇浇混混凝凝土土形形成成框框架架节节点点并并使使构构件件连连成成整整体体。这这种种结结构构具具有有良良好好的的整整体体性性和和抗抗震震性性,又又可可采采用用预预制制构构件件,兼兼有有现现浇浇式式框框架架和
5、和装装配配式式框框架架的的优优点点。缺缺点点是是现现场场浇注混凝土的施工较为复杂。浇注混凝土的施工较为复杂。4.2框架结构布置框架结构布置框架结构布置框架结构布置4.2.1.4.2.1.结构布置的一般原则结构布置的一般原则 原原则则:既既要要满满足足生生产产工工艺艺和和建建筑筑功功能能的的要要求求,又又要要使使结结构构受受力合理,施工方便。力合理,施工方便。内容:确定柱网尺寸,承重框架布置和变形缝的设置。内容:确定柱网尺寸,承重框架布置和变形缝的设置。4.2.2.4.2.2.柱网布置柱网布置 确定柱在平面上的位置。确定柱在平面上的位置。柱距:柱距:3.37.2m,梁跨:,梁跨:4.57.0m,
6、层高:,层高:2.84.2m。4.2.3.4.2.3.框架承重体系的布置框架承重体系的布置 根根据据楼楼盖盖荷荷载载传传力力方方向向的的不不同同,分分为为:横横向向承承重重、纵纵向向承承重重和纵横向承重和纵横向承重横向框架承重横向框架承重纵向框架承重纵向框架承重纵、横向框架混合承重纵、横向框架混合承重分类:沉降缝、伸缩缝和防震缝分类:沉降缝、伸缩缝和防震缝4.2.4.4.2.4.变形缝设置变形缝设置三缝的作用:三缝的作用:1.1.沉降缝:为防止建筑物基础在产生不均匀沉降时,引起上沉降缝:为防止建筑物基础在产生不均匀沉降时,引起上部结构内力发生变化而造成房屋开裂采取的措施部结构内力发生变化而造成
7、房屋开裂采取的措施 2.2.伸缩缝:当建筑物超过一定长度时,由于温度变化而使房伸缩缝:当建筑物超过一定长度时,由于温度变化而使房屋墙体、屋顶产生温度应力,而基础的温度影响较小,造成房屋墙体、屋顶产生温度应力,而基础的温度影响较小,造成房屋开裂。为了防止温度应力引起的房屋开裂采取的措施。屋开裂。为了防止温度应力引起的房屋开裂采取的措施。3.3.防防震震缝缝:当当房房屋屋平平面面或或立立面面不不规规则则,各各部部分分的的质质量量和和刚刚度度变变化化较较大大时时,在在地地震震作作用用下下,结结构构的的受受力力将将变变得得非非常常复复杂杂,导导致致计计算算困困难难和和部部分分薄薄弱弱位位置置的的结结构
8、构发发生生破破坏坏。为为避避免免这这种种破破坏坏,采采用用防防震震缝缝将将房房屋屋分分割割成成几几个个较较为为规规则则的的形形体体,使使之之计计算算简简单单和减少地震作用的破坏。和减少地震作用的破坏。三缝的区别:三缝的区别:1.构构造造区区别别:沉沉降降缝缝是是从从基基础础开开始始直直至至屋屋顶顶将将墙墙体体或或框框架架完完全全分分开开;伸伸缩缩缝缝一一般般是是从从基基础础以以上上开开始始分分开开;防防震震缝缝一一般般和和伸伸缩缩缝缝相相同同,当当基基础础较较差差情情况况下下可可以以将将基基础础分分开开。三三缝缝的的设设置置宽宽度度要要求求均均有有所所不不同同,一一般般伸伸缩缩缝缝最最小小,沉
9、沉降降缝缝次次之之,防防震震缝缝要要求最宽。(根据规范确定)求最宽。(根据规范确定)2.位位置置的的区区别别:沉沉降降缝缝主主要要根根据据地地基基条条件件确确定定设设置置位位置置;伸伸缩缩缝缝一一般般设设置置在在中中间间位位置置;防防震震缝缝则则设设置置在在不不同同形形体体交交界界处处。设计时尽量将三缝合并处理。设计时尽量将三缝合并处理。4.3框架结构计算简图框架结构计算简图框架结构计算简图框架结构计算简图4.3.1 4.3.1 框架梁、柱截面选择(截面形式、尺寸的确定)框架梁、柱截面选择(截面形式、尺寸的确定)1.1.截面形状截面形状现浇板框架梁:现浇板框架梁:T形、形、形形预制板框架梁:矩
10、形、预制板框架梁:矩形、T形、花篮形、十字形等形、花篮形、十字形等框架柱:常为矩形或正方形,有时由于建筑上的需要,也框架柱:常为矩形或正方形,有时由于建筑上的需要,也可设计成圆形、八角形、可设计成圆形、八角形、T形等等。形等等。2.2.截面尺寸截面尺寸1)梁截面尺寸梁截面尺寸框架梁框架梁截面高度截面高度h=(1/81/12)l(单跨用较大值,多跨用较小值)单跨用较大值,多跨用较小值)次梁(或连系梁)次梁(或连系梁)h=(1/121/14)l;交叉梁;交叉梁h=(1/121/15)l;无梁楼盖暗梁无梁楼盖暗梁h=(1/201/35)l 截面宽度截面宽度b=(1/21/3)h2)柱截面尺寸柱截面尺
11、寸 h=(1/81/12)H,b=(12/3)horbh(1.21.4)N/fc-柱轴压比:柱轴压比:一般一般0.9,抗震,抗震1级级0.7,2级级0.8,3级级0.9框架柱截面高度不宜小于框架柱截面高度不宜小于400mm,宽度不宜小于,宽度不宜小于350mm。现行规范采用系数修正方法计算。现行规范采用系数修正方法计算。中框架梁中框架梁边框架梁边框架梁现浇楼盖现浇楼盖2.0I01.5I0装配整体式楼盖装配整体式楼盖1.5I01.2I03.3.截面惯性矩截面惯性矩框架结构是超静定结构,必须先知道框架梁、柱的抗弯框架结构是超静定结构,必须先知道框架梁、柱的抗弯刚度才能计算结构的内力和变形。在初步确
12、定梁、柱截面刚度才能计算结构的内力和变形。在初步确定梁、柱截面尺寸后,可按材料力学的方法计算截面惯性矩。但是,由尺寸后,可按材料力学的方法计算截面惯性矩。但是,由于楼板参加梁的工作,在使用阶段梁又带裂缝工作,因而于楼板参加梁的工作,在使用阶段梁又带裂缝工作,因而精确确定梁截面抗弯刚度并非易事。精确确定梁截面抗弯刚度并非易事。4.3.2 4.3.2 计算简图的确定计算简图的确定 一般情况下,框架房屋是由纵向、横向框架所组成的空间一般情况下,框架房屋是由纵向、横向框架所组成的空间结构,应按空间受力体系进行受力分析。结构,应按空间受力体系进行受力分析。但是,当结构布但是,当结构布置均匀,荷载分置均匀
13、,荷载分布均匀时,横向布均匀时,横向或纵向的各榀框或纵向的各榀框架产生大致相同架产生大致相同的位移,相互间的位移,相互间不会产生大的约不会产生大的约束力。为了简化束力。为了简化计算,可忽略其计算,可忽略其空间作用,将横空间作用,将横向和纵向框架分向和纵向框架分别按平面框架进别按平面框架进行分析计算。行分析计算。节点的模型化节点的模型化跨度与层高的确定跨度与层高的确定4.4荷载计算荷载计算荷载计算荷载计算1.1.恒荷载计算恒荷载计算1)注意单向板、双向板传力的不同;)注意单向板、双向板传力的不同;2)连系梁传来的荷载(集中力、偏心布置时有附加弯矩)连系梁传来的荷载(集中力、偏心布置时有附加弯矩)
14、4.4荷载计算荷载计算荷载计算荷载计算2.2.活荷载计算活荷载计算1)楼面活荷载(注意折减问题)楼面活荷载(注意折减问题)2)屋面活荷载、屋面雪荷载(取其中较大值)屋面活荷载、屋面雪荷载(取其中较大值)4.4荷载计算荷载计算荷载计算荷载计算3.3.风荷载计算风荷载计算为了简化计算,风荷载一般分段简化为均布荷载,再简化为了简化计算,风荷载一般分段简化为均布荷载,再简化成作用于框架节点的水平集中荷载。成作用于框架节点的水平集中荷载。4.5框架结构内力和侧移计算框架结构内力和侧移计算框架结构内力和侧移计算框架结构内力和侧移计算 4.5.1竖向荷载作用下框架内力计算竖向荷载作用下框架内力计算1)弯矩二
15、次分配法求框架弯矩)弯矩二次分配法求框架弯矩(1)计算梁、柱转动刚度)计算梁、柱转动刚度(2)计算各节点杆件(梁、柱)的分配系数)计算各节点杆件(梁、柱)的分配系数(3)计算杆件固端弯矩(不平衡弯矩)计算杆件固端弯矩(不平衡弯矩)(4)进行弯矩分配与传递)进行弯矩分配与传递(5)计算杆端弯矩)计算杆端弯矩(6)画弯矩图)画弯矩图2)梁端弯矩调幅)梁端弯矩调幅3)计算梁端剪力和柱轴力)计算梁端剪力和柱轴力固定支座,固定支座,S=4i铰支座,铰支座,S=3i定向支座,定向支座,S=i远端远端固定支座,固定支座,1/2铰支座,铰支座,0定向支座,定向支座,-1远端远端1.1.弯矩二次分配法弯矩二次分
16、配法2.2.分层法分层法1)计算假定)计算假定当当框框架架梁梁的的线线刚刚度度大大于于柱柱的的线线刚刚度度,且且基基本本对对称称,荷荷载载均均匀匀的的情情况况下下,框框架架侧侧移移较较小小,框框架架梁梁的的荷荷载载对对其其他他层层梁梁柱柱的的内内力力影响较小,可作如下假定:影响较小,可作如下假定:框架侧移忽略不计,不考虑侧移对框架内力的影响;框架侧移忽略不计,不考虑侧移对框架内力的影响;每每层层梁梁上上的的荷荷载载对对其其他他层层梁梁、柱柱内内力力的的影影响响忽忽略略不不计计,仅仅考虑对本层梁、柱内力的影响。考虑对本层梁、柱内力的影响。2)计算要点)计算要点将将框框架架分分解解成成单单层层框框
17、架架,采采用用弯弯矩矩分分配配法法分分别别计计算算单单层层框框架架的弯矩,叠加分层计算的柱端弯矩即得框架梁、柱杆端弯矩。的弯矩,叠加分层计算的柱端弯矩即得框架梁、柱杆端弯矩。为了使计算减少误差,对传递系数和柱刚度进行调整为了使计算减少误差,对传递系数和柱刚度进行调整:除底层外,其余各层柱的线刚度乘以除底层外,其余各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数;的折减系数;除底层外,其余各层柱的弯矩传递系数取为除底层外,其余各层柱的弯矩传递系数取为1/3。活荷载的布置问题。活荷载的布置问题。4.5.2水平荷载作用下框架内力计算水平荷载作用下框架内力计算1.1.反弯点法反弯点法 作用于框架结构上的水平荷载主要
18、是风荷载和地震作用于框架结构上的水平荷载主要是风荷载和地震作用,荷载计算时一般均将其化为节点集中荷载。作用,荷载计算时一般均将其化为节点集中荷载。因无节间荷载,梁、柱的弯矩图都是直线形,仅有因无节间荷载,梁、柱的弯矩图都是直线形,仅有一个反弯点(弯矩为零的截面)。一个反弯点(弯矩为零的截面)。只要能确定各柱的剪力和反弯点的位置,就可求得只要能确定各柱的剪力和反弯点的位置,就可求得各柱的弯矩,进而由节点平衡条件求得梁端弯矩及整个各柱的弯矩,进而由节点平衡条件求得梁端弯矩及整个框架的内力。框架的内力。因此,框架结构在水平荷载作用下内力计算的主要因此,框架结构在水平荷载作用下内力计算的主要任务是:(
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