《多层框架结构》PPT课件.ppt

第十三章 多层和高层框架结构设计,本章内容多层框架结构的组成与布置框架结构内力与水平位移的近似计算方法内力组合框架梁柱设计,特点及分类 按施工方式分：现浇式 装配式 装配整体式多层与高层的划分,13.1概述,现浇框架,1、结构布置的一般原则 原则：（1）应满足生产工艺或使用功能要求，尽可能与建筑的平、立、剖面划分相一致；（2）应满足人防、消防要求，使水、电、暖各专业的布置相一致；（3）受力合理，尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少。（4）妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响；（5）施工简便，经济合理。,13.2多层框架结构布置,2、结构布置方法（1）承重框架布置及特点：横向框架承重方案 纵向框架承重方案 纵横向框架承重方案,（2）柱网尺寸,框架梁的跨度决定了柱网尺寸。主梁的跨度一般为58米，次梁的跨度一般为47米。,防止温度变化、不均匀沉降、地震作用引起结构损坏常采用的措施：结构措施：节点连接设计；配置构造钢筋；设置刚性层。施工措施：分段施工；设置后浇带等。缝宽及做法：见规范、房建教材等。,（4）多层框架梁柱截面尺寸估算,框架梁：h=（1/101/18）l0 h/b=24 梁净跨与截面高度之比不宜小于4，b不宜小于200mm,框架柱：l0/b 30；l0/h 25 b=（1/121/18）Hi h=(12)b N/fc A,满足相应抗震要求：轴力放大系数，非抗震时一般框架柱取1.3，角柱取1.5：轴压比，非抗震时可取0.90.95 截面边长不宜小于300mm，圆柱截面直径不小于350mm；剪跨比大于2，高宽比小于3,计算单元的确定,现浇楼盖时荷载的传递方式,横向框架选有代表性的一榀；纵向框架分别计算,图13-10,13.4 框架结构的计算简图,）计算简图简化（1）梁柱杆件：用单线条代替。（2）梁柱节点：现浇框架（当梁柱受力筋穿过或锚入节点区）刚节点。装配或装配整体式按梁柱实际连接方式来简化。,）计算简图简化,（3）柱与基础的连接：现浇柱般设计成固定支座。预制柱杯形基础按实际连接方式确定。,（4）跨度及层高的确定梁的跨度即柱中心间的距离；柱的高度：底层：基顶至二层现浇楼板顶；其它层：本层与上层现浇楼面间的高度。,现浇楼板对梁抗弯刚度的影响：,框架梁截面抗弯刚度的计算,注意：设按梁的纯矩形截面计算的截面惯性矩为I0，则：,装配整体式楼盖：中框架取 I=1.5 I0 边框架取 I=1.2 I0 装配式楼盖：按实际计算。,I0,现浇楼盖：中框架取 I=2 I0边框架取 I=1.5 I0,I0,1、竖向荷载：,恒荷载：结构构件设计尺寸乘以自重标准值。,楼面活荷载：根据使用功能查荷载规范。民用建筑楼面活荷载 设计楼面梁、柱、墙及基础 时，注意活荷载的折减。工业建筑楼面活荷载,屋面均布活荷载屋面雪荷载,13.5 荷载计算,楼面荷载分配原则,装配式或装配整体式楼盖：荷载通过预制板的两端传递给支撑梁现浇楼盖：单向板向两支撑边传递荷载；双向板按板底45度塑性铰线传递荷载。,三层框架结构，一层柱高4.5米，二三层3.6米，楼面恒荷载：5kN/m2，无填充墙，忽略梁柱的自重。,gk=5x4.5=22.5kN/m,Gk=54.54.5/2=101kN,三层框架结构，一层柱高4.5米，二三层3.6米，楼面恒荷载：5kN/m2，无填充墙。忽略梁柱的自重，楼板按单向板，画出所示框架的恒荷载作用下计算简图。,三层框架结构，一层柱高4.5米，二三层3.6米，楼面恒荷载：5kN/m2，活荷载：2kN/m2，无填充墙。忽略梁柱的自重，楼板按单向板，画出所示框架恒荷载作用下计算简图。,竖向活荷载的最不利位置,考虑活荷载最不利位置的方法有四种：（1）逐跨布置法 即将活荷载逐层逐跨单独作用于结构上，分别计算出整个结构的内力，对每根梁和柱的控制截面，不同的内力种类，组合出其最不利值。活荷载布置方式有（跨数*层数）种。特点：准确性较高。但计算工作量大，适合机算。,（2）最不利荷载位置法 对杆件控制截面的最不利内力，根据影响线方法，直接确定出产生此最不利内力的活荷载位置。然后对框架进行内力分析。,如求Mc：先画Mc的影响线。,特点：求梁端和柱端最大弯矩的不利布置不易确定；计算量大。,分层布置法,（3）分层布置法或分跨布置法 近似地将活荷载一层做一次布置或一跨做一次布置。,分跨布置法,特点：计算量小，适于手算。,（4）满布荷载法 活载的内力远小于恒载的内力时，忽略活荷载的不利位置，将活荷载满布计算。用于手算，q/g1。,注意：此法求得的梁的跨中弯矩应乘以1.11.2的系数，支座弯矩不变。,2、水平荷载：风荷载、地震荷载 简化为作用于框架节点的水平集中力。,注意：迎风面及背风面荷载相加。,13.6 内力计算,应分别计算框架在竖向荷载、水平荷载作用下的内力，然后进行内力组合，从而求出每根杆件控制截面的最不利内力，进行截面配筋设计。,近似计算方法的来历：手算时代的需要电算时代的用途：初设阶段估算用；电算结果校核用。,1 竖向荷载作用下内力计算方法,竖向荷载下的内力近似计算方法主要有分层法、叠代法及系数法等。主要讲解分层法。,13.6.1 竖向荷载作用下的内力计算,分层法,（A）基本假定竖向荷载下框架无侧移；忽略每层梁上荷载对其它各层梁内力的影响,荷载图,弯矩图,（B）分层法的计算简图将每层柱的上下端支座简化为固定端。则框架在竖向荷载下的计算简图可简化为：,位移图,将每层柱的上下端支座简化为固定端。,（C）用分层法计算简图所得内力计算结果的误差分析误差分析误差调整措施：除底层柱外，其它各层柱的线刚度均乘以0.9；除底层柱外，其它各层柱的弯矩传递系数均取1/3。,柱端铰结,柱端固定,柱端固定，柱刚度折减10,（D）分层法计算结果的处理：分层计算所得的梁端弯矩即为框架梁的最后弯矩；框架柱端弯矩应由相邻两个开口刚架所得的同位置 柱端弯矩叠加而得。最后框架节点弯矩不平衡时，可对该结点不平衡弯 矩进行一次分配，但不传递。,梁端弯矩下调的原因现浇框架：(1)施工需要；(2)梁端出现塑性铰是允许的。装配或装配整体式框架：节点连接本来就不是绝对刚性，实际弯矩小于按弹性方法的计算值。故应将按刚性节点计算值给于下调。调幅系数：,（E）梁端弯矩调幅,现浇框架：=0.80.9装配式框架：=0.70.8,调低梁端弯矩后，应按平衡条件计算跨中弯矩。,（E）梁端弯矩调幅,注：弯矩调幅只对竖向荷载下的内力进行。梁端弯矩应先进行调幅，然后再与风荷载、地震作用下的弯矩进行组合。,13.6.2 水平荷载作用下的内力近似计算方法,水平荷载作用下框架的内力计算方法有反弯点法、D值法、门架法等。,节点水平荷载作用下弯矩图,一、反弯点法,节点作用水平集中力时框架的受力特点 各杆件的弯矩图都是直线；各杆件上的弯矩均有一个0弯矩点反弯点。,同层各柱剪力Vji的求法,取j层反弯点以上部分为隔离体,由力的平衡得：,由结力知：,柱端弯矩：各柱反弯点处剪力求得后，剪力乘以反弯点距柱上下端截面的距离，便可求得柱上下截面弯矩，即,底层柱,其它层,框架梁柱弯矩计算,梁端弯矩：可由节点平衡求得：,反弯点法的适用条件：框架节点梁柱线刚度之比3时。,二、D值法,D值法的引入：当梁柱的线刚度之比不满足3时，反弯点法的梁柱线刚度比为无穷大的假设，将引起较大的计算误差，以至于工程设计结果不能接受。故引入改进反弯点法（又称为D值法）。,计算误差表现在：柱的侧向刚度按两端固定柱计算不准确；柱的反弯点位置将受到与之相关的上下梁、上下层的影响，不能简单认为在柱的中央。,修正反弯点高度,改进后的柱侧移刚度D,表3.6.2,当梁柱的线刚度比无穷大时，=1.0。,修正后的柱反弯点高度柱的反弯点位置：取决于该柱上下两端转角的比值。反弯点偏向转角较大的一端,亦即偏向约束刚度较小的一端。影响柱两端转角的主要因素：梁柱线刚度比；柱上下梁的线刚度比；上层层高的变化；下层层高的变化；柱所在的层次等。,修正后的柱反弯点高度,上层层高加大,下层层高加大,修正后的反弯点高度按下式计算：,yh=(y0+y1+y2+y3)h,y反弯点高度比；y0 标准反弯点高度比，由表3.6.3查得；y1 上下横梁线刚度不同对反弯点高度的修正系数(表3.6.4)；y2 y3 上层、下层层高变化对反弯点高度的修正系数(表3.6.5)。,D值法的计算步骤和计算内容与反弯点法相同。,修正后的柱反弯点高度,D值法也是一种近似方法：虽然考虑了节点转角，但又假定同层各节点转角相同，还做了一些其他假设。,13.7 多层框架的内力组合,找出各控制截面的最不利内力内力组合,梁的控制截面及最不利内力 梁端柱边缘：跨中：+,和,梁端柱边缘弯矩和剪力的计算：,柱的控制截面及最不利内力组合 控制截面：上、下端截面 最不利内力组合：,荷载效应组合,与第十二章排架结构的荷载效应组合方法相同。,13.8 框架结构侧移计算,剪切型变形,弯曲型变形,主要由梁柱的弯曲变形造成的类似于悬臂柱的剪切变形,主要由柱的轴向变形造成的类似于悬臂柱的弯曲变形,多层框架以剪切型变形为主,13.8 框架结构侧移计算,侧移的近似计算 用层间位移与层间剪力的关系可得：j层的层间位移 为：,框架顶端总水平位移 u 为：,层数,应满足规范要求：,注：对多框架当（1）式满足时，（2）式一般均能满足规范要求，可不必验算。,（1）,（2）,过大可能导致填充构件的开裂,13.9框架构件设计（不考虑抗震）,13.9.1 框架柱的计算长度 柱 偏压构件。柱计算长度l0确定：一般多层房屋的框架结构 现浇楼盖：底层柱 l0=1.0H；其他层柱 l0=1.25H；装配式楼盖：底层柱 l0=1.25H；其他层柱 l0=1.5 H,注意：我们在计算偏压构件时，可仍按lc（即近似按柱的实际长度计算）。,13.9.2 框架节点的构造要求 非地震区，框架节点的承载能力一般通过采取适当的构造措施来保证。1.材料强度现浇框架节点区的砼等级：不低于柱的砼等级；装配整体式框架的后浇节点的砼等级：比预制柱提高5N/mm2。2.截面尺寸规范要求节点内配筋率不过大，可通过间接限制节点截面尺寸不过小来保证。要求满足：,框架顶层端节点处，计算所需梁上部钢筋的截面面积应满足：,3箍筋 在框架节点范围内应设置水平箍筋，间距不宜大于250mm。且应符合柱中箍筋的构造要求。对四边均有梁与之相连的中间节点，节点内可只设矩形箍筋，而不设复合箍筋。,复合箍筋,4梁柱纵筋在节点区的锚固（1）梁中间节点上部纵向钢筋：框架中间节点梁上部纵向钢筋应贯穿中间节点，该钢筋自柱边伸向跨中的截断位置应根据梁端负弯矩确定。,当顶层端节点内设有梁上部纵筋和柱外侧纵筋的搭接接头时，节点内水平箍筋的布置应依照纵筋搭接范围内箍筋的布置要求确定。,下部纵向钢筋：当计算中不利用钢筋强度时，其伸入节点的锚固长度可按简支梁V0.7ft bh0的情况取用。,当计算中充分利用钢筋的受拉强度时，其下部纵向钢筋应伸入节点内锚固，并满足受拉钢筋的锚固长度la。如图13-23(a)、(b)所示。,（1）梁中间节点,(2)梁中间层端节点：,（1）梁中间节点,b,(3)柱筋：顶层中间节点柱筋的锚固,中间层节点处：柱纵筋不宜在节点内截断，接头位置应尽量选在层高中间等弯矩较小的区域。,(4)框架顶层端节点：,8d,位于节点外侧和梁端顶部的弯折搭接接头,位于柱顶外侧的直线搭接接头,作业：用反弯点法计算下图框架结构的(弯矩、剪力、轴力)图。,作业,2.1,2.3,（1）在柱顶加不动铰支座求支座反力RA、RB,RA=32.73kN(),（2）撤销附加的不动铰支座，将其反力RA+RB反向作用于柱顶，求此时的柱顶剪力VA、VB,R=RA+RB=32.73-5.46=27.27kN()VB=13.64kN(),（3）将以上两种情况内力叠加，求柱顶剪力VA、VB,R=RA+RB=32.73-5.46=27.27kN(),（4）画出弯矩图,注意：以哪一种内力为目标进行组合时，相应的其他内力均采用这种组合方式，如：有永久荷载控制的组合及可变荷载控制的组合两种注意内力组合原则：有T必有D,