工程施工竖向分布体系的初步设计.ppt

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1、,U,nR,eg,is,te,re,d,第五章 竖向分布体系的初步设计,U,nR,eg,is,te,re,d,nR,eg,is,te,re,d,U,第一节 概述设计阶段结构构思的层次总体空间结构优化全部和部分信息时必须反馈,方案建筑初始方案设计，揭示整个体系的荷载抗力关系，预估基本分体系的相互关系,初步基本水平体系和竖向分体系的总体设计、相互作用的性质,最后具体设计各分体系构件、连接,U,nR,eg,is,te,re,d,第一节 概述,详细设计计算需要概念设计,概率设计判断结构方案的可行性,概念设计初步确定结构体系及构件尺寸概念设计判断计算机计算结果,nR,eg,is,te,re,d,U,第一

2、节 概述设计阶段结构构思的层次总体空间结构优化全部和部分信息时必须反馈,方案建筑初始方案设计，揭示整个体系的荷载抗力关系，预估基本分体系的相互关系,初步基本水平体系和竖向分体系的总体设计、相互作用的性质,最后具体设计各分体系构件、连接,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,建筑物是一个实体结构,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,建筑物是一个实体结构,f c=P/A+hi DL/A,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,受集中水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实

3、体建筑物,受均布水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,受倒三角水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,剪力传递功能,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,剪力的传递,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,弯矩的作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,实体结构的整体性要求,竖向荷载可以从一个薄片轴向传递到另一个薄片水平荷载可以通过薄片间的剪力传递至基础薄片之间可以传递一对轴向拉压的抗倾覆力偶,U,nR,eg,is

4、,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,将结构体系布置成空间封闭式,四片封闭的薄板，顶部开敞，底部固定,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构受竖向荷载,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构受水平荷载,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构的进一步分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构的整体性要求,水平分体系能够承受恒载并将竖向荷载通过竖向分体系传递到基础,水平分体系承受水平荷载，并将水平荷载传递到竖向分体系，并最终传递到基层,

5、竖向分体系必须联系在一起，才能获得最好的抗弯和抗压屈能力,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,水平分体系的隔板作用,有效高度的减小，抗压屈刚度增加,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,筒形空间结构的变化,AF 1d12,2,AF 2 d 2,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,单柱的作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,铰接单柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,铰接单柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性

6、框架结构,刚接框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,定量分析,M=Hh,U,nR,eg,is,te,re,d,=,2,(),第二节 结构的整体性框架结构,定量分析,完全框架,d 2 D Mdx EID Mx 2,M22,h 2M h 24 2,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,框架是一个二维结构，在平面内才能有效地承受,力的作用，类似于竖向平板,建筑物需要多个框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,梁柱刚度比对框架性能的影响,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构

7、,梁柱刚度比对框架性能的影响,单柱刚度大，大部分倾覆力矩由每个柱的抗弯作用承担,如果梁的刚度大，成对的柱轴力将分担很大一部分的倾覆力矩。抗弯作用由柱受弯变为整个框架守卫梁柱线刚度比大于4时，可以认为接近弯曲框架作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构 提供双柱框架结构分体系刚度及承载能力的方法：,加设内柱增大柱弯曲平面内的高度加设更多的或更刚的梁,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,加设框架内柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,加设框架内柱的优点,由于成对柱之间的距离减小，水平梁刚度增加，也就加

8、强了整体框架作用,每个柱承受的水平荷载较小，弯矩也小，总变形将减小,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,增加受力平面内柱截面高度,变形减小，轴力增加！,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,增加梁的数量和刚度,d,te,re,U,nR,eg,is,第二节 结构的整体性框架结构 实际结构中梁柱刚度比的变化,最大,最大,梁柱刚度比框架作用,最小,最小,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第二节 结构的整体性框架结构 增加多层框架的其他影响 柱底弯矩减小,H,h M2n 2n,M/2n,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节

9、结构的整体性框架结构,提供双柱框架结构分体系刚度及承载能力的方法,总结：,加大柱截面可以在相当程度上增加框架结构整体刚度，但是要保证梁柱的刚度比可以对三种方法进行组合考虑,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,组合方案,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,框筒受力,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性分体系的功能,水平体系承受楼盖和屋盖等竖向荷载，并传递到竖向体系 水平体系通过横隔板作用，将水平荷载分配到竖向抗剪体系，,竖向体系承受竖向荷载，将荷载传递到基础 竖向体系承受水平剪力，并将总剪力传递到基础 竖向体系

10、抵抗由倾覆力矩产,生的弯曲内力水平结构由竖向结构支撑竖向结构靠水平结构保持稳定水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构综合考虑，共同设计,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性体系布置方式,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性体系布置方式,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性竖向体系,柱框架结构剪力墙结构筒体结构,U,nR,eg,is,te,re,d,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构,钢筋混凝土实心墙,桁架式剪力墙（支撑框架）,U,nR,eg,is,te,re,d,=,=,第三节 剪力墙结构基本特性,面内刚度

11、大，面外刚度小 忽略平面外刚度 正交布置剪力墙,9m,0.3m,I1=I 2=,bh3 0.3 9312 12bh3 9 0.3312 12,=18.225=0.02025,I1I 2,=900,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构基本特性,平面布置,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构基本特性,剪力分配,在h/d23时，荷载可以按截面面积的比例分配 在h/d45时，考虑按相对刚度值I,w=11.68KN/m,te,re,is,d,36.6m,U,nR,eg,=,V,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例,要求：验算剪应力和拉、压应力,0.3m,6mV=

12、wL=11.68 36.6=427.5kN,M max,=,wL22,=11.68,36.622,=7823KN.m,e=M max/N=7823/1780=4.4m 6m/6=1.0m,W=1780KN,I=,bL3 300 6000312 12,=5.4 1012 mm4,M,w=11.68KN/m,U,nR,eg,is,te,re,d,V 427.5,3,2,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例 剪应力计算,v=A 0.3 6.0,=237.5kN/m 2=0.24 N/mm2,Vmax,=v=0.36 N/mm 22,1.4 0.36=0.5N/mm 2 f c/5=2.4 N/mm

13、,w=11.68KN/m,is,te,re,d,U,nR,eg,6,=,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例 正应力计算,f max,M.CI,=7823 10,30005.4 1012,=4.35N/mm2,1.25 1780/0.3 6=1236kN/m2=1.24 N/mm 2,1.4 4.35=6.09 N/mm 2,W=1780,KN-1.24-6.09=-7.33N/mm2 f c-1.24+6.09=4.85N/mm 2,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例 受拉区配筋计算 4.85 7.33+4.85 6=2.39m4.85 2.4 3

14、000 0.5=1746kN,1746 103300,=5820mm 2,对称配筋,7.33,4.85,基础计算考虑拉力,w=11.68KN/m,te,re,d,36.6m,7.32m,U,nR,eg,is,6m,W,M,V,第三节 剪力墙结构桁架式剪力墙实例 要求：验算基础顶面的柱式弦杆和斜腹杆的轴力,C,T=,M maxa,=,78236,=1304kN,1780/2=890kNCmax=1304+890=2194kN,Tmax=1304-890=414kN,1780KN,7.322+626,427.5=674kN,C,T,w=1.9KN/m29=17.1KN/m,U,nR,eg,303.

15、1=93m,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构高层剪力墙连梁实例,连梁截面为750mm200mm，,7.8m,2.4m,7.8m,要求：验算连梁设计是否可行,M max,=,wL22,=17.1,9322,=73950KN.m,T=C=,7395010.2,=7250kN,C,10.2m,M,T,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第三节 剪力墙结构高层剪力墙连梁实例V,连梁计算V=7250/30=242kNM b=242 2.4/2=290kN.m,MbTs750 0.8=600mm,T=290/0.6=483kN,As=,1.4 483 103300,=2254mm2,r s=

16、2254/200 700=1.6%,v=,Vbh0,1.4 242 103200 700,=2.42 N/mm2 f c/4=3.0 N/mm 2,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构其他形式,框架填充墙,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构基本特性,单个筒体布置在平面中心多个筒体布置需要对称布置,洞口面积小于30，忽略洞口的影响洞口面积大于60，按框筒设计,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构基本特性,高宽比小于3，剪力起控制作用 高宽比等于36，弯矩起控制作用,高宽比大于7，为柔性筒，需要设置其他抗侧力体系来共,同作用,te,re,i

17、s,d,U,nR,eg,W,=,第四节 筒体结构单筒初步设计实例 验算单筒的剪应力和正应力M=7823kN.mV=427.5kNN=4 1780=7120kN1780KN,I=,bh3 64-5.4412 12,=37.14m 4,te,re,d,U,nR,eg,is,W,N 7120,=2,第四节 筒体结构单筒初步设计实例 正应力计算,f F=,MCI,=7823,3.037.14,=632kN/m2,=0.632 N/mm 2,f p=,AF(6-5.42),=1041kN/m 2,1780KN,=-1.04 N/mm2-1.04-0.63=-1.67 N/mm 2-1.04+0.63=-

18、0.41N/mm 2 0.63N/mm2,te,re,d,U,nR,eg,is,=,第四节 筒体结构单筒初步设计实例 翼缘配筋,T=,M 7823a 5.7,=1327kN,W,As=,1.4 1327 103300,=6400mm2,1780KN,r s=,64005700 300,=0.37%,0.63N/mm2,te,re,d,U,nR,eg,is,V 427.5,W,第四节 筒体结构单筒初步设计实例 剪应力计算,v=A 2 6 0.3,=118.8kN/mm2=0.12 N/mm2,1780KN,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构筒中筒结构,钢筋混凝土实腹筒为内筒,

19、钢结构或者钢筋混凝土结构框筒为外筒 钢桁架筒为外筒,nR,eg,U,is,te,re,d,第四节 筒体结构筒中筒结构,外筒开洞多，降低抗剪能力,内筒多为实腹，开洞少，主要抗剪内筒细长，不能有效抵抗倾覆力矩外筒截面宽度大，抵抗倾覆力矩,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第四节 筒体结构外筒初步设计实例 筒壁厚30cm，洞口面积约占总面积的50，风荷载2.4kN/m2。验算初步设计外筒高宽比为5，假定外筒抵抗全部倾覆力矩，承担4/7的楼面荷载，风载体型系数取0.52。w=2.4kN/m 2 0.52 30=37.4kN/m,M=,wL2 37.4 15022 2,=420750kN.m,U

20、,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构外筒初步设计实例 弯矩产生的正应力I=pr 3t=p 153 0.3=3181m4,f=,M rI,=,420750 153181,=1984kN/m 2,U,nR,eg,is,te,re,d,4,第四节 筒体结构外筒初步设计实例 重力产生的正应力外筒的自重，外筒表面积5.0kN/m2计3000 0.3 10 0.5 5.0kN/m 25.0 150=750kN/m,楼盖荷载,p(ro2-ri 2)/2pro=7,4(152-52)7 30,=3.7m 2,3.7 5.75 40=851kN/m750+851=1601kN/m,U,nR,eg

21、,is,te,re,d,=,第四节 筒体结构外筒初步设计实例 总的正应力1.2 1601+1.4 1984 0.3=2795kN1.2 1601-1.4 1984 0.3=1088kNAc=300 1000 0.5=1.5 105 mm 2使用C40混凝土,cf max,2795 103150 103,=18.36 N/mm 2=0.96 f c=19.1 0.96 N/mm2,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,结论,初设不理想,需要增加底部楼层筒体厚度进行细部分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构水平荷载作用下的近似计算,初设阶段近

22、似计算,适用于比较规则的框架,计算框架梁柱的弯矩使用门式框架法,计算倾覆力矩产生的柱轴力使用悬臂梁法,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法,假定,每跨可视为独立的门式框架所有柱子的反弯点在柱的中点所有梁的反弯点在梁的中点所有内柱剪力相等,外柱剪力为内柱剪力的一半,d,te,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法 层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，P,P/6,P/3,P/3,P/6,PP,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/4,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/4,d,te

23、,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法 层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，P,P/6,P/3,P/3,P/6,PP,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/4,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/4,is,nR,eg,U,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法 内柱弯矩确定梁弯矩Ph/6,Ph/4,Ph/3,Ph/4,d,te,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法 层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，P,P/6,P/3,P/3,P/6,PP,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/

24、4,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/62P/3Ph/3PPh/2,Ph/12P/3Ph/6P/2Ph/4,nR,eg,U,is,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法,外柱弯矩确定梁弯矩,Ph/12,Ph/4,Ph/6,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,将整个框架结构视为一根悬臂梁，柱子视为悬臂梁的纤维,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,计算公式1,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,计算公式2,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算,使用的舒适性,可能引起的P

25、-效应,通过位移得到各抗侧力结构分别承担的水平荷载大小,U,nR,eg,is,te,re,d,t V,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C1 矮实心墙的剪切变形多于弯曲变形,t=,VA,g=G GA,D=g h=D g h=,VhGA1.2VhGA,U,nR,eg,is,te,re,d,3,3,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C2,高实心墙的变形主要是弯曲变形,D=wh 4/8EI,I w=bd 3/12I w=db3/12,I=b1d1-b2 d 2/12,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C3 高墙开洞后，变为双肢墙或多肢墙，连梁变形引起的偏移,M max

26、=wh 2/2,C,T=M/a,V=,T,C连梁数,D=a h,a=,V12 EI,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C4,框架变形由梁、柱弯曲引起的变形,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C4,框架变形由梁、柱弯曲引起的变形,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C5 桁架的变形由杆件的伸长和缩短产生,D c=,P PLEA,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C5 桁架的变形由杆件的伸长和缩短产生,D c=,d T+d Ca,h,d T+d C=(,ThAT E,)2,nR,eg,U,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算 建筑结构的侧向位移来自于：倾覆力矩形成的轴力产生水平和垂直的剪力产生,+,=,U,nR,eg,is,te,re,d,第七节 框架结构组合框架,钢筋混凝土框架 钢框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第七节 框架结构组合框架,对承受大轴压力的情况，钢筋混凝土柱比钢柱经济、整体,刚度大、侧向位移小,免除了梁柱节点的现场焊接,节省了楼盖混凝土的模板及其支撑 加大梁的跨度来增加适用空间,预制构件加快施工进度、降低施工成本,减小结构高度、减轻楼盖自重，降低地震作用,