《高层框架部分》PPT课件.ppt
《《高层框架部分》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《高层框架部分》PPT课件.ppt(138页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第三章 高层建筑结构设计,3.4 框架结构设计,形状规则:平、立面布置宜简单、规则,各部分刚度均匀、对称。,控制高宽比:高宽比不宜大于5,以减少水平侧移。,统一柱网、层高:有利于结构受力及减少构件种类规格。,控制结构总长度:房屋总长度宜控制在最大伸缩缝间距内。,柱网布置:应满足生产工艺要求、建筑平面布置要求;使 结构受力合理,传力明确;各构件材料强度均能充分利用;便于施工。,3.4.1 结构的布置与计算简图的确定,1.结构的布置,矩形平面中平行于短边方向的框架承受楼板荷载称为横向承重框架;平行于长边方向的承受楼板荷载称为纵向承重框架。如楼板为双向板,则两个方向的框架均为承重框架。,混凝土结构设
2、计,第3章,特点房屋横向刚度大,侧移小;横梁高度大,室内有效净空小。非抗震时使用,横向布置,混凝土结构设计,第3章,特点:连系梁截面较小,框架梁截面尺寸大,室内有效净空高;对纵向地基不均匀沉降较有利;房屋横向刚度小,侧移大。,纵向布置,混凝土结构设计,第3章,特点:整体性好,受力好;适用于整体性要求 较高和楼面荷载较 大的情况。,双向布置,通常承重框架沿房屋的横向布置,以提高结构的横向抗侧刚度。矩形平面的纵向受风面积小,且柱子根数多,故纵向框架的抗侧力要求较低,沿纵向可设置连系梁。当房屋采用大柱网或楼面荷载较大,或有抗震设防要求时,主要承重框架应沿房屋横向布置。主要承重框架沿房屋纵向布置,开间
3、布置灵活,适用于层数不多,荷载要求不高的工业厂房。当建筑使用有特殊要求时,承重框架也可沿房屋纵向布置。,混凝土结构设计,第3章,平面布置,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,竖向布置,主梁:hb=(1/81/14)lb(主梁计算跨度)且1/4ln(净跨)不宜小于200mm;bb=(1/21/3)hb 且200mm 且 1/4hb,柱:由楼板单位面积上的荷载(包括恒载及全部活载)及填充墙材料重量计算出它的最大竖向荷载设计值NV。考虑到在水平荷载作用下由于弯矩的影响,可按下式估算柱的截面Ac Ac(1.051.10)NV/(fc n),2.构件尺寸的确定,式中:fc为混凝土的轴
4、心抗压强度设计值。柱截面长边hc一般不宜小于400mm,短边bc不宜小于350mm,且柱净高与hc之比不应小于4。,梁截面抗弯刚度:I=a I0 边框架梁 中框架梁 现浇结构 a=1.5 a=2.0 装配整体结构 a=1.2 a=1.5 I0 按矩形截面计算的惯性矩,杆件轴线:取柱截面形心线。,层高:取各层梁顶面间距,首层取基础顶面至二层梁顶面间距;坡度小于1/8的楼层面板视为水平直杆。,梁跨度:取柱轴线间距,各跨度相差不大于10%时,简化为等跨框架,跨度取原框架各跨度均值。,3.计算简图的确定,节点简化:现浇砼,梁柱节点视为刚接;装配常视为铰接;装配整体式为刚接;现浇基础、柱视为固定支座;预
5、制杯形基础与柱间填细石砼视为固定支座,填沥青麻丝视为铰支座。,在水平荷载作用方向,框架在其自身竖向平面内具有一定的刚度,与水平荷载作用方向垂直的平面外刚度可以忽略。,简化计算假定,楼板在其自身平面内的刚度很大,可视为无穷大。,各榀平面框架之间通过楼板相互联系,楼板在其自身平面内的刚度很大,可视为无限刚性,因此框架结构的侧移在楼板平面内为线性分布。,楼板无限刚性假定的图示,返回,力矩分配法的概念,(1)劲度系数:杆件AB在A端转动单位角时,转动端的弯矩称为该杆端的劲度系数.,(2)传递系数:杆件AB在A端转动单位角时,也使B端产生一定的弯矩,好象由近端把一定的弯矩传递给远端一样.远端弯矩与近端弯
6、矩的比值称为传递系数,表 等截面杆的劲度系数和传递系数,i为杆件的线刚度,竖向荷载作用下忽略框架侧移。忽略本层上的荷载对其它层梁内力的影响。,3.4.2 结构的在荷载作用下的内力计算,1.竖向荷载作用下的近似计算分层法,基本假定,多层框架在竖向荷载下的分层计算简图,返回,1、将框架分解为n个开口框架。即每层梁与上下柱组成单层框架作为计算单元,柱远端假定为固端。,计算方法,3、除底层柱线刚度不变,传递系数为1/2;其它层柱线刚度均乘以折减系数0.9,传递系数改为1/3。,4、分层计算所得梁端弯矩为最后弯距,每根柱为上下两层计算弯矩的叠加。,5、将节点不平衡弯矩在节点进行一次分配但不传递。,2、力
7、矩分配与传递。用力矩分配法计算各计算单元梁柱节点处杆端内力,并传递至远端。,梁柱线刚度比不小于3;侧移不大的、较规则框架,适用条件,【例1】图3.1所示一个两层两跨框架,用分层法作框架的弯矩图,括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。【解】将第二层各柱线刚度遍乘0.9,分为两层计算,各层计算单元如图3.2和图3.3所示。用弯矩分配法计算各杆端的弯矩,其计算过程见图3.4、3.5。最后将图3.4、3.5中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图3.6所示。,图3.1例1计算简图,图3.2例1二层计算单元,图3.3例1底层计算单元,图3.4例1二层计算计算过程,图3.5例1底层计算结果,图3.6 M图(单位:k
8、Nm),2.水平荷载作用下的近似计算(1)反弯点法,基本假定,确定柱的侧移刚度时,认为梁刚度无限大,上下柱端只有水平侧移,且同一层柱中各端的侧移相等。确定反弯点时,认为除底层,其他各层柱在水平力作用下,上下两端将产生相同转角。,反弯点法示意图,计算方法,y0是反弯点至柱下端的距离。上部各层 y0=h/2 底层取 y0=2h/3,d是表示柱上下端产生相对单位侧移时,柱中产生剪力。,设框架结构共有n层,每层有j个柱子,将框架沿第m层个柱的反弯点处切开代以剪力和轴力,由水平力平衡条件得:,将代入得,由假定1和d的定义得到每个柱内剪力为:,即层间剪力按柱的抗侧刚度分配给每根柱。,底层柱 上端 M=Vh
9、/3 下端 M=2Vh/3 其它层柱 上端 M=Vh/2 下端 M=Vh/2,梁柱线刚度比大于3的框架,由梁柱节点平衡条件求得,根据梁左右两端弯矩之和除以梁的跨度可求得梁的剪力Vb,再由梁端剪力计算柱的轴力Nc。,返回,适用条件,【例2】用反弯点法求图3.7所示框架的弯矩图。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】(1)计算柱的剪力当同层各柱h相等时,各柱剪力可直接按其线刚度分配。第3层:F=10kNVAD=3.33kNVBE=4.45kNVCF=2.22kN,图3.7,第2层:F=10+19=29kNVDG=9.67kNVEH=12.89kNVFI=6.44kN第1层:F=10+19+22=
10、51kNVGJ=17kNVHK=20.4kNVIL=13.6kN,(2)计算柱端弯矩第3层MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm第2层MDG=MGD=24.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm,第1层MGJ=34kNmMJG=68kNmMHK=40.8kNmMKH=81.6kNmMIL=27.2kNmMLI=54.4kNm(3)根据节点平衡条件算出梁端弯矩第3层MAB=MAD=6.66kNm,MBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第2层MDE=30.84kNmMED=15.
11、82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm第1层MGH=58.18kNm,MHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm根据以上结果,画出M图如图4.8所示。,图3.8 M图(单位:kNm),3.水平荷载作用下的近似计算(2)D值法、修正的反弯点法,反弯点法只适用于梁柱线刚度比大于3的情况。当柱截面尺寸较大时,梁柱的线刚度比往往小于3,节点转角对内力的影响已不容忽视。D值法近似地考虑了框架节点转动对柱的抗侧移刚度和反弯点高度的影响。两种方法的区别仅在于柱抗侧刚度D与反弯点高度yh计算方法的不同。求得柱抗侧刚度D值及反弯
12、点高度yh后,其他计算步骤均同反弯点法。,基本假定,1、柱AB及其上下相邻柱线刚度均为ic;2、各相交梁线刚度分别为i1、i2、i3、i4;3、AB柱及其上下左右相邻各杆件两端的杆端转角为;4、AB与BD、AC的弦转角都为。,修正后的柱侧移刚度D值,根据假定,由结构力学知识得A、B点力矩平衡条件:,即层间剪力按柱的抗侧刚度D分配,式中:V层总剪力;Vi该层第i根柱剪力。,各层柱反弯点位置与该柱上下两端转角大小有关,当转角不等时,反弯点向转角较大的一端靠近。影响转角的因素:,修正后的柱反弯点高度,(1)侧向外载形式;(2)梁柱线刚度比;(3)结构总层数及计算层所在位置;(4)上下层梁线刚度比;(
13、5)上下层柱高度比。,于是,各层柱经过修正后的反弯点高度为:,式中:yn标准反弯点高度比。y1上、下梁相对线刚度比修正值,对于底层不考虑。1为上部梁线刚度和与下部梁线刚度和之比,当上部梁线刚度大于与下部梁线刚度和,y1取正值,否则y1取负值。y2上层层高变化修正值,顶层不考虑。2为上部层高和与本层层高之比。y3下层层高变化修正值,底层不考虑。3为上部层高和与本层层高之比。,返回,【例3】用D值法求图3.9所示框架的弯矩图,图中括号内数字为各杆的相对线刚度。【解】(1)求各柱所分配的剪力值V(kN)。计算过程及结果如表4.4所示。(2)求各柱反弯点高度(m)。计算过程及结果如表4.5所示。(3)
14、根据剪力和反弯点高度求柱端弯矩柱上端弯矩 M上=V(h-y)柱下端弯矩 M下=Vy(4)根据节点平衡条件求梁端弯矩(5)绘弯矩图如图4.10所示。,图3.9 例3,表3.1 规则框架承受均布水平荷载作用时标准反弯点高度比y0,续表3.1,续表3.1,表3.2 上下层横梁线刚度比对y0的修正值y1,表3.3 上下层高变化对y0的修正值y2和y3,表3.4,表3.5,图4.10 M图(单位:kNm),如图一悬臂柱在均布水平载作用下的变形。截面产生弯矩,剪力。由剪力作用产生的变形曲线向右凸,称为剪切型,这种变形是底部层间相对侧移大,而上部逐渐减小。,3.4.3 水平荷载作用下侧移的近似计算,对于框架
15、结构,在水平荷载作用下产生的总侧移是由梁、柱弯曲变形和柱的轴向变形引起侧移的总和m+n=。,由弯矩产生的变形曲线向左凸称为弯曲型,变形特点与剪切型相反,底部层间相对侧移小,而上部逐渐增大。,1.由框架梁柱弯曲变形引起的侧移m,D值法,框架顶点总位移是各层相对侧移的代数和,各层间侧移用值法计算。即:,式中:n总层数;m同层柱的总数 i第i层层间侧移;Vi第i层层间剪力;Dij第j层所有柱的D值之和。,对上式分析得到,由于底层剪力最大,随高度变化剪力逐渐减小,而各层刚度是相对变化不大,因此底部层间位移大,向上逐渐减小,因而由于框架梁柱的弯曲变形引起的侧移是剪切型。这种由梁柱的弯曲变形引起的框架变形
16、称为总体剪切变形,其侧移曲线与竖向悬臂构件的剪切变形曲线相似,故称为剪切型侧移曲线。,讨论分析:,初步设计时我们需要估算顶点位移,采用近似公式法,它的思路是将所有柱看成一根柱D,n=V/D。设计时查阅设计手册。,公式法,当房屋层数较多时,可近似地看做柱轴力是连续变化,由结力知识得到顶点位移:,式中:N单位水平力作用于框架顶点时外柱轴力 N外荷载作用下外柱轴力,2.由框架柱轴向变形引起的侧移n,当H50m或H/B4时,由于轴向力引起顶点位移占总侧移的比例较小,可忽略n,即框架弯曲型变形较小。因此,框架结构总体变形为剪切变形。,层间侧移:砖砌体填充墙uej/h1/500;轻质隔墙 uej/h1/4
17、50。有无式中:h、H分别为框架结构的层高和总高;uej/h 也称为层间侧移角。,3.框架结构的变形特点,4.框架结构的侧移限值,1.控制截面,3.4.4 框架截面的设计内力,注意:(1)跨中最大弯矩不是在构件的中点,但离跨中截面不远,因此直接以梁跨中截面作为控制截面。(2)柱端、梁端弯距和剪力应取构件端部截面内力,而不是内力计算时的轴线处的内力。,3.4.5 荷载效应组合,无地震作用时的荷载效应组合,G永久荷载分项系数,当其作用效应对结构不利时,对由可变荷载控制的组合应取1.2,对由永久荷载控制的组合应取1.35;当其作用效应对结构有利时取1.0;Q楼面活荷载分项系数,一般取1.4;W风荷载
18、分项系数应取1.4;SGK、SQK、SWK 分别为恒载、活载及风载产生的 内力标准值。,有地震作用时的荷载效应组合,式中:w风荷载组合系数。取0.2;G重力荷载分项系数,取1.2;Eh、Ev水平、竖向地震作用分项系数,只考虑一种时取1.3;当考虑两种时,Eh取1.3,Ev取0.5;W风荷载分项系数,取1.4;SGK重力荷载代表值的效应;SEhK、SEvK 分别为水平、竖向地震作用标准值得效应,尚应乘以相应的增大系数或调整系数。,在进行位移计算时,各分项系数均取1.0。,1、梁端截面:+Mmax、-Mmax、Vmax 2、梁跨中截面:+Mmax-Mmax 3、框架柱端面(1)|Mmax|及相应的
19、V、N(2)Nmin及相应的M、V(3)Nmax及相应的M、V(4)|V|max与相应的N。,最不利内力组合,1、分跨计算组合法。活载逐层逐跨布置,分别计算整个结构的内力,对某一控制截面计算最不利内力时,将使得该截面内力同号叠加,绝对值最大的组合内力即是。,竖向可变荷载最不利布置,2、最不利荷载布置法。为求某一截面的最不利内力,可以根据影响线方法,直接确定最不利组合对应的活载位置。这种方法物理概念强。,在多层及高层建筑中,通常楼层使用活荷载为1.52kN/m2,相对较小。为了简化设计,一般可不考虑活载不利位置的影响,与恒载相同,按各跨满布情况计算。但是对于使用荷载很大的多层厂房、公共建筑或书库
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高层框架部分 高层 框架 部分 PPT 课件
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5677954.html