框架结构设计经典讲义.ppt
《框架结构设计经典讲义.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《框架结构设计经典讲义.ppt(92页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、高层建筑结构设计,第四章,框架结构设计,一、概念设计(一)定义:框架结构由横梁与立柱组成的杆件体系,节点全部或大部分为刚性连接,能够承受竖向和水平荷载作用的结构体系。框架结构的优点:1.结构轻巧、便于布置;2.整体性优于砖混结构和内框架承重结构;3.可形成大的使用空间4.施工方便5.比较经济,(二)框架结构的受力变形特点:1、竖向荷载作用下的受力特点:以框架梁受弯为主要受力特点,梁端弯矩与跨中弯矩成为结构极限承载力状态的控制内力,跨中挠度成为结构正常使用状态的控制变形。2、水平荷载作用下的受力特点:框架柱承担水平剪力和柱端弯矩,柱上下端的偏心受压成为结构极限承载力状态的控制内力,结构水平侧移成
2、为结构正常使用状态的控制变形,框架结构在水平力作用下其侧移由两部分组成:由柱、梁的弯曲变形产生,柱和梁都有反弯点,框架下部的梁、柱内力大,层间变形也大,愈到上部房间变形愈小,整个结构呈剪切型,见图a 由柱的轴向变形产生,即在水平荷载作用下产生倾覆力矩,近侧柱拉伸,远侧柱压缩使结构出现侧移,是上部各层较大,愈到底部层间变形越小,整个结构呈弯曲型变形,见图b,(三)结构布置:1、高宽比限制:非抗震时为5,设防烈度为6、7度时为4,8度时为3,9度时为2。最大适用高度:6度时为60m,7度时为55m,8度时为45m,9度时为25m。2、结构平面与竖向布置:简单、规则、对称、刚度均匀,(四)截面估算与
3、选型:1、梁、柱:框架结构为超静定结构,分析内力与杆件的截面尺寸有关,所以应合理初设。,取 M=(0.6 0.8)M0,验算初估的b h,(简支状态),M、V 应满足:,对于宽扁梁:,N(柱轴向力)=(1.11.2)NV,对于多层框架柱,其截面尺寸可以按以下估算:,对于高层框架柱,其截面尺寸可以按以下估算:,NV柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向力设计值,可近似将楼板沿柱轴线之间的中线划分,恒载和活载的分项系数均取1.25,或近似取1214kN/m2计算,2、节点:框架梁、柱轴线宜重合,梁、柱轴线间的最大偏心距不宜大于柱截面在该方向边长的1/4,否则应按下图加掖:,图3.1.3水平加掖梁
4、,框架节点有效宽度bj宜符合下列要求:,(五)材料强度选择与填充墙布置要求:1、材料强度:现浇框架梁、柱节点的混凝土强度等级,按一级抗震时,不应小于C30,按二四级抗震时,不应低于C20。现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40,框架柱的砼,9度时不宜大于C60,8度时不宜大于C70。,2、填充墙布置要求:框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质材料,并与框架柱有可靠的拉结。总之,框架结构的布置原则是:避免形成上、下层刚度变化过大;避免形成短柱;减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。,3、填充墙、隔墙应具有自身稳定性:a、砌体的砂浆强度等级不应低于M5,墙顶应与框架梁或楼板密切结合;b、砌体填充墙应沿框架柱
5、全高每隔500mm左右设置26500的拉筋,6、7度抗震时不应小于墙长的1/5且不应小于700mm,8、9度时宜沿墙全长贯通;c、墙长5m时,墙顶与梁(板)宜有钢筋拉结,墙长层高的2倍时,宜设置钢筋混凝土构造柱,墙高4m时,墙体半高处(或门洞上皮)宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平连系梁。,(六)计算框图:1、框架结构一般不应采用铰接。2、框架结构宜采用正方形框架柱截面形式3、应设计成双向梁柱抗侧力体系,按双向弯曲计算框架柱截面配筋4、强柱弱梁,强节弱杆,强剪弱弯,强压弱拉5、框架结构不宜采用大底盘建筑形式,必要时可以沿塔式主楼设置抗震缝,计算框图,根据结构上荷载传力的途径不同,框架
6、结构有三种结构布置形式。,二、内力与位移的近似设计,(一)基本假定:1、各榀框架在其自身平面内刚度很大,平面外抗侧刚度忽略不计 2、楼板在其自身平面内刚度很大:3、框架在使用荷载作用下构件材料均处于弹性阶段。(二)计算单元和计算简图:1、计算单元 2、计算简图,框架结构计算简图,构件的抗弯刚性:EI,考虑板参与工作及砼带裂缝工作的弹塑性性质作以下调整:,梁端弯矩调幅系数:,cEI,现浇框架=0.80.9,装配整体式框架=0.7 0.8,考虑楼板参与工作:,现浇框架,装配整体式框架,装配式框架,中框架,边框架,2I0,1.5I0,I0,1.5I0,1.2I0,I0,I0 按矩形截面梁计算的惯性矩
7、。,力矩 叠代法 竖向荷载 叠代法 水平荷载 无剪力分配法 分层计算法 反弯点法 D值法精确计算法 无剪力分配法 近似分析法 反弯点法 D值法这里着重复习分层计算法,反弯点法和D值法。,力矩分配法,叠代法,高层,(三)计算方法:,竖向荷载作用分层计算法,高层,(1)竖向荷载作用下,框架侧移忽略不计,(2)每层梁上的荷载对其它各层梁的影响忽略不计,1.计算假定,可以将多层框架分成多个单层框架计算,用力矩分配法进行计算,其计算结果:对梁而言即为最后结果,对柱而言,为相邻两个单层柱结果之和。,注意:1由于多层框架在节点处有转角,而分成单层框架时假定为嵌固,需调整,即将除底层柱外的各柱线刚度0.9,传
8、递系数由1/2改为1/3。,2分层法适用于节点梁柱线刚度ib/ic 3,结 构和荷载沿高度比较均匀的多层框架计算。,3在竖向荷载作用下,可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅,调幅系数:现浇框架0.80.9,装配式框架0.70.8。,4梁端负弯矩减少后,应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩,其值至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的一半。,5竖向荷载产生的梁弯矩应先进行调幅,然后再与风荷载及地震作用产生的弯矩进行组合,求出各控制截面的最大最小弯矩。,(2)计算步骤,(1)画出框架计算简图;,(2)计算梁柱线刚度及相对线刚度,除底层柱外,柱线刚度乘0.9;,(3)将多层框架分成多个单层框架,
9、用力矩分配法计算单层框架的内力;,(4)将多个单层框架组成单个多层框架,梁的内力不变,柱的内力相迭加,若有较大不平衡弯矩,可再分配一次;,(5)画出最后弯矩图,由弯矩图求剪力、轴力图。,有兴趣的同学们可试做本题,高层,水平荷载作用下内力的近似计算方法1、反弯点法:A、计算假定:(1)梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3时,可以认为梁刚度无限大(2)梁、柱轴向变形均忽略不计B、应用前提:层数不多,柱轴力较小,截面也较小,梁的线刚度ib 比柱的线刚度ic 大很多。(1)确定反弯点:底层1/3h(上),下2/3h,其余各层1/2h(2)每层以上的水平荷载按剪力分配系数分配给该层的各柱:,抗侧移刚度:,梁
10、端弯矩:对于边柱:,柱端弯矩:柱下端,柱上端,对于中柱:,高层,:第n 第 j 层侧移刚度:n 层侧移刚度总和 线刚度:,2、D值法:对于框架层数较多,柱轴力较大的框架,再用反弯点法,计算误差较大,这时要用修正后的柱侧移刚度,即D值法。其假定是:(1)考虑结点转角及上下结点转角的差别,但仍假定同层各结点转角相等,即假定横梁在水平荷载作用下反弯点在跨中,该点没有竖向位移(2)梁、柱轴向变形均忽略不计,高层,A、均匀与倒三角形水平荷载下各层柱标准反弯点高比y可查表4.24.5 y=y0+y1+y2+y3 B、侧移刚度要乘以刚度修正系数,查表4.1,高层,影响因素:1)该柱所在楼层的位置y02)上下
11、梁相对线刚度的比值y13)上下层层高的变化y2、y3,作业:用反弯点法与D值法作下题的内力图,()内为相对线刚度,高层,多层多跨框架在水平荷载作用下侧移的近似计算:对于高层建筑来说,控制结构的侧移是很重要的,控制框架结构侧移要计算两部分内容:一是顶层最大侧移,因侧移值过大,将影响使用;二是计算层间相对侧移值过大,将会使填充墙出现裂缝,当然在高层建筑结构中采用框架时,为了更好地抵抗水平荷载,通常设置剪力墙。,高层,绝对位移:(顶点总位移),高层,1、计算梁、柱弯曲变形所产生的侧移,:第n层以上水平荷载的总和:第n层所有柱的D(柱侧移刚度)的总和,各层相对位移:,2、计算柱轴向变形产生的侧移:,高
12、层,EA:底层边柱轴向刚度Fn:与边柱顶层和底层轴向刚度之比有关参数查表4.6 V0:底部剪力B:两边轴线间的距离,三、截面设计,1、在高层建筑里非抗震时的组合可用以下公式表达:可变荷载效应控制的组合,、分别为楼面活载组合值系数和风载组合值系数,当永久荷载效应起控制作用时分别取0.7与0,当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0,取大值。,2、有地震作用时,结构构件地震作用和其他荷载效应基本组合公式:,计算地震作用时,建筑结构的重力荷载代表值SGE应取永久荷载标准值和可变荷载组合值之和 可变荷载组合值系数应按下列规定取用:1雪载0.5 2楼面活载按实际情况计算时取1,按
13、等效均布荷载计算时,藏书库、档案库、库房取0.8,一般民用建筑取0.5,:重力荷载代表值的效应。:水平地震作用标准值的效应。:竖向地震作用标准值的效应。:水平地震作用分项系数。:竖向地震作用分项系数。:风载组合值系数应取0.2。,有地震作用效应组合时荷载和作用分项系数(承载力计算),3、框架结构控制截面及最不利内力类型,控制截面:,梁:三个 支座及跨中,柱:二个 柱上、下端,截面的计算内力值:,4、在竖向荷载作用下,可以考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅,调幅系数:现浇框架0.80.9,装配式框架0.70.8。,5、梁端负弯矩减小后,应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩,其值至少应取
14、按简支梁计算的跨中弯矩的一半。,6、竖向荷载产生的梁弯矩应先进行调幅,然后再与风荷载及地震作用产生的弯矩进行组合,求出各控制截面的最大最小弯矩。,抗震设计时框架的强柱弱梁设计:MC=c Mb抗震设计时框架柱的强剪弱弯设计:V=Vc(Mtc+Mbc)/Hn抗震设计时框架梁的强剪弱弯设计:V=Vb(Mlb+Mrb)/ln+V Gb,7、抗震设计时框架强柱弱弯、强剪弱弯的具体体现:,框架梁、柱、节点的延性影响因素1.框架梁:纵筋配筋率不能太大:一般以受压区高度相对高度来表示,即:比较合适。剪压比:名义剪应力 与 fc(砼轴心抗压强度设计值)的比值应0.15,限制截面不能过小。,跨高比:不宜4,当跨高
15、比减小时,剪力的影响加大,剪切变形占全部位移的比重加大,对延性不利,特别不能2。塑性铰区的箍筋用量:在塑性铰区配置足够的封闭式箍筋时,提高塑性铰的转动能力是十分有效的,可以防止梁受压纵筋的过早压曲。,2.框架柱:剪跨比:2时为长柱,柱破坏形态为压弯型,只要构造合理一般都能满足柱的斜截面受剪承载力大于其正截面偏心受压承载力的要求,并且有一定的变形能力。1.52时为短柱,柱将产生以剪切变形为主的破坏,当提高砼强度或配有足够的箍筋时,也可能出现具有一定延性的剪压破坏。1.5时为极短柱,柱的破坏形态为剪切破坏,抗震性能差,应尽量避免。,轴压比:当轴压比较小时,柱的轴压力设计值较小,柱截面受压区高度较小
16、,构件将发生受拉钢筋首先屈服的大偏压破坏,破坏时构件有较大变形;当轴压比较大时,柱截面受压区高度较大,属小偏心破坏,破坏时,受拉钢筋(或压应力较小侧的钢筋)并未屈服,构件变形较小。,箍筋体积配筋率:当箍筋配置不足或构造不合理,柱身出现斜裂缝,柱端砼被压碎,节点斜裂或纵筋弹出,在柱端塑性区应适当地加密箍筋,对提高柱的变形能力是十分有利的。,纵筋配筋率:柱截面在纵筋屈服后的转角变形能力,主要受纵向受拉钢筋配筋率的影响,且大致随纵筋配筋率的增大而线形地增大,为避免地震作用下柱子过早地进入屈服阶段,增大柱屈服时的变形能力,提高柱的延性和耗能能力,全部纵筋的配筋率不能过小,但也不能过大。非抗震时,不宜大
- 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:
- 框架结构 设计 经典 讲义
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-7038358.html