多層及高層房屋鋼框架結(jié)構(gòu)PPT課件

1、1,多層及高層房屋結(jié)構(gòu) 鋼框架,2,4.1 多高層房屋結(jié)構(gòu)的組成,4.1.1多高層房屋結(jié)構(gòu)的類別,特點(diǎn)：側(cè)向荷載效應(yīng)的影響突出：風(fēng)荷載、地震作用 分類：框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu),3,框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 平面布置較靈活，剛度分布均勻 側(cè)向剛度小，延性較大，自振周期較長，對地震作用不敏感，一般在不超過30層 框剪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 支撐或剪力墻，雙重設(shè)防 不超過4060層 筒體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 框筒結(jié)構(gòu) 框架形成的筒體結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒及其它豎向構(gòu)件主要承受豎向荷載，外層框架主要承受側(cè)向荷載 剛性樓面結(jié)構(gòu)作為框筒的橫隔,4,剪力滯后造成角柱的軸力過大，兩個措施 ： 控制框筒平面的長寬比 加大框筒梁和柱的線剛度之比 適用

2、的建筑高度可超過90層 筒中筒結(jié)構(gòu) 減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng) 密柱深梁或鋼筋混凝土內(nèi)筒 側(cè)向位移模式（圖4.2） ： 適用高度 JGJ99-98) 依據(jù)地震設(shè)防烈度劃分：,5,6,非抗震設(shè)防的多層(12層)鋼結(jié)構(gòu)房屋形式： 純采用框架結(jié)構(gòu)或斜撐(或剪力墻)體系 斜撐體系梁和柱的連接都可做成鉸支即柔性連接,7,抗震設(shè)防的多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋形式： 中心支撐體系，不超過12層,8,偏心支撐體系，超過12層,9,10,11,12,13,4.1.2 結(jié)構(gòu)布置提要,光滑曲線構(gòu)成的凸平面形式：風(fēng)載體型系數(shù)小 采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式：減小或避免在風(fēng) 荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動 平面尺寸關(guān)系,14,平面不規(guī)

3、則結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)豎向布置,基礎(chǔ) 宜設(shè)地下室 抗震設(shè)防基礎(chǔ)埋深宜一致, 不宜采用局部地下室 基礎(chǔ)埋深，天然地基不宜小于H/15，樁基時不宜小于H/20 采用鋼筋混凝土剪力墻或框剪結(jié)構(gòu)型式 設(shè)置鋼骨(型鋼)混凝土的過渡層，一般為23層,15,4.2 樓蓋的布置方案和設(shè)計(jì),4.2.1 樓蓋布置原則和方案,樓蓋結(jié)構(gòu)作用 直接承受豎向荷載并將其傳遞給豎向構(gòu)件 ; 橫隔作用 方案選擇要求 建筑設(shè)計(jì) ; 較小自重 ; 便于施工 ; 足夠的整體剛度,16,樓蓋結(jié)構(gòu)組成：樓板和梁系 樓板 現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板、 預(yù)制樓板、壓型鋼板組合樓板 梁系由主梁和次梁組成 結(jié)構(gòu)體系包含框架時，一般以框架梁為主梁，次梁以主梁為支承

4、,17,4.2.2 壓型鋼板組合樓蓋的設(shè)計(jì),布置方式： 組合樓板一般以板肋平行于主梁的方式布置于次梁上，不設(shè)次梁時以板肋垂直于主梁的方式布置于主梁上。鋼梁上翼緣通長設(shè)置抗剪連接件(栓釘)傳遞水平剪力,18,水平剪力的傳遞形式 依靠壓型鋼板的縱向波槽； 依靠壓型鋼板上的壓痕、小洞或沖成的不閉合的孔眼； 依靠壓型鋼板上焊接的橫向鋼筋； 設(shè)置于端部的錨固件，其中端部錨固件要求在任何情形下都應(yīng)當(dāng)設(shè)置。,19,4.2.2.1 組合樓板的設(shè)計(jì),樓板分類：組合板和非組合板 組合樓板的設(shè)計(jì)不僅要考慮使用荷載，亦要考慮施工階段荷載作用。如果壓型鋼板的跨中撓度w0大于20mm時，確定混凝土自重應(yīng)考慮撓曲效應(yīng)，在全

5、跨增加混凝土厚度0.7w0，或增設(shè)臨時支撐。 施工階段 驗(yàn)算壓型鋼板進(jìn)行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算 永久荷載包括壓型鋼板、鋼筋和混凝土的自重；可變荷載包括施工荷載和附加荷載。當(dāng)有過量沖擊、混凝土堆放、管線和泵的荷載時，應(yīng)增加附加荷載。 驗(yàn)算采用彈性方法，單向板,20,使用階段 非組合板 壓型鋼板僅作為模板使用，不考慮其承載作用，可按常規(guī)鋼筋混凝土樓板設(shè)計(jì)。無須防火。 組合板 荷載：永久荷載和使用階段的可變荷載 驗(yàn)算內(nèi)容：強(qiáng)度和變形 變形驗(yàn)算的力學(xué)模型：單向彎曲簡支板 承載力驗(yàn)算的力學(xué)模型 ： 按壓型鋼板上混凝土的厚薄而分別取雙向彎曲板或單向彎曲板 驗(yàn)算包括：正截面抗彎承載力、抗沖剪承載力和斜截面抗剪承載力

6、,21,4.2.2.2 組合梁的設(shè)計(jì),翼板的計(jì)算厚度 普通鋼筋混凝土翼板取原厚度h0 帶壓型鋼板的混凝土翼板取壓型鋼板頂面以上混凝土厚度hc 翼板的有效寬度bce ，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 bce= b0+bc1+bc2 式中 b0 為 鋼梁上翼緣寬度；bc1，bc2 各取梁跨度l的1/6和翼緣板厚度hc的6倍中的較小值。bc1尚不應(yīng)超過混凝土翼板實(shí)際外伸長度s1，bc2不應(yīng)超過凈距S0的1/2；對于中間梁，bc1= bc2,22,23,24,2.負(fù)彎矩作用時 MMp+Asfsy(y3+/y4 /2),25,組合梁的組合梁的受剪承載力驗(yàn)算 全部剪力由鋼梁腹板承受 ： Vhwtwfv 組合梁栓釘連接件

7、驗(yàn)算 剪跨區(qū)：沿組合梁跨長，以支座點(diǎn)、彎矩極值點(diǎn)和零點(diǎn)為界線劃分,26,栓釘連接件總數(shù)n n=V/Nvs V是剪跨區(qū)內(nèi)混凝土與鋼梁疊合面上的縱向剪力： 1. 正彎矩區(qū)剪跨段(圖中剪跨段1，2和5) V=Af (塑性中和軸位于混凝土翼板內(nèi)) V=bcehcfcm (塑性中和軸位于鋼梁截面內(nèi)) 2. 負(fù)彎矩區(qū)剪跨段(圖中剪跨段3和4) V=Asfsy,27,栓釘分布： 一般均勻分布 有較大集中力時，按各分剪力區(qū)段的剪力圖面積分配，然后各自均勻分布,抗剪連接鍵的設(shè)置受構(gòu)造等原因的影響不能滿足計(jì)算要求時，可采用部分抗剪連接設(shè)計(jì)法，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定計(jì)算。,28,4.3 柱和支撐的設(shè)計(jì),4.3.1

8、框架柱設(shè)計(jì)概要 柱截面形式: 箱形、焊接工字形、H型鋼、圓管等 截面估計(jì)：按1.2N的軸心受壓構(gòu)件，34層作一次截面變化，厚度不宜超過100mm 板件寬厚比，見下表 長細(xì)比：多層(12層)框架柱在68度設(shè)防時不應(yīng)大于120，9度設(shè)防時不應(yīng)大于100。高層(12層)框架柱在設(shè)防烈度為6，7以及8和9度時，分別為120，80以及60,29,高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ99-98)規(guī)定：計(jì)算在重力和風(fēng)力或多遇地震荷載作用組合下的穩(wěn)定性時，如果層間位移標(biāo)準(zhǔn)值不超過層高的1/250，則帶支撐(或剪力墻)框架柱的計(jì)算長度系數(shù)可取為=1.0；層間位移標(biāo)準(zhǔn)值不超過層高的1/1000時，純框架柱的計(jì)算長度

9、系數(shù)亦可由吳側(cè)移公式計(jì)算確定。 GB50017對有支撐框架分為強(qiáng)支撐框架和弱支撐框架。,30,4.3.2 柱與梁的連接 常見形式：剛性連接 做法： 完全焊接 完全栓接 栓焊混合,31,改進(jìn)形式完全焊接 骨形連接（Dog bone） 梁端部加腋 懸臂梁段,32,柔性連接形式： 連接角鋼 端板 支托,33,半剛性連接 ： 端板高強(qiáng)螺栓連接方式 上、下角鋼和高強(qiáng)螺栓方式,34,4.3.3 水平支撐布置 類型：橫向水平支撐、縱向水平支撐 作用： 臨時水平支撐：為建造和安裝的安全而設(shè)置，在施工完畢后拆除； 永久水平支撐：水平構(gòu)件(如樓蓋或屋蓋構(gòu)件)不能構(gòu)成水平剛度大的隔板時設(shè)置 形式：平面桁架,35,4

10、.3.4 豎向支撐設(shè)計(jì) 構(gòu)成： 通常為貫通整個建筑物高度的平面桁架形式，通過在兩根柱構(gòu)件間設(shè)置一系列斜腹桿構(gòu)成 分類： 豎向中心支撐、豎向偏心支撐 布置： 可以在建筑物縱向的一部分柱間布置，也可以在橫向或縱橫兩向布置；其在平面上的位置既可沿外墻布置，也可沿內(nèi)墻布置,36,4.3.4.1 中心支撐 形式： 十字交叉斜桿(圖a)，單斜桿(圖b)，人字形斜桿(或V形斜桿，圖c)或K形斜桿(圖d)體系 抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)不得采用K形斜桿體系 支撐體系都可以跨層跨柱設(shè)置,37,長細(xì)比： 非抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)：受拉的桿件長細(xì)比不應(yīng)大于300 ，受拉、受壓桿件的長細(xì)比不應(yīng)大于150 抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)：,38,板件寬厚比：

11、 6度抗震設(shè)防和非抗震設(shè)防：按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017) 抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)：,39,截面形式： 雙軸對稱截面 單軸對稱截面，采取防止繞對稱軸屈曲的構(gòu)造措施 P-效應(yīng)導(dǎo)致的附加效應(yīng)： 在重力和水平力下，承受水平荷載引起的剪力外，還承受水平位移和重力荷載產(chǎn)生的附加彎曲效應(yīng)，樓層附加剪力為：,人字形和V形支撐尚應(yīng)考慮支撐跨梁傳來的樓面垂直荷載。,40,十字交叉支撐，人字形支撐和V形支撐的斜桿，應(yīng)計(jì)入柱在重力下的彈性壓縮變形在斜桿中引起的附加壓應(yīng)力：,對十字交叉支撐的斜桿,對于人字形和V形支撐的斜桿,41,在多遇地震效應(yīng)組合作用下，人字形支撐和V形支撐的斜桿內(nèi)力應(yīng)乘以增大系數(shù)1.5 支撐斜桿按受壓桿

12、驗(yàn)算,對于帶有消能裝置的中心支撐體系，支撐斜桿的承載力應(yīng)為消能裝置滑動或屈服時承載力的1.5倍。,42,中心支撐節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,43,4.3.4.2 偏心支撐 形式： 門架式(圖a)，單斜桿式 (圖b)，人字形(圖c)或V字形 (圖d) 特征: 支撐斜桿不交于梁柱節(jié)點(diǎn) 耗能梁段：正常的荷載狀態(tài)下，偏心支撐框架具有足夠水平剛度；在遭遇強(qiáng)烈地震作用時，耗能梁段首先屈服吸收能量,44,長細(xì)比：不應(yīng)大于120 板件寬厚比：不應(yīng)超過GB50017規(guī)定的軸心受壓構(gòu)件在彈性設(shè)計(jì)時的寬厚比限值 耗能梁段的局部穩(wěn)定性 翼緣板自由外伸寬度b1與其厚度tf比： 腹板計(jì)算高度h0與其厚度tw之比：,45,4.4 多高層房屋

13、結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算,4.4.1 荷載 4.4.1.1 豎向荷載 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)樓面和屋頂活荷載以及雪荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其準(zhǔn)永久系數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定采用。高層活荷載不得小于下表規(guī)定：,46,4.4.1.2 風(fēng)荷載 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009)的風(fēng)荷載對一般建筑結(jié)構(gòu)的重現(xiàn)期為50年，并規(guī)定對高層建筑采用的重現(xiàn)期可適當(dāng)提高，對于特別重要和有特殊要求的高層建筑，重現(xiàn)期可取100年，基本風(fēng)壓乘以系數(shù)1.1。 應(yīng)特別考慮鄰近建筑的影響，對于高度超過200m的建筑物風(fēng)荷載，應(yīng)按風(fēng)洞試驗(yàn)確定。 當(dāng)高層建筑頂部有小體型的突出部分(如伸出屋頂?shù)碾娞蓍g、屋頂瞭望塔建筑等)時，設(shè)

14、計(jì)應(yīng)考慮鞭梢效應(yīng)。,47,4.4.1.3 地震荷載 抗震設(shè)防原則、設(shè)計(jì)反應(yīng)譜見建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。 計(jì)算方法： 底部剪力法 振型分解反應(yīng)譜法 豎向地震作用 時程分析法 不少于四條能反映當(dāng)?shù)貓龅?特性的地震加速度波 地震波的持續(xù)時間不宜過短， 宜取1020s或更長 人工模擬地震波 輸入地震波的峰值加速度為,48,4.4.2 結(jié)構(gòu)分析 4.4.2.1 計(jì)算模型 計(jì)算方法： 作用效應(yīng)可采用彈性方法計(jì)算 對抗震設(shè)防的高層鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的層間位移和層間位移延性比，要進(jìn)行彈塑性分析 計(jì)算模型： 平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計(jì)算模型：一般情況 平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型：用于結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分

15、布均勻、不計(jì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型：適用于結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜、無法劃分成平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)，或?yàn)橥搀w結(jié)構(gòu),49,注意要點(diǎn)： 現(xiàn)澆組合樓蓋可假定樓面在其自身平面內(nèi)為絕對剛性 作為桿件體系分析時，考慮剪切變形、軸向變形的影響，考慮節(jié)點(diǎn)域剪切變形對框架側(cè)移的影響 結(jié)構(gòu)彈性分析時宜考慮現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板與鋼梁的共同工作，結(jié)構(gòu)彈塑性分析時，不考慮樓板與梁的共同工作 柱間支撐兩端的構(gòu)造應(yīng)為剛性連接，但可按兩端鉸接計(jì)算 現(xiàn)澆豎向連續(xù)鋼筋混凝上剪力墻，宜計(jì)入墻的彎曲變形、剪切變形和軸向變形 應(yīng)計(jì)入重力荷載引起的豎向構(gòu)件差異縮短所產(chǎn)生的影響,50,4.4.2.2 靜力分析方法 框架結(jié)構(gòu)、框架支

16、撐結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)和框筒結(jié)構(gòu)等，其內(nèi)力和位移均可采用矩陣位移法計(jì)算 筒體結(jié)構(gòu)可按位移相等原則轉(zhuǎn)化為連續(xù)的豎向懸臂筒體，采用薄壁桿件理論、有限條法或其他有效方法進(jìn)行計(jì)算 對于高度小于60m的建筑或在方案設(shè)計(jì)階段估算截面時，可采用如下近似方法計(jì)算荷載效應(yīng)： 在豎向荷載作用下，框架內(nèi)力可以采用分層法進(jìn)行簡化計(jì)算。在水平荷載作用下，框架內(nèi)力和位移可采用D值法進(jìn)行簡化計(jì)算,51,平面布置規(guī)則的框架支撐結(jié)構(gòu)，在水平荷載作用下簡化為平面抗側(cè)力體系分析時，可將所有框架合并為總框架，并將所有豎向支撐合并為總支撐，然后進(jìn)行協(xié)同工作分析?？傊慰僧?dāng)作一根彎曲桿件，其等效慣性矩Ieq ：,52,平面布置規(guī)則的框架

17、剪力墻結(jié)構(gòu)，在水平荷載作用下簡化為平面抗側(cè)力體系分析時，可將所有框架合并為總框架，所有剪力墻合并為總剪力墻，然后進(jìn)行協(xié)同工作分析 平面為矩形或其他規(guī)則形狀的框筒結(jié)構(gòu)，可采用等效角柱法、展開平面框架法或等效截面法，轉(zhuǎn)化為平面框架進(jìn)行近似計(jì)算 對規(guī)則但有偏心的結(jié)構(gòu)進(jìn)行近似分析時，可先按無偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后將內(nèi)力乘以修正系數(shù)，修正系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：,53,用底部剪力法估算高層鋼框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面時，水平地震作用下傾覆力矩引起的柱軸力，對體型較規(guī)則的丙類建筑可折減，但對乙類建筑不應(yīng)折減。折減系數(shù)k的取值，根據(jù)所考慮截面的位置，按本圖規(guī)定采用。但體型不規(guī)則的建筑或體型規(guī)則但基本自振周期T11.5s的

18、結(jié)構(gòu)，傾覆力矩不應(yīng)折減,將梁柱節(jié)點(diǎn)域當(dāng)作一個單獨(dú)的單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，來計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形對高層建筑鋼結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響,54,4.4.2.3 多、高層框架近似分析方法 分層法(豎向荷載作用的平面框架) 把每層作為無側(cè)移框架用力矩分配法進(jìn)行計(jì)算。,55,D值法(水平荷載作用 ) 反彎點(diǎn)法 僅受節(jié)點(diǎn)水平荷載作用時，如果梁的抗彎剛度遠(yuǎn)大于柱的抗彎剛度，則可認(rèn)為柱兩端的轉(zhuǎn)角為零，從而柱段內(nèi)至少存在一個反彎點(diǎn)。此時柱的轉(zhuǎn)角位移方程為： Mab=Mba=6i /h 端部剪力因而為 V=12i /h2= d 式中d 為 柱的抗側(cè)移剛度：d=V /=12i /h2 假定框架同一層所有柱的層間位移均相同， 則框

19、架第i層的總剪力Vi為：,56,邊柱: Mi=Mu,i1+ Md,i 中柱: Mil=il(Mu,i1+ Md,i)/(il+ir) Mir=ir(Mu,i1+ Md,i)/(il+ir) 由梁端彎矩求梁的剪力,改進(jìn)反彎點(diǎn)法（D值法）:考慮端部轉(zhuǎn)角非零的影響，對柱的抗側(cè)移剛度進(jìn)行修正，同時亦考慮影響反彎點(diǎn)位置的一些因素對其進(jìn)行修正，可顯著提高反彎點(diǎn)法的精度。 修正后柱的抗側(cè)移剛度記為D：, 稱為柱側(cè)移剛度修正系數(shù)，與其兩端連接的橫梁的線剛度有關(guān)：,57,58,反彎點(diǎn)高度比：反彎點(diǎn)到柱下端的距離與柱高的比值 標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比：層高、跨度和梁柱線剛度比都為常數(shù)的多層多跨框架在水平荷載作用下的反彎點(diǎn)高度比 反彎點(diǎn)高度比的修正系數(shù) 為： =0+1+2+3 0 標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，見課本 1 柱上下端所連接梁的線剛度不等時的修正系數(shù)，底層柱不修正，1見課本，表中1是柱兩端所連接梁的線剛度比，注意1與1的正負(fù)關(guān)系；,59,4.4.2.5 地震作用分析方法 基本原則： 小震不壞，大震不倒。三水準(zhǔn)設(shè)防和二階段設(shè)計(jì) 二階段設(shè)計(jì) 第一階段為多遇地震作用下的彈性分析，驗(yàn)算構(gòu)件的承載力和穩(wěn)定以及結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移； 第二階段為罕遇地震下的彈塑性分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移和層間側(cè)