第3章：多層和高層框架結(jié)構(gòu).ppt

1、研制單位：湖南大學(xué),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 (第3章電子教案),進入,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,第3章 多層和高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,本章重點,了解框架結(jié)構(gòu)的特點和適用范圍； 熟悉框架結(jié)構(gòu)的布置原則與方法； 掌握框架結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載作用下的內(nèi)力計算方法； 掌握框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合原則與方法； 熟悉框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移驗 算方法； 熟悉梁、柱的配筋計算和構(gòu)造要求。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,12層 310層 10層或28m,房屋按高度和層數(shù)分類,低層,多層,高層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3

2、章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,優(yōu)點 結(jié)構(gòu)輕巧； 整體性好； 可形成大空間； 施工方便； 較為經(jīng)濟。,框架結(jié)構(gòu),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,缺點 抵抗水平荷載能力差； 側(cè)向剛度小，側(cè)移大 ； 受地基的不均勻沉降影響大 。,框架結(jié)構(gòu)受力變形動畫,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.2.1 結(jié)構(gòu)布置的一般原則,滿足使用要求，并盡可能與建筑的平、立剖面劃分相一致； 滿足人防、消防要求，使水、暖、電各專業(yè)的布置能有效地進行； 結(jié)構(gòu)盡可能簡單、規(guī)則、均勻、對稱，構(gòu)件類型少；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,平面布置,混凝土結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,豎向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,妥善地處理溫度、地基不均勻沉降以及地震 等因素對建筑的影響； 施工簡便； 經(jīng)濟合理。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.2.2 結(jié)構(gòu)布置方法,特點 房屋橫向剛度大，側(cè)移?。?橫梁高度大，室內(nèi)有效凈空小。 非抗震時使用,橫向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,特點： 連系梁截面較小，框架梁截面尺寸大，室內(nèi)有效凈空高； 對縱向地基不均勻沉降較有利； 房屋橫向剛度小，側(cè)移大。,縱向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫

4、 助,特點： 整體性好，受力好； 適用于整體性要求 較高和樓面荷載較 大的情況。,雙向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.3.1 框架梁,3-1,框架梁截面尺寸估算,l0 梁的計算跨度； hb 梁的截面高度； bb 梁的截面寬度。,一般情況下：,梁凈跨與截面高度之比不宜小于4,梁的截面寬度不宜小于200mm,3-2,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3-3,框架梁線剛度,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,表3.3.1 框架梁慣性矩取值,注： I0為梁按矩形截面計算的慣性矩， 。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上

5、一章,幫 助,多層建筑：,Hi 第i層層高； hc 柱截面高度； bc 柱截面寬度。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,高層建筑：,N 柱中軸向力。 Nv 柱支承的樓面荷載面積上豎向荷載產(chǎn)生的軸向 力設(shè)計值?？山茖敲姘逖刂S線之間的中 線劃分，恒載和活載的分項系數(shù)均取1.25，或 近似取1214 kN/m2進行計算。 fc 混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,Ec 混凝土彈性模量； I 框架柱截面慣性矩。,框架柱線剛度,3-7,3-8,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,計算單元的選取,計算單元選取,

6、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,計算簡圖,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,框架荷載,垂直荷載,水平荷載,恒載,活載,風(fēng)載,地震作用,框架自重；粉灰重；板、次梁、墻體重。,人群、家具、設(shè)備等荷載，取值見建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，可折減。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.6.1 豎向荷載下的內(nèi)力計算,樓面荷載分配原則,當采用裝配式或裝配整體式樓蓋時，板上荷載通過預(yù)制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)； 當采用現(xiàn)澆樓蓋時，樓面上的恒載和活載根據(jù)每個區(qū)格板兩個方向的邊長比，沿單向或雙向傳遞，區(qū)格板長邊/短邊3時沿單向傳遞，長邊/短邊3時沿雙向

7、傳遞。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,豎向活載最不利布置,（1）逐跨布置法,恒載一次布置，樓屋面活載逐跨單獨作用在各跨上，分別算出內(nèi)力，再對各控制截面組合其可能出現(xiàn)的最大內(nèi)力。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（2）最不利荷載布置法,恒載一次布置，樓屋面活載根據(jù)影響線，直接確定產(chǎn)生某一指定截面最不利內(nèi)力的活載布置。此法用手算方法進行計算很困難。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（3）分層布置法或分跨布置法,恒載一次布置，為簡化計算，當活載與恒載的比值不大于3時，可近

8、似將活載一層或一跨做一次布置，分別進行計算，然后進行最不利內(nèi)力組合。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（4）滿布荷載法,當活載與恒載的比值不大于1時，可不考慮活載的最不利布置，把活載同時作用于所有的框架上，這樣求得的支座處的內(nèi)力可直接進行內(nèi)力組合。但求得的梁跨中彎矩應(yīng)乘以1.11.2的系數(shù)予以增大。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,豎向荷載作用下的內(nèi)力計算方法,（1）分層法,基本假定 忽略垂直荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移； 每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、 下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱 上產(chǎn)生內(nèi)力。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,

9、目 錄,上一章,幫 助,根據(jù)以上假定，多、高層框架可分層作為若干個彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡單剛架近似計算。簡單剛架可用彎矩分配法計算，一般循環(huán)2次。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,注意事項： 由于除底層外上層各柱的柱端實際為彈性固定，計 算簡圖中假定為完全嵌固，為減少計算誤差，除底層柱 外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,考慮除支座外，框架各節(jié)點為彈性固定，因 此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎 矩傳遞系數(shù)取1/3；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,分層法計算

10、的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎 矩為與各柱相連的兩層計算彎矩疊加； 在內(nèi)力與位移計算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度。,3-9,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（2）迭代法（不考慮框架側(cè)移）,計算荷載作用下各桿端產(chǎn)生的固端彎矩Mgik，并 寫在相應(yīng)的各桿端部，求出匯交于每一節(jié)點的各桿固端彎矩之和MFik，把它寫在該節(jié)點的內(nèi)框中；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,按下式計算每一桿端的最后彎矩值，即 或 根據(jù)算得的各桿端彎矩值，作最后的彎矩圖并求得相應(yīng)的剪力圖和軸力圖。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,系數(shù)法是UNIFORM

11、BUILDING CODE（統(tǒng)一 建筑規(guī)范）中介紹的方法。當框架結(jié)構(gòu)滿足下列條 件時可按系數(shù)法計算框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力： 兩個相鄰跨的跨長相差不超過短跨跨長的20%； 活載與恒載之比不大于3； 荷載均勻布置； 框架梁截面為矩形。,（3）系數(shù)法,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,框架梁內(nèi)力,3-13,（1）彎矩 式中， 彎矩系數(shù)，查表3.6.1； 框架梁上恒載與活載設(shè)計值之和； 凈跨跨長，求支座彎矩時用相鄰 兩跨凈跨跨長的均值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,表3.6.1 彎矩系數(shù)表,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（2）剪力,式

12、中 剪力系數(shù)，查下圖。,3-14,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,(1)軸力 框架柱的軸力= puA 式中 pu 樓面單位面積上恒載與活載設(shè)計值之和； A 柱的負荷面積。 (2)彎矩,框架柱內(nèi)力,當橫梁不在立柱形心線上時，要考慮由于偏心引起的不平衡彎矩，并將這個彎矩也平均分配給上、下柱柱端。,3-15,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,豎向荷載下框架梁端彎矩的調(diào)幅,在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布，減小梁端負彎矩，相應(yīng)增大梁跨中彎矩。 調(diào)幅后的支座彎矩為： =M 式中 梁支座截面調(diào)幅后的彎矩； M 梁支座調(diào)幅前按彈性方法計算的彎矩；

13、 調(diào)幅系數(shù)，現(xiàn)澆框架：0.80.9 裝配式框 架：0.70.8。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.6.2 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算方法,反彎點法,適用于梁柱線剛度比不小于3的框架結(jié)構(gòu)； 常用于在初步設(shè)計中估算梁和柱在水平荷載作用 下的彎矩值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（1）反彎點位置 彎矩為零的點（反彎點）的位置按下圖取值（以 EI梁=為前題）。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（2）反彎點處的剪力計算 柱的剪力按同層柱的抗側(cè)移剛度之比分配。柱的 抗側(cè)

14、移剛度為：,EIci 第i根柱的剛度； hi 第i根柱的柱高。,3-16,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作 用下框架的內(nèi)力。 頂層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,第二層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,第一層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（3）彎矩圖繪制 柱端彎矩：已知反彎點處的剪力值便可以求出每一 根柱各截面的彎矩。 梁端彎矩：分邊柱節(jié)點和中間柱節(jié)點兩種情況處理。 邊節(jié)點：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,中節(jié)點：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)

15、計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,D值法,（1）反彎點法的問題,柱的抗側(cè)剛度只考慮了柱的線剛度和柱高，未考慮節(jié)點梁柱線剛度比的影響； 認為反彎點的位置是固定不變的，實際上它與梁柱線剛度之比、柱的位置、上下層梁的線剛度大小、上下層層高、框架的總層數(shù)等因素有關(guān)。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（2）D值法的基本思想,與反彎點法相比： 相同之處 先確定反彎點位置 不同之處 考慮了上述因素的影響，對柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點位置進行了修正。,因此，D值法又稱為修正的反彎點法，適用于梁 柱線剛度比小于3的情況。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（

16、3）柱的抗側(cè)剛度,式中，c 柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)，按下表的公式計算。,3-21,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,（4）修正的反彎點高度,式中 y0標準反彎點高度比； y1因上、下層梁剛度比變化 的修值； y2因上層層高變化的修正值； y3因下層層高變化的修正值。,3-22,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,門架法,（1）基本假定,梁柱的反彎點位于它們的中點處； 柱中點處的水平剪力按各柱支承框架梁的長度與框架總寬度之比進行分配。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.7.1 控制截面,梁：跨中、支座截面 柱：柱頂、柱底截面,混凝

17、土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,3.7.2 控制截面最不利內(nèi)力類型,梁跨中截面：+Mmax及相應(yīng)的V（正截面設(shè)計） 梁支座截面：-Mmax及相應(yīng)的V （正截面設(shè)計） Vmax及相應(yīng)的M （ 斜截面設(shè)計） 柱 截 面：+Mmax及相應(yīng)的N、V -Mmax及相應(yīng)的N、V Nmax及相應(yīng)的M、V Nmin及相應(yīng)的M、V Vmax及相應(yīng)的M、N,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,由圖可見： 對于大偏壓，M相等或相近時，N越小越不利； 對于小偏壓，M相等或相近時，N越大越不利； 無論大小偏壓，當N相等或相近時，M越大越不利。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,2. 由永久荷載效應(yīng)控制的組合,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,框架在水平荷載作用下的側(cè)移由梁柱彎曲變形和柱的軸向變形產(chǎn)生。一般情況下，可只考慮由于梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,主 頁,目 錄,上一章,幫 助,進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，框架梁、柱的正截面和斜面 截面的配筋計算可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理中的鋼筋 混凝土受彎和偏心受壓構(gòu)件的配筋計算方法計算。 在配筋計算的過程中，有以下問題需注意： 當樓板與框架整體澆