自考 02440 第3章-多層框架結(jié)構(gòu)課件

3多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3

多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.2現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.3內(nèi)力組合3.4現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.5多層框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)3.1

多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成

框架結(jié)構(gòu)是由橫梁、立柱和基礎(chǔ)連接而成。

梁柱連接處稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)，一般為剛性連接，有時(shí)也為餃節(jié)點(diǎn)；柱子與基礎(chǔ)的連接一般是剛性的。

多層與高層房屋之間沒(méi)有明確的界限，我國(guó)通常將8層及８層以下的房屋稱(chēng)為多層房屋，8層以上的房屋稱(chēng)為高層房屋。3.1

多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.1.2多層框架結(jié)構(gòu)的分類(lèi)按施工方法不同，框架結(jié)構(gòu)可分為：（1）現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)：梁、柱、樓蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。（2）半現(xiàn)澆式框架結(jié)構(gòu)：梁、柱為現(xiàn)澆而樓板為預(yù)制；或柱為現(xiàn)澆而梁板為預(yù)制的結(jié)構(gòu)。（3）裝配式框架：梁、柱、樓板均為預(yù)制，然后通過(guò)焊接拼裝連接成整體。（4）裝配整體式框架：梁、柱和板均為預(yù)制，在節(jié)點(diǎn)區(qū)焊接鋼筋、澆搗混凝土，使之形成整體。3.1

多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.1.3多層框架的結(jié)構(gòu)布置一.柱網(wǎng)布置應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求（內(nèi)廊式、等跨式、對(duì)稱(chēng)不等跨式）；柱網(wǎng)布置應(yīng)滿足建筑平面布置的要求（三跨框架和兩跨框架）；柱網(wǎng)布置要使結(jié)構(gòu)受力合理；柱網(wǎng)布置應(yīng)使施工方便。3.1

多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.1.3多層框架的結(jié)構(gòu)布置二.承重框架結(jié)構(gòu)的布置方案按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種：①橫向框架承重方案②縱向框架承重方案③縱橫向框架混合承重方案主要承重框架沿房屋的橫向布置，沿房屋的縱向設(shè)置板和連系梁。主要承重框架沿房屋的縱向布置，沿房屋的橫向設(shè)置板和連系梁。由于房屋的橫向剛度較弱，一般不宜采用。

主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置。3.1

多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置3.1.3多層框架的結(jié)構(gòu)布置三.變形縫變形縫有沉降縫、伸縮縫、防震縫。伸縮縫沉降縫防震縫其設(shè)置主要與結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度有關(guān)。其設(shè)置主要與基礎(chǔ)承受的荷載及場(chǎng)地的地質(zhì)條件有關(guān)。

非地震區(qū)的沉降縫，可兼作伸縮縫。地震區(qū)的廠房，其伸縮縫和沉降縫均應(yīng)符合防震縫的要求。3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

框架結(jié)構(gòu)房屋是空間結(jié)構(gòu)體系，一般應(yīng)按三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。但對(duì)于平面布置較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)房屋，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為若干個(gè)橫向或縱向平面框架進(jìn)行分析，取一榀中間框架作為計(jì)算單元。

當(dāng)采用現(xiàn)澆樓蓋時(shí)，樓面活荷載一般可按角平分線傳至兩側(cè)的梁上。橫向框架上的梯形豎向分布荷載，?？珊?jiǎn)化為均布豎向荷載。一.計(jì)算單元3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖二.跨度與層高

在結(jié)構(gòu)計(jì)算圖中，桿件用其軸線來(lái)表示?？蚣芰旱目缍热≈虞S線之間的距離，柱以截面的形心線來(lái)確定。框架柱的長(zhǎng)度以相應(yīng)的建筑層高，而底層柱的長(zhǎng)度取基礎(chǔ)頂面到二層樓板頂面之間的距離。對(duì)于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%時(shí)，可簡(jiǎn)化為等跨框架，簡(jiǎn)化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。3.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖三.框架梁截面抗彎剛度的計(jì)算

現(xiàn)澆樓板對(duì)框架梁截面和跨中截面抗彎剛度的影響：①在框架梁兩端節(jié)點(diǎn)處，梁受負(fù)彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對(duì)梁的截面抗彎剛度影響較小；②在框架梁的跨中，梁受正彎矩，樓板處于受壓區(qū)形成T性截面梁，樓板對(duì)梁的截面抗彎剛度影響較大。對(duì)于調(diào)整梁的截面慣性矩，作如下規(guī)定：對(duì)現(xiàn)澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0；裝配整體式框架，中部框架梁I=1.5I0；邊框架梁I=1.2I0；裝配式樓蓋，梁的慣性矩可按本身的截面計(jì)算，I=I0（其中I0為矩形截面梁的慣性矩）。3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖四.荷載的計(jì)算與簡(jiǎn)化豎向荷載：結(jié)構(gòu)的自重、使用的活荷載、雪荷載、屋面積灰荷載和施工檢

修荷載等。水平荷載：風(fēng)荷載和地震作用等。

1.樓面活荷載

對(duì)于樓面梁，當(dāng)其負(fù)荷面積大于25m2時(shí)，折減系數(shù)為0.9；

對(duì)于墻、柱、基礎(chǔ)，則需要根據(jù)計(jì)算截面以上樓層數(shù)的多少取不同的折減系數(shù)。2.風(fēng)荷載

風(fēng)荷載的計(jì)算方法與單層廠房相同，對(duì)于矩形平面的多層建筑，其風(fēng)載體型系數(shù)取1.3。3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.2.2豎向荷載作用下的分層法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及內(nèi)力計(jì)算假定：（1）框架無(wú)側(cè)移；（2）每一層梁上的荷載僅對(duì)本層梁及其上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生影響，對(duì)其他各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計(jì)。3.2.2豎向荷載作用下的分層法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法

（1）除底層以外，其他各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù)。（2）除底層柱以外，其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)由1/2改為1/3。采用分層法計(jì)算時(shí)，應(yīng)作以下修正：

用無(wú)側(cè)移框架的計(jì)算方法(彎矩分配法)計(jì)算各敞口框架的桿端彎矩，由此所得的梁端彎矩即為其最后的彎矩值；因每一柱屬于上、下兩層，所以每一柱端的最終彎矩值需將上、下層計(jì)算所得的彎矩值相加。3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法1.原理

框架結(jié)構(gòu)在水平方向作用下（如風(fēng)荷載或者地震荷載作用），手算時(shí)可以將其簡(jiǎn)化為框架受節(jié)點(diǎn)水平力作用，即將荷載集中于樓蓋和屋蓋位置。因此，各桿的彎矩圖均為直線形，每桿都有一個(gè)零彎矩點(diǎn)即反彎點(diǎn)。

先求出各柱反彎點(diǎn)處的剪力及反彎點(diǎn)的位置，即可進(jìn)一步確定框架的內(nèi)力。3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法2.適用情況

梁的線剛度與柱的線剛度比值超過(guò)3時(shí)。3.假定

橫梁的抗彎剛度無(wú)限大，各柱上、下端都不發(fā)生角位移，且水平位移相同；

除底層外各層上、下柱兩端轉(zhuǎn)角相同，反彎點(diǎn)位置固定不變。3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法4.計(jì)算步驟（1）確定反彎點(diǎn)高度

（反彎點(diǎn)處至該層柱下端距離）上層各柱：（上下端彎矩相等）底層柱：

（上端彎矩比下端彎矩?。┓磸濣c(diǎn)位置圖3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法4.計(jì)算步驟（2）計(jì)算各柱側(cè)移剛度D（3）同層各柱剪力分配一般情況下i為柱的線剛度3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法（4）柱端彎矩計(jì)算反彎點(diǎn)位置及該點(diǎn)剪力確定后，j層柱端彎矩為：4.計(jì)算步驟3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法（5）梁端彎矩計(jì)算在求得柱端彎矩后，由節(jié)點(diǎn)彎矩平衡求梁端彎矩。*頂部邊節(jié)點(diǎn)：

*一般邊節(jié)點(diǎn)：4.計(jì)算步驟3.2.3水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法（5）梁端彎矩計(jì)算中節(jié)點(diǎn)：按相對(duì)線剛度進(jìn)行分配。4.計(jì)算步驟*頂部中節(jié)點(diǎn)*一般中節(jié)點(diǎn)3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法1.基本思想

（1）反彎點(diǎn)法認(rèn)為柱的抗側(cè)剛度只與柱的線剛度和柱高有關(guān)，未考慮節(jié)點(diǎn)梁柱線剛度比的影響；

（2）反彎點(diǎn)法認(rèn)為反彎點(diǎn)的位置是固定不變的，實(shí)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)；

（3）當(dāng)框架柱的線剛度比小于3時(shí)適用；

（4）通過(guò)對(duì)框架柱的側(cè)移剛度和反彎點(diǎn)高度進(jìn)行修正以提高計(jì)算精度。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法2.與反彎點(diǎn)法相比相同之處：計(jì)算步驟相同。不同之處：考慮了上述因素的影響，對(duì)柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點(diǎn)位置進(jìn)行了修正。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.修正后的柱側(cè)向剛度D式中，α——柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)，反映梁柱線剛度比對(duì)柱側(cè)向剛度的影響大小。與梁柱剛度比有關(guān)，按下表的公式計(jì)算。柱的部位及固定情況一般層底層，下面固支底層，下端鉸支αci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法3.修正后的柱側(cè)向剛度D影響D值的因素主要有：①該柱本身剛度，②上下梁的剛度，③上下層柱的高度，④上下層剪力(即水平荷載分布情況)，⑤柱所在層的位置。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法4.各樓層的反彎點(diǎn)位置y0——標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比；y1——因上、下層梁剛度比變化的修正值；y2——因上層層高變化的修正值；y3——因下層層高變化的修正值。柱端彎矩ViVi3.2.5水平荷載作用下側(cè)移的近似值3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法

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，可只考慮梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移（柱軸向變形引起的側(cè)移很?。Ａ?、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移則是剪切型的，底層最大，向上逐漸減小。柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移是彎曲型的，頂層層間變形最大，向下逐漸減小。3.2.5水平荷載作用下側(cè)移的近似值3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法一.由梁柱彎曲變形所引起的頂點(diǎn)側(cè)移u1

各樓層處的層間位移之和即是框架頂點(diǎn)的水平側(cè)移。

由抗側(cè)剛度D的物理意義，可近似的計(jì)算框架結(jié)構(gòu)第j層由梁柱彎曲變形引起的層間側(cè)移為：3.2.5水平荷載作用下側(cè)移的近似值3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法二.由柱軸向變形所引起的頂點(diǎn)側(cè)移u2

在風(fēng)荷載（水平荷載）作用下，對(duì)于一般框架，迎風(fēng)面受拉，背風(fēng)面受壓。中柱因兩邊梁的剪力相近，軸力很小?？杉俣ǔ呏?，其他柱子軸力為0，只需考慮邊柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移。這樣可大大簡(jiǎn)化計(jì)算。由計(jì)算可得框架結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)由柱軸向變形引起的側(cè)移為如下公式：3.2.5水平荷載作用下側(cè)移的近似值3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法框架受頂點(diǎn)集中荷載作用時(shí)框架受倒三角形荷載作用時(shí)框架受均布水平荷載作用時(shí)房屋越高、越窄，則由柱軸向變形所引起的側(cè)移就越大。一般對(duì)50m或高寬比H/B大于4的房屋，由柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移較大，需考慮。二.由柱軸向變形所引起的頂點(diǎn)側(cè)移u23.2.5水平荷載作用下側(cè)移的近似值3.2

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計(jì)算方法三.彈性層間位移角限值

按彈性方法計(jì)算得到的框架層間水平位移除以層高，得彈性層間位移角的正切?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的最大彈性層間位移△u與層高h(yuǎn)之比不能超過(guò)其限值1/550，即：3.3

內(nèi)力組合3.3.1控制截面框架柱的彎矩呈線性變化控制截面可取上下柱端截面；框架梁的彎矩呈拋物線變化控制截面可取兩端截面及跨間最大正彎矩截面（為簡(jiǎn)化可取跨中截面）。3.3

內(nèi)力組合3.3.2荷載效應(yīng)組合框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載效應(yīng)組合可采用與排架結(jié)構(gòu)一樣的簡(jiǎn)化方法。3.3.3最不利內(nèi)力組合梁端截

面：+Mmax、-Mmin、Vmax梁跨中截面：+Mmax柱截面：

及相應(yīng)的N、V

Nmax及相應(yīng)的M

Nmin及相應(yīng)的M3.3

內(nèi)力組合3.3.4豎向活荷載的最不利位置作用于框架結(jié)構(gòu)上的豎向荷載有恒荷載和活荷載?；詈奢d最不利布置的方法有：分跨計(jì)算組合法最不利荷載位置法分層組合法滿布荷載法3.3

內(nèi)力組合3.3.5梁端彎矩調(diào)幅考慮到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的塑性內(nèi)力重分布，允許在梁端出現(xiàn)塑性餃。

在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般均對(duì)梁端彎矩進(jìn)行調(diào)幅，即人為地減少梁端負(fù)彎矩，減少節(jié)點(diǎn)附近梁頂面的配筋量。

設(shè)某框架梁AB在豎向荷載作用下，梁端最大負(fù)彎矩分別為MA0、MB0，梁跨中最大正彎矩為MC0，則調(diào)幅后梁端彎矩可取：

式中：β為彎矩調(diào)幅系數(shù)，對(duì)于現(xiàn)澆框架，取0.8~0.9，對(duì)于裝配式整體式框架，取0.7~0.8。3.3

內(nèi)力組合3.3.5梁端彎矩調(diào)幅

梁端彎矩調(diào)幅后，在相應(yīng)荷載作用下的跨中彎矩必將增加，這時(shí)應(yīng)校核該梁的靜力平衡條件，即調(diào)幅后梁端的彎矩的平均值與跨中最大彎矩之和應(yīng)大于按簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩值。

彎矩調(diào)幅只對(duì)豎向荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行，即水平荷載作用下產(chǎn)生的彎矩不參加調(diào)幅，因此，彎矩調(diào)幅應(yīng)在內(nèi)力組合之前進(jìn)行。3.4

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.4.1梁柱截面尺寸確定一.非抗震設(shè)計(jì)的框架橫梁一般取梁高，當(dāng)有機(jī)床和機(jī)械設(shè)備時(shí)

，但不宜小于，l

為梁的跨度。梁寬；梁高也可按下列經(jīng)驗(yàn)公式取用：兩端無(wú)支托的橫梁，按彎矩（0.6~0.8）M0來(lái)估算梁高兩端有支托的橫梁，按彎矩（0.4~0.6）M0來(lái)估算梁高M(jìn)0為梁簡(jiǎn)支時(shí)的跨中最大彎矩。3.4

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.4.1梁柱截面尺寸確定二.非抗震設(shè)計(jì)的框架柱確定框架柱截面尺寸時(shí)，不但要考慮強(qiáng)度要求，而且要考慮框架的側(cè)向剛度和延性的要求。梁與柱為剛接的鋼筋混凝土柱，其計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)框架側(cè)向的約束條件，荷載情況，并考慮柱的二階效應(yīng)對(duì)柱截面設(shè)計(jì)的影響程度來(lái)確定。樓蓋類(lèi)型柱的類(lèi)別l0現(xiàn)澆樓蓋底層柱1.0H其余各柱1.25H裝配式樓蓋底層柱1.25H其余各柱1.5H框架結(jié)構(gòu)各層柱的計(jì)算長(zhǎng)度l0的取值表3.4

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.4.2梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求一.材料強(qiáng)度框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于柱子的砼強(qiáng)度等級(jí)，在裝配式整體框架中，應(yīng)比預(yù)制柱的砼強(qiáng)度等級(jí)提高5N/mm2。二.截面尺寸3.4

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.4.2梁柱節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求三.箍筋在框架節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置水平箍筋，其布置應(yīng)符合柱中箍筋的構(gòu)造要求，且間距不