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(jì) (第3章電子教案),進(jìn)入,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,第3章 多層和高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,本章重點(diǎn),了解框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(jì)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(yàn) 算方法； 熟悉梁、柱的配筋計(jì)算和構(gòu)造要求。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3

2、章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,優(yōu)點(diǎn) 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(jì)。,框架結(jié)構(gòu),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,缺點(diǎn) 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(dòng)畫(huà),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jìn)行； 結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻、對(duì)稱，構(gòu)件類型少；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,平面布置,混凝土結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,豎向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(duì)建筑的影響； 施工簡(jiǎn)便； 經(jīng)濟(jì)合理。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,3.2.2 結(jié)構(gòu)布置方法,特點(diǎn) 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(shí)使用,橫向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,特點(diǎn)： 連系梁截面較小，框架梁截面尺寸大，室內(nèi)有效凈空高； 對(duì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫

4、 助,特點(diǎn)： 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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)算的慣性矩， 。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)值?？山茖敲姘逖刂S線之間的中 線劃分，恒載和活載的分項(xiàng)系數(shù)均取1.25，或 近似取1214 kN/m2進(jìn)行計(jì)算。 fc 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,計(jì)算單元的選取,計(jì)算單元選取,

6、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,計(jì)算簡(jiǎn)圖,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，可折減。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,3.6.1 豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算,樓面荷載分配原則,當(dāng)采用裝配式或裝配整體式樓蓋時(shí)，板上荷載通過(guò)預(yù)制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)； 當(dāng)采用現(xiàn)澆樓蓋時(shí)，樓面上的恒載和活載根據(jù)每個(gè)區(qū)格板兩個(gè)方向的邊長(zhǎng)比，沿單向或雙向傳遞，區(qū)格板長(zhǎng)邊/短邊3時(shí)沿單向傳遞，長(zhǎng)邊/短邊3時(shí)沿雙向

7、傳遞。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(dú)作用在各跨上，分別算出內(nèi)力，再對(duì)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jìn)行計(jì)算很困難。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jiǎn)化計(jì)算，當(dāng)活載與恒載的比值不大于3時(shí)，可近

8、似將活載一層或一跨做一次布置，分別進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行最不利內(nèi)力組合。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（4）滿布荷載法,當(dāng)活載與恒載的比值不大于1時(shí)，可不考慮活載的最不利布置，把活載同時(shí)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(jìn)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),

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(gè)彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡(jiǎn)單剛架近似計(jì)算。簡(jiǎn)單剛架可用彎矩分配法計(jì)算，一般循環(huán)2次。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,注意事項(xiàng)： 由于除底層外上層各柱的柱端實(shí)際為彈性固定，計(jì) 算簡(jiǎn)圖中假定為完全嵌固，為減少計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,考慮除支座外，框架各節(jié)點(diǎn)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,分層法計(jì)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(jì)算彎矩疊加； 在內(nèi)力與位移計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（2）迭代法（不考慮框架側(cè)移）,計(jì)算荷載作用下各桿端產(chǎn)生的固端彎矩Mgik，并 寫(xiě)在相應(yīng)的各桿端部，求出匯交于每一節(jié)點(diǎn)的各桿固端彎矩之和MFik，把它寫(xiě)在該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)框中；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,按下式計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(dāng)框架結(jié)構(gòu)滿足下列條 件時(shí)可按系數(shù)法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力： 兩個(gè)相鄰跨的跨長(zhǎng)相差不超過(guò)短跨跨長(zhǎng)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)值之和； 凈跨跨長(zhǎng)，求支座彎矩時(shí)用相鄰 兩跨凈跨跨長(zhǎng)的均值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)值之和； A 柱的負(fù)荷面積。 (2)彎矩,框架柱內(nèi)力,當(dāng)橫梁不在立柱形心線上時(shí)，要考慮由于偏心引起的不平衡彎矩，并將這個(gè)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(fù)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(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,3.6.2 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計(jì)算方法,反彎點(diǎn)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(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（1）反彎點(diǎn)位置 彎矩為零的點(diǎn)（反彎點(diǎn)）的位置按下圖取值（以 EI梁=為前題）。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（2）反彎點(diǎn)處的剪力計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,以三層框架為例，用反彎點(diǎn)法計(jì)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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,第二層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,第一層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（3）彎矩圖繪制 柱端彎矩：已知反彎點(diǎn)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(diǎn)和中間柱節(jié)點(diǎn)兩種情況處理。 邊節(jié)點(diǎn)：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,中節(jié)點(diǎn)：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)

15、計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,D值法,（1）反彎點(diǎn)法的問(wèn)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(diǎn)梁柱線剛度比的影響； 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)。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（2）D值法的基本思想,與反彎點(diǎn)法相比： 相同之處 先確定反彎點(diǎn)位置 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。,因此，D值法又稱為修正的反彎點(diǎn)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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)算。,3-21,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,（4）修正的反彎點(diǎn)高度,式中 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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,門架法,（1）基本假定,梁柱的反彎點(diǎn)位于它們的中點(diǎn)處； 柱中點(diǎn)處的水平剪力按各柱支承框架梁的長(zhǎng)度與框架總寬度之比進(jìn)行分配。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì)） 梁支座截面：-Mmax及相應(yīng)的V （正截面設(shè)計(jì)） Vmax及相應(yīng)的M （ 斜截面設(shè)計(jì)） 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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,由圖可見(jiàn)： 對(duì)于大偏壓，M相等或相近時(shí)，N越小越不利； 對(duì)于小偏壓，M相等或相近時(shí)，N越大越不利； 無(wú)論大小偏壓，當(dāng)N相等或相近時(shí)，M越大越不利。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),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(jì),第3章,主 頁(yè),目 錄,上一章,幫 助,進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，框架梁、柱的正截面和斜面 截面的配筋計(jì)算可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中的鋼筋 混凝土受彎和偏心受壓構(gòu)件的配筋計(jì)算方法計(jì)算。 在配筋計(jì)算的過(guò)程中，有以下問(wèn)題需注意： 當(dāng)樓板與框架整體澆