多层框架结构房屋课件.ppt
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1、4多层框架结构房屋多层框架结构房屋本章主要介绍本章主要介绍:多层及高层房屋的结构体系;多层及高层房屋的结构体系;结构的计算简图及荷载确定;简单框架的内力计结构的计算简图及荷载确定;简单框架的内力计算;无抗震设防要求时框架结构构件设计;非抗算;无抗震设防要求时框架结构构件设计;非抗震设计时框架节点的构造要求;结构施工图平面震设计时框架节点的构造要求;结构施工图平面整体表示方法。重点是施工图的识读。整体表示方法。重点是施工图的识读。 本章提要本章提要多层与高层房屋之间没有明确的界限,我国通常将8层及层以下的房屋称为多层房屋,8层以上的房屋称为高层房屋。钢筋混凝土框架结构,是指由钢筋混凝土横梁、纵梁
2、和柱等构件所组成的结构。墙体不承重,内、外墙只起分隔和围护作用,见图4.1。按施工方法的不同,框架可分为整体式、装配式和装配整体式三种。整体式框架也称全现浇框架,其优点是整体性好,建筑布置灵活,有利于抗震,但工程量大,模板耗费多,工期长。装配式框架的构件全部为预制,在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板,缩短工期,有利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后,在构件连接处浇捣混凝土,使之形成整体。其优点是,省去了预埋件,减少了用钢量,整体性比装配式提高,但节点施工复杂。 图4.1框架结构图 (a) 平面图;(b) -剖面图 本本 章章 内内 容容4.1 框架结构布置框架
3、结构布置4.2 框架结构的计算简图及荷载框架结构的计算简图及荷载4.3 竖向荷载作用下的内力近似计算分竖向荷载作用下的内力近似计算分层法层法4.4 水平荷载作用下的内力和侧移的近似水平荷载作用下的内力和侧移的近似计算反弯点法和计算反弯点法和D值法值法4.5 框架的内力组合框架的内力组合4.6 现浇框架的一般构造现浇框架的一般构造4.1 框架结构布置框架结构布置(1) 结构平面布置宜简单、规则和对称。 (2) 建筑平面长宽比不宜过大,L/B宜小于6。 (3) 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续,避免刚度突变。 (4) 建筑物的高宽比不宜过大,H/B不宜大于5。(5) 房屋的总长度宜控制在最大伸缩
4、缝间距以内,否则需设伸缩缝或采取其它措施,以防止温度应力对结构造成的危害。4.1.1 结构布置原则结构布置原则(6) 在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋,应合理设置沉降缝和防震缝。 框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。在这个体系中,平面框架是基本的承重结构,按其布置方向的不同,框架体系可以分为下列三种:(1) 横向框架承重方案在这种布置方案中,主要承重框架沿房屋的横向布置。沿房屋的纵向设置板和连系梁,见图4.2 (a) 。 4.1.2 框架结构方案框架结构方案(2) 纵向框架承重方案在这种布置方案中,主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板
5、和连系梁,见图4.2 (b)。 (3) 纵横向框架混合承重方案在这种布置方案中,主要承重框架沿房屋的纵、横向布置,见图4.2 (c)。 图4.2框架体系的布置 (a) 横向布置;(b) 纵向布置;(c) 纵横双向布置 (1) 工业厂房一般采用6m柱距,跨度则随柱网的布置方式不同分为内廊式和跨度组合式,见图4.3。 厂房的层高一般根据车间的工艺设备、管道布置及通风采光等因素决定。常用的底层层高有4.2m、4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。 (2) 民用建筑民用建筑类型较多,功能要求各有不同,柱网及层高变化也较大,尺度一般较工业厂房为小。柱网和层高通常按300mm进级。
6、4.1.3 柱网尺寸及层高柱网尺寸及层高图4.3柱网的布置 (a) 内廊式;(b) 跨度组合式 变形缝分为伸缩缝和沉降缝,在地震设防区还需按建筑抗震设计规范的规定设置防震缝。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的,伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距如表4.1。沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的,沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。 4.1.4 变形缝的设置变形缝的设置在建筑物的下列部位宜设置沉降缝: 土层变化较大处; 地基基础处理方法不同处; 房屋在高度、重量、刚度有较大变化处; 建筑平面的转折处; 新建
7、部分与原有建筑的交界处。沉降缝由于是从基础断开,缝两侧相邻框架的距离可能较大,给使用带来不便,此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理,见图4.4。表表4.1钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距(钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距(m) 环境条件框架类别室内或土中露天装配式7550现浇式5535图4.4沉降缝做法 (a) 设挑梁(板);(b) 设预制板(梁) 4.2 框架结构的计算简图及荷载框架结构的计算简图及荷载承受主要竖向荷载的框架主梁,其截面形式在全现浇的整体式框架中以T形(见图4.5(a))为多;在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮形(见图4.5(b)(g))等。不承受
8、主要竖向荷载的连系梁,其截面形式常用T形、形、矩形、形、L形等,见图4.6。 框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。 4.2.1.1 截面的形状截面的形状4.2.1 梁柱截面的选择梁柱截面的选择图4.5框架横梁截面形式 图4.6框架连系梁截面形式 (1) 框架梁梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb一般可取(1/101/18)lb(lb为梁的计算跨度),梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度bb=(1/21/3)hb,一般不宜小于200mm。选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。(2) 框架柱柱截面的宽度bc和高度hc一般取(1/151/20)层高。为了提高框架抗水平力的能力,矩形截面的
9、hc/bc不宜大于3,柱截面的边长不宜小于250mm。 4.2.1.2 截面尺寸截面尺寸为了简化计算,作如下规定:(1) 对现浇楼面的整体框架,中部框架梁I=2I0;边框架梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩(图4.7(a)。(2) 对做整浇层的装配整体式框架,中部框架梁I=1.5I0;边框架梁I=1.2I0(图4.7(b)。(3) 对装配式楼盖,梁的惯性矩可按本身的截面计算,I=I0(图4.7(c))。12.2.1.3 梁截面的惯性矩梁截面的惯性矩图4.7框架结构的刚度取值 框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。为了简化计算,通常忽略它们之间的空间联系,而将空间结构体系简化
10、为横向和纵向平面框架计算,并取出单独的一榀框架作为计算单元,该单元承受的荷载如图4.8中阴影部分所示。在计算简图中,框架节点多为刚接,柱子下端在基础顶面,也按刚接考虑。杆件用轴线表示,梁柱的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置(图4.9(a)),当上下柱截面尺寸不同时,则取上层柱形心线作为柱轴线(图4.9(b))。 4.2.2 框架结构的计算简图框架结构的计算简图图4.8框架的计算单元 图4.9框架柱轴线位置 多层结构房屋一般受到竖向荷载和水平荷载的作用。竖向荷载包括横荷载、楼层使用活荷载、雪荷载及施工活荷载等。竖向荷载包括风荷载和水平地震作用。 (1) 楼面活荷载的折减在设计住宅、宿舍
11、、旅馆、办公楼等多层建筑的墙、柱和基础时,由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小,所以作用于楼面上的使用活荷载应乘以表4.2所规定的折减系数。 4.2.3 框架上的荷载框架上的荷载(2) 风荷载与单层工业厂房类似,作用在多层房屋外墙表面的风荷载标准值wk可按下式计算:wk=zszw0 表表4.2楼面活荷载折减系数楼面活荷载折减系数 墙、柱、基础计算截面以上的楼层数 123456892020计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 1.00 (0.90)0.850.700.650.600.554.3 竖向荷载作用下的内力近似计算分层法竖向荷载作用下的内力近似计算分层法多层多跨框结构在竖向荷载
12、作用下,用位移法或力法等精确方法计算的结果表明,框架的侧移是极小的,而且作用在某层横梁的影响也很小,为了简化计算,分层法假定:(1) 在竖向荷载作用下,框架的侧移可忽略不计;(2) 每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。4.3.1 分层法的计算假定分层法的计算假定根据上述假定,计算时可将各层梁及其上、下柱作为独立的计算单元分层进行计算(图4.10)。分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩,由于每一层柱属于上、下两层,所以柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相叠加。 图4.10分层法的计算单元 4.3.2 计算步骤计算步骤(1) 画出结构计算简图,并标明荷载及轴线尺寸;(2) 按规定计算梁、柱的线刚度和相
13、对线刚度,除底层柱外,其余各层柱的线刚度遍乘0.9的折减系数;(3) 用弯矩分配法自上而下分层计算各计算单元的杆端弯矩;(4) 叠加柱端弯矩,得出最后杆端弯矩。如节点弯矩不平衡值较大,可在节点重新分配一次。(5) 根据静力平衡条件绘出框架的内力图。例题A7.50m5.60m3.80m4.40mq=2.8kN/mq=3.8kN/mq=3.4kN/m(7.11)(4.21)(4.21)(1.79)(4.84)(12.77)(7.63)(10.21)(9.53)(3.64)BCDEFGHI(括号内数字为线刚度相对值)(i=EI/l)解:A7.50m5.60m3.80m4.40m(7.11)(4.21
14、)(4.21)(1.79)(4.84)(12.77)(7.63)(10.21)(9.53)(3.64)BCDEFGHI上层各柱线刚度0.9,然后计算各节点的弯矩分配系数(i=EI/l)0.9=3.7890.9=3.7890.9=1.611上层计算0.332(3.789)(3.789)(1.611)(7.63)(10.21)DEFGHI0.6680.353 0.4720.1750.8640.136-13.125*+13.125*-7.317*+7.317*8.7684.3584.384-6.322-0.995-3.161-2.482-3.319-1.230-1.241-1.6600.8290.4
15、120.4141.4340.2260.717-0.399-0.534-0.198-0.200-0.2670.1330.0660.2310.0360.0670.115-0.064-0.086-0.03215.045-13.585-1.460-4.8364.8360.733-0.7331.612-0.487-0.244下层计算ABCDEFGHI0.3480.4660.1850.308 0.4130.1560.1230.7090.2020.089-17.813*+17.813*-8.885*+8.885*8.301-1.5290.713-1.1670.078-10.4174.1500.356-0.3
16、34-3.0580.039-0.03618.930-1.459-0.169-0.018-1.736-3.150-6.299-4.100-2.0500.7271.453-0.447-0.224-0.0790.159-0.049-15.8251.9246.1990.5320.0583.9250.2830.0313.6096.789-0.791-1.7950.4140.0450.1820.020-1.221-0.133-0.015-1. 369-0.589-1. 3363.395-0.868-0.668-0.196-0.4561.2031/31/2-4.8366.03915.04513.585-1.
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