高层建筑混凝土结构设计概述(-91张)课件.ppt
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- 高层建筑 混凝土结构 设计 概述 91 课件
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1、高层建筑混凝土结构设计高层建筑混凝土结构设计第第5章框架结构设计章框架结构设计2柱距较大柱距较大柱距较小柱距较小5.1 5.1 框架结构布置框架结构布置 由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力,因此,在纵由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力,因此,在纵横两个方向都应按框架设计。横两个方向都应按框架设计。框架梁柱构件的轴线宜重合,如果二者有偏心,其偏心距不框架梁柱构件的轴线宜重合,如果二者有偏心,其偏心距不宜大于柱截面在该方向边长的宜大于柱截面在该方向边长的1/4,当必须大于时,可采用水平,当必须大于时,可采用水平加腋来解决,但加腋来解决,但9度区不应大于度区不应大于1/4h。3 楼盖竖向
2、荷载的传力路线与一般楼盖完全相同,即对普通现浇梁楼盖竖向荷载的传力路线与一般楼盖完全相同,即对普通现浇梁板结构来说可分为单向板或双向板,当板结构来说可分为单向板或双向板,当 时为单向板,荷载向时为单向板,荷载向短跨方向传递;当短跨方向传递;当 时为双向板,荷载向两个方向传递。时为双向板,荷载向两个方向传递。双向框架承重方案双向框架承重方案横向框架承重方案横向框架承重方案纵向框架承重方案纵向框架承重方案122l l 122l l 4 横向框架承重方案:横向框架承重方案:由于横向框架梁截面高度较大,使该方由于横向框架梁截面高度较大,使该方向的抗侧移刚度增大,有利于抵抗该方向的水平荷载,但由于梁向的
3、抗侧移刚度增大,有利于抵抗该方向的水平荷载,但由于梁高加大,使房屋的净高减小,不利于纵向管道布置。高加大,使房屋的净高减小,不利于纵向管道布置。纵向框架承重方案:纵向框架承重方案:由于横向框架梁高度减小,有利于纵向由于横向框架梁高度减小,有利于纵向管道布置,但横向框架刚度减小,对结构抗侧移不利。管道布置,但横向框架刚度减小,对结构抗侧移不利。目前,预制板用得极少,绝大多数框架结构均为目前,预制板用得极少,绝大多数框架结构均为双向框架承双向框架承重方案重方案。5.2 5.2 框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择一、框架一、框架梁截面尺寸估算梁截面尺寸估算
4、框架梁的截面尺寸应由框架梁的截面尺寸应由刚度条件刚度条件初步确定。框架结构的主梁初步确定。框架结构的主梁截面高度可按截面高度可按 确定,且截面高度不宜大于确定,且截面高度不宜大于1/41/4净净跨跨;截面宽度不宜小于截面宽度不宜小于1/41/4hb,且不宜小于,且不宜小于200mm200mm。为增加房屋的净空,有时要设计宽度较大的扁梁,这时除要为增加房屋的净空,有时要设计宽度较大的扁梁,这时除要进行承载力计算之外,尚应验算梁的挠度和裂缝是否满足要求。进行承载力计算之外,尚应验算梁的挠度和裂缝是否满足要求。bb)181101(lh 5二二、框架柱截面尺寸估算、框架柱截面尺寸估算 框架柱宜采用正方
5、形或接近正方形的矩形,两个主轴方向的框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形,两个主轴方向的刚度相差不宜过多,矩形截面长短边之比不宜超过刚度相差不宜过多,矩形截面长短边之比不宜超过3 3,框架柱的,框架柱的截面边长:截面边长:20VhM矩形柱矩形柱非抗震非抗震250mm抗震抗震300mm(四级)(四级)抗震抗震 400 mm(一、二、三级)(一、二、三级)圆形直径圆形直径350mm(非抗震和四级)(非抗震和四级)450mm(一、二、三级)(一、二、三级)柱净高与截面长边之比宜大于柱净高与截面长边之比宜大于4。4H22H2H000000hhVhVVhM近似取高规要求高规要求6 在在初步设计时,柱截面
6、尺寸可按轴压比确定。初步设计时,柱截面尺寸可按轴压比确定。ccNf A0.65 0.65(一级)(一级)0.75 0.75(二级)(二级)0.85 0.85(三级)(三级)1.01.0(四级或非抗震)(四级或非抗震)轴压比为轴压比为v(1.11.2)NN(一三级)(一三级)v(1.051.1)NN(四级或非抗震)(四级或非抗震)vN 框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。vN 柱支撑的楼板面积柱支撑的楼板面积楼层数楼层数(12121414)1.251.25 ccNAf7 三、混凝土强度等级三、混凝土强度等级 当按一级抗震等级设计时,混凝土强度等级不宜低于当按一级抗
7、震等级设计时,混凝土强度等级不宜低于C30C30,按二,按二四级和非抗震设计时,混凝土强度等级应四级和非抗震设计时,混凝土强度等级应C20C20。梁柱混凝土强度等级差别不宜过大。梁柱混凝土强度等级差别不宜过大。当当柱柱混凝土强度等级较高时,若混凝土强度等级较高时,若梁柱梁柱混凝土强度相同混凝土强度相同由于一由于一般框架梁不需要高强混凝土,所以导致梁造价提高;若般框架梁不需要高强混凝土,所以导致梁造价提高;若梁梁比比柱柱混凝土混凝土强度低太多强度低太多节点承载力不易满足。节点承载力不易满足。为降低梁(包括板)的造价,使梁具有足够的延性,梁混凝土强为降低梁(包括板)的造价,使梁具有足够的延性,梁混
8、凝土强度等级宜度等级宜C40C40。抗震设计时,一、二、三级框架应验算节点核心区的承载力。节抗震设计时,一、二、三级框架应验算节点核心区的承载力。节点核心区的验算可按点核心区的验算可按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB50010GB50010的有关规定执行。的有关规定执行。为保证框架结构的延性,柱在为保证框架结构的延性,柱在9 9度区混凝土宜度区混凝土宜C60C60;8 8度区宜度区宜C70 C70。85.3 5.3 计算单元及计算简图计算单元及计算简图一、计算单元一、计算单元 框架结构为空间结构,应取整体结构为计算单元,按空间框框架结构为空间结构,应取整体结构为计算单元,按空间框架进行
9、内力及位移的计算,但对平面布置比较规则,柱距及跨度架进行内力及位移的计算,但对平面布置比较规则,柱距及跨度相差不多的框架结构,计算中可将空间框架简化为平面框架,在相差不多的框架结构,计算中可将空间框架简化为平面框架,在各榀框架中,选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元,各榀框架中,选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元,每榀框架按其负荷面积每榀框架按其负荷面积 承担荷载。承担荷载。9(3)梁、柱的截面惯性矩:)梁、柱的截面惯性矩:柱按实际截面计算;柱按实际截面计算;梁应考虑楼板的作用,当采用现浇楼盖时楼板可作为框架梁应考虑楼板的作用,当采用现浇楼盖时楼板可作为框架的翼缘,按的翼缘,
10、按T形截面计算其惯性矩。工程中为简化计算,可按下形截面计算其惯性矩。工程中为简化计算,可按下式计算梁的惯性矩:式计算梁的惯性矩:一边有楼板一边有楼板 I I=1.5I I0 0 两边有楼板两边有楼板 I I=2.0I I0 0 I I0 0为为梁矩形部分的惯性矩。梁矩形部分的惯性矩。(1)梁的坡度)梁的坡度1/8,按直,按直线梁计算线梁计算(2)当框架梁为有加腋的)当框架梁为有加腋的变截面梁时,如变截面梁时,如 ,可不考虑加腋的影响。可不考虑加腋的影响。endmid4Il二、计算简图二、计算简图10(4)轴线:)轴线:梁、柱轴线取各自的形心线;梁、柱轴线取各自的形心线;梁、板、柱均现浇时,梁截
11、面的形心线可取至板底梁、板、柱均现浇时,梁截面的形心线可取至板底 上、下层柱截面尺寸不同、形心轴不重合时,一般将顶层柱上、下层柱截面尺寸不同、形心轴不重合时,一般将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线的形心线作为整个柱子的轴线二、计算简图二、计算简图11框架结构计算简图示意框架结构计算简图示意恒荷载恒荷载竖向活荷载竖向活荷载风荷载风荷载地震作用地震作用二、计算简图二、计算简图 计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的,框架柱在框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的,框架柱在基础顶面
12、按固结考虑。基础顶面按固结考虑。125.4 5.4 框架结构的内力及侧移计算框架结构的内力及侧移计算一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法假定:假定:1.框架在竖向荷载作用下,结点侧移忽略不计;框架在竖向荷载作用下,结点侧移忽略不计;2.本层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。本层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除由此带来的误差,除底层外,其它各层柱的线刚由此带来的误差,除底层外,其它各层柱的线刚度均乘以度均乘以 0.9,并取柱的弯矩传递系数为,并
13、取柱的弯矩传递系数为1/3。13分层后,各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。分层后,各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。最终弯矩取法为:最终弯矩取法为:框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩;框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩;框架柱的弯矩,由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。框架柱的弯矩,由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡,但误差不大。如有需要,可将最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡,但误差不大。如有需要,可将节点不平衡弯矩再分配一次。节点不平衡弯矩再分配一次。14例题一:用分层法计算下图所示框架的弯矩图,例题一:用分层法计算下
14、图所示框架的弯矩图,已知:已知:g1k1k=9.6kN/m,=9.6kN/m,g2k2k=12kN/m,=12kN/m,ic1c1=4.01=4.0110101010N N mm,mm,ic2c2=5.21=5.2110101010N N mm,mm,ib b1 1=2.6=2.610101010N N m mm,m,ib b2 2=3.26=3.2610101010N N mmmm。15分层后的开口框架:分层后的开口框架:1617ii)(lEIi ii434ii 弯矩分配法的计算步骤:弯矩分配法的计算步骤:1、分配系数、分配系数当远端为铰接时,采用折算线刚度当远端为铰接时,采用折算线刚度当远
15、端为滑动铰支座时,采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时,采用折算线刚度2、固端弯矩:根据、固端弯矩:根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结构力学教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。3、分配节点不平衡弯矩(不平衡弯矩为节点弯矩的代数和、分配节点不平衡弯矩(不平衡弯矩为节点弯矩的代数和M):首先分配有):首先分配有较大不平衡弯矩的节点(用较大不平衡弯矩的节点(用M计算各杆分配弯矩,并在其下划一横线,计算各杆分配弯矩,并在其下划一横线,以示暂告平衡,此弯矩不再参与
16、分配了),同时向杆的远端传递弯矩(梁和底以示暂告平衡,此弯矩不再参与分配了),同时向杆的远端传递弯矩(梁和底层柱,传递系数为层柱,传递系数为1/2,其他各层柱为,其他各层柱为1/3)作为远端的不平衡弯矩(此弯矩参)作为远端的不平衡弯矩(此弯矩参与分配),依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递,待各杆不平衡弯矩小到与分配),依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递,待各杆不平衡弯矩小到可以忽略不计时,即可停止进行。可以忽略不计时,即可停止进行。4、各杆端的最终弯矩:即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数、各杆端的最终弯矩:即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数和。和。18357.069
17、.46.26.2GH309.06.269.426.326.3HI643.06.269.469.4GD分配系数:分配系数:445.026.36.269.469.4HE59.026.369.469.4IF246.026.369.46.26.2HG41.069.426.326.3IH19弯矩分配法的计算步骤:弯矩分配法的计算步骤:1、分配系数、分配系数当远端为铰接时,采用折算线刚度当远端为铰接时,采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时,采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时,采用折算线刚度2、固端弯矩:根据、固端弯矩:根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结
18、构力学教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。ii)(lEIi ii434ii 20m-kN361261212M22GHl2kgm-kN04.23MIH固端弯矩:固端弯矩:m-kN361261212M22HGl2kgm-kN04.23128.41212M22HIl2kg357.069.46.26.2GH309.06.269.426.326.3HI643.06.269.469.4GD分配系数:分配系数:445.026.36.269.469.4HE59.026.369.469.4IF246.026.369.46.2
19、6.2HG41.069.426.326.3IH21-3636-23.0423.0422弯矩分配法的计算步骤:弯矩分配法的计算步骤:1、分配系数、分配系数当远端为铰接时,采用折算线刚度当远端为铰接时,采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时,采用折算线刚度当远端为滑动铰支座时,采用折算线刚度2、固端弯矩:根据、固端弯矩:根据建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册表表2-4、表、表2-5或根据结构力学或根据结构力学教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。教材查用,弯矩方向:对节点逆时针旋转为正(可任意,但要统一)。3、分配节点不平衡弯矩(不平衡弯矩为节点弯矩的代数和、分配节点不平
20、衡弯矩(不平衡弯矩为节点弯矩的代数和M):首先分配有):首先分配有较大不平衡弯矩的节点(用较大不平衡弯矩的节点(用M计算各杆分配弯矩,并在其下划一横线,计算各杆分配弯矩,并在其下划一横线,以示暂告平衡,此弯矩不再参与分配了),同时向杆的远端传递弯矩(梁和底以示暂告平衡,此弯矩不再参与分配了),同时向杆的远端传递弯矩(梁和底层柱,传递系数为层柱,传递系数为1/2,其他各层柱为,其他各层柱为1/3)作为远端的不平衡弯矩(此弯矩参)作为远端的不平衡弯矩(此弯矩参与分配),依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递,待各杆不平衡弯矩小到与分配),依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递,待各杆不平衡弯矩小到可以
21、忽略不计时,即可停止进行。可以忽略不计时,即可停止进行。4 4、各杆端的最终弯矩:即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数、各杆端的最终弯矩:即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数和。和。ii)(lEIi ii434ii 23-3612.856.4336-23.0423.04-9.45-4.72-3.61-4.53-6.53-1.81-2.270.6523.15-13.591.160.330.931.340.47-0.20-0.25-0.36-24.3138.95-32.0712.2524.31-12.258.1-4.1-6.89-2.32425(单位:kN-m)265.4.2
22、框架在水平荷载作用下的内力近似计算框架在水平荷载作用下的内力近似计算反弯点法反弯点法反弯点法的基本假定:反弯点法的基本假定:1)在确定各柱剪力时,假定框架梁刚度无限大,即各杆端无转角,且同一层)在确定各柱剪力时,假定框架梁刚度无限大,即各杆端无转角,且同一层具有相同的水平位移;具有相同的水平位移;2)底层柱的反弯点在距柱底)底层柱的反弯点在距柱底2/3h处,其它各层柱的反弯点在处,其它各层柱的反弯点在1/2h处。处。F3F2F1h1h2h3bc3ii 272.柱剪力与位移的关系:柱剪力与位移的关系:柱的剪力与水平位移的关系:柱的剪力与水平位移的关系:212ciVh柱的抗侧移刚度:柱的抗侧移刚度
23、:212ciVdhV剪力,剪力,层间侧移,层间侧移,h层高,层高,ic柱的线刚度柱的线刚度283.各柱剪力值的确定:各柱剪力值的确定:假设同层各柱的剪力为假设同层各柱的剪力为V1、V2MM11Vd12iVVVFLL22VdiiVd12iFFdddd LLiidVFdl 越靠近底层,层间剪力越大越靠近底层,层间剪力越大l 柱子分配到的剪力与其抗侧刚度成正比柱子分配到的剪力与其抗侧刚度成正比293hMV上23hMV下4.计算步骤:计算步骤:1)求框架中各柱的剪力)求框架中各柱的剪力 2)求柱端弯矩,取底层柱的反弯点在距柱底)求柱端弯矩,取底层柱的反弯点在距柱底2/3h处,其它各层柱的反弯处,其它各
24、层柱的反弯点在点在1/2h处处2hMV底层柱下端底层柱下端其余各层柱上、下端其余各层柱上、下端3)求梁端弯矩)求梁端弯矩边支座处的梁端弯矩边支座处的梁端弯矩MMM下上中间支座处的梁端弯矩中间支座处的梁端弯矩iMMMii左下左上右左()iMMMii右下右上右左()底层柱上端底层柱上端305.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法 又称改进反弯点法。又称改进反弯点法。前提条件:梁柱线刚度比不够大,节点有转角前提条件:梁柱线刚度比不够大,节点有转角影响转角的因素:影响转角的因素:层数层数 荷载形式荷载形式 梁柱线刚度比梁柱线刚度
25、比 上、下梁的刚度比上、下梁的刚度比 上、下层层高变化上、下层层高变化bc3ii 315.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法D值法的基本假定:值法的基本假定:1)假定同层各节点的转角相同)假定同层各节点的转角相同2)假定同层各节点的侧移相同)假定同层各节点的侧移相同AB柱的相对侧移柱的相对侧移,转角,转角弦转角弦转角=/h325.4.3 5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法D D值法值法ABBAACBDcccc4266MMMMiiiiAE3AG4BF1BH26,6,6
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