多层和高层框架结构--课件.ppt

1、1高等教育出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计(第3章电子教案)2概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容3混凝土结构设计第3章第3章 多层和高层框架结构设计 4混凝土结构设计第3章本章重点 了解框架结构的特点和适用范围；熟悉框架结构的布置原则与方法；掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法；掌握框架结构的内力组合原则与方法；熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验 算方法；熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。5混凝土结构设计第3章12层39层10层或28m3

2、.1概 述1、房屋按高度和层数分类 高规10层和10层以上或高度超过28米的钢筋混凝土房屋，称为高层建筑。低层多层高层 2、房屋的高宽比 高度：室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的水箱电梯间等的高度。高宽比是对结构刚度、整体稳定性、承载能力、经济合理性的宏观控制。63、按建筑物的结构类型和使用的材料分：砖木结构（砖、石、木材）砖混结构（砖、石、混凝土）钢筋混凝土结构（钢筋、混凝土）钢结构（钢材）多层:砖混、钢混高层：钢混、钢、钢钢混钢混材料是主要的材料。7混凝土结构设计第3章结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。框架结构4、钢混材料的结构体系：1）框架结构 梁柱是主要构

3、件。外墙、内墙、隔墙，起分割维护作用，不承重。框架结构受力变形动画抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小，侧移大；受地基的不均匀沉降影响大。抗震性能差，高度受限制8混凝土结构设计第3章2）剪力墙结构 优点：刚度大，整体性好，抗震性好，高度可较高 缺点：墙的间距小，空间小，使用受限。3）框架剪力墙结构 框架结构中设置适量的剪力墙 互补 优点：结合两种体系的优点，应用广泛。9结构体系 非抗震设计 地震烈度 6 7 8 9 框架 70 55框剪 130 120剪力墙 140 120筒中筒 180 150 现浇钢筋混凝土房屋的最大高度 4）筒体结构 由剪力墙构成空间薄壁筒体。主要类型：框架筒体、筒中筒、多重筒

4、 优点：与剪力墙相比，空间刚度更大，抗震性能更好，高度可 更好。105、钢筋混凝土框架结构房屋 1）全框架结构 房屋的竖向荷载全部由框架承担，内外墙只起填充维护作用。分类：现浇整体式框架 装配式框架 装配整体式框架2）内框架结构 内部：梁柱组成的框架承重 外部：砖墙承重 缺点：钢混，砖墙E不一致，刚度不协调，整体性和抗震性差 3）底层框架砖房 底层:框架抗震墙 创造大空间 柔 上层：砖墙、钢混楼板 节约造价 刚 11混凝土结构设计第3章3.2结构布置方法3.2.1 结构布置的一般原则满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行结构

5、尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6，高宽比不宜过大，H/B不宜大于5，竖向刚度均匀而连续，不宜突变。妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震 等因素对建筑的影响；施工简便；经济合理。12混凝土结构设计第3章好差竖向布置差好平面布置13柱网布置（1）工业厂房 一般采用6m柱距。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、a)内廊式；(b)跨度组合式 14混凝土结构设计第3章3.2.2 结构布置方法 房屋横向刚度大，侧移小；横梁高度大，室内有效净空小。非抗震时使用横向布置 横向承重15混凝土结构设计第3章 连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降较有利；房屋横向刚度小，侧移大。纵向布置 纵向承重16混凝土结构设计第3章 整体性好，受力好；适用于整体性要求 较高和楼面荷载较 大的情况。双向布置 双向承重17混凝土结构设计第3章3.3截面尺寸估算3.3.1 框架梁b011818hl骣=桫bb1124bh骣=桫3-1n框架梁截面尺寸估算l0 梁的计算跨度；hb 梁的截面高度；bb 梁的截

7、面宽度。一般情况下：梁净跨与截面高度之比不宜小于4梁的截面宽度不宜小于200mm3-218混凝土结构设计第3章表3.3.1 3.3.1 框架梁惯性矩取值楼板类型边框架梁中框架梁现浇楼板I=1.5I0I=2.0I0装配整体式楼板I=1.2I0I=1.5I0装配式楼板I=I0I=I0注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，30112Ibh=n框架梁线刚度cbE Iil=3-3Ec 混凝土弹性模量；I 框架梁截面惯性矩，见表3.3.1；l 框架梁的跨度。式中：19混凝土结构设计第3章多层建筑：Hi 第i层层高；hc 柱截面高度；bc 柱截面宽度。c111218ibH骣=桫()cc1 2hb=框架柱的截面

8、边长不宜小于250 mm，圆柱的截面直径不宜小于350 mm，剪跨比宜大于2截面的高宽比不宜大于33-53-43.3.2 框架柱n框架柱截面尺寸估算高层建筑：ccc1.0Nf b h=N=（1.11.2）Nv 3-620混凝土结构设计第3章N 柱中轴向力。Nv 柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向 力设计值。可近似将楼面板沿柱轴线之间的中 线划分，恒载和活载的分项系数均取1.25，或 近似取1214 kN/m2进行计算。fc 混凝土轴心抗压强度设计值。n框架柱线刚度cciEIiH=3-7Ec 混凝土弹性模量；I 框架柱截面惯性矩。3c c112Ibh=3-8213.4计算简图的确定 框架结

9、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，该单元承受的荷载为阴影 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，当上下柱 截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线。n计算单元的选取22混凝土结构设计第3章框架柱轴线位置 23混凝土结构设计第3章n计算简图实际结构l01l02计算简图24混凝土结构设计第3章3.5荷载计算框架荷载垂直荷载水平荷载恒载活载风载地震作用框架自重；粉灰重

10、；板、次梁、墙体重。人群、家具、设备等荷载，取值见建筑结构荷载规范，可折减。kzsz0wwb m m=25楼面活荷载的折减 在设计住宅、宿舍、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3.2所规定的折减系数。楼面活荷载折减系数 墙、柱、基础计算截面以上的楼层数 1234568920 20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 1.00(0.90)0.850.700.650.600.5526混凝土结构设计第3章3.6内力计算3.6.1 竖向荷载下的内力计算n 楼面荷载分配原则当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通

11、过预制板的两端传递给它的支承结构；当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边/短边3时沿单向传递，长边/短边3时沿双向传递。现浇楼盖荷载传递示意图27混凝土结构设计第3章n竖向活载最不利布置（1 1）逐跨布置法 恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。恒载一次布置活载分跨布置28混凝土结构设计第3章（2）最不利荷载布置法 恒载一次布置，楼屋面活载根据影响线，直接确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。此法用手算方法进行计算很困难。最不利荷载的布置29混凝土结构设计第3章（3）分层

12、布置法或分跨布置法 恒载一次布置，为简化计算，当活载与恒载的比值不大于3时，可近似将活载一层或一跨做一次布置，分别进行计算，然后进行最不利内力组合。qqqqqq分层布置法分跨布置法30混凝土结构设计第3章（4）满布荷载法 当活载与恒载的比值不大于1时，可不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩应乘以1.11.2的系数予以增大。31n竖向荷载作用下的内力计算方法（1）弯矩二次分配法 （最简单最实用，课程设计毕业设计中常用）首先复习一下结构力学中的弯矩分配法。基本假定：当竖向荷载作用下，节点侧移可以忽略时，对工程实际中的复杂

13、结构：可以采用改进的方法。定义：是对弯矩分配法的进一步简化，将各节点的不平衡弯矩同时进行分配和传递，并以二次分配为限。步骤：计算每一跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩 计算每一个节点的分配系数 将各节点不平衡力矩同时分配并向远端传递后，再分配一次。结束。32混凝土结构设计第3章（2）分层法忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱上产生内力。根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环2次。分层法计算示意图33混凝土结构设计第3章 由于除底层外上

14、层各柱的柱端实际为弹性固定，计算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。线刚度修正考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯矩传递系数取1/3；传递系数修正34混凝土结构设计第3章 分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加；在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个框；计算汇交于每一节点各杆的转角分配系数，并检查是否满足 ，以作校核；12ikm=-()12ikikikiiim=-3-935混凝土结构设计第3章（2）迭代法（不考虑

15、框架侧移）计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩Mgik，并 写在相应的各杆端部，求出汇交于每一节点的各杆固端弯矩之和MFik，把它写在该节点的内框中；按下式计算每一杆件的近端转角弯矩Mik，即()gikikikiiMMMm骣=+桫3-10 式中，汇交于节点i各杆的远端转角弯矩 之和，最初可假定为0。()kiiM36混凝土结构设计第3章 按下式计算每一杆端的最后弯矩值，即 或 根据算得的各杆端弯矩值，作最后的弯矩图并求得相应的剪力图和轴力图。F2ikikikkiMMMM=+F()ikikikikkiMMMMM=+3-113-1237混凝土结构设计第3章系数法是UNIFORM BUILDING CO

16、DE（统一建筑规范）中介绍的方法。当框架结构满足下列条件时可按系数法计算框架结构的内力：两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的20%；活载与恒载之比不大于3；荷载均匀布置；框架梁截面为矩形。（4）系数法38混凝土结构设计第3章n框架梁内力（1）弯矩式中，弯矩系数 框架梁上恒载与活载设计值之和；净跨跨长，求支座弯矩时用相邻两跨净跨跨长的均值。aw=2n nMlawnnl（2 2）剪力bw=u nVl3-14式中 剪力系数，查下图。框架梁剪力系数 图39混凝土结构设计第3章正弯矩端部无约束时：端部有约束时：负弯矩内支座两跨时：两跨以上时：内支座（板跨数在3 3跨和3 3跨以上，跨长不大于3.048m

17、3.048m或柱刚度与梁刚度之比大于8 8的梁）：外支座：梁支承时：柱支承时：40混凝土结构设计第3章(1)(1)轴力 框架柱的轴力=p puA式中 pu 楼面单位面积上恒载与活载设计值之和；A 柱的负荷面积。(2)(2)弯矩 n框架柱内力 当横梁不在立柱形心线上时，要考虑由于偏心引起的不平衡弯矩，并将这个弯矩也平均分配给上、下柱柱端。12MM=-柱端梁端3-1541混凝土结构设计第3章n竖向荷载下框架梁端弯矩的调幅 在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布，减小梁端负弯矩，相应增大梁跨中弯矩。调幅后的支座弯矩为：=M式中 梁支座截面调幅后的弯矩；M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩；

18、调幅系数，现浇框架：0.80.9 装配式框 架：0.70.8。MM42混凝土结构设计第3章 截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩之半。如为均布荷载，则()2116Mgq l+中 竖向荷载产生的梁的弯矩应先调幅，再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。调幅后的跨中弯矩为：()CLR12MMMMMMb=+D+D=-MMLMRM43混凝土结构设计第3章3.6.2 水平荷载作用下的内力近似计算方法n反弯点法 快，但不精确 适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用 下的弯矩值。44混凝土结构设计第3章 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（

19、以EI梁=为前题）。反弯点位置图45混凝土结构设计第3章 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧移刚度为：EIci 第i根柱的刚度；hi 第i根柱的柱高。c312iiiEIDh=3-16Di2c6iihEI2c6iihEI3c12iiihEID 46混凝土结构设计第3章 以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。u 顶层因此各柱的剪力为：313233331313323233333333333132333110jXVVVFVD VD VD FFDDDD=+=D=+333331jjjjDVFD=3-173-1847混凝土结构设计第3章u 第二层各柱的剪力为：()2323221

20、jjjjDVFFD=+3-1948混凝土结构设计第3章u 第一层各柱的剪力为：()13132111jjjjDVFFFD=+3-2049混凝土结构设计第3章 柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值便可以求出每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。边节点：bc1c2MMM=+bcMM=50混凝土结构设计第3章 中节点：()b1b1c1c2b1b2iMMMii=+()b2b2c1c2b1b2iMMMii=+b1b1cb1b2iMMii=+b2b2cb1b2iMMii=+51混凝土结构设计第3章n D值法 （计算较麻烦，但精度较高）（1）反弯点法的问题 柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚

21、度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比影响；认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱位置、上下层梁的线刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。（2）D值法的基本思想 与反弯点法相比：相同之处 先确定反弯点位置不同之处 考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。D值法又称为修正的反弯点法，适用于梁柱线刚度比小于3的情况。52混凝土结构设计第3章（3）柱的抗侧刚度 式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。柱的部位及固定情况一般层底层，下面固支底层，下端铰支c1234c2iiiiii+=c2iia=+12ciiii+=c0.52iia+=+12cii

22、ii+=c0.512iia=+i1i2ici3i4i1i2ici1i2icc1c312EIDDhaa=3-2153混凝土结构设计第3章（4）修正的反弯点高度式中 y0标准反弯点高度比；y1因上、下层梁刚度比变化 的修值；y2因上层层高变化的修正值；y3因下层层高变化的修正值。()1BAiABiMV yhMVy h=-柱端弯矩ViVi0123y yyyy=+3-2254 横梁刚度变化对反弯点位置的影响 上下层横梁线刚度比对y0的修正值y1 55 层高变化对反弯点位置的影响 56表3.6 上下层高变化对y0的修正值y2和y3 57混凝土结构设计第3章n门架法（1）基本假定 梁柱的反弯点位于它们的中

23、点处；柱中点处的水平剪力按各柱支承框架梁的长度与框架总宽度之比进行分配。ll58混凝土结构设计第3章3.7内力组合3.7.1 控制截面梁：跨中、支座截面共三个。柱：柱顶、柱底截面共两个。梁控制截面柱控制截面控制截面：在杆件几个主要截面的内力求出后，按此内力进行杆件配筋，可以保证此杆有足够的可靠度。59混凝土结构设计第3章3.7.2 控制截面最不利内力类型梁跨中截面：+Mmax及相应的V（正截面设计）梁支座截面：-Mmax及相应的V（正截面设计）Vmax及相应的M （斜截面设计）柱 截 面：+Mmax及相应的N、V -Mmax及相应的N、V Nmax及相应的M、V Nmin及相应的M、V Vma

24、x及相应的M、N60混凝土结构设计第3章由图可见：对于大偏压，M相等或相近时，N越小越不利；对于小偏压，M相等或相近时，N越大越不利；无论大小偏压，当N相等或相近时，M越大越不利。61混凝土结构设计第3章GGkQ1Q1kGGkQQ k10.9niiiSSSSSSgggg=+=+当其效应对结构不利时1.2当其效应对结构有利时1.0或0.9一般情况1.2；标准值大4kN/m2的工业房屋楼面1.33-233-24GGkQcQk1niiiiSSSgg y=+当其效应对结构不利时1.35当其效应对结构有利时1.0或0.9可变荷载Qi的组合值系数3-252.由永久荷载效应控制的组合由3.7.3 控制截面最

25、不利内力计算 框架结构的基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：1.由可变荷载效应控制的组合62混凝土结构设计第3章3.8侧移验算 弹性变形验算是指对其在正常使用条件下的侧移验算。主要是风和水平地震作用的验算。框架在水平荷载作用下的侧移由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形产生。一般情况下，可只考虑由于梁柱弯曲变形产生的侧移。n侧移值的计算pjjijVuDD=框架层间侧移j层侧移1jjjju=D1550uhD第j层的总剪力第j层各柱侧向总刚度3-263-2763混凝土结构设计第3章3.9框架结构配筋计算及构造要求 框架梁、柱的正截面和斜截面的配筋计算可按混凝土结构设计原理中的钢筋混凝土

26、受弯和偏心受压构件的配筋计算。3.9.1 框架梁的配筋计算 1、梁的注意事项：当楼板与框架整体浇灌时，梁的跨中应按T形截面计算，支座处按矩形截面计算。梁端破坏时，破坏截面位于柱的边缘处，梁端的控制截面在柱边，应以柱边的弯矩和剪力值作为配筋计算的内力值：()22bMMVbVVgq=-=-+支支支计组组支支计组3-283-29 有次梁时注意配附加钢箍或设吊筋；64 2、框架梁正截面设计 单筋，双筋判断 单筋：双筋：3、框架梁斜截面设计 验算截面尺寸 计算公式：均布荷载作用下 集中荷载作用下 4、框架梁的裂缝宽度验算 65Q&A问答环节敏而好学，不耻下问。学问学问，边学边问。Heisquickandeagertolearn.Learningislearningandasking.66结束语感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边点击进入67谢谢您的观看与聆听Thankyouforwatchingandlistening