顧祥林-多層框架結(jié)構(gòu).ppt

第四章 多層框架結(jié)構(gòu),同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系顧祥林,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,框架：由梁和柱所組成的桿系結(jié)構(gòu)?？捎糜?0m以下的多層房屋中,結(jié)構(gòu)形式,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,*現(xiàn)澆式：整體性能好，抗震性能好，現(xiàn)場工作量大，費模板,結(jié)構(gòu)形式-按施工方法分,*裝配式：標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)，施工速度快，整體性能差，抗震性能弱,*裝配整體式：兼有現(xiàn)澆式和裝配式兩者的優(yōu)點,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,受力特點,水平荷載作用下結(jié)構(gòu)整體呈剪切型變形，單個構(gòu)件以彎曲變形為主,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,結(jié)構(gòu)布置,*柱網(wǎng)的布置：柱距：3.37.2m，梁跨：4.57.0m,*承重框架的布置,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,當(dāng)結(jié)構(gòu)不同部位荷載差異較大地基土壓縮性有顯著差異,沉降縫,當(dāng)平面形狀復(fù)雜、高度方向有高差、質(zhì)量分布不均勻,抗震縫,當(dāng)房屋過長或過寬時,伸縮縫,變形逢的設(shè)置,縫寬50mm,縫寬70mm,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,豎向布置,在滿足建筑功能要求的同時，盡量避免收進(jìn)、挑出、抽梁、抽柱,層高為：2.84.2m,一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,構(gòu)件的選型,樓蓋,現(xiàn)澆式 裝配式 裝配整體式,梁、板尺寸的選擇同梁板結(jié)構(gòu),一、結(jié)構(gòu)的形式和布置 1. 結(jié)構(gòu)形式布置,構(gòu)件的選型,在裝配式或裝配整體式樓蓋中，梁的截面形式有如下幾種（可以增大凈空，減小總高度）：,柱截面的形式一般為矩形和方形，也可為T形或圓形。先按軸壓估計柱的截面尺寸，在乘以1.21.5的放大系數(shù),二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,取軸線間的距離,節(jié)點：視構(gòu)造情況可以是剛節(jié) 點也可以是鉸接點,二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,節(jié)點,視構(gòu)造情況可以是剛節(jié)點也可以是鉸接點,二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,構(gòu)件截面的抗彎剛度（梁）,考慮樓板的加強(qiáng)作用, I0為不考慮樓板加強(qiáng)作用時的慣性矩,*現(xiàn)澆式：中框架I=2.0I0 邊框架I=1.5I0,*裝配整體式：中框架I=1.5I0 邊框架I=1.2I0,*裝配式：I=I0,二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算 2. 荷載計算,水平荷載按圖示陰影范圍計算,一般將水平荷載（風(fēng)或地震）簡化成作用于節(jié)點的水平集中力,豎向荷載按樓蓋的形式確定，對活荷載還應(yīng)作適當(dāng)折減,樓面活荷載為等效均布荷載,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,彎矩分配法或迭代法,結(jié)構(gòu)的側(cè)移幾乎為零,可采用彎矩分配法或迭代法,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,分層法,認(rèn)為某層框架梁上的荷載只給本層梁及與本層梁相連的框架產(chǎn)生剪力和彎矩,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,分層法,實際上遠(yuǎn)端并非固結(jié)，為反映實際情況，做如下處理：,*除底層外，其余各柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù),*除底層外，其余各柱的彎矩傳遞系數(shù)取為1/3,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,反彎點，此處只有剪力無彎矩,*彎矩為0點=反彎點,*假定： 1）底層反彎點在距基礎(chǔ)頂2/3柱高處 2）其它層柱的反彎點在1/2柱高處,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,平衡條件,梁的抗彎剛度“無窮大”,假定梁的線剛度“無窮大”,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,*求出各柱的彎矩后，由節(jié)點的平衡條件求的作用在梁端的總彎矩，再按梁的線剛度進(jìn)行分配,*根據(jù)梁的平衡條件求梁的剪力,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,反彎點法的兩個基本假定：反彎點高度不變和梁的剛度為無窮大,給算法帶來了簡化，卻降低了精度,日本武藤清教授提出改進(jìn)反彎點法即D值法，對柱的抗側(cè)剛度和柱中反彎點的高度進(jìn)行修正,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,考慮柱端梁的變形和約束后，柱的抗側(cè)剛度D為：,考慮柱上下端節(jié)點彈性約束的修正系數(shù),三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,取框架中的柱AB分析，假定：,*柱AB及其上下相鄰柱子的線剛度為ic,*柱AB及其上下相鄰柱子的層間位移為j,*柱AB兩端節(jié)點及其上下左右相鄰各節(jié)點的轉(zhuǎn)角均為,*與柱AB相交的梁的線剛度分別為i1、i2、i3、i4,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,根據(jù)A、B兩點力的平衡條件：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,AB柱所受的剪力為：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,類似地可以導(dǎo)出底層柱的抗側(cè)剛度：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,求得柱的抗側(cè)剛度D后，可按與反彎點類似的方法，推導(dǎo)出第j層第k柱的剪力：,已知柱的剪力，要求柱的彎矩，還需知道柱的反彎點位置？,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,柱反彎點的位置取決于其上下端彎矩的比值。,假定同層各橫梁的反彎點均在各橫梁跨度的中央而該點無豎向位移?？捎孟铝心Ｐ瓦M(jìn)行計算分別考慮各因素對反彎點的影響。,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,假定框架橫梁的線剛度、柱的線剛度和層高沿框架高度保持不變,上下橫梁剛度不同，反彎點向剛度較小的一端偏移,上下層層高變化時,D值法,柱的反彎點高度y0h，附表4-3，4-4,標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比,對y0加一增量y1進(jìn)行修正 ，附表4-5,對y0加增量y2、 y3進(jìn)行修正 ，附表4-6,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,經(jīng)上述修正后，柱底至反彎點的高度可按下式計算：,D值法,Vjk和yh,柱的彎矩,梁的彎矩,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,框架結(jié)構(gòu)的變形特點,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移-剪切形,柱軸向變形引起的側(cè)移-彎曲形,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,側(cè)移計算,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,側(cè)移計算,柱軸向變形引起的側(cè)移,假定內(nèi)部中柱的軸力為0,外柱軸力為：,上部水平荷載在計算截面引起的彎矩,外柱軸線間的距離,單位力法：,單位水平力作用在框架頂引起的柱中軸力,外載引起的柱中軸力,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,彈性側(cè)移的限值,控制頂部最大位移，避免影響使用,控制層間相對側(cè)移，避免填充墻出現(xiàn)裂縫,限值見教材表4-2,對裝配整體式框架，計算的側(cè)移值應(yīng)放大20%,四、溫度的影響 1. 季節(jié)溫度,施工時的氣溫為t1，使用時的氣溫為t2，溫差為t= t1 t2,四、溫度的影響 2. 內(nèi)外溫差,內(nèi)柱的溫度為t1，邊柱的溫度為t2，且 t1t2，則邊柱將縮短,四、溫度的影響 3. 日照溫差,框架右側(cè)有日照時，右側(cè)伸長，框架整體彎曲。當(dāng)框架平面不對稱時，還會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。,五、框架桿件的設(shè)計 1. 控制截面,柱的彎矩呈線性變化,控制截面可取上下柱端截面,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（為簡化可取跨中截面）,五、框架桿件的設(shè)計 1. 控制截面,均布荷載下： M Mc-Vcb/2 V = Vc-（g+q）b/2 集中荷載下： M = Mc-Vcb/2 ，V = Vc,柱可作類似的計算,五、框架桿件的設(shè)計 2. 荷載效應(yīng)組合,基本表達(dá)式,由可變荷載控制的組合：,由永久荷載控制的組合：,對標(biāo)準(zhǔn)值大于4kN/m2的樓面活荷載應(yīng)取1.3,五、框架桿件的設(shè)計 2. 荷載效應(yīng)組合,*梁: 梁端最大負(fù)彎矩確定頂部配筋；跨中最大正彎矩確定底部配筋；最大剪力確定箍筋,最不利的內(nèi)力,*柱: 同單層工業(yè)廠房柱,五、框架桿件的設(shè)計 3. 豎向活荷載的最不利位置,分跨計算組合法,每次僅在一根梁上布置活荷載，計算整個框架的內(nèi)力,求出所有這些內(nèi)力后對給定截面同號內(nèi)力相加即可得出該截面的最大內(nèi)力,五、框架桿件的設(shè)計 3. 豎向活荷載的最不利位置,最不利荷載法,跨中最大正彎矩,梁端最大負(fù)彎矩或柱端最大彎矩用類似方法求出,五、框架桿件的設(shè)計 3. 豎向活荷載的最不利位置,分層組合法,*梁: 僅考慮本層活荷載的不利布置，其方法同連續(xù)梁,*柱端彎矩: 只考慮與該柱相鄰層的活荷載的影響,*柱的軸力：對于與柱不相鄰的上層活荷載，僅考慮其軸力的傳遞而不考慮其彎矩的作用,五、框架桿件的設(shè)計 3. 豎向活荷載的最不利位置,滿布荷載法,當(dāng)活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)小于恒載產(chǎn)生的內(nèi)力時，可不考慮活荷載的不利布置，將活荷載滿布與框架梁上,對梁支座處的彎矩影響不大,對梁跨中的彎矩應(yīng)乘以1.11.2的放大系數(shù),五、框架桿件的設(shè)計 4. 梁端彎矩調(diào)幅,現(xiàn)澆框架,調(diào)幅系數(shù)取0.80.9,裝配整體式框架,調(diào)幅系數(shù)取0.70.8,五、框架桿件的設(shè)計 5. 構(gòu)件的設(shè)計,框架柱的計算長度,我國規(guī)范規(guī)定的計算長度見教材表4-2,梁柱截面的設(shè)計同普通鋼筋混凝土梁柱,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的基本概念,*一階段受力疊合梁: 施工時預(yù)制梁下有可靠支撐，預(yù)制梁不受力。待后澆層達(dá)強(qiáng)度后，再拆除支撐，新老混凝土共同受力,*二階段受力疊合梁: 施工時預(yù)制梁以簡支梁的方式受力。待后澆層達(dá)強(qiáng)度后，新老混凝土再共同受力,一階段受力疊合梁除疊合面受剪應(yīng)按疊合梁計算外，其他計算原則和方法同整澆梁。,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的試驗研究,疊合梁的撓度、鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度均比整澆梁大，承載能力和整澆梁基本相同,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的受力特點,疊合梁中受拉鋼筋的應(yīng)力始終大于相同條件下的整澆梁-受拉鋼筋應(yīng)力超前,疊合層中混凝土的壓應(yīng)力始終小于相同條件下的整澆梁-受區(qū)混凝土應(yīng)變滯后,承載力極限狀態(tài)下進(jìn)入塑性變形后原來的應(yīng)力應(yīng)變歷史已被遺忘-極限承載力相同,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的承載力計算-第一階段預(yù)制梁的承載力,分別為預(yù)制梁、預(yù)制樓板、疊合層自重在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設(shè)計值,第一階段施工活荷載在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設(shè)計值,*第一階段是指疊合層混凝土未達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計值的階段。在此階段，預(yù)制梁是簡支梁，其彎矩設(shè)計值和剪力設(shè)計值。,預(yù)制梁的承載力計算方法與普通構(gòu)件相同,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的承載力計算-第二階段預(yù)制梁的承載力,*第二階段是指疊合層混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計值后的階段。在此階段，梁柱已形成框架的一部分，其彎矩設(shè)計值和剪力設(shè)計值。,分別為第二階段面層、吊頂?shù)茸灾卦谟嬎憬孛娈a(chǎn)生的彎矩和剪力設(shè)計值,第二階段荷載效應(yīng)組合中可變荷載在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設(shè)計值，應(yīng)取本階段施工活荷載和使用階段活載中的較大內(nèi)力值,疊合梁正截面、斜截面承載力的計算方法與普通構(gòu)件相同,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的承載力計算-混凝土強(qiáng)度的取值,*正彎矩區(qū)段，按疊合層取用，負(fù)彎矩區(qū)段按計算截面受壓區(qū)的實際情況取用。,*受剪承載力計算時，取預(yù)制梁和疊合層中較低的混凝土強(qiáng)度等級進(jìn)行計算，同時求得疊合梁的受剪承載力設(shè)計值不應(yīng)低于預(yù)制梁的受剪承載力設(shè)計值,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的承載力計算-疊合面的受剪承載力驗算,當(dāng)疊合梁的箍筋符合普通梁和疊合梁的構(gòu)造要求時，疊合面的受剪承載力應(yīng)按下式驗算：,混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計值，取疊合層和預(yù)制梁中的較低值,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁縱向受拉鋼筋的應(yīng)力驗算-避免受拉鋼筋在使用階段屈服,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁裂縫寬度計算,預(yù)制梁混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,最大裂縫寬度不應(yīng)超出規(guī)范的允許值,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的撓度計算-按“最小剛度原則”進(jìn)行撓度驗算,疊合梁的長期剛度,預(yù)制梁在第二階段的短期剛度，可按普通鋼筋混凝土梁的方法計算,疊合梁在第二階段的短期剛度,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的撓度計算-按“最小剛度原則”進(jìn)行撓度驗算,疊合梁在第二階段的短期剛度，在正彎矩區(qū)段：,疊合梁在第二階段的短期剛度，在負(fù)彎矩區(qū)段，可按普通鋼筋混凝土梁的方法計算,五、框架桿件的設(shè)計 6. 疊合梁的設(shè)計,疊合梁的構(gòu)造要求,疊合梁的構(gòu)造要求見教材中的有關(guān)內(nèi)容p.197,六、框架節(jié)點設(shè)計和構(gòu)造要求 1. 節(jié)點設(shè)計,* 非抗震設(shè)計的節(jié)點一般不進(jìn)行單獨的計算,* 將柱中的縱筋和箍筋直接通過節(jié)點，梁中的縱筋在節(jié)點中錨固,* 框架節(jié)點區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級不低于柱的混凝土強(qiáng)度等級。并且在裝配整體式框架中，現(xiàn)澆節(jié)點的混凝土強(qiáng)度等級宜比預(yù)制柱的混凝土強(qiáng)度等級提高一級,六、框架節(jié)點設(shè)計和構(gòu)造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-頂層梁上部縱筋的錨固e0=M/N,六、框架節(jié)點設(shè)計和構(gòu)造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-其它層梁上部縱筋的錨固,六、框架節(jié)點設(shè)計和構(gòu)造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-梁下部縱筋的