鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu)教學(xué)培訓(xùn)學(xué)習(xí)PPT.ppt

1 第三部分鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)體系與布置一般設(shè)計要求和原則框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 2 第三節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算 豎向荷載作用下內(nèi)力的近似計算 分層法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 一 反彎點法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 二 d值法水平荷載作用下側(cè)移近似計算 3 電算一般采用矩陣位移法 手算一般采用近似法 豎向荷載下用分層法 水平荷載下用反彎點法或d值法 1 豎向荷載作用下內(nèi)力的近似計算 分層法 4 一般分層法假定 1 多層多跨框架的側(cè)移極小可忽略不計 2 每層梁上的荷載對其他各層梁的影響可忽略不計 由這兩個假定 可將各層梁及其上 下柱所組成的框架作為獨立的計算單元分層計算 5 6 分層計算所得的梁彎矩即為其最后彎矩 每一柱彎矩需由上 下兩層計算所得的彎矩疊加而成 分層計算中 由于假定上 下柱遠端為固定 但實際上有轉(zhuǎn)角 為減少誤差 應(yīng)作些處理 底層柱的線剛度不變 取其傳遞系數(shù)為1 3 其他各層柱的線剛度乘以0 9的折減系數(shù) 取其傳遞系數(shù)為1 3 節(jié)點處彎矩常不為零 如需修正可將節(jié)點不平衡力矩再作一次彎矩分配 7 直捷分層法對上述分層法再簡化 遠端剛接柱的線剛度不再乘以折減系數(shù)0 9 除柱腳固定支承的底層柱從上端以1 2的傳遞系數(shù)將彎矩傳給柱腳外 其他各層柱在上 下端不再傳遞彎矩 柱端彎矩也無需從相鄰兩層的分析中疊加 8 第三節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算 豎向荷載作用下內(nèi)力的近似計算 分層法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 一 反彎點法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 二 d值法水平荷載作用下側(cè)移近似計算 9 多層多跨框架的水平荷載一般都可歸結(jié)為節(jié)點荷載 各桿的彎矩圖都為直線形 每柱一般都有一個反彎點 2 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 一 反彎點法 10 當框架每層都不缺梁又不考慮軸力引起的變形 則每層橫梁標高處各柱端的水平位移均相同 計算的關(guān)鍵在于確定各柱間剪力的分配和各柱反彎點位置 11 假定 1 確定各柱間剪力分配時 認為各柱上下兩端都不發(fā)生角位移 即認為梁的線剛度與柱的線剛度之比為無限大 i梁 3i柱 2 確定各柱的反彎點位置時 又認為除底層以外的各柱 受力后上下兩端產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)角 即除底層外的各層柱的反彎點在該柱的高度中央 底層柱的反彎點位于離柱底2 3的底層柱高處 3 梁端彎矩可由節(jié)點平衡求出 12 例 沿頂層各柱的反彎點處切開 由水平力的平衡條件 13 由假定 1 稱為該柱的側(cè)移剛度 表示柱端產(chǎn)生單位水平位移 時 柱端所需施加的水平力 稱為線剛度 14 有了各柱剪力 由假定 2 的反彎點位置 可確定各柱的彎矩圖 由假定 3 可確定各梁的彎矩圖 按各梁的剛度分配 同理 可求出其他各層的內(nèi)力 15 第三節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算 豎向荷載作用下內(nèi)力的近似計算 分層法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 一 反彎點法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 二 d值法水平荷載作用下側(cè)移近似計算 16 日本武騰清于1933年提出了d值法 對反彎點法作了改進 d值法認為 3 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 二 d值法 1 柱的側(cè)移剛度不但與柱本身的線剛度和層高有關(guān) 而且與梁的線剛度有關(guān) 2 柱的反彎點不應(yīng)是定值 而應(yīng)是個變數(shù) 與柱梁間的線剛度比 柱所在樓層位置 上下層梁間的線剛度比 上下層層高 房屋的總層數(shù)等有關(guān) 17 修正后的柱側(cè)移剛度d柱的側(cè)移剛度d是當柱上下端在水平方向上產(chǎn)生單位相對位移時 柱所承受的剪力 對于框架結(jié)構(gòu)中的第j層第k柱 18 以不是底層的柱ab為例說明柱的側(cè)移剛度d的求法 框架受力后 柱ab上下端的位移差為 柱的弦轉(zhuǎn)角 19 假定 1 柱ab及與其相鄰的兩個柱的線剛度皆為 2 柱ab及與其相鄰的兩個柱的弦轉(zhuǎn)角皆為 即層間水平位移皆為 3 柱ab及與其相鄰的各桿端的轉(zhuǎn)角皆為 4 與柱ab相交的橫梁的線剛度分別為 20 將以上兩式相加 化簡后得 由節(jié)點a b的力矩平衡條件 可得 式中 21 柱ab所受到的剪力為 令 則 22 與反彎點法 相比 是考慮了梁柱線剛度比值對柱側(cè)移剛度的一個影響系數(shù) 類似于通過分析和簡化 可得底層柱的d值 柱腳為固定時 柱腳為鉸接時 23 各層柱的反彎點位置假定各層橫梁的反彎點在各橫梁跨度的中央而該點又無豎向位移 即同層各節(jié)點的轉(zhuǎn)角相等 各層柱的反彎點位置與該柱上下端轉(zhuǎn)角的大小有關(guān) 上下端的轉(zhuǎn)角相同 反彎點在柱高的中央 上端轉(zhuǎn)角大于下端轉(zhuǎn)角 反彎點偏于柱下端 24 影響柱兩端轉(zhuǎn)角大小 反彎點位置 的因素有 梁柱的線剛度比 該柱所在樓層位置 標準反彎點 上下橫梁線剛度比 修正值 層高變化的影響 修正值或 各層柱的反彎點高度 25 可由有關(guān)表格查得 其具體推導(dǎo)可用力法 詳見有關(guān)參考書 由柱側(cè)移剛度和反彎點位置 則可和反彎點法一樣 求出各柱在反彎點處的剪力值及各桿的彎矩圖 26 第三節(jié)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算 豎向荷載作用下內(nèi)力的近似計算 分層法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 一 反彎點法水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算 二 d值法水平荷載作用下側(cè)移近似計算 27 可近似地看為由梁柱彎曲變形和柱軸向變形所引起的側(cè)移的疊加 側(cè)移 4 水平荷載作用下側(cè)移近似計算 28 由梁柱彎曲變形引起的側(cè)移第i層的層間相對位移可按d值法計算 第i層樓層剪力 共有m層 第i層第k柱的d值 共n根柱 框架將產(chǎn)生 剪切型 側(cè)移 29 由柱軸向變形引起的側(cè)移 框架受荷一側(cè)柱產(chǎn)生軸向拉力 另一側(cè)柱產(chǎn)生軸向壓力 外柱軸力大 內(nèi)柱軸力小 設(shè)內(nèi)柱軸力為零 外柱軸力 為上部水平荷載對該高程處所引起的彎矩 當房屋層數(shù)較多時 可近似地將軸力看成連續(xù)變化 由結(jié)構(gòu)力學(xué)公式 在軸力作用下頂點最大水平位移 30 n1 單位水平力作用于框架頂端時在外柱中的軸力 n 外荷載作用下在框架外柱中的軸力 a 外柱截面面積 假定外柱截面沿高度變化 a1 底層柱截面面積 對于外荷載q x 可得 31 對框架受均布荷載 沿房高成倒三角形荷載 頂部受水平集中荷載等情況 上式可表示為以下形式f n 僅隨n變化的參數(shù) 由有關(guān)圖表查出 f 沿房屋全高水平荷載f的總和 h越大 b越小 則越大 由分析可知 當h 50m或h b 4的結(jié)構(gòu)此時不可忽略 32 第三部分鋼筋混凝土多層框架結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)體系與布置一般設(shè)計要求和原則框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 33 第四節(jié)框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力非抗震設(shè)計抗震設(shè)計 34 1 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟 非抗震設(shè)計步驟 35 抗震設(shè)計步驟 36 第四節(jié)框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力非抗震設(shè)計抗震設(shè)計 37 分別按恒 活 風(fēng)載和地震作用等計算內(nèi)力 然后進行荷載效應(yīng)組合 2 內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力 控制截面及最不利內(nèi)力類型 框架梁 選兩個支座截面及跨中截面為控制截面 支座截面 最大負彎矩及最大剪力 水平力下可能會為正彎矩 跨中截面 最大正彎矩 可能會有負彎矩 選擇最大值配筋 38 框架柱 上下兩端截面 彎矩最大 剪力 軸力變化不大 應(yīng)選擇最不利內(nèi)力組合來配筋 m n 一般為對稱配筋 及相應(yīng)的n nmax及相應(yīng)的m nmin及相應(yīng)的m比較大 但n較大或較小 也需組合vmax以驗算斜截面承載力 截面配筋時 采用構(gòu)件端部截面內(nèi)力 39 豎向活荷載的布置 恒載在內(nèi)力計算時必須滿布 活載布置有最不利布置 活載布置可分兩種情況 40 1 豎向活載很大的建筑 應(yīng)考慮活載的不利布置如多層工業(yè)廠房 圖書館書庫 倉庫等 一般可采用逐跨加荷組合法 分別計算僅各跨單獨作用荷載的截面內(nèi)力 然后進行內(nèi)力組合 得出各截面的最不利內(nèi)力 為簡化計算 可按各跨承受單位均載1kn m2計算 然后再乘以實際活 恒載 此法概念簡單 但計算工作量大 適用于電算 41 2 忽略活載布置對內(nèi)力的影響 按各跨滿載計算適用于 一般民用及公共高層建筑 活載較小約為1 5 2 5kn m2 與地震作用組合 不考慮活載不利布置時 計算的梁跨中彎矩將會偏小 可根據(jù)荷載大小乘以1 1 1 2的增大系數(shù) 42 豎向荷載與水平荷載在梁內(nèi)產(chǎn)生的跨中最大組合彎矩設(shè)計值一般不在跨中 可計算梁跨中不同位置的彎矩值 取其中最大值近似作為梁跨中彎矩最大值 43 塑性調(diào)幅 在豎向荷載作用下 框架中允許梁端出現(xiàn)塑性鉸 故可考慮塑性內(nèi)力重分布 通常降低支座彎矩 支座彎矩調(diào)幅系數(shù)見下表 調(diào)幅后的支座彎矩值 44 支座彎矩調(diào)幅后 必須相應(yīng)加大跨中彎矩 通?？缰袕澗爻艘? 1 1 2調(diào)整系數(shù)并滿足下圖要求 跨中彎矩應(yīng)滿足下式要求 塑性調(diào)幅是豎向荷載下的內(nèi)力調(diào)整 要在內(nèi)力組合前進行 45 水平荷載作用方向 一般應(yīng)考慮作用在主軸方向 但可以是正 負兩向 只需計算一次 對平面布置復(fù)雜或不對稱的結(jié)構(gòu) 應(yīng)作具體分析 考慮不同方向?qū)?gòu)件產(chǎn)生的不利內(nèi)力 46 內(nèi)力組合 分別計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力 將以處理過控制截面的內(nèi)力進行組合 承載能力計算 由可變荷載效應(yīng)控制的組合 由永久荷載效應(yīng)控制的組合 47 第四節(jié)框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力非抗震設(shè)計抗震設(shè)計 48 對于非抗震設(shè)計 承載力計算表達為框架梁的配筋計算及一般構(gòu)造要求如前述 框架柱的配筋計算及構(gòu)造要求按受壓構(gòu)件的方法和要求進行 框架柱的計算長度按下表取用 3 非抗震設(shè)計 49 框架梁柱節(jié)點的構(gòu)造特點 梁上部縱向鋼筋在框架中間層端節(jié)點內(nèi)的錨固 梁下部縱向鋼筋在框架中間節(jié)點或中央支座范圍的錨固與搭接 50 梁上部縱向鋼筋與柱外側(cè)縱向鋼筋在頂層端節(jié)點的搭接 頂層中節(jié)點柱縱向鋼筋的錨固 51 第四節(jié)框架結(jié)構(gòu)截面設(shè)計與構(gòu)造要求 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟內(nèi)力組合及最不利內(nèi)力非抗震設(shè)計抗震設(shè)計 52 對于抗震設(shè)計 承載力計算表達為承載力抗震調(diào)整系數(shù)按下表取值 4 抗震設(shè)計 53 一般規(guī)定 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度 m 設(shè)防烈度6789最大高度60554525 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計 應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度 結(jié)構(gòu)類型 房屋高度按下表采用不同的抗震等級 并符合相應(yīng)的計算要求和抗震構(gòu)造措施 54 有抗震設(shè)防要求的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件 其縱向受力鋼筋的錨固和連接接頭除應(yīng)滿足非抗震設(shè)計的要求外 還應(yīng)滿足以下要求 縱向受力鋼筋的抗震錨固長度 應(yīng)按下列公式計算 一 二級抗震等級三級抗震等級四級抗震等級為非抗震設(shè)計的縱向受力鋼筋的錨固長度 當采用搭接接頭時 縱向受力鋼筋的抗震搭接長度 應(yīng)按下列公式計算 為非抗震設(shè)計的縱向受力鋼筋的搭接長度修正系數(shù) 55 框架梁的設(shè)計 1 正截面受彎承載力采用非抗震的計算公式并考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)進行計算 且應(yīng)符合非抗震的構(gòu)造要求 但還應(yīng)滿足以下 抗震 要求 梁端縱向受拉鋼筋的配筋率 2 5 計入縱向受壓的鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度應(yīng)符合 二級抗震等級二 三級抗震等級 56 2 斜截面受剪承載力為了滿足框架梁 強剪弱彎 的要求 應(yīng)考慮增大剪力設(shè)計值 在確定框架梁抗震驗算的受剪承載力時應(yīng)考慮低周反復(fù)荷載的影響 梁端抗震剪力設(shè)計值 的確定梁端剪力設(shè)計值 應(yīng)根據(jù)梁端彎矩和梁上重力荷載按梁的靜力平衡條件確定 57 9度設(shè)防烈度的各類框架和一級抗震等級的框架結(jié)構(gòu)且大于下式的計算值 式中 框架梁左 右端按實配鋼筋截面面積 材料強度標準值 且考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計算的正截面抗震受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值 考慮地震作用組合的框架梁左 右端彎矩設(shè)計值 考慮地震作用組合時的重力荷載代表值產(chǎn)生的剪力設(shè)計值 可按簡支梁計算確定 58 其他情況二級抗震等級三級抗震等級四級抗震等級 地震作用組合下的剪力設(shè)計值 59 斜截面受剪承載力計算公式考慮到低周反復(fù)荷載作用下 梁剪壓區(qū)混凝土的抗剪能力的下降 考慮地震作用組合的框架梁的斜截面受剪承載力計算公式應(yīng)按非抗震的計算公式乘以一個折減系數(shù) 截面控制條件 取折減系數(shù)為0 8 當跨高比時 取 式中 混凝土強度影響系數(shù) 當混凝土強度等級 c50時 取 當混凝土強度等級為c80時 取 其間按線性內(nèi)插法確定 60 斜截面受剪承載力計算公式 混凝土的抗剪承載力取折減系數(shù)為0 6 一般框架梁集中荷載作用下的框架梁 61 3 框架梁的抗震構(gòu)造要求 詳見規(guī)范或參考書 縱向受拉鋼筋的最小配筋率的要求 62 梁端箍筋的加密區(qū)長度 箍筋最大間距和最小直徑 其他構(gòu)造要求詳見規(guī)范或參考書 63 框架柱的設(shè)計 對于框架柱的抗震設(shè)計 必須滿足 強柱弱梁 的要求 力求避免框架結(jié)構(gòu)形成柱鉸機理 盡量使結(jié)構(gòu)的非彈性變形局限于框架梁內(nèi) 此外 還必須防止框架柱過早地發(fā)生剪切破壞 設(shè)計中應(yīng)滿足 強剪弱彎 的要求 64 1 框架柱的節(jié)點上 下柱端的截面內(nèi)力的確定 節(jié)點上 下柱端的彎矩設(shè)計值 9度設(shè)防烈度的各類框架和一級抗震等級的框架結(jié)構(gòu)且大于下式的計算值 式中 考慮地震作用組合的節(jié)點上 下柱端的彎矩設(shè)計值之和 柱端彎矩設(shè)計值的確定 在一般情況下 將上式計算的彎矩之和 按上 下柱端彈性分析所得的考慮地震作用組合的彎矩比進行分配 65 式中 同一節(jié)點左 右梁端 按順時針和逆時針方向采用實配鋼筋截面面積 材料強度標準值 且考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計算的正截面抗震受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值之和的較大者 同一節(jié)點左 右梁端 按順時針和逆時針方向計算的考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計值之和的較大者 一級抗震等級 當兩端彎矩均為負值時 絕對值較小的彎矩值應(yīng)取零 考慮地震作用組合的框架結(jié)構(gòu)底層柱的彎矩設(shè)計值 對一 二 三級抗震等級應(yīng)按考慮地震作用組合的彎矩設(shè)計值分別乘以1 5 1 25和1 15確定 66 節(jié)點上 下柱端的軸力設(shè)計值應(yīng)取地震作用組合下各自的軸力設(shè)計值 67 9度設(shè)防烈度的各類框架和一級抗震等級的框架結(jié)構(gòu)且大于下式的計算值 式中 框架柱上 下端按實配鋼筋截面面積 材料強度標準值 且考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)計算的正截面抗震受彎承載力所對應(yīng)的彎矩值 考慮地震作用組合 且調(diào)整后的框架柱上 下端彎矩設(shè)計值 柱的靜高 節(jié)點上 下柱端的剪力設(shè)計值 68 2 框架柱的正截面受彎承載力采用非抗震的計算公式并考慮承載力抗震調(diào)整系數(shù)進行計算 且應(yīng)符合非抗震和抗震的構(gòu)造要求 69 截面控制條件當剪跨比時 取當剪跨比時 取 3 框架柱的斜截面受彎承載力 70 斜截面受剪承載力計算公式式中 考慮地震作用組合的框架柱軸向壓力設(shè)計值 當時 取 當考慮地震作用組合的框架柱出現(xiàn)拉力時 計算公式式中 考慮地震作用組合的框架柱軸向拉力設(shè)計值 71 4 框架柱的抗震構(gòu)造要求 柱全部縱向受力鋼筋的最小配筋率 72 框