混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3多層和高層框架結(jié)構(gòu)實(shí)用教案

1、3.2 框架結(jié)構(gòu)的布置(bzh)方法：3.2.1 結(jié)構(gòu)布置(bzh)的原則 既要滿足生產(chǎn)工藝和建筑平面布置(bzh)的要求，又要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。1. 鋼筋混凝土多高層建筑(o cn jin zh)的適用高度和高寬比 第1頁/共41頁第一頁，共42頁。 2 結(jié)構(gòu)豎向布置應(yīng)力求自下而上剛度(n d)變化均勻，體型均勻不突變，外形盡量減少外挑、內(nèi)收等。3 合理設(shè)置(shzh)變形縫，變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫。第2頁/共41頁第二頁，共42頁。沉降縫：高層建筑解決建筑各部分沉降差大體上有三種方法處理：其一是設(shè)置沉降縫，稱為“放”；其二是采用端承樁或利用剛度較大的其他基礎(chǔ)來避免和抵抗沉

2、降差，稱之為“抗”；其三是采用留后澆帶來作為(zuwi)臨時沉降縫等沉降基本穩(wěn)定后再連為整體，不設(shè)永久性沉降縫，稱為“調(diào)”。 沉降縫位置： 建筑平面轉(zhuǎn)折部位；高度差異較大處；地基土的壓縮性有明顯的差異處；建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同處；分期建設(shè)(jinsh)房屋交界處。 沉降縫設(shè)置的寬度：二、三層取 50 mm80 mm，四、五層取 80 mm120 mm，五層以上不小于 120 mm。在沉降縫處房屋應(yīng)連同(lintng)基礎(chǔ)一起斷開。 第3頁/共41頁第三頁，共42頁。 防震縫：建筑物各部分層數(shù)、質(zhì)量、剛度(n d)差異過大或有錯層時，采用防震縫分開。防震縫最小寬度要求：不小于70mm，對于6度地

3、區(qū)最小寬度4H+10，7度5H-5， 8度7H-35， 9度10H-80（mm）3.2.2 結(jié)構(gòu)(jigu)布置方法橫向(hn xin)布置、縱向布置和雙向布置第4頁/共41頁第四頁，共42頁。3.3 3.3 截面(jimin)(jimin)估算3.3.1 框架(kun ji)梁（扁梁）第5頁/共41頁第五頁，共42頁。3.3.2 3.3.2 框架(kun ji)(kun ji)柱或：矩形柱最小截面250mm，圓形柱最小截面350mm,高寬比不宜大于3，沿高度方向(fngxing)變化不宜過多第6頁/共41頁第六頁，共42頁。3.4 3.4 計(jì)算(j sun)(j sun)簡圖的確定1. 計(jì)算

4、單元(dnyun)的確定 框架結(jié)構(gòu)建筑是一個由縱橫向框架組成的空間結(jié)構(gòu)體系。在一般情況下，為簡化計(jì)算，常常把它們簡化成平面框架進(jìn)行內(nèi)力分析(fnx)計(jì)算。例如橫向框架結(jié)構(gòu)布置體系就是把結(jié)構(gòu)簡化為橫向平面框架而縱向簡化為聯(lián)系梁受力的一種簡化模式。 第7頁/共41頁第七頁，共42頁。2、層高高和跨度(kud)的確定 在結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖中，桿件用軸線來表示。框架的跨度取柱子軸線之間的距離，當(dāng)上下層柱截面(jimin)尺寸變化時，一般以最小截面(jimin)的形心線來確定，框架的層高即柱的計(jì)算長度可取相應(yīng)的建筑層高3、節(jié)點(diǎn)(ji din)簡化 在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)和梁柱混凝土一次澆搗，通常把

5、其簡化為剛性節(jié)點(diǎn)。裝配框架整澆式節(jié)點(diǎn)是使用后澆混凝土將梁與柱連接部位的節(jié)點(diǎn)澆筑為整體的一種連接方式，可簡化為剛性節(jié)點(diǎn)。 全裝配式框架結(jié)構(gòu)則是在梁底和柱的某些部位預(yù)埋鋼板，安裝就位后進(jìn)行再焊接。由于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的自身變形能力較大，焊接質(zhì)量也難以保證，梁柱間會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動；因此，這類節(jié)點(diǎn)可以簡化為鉸接點(diǎn)或半鉸接點(diǎn)。 框架結(jié)構(gòu)支座通常情況下可簡化為固定支座。當(dāng)采用預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)時，則應(yīng)視構(gòu)造措施的不同而分別簡化為鉸支座和其他支座形式。 第8頁/共41頁第八頁，共42頁。4、荷載(hzi)計(jì)算 荷載(hzi)的種類 按作用方向可以分為豎向荷載(hzi)和水平荷載(hzi)。 荷載(hzi)按作用性質(zhì)可

6、以分為永久性荷載(hzi)和可變荷載(hzi)及偶然荷載(hzi)。永久荷載(hzi)包括結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備自重、裝飾及粉刷自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等?？勺兒奢d(hzi)有：樓面及屋面活荷載(hzi)、雪荷載(hzi)、風(fēng)荷載(hzi)、積灰荷載(hzi)、吊車荷載(hzi)、施工荷載(hzi)等。偶然荷載(hzi)有爆炸力和撞擊力等。 在抗震設(shè)防區(qū)，多高層建筑還要考慮地震作用，一般情況下應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計(jì)算；8、9 度抗震設(shè)防時，多高層建筑中大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震作用；9 度設(shè)防區(qū)應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。 第9頁/共41頁第九頁，共42頁。 荷載(hzi)的計(jì)算

7、 各種荷載的取值按建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 500092001 及全國民用建筑(jinzh)工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施的有關(guān)補(bǔ)充規(guī)定取值。但在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下因素： (1) 規(guī)范所給定的各項(xiàng)活荷載，適用于一般條件，當(dāng)荷載較大時或情況特殊(tsh)時，應(yīng)按實(shí)際情況采用。 (2) 設(shè)計(jì)樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時，按相關(guān)規(guī)范取值時應(yīng)乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。 (3) 樓面上的局部荷載可以換算為等效均布活荷載。 (4) 多層與高層建筑風(fēng)荷載計(jì)算時，一般情況下基本風(fēng)壓值按 50 年重現(xiàn)期采用，但不得小于 0.3 kN/m2。對于特別重要和對風(fēng)荷載作用比較敏感的高層建筑(高度大于 60 m)應(yīng)按100 年重現(xiàn)期風(fēng)壓

8、值采用。如果沒有 100 年重現(xiàn)期風(fēng)壓值資料時，可以近似采用 50年重現(xiàn)期風(fēng)壓值乘以增大系數(shù) 1.1 取值。 (5) 對于樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于 2.0 kN/m2或跨度相差較大的房屋建筑，按彈性方法計(jì)算框架和連續(xù)梁(板)的內(nèi)力時，應(yīng)考慮活載不利布置。 第10頁/共41頁第十頁，共42頁。3.5 3.5 內(nèi)力(nil)(nil)計(jì)算1、樓面(lu min)荷載分配原則樓面(lu min)荷載的傳遞2、豎向活荷載荷載的不利布置 高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算中，當(dāng)樓面活荷載大于4kN/m2時（高規(guī)），應(yīng)考慮樓面活荷載不利布置引起的梁彎矩的增大，對多層建筑要考慮豎向活荷載的不利布置 1）活荷載逐跨布置2）最不

9、利荷載布置法第11頁/共41頁第十一頁，共42頁。求某跨的最大跨中彎矩，活荷載應(yīng)在該跨布置，然后隔跨布置；柱的最大軸力的活荷載最不利(bl)布置，是在該柱以上各層中，與該柱相鄰的梁跨內(nèi)都滿部活荷載。第12頁/共41頁第十二頁，共42頁。3）分層組合法4）滿布(mn b)法 當(dāng)活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)小于恒載及水平力產(chǎn)生的內(nèi)力是，可不考慮活荷載的不利組合(zh)，用該種方法求得的跨中彎矩要乘以1.1-1.2的系數(shù)予以增大。3 3、豎向荷載(hzi)(hzi)作用下的內(nèi)力計(jì)算1）分層法基本假定(1) 豎向荷載作用下，多層多跨框架的側(cè)移可忽略不計(jì)。 (2) 每層梁上的荷載對其他各層梁的影響可忽略不計(jì)。 第

10、13頁/共41頁第十三頁，共42頁。 用力矩分配(fnpi)法求出各層框架的彎矩圖，然后疊加，即得其最終彎矩值。 第14頁/共41頁第十四頁，共42頁。u 由于在分層計(jì)算時，假定上、下柱的遠(yuǎn)端是固定的，而實(shí)際上是有轉(zhuǎn)角產(chǎn)生，是彈性節(jié)點(diǎn)，因此為了改善由于這種假定帶來的誤差，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，除底層各柱以外，可將其他各層立柱的線剛度均乘以一個(y )(y )折減系數(shù) 0.9 0.9，并取其傳遞系數(shù)為 1/3 1/3。 u 框架節(jié)點(diǎn)(ji din)(ji din)處的最終彎矩之和常不等于零而接近于零。這是由于分層計(jì)算所引起的。若欲進(jìn)一步修正，則可對此節(jié)點(diǎn)(ji din)(ji din)的不平衡力矩再作一次彎

11、矩分配。 第15頁/共41頁第十五頁，共42頁。第16頁/共41頁第十六頁，共42頁。4. 4. 水平荷載(hzi)(hzi)作用下的內(nèi)力近似計(jì)算“反彎點(diǎn)法” ” 在水平荷載作用下，我們不能再用分層法分析框架內(nèi)力，這是因?yàn)榉謱臃ǖ膬蓚€(lin )基本假定已不再適用。 第17頁/共41頁第十七頁，共42頁?；?jbn)假定：1）求個各柱的剪力時，假定各柱的上下端都不會發(fā)生角位移，即認(rèn)為梁的線剛度與柱的線剛度之比為無限大；（ib3ic）2）在確定柱的反彎點(diǎn)位置時，假定除了底層(d cn)柱外，各個柱的上下端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角均相同；即認(rèn)為除底層(d cn)外，各層反彎點(diǎn)位于層高的中點(diǎn)，底層(d cn)柱位

12、于距支座2/3層高處；3）梁端彎矩可由各節(jié)點(diǎn)平衡條件求出，并按節(jié)點(diǎn)左右梁的線剛度進(jìn)行分配；第18頁/共41頁第十八頁，共42頁。反彎點(diǎn)剪力的計(jì)算(j sun)：反彎點(diǎn)處的彎矩為零，剪力不為零，剪力可按下述方法(fngf)計(jì)算：第19頁/共41頁第十九頁，共42頁。設(shè)框架(kun ji)有n層，每層有m個柱jmjkjjnjiijVVVVFV.1jjjkjkuhiV212212jjkhi為兩端固定柱的側(cè)向剛度，表示柱上下端產(chǎn)生單位相對位移時，需要在柱頂施加的水平力，ju框架第j層的層間側(cè)向位移第20頁/共41頁第二十頁，共42頁。mkjjkjjhiVu1212jmkjkjkjkiiVv1再按假定(

13、jidng)2求各柱的桿端彎矩，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)彎矩平衡條件并根據(jù)假定(jidng)3，求得梁端彎矩：第21頁/共41頁第二十一頁，共42頁。5、水平(shupng)荷載作用下的D值法1、改進(jìn)后的柱側(cè)向(c xin)剛度D 柱的側(cè)向剛度是當(dāng)柱的上下端產(chǎn)生單位相對位移(wiy)時，柱所承受的剪力。jjkjkuVD第22頁/共41頁第二十二頁，共42頁。1. 柱AB及其上下相鄰柱的線剛度均為ic2. 柱AB及其上下相鄰的層間水平位移均為3. 柱AB兩端節(jié)點(diǎn)及其上下左右相鄰的各節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角(zhunjio)均為4. 與柱AB相交的橫梁的線剛度分別為i1、i2、i3、i4第23頁/共41頁第二十三頁，共42

14、頁。第24頁/共41頁第二十四頁，共42頁。第25頁/共41頁第二十五頁，共42頁。第26頁/共41頁第二十六頁，共42頁。 假定(jidng)框架橫梁的線剛度、框架柱的線剛度和層高沿框架高度保持不變求出各層反彎點(diǎn)的高度y0h稱為標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度。y0hy1hY2h、y3h第27頁/共41頁第二十七頁，共42頁。3.6、框架結(jié)構(gòu)側(cè)位移(wiy)計(jì)算及限值1、側(cè)位移(wiy)的近似計(jì)算mkjkjjDV1第j層框架(kun ji)層間水平位移：框架頂點(diǎn)的總水平位移：njj1u 只考慮梁柱的彎曲變形，未考慮軸向變形和截面的剪切變形第28頁/共41頁第二十八頁，共42頁。2、彈性(tnxng)層間位移角

15、限值。結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為：限值，規(guī)范規(guī)定框架：限值，規(guī)范規(guī)定框架層高層高間水平位移間水平位移：按彈性方法計(jì)算的層：按彈性方法計(jì)算的層550/1: hhhh第29頁/共41頁第二十九頁，共42頁。3.7 3.7 多層框架(kun ji)(kun ji)內(nèi)力組合3.7.1 控制(kngzh)截面柱：取各層柱的上下端(xi dun)截面梁：兩端及跨間最大正彎矩（簡化為跨中）截面22bq)(g-VVbVMM第30頁/共41頁第三十頁，共42頁。最不利(bl)內(nèi)力組合：對于框架結(jié)構(gòu)梁、柱不利(bl)內(nèi)力組合為：梁端截面(jimin)：maxMmaxMmaxV梁跨中截面：maxM柱端截面：maxM及相應(yīng)的N、V

16、maxN及相應(yīng)的MminN及相應(yīng)的M第31頁/共41頁第三十一頁，共42頁。梁端彎矩調(diào)幅(dio f)對于現(xiàn)澆框架可取0.8-0.9，對于裝配(zhungpi)整體式框架可取低一點(diǎn)0.7-0.8。 梁端彎矩調(diào)幅后，在相應(yīng)荷載(hzi)作用下，跨中彎矩必將增加，要滿足：矩矩按簡支梁計(jì)算的跨中彎按簡支梁計(jì)算的跨中彎跨中最大正彎矩跨中最大正彎矩調(diào)幅后梁端彎矩調(diào)幅后梁端彎矩、0C0BA0C0BAMMMMMM2MM規(guī)范規(guī)定：調(diào)幅只對豎向荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行，因此，彎矩調(diào)幅應(yīng)在內(nèi)力組合之前進(jìn)行第32頁/共41頁第三十二頁，共42頁?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造(guzo)要求 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造分為非抗震構(gòu)造和抗震構(gòu)造，而抗震構(gòu)造又與框架結(jié)構(gòu)的抗震等級有關(guān)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)梁柱的有關(guān)構(gòu)造規(guī)定在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500102002、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500112002、高層建筑(o cn jin zh)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ 32002 以及全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施結(jié)構(gòu)篇中有非常嚴(yán)格和詳盡的表述。第33頁/共41頁第三十三頁，共42頁。第34頁/共41頁第三十四頁，共42頁。第35頁/共41頁第三十五頁，共42頁。第36頁/共41頁第三十六頁，共42頁。第37頁/共41頁第三十七頁，共42頁。第38頁/共41頁第三十八頁，共