第3章：多层和高层框架结构.pptx

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1、混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助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。第1页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助12层310层10层或28m3.1概概 述述房屋按高度和层数分类低层多层高层第2页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助优点优点 结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。框架结构框架结构第3页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上

2、一章帮 助缺点缺点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。框架结构受力变形动画第4页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.2结构布置方法结构布置方法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；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；第5页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助好差平面布置第6页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助好差竖向布置第7页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 妥善地处理温度、地基不均匀

3、沉降以及地震 等因素对建筑的影响；施工简便；经济合理。第8页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助结构布置方法特点特点房屋横向刚度大，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 横向承重第9页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助特点：特点：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 纵向承重第10页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助特点：特点：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 双向承重第11页/共63页混凝土结构设计第3

4、章主 页目 录上一章帮 助3.3截面尺寸估算截面尺寸估算框架梁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200mm3-2第12页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3-3n框架梁线刚度Ec 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：第13页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助表框架梁惯性矩取值楼板类型楼板类型边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁现浇楼板现浇楼板I=1.5I0I=2.0I0装配整体式楼板装配整体式楼板I=1.

5、2I0I=1.5I0装配式楼板装配式楼板I=I0I=I0注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，。第14页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助多层建筑：Hi 第i层层高；hc 柱截面高度；bc 柱截面宽度。框架柱的截面边长不宜小于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第15页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助高层建筑：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，

6、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=（1.11.2）Nv 3-6第16页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助Ec 混凝土弹性模量；I 框架柱截面惯性矩。n框架柱线刚度3-73-8第17页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.4计算简图的确定计算简图的确定n计算单元的选取计算单元选取第18页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n计算简图实际结构l01l02计算简图第19页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.5荷载计算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

7、灰重；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。第20页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.6内力计算内力计算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。第21页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助现浇楼盖荷载传递示意图第22页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n竖向活载最不利布置（1）逐跨

8、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第23页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（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。最不利荷载的布置第24页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（3）分层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第

9、25页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（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。第26页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n竖向荷载作用下的内力计算方法（1）分层法基本假定基本假定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。第27页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 根据以上假定，多、高层框架可分层

10、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。分层法计算示意图第28页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助注意事项：注意事项：由于除底层外上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。线刚度修正第29页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 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；传递系数修正第30页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 分层法计算的

11、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。基本步骤：基本步骤：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；3-9第31页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（2）迭代法（不考虑框架侧移）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。第32页/共

12、63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助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。3-113-12第33页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助系数法是UNIFORM BUILDING CODE（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。（3）系数法第34页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n框架梁内力3-13（1）弯矩 式中，弯矩系数，查表3.6.

13、1；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。第35页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助正弯矩正弯矩端部无约束时：端部无约束时：端部有约束时：端部有约束时：负弯矩负弯矩内支座内支座两跨时：两跨时：两跨以上时：两跨以上时：内支座（板跨数在内支座（板跨数在3 3跨和跨和3 3跨以上，跨以上，跨长不大于跨长不大于3.048m3.048m或柱刚度与梁或柱刚度与梁刚度之比大于刚度之比大于8 8的梁）：的梁）：外支座：外支座：梁支承时：梁支承时：柱支承时：柱支承时：表弯矩系数表弯矩系数表表第36页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮

14、助（2）剪力式中 剪力系数，查下图。3-14框架梁剪力系数图第37页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助(1)轴力 框架柱的轴力=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)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。3-15第38页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助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

15、按弹性方法计算的弯矩；调幅系数，现浇框架：0.80.9 装配式框 架：0.70.8。第39页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 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 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：MMLMRM第40页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助水平荷载作用下的内力近似计算方法n反弯点法 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。第41页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（1

16、 1）反弯点位置）反弯点位置 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以EI梁=为前题）。反弯点位置图第42页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（2 2）反弯点处的剪力计算）反弯点处的剪力计算 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。3-16Di第43页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 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：3-173-18第44页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助u 第二层各柱的剪力为：3-19第45页/共63

17、页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助u 第一层各柱的剪力为：3-20第46页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（3 3）弯矩图绘制）弯矩图绘制 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：第47页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助 中节点：第48页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n D值法（1）反弯点法的问题柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；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、柱的位置、上下层梁的线

18、刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。第49页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（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。因此，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。第50页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（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。柱的柱的部位部位及固及固定情定情况况一般层一般层底层，下面固支底层，下面固支底层，下端铰支底层，下端铰支ci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic3-2

19、1第51页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助（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。柱端弯矩ViVi3-22第52页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助n门架法（1）基本假定梁柱的反弯点位于它们的中点处；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。ll第53页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.7内力组合内力组合控制截面梁：跨中、支座截面柱：柱顶、柱底截面梁控制截面柱控制截面第54页/共63页混凝土结构设计第3章

20、主 页目 录上一章帮 助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 Vmax及相应的M、N第55页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助由图可见：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。第56页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.7.3 控制截面最不利内力

21、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1.33-233-24第57页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助2.由永久荷载效应控制的组合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3-25第58页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.8侧移验算侧移验算 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

22、产生的侧移。n侧移值的计算框架层间侧移j层侧移第j层的总剪力第j层各柱侧向总刚度3-263-27第59页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.9框架结构配筋计算及构造要求框架结构配筋计算及构造要求 进行框架结构设计时，框架梁、柱的正截面和斜面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受弯和偏心受压构件的配筋计算方法计算。在配筋计算的过程中，有以下问题需注意：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。第60页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助3.9框架结构配筋计算及构造要求框架结构配筋计算及构造要求梁端破坏时，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：3-283-29第61页/共63页混凝土结构设计第3章主 页目 录上一章帮 助有次梁时注意配附加钢箍或设吊筋；柱上端控制截面在梁底，柱下端控制截面在梁顶。为了简化计算，可采用轴线处内力值；柱的计算长度按教材附录11确定；框架柱一般采用对称配筋，除平面内按偏心受压构件计算外，还要进行平面外按轴心受压构件的验算；当偏心距e00.55h0时，尚应进行裂缝宽度验算。第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页