[學(xué)習(xí)]鋼筋混凝土課件-多層框架

1、1,3.3 框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計,,第3章 多層框架結(jié)構(gòu),3.1 多層框架結(jié)構(gòu)組成與布置,3.2 框架結(jié)構(gòu)分析,3.4 框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計,2,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,框架結(jié)構(gòu)是多層房屋的主要結(jié)構(gòu)形式，也是高層建筑的基本結(jié)構(gòu)單元。,3,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,3.1.1 框架結(jié)構(gòu)種類,按所用材料：,,混凝土框架結(jié)構(gòu),鋼框架結(jié)構(gòu),組合框架結(jié)構(gòu)（鋼骨混凝土、鋼管混凝土）,,,,3.1 .1種類,4,裝配式混凝土框架,裝

2、配整體式混凝土框架,裝配整體式混凝土框架,,裝配整體式混凝土框架,5,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,框架結(jié)構(gòu)由梁、柱連結(jié)而成。梁柱一般為剛接，有時為了方便施工也有做成鉸接或半鉸接（半剛接的）。,3.1.2 框架結(jié)構(gòu)組成,6,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1.1種類,,3.1.2組成,柱截面,,實腹式（矩形、箱形、圓形、I形、H形、L形、T形、十字形等）,格構(gòu)式,（對鋼

3、結(jié)構(gòu)而言）,7,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1.1種類,,3.1.2組成,混凝土梁形式,8,3.1.3 框架結(jié)構(gòu)布置,一、柱網(wǎng)布置,典型的柱網(wǎng)有內(nèi)廊式、等跨式和不等跨式。,內(nèi)廊式,等跨式,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1.1種類,3.1.2組成,,3.1.3布置,滿足建筑功能的要求,原則,,9,結(jié)構(gòu)受力合理（均勻、對稱、對直、貫通，盡量避免缺梁抽柱）,,10,方便施工,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置

4、,,,,,,,3.1.1種類,3.1.2組成,,3.1.3布置,,11,二、承重（豎向荷載）框架的布置,橫向框架承重方案,縱向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度大。有利采光和通風(fēng)。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1.1種類,3.1.2組成,,3.1.3布置,,12,縱橫向框架承重方案,兩個方向均有較好的抗側(cè)剛度。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,13,板柱結(jié)構(gòu)

5、,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,14,四、變形縫設(shè)置,三、框架的立面布置,規(guī)則框架,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1.1種類,3.1.2組成,,3.1.3布置,,15,,,16,,,17,3.1.4 梁柱截面尺寸的估算,混凝土柱,根據(jù)柱的負(fù)荷面積，估算柱在豎向荷載下的軸力,3.2.1 框架分析模型,一、計算單元,滿足結(jié)構(gòu)均勻、荷載均勻，可用平面框架

6、代替空間框架。對橫向和縱向分別取圖示計算單元作為分析的對象。,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2.1分析模型,,3.2 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與側(cè)移的近似計算方法,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,二、結(jié)構(gòu)形式、軸線尺寸及截面特征,結(jié)構(gòu)形式：梁柱剛接，柱固接于基礎(chǔ)頂面。,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1分析模型,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,對于砼梁,,整體式樓蓋,梁：考慮樓板的作用。,,中框架,邊框架,裝配整體式樓蓋,,中框架,邊

7、框架,裝配式樓蓋,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1分析模型,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,21,三、荷載,,豎向荷載,,自重,樓面活荷載,水平荷載,,風(fēng)荷載,地震作用,樓面荷載,對于單向板則僅短跨方向的梁承受均布荷載；,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1分析模型,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,22,水平荷載簡化為節(jié)點荷載,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,i,j,k,l,m,n,,,3.2

8、.2 豎向荷載下的分層法,,一、基本假定,框架沒有側(cè)移；,每一層框架梁上的豎向荷載只對本層的梁及與本層梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力，忽略對其它各層梁、柱的影響。,二、簡化計算模型,多層框架在各層豎向荷載同時作用下的內(nèi)力，可以分解為一系列開口框架進(jìn)行計算。除底層柱子外，其余各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù)，彎矩傳遞系數(shù)取為1/3。,三、計算方法,用彎矩分配法計算各開口框架的內(nèi)力；,開口框架梁的內(nèi)力即為原框架相應(yīng)層的內(nèi)力；原框架柱的內(nèi)力需

9、將相鄰兩個開口框架中相同柱號的內(nèi)力疊加；,內(nèi)力疊加后對于不平衡彎矩較大的節(jié)點，可再作一次分配，但不傳遞。,梁柱彎距,26,梁剪力,27,假定梁與柱鉸接，于是柱軸力等于簡支梁的支座反力。,柱軸力,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,3.2.3 水平荷載下的反彎點法,假定：框架梁的線剛度相對框架柱的線剛度為無限大。則在忽略柱子軸向變形的情況下，節(jié)點的轉(zhuǎn)角為零。,在

10、工程設(shè)計中，底層柱的反彎點取為距基礎(chǔ)頂面2/3柱高處；其余各層柱的反彎點取為柱高的中點。,一、簡化分析模型,二、計算方法,將框架在某一層的反彎點切開。,根據(jù)幾何條件（忽略梁軸向變形）,求柱剪力,根據(jù)平衡條件，有,當(dāng)桿件兩端發(fā)生單位側(cè)移時，桿件內(nèi)的剪力稱為抗側(cè)剛度，用表示。如果桿件兩端沒有轉(zhuǎn)角，桿件內(nèi)的剪力為：,抗側(cè)剛度 為：,逐層取脫離體，利用上式求得各柱剪力后，根據(jù)各層反彎點位置，可以求出柱上、下端的彎矩,底層柱：,其余層柱：,求

11、柱端彎矩,求梁端彎矩,,,求柱軸力,從上到下利用節(jié)點豎向力平衡條件。,3.2.4 水平荷載下的修正反彎點法,對于兩端同時存在轉(zhuǎn)角位移和相對線位移的桿件，其轉(zhuǎn)角位移方程可以為：,在反彎點法中，各層柱的反彎點位置是一個定值，各柱的抗側(cè)剛度只與柱本身有關(guān)。,可見反彎點位置與 有關(guān)；同樣，柱的抗側(cè)剛度也與 有關(guān)。,一、修正抗側(cè)剛度,柱AB兩端節(jié)點及上下、左右相鄰節(jié)點的轉(zhuǎn)角全等于 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的

12、旋轉(zhuǎn)角均為 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的線剛度均為 。,假定：,其中：,柱AB剪力：,二、修正反彎點高度,作如下假定：,同層各節(jié)點的轉(zhuǎn)角相等；,橫梁中點無豎向位移。,各柱的反彎點高度與該柱上下端的轉(zhuǎn)角比值有關(guān)。影響轉(zhuǎn)角的因素有：層數(shù)、柱子所在層次、梁柱線剛度比及上下層層高變化。,梁柱線剛度比及層數(shù)、層次對反彎點高度的影響,假定梁的線剛度、柱的線剛度和層高沿框架高度不變，按圖示計算簡圖可求出各層柱的反彎點高度

13、 ，稱為標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度。,層高變化對反彎點高度的影響,上層層高變化，反彎點高度的變化值用表示；下層層高變化，反彎點高度的變化值用 表示。,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,3.2.5 水平荷載下的側(cè)移計算及限值,框架結(jié)構(gòu)水平荷載下的側(cè)移由兩部分組成：梁柱彎曲變形引起的側(cè)移和柱軸向變形引起的側(cè)移。,一、梁柱彎曲變形引起的側(cè)移,頂點側(cè)移：,層間側(cè)移：,二、柱軸向變形引起的側(cè)移,水平荷載作用下，外側(cè)柱子的軸力

14、大，內(nèi)側(cè)柱子的軸力小。為了簡化，忽略內(nèi)柱的軸力。,近似取外側(cè)柱軸力為：,在高度z處,是水平外荷載在框架底面產(chǎn)生的總剪力。,對于高度不大于50m或高寬比H/B≥4的鋼筋混凝土框架辦公樓，柱軸向變形引起的頂點位移約占框架梁柱彎曲變形引起的頂點側(cè)移的5%~11%。,框架結(jié)構(gòu)除了要保證梁的撓度不超過規(guī)定值外，尚應(yīng)驗算結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的驗算包括層間位移和頂點位移，要求分別滿足：,三、側(cè)移的限值,3.2.6 框架結(jié)構(gòu)的 效應(yīng)

15、,結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析一般不考慮變形對幾何尺寸的影響。,對于圖示框架，水平荷載下的側(cè)移將使豎向荷載P產(chǎn)生附加內(nèi)力和變形，這種現(xiàn)象稱為 效應(yīng)。,由于 效應(yīng)是在一階側(cè)移基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，所以又稱為二階效應(yīng)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析稱為二階分析。,二階分析屬非線性分析，相當(dāng)復(fù)雜，目前采用柱計算長度的方法近似考慮二階效應(yīng)。,,3.2 .5側(cè)移計算,,3.2 .4修正反彎點法,,3.2 .3反彎點法,,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1分析模型,

16、,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.2 .2分層法,在層高范圍內(nèi)，框架柱是等截面的，每個截面具有相同的抗力；框架柱的彎矩、軸力沿柱高為線性變化（層高范圍內(nèi)剪力相等），因而上、下端截面為控制截面。,3.4.1 設(shè)計內(nèi)力,3.4 框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計,一、控制截面,框架梁兩端的剪力和負(fù)彎矩最大，跨中正彎矩最大，因而控制截面有三個：左右端截面和跨中截面。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)力,3.2 結(jié)構(gòu)分析

17、,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,僅考慮荷載效應(yīng)最大的一項可變荷載，以標(biāo)準(zhǔn)值為代表值,所有可變荷載以組合值為代表值，簡化組合系數(shù)取0.90,三、荷載效應(yīng)組合,框架結(jié)構(gòu)一般由可變荷載效應(yīng)控制,基本組合可采用簡化規(guī)則：,1.2恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值,1.2恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值,1.2恒載標(biāo)準(zhǔn)值+1.4(0.9樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值+0.9風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值）,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)

18、力,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,四、豎向活荷載的最不利作用位置,利用影響線可確定豎向活荷載的最不利作用位置。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)力,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,當(dāng)豎向活荷載作用下的內(nèi)力采用分層法計算時，對于梁端彎矩只需考慮本層活荷載的最不利布置；,對于柱端彎矩只需考慮相鄰上下層的活荷載最不利布置；,對于柱最大軸力，可根據(jù)負(fù)荷范圍計

19、算。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)力,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,內(nèi)力分析得到的梁端彎矩、剪力是指軸線處的，設(shè)計時可取梁端柱邊的彎矩和剪力：,六、設(shè)計內(nèi)力的修正,均布荷載,集中荷載,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)力,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,3.4.2 混凝土框架構(gòu)件設(shè)計,一、柱的計算長度,現(xiàn)澆樓蓋,,底層

20、柱段,其余各層,裝配樓蓋,,底層柱段,其余各層,一般剛接框架：,3.4 .2砼構(gòu)件設(shè)計,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.4 .1設(shè)計內(nèi)力,3.2 結(jié)構(gòu)分析,,3.4 構(gòu)件設(shè)計,,3.3 支撐框架,,,二、砼框架梁柱節(jié)點,頂層中節(jié)點,三、疊合梁設(shè)計,1. 概述,是指在預(yù)制砼構(gòu)件上再現(xiàn)澆一層砼形成共同工作的整體構(gòu)件。,組成：預(yù)制部分和后澆疊合層,施工方法：預(yù)制部分吊裝就位后澆疊合層,2. 受力特點,86,，疊合梁在施工階段的

21、鋼筋應(yīng)變、撓度、裂縫寬度大于相同條件的整澆梁；,可見：,由于 的存在，,在分析開裂截面的應(yīng)力時通常略去受拉砼的作用。ABC區(qū)域盡管在M2作用下是拉應(yīng)變，但實際上是在抵消M1作用下的壓應(yīng)變，這一附加拉力不應(yīng)忽略，其值用 表示 ；,87,即疊合構(gòu)件的鋼筋應(yīng)力、撓度和裂縫寬度大于相同條件的整澆梁，這種現(xiàn)象稱鋼筋應(yīng)力超前；,即疊合構(gòu)件壓區(qū)邊緣的砼應(yīng)變小于對應(yīng)的整澆梁，這種現(xiàn)象稱砼應(yīng)變滯后。,4. 設(shè)計方法,施工階段（第一階段）,按簡

22、支構(gòu)件計算預(yù)制部分的受彎和受剪承載力。荷載：自重和施工荷載。,使用階段（第二階段）,,承載能力極限狀態(tài),正常使用極限狀態(tài),,正截面承載力,斜截面承載力,疊合面受剪承載力,,裂縫寬度（抗裂，對預(yù)應(yīng)力疊合構(gòu)件）計算,撓度計算,混凝土強度取值：,抗彎計算：正彎矩取疊合層強度；負(fù)彎矩取預(yù)制部分強度。,抗剪計算：取預(yù)制部分和疊合層兩者強度的較小值。,疊合面受剪承載力應(yīng)滿足：,一階段荷載和二階段增加的荷載下的鋼筋應(yīng)力應(yīng)分別計算。,3.5.1 基礎(chǔ)類

23、型及其選型,片筏基礎(chǔ),93,片筏基礎(chǔ),,,,,,,樁基礎(chǔ),95,,,,,,,單樁承臺,,,,,雙樁承臺,,,三樁承臺,3.5.2 基礎(chǔ)分析模型,上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基是一個整體。為了減少計算工作量，簡化分析模型常將上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)分開分析；,任何一種分析模型都必須滿足上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、基礎(chǔ)與地基之間的力的平衡和變形協(xié)調(diào)條件；,基礎(chǔ)受到來自上部結(jié)構(gòu)的荷載和地基反力，前者通過上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析得到，后者涉及地基模型。,97,一、地基模型,文克勒

24、地基模型,地基上任一點所受的壓力強度p與該點的地基沉降s成正比，,稱為基床系數(shù)。,某點沉降與其他點上作用的壓力無關(guān)，可以將地基看成一個個獨立的土柱，類似一根根彈簧，該模型又稱為彈簧地基模型。,按照這一模型，地基沉降只發(fā)生在基地范圍內(nèi)，附加應(yīng)力不會擴散。比較適用土層厚度不超過梁或板的短邊寬度一半的薄壓縮層地基。,98,半空間地基模型,彈性半空間表面作用豎向集中荷載P時，任一點地基表面的沉降可表示為,該模型的擴散范圍往往超過實際情況。,二、

25、基礎(chǔ)模型,剛性基礎(chǔ)模型,假定：基礎(chǔ)剛度無限大,,基礎(chǔ)沉降線性分布,地基沉降線性分布,基礎(chǔ)與地基之間需保持變形協(xié)調(diào),,基礎(chǔ)受荷后僅發(fā)生剛體位移,地基反力線性分布,根據(jù)文克勒地基模型,,求出地基反力,根據(jù)靜力平衡條件,,彈性基礎(chǔ)模型,¢地基系數(shù)法,根據(jù)基礎(chǔ)梁的撓度等于地基沉降以及地基沉降與基底反力之間的關(guān)系建立基礎(chǔ)梁的彈性撓曲線微分方程；,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,P0,w,p,基礎(chǔ)梁撓度微分方程為,x

26、,,其中,102,求解微分方程，利用邊界條件確定積分常數(shù)；,求得基礎(chǔ)梁的撓度后，利用撓度與截面彎矩、剪力的關(guān)系，得到基礎(chǔ)梁截面內(nèi)力。,集中力P0作用于無限長梁時，作用點的沉降為：,3.5.3 條形基礎(chǔ)設(shè)計,一、內(nèi)力分析,確定基底反力和基礎(chǔ)底面尺寸,,,B,,,,1—1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N1,M1,Ni,Mi,,,,L,,,1,1,靜力法,基礎(chǔ)梁內(nèi)力計算用地基凈反力。,基礎(chǔ)梁受柱子內(nèi)力和地基凈反力，用截面法可求

27、出任一截面的彎矩和剪力。,靜力法與倒梁法的比較,¢除非用倒梁計算出的支座反力未經(jīng)調(diào)整剛好等于柱軸力，兩者的結(jié)果才會一致。,¢上部結(jié)構(gòu)剛度較小時，靜力法較適用；上部結(jié)構(gòu)剛度較大時，倒梁法較適用；必要時可參考上述兩種簡化計算結(jié)果的內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行截面設(shè)計。,¢靜力法通過將柱子內(nèi)力直接作用于基礎(chǔ)來滿足力的平衡；柱子自動具有與接觸點基礎(chǔ)梁相同的變形。,¢倒梁法的柱與基礎(chǔ)鉸接，基礎(chǔ)在鉸接點具有與柱相同的變形；

28、而力的平衡是通過不斷調(diào)整局部基底反力來滿足。,二、截面設(shè)計,,肋梁,,受彎承載力,受剪承載力,抗沖切承載力,翼板,,受彎承載力,抗沖切承載力,3.5.4 十字形基礎(chǔ)的內(nèi)力分析,一、上部結(jié)構(gòu)剛度很大,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二、上部結(jié)構(gòu)剛度很小,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ni,Miy,Mix,將柱子的軸力和力矩直接作用于十字梁基礎(chǔ)的交叉節(jié)點上；,對于力矩，假定完全由作用方向的基礎(chǔ)梁承

29、擔(dān)；,對于節(jié)點豎向力根據(jù)靜力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件在兩個方向的基礎(chǔ)梁之間分配。,對任一節(jié)點，有,三、近似方法,計算各節(jié)點的豎向位移時，不考慮相鄰荷載的影響。,中柱節(jié)點,計算縱橫基礎(chǔ)上在該節(jié)點處的豎向位移時，僅考慮 的作用，并將縱橫兩向的條形基礎(chǔ)視作文克勒地基上無限長梁。,,,3.5.5 片筏基礎(chǔ)內(nèi)力分析要點,上部結(jié)構(gòu)剛度較小時，可直接將柱子軸向力和力矩作用于基礎(chǔ)。,對于平板式基礎(chǔ)可以采用地基系數(shù)法、有限差分法等確定基底反力