多層框架結(jié)構(gòu)

1、3.4 框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計,,3 多層框架結(jié)構(gòu),3.1 組成與布置,3.2 框架結(jié)構(gòu)分析,3.3 溫度影響,3.5 框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,由梁、柱、基礎(chǔ)這三種構(gòu)件形成的承重結(jié)構(gòu)，稱為框架結(jié)構(gòu)。,豎向承重結(jié)構(gòu)全有框架所組成的房屋結(jié)構(gòu)體系，稱為框架體系?？蚣苤g有連系梁及樓面結(jié)構(gòu)連成整體。,,框架體系常用于高度不超過50m的房屋中 。,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。,

2、3.1 組成與布置,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,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）,按施工方法：,,整體式框架（混凝土框架而言）,裝配式框架,裝配整體式框架（混凝土框架而言）,3.1 .1種類,裝配式混凝土框架,裝配整體式混凝土框架,裝配整體式混凝土框架,,裝配整體式混凝土框架,鋼框架鉸接,,框架設(shè)計,3.1 組成與

3、布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,柱截面,,實(shí)腹式（矩形、箱形、圓形、I形、H形、L形、T形、十字形等）,格構(gòu)式,（對鋼結(jié)構(gòu)而言）,,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,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,混

4、凝土梁形式,3.1.3 框架結(jié)構(gòu)布置,,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,梁跨：4.5~7.0m,,柱距：3.3~7.2m,層高：2.8~4.2m,平面布置、豎向布置、構(gòu)件選型,一、平面布置,1、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

5、要求；,原則：,,結(jié)構(gòu)受力合理（均勻、對稱、對直、貫通，盡量避免缺梁抽柱）,方便施工,,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,,2、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)。,縱向框架承重方案,橫向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度小。有利獲得較高凈空。,,框架設(shè)計,3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,

6、3.1 .3布置,,縱橫向框架承重方案,兩個方向均有較好的抗側(cè)剛度。,,無梁樓蓋,密肋樓蓋,板柱結(jié)構(gòu),,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,,3、變形縫設(shè)置,二、豎向布置,,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,,三、構(gòu)件選型,1）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Nc,2、梁、柱截面尺寸的估算,

7、,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,,,1、確定截面形式,3）鋼柱,,,（2）確定計算長度,、,、,,,由A、b、h選擇截面尺寸。,3.2.1 框架計算簡圖,1、計算單元,滿足結(jié)構(gòu)均勻、荷載均勻，可用平面框架代替空間框架。,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1計算簡圖,,3.2 框架結(jié)構(gòu)分析,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,2、結(jié)構(gòu)形式,3、軸線尺寸,跨度：柱軸線間的距

8、離。,層高：樓底至板底，底層從基礎(chǔ)頂面算起。,4、截面特征,鋼柱、砼柱：,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1計算簡圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,節(jié)點(diǎn)：剛接、鉸接或半鉸接；柱與基礎(chǔ)：剛接、鉸接。,梁：假定慣性矩沿梁長不變，考慮樓板的作用。,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1計算簡圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,——不考慮樓板影響時梁的慣性矩。,5、荷載,豎向荷載,,自重,樓面活荷載,水平荷載,,風(fēng)荷載,地震

9、作用,水平荷載簡化為節(jié)點(diǎn)荷載,,框架設(shè)計,,,,,,,3.2 .1計算簡圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,樓面活荷載的折減,3.2.2 豎向荷載下的分層法,1、基本假定,1）框架沒有側(cè)移；,2）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,剛度系數(shù),傳遞系數(shù),兩端固定,一端固定一端鉸接,一端固定一端彈簧鉸,,,,多層框架在各層豎向荷載同時作用下的內(nèi)力，

10、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,1）用彎矩分配法計算各開口框架的內(nèi)力；,2）開口框架梁的內(nèi)力即為原框架相應(yīng)層的內(nèi)力；,4）內(nèi)力疊加后對于不平衡彎矩較大的節(jié)點(diǎn)，可再作一次分配，但不傳遞。,1、梁柱彎距,3）原框架柱的內(nèi)力需將相鄰兩個開口框架中相同柱號的內(nèi)力疊加；,2、梁剪力,3、柱軸力,假定梁與柱鉸接，于是柱軸力等于簡支梁的支座反力。,,,,

11、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,將節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時分配和傳遞，并以二次分配為限。,彎矩二次分配法,步驟： ①計算每跨梁在豎向荷載下固端彎矩； ②計算每節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)； ③將各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩同時進(jìn)行分配并向遠(yuǎn)端傳遞，再在各節(jié)點(diǎn)分配一

12、次，結(jié)束。,例題：（括號內(nèi)為相對線剛度）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,7.5,3.0,7.5,A,B,C,D,52kN/m,52kN/m,38kN/m,E,F,(7),(1.38),(1.0),(1.78),(1.29),(7),(8.8),(8.8),52kN/m,52kN/m,38kN/m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0.16,0.84,-244,205,,39,-43.1,18.3,21.8,2.88,,-60.2,60.2,0.40,0.1,0.5,-28.5,-108,,-21.5,-9.7,-46.7,-9.33,,-183,-40.5,244,-86.2,103,-37.3,244,,,,,,0.16,0.16,0.16,-244,183,,24.4,-40,15.4,2.05

14、,,-85.6,26.5,36.6,19.5,3.07,59.2,,13.2,,,,,,0.16,0.16,0.16,-28.5,-101,,-15,-37.9,-5.64,,-167,-20.6,-19.4,10.8,-7.26,-37.5,,-10.3,,,0.16,244,-79.7,91.5,-29.9,22.6,,,,,,,,,,C,B,A,D,E,F,E’,F’,3.2.3 水平荷載下的反彎點(diǎn)法,框架梁的線剛度相對框架柱的線

15、剛度為無限大。,一、基本假定,若忽略柱子軸向變形，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角為零。,,根據(jù)轉(zhuǎn)角位移方程：,在工程設(shè)計中，底層柱的反彎點(diǎn)取為距基礎(chǔ)頂面2/3柱高處；其余各層柱的反彎點(diǎn)取為柱高的中點(diǎn)。,二、計算方法,1、求柱剪力,將框架在某一層的反彎點(diǎn)切開。,平衡條件：,水平荷載在j層產(chǎn)生的層間剪力。,幾何條件（忽略梁軸向變形）：,D——抗側(cè)剛度，,如果桿件兩端沒有轉(zhuǎn)角，桿件內(nèi)的剪力為：,物理?xiàng)l件,根據(jù)平衡條件、幾何條件和物理?xiàng)l件，可求得,為j層k柱的剪力

16、分配系數(shù)；,逐層取脫離體，根據(jù)各層反彎點(diǎn)位置，可以求出柱上、下端的彎矩,底層柱：,其余層柱：,2、求柱端彎矩,3、求梁端彎矩,,Mct,,Mcb,Mbr,Mbl,,,5、求柱軸力,從上到下利用節(jié)點(diǎn)豎向力平衡條件。,4、求梁端剪力,計算步驟,3.2.4 水平荷載下的修正反彎點(diǎn)法,各層柱的反彎點(diǎn)位置是一個定值。,反彎點(diǎn)法的缺點(diǎn),各柱的抗側(cè)剛度只與柱本身有關(guān)，沒有考慮轉(zhuǎn)角。,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)角位移方程為：,一、

17、修正的抗側(cè)剛度,柱AB兩端節(jié)點(diǎn)及上下、左右相鄰節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角全等于 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的弦轉(zhuǎn)角均為 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的線剛度均為 。,假定：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,θ,θ,θ,θ,θ,Δuj,θ,θ,A,B,C,D,E,F,G,H,,,hj,,,,其中：,反映了梁柱線剛度比對柱抗側(cè)剛度的影響，它是小于1的一個系數(shù)。當(dāng) 時， ，即為

18、反彎點(diǎn)法采用的抗側(cè)剛度。,柱AB剪力,柱AB抗側(cè)剛度,二、修正的反彎點(diǎn)高度,假定：,1）同層各節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角相等；,2）橫梁中點(diǎn)無豎向位移。,各柱的反彎點(diǎn)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：,4）上下層層高變化。,1）層數(shù)；,2）柱子所在層次；,3）梁柱線剛度比；,按圖示計算簡圖可求出各層柱的反彎點(diǎn)高度 ，稱為標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度。,1、標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度,假定梁的線剛度、柱的線剛度和層高沿框架高度不變;,梁柱線剛度比及層數(shù)、

19、層次的影響。,2、上下層線剛度比對反彎點(diǎn)的影響,當(dāng)某層柱的上下橫梁剛度不同時，反彎點(diǎn)不同于標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)，修正值用 表示。,3、層高變化對反彎點(diǎn)高度的影響,下層層高變化，反彎點(diǎn)高度的變化值用 表示；,上層層高變化，反彎點(diǎn)高度的變化值用 表示；,頂層柱沒有 修正值；,底層柱沒有 修正值。,經(jīng)過各項(xiàng)修正后，柱反彎點(diǎn)高度：,3.2.5 水平荷載下的側(cè)移計算及限值,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移,柱軸向變形引起的

20、側(cè)移,一、梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移,頂點(diǎn)側(cè)移：,層間側(cè)移：,整個結(jié)構(gòu)的變形曲線類似懸臂構(gòu)件剪切變形引起的位移曲線，故稱為“剪切型”。,二、柱軸向變形引起的側(cè)移,近似取外側(cè)柱軸力為：,z高度處,——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(diǎn)位移越占框架梁柱彎曲變形引起的頂點(diǎn)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(yàn)算結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。,