顧祥林-多層框架結構.ppt

第四章 多層框架結構,同濟大學土木工程學院建筑工程系顧祥林,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,框架：由梁和柱所組成的桿系結構?？捎糜?0m以下的多層房屋中,結構形式,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,*現(xiàn)澆式：整體性能好，抗震性能好，現(xiàn)場工作量大，費模板,結構形式-按施工方法分,*裝配式：標準化、工廠化生產(chǎn)，施工速度快，整體性能差，抗震性能弱,*裝配整體式：兼有現(xiàn)澆式和裝配式兩者的優(yōu)點,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,受力特點,水平荷載作用下結構整體呈剪切型變形，單個構件以彎曲變形為主,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,結構布置,*柱網(wǎng)的布置：柱距：3.37.2m，梁跨：4.57.0m,*承重框架的布置,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,當結構不同部位荷載差異較大地基土壓縮性有顯著差異,沉降縫,當平面形狀復雜、高度方向有高差、質(zhì)量分布不均勻,抗震縫,當房屋過長或過寬時,伸縮縫,變形逢的設置,縫寬50mm,縫寬70mm,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,豎向布置,在滿足建筑功能要求的同時，盡量避免收進、挑出、抽梁、抽柱,層高為：2.84.2m,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,構件的選型,樓蓋,現(xiàn)澆式 裝配式 裝配整體式,梁、板尺寸的選擇同梁板結構,一、結構的形式和布置 1. 結構形式布置,構件的選型,在裝配式或裝配整體式樓蓋中，梁的截面形式有如下幾種（可以增大凈空，減小總高度）：,柱截面的形式一般為矩形和方形，也可為T形或圓形。先按軸壓估計柱的截面尺寸，在乘以1.21.5的放大系數(shù),二、結構計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,取軸線間的距離,節(jié)點：視構造情況可以是剛節(jié) 點也可以是鉸接點,二、結構計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,節(jié)點,視構造情況可以是剛節(jié)點也可以是鉸接點,二、結構計算簡圖和荷載計算 1. 計算簡圖,構件截面的抗彎剛度（梁）,考慮樓板的加強作用, I0為不考慮樓板加強作用時的慣性矩,*現(xiàn)澆式：中框架I=2.0I0 邊框架I=1.5I0,*裝配整體式：中框架I=1.5I0 邊框架I=1.2I0,*裝配式：I=I0,二、結構計算簡圖和荷載計算 2. 荷載計算,水平荷載按圖示陰影范圍計算,一般將水平荷載（風或地震）簡化成作用于節(jié)點的水平集中力,豎向荷載按樓蓋的形式確定，對活荷載還應作適當折減,樓面活荷載為等效均布荷載,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,彎矩分配法或迭代法,結構的側(cè)移幾乎為零,可采用彎矩分配法或迭代法,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,分層法,認為某層框架梁上的荷載只給本層梁及與本層梁相連的框架產(chǎn)生剪力和彎矩,三、框架的內(nèi)力分析 1. 豎向荷載下的內(nèi)力分析,分層法,實際上遠端并非固結，為反映實際情況，做如下處理：,*除底層外，其余各柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù),*除底層外，其余各柱的彎矩傳遞系數(shù)取為1/3,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,反彎點，此處只有剪力無彎矩,*彎矩為0點=反彎點,*假定： 1）底層反彎點在距基礎頂2/3柱高處 2）其它層柱的反彎點在1/2柱高處,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,平衡條件,梁的抗彎剛度“無窮大”,假定梁的線剛度“無窮大”,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,反彎點法,*求出各柱的彎矩后，由節(jié)點的平衡條件求的作用在梁端的總彎矩，再按梁的線剛度進行分配,*根據(jù)梁的平衡條件求梁的剪力,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,反彎點法的兩個基本假定：反彎點高度不變和梁的剛度為無窮大,給算法帶來了簡化，卻降低了精度,日本武藤清教授提出改進反彎點法即D值法，對柱的抗側(cè)剛度和柱中反彎點的高度進行修正,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,考慮柱端梁的變形和約束后，柱的抗側(cè)剛度D為：,考慮柱上下端節(jié)點彈性約束的修正系數(shù),三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,取框架中的柱AB分析，假定：,*柱AB及其上下相鄰柱子的線剛度為ic,*柱AB及其上下相鄰柱子的層間位移為j,*柱AB兩端節(jié)點及其上下左右相鄰各節(jié)點的轉(zhuǎn)角均為,*與柱AB相交的梁的線剛度分別為i1、i2、i3、i4,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,根據(jù)A、B兩點力的平衡條件：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,AB柱所受的剪力為：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,類似地可以導出底層柱的抗側(cè)剛度：,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,求得柱的抗側(cè)剛度D后，可按與反彎點類似的方法，推導出第j層第k柱的剪力：,已知柱的剪力，要求柱的彎矩，還需知道柱的反彎點位置？,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,D值法,柱反彎點的位置取決于其上下端彎矩的比值。,假定同層各橫梁的反彎點均在各橫梁跨度的中央而該點無豎向位移。可用下列模型進行計算分別考慮各因素對反彎點的影響。,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,假定框架橫梁的線剛度、柱的線剛度和層高沿框架高度保持不變,上下橫梁剛度不同，反彎點向剛度較小的一端偏移,上下層層高變化時,D值法,柱的反彎點高度y0h，附表4-3，4-4,標準反彎點高度比,對y0加一增量y1進行修正 ，附表4-5,對y0加增量y2、 y3進行修正 ，附表4-6,三、框架的內(nèi)力分析 2. 水平荷載下的內(nèi)力分析,經(jīng)上述修正后，柱底至反彎點的高度可按下式計算：,D值法,Vjk和yh,柱的彎矩,梁的彎矩,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,框架結構的變形特點,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移-剪切形,柱軸向變形引起的側(cè)移-彎曲形,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,側(cè)移計算,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,側(cè)移計算,柱軸向變形引起的側(cè)移,假定內(nèi)部中柱的軸力為0,外柱軸力為：,上部水平荷載在計算截面引起的彎矩,外柱軸線間的距離,單位力法：,單位水平力作用在框架頂引起的柱中軸力,外載引起的柱中軸力,三、框架的內(nèi)力分析 3. 框架的側(cè)移計算及限值,彈性側(cè)移的限值,控制頂部最大位移，避免影響使用,控制層間相對側(cè)移，避免填充墻出現(xiàn)裂縫,限值見教材表4-2,對裝配整體式框架，計算的側(cè)移值應放大20%,四、溫度的影響 1. 季節(jié)溫度,施工時的氣溫為t1，使用時的氣溫為t2，溫差為t= t1 t2,四、溫度的影響 2. 內(nèi)外溫差,內(nèi)柱的溫度為t1，邊柱的溫度為t2，且 t1t2，則邊柱將縮短,四、溫度的影響 3. 日照溫差,框架右側(cè)有日照時，右側(cè)伸長，框架整體彎曲。當框架平面不對稱時，還會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)。,五、框架桿件的設計 1. 控制截面,柱的彎矩呈線性變化,控制截面可取上下柱端截面,梁的彎矩呈拋物線變化,控制截面可取兩端截面及跨間最大正彎矩截面（為簡化可取跨中截面）,五、框架桿件的設計 1. 控制截面,均布荷載下： M Mc-Vcb/2 V = Vc-（g+q）b/2 集中荷載下： M = Mc-Vcb/2 ，V = Vc,柱可作類似的計算,五、框架桿件的設計 2. 荷載效應組合,基本表達式,由可變荷載控制的組合：,由永久荷載控制的組合：,對標準值大于4kN/m2的樓面活荷載應取1.3,五、框架桿件的設計 2. 荷載效應組合,*梁: 梁端最大負彎矩確定頂部配筋；跨中最大正彎矩確定底部配筋；最大剪力確定箍筋,最不利的內(nèi)力,*柱: 同單層工業(yè)廠房柱,五、框架桿件的設計 3. 豎向活荷載的最不利位置,分跨計算組合法,每次僅在一根梁上布置活荷載，計算整個框架的內(nèi)力,求出所有這些內(nèi)力后對給定截面同號內(nèi)力相加即可得出該截面的最大內(nèi)力,五、框架桿件的設計 3. 豎向活荷載的最不利位置,最不利荷載法,跨中最大正彎矩,梁端最大負彎矩或柱端最大彎矩用類似方法求出,五、框架桿件的設計 3. 豎向活荷載的最不利位置,分層組合法,*梁: 僅考慮本層活荷載的不利布置，其方法同連續(xù)梁,*柱端彎矩: 只考慮與該柱相鄰層的活荷載的影響,*柱的軸力：對于與柱不相鄰的上層活荷載，僅考慮其軸力的傳遞而不考慮其彎矩的作用,五、框架桿件的設計 3. 豎向活荷載的最不利位置,滿布荷載法,當活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠小于恒載產(chǎn)生的內(nèi)力時，可不考慮活荷載的不利布置，將活荷載滿布與框架梁上,對梁支座處的彎矩影響不大,對梁跨中的彎矩應乘以1.11.2的放大系數(shù),五、框架桿件的設計 4. 梁端彎矩調(diào)幅,現(xiàn)澆框架,調(diào)幅系數(shù)取0.80.9,裝配整體式框架,調(diào)幅系數(shù)取0.70.8,五、框架桿件的設計 5. 構件的設計,框架柱的計算長度,我國規(guī)范規(guī)定的計算長度見教材表4-2,梁柱截面的設計同普通鋼筋混凝土梁柱,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的基本概念,*一階段受力疊合梁: 施工時預制梁下有可靠支撐，預制梁不受力。待后澆層達強度后，再拆除支撐，新老混凝土共同受力,*二階段受力疊合梁: 施工時預制梁以簡支梁的方式受力。待后澆層達強度后，新老混凝土再共同受力,一階段受力疊合梁除疊合面受剪應按疊合梁計算外，其他計算原則和方法同整澆梁。,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的試驗研究,疊合梁的撓度、鋼筋應力、裂縫寬度均比整澆梁大，承載能力和整澆梁基本相同,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的受力特點,疊合梁中受拉鋼筋的應力始終大于相同條件下的整澆梁-受拉鋼筋應力超前,疊合層中混凝土的壓應力始終小于相同條件下的整澆梁-受區(qū)混凝土應變滯后,承載力極限狀態(tài)下進入塑性變形后原來的應力應變歷史已被遺忘-極限承載力相同,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的承載力計算-第一階段預制梁的承載力,分別為預制梁、預制樓板、疊合層自重在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設計值,第一階段施工活荷載在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設計值,*第一階段是指疊合層混凝土未達到強度設計值的階段。在此階段，預制梁是簡支梁，其彎矩設計值和剪力設計值。,預制梁的承載力計算方法與普通構件相同,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的承載力計算-第二階段預制梁的承載力,*第二階段是指疊合層混凝土達到強度設計值后的階段。在此階段，梁柱已形成框架的一部分，其彎矩設計值和剪力設計值。,分別為第二階段面層、吊頂?shù)茸灾卦谟嬎憬孛娈a(chǎn)生的彎矩和剪力設計值,第二階段荷載效應組合中可變荷載在計算截面產(chǎn)生的彎矩和剪力設計值，應取本階段施工活荷載和使用階段活載中的較大內(nèi)力值,疊合梁正截面、斜截面承載力的計算方法與普通構件相同,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的承載力計算-混凝土強度的取值,*正彎矩區(qū)段，按疊合層取用，負彎矩區(qū)段按計算截面受壓區(qū)的實際情況取用。,*受剪承載力計算時，取預制梁和疊合層中較低的混凝土強度等級進行計算，同時求得疊合梁的受剪承載力設計值不應低于預制梁的受剪承載力設計值,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的承載力計算-疊合面的受剪承載力驗算,當疊合梁的箍筋符合普通梁和疊合梁的構造要求時，疊合面的受剪承載力應按下式驗算：,混凝土抗拉強度設計值，取疊合層和預制梁中的較低值,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁縱向受拉鋼筋的應力驗算-避免受拉鋼筋在使用階段屈服,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁裂縫寬度計算,預制梁混凝土抗拉強度標準值,最大裂縫寬度不應超出規(guī)范的允許值,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的撓度計算-按“最小剛度原則”進行撓度驗算,疊合梁的長期剛度,預制梁在第二階段的短期剛度，可按普通鋼筋混凝土梁的方法計算,疊合梁在第二階段的短期剛度,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的撓度計算-按“最小剛度原則”進行撓度驗算,疊合梁在第二階段的短期剛度，在正彎矩區(qū)段：,疊合梁在第二階段的短期剛度，在負彎矩區(qū)段，可按普通鋼筋混凝土梁的方法計算,五、框架桿件的設計 6. 疊合梁的設計,疊合梁的構造要求,疊合梁的構造要求見教材中的有關內(nèi)容p.197,六、框架節(jié)點設計和構造要求 1. 節(jié)點設計,* 非抗震設計的節(jié)點一般不進行單獨的計算,* 將柱中的縱筋和箍筋直接通過節(jié)點，梁中的縱筋在節(jié)點中錨固,* 框架節(jié)點區(qū)的混凝土強度等級不低于柱的混凝土強度等級。并且在裝配整體式框架中，現(xiàn)澆節(jié)點的混凝土強度等級宜比預制柱的混凝土強度等級提高一級,六、框架節(jié)點設計和構造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-頂層梁上部縱筋的錨固e0=M/N,六、框架節(jié)點設計和構造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-其它層梁上部縱筋的錨固,六、框架節(jié)點設計和構造要求 2.現(xiàn)澆框架節(jié)點中鋼筋的錨固,梁中鋼筋-梁下部縱筋的