多層框架結(jié)構(gòu)和設計

1、第四章 多層框架結(jié)構(gòu)和設計一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)形式布置框架：由梁和柱所組成的桿系結(jié)構(gòu)?？捎糜?0m以下的多層房屋中結(jié)構(gòu)形式一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)形式布置受力特點水平荷載作用下結(jié)構(gòu)整體呈剪切型變形，單個構(gòu)件以彎曲變形為主一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)形式布置結(jié)構(gòu)布置*柱網(wǎng)的布置：柱距：，梁跨：*承重框架的布置橫向布置縱向布置縱橫向布置一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)

2、構(gòu)形式布置當結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)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：一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)形式布置構(gòu)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(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)的形式和布置1. 結(jié)構(gòu)形式布置構(gòu)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）：十字截面梁花籃形截面梁疊合梁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

3、計柱的截面尺寸，在乘以的放大系數(shù)二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算1. 計算簡圖橫向框架計算單元縱向框架計算單元跨度跨度跨度取軸線間的距離相鄰樓板板底間的距離基礎(chǔ)頂面至一層樓板底間的距離節(jié)點：視構(gòu)造情況可以是剛節(jié) 點也可以是鉸接點二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算1. 計算簡圖節(jié)點視構(gòu)造情況可以是剛節(jié)點也可以是鉸接點二、結(jié)構(gòu)計算簡圖和荷載計算1. 計算簡圖構(gòu)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II0 邊框架II0*裝配整體式：中框架II0 邊框架II0*裝配式：I=I0二、結(jié)構(gòu)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（

4、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(jié)構(gòu)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)生剪力和彎矩進行彎矩分配后疊加，疊加后的不平衡彎矩再分配但不傳遞三、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(jié)，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

5、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(chǔ)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VjkVjkhj/2，or2Vjkhj/3hj第j層hjVjkjkijk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iblibrrMblMbrMcbMct*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

6、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FicCDABEGHicici1i2i3i4hj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

7、荷載下的內(nèi)力分析FicCDABEGHicici1i2i3i4hjjHGDFBACEMBAMABhjD值法變形后的情況三、框架的內(nèi)力分析2. 水平荷載下的內(nèi)力分析jHGDFBACEMBAMABhjD值法根據(jù)A、B兩點力的平衡條件：兩式相加三、框架的內(nèi)力分析2. 水平荷載下的內(nèi)力分析D值法jHGDFBACEMBAMABhjAB柱所受的剪力為：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值法類似地可以導出底層柱的抗側(cè)剛度：ici1i2ici1i2ici1i2ip1ip2三、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

8、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?？捎孟铝心Ｐ瓦M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值法梁柱線剛度比及層數(shù)、層次的影響柱的反彎點高度y0h，附表4-3，4-4標準反彎點高度比上下橫梁剛度比的影響對y0加一增量y1進行修正 ，附表4-5層高變化的影響對y0加增量y2、

9、 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和反彎點法類似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(jié)構(gòu)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1外載引起的柱中軸力三、框架的內(nèi)力分析3

10、. 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lll施工時的氣溫為t1，使用時的氣溫為t2，溫差為t= t1 t2以AB為例四、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，則邊柱將縮短以AB為例四、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

11、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McMVcVb/2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 = VcMbg+qVVcMc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

12、，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

13、梁跨中的彎矩應乘以的放大系數(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)取裝配整體式框架調(diào)幅系數(shù)取五、框架桿件的設計5. 構(gòu)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

14、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

15、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(gòu)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(gòu)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

16、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(gòu)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

17、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(gòu)造要求疊合梁的構(gòu)造要求見教材中的有關(guān)內(nèi)容六、框架節(jié)點設計和構(gòu)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(gòu)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(gòu)造要求2.現(xiàn)澆框架節(jié)