混凝土课件框架结构.ppt
《混凝土课件框架结构.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土课件框架结构.ppt(75页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第三章第三章多层框架结构设计多层框架结构设计3.1.1多层框架结构的组成多层框架结构的组成框架结构由梁和柱组成。
特征梁柱连接为刚节点,柱与基础为固定约束,如图(a)所示。
框架结构为高次超静定结构。
图(b)的梁与柱铰接,为排架结构。
图图3-1-1框架结构既承受竖向荷载,又承受水平作用力。
为利于结构受力,框架梁宜拉通、对直框架梁宜拉通、对直,框架柱宜纵横对齐、框架柱宜纵横对齐、上下对中上下对中,如图如图(a)所所示示。
但有时由于使用功能或建筑造型上的要求,框架也可做成抽梁、抽柱、内收、外挑、斜梁、斜柱等,如图所示如图所示。
图图3-1-23.1.2钢筋混凝土框架结构的分类钢筋混凝土框架结构的分类按施工方法的不同,可分为:
(1)现浇式梁、柱为现场整体浇筑。
特点:
整体性好,利于抗震。
(2)装配式梁、柱均为预制,现场焊接拼装成整体。
特点:
施工速度快,但整体性较差。
(3)装配整体式梁、柱、楼板均为预制,在吊装就位后,再浇注部分混凝土而将梁、柱、板连接成整体。
特点:
有较好的整体性和抗震性能,又可采用预制构件,减少现场浇注混凝土的工作量。
但节点区现场浇注施工复杂。
3.1.3框架的结构布置框架的结构布置结构布置包含:
柱网布置、承重体系的确定、变形缝的设置。
1、柱网布置柱网布置柱网框架柱在平面上纵横定位轴线网。
柱网布置的目的确定柱子的排列形式与柱距。
柱网布置的依据建筑使用要求、结构的合理性、施工的可行性。
(1)柱网的形式:
)柱网的形式:
内廊式常采用对称三跨,图(a)。
边跨跨度可为6m、6.6m、6.9m等,中间跨为走廊,可取2.43m。
开间方向柱距d可取3.68m。
等跨式柱网,图(b)。
适用于厂房、商店等,其进深方向柱距a常为6m、7.5m、9m、12m等,开间方向柱距d一般为6m。
不等跨柱网,图(c)。
常用于建筑平面宽度较大的厂房。
常用的柱网有:
(5.8+6.2+6.2+5.8)m6.0m、(7.5+7.5+12.0+7.5+7.5)m6.0m、(8.0+12.0+8.0)m6.0m等。
宾馆建筑,一般柱网布置有两种方案:
将柱子布置在走道两侧成三跨式(图(a);将柱子布置在客房与卫生间之间,即将走道与两侧的卫生间并一跨,边跨仅布置客房(图(b))。
该形式也是对称三跨式,但跨度相对均匀,受力较好。
对办公楼建筑,两边为办公室,中间为走道,一般将中柱布置在走道两侧,如图(a)。
当房屋进深较小时,也可取消一排柱子,布置成两跨框架,如图(b)所示。
(2)柱网布置要使结构)柱网布置要使结构受力合理受力合理柱网布置应考虑结构内力分布的均匀性。
内力分布的均匀性。
图示两种框架结构,在竖向荷载作用下框架框架A的跨中弯矩和支座弯矩均比框架比框架B大大,截面相同时,框架B的钢筋用量多于A。
纵向柱列布置对结构受力也有影响。
框架柱距可取建筑开间,如图(a)。
特征:
特征:
柱子密、数量多。
柱子按构造配筋。
问题:
钢筋问题:
钢筋强度强度未未充充分分利用。
利用。
优化:
中间取掉一排柱,将柱距取为两个开间,如图(b)所示。
图图3-1-72.承重体系的确定承重体系的确定柱网确定后,用梁把柱连起来,即形成框架结构。
(1)框架结构是空间空间结构结构,由纵、横向两组框架组成。
横向框架横向框架(榀)由短方向短方向的梁和柱组成。
纵向框架纵向框架(榀)由长方向长方向的梁和柱构成。
(2)框架承重体系根据楼面竖向荷载楼面竖向荷载的传递路线,分为三种。
(1)横向框架承重体系)横向框架承重体系楼面荷载全部传至横向框架梁,图(a)。
横横梁为承重梁梁为承重梁。
楼面荷载横向框架梁横向框架梁框架柱基础地基
(2)纵向框架承重体系)纵向框架承重体系楼面荷载传到纵向框架梁,图(b)。
纵梁为承重梁纵梁为承重梁。
楼面荷载纵向纵向框架梁框架梁框架柱基础地基整体性好、开洞方便整体性好、开洞方便净空高、横向刚度低净空高、横向刚度低(3)纵横向框架混合承重体系)纵横向框架混合承重体系两个方向的框架梁均承受楼面荷载,图(c)中的预制板及图(d)中的现浇井字板。
楼面荷载框架柱基础地基混合承重体系整体工作性能混合承重体系整体工作性能好好横向框架梁横向框架梁纵向框架梁纵向框架梁3、变形缝的设置变形缝的设置
(1)伸缩缝)伸缩缝伸缩缝最大间距:
见规范。
伸缩缝宽度:
不小于50mm。
不设缝的构造措施:
设后浇带、做隔热层等。
(2)沉降缝)沉降缝设缝原因:
上部荷载差异大、上部结构形式不同、地基物理力学指标相差大。
沉降缝宽:
不小于50mm。
沉降缝形式:
利用挑梁,如图(b)、(d),搭置预制板、梁,如图(a)、(c)。
(3)防震缝)防震缝设缝原因:
建筑平面形状不规则,竖向高度、刚度、质量差异较大。
缝宽:
不小于120mm。
(4)设缝原则)设缝原则:
综合考虑,多缝合一,以方便施工、降低造价、增加整体性。
(5)要点)要点:
伸缩缝、防震缝只需将房屋分开,如图(a),沉降缝必须将基础也分开基础也分开,图(b)。
(a)伸缩缝伸缩缝(b)沉降缝)沉降缝3.1.4框架梁、柱的截面框架梁、柱的截面1.框架梁框架梁
(1)截面形式:
对现浇式框架,梁截面为T形或倒L形,图(a)(楼板是翼缘);当采用预制楼板时,框架梁为矩形或T形,图(b);有时为增加室内净高,框架梁截面可做成花篮形或十字形,图(c);对装配整体式框架,框架梁为部分部分预制、部分现浇预制、部分现浇,称为迭合梁,如图(d)。
(2)框架梁截面尺寸截面高:
截面宽:
2、框架柱框架柱
(1)截面形式一般为方形或矩形。
(2)截面尺寸短边:
长边:
3、框架梁、柱截面的惯性距框架梁、柱截面的惯性距框架梁梁:
按矩形截面(图中阴影部分)计算出惯性矩,再根据楼板的形式进行修正求得。
(1)当采用现浇现浇楼板时(图(a)、(b),中框架梁的惯性矩,边框架梁的。
(2)当采用装配装配式楼板时(图(c)),。
(3)如为装配整体式装配整体式楼板(图(d)、(e)),中框架梁的,边框架梁的。
框架柱:
柱:
截面惯性矩按实际尺寸计算。
3.1.5问答题问答题1.写出框架结构的组成及连接特点。
2.根据施工方法不同,框架结构可分为哪几种类型?
各有何特点?
3.框架结构框架结构的布置方案有哪几种?
4.框架结构框架结构承载体系承载体系有哪几种?
第第3.2节节多层框架内力与侧移的近似计算方法多层框架内力与侧移的近似计算方法1.框架结构的计算简图2.竖向荷载作用下的内力计算方法分层法3.弯矩二次分配法4.竖向荷载作用下框架梁端弯矩的调幅5.水平荷载作用下的反弯点法6.水平荷载作用下的D值法7.框架结构的侧移计算1.熟悉结构简图与结构单元确定的方法。
2.掌握竖向荷载作用下的分层计算法3.掌握水平荷载作用下的反弯点计算法4.正确的进行内力组合3.2.1框架结构的计算简图框架结构的计算简图1.计算单元的确定计算单元的确定框架结构为空间受力体系。
图(a)。
空间框架空间框架图(b)。
计算单元以每个框架为中心,以柱距中线为界限,图(a)所示阴影范围。
计算单元内的荷载由此框计算单元内的荷载由此框架承担。
架承担。
横向平面框架横向平面框架纵向平面框架纵向平面框架(分解)(分解)该框架承受计算单元内的水平荷载,是否有板传来的竖向荷载,取决于楼盖结构的布置方式。
2、跨度与层高的确定跨度与层高的确定在计算简图中,杆件用轴线表示。
框架梁的跨度:
框架梁的跨度:
取柱子轴线之间的距离。
当上下层柱截面尺寸变化时,一般以最小截面的形心线来确定。
框架柱的高度:
框架柱的高度:
取各层横梁形心线之距。
当各层梁截面尺寸相同时可取建筑层高,底层的层高取至基础顶面。
3、节点的简化节点的简化对现浇式框架和装配整体式框架,梁与柱的连接点可处理为刚结点刚结点。
如图3-2-2所示。
框架结构如采用现浇式基础时,可简化为固定约束,如图3-2-3所示。
4.荷载计算荷载计算框架结构上的荷载有:
竖向荷载、水平荷载。
竖向荷载有:
结构自重、楼面荷载、雪载等。
图图3-2-3图图3-2-2竖向荷载形式:
一般为分布荷载,次梁传来的为集中力。
水平荷载有:
风荷载、水平地震作用。
水平荷载形式:
简化为作用于框架节点上的集中力。
(1)楼面活荷载标准值按荷载规范的规定取。
对于楼面梁,当其负荷面积大于25时,考虑0.9折减系数。
对于墙、柱、基础,根据计算截面以上楼层数的多少取折减系数,如表3-2-1所示。
(2)风荷载)风荷载计算公式:
风荷载分项系数,一般;计算单元宽度,一般为柱距;风载体型系数,对矩形平面的多层框架,可取1.3;风压高度变化系数,根据每层柱顶标高按表2-4-1取用;对多层框架1实际风载分布荷载,图(a)。
简化节点集中力,图(b)。
的值为:
按女儿墙顶标高及各层柱顶标高计算的风压高度变化系数。
式中:
为单元计算宽度(3)水平地震作用)水平地震作用多层框架结构,当高度不超过40m,且质量和刚度沿高度分布比较均匀时,可采用底部剪力法计算水平地震作用。
3.2.2竖向荷载作用下的内力计算方法竖向荷载作用下的内力计算方法分层法分层法1.受力特点:
受力特点:
(1)框架所产生的侧移一般很小,对结构控制内力影响不大,可以忽略;
(2)当某层框架梁上作用荷载时,在该层梁及相邻的柱子中产生较大内力,其它各层梁柱的内力较小,其影响可以忽略。
2.基本假定基本假定根据上述受力特点,采用下面基本假定:
(1)竖向荷载作用下不计侧移影响;
(2)每层梁上的荷载仅影响本层梁及与该层梁相连的柱。
3.计算方法计算方法按照叠加原理,多层框架在竖向荷载作用下的内力,可看成是各层竖向荷载单独作用下内力的叠加(图(a))。
由假定,各层梁上的竖向荷载,仅在图(b)所示结构的实线部分产生内力。
框架结构可分解为如图(c)所示的独立刚架单元,柱的远端简化为固定支承。
用弯矩分配法进行计算,节点的不平衡弯矩只在本单元内进行分配和传递。
分层法:
将每层框架梁连同与之相连的上下层柱作为独立的单元分别用弯矩分配法计算内力,然后叠加。
注意两个问题:
(1)在计算单元中,取柱远端为固定,这与实际结构有差异,为消除此影响,规定除底层外,其它各层柱的线刚度均乘0.9,并取相应的传递系数为1/3(底层柱仍为1/2)。
(2)由于每根柱都在上、下两个单元中用了一次,因此,各柱端弯矩应为上下两层单元柱端弯矩之和。
分层法适宜于:
结构刚度与荷载沿高度分布比较均匀的多层框架。
4.分层法解题步骤分层法解题步骤
(1)画出结构计算简图,并标明轴线尺寸,荷载的大小和分布状态。
(2)计算梁、柱的线刚度和相对线刚度。
除底层柱外,其它各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数。
(3)用弯矩分配法自上而下分层计算各单元的杆端弯矩杆端弯矩。
(4)叠加相邻单元的柱端弯矩,得出柱端的最终弯矩。
如节点不平衡弯矩偏大,可在该节点重新分配一次但不再传递。
(5)根据静力平衡条件,求出框架梁在梁端弯矩及竖向荷载作用下的跨中弯矩、梁端剪力及柱的剪力和轴向力。
(6)绘出框架的弯矩图、剪力图、轴力图。
3.2.3竖向荷载作用下的内力计算方法竖向荷载作用下的内力计算方法弯矩二次分配法弯矩二次分配法1.特点特点弯矩二次分配法比分层法作了更进一步的简化。
与分层法相比:
相同点:
采用弯矩分配法计算杆端弯矩。
不同点:
分层法中,任一节点的不平衡弯矩都将影响到节点所在单元中的所有杆件。
弯矩二次分配法中,假定任一节点的不平衡弯矩只影响与该节只影响与该节点相交的各杆件的远端点相交的各杆件的远端。
因此可将弯矩分配法的循环次数简化到一次一次分配、一次传递、再一次分配。
分配、一次传递、再一次分配。
2.计算步骤计算步骤
(1)计算各杆件的线刚度、杆端弯矩分配系数、竖向荷载引起的杆端弯矩。
(2)对所有节点的不平衡弯矩进行第一次分配。
(3)将所有杆端的分配弯矩同时向远端传递,传递系数与弯矩分配法相同。
(4)将各节点因传递弯矩而再次形成的不平衡弯矩作第二次分配,使各节点处于平衡状态,则整个计算过程完成。
(5)将各杆端的固端弯矩、第一次分配弯矩、传递弯矩及第二次分配弯矩叠加求出杆端最终弯矩。
3.2.4竖向荷载作用下框架梁端弯矩的调幅竖向荷载作用下框架梁端弯矩的调幅1.为什么要对梁端弯矩进行调整为什么要对梁端弯矩进行调整在框架的计算简图中,梁与柱的连接简化为了刚节点,即该节点处各杆件间的夹角在框架受力变形前后保持