自考第三章-多层框架结构设计

Chap3多层框架结构设计★大纲要求1.识记（1）框架结构的组成；柱网布置原则和常用模数；承重结构的分类与特点；变形缝的种类、作用和设缝原则。（2）计算单元的确定；杆件轴线的确定；框架梁截面抗弯刚度的计算；荷载计算。（3）分层法的计算假定、适用条件和计算步骤。（4）反弯点的概念；反弯点法的计算假定、适用条件和计算步骤。（5）控制截面的确定；荷载效应组合的计算表达式；最不利内力组合的原则；竖向活荷载最不利布置的方法。2.领会（1）框架结构的受力特点。（2）结构简化的原则和根据；楼板对框架梁截面刚度的影响；活荷载的折减。（3）分层法的基本原理。（4）修正后的框架柱抗侧刚度D的计算；反弯点高度的修正；D值法的计算步骤。（5）梁端弯矩调幅的概念。3.应用（1）根据框架结构的布置、施工及构造的实际情况，正确地绘出结构的计算简图。（2）熟练应用分层法计算框架结构在竖向荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）。（3）熟练应用反弯点法计算框架结构在水平荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）。（4）熟练应用D值法计算框架结构在水平荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）和侧移。3.1.1多层框架结构的组成框架结构：由横梁、立柱和基础连接而成，梁柱连接处称为节点，一般有刚性连接和铰接点。框架结构一般采用刚性连接，铰连接一般用在多层排架。§3.1多层框架的结构组成与结构布置优点结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。框架结构框架结构3.1.1多层框架结构的组成缺点抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小，侧移大；受地基的不均匀沉降影响大。框架结构采用现浇楼盖时，框架梁截面采用T形或倒L形。框架结构受力变形3.1.1多层框架结构的组成3.1.2多层框架结构的分类按施工方法的不同可分为现浇式、半现浇式、装配式和装配整体式。框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至础；现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土。一般是每层的柱与其上层的梁板同时支模、绑扎钢筋，然后浇筑混凝土，自基础顶面逐层向上施工。半浇式框架是梁柱为现浇，楼板为预制，或柱为现浇、梁板为预制的结构。装配式框架是梁柱和楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体的框架。装配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制，在吊装就位后，焊接或绑扎节点区钢筋，通过浇捣混凝土形成框架，从而将梁、柱及楼板连成整体框架结构。满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；一、结构布置的一般原则3.1.3多层框架的结构布置好差平面布置好差竖向布置妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响；施工简便；经济合理。二、柱网布置柱网布置满足生产工艺的要求柱网布置的方法可分为内廊式、等跨式、对称不等式等几种。厂房柱距大多采用6m，故柱网形式主要取决于柱距。内廊式等跨式二、柱网布置柱网布置满足建筑平面的要求柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，一般布置成四排柱而成为三跨框架；当建筑平面宽度较小，层数较少时，也可设为三排柱成为两跨结构。二、柱网布置柱网布置要使结构受力合理柱网布置应考虑到结构在竖向作用下内力分布均匀合理，各构件材料强度充分利用。柱网布置应使施工方便建筑设计及结构布置时应考虑到施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。现浇框架结构在结构布置时应尽量使梁板布置简单规则，方便施工。二、结构布置方法特点房屋横向刚度大，侧移小；横梁高度大，室内有效净空小。非抗震时使用横向布置横向承重特点：连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降较有利；房屋横向刚度小，侧移大。纵向布置纵向承重框架纵梁特点：整体性好，受力好；适用于整体性要求较高和楼面荷载较大的情况。适宜在抗震设防时使用纵横向框架的混合结构双向承重三、变形缝沉降缝设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝。房屋扩建时，新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开。沉降缝将建筑物从基础底至屋顶全部分开，各部分能够自由沉降。沉降缝三、变形缝伸缩缝设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝。伸缩缝的设置主要与建筑物的长度有关。伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开，基础不断开。伸缩缝的最大间距取决于结构类型和温度的变化及施工方法的不同。伸缩缝三、变形缝防震缝当房屋平面复杂、立面高差悬殊、各部分质量和刚度截然不同时，应设置防震缝。对有抗震设防要求的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求，并尽可能三缝合并设置。设缝的原则和避免设缝的措施设缝的原则：应尽量少设缝或不设缝，可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构的整体性和空间刚度。避免设缝的措施：在建筑设计时，采用调整平面形状、尺寸、体型等措施；在结构设计时，可采用选择节点连接方式，配置构造钢筋、设置刚性层等措施；在施工方面，可采取分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构的损坏。1.确定钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距限值时，不需要考虑的因素是（）A.结构类型B.基础形式C.施工方法D.气候条件2.伸缩缝的设置主要取决于（）A.结构承受荷载大小B.结构高度C.建筑平面形状D.结构长度3.在地震区，当建筑物平面复杂、不对称并且各部分刚度、质量相差悬殊时，为减小震害可以设置_____缝。BD防震缝§3.2现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.1.2多层框架结构的分类一、计算单元横向框架的间距、荷载和侧向刚度都相同，可取有代表性的中间一榀框架作为计算单元。中列柱纵向框架的计算单元宽度可取两侧跨距的一半；边列柱纵向框架的计算单元可取一侧跨距的一半。竖向荷载近似采用分层法，水平荷载近似采用反弯点法和D值法。0b151~101lhbb31~21hb…3-1二、跨度和层高框架梁截面尺寸估算l0——梁的计算跨度；hb——梁的截面高度；bb——梁的截面宽度。一般情况下：梁净跨与截面高度之比不宜小于4梁的截面宽度不宜小于200mm…3-2在结构计算简图中，框架杆件用其轴线表示，杆件之间的连接用节点表示，杆件长度用节点之间的距离表示。框架的计算跨度为框架柱轴线间的距离；框架柱的计算高度（除底层柱外）可取各层层高，底层柱一般取至基础顶面，当有整体刚度很大的地下室时，可取至地下室结构的顶部。当柱上下层截面尺寸变化时，取最小截面的形心线来确定跨度。对于倾斜的或折线型横梁，当其坡度小于1/8时，可简化为水平直杆；对于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%时，可简化为等跨框架，简化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。1．多层框架结构中，当上、下层柱子截面尺寸变化时，框架梁的跨度一般以（）A．最大柱截面形心线确定B．下柱截面形心线确定C．最小柱截面形心线确定D．上、下柱截面形心线的中线确定ClIEicb…3-3Ec——混凝土弹性模量；I——框架梁截面惯性矩，见表3.3.1；l——框架梁的跨度。在框架两端节点处，梁受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面刚度影响较小，形成矩形截面梁；在框架梁的跨中，梁受正弯矩，楼板受压区形成T形截面梁。三、框架梁截面抗弯刚度的计算框架梁线刚度矩形梁箱形梁倒L形梁T形梁花篮梁混凝土梁形式三、框架梁截面抗弯刚度的计算在计算框架梁截面惯性距时应考虑楼板的影响现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩(图a)装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I0;边框架梁I=1.2I0(图b)装配式框架梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I0(图c)。表3.3.1框架梁惯性矩取值楼板类型边框架梁中框架梁现浇楼板I=1.5I0I=2.0I0装配整体式楼板I=1.2I0I=1.5I0装配式楼板I=I0I=I0注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，。30121bhI1．在计算现浇框架梁截面惯性矩I时应考虑______的影响。2．一侧为楼梯间的中框架梁，当采用现浇楼盖时，其截面惯性矩应取I=___________I0（注：I0为矩形截面梁的截面惯性矩）。3．一般情况下，在选择框架梁的截面高度时，主要考虑的因素是（）A．梁的跨度B．层高C．结构的总高度D．梁的混凝土强度等级4．确定框架结构内力分析的计算简图时，框架梁的计算跨度应取（）A．梁的净跨度B．梁的净跨度＋梁高C．梁的净跨度＋柱截面高度D．梁两端柱轴线之间的距离多层建筑：Hi——第i层层高；hc——柱截面高度；bc——柱截面宽度。icH201~151hcc2~1bh框架柱的截面边长不宜小于350mm，圆柱的截面直径不宜小于350mm，剪跨比宜大于2截面的高宽比不宜大于3…3-5…3-4框架柱框架柱截面尺寸估算柱截面尺寸柱截面高度按(1/18~1/14)层高确定（可直接凭经验确定），也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即Ac≥(1.1~1.2)N/fcN=1.25Nv式中Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（12~14）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。Ec——混凝土弹性模量；I——框架柱截面惯性矩。框架柱线刚度iHIEicc…3-73cc121hbI…3-8四、荷载的计算与简化计算单元的选取计算单元选取计算简图实际结构l01l02计算简图框架荷载垂直荷载水平荷载恒载活载风载地震作用框架自重；粉灰重；板、次梁、墙体重。人群、家具、设备等荷载，取值见《建筑结构荷载规范》，可折减。0zszkww一）楼（屋）面活荷载作用于建筑物上的楼面活荷载，不可能以规范所给的标准值同时作用在所有的楼面上，所以在多层住宅、办公楼、旅馆等设计时考虑楼面活荷载折减。对于楼面梁，当其负荷面积大于25m2，折减系数为0.9墙、柱基础计算截面以上的层数12～34～56～89～2020计算截面以上的各层活载总和的折减系数1.00（0.9）0.850.700.650.60.55一）楼（屋）面活荷载注：当楼面梁从属面积超过25m2,采用括号内系数表3-1活荷载按楼层的折减系数3.2.2竖向荷载作用下的分层法（1）分层法★基本假定框架结构无侧移；每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱上产生内力。分层法的适用条件：在竖向荷载作用下，顶点的侧移值很小，而且每层横梁的荷载对上下层横梁的影响很小。分层法计算原理根据以上假定，多层框架可分层作为若干个开口单元，彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环2次。分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩。由于每一层柱属于上、下两层，所以柱弯矩为上、下两层计算弯矩相叠加。注意事项：由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。柱线刚度修正考虑除支座外，因此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯矩传递系数取1/3；传递系数修正1.在用分层法计算竖向荷载作用下的框架内力时，除底层柱外，其它各层柱的弯矩传递系数为（）A.1/2B.1/3C.1/4D.12.用分层法计算框架内力时，应对柱线刚度进行如下修正：（）A．底层柱不变，其余各层柱乘以0.9B．底层柱不变，其余各层柱乘以0.8C．底层柱乘以0.9，其余各层柱不变D．底层柱乘以0.8，其余各层柱不变每个节点各杆件弯矩分配系数μjk：