框架结构MicrosoftPowerPoint演示文稿.

第3章框架结构设计本章重点:了解框架结构的特点和适用范围；􀂾熟悉框架结构的布置原则与方法；􀂾掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法；􀂾掌握框架结构的内力组合原则与方法；熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方法；􀂾熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。§3.1概述框架结构:是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材等材料砌筑或装配而成。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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。因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度，以免造成不合理的设计。非地震区高度限制：6º：60m；7º：55m；8º：45m；9º：25m。§3.2结构布置方法3.2.1结构布置的一般原则􀂾（1）满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；􀂾（2）满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；􀂾（3）结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；（4）妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素的影响;（5）施工简便；（6）经济合理。框架结构的平面、立面布置：结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确、传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。一、对称性：对称性对于建筑结构的抗震非常重要。对称性包括建筑平面的对称、质量分布的对称、结构抗侧刚度的对称三个方面。最佳的方案是使建筑平面形心、质量中心、结构抗侧刚度中心在平面上位于同一点上，而在竖向则位于同一铅垂线上，简称“三心重合”。1、建筑平面的对称性建筑平面形状最好是双轴对称的，这是最理想的，但有时也可能只能对一个轴对称，有时可能是根本找不到对称轴。不对称的建筑平面对结构来说有三个问题：一、会引起外荷载作用的不均匀，从而产生扭矩；二、会在凹角处产生应力集中；三、不对称的建筑平面很难使三心重合。因此，对于单轴对称或无轴对称的建筑平面，在结构布置时必须十分小心，应该对结构从各个方向反复进行计算，并考虑结构的空间作用。2、质量布置的对称性：仅仅由于建筑平面布置的对称并不能保证结构不发生扭转。在建筑平面对称和结构刚度均匀分布的情况下，若建筑物质量分布有较大偏心，当遇到地震作用时，地震惯性力的合力将会对结构抗侧刚度中心产生扭矩，这时也会引起建筑物的扭转及破坏。3、结构抗侧刚度的对称性因此，在方案阶段建筑专业与结构专业应密切配合，适当调整平面，也能在满足功能和建筑艺术的前提下，使结构布置更为合理。二、连续性连续性是结构布置中的重要方面，而又常与建筑布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变，而合理的结构布置却应该是连续的、均匀的，不应使刚度发生突变。上述几种刚度沿竖向有突变的剪力墙结构，常会由于应力集中而产生裂缝或造成局部的损坏。另一种情况是竖向体型突变而使刚度削弱。图(a)、（b）因顶部内收形成塔楼，顶部小塔楼因高振型影响而使地震作用放大，塔楼的质量和刚度越小，地震作用放大越明显。在可能的情况下，宜采用图(c)台阶形多次内收的立面。三、周边作用下图中为建筑平面相同、结构构件形式相同、结构材料用量相同、仅构件布置位置不一样的几种情况。由于墙体具有较大抗侧力刚度，因此墙体位置的变化对整个结构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。四、角部构件角部构件往往受到较大的荷载或较复杂的内力，在结构布置时应特别注意。在多层框架结构中，角柱虽然受到的轴力较小，但它为双向受弯构件，当结构整体受扭时所受到的剪力最大，所以角柱在整个柱高范围内，都应采取加密箍筋等构造措施。五、多道防御多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有重要意义在建筑结构的设计中，要求当结构中的某些截面出现塑性铰或一部分构件受到破坏时，整个结构仍能继续工作，承受荷载。多道防御的设计概念可应用于单榀结构，亦可应用于整个结构。以框架结构为例，由于梁、柱内塑性铰出现次序的不同而有多种可能的破坏形态。•强柱弱梁型框架结构有两道防御线，这对建筑物抵抗地震作用是十分有效的。3.2.2结构布置方法：框架结构布置：横向承重、纵向承重、纵横双向承重横向承重特点：房屋横向刚度大，侧移小；窗户的尺寸可以设计大一些，采光通风好；室内净空小。纵向承重：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，测移大。纵横双向承重特点：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。§3.3截面尺寸估算3.3.1框架梁框架梁截面尺寸估算(1/81/12)(1/21/4)bbbbhlbhl0——梁的计算跨度；hb——梁的截面高度；bb——梁的截面宽度。框架梁线刚度式中：Ec——混凝土弹性模量；I——框架梁截面惯性矩，见3.3.1；l——框架梁的跨度。3.3.2框架柱􀂾框架柱截面尺寸估算多层建筑：Hi——第i层层高；hc——柱截面高度；bc——柱截面宽度。框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。柱截面尺寸估算：框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以放大系数。框架柱线刚度Ec——混凝土弹性模量；I——框架柱截面惯性矩。§3.4计算简图的确定计算单元的选取计算简图§3.5荷载计算§3.5.1楼面荷载的传递楼面荷载分配原则􀂾当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通过预制板的两端传递给它的支承结构；􀂾当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边/短边2时沿单向传递，长边/短边≤2时沿双向传递。双向板的传力路径:单向板传力路径:现浇楼盖荷载传递示意图风荷载:各层集中荷载:0kzszwwiiikiFbhw§3.6内力计算3.6.1竖向荷载下的内力计算逐跨布置法:恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。（2）满布荷载法当活载与恒载的比值不大于1时，可不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩应乘以1.1~1.2的系数予以增大。3竖向荷载作用下的内力计算方法精确的内力计算方法是弹性力学的计算方法或者空间结构力学计算方法(电算)。手算方法（近似计算方法）：(1)分层法：基本假定：（1）框架的侧移和侧移力矩忽略不计；（2）每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个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。分层模型：分层结构为独立结构，有力矩分层法计算各子结构的弯矩，最后用节点叠加。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。考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，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；分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加；􀂾在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。􀂾根据算得的各杆端弯矩值，作最后的弯矩图并求得相应的剪力图和轴力图。3.6.2水平荷载作用下的内力近似计算方法反弯点法􀂾适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用下的弯矩值。（1）反弯点位置弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以梁EI=∞为前题）。（2）反弯点处的剪力计算：柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧移刚度为：EIci——第i根柱的截面刚度；hi——第i根柱的柱高。以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。顶层因此各柱的剪力为：第二层各柱的剪力为：第一层各柱的剪力为：（3）弯矩图绘制柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值便可以求出每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。边节点：中节点：D值法（1）反弯点法的问题􀂾柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。（2）D值法的基本思想与反弯点法相比：相同之处先确定反弯点位置􀂾不同之处考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。因此，D值法又称为修正的反弯点法，适用于梁柱线刚度比小于3的情况。（3）柱的抗侧刚度式中，αc——柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。（4）修正的反弯点高度式中：y0：标准反弯点高度比；y1：因上、下层梁刚度比变化的修值；y2：因上层层高变化的修正值；y3：因下层层高变化的修正值。§3.7内力组合3.7.1控制截面梁：跨中、支座截面柱：柱：顶、柱底截面梁跨中截面：+Mmax及相应的V（正截面设计）梁支座截面：--Mmax及相应的V（正截面设计）Vmax及相应的M（斜截面设计）柱截面：+Mmax及相应的N、V;-Mmax及相应的N、V;Nmax及相应的M、V;Nmin及相应的M、V;Vmax及相应的M、N;由图可见：􀂾对于大偏压，M相等或相近时，N越小越不利；􀂾对于小偏压，M相等或相近时，N越大越不利；􀂾无论大小偏压，当N相等或相近时，M越大越不利。3.7.3控制截面最不利内力计算框架结构的基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：1.由可变荷载效应控制的组合:2.由永久荷载效应控制的组合1110.9GGKQQKnGGKQiQikiSSSSSS1nGGKQiciQikiSSS§3.9框架结构配筋计算及构造要求进行框架结构设计时，框架梁、柱的正截面和斜面截面的配筋计算可按《混凝土结构设计原理》中的钢筋混凝土受弯和偏心受压构件的配筋计算方法计算。在配筋计算的过程中，有以下问题需注意：当楼板与框架整体浇灌时，梁的跨中应按T形截面计算，支座处按矩形截面计算。梁端破坏时，破坏截面位于柱的边缘处，梁端的控制截面在柱边，应以柱边的弯矩和剪力值作为配筋计算的内力值：有次梁时注意配附加钢箍或设吊筋；􀂾柱上端控制截面在梁底，柱下端控制截面在梁顶。为了简化计算，可采用轴线处内力值；􀂾柱的计算长度按教材附录11确定；􀂾框架柱一般采用对称配筋，除平面内按偏心受压构件计算外，还要进行平面外按轴心受压构件的验算；􀂾当偏心距e00.55h0时，尚应进行裂缝宽度验算。