第十三章+++多层钢筋混凝土框架房屋

第十三章多层钢筋混凝土框架房屋第一节概述《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）将10层及以上或高度超过28m的建筑定义为高层建筑，因此，在大中城市2~9层建筑就属于多层建筑。多层建筑具有使用功能完备、结构受力性能好、耐久性好、耐火性高、抗震性能好及使用成本低廉的优点，但具有房屋建设容积率低、建房面积少的缺点。第二节多层框架结构的分类和布局一、框架结构的分类1.全现浇框架定义：全现浇框架是指作为框架结构的板、梁和柱整体浇注成为整体的框架结构。特点：整体性好、抗震性能好，建筑平面布置灵活，工期长、需要的模板量大建筑成本高，在北方地区冬季施工成本高工序：绑扎柱内钢筋、经检验合格后支柱模板；支楼面梁和板的模板、绑扎楼面梁和板的钢筋，经检验合格后浇注柱梁板的混凝土，并养护；逐层类推完成主体框架施工。2、半现浇框架定义：半现浇框架是柱预制、承重梁和连续梁现浇、板预制，或柱和承重梁现浇，板和连系梁预制，组装成型的框架结构。特点：节点构造简单、整体性好；比全现浇框架结构节约模板，比装配式框架节约水泥，经济性能较好。工序：先绑扎柱钢筋、经检验合格后支模；接着绑扎框架承重梁和连系梁的钢筋，经检验和合格后支模板，然后浇筑混凝土；等现浇梁柱混凝土达到设计规定的值后，铺设预应力混凝土预制板，并按构造要求灌缝做好细部处理工作。3、装配整体式框架定义：在装配式框架或半现浇框架的基础上，为了提高原框架的整体性，对楼屋面采用后浇叠合层，使之形成整体，以达到盖上楼盖整体性的框架结构形式。特点：具有装配式框架施工进度快、也具有现浇框架整体性好的双重优点，在地震低烈度区应用较为广泛。工序：在现场吊装梁、柱，浇筑节点混凝土形成框架，或现场现浇混凝土框架梁、柱，在混凝土达到设计规定的强度值后，开始铺设预应力混凝土空心板，然后在楼屋面浇筑后浇钢筋混凝土整体面层。4、装配式框架定义：指框架结构中的梁、板、柱均为预制构件，通过施工现场吊装、就位、支撑、焊接钢筋，后浇节点混凝土所形成的拼装框架结构。特点：构件设计定型化、生产标准化、施工机械化程度高，与全现浇框架相比节约模板、施工进度快、节约劳动力、成本相对较低。但整体性差、接头多，预埋件多、焊接节点多，耗钢量大，层数多、高度大的结构吊装难度和费用都会增加，由于其整体性差的缺点在大多数情况下已不再使用。二、框架结构的布置1、框架结构布置原则结构的平面和立面布置宜简单、规则、整齐；尽量统一开间和进深尺寸，统一层高，减少构件类型；限值结构高宽比，提高结构整体抗侧能力和整体稳定性；充分注重温度应力、混凝土收缩、地基不均匀沉降对框架结构造成的不良影响；如果设计要求设置沉降缝、伸缩缝、抗震缝，要做到“三缝合一”。2、柱网与柱高（1）民用建筑一般柱网以300mm为基本模数，柱距和开间可根据建筑设计的要求确定，同时也要顾及梁柱受力合理、经济可靠等因素。（2）工业建筑多层钢筋混凝土框架结构工业厂房的柱网和层高是根据生产工艺的要求决定的，厂房布置为跨度组合式和中间过道式（内廊式）两类。3、框架结构承重方案（1）横向框架承重方案组成：横向承重框架受力体系是由横向承重梁、柱及基础组成；在房屋纵向各个框架由纵向连系梁拉结形成空间受力体系。内力分析：在竖向荷载作用下，横向框架按多层刚架进行内力分析；纵向各层连系梁一般按多跨连续梁进行分析；在水平风荷载作用下，一般仅对横向框架进行内力分析。特点：由于承重梁在横向布置，房屋结构横向抗侧刚度增加，提高了房屋横向抗震性能。同时，由于截面高度大的承重梁沿房屋横向布置，室内的采光和通风效果良好。（2）纵向框架承重方案组成：由纵向承重梁、柱及基础组成；在房屋横向各个框架由横向连系梁拉结形成空间受力体系。内力分析：在竖向荷载作用下，纵向框架按多层刚架进行内力分析；横向各层仍应按多层刚架进行承载力和变形验算。特点：由于承重梁在纵向布置，房屋结构横向连管道穿行；可以利用截面尺寸较大的纵梁调节纵向发生的地基不均匀沉降带来的影响；楼层净高比横向承重方案的框架要高。（3）纵横向框架承重方案组成：由沿房屋纵、横向布置的承重梁和柱组成纵横向承重框架体系，承担房屋楼屋面及水平方向的荷载影响。内力分析：楼面框架梁在双向布置，双向抗侧移刚度分布比较均匀；屋结构接近正方形，便于充分发挥两方向承重梁的受力性能。特点：房屋结构方向共同承受荷载及地震作用，纵横向受力，刚度在两方向相差不太悬殊；纵横向均有较好的抗震性能。三、框架梁、柱截面尺寸和材料强度1.框架梁（1）截面形状梁截面一般为矩形、T形、花篮形、和十字形。框架连系梁的截面形状，一般有矩形、倒L形、T形和倒T形几种。（2）截面尺寸根据框架结构中梁的承载力和刚度要求，框架梁的截面尺寸可按下列公式计算：（3）材料强度框架梁的混凝土强度等级不低于C25，一般应在C25~C40之间。011(~)812hl2.框架柱（1）截面形状框架柱一般多采用矩形，特殊情况下也可T形、L形、十字形等异形截面。（2）框架柱截面尺寸框架柱截面尺寸可根据柱承受的竖向荷载预估值，按下式计算：框架柱截面尺寸应满足下列要求：1）柱截面高度不小于600mm；截面宽度不小于400mm；2）柱截面尺寸以50mm为模数递增或递减0.9ccNfA≤3）柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4；4）圆柱的直径不宜小于350mm；（3）材料强度柱内混凝土强度等级不宜低于C25，一般使用C30~C50级。纵向受力钢筋宜采用HRBF335、HRB400、HRBF400、HRB500、HRBF500级钢筋。箍筋宜采用HPB300、HRBF335级钢筋。第三节多层框架结构承受的荷载和计算简图一、竖向荷载1.永久荷载框架结构、建筑及装饰部分自重、管道及固定设备自重共同组成了房屋结构的永久荷载。2.屋面可变荷载施工检修荷载，上人屋面的人群荷载，雪荷载，积灰荷载。3.楼面可变荷载(1)民用建筑楼面可变荷载较小，偏于安全地取其满载分布计算。(2)工业建筑楼面均布可变荷载，可采用等效均布荷载计算其值。二、水平风荷载1.风荷载2.地震作用三、计算简图1.计算单元的确定所取的计算单元是从框架结构中部选一榀框架作为研究对象，假想从该框架相邻开间二分之一处切开，以该框架为主体作为独立的计算单元。2.节点的构造现浇框架的节点计算时可视为刚节点。顶层端节点梁、柱纵向钢筋在节点内的锚固与搭接现浇框架中柱顶层和梁的连接节点现浇框架梁上部纵向钢筋在中间层端节点内的锚固梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座范围的锚固与搭接整体式现浇混凝土框架基础和柱的支座连接方式为固定支座连接3.跨度与层高的确定框架梁的跨度取决于支承该梁的柱距大小，随着房屋层数增多和高度增加的一定值，对于不等跨框架跨差不大于10%时，可按等跨计算。4.框架梁、柱的惯性矩（1）现浇框架中间框架梁跨中截面（T形截面）边框架梁跨中截面（倒L形截面）（2）装配整体式框架对中间框架梁跨中截面边框架梁跨中截面（倒L形截面）5.荷载图式的简化水平风荷载可以简化为作用于框架节点处的水平集中荷载，并合并于迎风面一侧。02bII01.5bII01.5bII01.2bII第四节多层框架的内力和侧移计算一、竖向荷载作用下框架内力的近似计算法1.基本假定（1）框架在竖向荷载作用下侧移很小对内力分析影响很小可以忽略不计。（2）每层梁上的荷载对其他梁的影响较小，可以忽略这种影响。2.定义为了分析多层框架在竖向荷载作用下的内力，假想从每层柱的中部将框架分解为开口框架，逐层分析每个开口框架上的内力，依次逐步叠加已经求出内力的开口框架，就得到了全框架的内力图。这种计算方发称为分层法。3.步骤（1）将多层框架以每层柱高度的中间为界假想截断，形成多个开口框架，同时假定开口框架远端为固端。（2）用力矩分配法计算每个开口小框架的内力。（3）除底层柱外，其他每层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数（底部为0.75），相应的弯矩系数就变为1/3，底层柱弯矩传递系数为1/2。（4）分层法计算得到的梁端弯矩即为最后弯矩，每根柱属于相邻上下两层开口框架的组成部分，所以，柱端弯矩要叠加。（5）横梁的最后弯矩即为分层计算所得的弯矩；（6）柱的最后弯矩为上、下两相邻开口框架柱的弯矩叠加。二、水平荷载作用下框架内力近似计算方法——反弯点法多层框架上的水平荷载都简化为节点水平集中力，同层内各柱顶的水平位移相同。只要求出一榀框架各柱的抗侧移刚度（），其中各柱的提供的侧移刚度值之和就可得知。由于同层柱相同，所以同层内，每个框架柱承受的水平剪切力值就是按其线刚度与同层柱总的线刚度比值即关系分配楼层受到的水平剪力的。求得柱反弯点截面的受到的水平剪切力后，当反弯点高度已知后，便可求得各柱端的弯矩。212/cih/ccciEIh212cih/ccii1、基本假定（1）将水平方向的荷载化为节点集中荷载。（2）框架底层各柱的反弯点在距柱底部为2/3柱高处，其余各层柱的反弯点在距柱底1/2柱高处。（3）不考虑框架横梁的压缩变形，不考虑梁柱节点的转角，认为梁柱线刚度比为无穷大。（4）楼板在水平面内的刚度无穷大，同层柱顶端的位移均相同。2、计算方法（1）概述根据上述假定（3）得：同层柱的侧移相等，则各柱的剪力与柱的抗侧移刚度成正比。柱的抗侧移刚度表示当柱顶产生单位水平位移时（△u=1），在柱顶需要施加的水平力的大小。根据结构力学知识可知，第i层第j根柱的抗侧移刚度为：则第i层第j根柱的剪力为：21212ccijcijijEIihhcijiciVVi（2）反弯点法的步骤求i层j根柱的剪力利用式（13—4）可得底层柱由于反弯点高度在距柱底截面处，则反弯点以上柱端弯矩为：反弯点以下柱端弯矩：其他楼层反弯点高度在柱的1/2处，则：如图13—10所示，则边节点弯矩的平衡关系为：中间节点弯矩的平衡关系为：ijV111,3jjhMV上11,123jjhMV下11,11,2jjjhMMV下上+MMM下上++MMiMii下左上左左右（）++MMiMii下右上右左右（）三、水平荷载作用下框架内力近似计算的D值法（修正的反弯点法）1、问题的提出在不规则的框架的梁与柱的线刚度之比小于3时，需要采用D值法计算内力和侧移。柱的抗侧移刚度不仅与柱的线刚度和框架层高有关，而且还与梁的线刚度有关；柱的反弯点高度不是一个定值，它与同一个节点上梁柱线刚度比以及与同一根柱的相连的上下层梁的刚度之比，上下层层高的变化、总层数、该柱所在的楼层位置等多种因素有关，同时还与荷载的形式有关。考虑到上述各种因素的影响，在计算多层框架内力时，对柱的抗则移刚度需要加以修正，修正后的柱抗侧移刚度用表示，所以这种求解不规则框架内力的方法称为D值法又称为修正的反弯点法。至于反弯点的位置需要通过计算确定。212cijiDh2、修正后的侧移刚度D在反弯点法中假定梁的线刚度为无穷大，柱的上、下端均为固端且无转动（只有侧移）。当框架在水平荷载作用下，当节点有转动时，对抗侧移刚度须加以修正。由结构力学知识得知，当柱两端均转动角时，柱顶产生单位侧移时，柱顶的剪力（即抗侧移刚度D）。柱的转动刚度计算公式为：当得到柱的抗侧移刚度修正值D之后，与反弯点法相似，同层各柱的剪力为：212cijijijiDh1ijijimijjDVVD3、修正后的柱反弯点高度影响柱的反弯点高度比y的主要因素有以下几点：柱所在的楼层位置，框架的总层数及计算层梁柱线刚度比；上、下梁的相对刚度比；上、下层的层高变化情况。（1）楼层位置的影响及标准反弯点高度比是假定框架各层梁的线刚度、柱的线刚度和各层的层高都相同时，计算出的反弯点高度比。（2）上、下梁线刚度变化时的反弯点高度比修正值（3）上下层的层高变化时的反弯点高度比修正系数、框架柱各层柱修正后的反弯点高度比由式13—14确定，反弯点距柱底截面的高度由式（13—15）确定。0y0y1y2y3y0123yyyyy'0123()yyhyyyyh4、计算步聚多层多跨框架在节点水平力作用影响下，