PPT《第4章 框架结构》

第4章 框架结构 混凝土结构设计 第4章框架结构 教材作者:梁兴文课件制作:王 威课件审查:周铁钢 第4章 框架结构 第4章 内容要点 结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 荷载效应组合和构件设计 框架结构的构造要求 主要内容: 重点: 结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 反弯点法,D值法 第4章 框架结构 4.

1结构组成和结构布置

1 结构组成及特点 框架结构(frame structure)由梁、柱构件通过节点连接构成,如整幢房屋均采用这种结构形式,则称为框架结构体系或框架结构房屋. 框架结构平面布置和剖面示意图 第4章 框架结构 4.1 结构组成和结构布置 按施工方法不同,框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种. (1)框架结构的受力特点 在竖向荷载和水平荷载作用下,框架结构各构件将产生内力和变形.框架结构的侧移一般由两部分组成:由水平力引起的楼层剪力,使梁、柱构件产生弯曲变形,形成框架结构的整体剪切变形us;

由水平力引起的倾覆力矩,使框架柱产生轴向变形(一侧柱拉伸,另一侧柱压缩),形成框架结构的整体弯曲变形ub. 当框架结构房屋的层数不多时,其侧移主要表现为整体剪切变形,整体弯曲变形的影响很小. 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置 框架结构的侧移 第4章 框架结构 4.1 结构组成和结构布置 (2)框架结构体系的优缺点 建筑平面布置灵活,能获得大空间(特别适用于商场、餐厅等),也可按需要做成小房间;

建筑立面容易处理;

结构自重较轻;

计算理论比较成熟;

在一定高度范围内造价较低.框架结构的侧向刚度较小,水平荷载作用下侧移较大,有时会影响正常使用;

如果框架结构房屋的高宽比较大,则水平荷载作用下的侧移也较大,而且引起的倾覆作用也较严重.因此,设计时应控制房屋的高度和高宽比. 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置

2 结构布置(structural configuration) 框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式(柱网布置)和选择结构承重方案,这些均必须满足建筑平面及使用要求,同时也须使结构受力合理,施工简单. 民用建筑柱网布置 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置 框架结构的承重方案 1)横向框架承重. 主梁沿房屋横向布置,板和连系梁沿房屋纵向布置.2)纵向框架承重. 主梁沿房屋纵向布置,板和连系梁沿房屋横向布置. 3)纵、横向框架承重. 房屋的纵、横向都布置承重框架 ,楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼 盖. 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置 框架结构的承重方案 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置 梁端水平加腋处平面图 在框架结构布置中,梁、柱轴线宜重合,如梁须偏心放置时,梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方面宽度的1/4.如偏心距大于该方向柱宽的1/4时,可增设梁的水平加腋. 试验表明,此法能明显改善梁柱节承受反复荷载的性能. bx / lx ≤ 1/2 , bx / bb ≤ 2/3 , bb + bx + x ≥ bc/2 梁水平加腋厚度可取梁截面高度,其水平尺寸宜满足下列要求: 第4章 框架结构 4.1结构组成和结构布置 梁水平加腋后,改善了梁柱节点的受力性能,故节点有效宽度bj宜按下列规定取值: 当x = 0时,bj按下式计算:当x≠0时,bj取下列二式计算的较大值:且应满足bj ≤ bb + 0.5hc,其中hc为柱截面高度. bj ≤ bb + bx bj ≤ bb + bx + x bj ≤ bb + 2x 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载

1 框架结构的计算简图及荷载 梁、柱截面尺寸 框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定.初步设计时,通常由经验或估算先选定截面尺寸,以后进行承载力、变形等验算,检查所选尺寸是否合适. 梁截面尺寸确定 框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等,按hb = (1/18~1/10)lb确定.为了防止梁发生剪切脆性破坏,hb不宜大于1/4净跨.主梁截面宽度可取bb = (1/3~1/2)hb,且不宜小于200mm.为了保证梁的侧向稳定性,梁截面的高宽比(hb/bb)不宜大于4. 第4章 框架结构 为了降低楼层高度,可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁,扁梁的截面高度可按 (1/18~1/15)lb估算.扁梁的截面宽度b(肋宽)与其高度h的比值b/h不宜超过3. 加腋梁 梁截面惯性矩 4.2 框架结构的计算简图及荷载 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 柱截面尺寸 柱截面尺寸可直接凭经验确定,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 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. Ac ≥ (1.1~1.2)N / fc N = 1.25Nv 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 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. 梁截面惯性矩 在结构内力与位移计算中,与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘,每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍;

装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍;

无现浇面层的装配式楼面,楼板的作用不予考虑. 设计中,为简化计算,也可按下式近似确定梁截面惯性矩I: 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载

2 框架结构的计算简图 计算单元 框架结构的计算单元及计算模型 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 框架结构房屋是空间结构体系,一般应按三维空间结构进行分析.但对于平面布置较规则的框架结构房屋,为了简化计算,通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析,每榀平面框架为一计算单元. 就承受竖向荷载而言,当横向(纵向)框架承重,且在截取横向(纵向)框架计算时,全部竖向荷载由横向(纵向)框架承担,不考虑纵向(横向)框架的作用.当纵、横向框架混合承重时,应根据结构的不同特点进行分析,并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递,这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担. 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 框架结构计算简图 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 在框架结构的计算简图中,梁、柱用其轴线表示,梁与柱之间的连接用节点(beam-column joints)表示,梁或柱的长度用节点间的距离表示,由图可见,框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度;

框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离,当各层梁截面尺寸相同时,除底层外,柱的计算高度即为各层层高.对于梁、柱、板均为现浇的情况,梁截面的形心线可近似取至板底.对于底层柱的下端,一般取至基础顶面;

当设有整体刚度很大的地下室;

且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时,可取至地下室结构的顶板处. 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 在实际工程中,框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化.当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时,其计算简图与各层柱截面不变时的相同.当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时,一般采取近似方法,即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线,但是必须注意,在框架结构的内力和变形分析中,各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取;

另外,尚应考虑上、下层柱轴线不重合,由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩.此力矩应视为外荷载,与其他竖向荷载一起进行框架内力分析. 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 变截面柱框架结构的计算简图 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 装配式框架的铰节点 框架柱与基础的连接 第4章 框架结构 4.2 框架结构的计算简图及荷载 框架结构上的荷载 作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载.竖向荷载包括恒载和楼(屋)面活荷载,水平荷载包括风荷载和水平地震作用. 楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载,可根据房屋及房间的不同用途按《荷载规范》取用.应该指出,《荷载规范》规定的楼面活荷载值,是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载(equivalent uniform live load)标准值,且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载. 风荷载 当计算主要承重结构时,垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按式(3.5.9)计算,对于多、高层框架结构房屋,式中的计算参数应按规定采用. 第4章 框架结构 4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算

1 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算 在竖向荷载(vertical load)作用下,多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算.工程设计中,如采用手算,可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算. 分层法 竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定: (1)不考虑框架结构的侧移对其内力的影响;

(2)每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响,对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计. 应当指出,上述假定中所指的内力不包括柱轴力,因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响,不能忽略. 第4章 框架结构 竖向荷载作用下分层计算示意图 4.3 竖........