多層框架結(jié)構(gòu)

1、3.4 框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì),,3 多層框架結(jié)構(gòu),3.1 組成與布置,3.2 框架結(jié)構(gòu)分析,3.3 溫度影響,3.5 框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì),,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,由梁、柱、基礎(chǔ)這三種構(gòu)件形成的承重結(jié)構(gòu)，稱為框架結(jié)構(gòu)。,豎向承重結(jié)構(gòu)全有框架所組成的房屋結(jié)構(gòu)體系，稱為框架體系。框架之間有連系梁及樓面結(jié)構(gòu)連成整體。,,框架體系常用于高度不超過50m的房屋中 。,框架結(jié)構(gòu)是多層房屋的主要結(jié)構(gòu)形式，也是高層建筑的基本結(jié)構(gòu)單元。,

2、3.1 組成與布置,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,3.1.1 框架結(jié)構(gòu)種類,按所用材料：,,混凝土框架結(jié)構(gòu),鋼框架結(jié)構(gòu),組合框架結(jié)構(gòu)（鋼骨混凝土、鋼管混凝土）,按施工方法：,,整體式框架（混凝土框架而言）,裝配式框架,裝配整體式框架（混凝土框架而言）,3.1 .1種類,裝配式混凝土框架,裝配整體式混凝土框架,裝配整體式混凝土框架,,裝配整體式混凝土框架,鋼框架鉸接,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與

3、布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,柱截面,,實(shí)腹式（矩形、箱形、圓形、I形、H形、L形、T形、十字形等）,格構(gòu)式,（對(duì)鋼結(jié)構(gòu)而言）,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,框架結(jié)構(gòu)由梁、柱連結(jié)而成。梁柱一般為剛接，有時(shí)為了方便施工也有做成鉸接或半鉸接（半剛接的）。,3.1.2 框架結(jié)構(gòu)組成,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,,3.1 .2組成,混

4、凝土梁形式,3.1.3 框架結(jié)構(gòu)布置,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,梁跨：4.5~7.0m,,柱距：3.3~7.2m,層高：2.8~4.2m,平面布置、豎向布置、構(gòu)件選型,一、平面布置,1、柱網(wǎng)布置,典型的柱網(wǎng)有內(nèi)廊式、等跨式和不等跨式。,內(nèi)廊式,等跨式,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,滿足建筑功能的

5、要求；,原則：,,結(jié)構(gòu)受力合理（均勻、對(duì)稱、對(duì)直、貫通，盡量避免缺梁抽柱）,方便施工,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,2、承重（豎向荷載）框架的布置,橫向框架承重方案,縱向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度大。有利采光和通風(fēng)。,縱向框架承重方案,橫向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度小。有利獲得較高凈空。,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,

6、3.1 .3布置,,縱橫向框架承重方案,兩個(gè)方向均有較好的抗側(cè)剛度。,,無(wú)梁樓蓋,密肋樓蓋,板柱結(jié)構(gòu),,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,3、變形縫設(shè)置,二、豎向布置,,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,三、構(gòu)件選型,1）混凝土柱,根據(jù)柱的負(fù)荷面積，估算柱在豎向荷載下的軸力Nc,2、梁、柱截面尺寸的估算,

7、,框架設(shè)計(jì),3.1 組成與布置,,,,,,3.1 .1種類,3.1 .2組成,,3.1 .3布置,,,1、確定截面形式,3）鋼柱,,,（2）確定計(jì)算長(zhǎng)度,、,、,,,由A、b、h選擇截面尺寸。,3.2.1 框架計(jì)算簡(jiǎn)圖,1、計(jì)算單元,滿足結(jié)構(gòu)均勻、荷載均勻，可用平面框架代替空間框架。,,框架設(shè)計(jì),,,,,,,3.2 .1計(jì)算簡(jiǎn)圖,,3.2 框架結(jié)構(gòu)分析,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,2、結(jié)構(gòu)形式,3、軸線尺寸,跨度：柱軸線間的距

8、離。,層高：樓底至板底，底層從基礎(chǔ)頂面算起。,4、截面特征,鋼柱、砼柱：,,框架設(shè)計(jì),,,,,,,3.2 .1計(jì)算簡(jiǎn)圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,節(jié)點(diǎn)：剛接、鉸接或半鉸接；柱與基礎(chǔ)：剛接、鉸接。,梁：假定慣性矩沿梁長(zhǎng)不變，考慮樓板的作用。,,框架設(shè)計(jì),,,,,,,3.2 .1計(jì)算簡(jiǎn)圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,——不考慮樓板影響時(shí)梁的慣性矩。,5、荷載,豎向荷載,,自重,樓面活荷載,水平荷載,,風(fēng)荷載,地震

9、作用,水平荷載簡(jiǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載,,框架設(shè)計(jì),,,,,,,3.2 .1計(jì)算簡(jiǎn)圖,,3.1 組成與布置,3.2 結(jié)構(gòu)分析,樓面活荷載的折減,3.2.2 豎向荷載下的分層法,1、基本假定,1）框架沒有側(cè)移；,2）每一層框架梁上的豎向荷載只對(duì)本層的梁及與本層梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力，忽略對(duì)其它各層梁、柱的影響。,二、簡(jiǎn)化計(jì)算模型,剛度系數(shù),傳遞系數(shù),兩端固定,一端固定一端鉸接,一端固定一端彈簧鉸,,,,多層框架在各層豎向荷載同時(shí)作用下的內(nèi)力，

10、可以分解為一系列開口框架進(jìn)行計(jì)算。,除底層柱子外，其余各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù)，彎矩傳遞系數(shù)取為1/3。,三、計(jì)算方法,1）用彎矩分配法計(jì)算各開口框架的內(nèi)力；,2）開口框架梁的內(nèi)力即為原框架相應(yīng)層的內(nèi)力；,4）內(nèi)力疊加后對(duì)于不平衡彎矩較大的節(jié)點(diǎn)，可再作一次分配，但不傳遞。,1、梁柱彎距,3）原框架柱的內(nèi)力需將相鄰兩個(gè)開口框架中相同柱號(hào)的內(nèi)力疊加；,2、梁剪力,3、柱軸力,假定梁與柱鉸接，于是柱軸力等于簡(jiǎn)支梁的支座反力。,,,,

11、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,將節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時(shí)分配和傳遞，并以二次分配為限。,彎矩二次分配法,步驟： ①計(jì)算每跨梁在豎向荷載下固端彎矩； ②計(jì)算每節(jié)點(diǎn)的分配系數(shù)； ③將各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩同時(shí)進(jìn)行分配并向遠(yuǎn)端傳遞，再在各節(jié)點(diǎn)分配一

12、次，結(jié)束。,例題：（括號(hào)內(nèi)為相對(duì)線剛度）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,7.5,3.0,7.5,A,B,C,D,52kN/m,52kN/m,38kN/m,E,F,(7),(1.38),(1.0),(1.78),(1.29),(7),(8.8),(8.8),52kN/m,52kN/m,38kN/m,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

13、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0.16,0.84,-244,205,,39,-43.1,18.3,21.8,2.88,,-60.2,60.2,0.40,0.1,0.5,-28.5,-108,,-21.5,-9.7,-46.7,-9.33,,-183,-40.5,244,-86.2,103,-37.3,244,,,,,,0.16,0.16,0.16,-244,183,,24.4,-40,15.4,2.05

14、,,-85.6,26.5,36.6,19.5,3.07,59.2,,13.2,,,,,,0.16,0.16,0.16,-28.5,-101,,-15,-37.9,-5.64,,-167,-20.6,-19.4,10.8,-7.26,-37.5,,-10.3,,,0.16,244,-79.7,91.5,-29.9,22.6,,,,,,,,,,C,B,A,D,E,F,E’,F’,3.2.3 水平荷載下的反彎點(diǎn)法,框架梁的線剛度相對(duì)框架柱的線

15、剛度為無(wú)限大。,一、基本假定,若忽略柱子軸向變形，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角為零。,,根據(jù)轉(zhuǎn)角位移方程：,在工程設(shè)計(jì)中，底層柱的反彎點(diǎn)取為距基礎(chǔ)頂面2/3柱高處；其余各層柱的反彎點(diǎn)取為柱高的中點(diǎn)。,二、計(jì)算方法,1、求柱剪力,將框架在某一層的反彎點(diǎn)切開。,平衡條件：,水平荷載在j層產(chǎn)生的層間剪力。,幾何條件（忽略梁軸向變形）：,D——抗側(cè)剛度，,如果桿件兩端沒有轉(zhuǎn)角，桿件內(nèi)的剪力為：,物理?xiàng)l件,根據(jù)平衡條件、幾何條件和物理?xiàng)l件，可求得,為j層k柱的剪力

16、分配系數(shù)；,逐層取脫離體，根據(jù)各層反彎點(diǎn)位置，可以求出柱上、下端的彎矩,底層柱：,其余層柱：,2、求柱端彎矩,3、求梁端彎矩,,Mct,,Mcb,Mbr,Mbl,,,5、求柱軸力,從上到下利用節(jié)點(diǎn)豎向力平衡條件。,4、求梁端剪力,計(jì)算步驟,3.2.4 水平荷載下的修正反彎點(diǎn)法,各層柱的反彎點(diǎn)位置是一個(gè)定值。,反彎點(diǎn)法的缺點(diǎn),各柱的抗側(cè)剛度只與柱本身有關(guān)，沒有考慮轉(zhuǎn)角。,對(duì)于兩端同時(shí)存在轉(zhuǎn)角位移和相對(duì)線位移的桿件，其轉(zhuǎn)角位移方程為：,一、

17、修正的抗側(cè)剛度,柱AB兩端節(jié)點(diǎn)及上下、左右相鄰節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角全等于 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的弦轉(zhuǎn)角均為 ；,柱AB及與其上下相鄰柱的線剛度均為 。,假定：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,θ,θ,θ,θ,θ,Δuj,θ,θ,A,B,C,D,E,F,G,H,,,hj,,,,其中：,反映了梁柱線剛度比對(duì)柱抗側(cè)剛度的影響，它是小于1的一個(gè)系數(shù)。當(dāng) 時(shí)， ，即為

18、反彎點(diǎn)法采用的抗側(cè)剛度。,柱AB剪力,柱AB抗側(cè)剛度,二、修正的反彎點(diǎn)高度,假定：,1）同層各節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角相等；,2）橫梁中點(diǎn)無(wú)豎向位移。,各柱的反彎點(diǎn)高度與該柱上下端的轉(zhuǎn)角比值有關(guān)。,影響轉(zhuǎn)角的因素：,4）上下層層高變化。,1）層數(shù)；,2）柱子所在層次；,3）梁柱線剛度比；,按圖示計(jì)算簡(jiǎn)圖可求出各層柱的反彎點(diǎn)高度 ，稱為標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度。,1、標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度,假定梁的線剛度、柱的線剛度和層高沿框架高度不變;,梁柱線剛度比及層數(shù)、

19、層次的影響。,2、上下層線剛度比對(duì)反彎點(diǎn)的影響,當(dāng)某層柱的上下橫梁剛度不同時(shí)，反彎點(diǎn)不同于標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)，修正值用 表示。,3、層高變化對(duì)反彎點(diǎn)高度的影響,下層層高變化，反彎點(diǎn)高度的變化值用 表示；,上層層高變化，反彎點(diǎn)高度的變化值用 表示；,頂層柱沒有 修正值；,底層柱沒有 修正值。,經(jīng)過各項(xiàng)修正后，柱反彎點(diǎn)高度：,3.2.5 水平荷載下的側(cè)移計(jì)算及限值,梁柱彎曲變形引起的側(cè)移,柱軸向變形引起的

20、側(cè)移,一、梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移,頂點(diǎn)側(cè)移：,層間側(cè)移：,整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形曲線類似懸臂構(gòu)件剪切變形引起的位移曲線，故稱為“剪切型”。,二、柱軸向變形引起的側(cè)移,近似取外側(cè)柱軸力為：,z高度處,——是水平外荷載在框架底面產(chǎn)生的總剪力。,對(duì)于高度不大于50m或高寬比H/B≤4的鋼筋混凝土框架辦公樓，柱軸向變形引起的頂點(diǎn)位移越占框架梁柱彎曲變形引起的頂點(diǎn)側(cè)移的5%~11%。,框架結(jié)構(gòu)除了要保證梁的撓度不超過規(guī)定值外，尚應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。,