工程施工竖向分布体系的初步设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,U,nR,eg,is,te,re,d,第五章 竖向分布体系的初步设计,U,nR,eg,is,te,re,d,nR,eg,is,te,re,d,U,第一节 概述设计阶段结构构思的层次,总体空间结构,优化全部和部分信息时必须反馈,方案,建筑初始方案设计，揭示整,个体系的荷载抗力关系，,预估基本分体系的相互关系,初步,基本水平体系和竖向分体系的,总体设计、相互作用的性质,最后,具体设计各分体,系构件、连接,U,nR,eg,is,te,re,d,第一节 概述,详细设计计算需要概念设计,概率设计判断结构方案的可行性,概念设计初步确定结构体系及构件尺寸,概念设计判断计算机计算结果,nR,eg,is,te,re,d,U,第一节 概述设计阶段结构构思的层次,总体空间结构,优化全部和部分信息时必须反馈,方案,建筑初始方案设计，揭示整,个体系的荷载抗力关系，,预估基本分体系的相互关系,初步,基本水平体系和竖向分体系的,总体设计、相互作用的性质,最后,具体设计各分体,系构件、连接,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,建筑物是一个实体结构,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,建筑物是一个实体结构,f,c,=,P,/,A,+,hi,DL,/,A,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,受集中水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,受均布水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,受倒三角水平力分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,剪力传递功能,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,剪力的传递,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,弯矩的作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性实体建筑物,实体结构的整体性要求,竖向荷载可以从一个薄片轴向传递到另一个薄片,水平荷载可以通过薄片间的剪力传递至基础,薄片之间可以传递一对轴向拉压的抗倾覆力偶,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,将结构体系布置成空间封闭式,四片封闭的薄板，顶部开敞，底部固定,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构受竖向荷载,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构受水平荷载,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构的进一步分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,空间结构的整体性要求,水平分体系能够承受恒载并将竖向荷载通过竖向分体系,传递到基础,水平分体系承受水平荷载，并将水平荷载传递到竖向分,体系，并最终传递到基层,竖向分体系必须联系在一起，才能获得最好的抗弯和抗,压屈能力,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,水平分体系的隔板作用,有效高度的减小，抗压屈刚度增加,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性空间结构,筒形空间结构的变化,A,F,1,d,12,2,A,F,2,d,2,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,单柱的作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,铰接单柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,铰接单柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,刚接框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,定量分析,M,=,Hh,U,nR,eg,is,te,re,d,=,2,( ),第二节 结构的整体性框架结构,定量分析,完全框架,d,2,D,M,dx EI,D ,Mx,2,M,2,2,h,2,M h,2,4 2,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,框架是一个二维结构，在平面内才能有效地承受,力的作用，类似于竖向平板,建筑物需要多个框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,梁柱刚度比对框架性能的影响,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,梁柱刚度比对框架性能的影响,单柱刚度大，大部分倾覆力矩由每个柱的抗弯作用承,担,如果梁的刚度大，成对的柱轴力将分担很大一部分的,倾覆力矩。抗弯作用由柱受弯变为整个框架守卫,梁柱线刚度比大于4时，可以认为接近弯曲框架作用,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,提供双柱框架结构分体系刚度及承载能力的方,法：,加设内柱,增大柱弯曲平面内的高度,加设更多的或更刚的梁,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,加设框架内柱,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,加设框架内柱的优点,由于成对柱之间的距离减小，水平梁刚度增,加，也就加强了整体框架作用,每个柱承受的水平荷载较小，弯矩也小，总,变形将减小,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,增加受力平面内柱截面高度,变形减小，轴力增加！,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,增加梁的数量和刚度,d,te,re,U,nR,eg,is,第二节 结构的整体性框架结构,实际结构中梁柱刚度比的变化,最大,最大,梁柱刚度比,框架作用,最小,最小,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第二节 结构的整体性框架结构,增加多层框架的其他影响,柱底弯矩减小,H,h M,2,n,2,n,M,/ 2,n,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,提供双柱框架结构分体系刚度及承载能力的方法,总结：,加大柱截面可以在相当程度上增加框架结构整体,刚度，但是要保证梁柱的刚度比,可以对三种方法进行组合考虑,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,组合方案,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性框架结构,框筒受力,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性分体系的功能,水平体系承受楼盖和屋,盖等竖向荷载，并传递,到竖向体系,水平体系通过横隔板作,用，将水平荷载分配到,竖向抗剪体系，,竖向体系承受竖向荷载，将,荷载传递到基础,竖向体系承受水平剪力，并,将总剪力传递到基础,竖向体系抵抗由倾覆力矩产,生的弯曲内力,水平结构由竖向结构支撑,竖向结构靠水平结构保持稳定,水平体系和竖向体系共同作用形成空间结构,综合考虑，共同设计,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性体系布置方式,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性体系布置方式,U,nR,eg,is,te,re,d,第二节 结构的整体性竖向体系,柱,框架结构,剪力墙结构,筒体结构,U,nR,eg,is,te,re,d,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构,钢筋混凝土实心墙,桁架式剪力墙（支撑框架）,U,nR,eg,is,te,re,d,=,=,第三节 剪力墙结构基本特性,面内刚度大，面外刚度小,忽略平面外刚度,正交布置剪力墙,9m,0.3m,I,1,=,I,2,=,bh,3,0.3,9,3,12 12,bh,3,9,0.3,3,12 12,=,18.225,=,0.02025,I,1,I,2,=,900,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构基本特性,平面布置,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构基本特性,剪力分配,在h/d,23时，荷载可以按截面面积的比例分配,在h/d,45时，考虑按相对刚度值I,w=11.68KN/m,te,re,is,d,36.6m,U,nR,eg,=,V,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例,要求：验算剪应力和拉、压应力,0.3m,6m,V,=,wL,=,11.68,36.6,=,427.5,kN,M,max,=,wL,2,2,=,11.68,36.6,2,2,=,7823,KN,.,m,e,=,M,max,/,N,=,7823 / 1780,=,4.4,m,6,m,/ 6,=,1.0,m,W=1780,KN,I,=,bL,3,300,6000,3,12 12,=,5.4,10,12,mm,4,M,w=11.68KN/m,U,nR,eg,is,te,re,d,V,427.5,3,2,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例,剪应力计算,v,= =,A,0.3,6.0,=,237.5,kN,/,m,2,=,0.24,N,/,mm,2,V,max,=,v,=,0.36,N,/,mm,2,2,1.4,0.36,=,0.5,N,/,mm,2,f,c,/ 5,=,2.4,N,/,mm,w=11.68KN/m,is,te,re,d,U,nR,eg,6,=,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例,正应力计算,f,max,M,.,C,I,=,7823,10,3000,5.4,10,12,= ,4.35,N,/,mm,2,1.25,1780 / 0.3,6,=,1236,kN,/,m,2,=,1.24,N,/,mm,2,1.4,4.35,= ,6.09,N,/,mm,2,W=1780,KN,-,1.24,-,6.09,= -,7.33,N,/,mm,2,f,c,-,1.24,+,6.09,=,4.85,N,/,mm,2,U,nR,eg,is,te,re,d, ,第三节 剪力墙结构钢筋混凝土剪力墙实例,受拉区配筋计算,4.85,7.33,+,4.85, ,6,=,2.39,m,4.85,2.4,3000,0.5,=,1746,kN,1746,10,3,300,=,5820,mm,2,对称配筋,7.33,4.85,基础计算考虑拉力,w=11.68KN/m,te,re,d,36.6m,7.32m,U,nR,eg,is,6m,W,M,V,第三节 剪力墙结构桁架式剪力墙实例,要求：验算基础顶面的柱式弦杆和斜腹杆的,轴力,C,T,=,M,max,a,= ,7823,6,= ,1304,kN,1780 / 2,=,890,kN,C,max,=,1304,+,890,=,2194,kN,T,max,=,1304,-,890,=,414,kN,1780KN,7.32,2,+,6,2,6,427.5,=,674,kN,C,T,w=1.9KN/m,2,9=17.1KN/m,U,nR,eg,30,3.1=93m,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构高层剪力墙连梁实例,连梁截面为750mm,200mm,，,7.8m,2.4m,7.8m,要求：验算连梁设计是否可行,M,max,=,wL,2,2,=,17.1,93,2,2,=,73950,KN,.,m,T,=,C,=,73950,10.2,=,7250,kN,C,10.2m,M,T,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第三节 剪力墙结构高层剪力墙连梁实例,V,连梁计算,V,=,7250 / 30,=,242,kN,M,b,=,242,2.4 / 2,=,290,kN,.,m,M,b,T,s,750,0.8,=,600,mm,T,=,290 / 0.6,=,483,kN,A,s,=,1.4,483,10,3,300,=,2254,mm,2,r,s,=,2254 / 200,700,=,1.6%,v,=,V,bh,0,1.4,242,10,3,200,700,=,2.42,N,/,mm,2,f,c,/ 4,=,3.0,N,/,mm,2,U,nR,eg,is,te,re,d,第三节 剪力墙结构其他形式,框架填充墙,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构基本特性,单个筒体布置在平面中心,多个筒体布置需要对称布置,洞口面积小于30，忽略洞口的影响,洞口面积大于60，按框筒设计,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构基本特性,高宽比小于3，剪力起控制作用,高宽比等于36，弯矩起控制作用,高宽比大于7，为柔性筒，需要设置其他抗侧力体系来共,同作用,te,re,is,d,U,nR,eg,W,=,第四节 筒体结构单筒初步设计实例,验算单筒的剪应力和正应力,M,=,7823,kN,.,m,V,=,427.5,kN,N,=,4,1780,=,7120,kN,1780KN,I,=,bh,3,6,4,-,5.4,4,12 12,=,37.14,m,4,te,re,d,U,nR,eg,is,W,N,7120,=,2,第四节 筒体结构单筒初步设计实例,正应力计算,f,F,= ,MC,I,=,7823,3.0,37.14,=,632,kN,/,m,2,= ,0.632,N,/,mm,2,f,p,=,A,F,(6,-,5.4,2,),=,1041,kN,/,m,2,1780KN,= -,1.04,N,/,mm,2,-,1.04,-,0.63,= -,1.67,N,/,mm,2,-,1.04,+,0.63,= -,0.41,N,/,mm,2,0.63,N,/,mm,2,te,re,d,U,nR,eg,is,=,第四节 筒体结构单筒初步设计实例,翼缘配筋,T,=,M,7823,a,5.7,=,1327,kN,W,A,s,=,1.4,1327,10,3,300,=,6400,mm,2,1780KN,r,s,=,6400,5700,300,=,0.37%,0.63,N,/,mm,2,te,re,d,U,nR,eg,is,V,427.5,W,第四节 筒体结构单筒初步设计实例,剪应力计算,v,= =,A,2,6,0.3,=,118.8,kN,/,mm,2,=,0.12,N,/,mm,2,1780KN,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构筒中筒结构,钢筋混凝土实腹筒为内筒,钢结构或者钢筋混凝土结构框筒为外筒,钢桁架筒为外筒,nR,eg,U,is,te,re,d,第四节 筒体结构筒中筒结构,外筒开洞多，降低抗剪能力,内筒多为实腹，开洞少，主要抗剪,内筒细长，不能有效抵抗倾覆力矩,外筒截面宽度大，抵抗倾覆力矩,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,筒壁厚30cm，洞口面积约占总面积的,50,，风荷载2.4kN/m,2,。验算初步设计,外筒高宽比为5，假定外筒抵抗全部倾,覆力矩，承担4/7的楼面荷载，风载体,型系数取0.52。,w,=,2.4,kN,/,m,2,0.52,30,=,37.4,kN,/,m,M,=,wL,2,37.4,150,2,2 2,=,420750,kN,.,m,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,弯矩产生的正应力,I,=,p,r,3,t,=,p,15,3,0.3,=,3181,m,4,f,= ,M,r,I,= ,420750,15,3181,= ,1984,kN,/,m,2,U,nR,eg,is,te,re,d,4,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,重力产生的正应力,外筒的自重，外筒表面积5.0kN/m,2,计,3000,0.3,10,0.5,5.0,kN,/,m,2,5.0,150,=,750,kN,/,m,楼盖荷载,p,(,r,o,2,-,r,i,2,),/ 2,p,r,o,=,7,4,(15,2,-,5,2,),7,30,=,3.7,m,2,3.7,5.75,40,=,851,kN,/,m,750,+,851,=,1601,kN,/,m,U,nR,eg,is,te,re,d,=,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,总的正应力,1.2,1601,+,1.4,1984,0.3,=,2795,kN,1.2,1601,-,1.4,1984,0.3,=,1088,kN,A,c,=,300,1000,0.5,=,1.5,10,5,mm,2,使用C40混凝土,c,f,max,2795,10,3,150,10,3,=,18.36,N,/,mm,2,=,0.96,f,c,=,19.1,0.96,N,/,mm,2,U,nR,eg,is,te,re,d,第四节 筒体结构外筒初步设计实例,结论,初设不理想,需要增加底部楼层筒体厚度,进行细部分析,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构水平荷载作用下的近似计算,初设阶段近似计算,适用于比较规则的框架,计算框架梁柱的弯矩使用门式框架法,计算倾覆力矩产生的柱轴力使用悬臂梁法,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法,假定,每跨可视为独立的门式框架,所有柱子的反弯点在柱的中点,所有梁的反弯点在梁的中点,所有内柱剪力相等,外柱剪力为内柱剪力的一半,d,te,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法,层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，,P,P/6,P/3,P/3,P/6,P,P,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,d,te,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法,层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，,P,P/6,P/3,P/3,P/6,P,P,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,is,nR,eg,U,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法,内柱弯矩确定梁弯矩,Ph/6,Ph/4,Ph/3,Ph/4,d,te,re,nR,eg,is,U,第五节 框架结构门式框架法,层高为h，跨度为l，柱的剪力和弯矩计算，,P,P/6,P/3,P/3,P/6,P,P,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/6,2P/3,Ph/3,P,Ph/2,Ph/12,P/3,Ph/6,P/2,Ph/4,nR,eg,U,is,te,re,d,第五节 框架结构门式框架法,外柱弯矩确定梁弯矩,Ph/12,Ph/4,Ph/6,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,将整个框架结构视为一根悬臂梁，,柱子视为悬臂梁的纤维,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,计算公式1,U,nR,eg,is,te,re,d,第五节 框架结构悬臂梁法,计算公式2,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算,使用的舒适性,可能引起的P-效应,通过位移得到各抗侧力结构分别承担的水平荷载大小,U,nR,eg,is,te,re,d,t,V,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C1,矮实心墙的剪切变形多于弯曲变形,t,=,V,A,g,= =,G GA,D =,g,h,=,D ,g,h,=,Vh,GA,1.2,Vh,GA,U,nR,eg,is,te,re,d,3,3,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C2,高实心墙的变形主要是弯曲变形,D =,wh,4,/ 8,EI,I,w,=,bd,3,/ 12,I,w,=,db,3,/ 12,I,=,b,1,d,1,-,b,2,d,2,/ 12,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C3,高墙开洞后，变为双肢墙或多肢墙，连,梁变形引起的偏移,M,max,=,wh,2,/ 2,C,T,=,M,/,a,V,=,T,C,连梁数,D =,a,h,a,=,V,12,EI,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C4,框架变形由梁、柱弯曲引起的变形,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C4,框架变形由梁、柱弯曲引起的变形,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C5,桁架的变形由杆件的伸长和缩短产生,D,c,=,P PL,EA,U,nR,eg,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算C5,桁架的变形由杆件的伸长和缩短产生,D,c,=,d,T,+,d,C,a,h,d,T,+,d,C,=,(,Th,A,T,E,),2,nR,eg,U,is,te,re,d,第六节 抗侧力结构的变形近似计算,建筑结构的侧向位移来自于：,倾覆力矩形成的轴力产生,水平和垂直的剪力产生,+,=,U,nR,eg,is,te,re,d,第七节 框架结构组合框架,钢筋混凝土框架,钢框架,U,nR,eg,is,te,re,d,第七节 框架结构组合框架,对承受大轴压力的情况，钢筋混凝土柱比钢柱经济、整体,刚度大、侧向位移小,免除了梁柱节点的现场焊接,节省了楼盖混凝土的模板及其支撑,加大梁的跨度来增加适用空间,预制构件加快施工进度、降低施工成本,减小结构高度、减轻楼盖自重，降低地震作用,