《钢筋混凝土框架》PPT课件.ppt

第十三章钢筋混凝土框架,ReinforcedConcreteFrame,13.1多层和高层房屋结构设计一般原则,一、多层和高层建筑结构的受力特点随着房屋高度增加，水平力对内力和位移的影响。随着房屋高度增加，竖向力和水平力对基础影响。随着房屋高度增加，结构自重对结构受力的影响。,二、结构体系及布置,高层建筑：10层及10层以上的房屋或高度28m；高度多层建筑：一般认为10层以下的建筑为多层建筑。结构体系类型多层、高层结构体系一般采用框架（20层以下，总高70m以下）、框架剪力墙、剪力墙和筒体结构等。1）框架结构体系组成框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式。框架结构的种类按照施工方法划分:整体式、装配整体式和装配式三种。2）剪力墙结构体系、框剪结构体系、筒体结构体系、巨型框架结构体系。,2.结构体系的选择,1）抗侧力结构体系的选择建筑物的高度是选择采用结构体系的重要因素之一；建筑物的用途也是选择采用结构体系的重要因素。2）楼盖结构体系的选择考虑建筑物的使用要求和施工条件；考虑建筑物的高度、层高和结构跨度。,三、多高层建筑结构布置的一般原则,建筑剖面不复杂时，只需进行结构平面布置，否则还需进行竖向结构布置。结构平面布置原则：平面布置须有利于抵抗水平力和竖向荷载，受力明确，传力途径简洁。1）满足生产工艺要求2）符合建筑要求3）平面宜简单、规则、对称，刚心和质心重合。4）平面长度不宜过长，避免两端振动不一致；避免过大的外伸和内收，凹角处易应力集中，要加强。5）考虑温度、地基沉降不均匀影响。6）施工简便、经济合理,结构竖向布置,原则：竖向体型力求均匀、规则，避免过大外挑、内收、错层和局部夹层。在实际设计中，柱断面尺寸和混凝土标号沿竖向改变，两者须均匀，且不宜在同层同时改变。刚度沿竖向改变的几种情况：底部或底部若干层中间楼层顶部收进,建筑高宽比限值,保证建筑物在水平力的作用下不发生倾覆和建筑物的整体稳定性。,4.变形缝,1）变形缝有、沉降缝、防震缝伸缩缝设置和结构的长度有关。沉降缝设置与基础受到上部荷重、场地和基础有关。防震缝设置与建筑物的平面形状、高差、刚度和质量分布有关。2）变形缝构造伸缩缝30、沉降缝50、防震缝70防震缝沿建筑全高设置，基础不设，但要加强构造和连接。各单元之间和高低层之间不应采用牛腿托梁法设置防震缝。,3）减少变形缝的措施,在建筑设计上采用合理的平面形状、尺寸和体型，做好保温和隔热。在结构设计上选择合理的节点连接方式，配置适量的构造钢筋，设置刚性层。在施工上采取分阶段施工，设置后浇带。,13.2框架结构布置方法,13.2.1框架结构的组成和布置,框架结构的组成：节点刚接、铰接、半铰接。,框架结构的类型：现浇结构、装配式结构、装配整体式结构,框架结构布置：按照承重方案的不同划分为三种:横向承重、纵向承重和纵横向双向承重。,梁柱轴线宜在一个平面内，偏心距不应柱宽的1/4，否则加腋。,框架填充墙应与框架有可靠拉接框架布置应符合下列要求：1）避免形成上下层刚度相差过大；2）避免形成短柱；3）减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。主梁的经济跨度58m，次梁47m。,13.3框架结构截面尺寸估算,框架梁柱截面尺寸1）梁柱截面形状2）梁柱截面尺寸(1)梁截面尺寸一般尺寸:h=(1/8-1/12)L,L为梁的跨度；L/h不大宜于4。悬臂梁：h=(1/6-1/8)L.h不易大于净跨的四分之一；截面宽度：b=(1/2-1/3)h,且不宜小于0.5柱宽,且不应小于250mm,层高的需要，当采用扁梁时，h=(1/18-1/25)L当采用迭合梁时，后浇部分截面高度不宜小于120毫米；考虑到楼板类型，板对梁的影响，梁的惯性矩按下表,（2）柱截面尺寸蓝：柱截面高度h=(1/15-1/20)H,H为层高；柱截面宽度b=(1-2/3)h;沈：b=（1/121/18）H，h=（12）b当按上式估计偏小时，主要承受轴力的柱，取1.21.4N，按轴心受压估算，有较大水平荷载时，按反弯点法确定，与1.2N组合，按偏心受压计算。此时N按实际受荷面积或1014kN/m2确定。柱的截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm;,应注意的问题：轴压比的概念：N-柱轴压力；A-柱的全截面面积；-柱的轴压比；-混凝土轴心抗压强度设计值。,13.4框架结构计算简图平面计算单元将框架结构的空间形式,简化成平面形式,如图,H1,H2,Hi,Hn,计算简图,框架杆件用其轴线表示;杆件之间用节点表示;杆件长度用节点之间的距离表示.计算跨度取框架之间轴线距离;柱的计算高度可以取层高,底层柱一般取到基础顶面的距离;跨度相差不超过10%时,按等跨计算内力;屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算。框架横梁加腋，hm/h1.6或Im/I4，按等截面考虑。,1）轴线,2）节点,梁柱节点有刚性节点、铰节点和半铰节点。,13.5多层和高层结构的荷载计算,恒载和活载，活载包括活、风、雪、安装荷载等其中活荷载折减（见附录）从多层到高层，荷载控制从竖向荷载控制为主到横向荷载控制为主风荷载1）风荷载的特性：从风的时程曲线看，风压的变化分为两个部分：长周期10min以上；短周期几秒钟。对应分解为：平均风压m和脉动风压f。对结构的作用：平均风压可视为静载；脉动风压可视为动载。,2）风荷载的计算,k=zsz0基本风压：根据50年一遇10min最大平均风压确定。风振系数：反映风作用下的动力性质。建筑物的自振周期越长，风振越显著，z越大。z振型系数脉动增大系数脉动影响系数,z=1+/z,3）风荷载体型系数,风荷载体型系数s与体型、平面尺寸有关。注意：同一建筑，风向不同，风荷载体型系数s不同。建筑立面复杂（线条、遮阳板等），风荷载体型系数比平整墙面增大6%8%。作用在建筑立面上风荷载不均匀，局部会较大，在计算悬挑构件、围护构件等计算时，应采用局部风压荷载体型系数。,2雪荷载Sk=rS0,3.地震作用,1）一般计算原则对于有抗震设防要求的多层和高层建筑，按其重要性可分为甲类、乙类、丙类、丁类建筑。甲类重大建筑工程和地震时可能产生严重次生灾害的建筑。地震作用应高于本地区设防烈度，按批准的地震安全性评价结果确定，措施：68度高一度，9度时更高。乙类地震时功能不能中断或需尽快恢复的建筑。地震作用应符合本地区设防烈度要求，措施同上，基础抗震措施应符合规定。（对较小的乙类建筑，措施可按丙）丙类除甲、乙、丁类以外的一般建筑。地震作用和抗震措施应符合本地区设防烈度要求。丁类抗震次要建筑。一般时地震作用应符合本地区抗震设防烈度要求，抗震措施应允许按本地区设防烈度适当降低，但抗震烈度6度时，不再降低。,多层和高层建筑结构地震作用考虑原则,通常按建筑两个主轴方向分别计算水平地震作用，并进行抗震验算，各向地震力由各向抗侧力结构和构件承担。有斜交抗侧力结构，应分别计算各向地震作用。质量和刚度分布不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，或采取调整地震作用效应的方法计入扭转影响。9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。,地震计算方法,主要有：底部剪力法、振型分解法、时程分析法。高度4),考虑框架的弯曲变形.由梁柱弯曲变形引起的侧移,第i层的相对侧移和顶点位移：,由柱轴向变形引起的侧移,轴力是使柱产生轴向变形,两边受力较大,中柱受力较小,可以忽略不计.边柱产生的轴力为框架顶点的最大水平位移为:,框架结构在正常使用条件下的变形验算要求各层的层间侧移值与该层的层高之比/h不宜超过1/550的限值。,13.8内力组合,13.8.1控制截面计算各主要截面可能发生的最不利内力的工作，称之为内力组合。框架的每根构件都有许多截面，找出控制截面，进行内力组合，便安全有保证。梁：一般有三个控制截面，左、中、右。柱：一般有两个控制截面，上、下。为便于组合，用下表的形式。,梁计算表格,13.8.2控制截面的最不利内力类型,梁：支座截面一般考虑两个最不利内力（支座最大负弯矩-Mmax，支座最大剪力Vmax）。跨中截面一般只考虑截面最大正弯矩。但如果支座弯矩为正和跨中截面弯矩为负，则柱：柱的内力组合不仅与弯矩和轴力大小有关，还与其比值有关，即偏心距。（见下页图）,柱控制截面上最不利内力的类型为：（1）Mmax及相应的轴力N和剪力V（2）Nmax及相应的弯矩M和剪力V（3）Nmin及相应的弯矩M和剪力V（4）Vmax及相应的弯矩M和轴力N,13.8.3控制截面最不利内力计算,1）非抗震设计时的作用效应组合由可变荷载控制的组合S=GSGK+Q1SQ1KS=GSGK+0.9QiSQiK由永久荷载控制的组合S=GSGK+QiciSQiKG取值：效应不利，效应有利Q取值：ci,13.9框架结构配筋计算及构造要求,13.9.1框架结构配筋计算,在配筋计算的过程中，有如下问题须注意：,1）整浇时，支座按矩形，跨中按T形。2）梁控制截面在柱边3）柱上端控制截面在梁底，柱下端控制截面在梁顶。通常简化计算轴线处内力。4）柱计算高度,5）框架柱按计算平面内偏心受压计算，按平面外轴心受压计算。6）框架柱斜截面受剪承载力按下式计算,当符合下式计算时，可不进行斜截面计算，按构造配筋,13.9.2框架结构的构造要求,结束,0、绪论高层建筑结构体系及布置,常用的结构体系竖向结构体系（抗侧力体系）的选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择,back,0.1高层结构体系的发展过程,0.2常用的结构体系,back,竖向结构体系（抗侧力体系）的选择,建筑使用功能建筑平面建筑高度抗震等级地质条件施工技术,back,第五章剪力墙结构设计一般规定及结构布置,1现浇高层钢筋混凝土剪力墙结构，适用于住宅、公寓、饭店、医院病房楼等平面墙体布置较多的建筑。2当住宅、公寓、饭店等建筑，在底部一层或多层需设置机房、汽车房、商店、餐厅等较大平面空间用房时，可以设计成上部为一般剪力墙结构，底部为部分剪力墙落到基础，其余为框架承托上部剪力墙结构。3剪力墙结构的平面体形，可根据建筑功能需要，设计成各种形状，剪力墙应按各类房屋使用要求、满足抭侧力刚度和承载力进行合理布置。,5.1剪力墙结构,剪力墙结构的布置剪力墙结构内力和位移的简化计算方法剪力墙截面设计剪力墙构造要求,back,剪力墙结构的布置,平面布置正交刚度不宜过大（？）间距6-8m长度H/L=2,L=8m立面布置门窗洞口宜上下对齐，成列布置刚度避免突变，上下连续楼板与墙连接,back,5.2剪力墙结构内力和位移的简化计算方法,剪力墙的类型计算原则与假定各类剪力墙的简化计算方法剪力墙内力及变形规律,back,剪力墙的类型,剪力墙的受力特点剪力墙的类型分类原则（指标）整体性系数连梁总抗弯线刚度与墙肢总抗弯线刚度比净惯性矩/总惯性矩墙肢截面与洞口宽窄的关系洞口面积、位置分类整截面剪力墙整体小开口剪力墙联肢剪力墙壁式框架不规则开洞剪力墙,back,计算原则与假定,假定楼板刚度墙刚度翼缘宽度min6*厚度，墙间距/2，总高度/20总原则荷载在各片剪力墙之间的分配竖向荷载按受荷面积水平荷载按等效抗弯刚度各片剪力墙在分配得的荷载作用下的内力和位移计算,back,各类剪力墙的简化计算方法,整截面墙和整体小开口墙材料力学方法联肢墙（双肢墙）连续化方法壁式框架带刚域D值法,back,整截面墙和整体小开口墙材料力学方法,内力计算弯矩Mj=0.85MpIj/I+0.15MpIj/(sumIj)轴力Nj=0.85MpAjyj/I剪力Vj=VpAj/(sumAj)+Ij/(sumIj)/2侧移计算总侧移=弯曲部分+剪切部分=弯曲部分(1+a)不同荷载：均布V0H3/(8EIW)+uV0H/(GAW)倒三角11V0H3/(60EIW)+uV0H/(2GAW)顶点集中力V0H3/(3EIW)+2uV0H/(3GAW),Mp,Nj,V0,=uV0H/GAW,back,5.3联肢墙（双肢墙）连续化方法,基本假定楼盖平面内刚度无穷大连梁连续化假定连梁反弯点位于跨中构件沿竖向分布均匀方法概要基本思路位移协调连梁跨中位移=墙肢弯曲变形部分+墙肢轴向变形部分+连梁弯曲和剪切变形部分=0二阶常系数微分方程内力计算位移计算,back,5.4壁式框架带刚域D值法,刚域及其长度原因刚臂长度带刚域D值法带刚域杆件的抗侧刚度转角位移方程梁：k12=ci，k21=ci，i=EIe/l柱：kc=(c+c)i/2柱抗侧刚度D值D=(Alpha*12i/h2)=Alpha*12i/h2*(c+c)/2带刚域杆件的反弯点高度y=a+sy0+y1+y2+y3,back,5.5剪力墙内力及变形规律,整截面墙整体小开口墙联肢墙壁式框架,back,弯矩沿高度分布、水平截面正应力分布、连梁反弯点,5.6剪力墙截面设计,墙肢截面设计连梁截面设计延性问题,back,墙肢截面设计,墙肢正截面（受弯）承载力计算平面外承载力验算（小偏压情况）N2.5Vb2.5Vb=0.20fcbbhb0/GamaRE跨高比=max(h/20，160);其它(=max(h/25，140)抗剪要求（剪压比）V=a*fcbwhw0/GamaRE,a=0.25(0.20),0.20(0.15)配筋：竖向钢筋：端部筋（明柱、暗柱、翼柱）、分布筋水平钢筋：端部附加筋、分布筋洞口加强筋连梁截面尺寸：抗剪要求（剪压比）V=50%总倾覆力矩不宜过多Lamda=（1-2.4）楼板剪力墙间距框架外伸长度,back,6.3框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法,基本假定基本思路协同工作分析集成平面化连续化分配几个问题：框架-剪力墙协同工作体系（刚接、铰接）方程刚度特征值计算步骤确定计算简图计算刚度特征值（查表）计算总剪力墙的弯矩、层剪力总框架层剪力=总层剪力-总剪力墙层剪力(广义剪力再分配)内力计算,back,刚度特征值,抗推刚度与抗侧刚度综合框架抗推刚度Cf=hD综合剪力墙抗弯刚度EIw=EIw综合连梁抗弯刚度Cb=m/h=6ci/h刚度特征值,back,6.4框架-剪力墙结构构件截面设计,内力调整连梁塑性内力重分布降低刚度(0.55)VF=20%总层剪力局部平面有限元计算构件截面设计,back,16.1.5多层和高层建筑结构内力和位移计算的一般原则,基本假定1）内力和位移计算一般按弹性方法计算。框剪结构中连梁或框架梁可考虑局部塑性内力重分布。2）楼盖平面内刚度无限大，平面外不考虑。（开孔？）3）考虑各抗侧力结构的共同工作，按位移协调条件分配荷载或地震作用。注意：关于剪切变形和轴向变形的考虑见P387,计算图形简化,分为三类：平面结构分析法双向平面抗侧力结构协同工作分析法三维空间结构分析法,水平位移验算,正常使用条件下弹性水平位移的验算包括：A.风荷载作用下的水平位移验算。B.在多遇地震作用下的水平位移验算。罕遇地震作用下薄弱层的抗震变形验算见P388,