混凝土结构设计原理第3章多层和高层框架结构.ppt

第3章 多层和高层 框架结构 3.1 概述 u 多层与高层建筑结构的定义 我国高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32002 规定 10 层及 10 层以上或高度超过28m的民用建筑为高层建筑结构 u 多高层建筑的结构体系等 主要有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、框支剪力 墙结构，筒体结构(包括框架核心筒结构、筒中筒结构)以及其他 复杂高层结构形式，如带转换层高层建筑结构形式，多塔结构形式 ，另外还有型钢混凝土构件组合的混合结构形式。 u 框架结构 框架结构体系由框架梁、柱、板等主要构件组成 3.2 框架结构的布置方法： 3.2.1 结构布置的原则 既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受 力合理，施工方便。 1. 钢筋混凝土多高层建筑的适用高度和高宽比 2 结构竖向布置应力求自下而上刚度变化均匀，体型 均匀不突变，外形尽量减少外挑、内收等。 3 合理设置变形缝，变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝。 沉降缝：高层建筑解决建筑各部分沉降差大体上有三种方法处理 ：其一是设置沉降缝，称为“放”；其二是采用端承桩或利用刚度 较大的其他基础来避免和抵抗沉降差，称之为“抗”；其三是采用 留后浇带来作为临时沉降缝等沉降基本稳定后再连为整体，不设 永久性沉降缝，称为“调”。 沉降缝位置： 建筑平面转折部位；高度差异较大处；地基土的压 缩性有明显的差异处；建筑结构或基础类型不同处；分期建设房屋 交界处。 沉降缝设置的宽度：二、三层取 50 mm80 mm，四、五层取 80 mm120 mm，五层以上不小于 120 mm。在沉降缝处房屋应连同 基础一起断开。 防震缝：建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大或有错层时， 采用防震缝分开。 防震缝最小宽度要求：不小于70mm，对于6度地区最小宽度 4H+10，7度5H-5， 8度7H-35， 9度10H-80（mm） 3.2.2 结构布置方法 横向布置、纵向布置和双向布置 3.3 截面估算 3.3.1 框架梁 （扁梁） 3.3.2 框架柱 或： 矩形柱最小截面 250mm，圆形柱 最小截面350mm, 高宽比不宜大于 3，沿高度方向 变化不宜过多 3.4 计算简图的确定 1. 计算单元的确定 框架结构建筑是一个由纵横向框架组成的空间结构体系。 在一般情况下，为简化计算，常常把它们简化成平面框架进行 内力分析计算。例如横向框架结构布置体系就是把结构简化为 横向平面框架而纵向简化为联系梁受力的一种简化模式。 2、层高高和跨度的确定 在结构计算简图中，杆件用轴线来表示。框架的跨度取柱子轴 线之间的距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的 形心线来确定，框架的层高即柱的计算长度可取相应的建筑层高 3、节点简化 在现浇钢筋混凝土结构中，节点核心区和梁柱混凝土一次浇捣， 通常把其简化为刚性节点。装配框架整浇式节点是使用后浇混凝 土将梁与柱连接部位的节点浇筑为整体的一种连接方式，可简化 为刚性节点。 全装配式框架结构则是在梁底和柱的某些部位预埋 钢板，安装就位后进行再焊接。由于钢结构节点的自身变形能力 较大，焊接质量也难以保证，梁柱间会产生一定的转动；因此， 这类节点可以简化为铰接点或半铰接点。 框架结构支座通常情况 下可简化为固定支座。当采用预制柱杯形基础时，则应视构造 措施的不同而分别简化为铰支座和其他支座形式。 4、荷载计算 荷载的种类 按作用方向可以分为竖向荷载和水平荷载。 荷载按作用性质可以分为永久性荷载和可变荷载及偶然荷 载。永久荷载包括结构自重、固定设备自重、装饰及粉刷自 重、土压力、预应力等。可变荷载有：楼面及屋面活荷载、 雪荷载、风荷载、积灰荷载、吊车荷载、施工荷载等。偶然 荷载有爆炸力和撞击力等。 在抗震设防区，多高层建筑还要考虑地震作用，一般情 况下应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用计算 ；8、9 度抗震设防时，多高层建筑中大跨度和长悬臂结构应 考虑竖向地震作用；9 度设防区应计算竖向地震作用。 荷载的计算 各种荷载的取值按建筑结构荷载规范GB 500092001 及 全国民用建筑工程设计技术措施的有关补充规定取值。但在 设计中应考虑以下因素： (1) 规范所给定的各项活荷载，适用于一般条件，当荷载较大时或情况特殊时 ，应按实际情况采用。 (2) 设计楼面梁、墙、柱及基础时，按相关规范取值时应乘以相应的折减系数 。 (3) 楼面上的局部荷载可以换算为等效均布活荷载。 (4) 多层与高层建筑风荷载计算时，一般情况下基本风压值按 50 年重现期采 用，但不得小于 0.3 kN/m2。对于特别重要和对风荷载作用比较敏感的高层建筑 (高度大于 60 m)应按100 年重现期风压值采用。如果没有 100 年重现期风压值 资料时，可以近似采用 50年重现期风压值乘以增大系数 1.1 取值。 (5) 对于楼面活荷载标准值大于 2.0 kN/m2或跨度相差较大的房屋建筑，按弹 性方法计算框架和连续梁(板)的内力时，应考虑活载不利布置。 3.5 内力计算 1、楼面荷载分配原则 楼面荷载的传递 2、竖向活荷载荷载的不利布置 高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN/m2时 （高规），应考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大 ，对多层建筑要考虑竖向活荷载的不利布置 1）活荷载逐跨布置 2）最不利荷载布置法 求某跨的最大跨中弯矩，活荷载应在该跨布置，然后隔跨 布置；柱的最大轴力的活荷载最不利布置，是在该柱以上 各层中，与该柱相邻的梁跨内都满部活荷载。 3）分层组合法 4）满布法 当活荷载产生的内力远小于恒载及水平力产生的内 力是，可不考虑活荷载的不利组合，用该种方法求得 的跨中弯矩要乘以1.1-1.2的系数予以增大。 3、竖向荷载作用下的内力计算 1）分层法 基本假定 (1) 竖向荷载作用下，多层多跨框架的侧移可忽略不计。 (2) 每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计。 用力矩分配法求出各层框架的弯矩图，然后叠加，即得其最 终弯矩值。 u 由于在分层计算时，假定上、下柱的远端是固定的，而实际 上是有转角产生，是弹性节点，因此为了改善由于这种假定带来 的误差，根据经验，除底层各柱以外，可将其他各层立柱的线刚 度均乘以一个折减系数 0.9，并取其传递系数为 1/3。 u 框架节点处的最终弯矩之和常不等于零而接近于零。这是 由于分层计算所引起的。若欲进一步修正，则可对此节点的不 平衡力矩再作一次弯矩分配。 4. 水平荷载作用下的内力近似计算“反弯点法” 在水平荷载作用下，我们不能再用分层法分析框架内力 ，这是因为分层法的两个基本假定已不再适用。 基本假定： 1）求个各柱的剪力时，假定各柱的上下端都不会发生角位移，即 认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大；（ib3ic） 2）在确定柱的反弯点位置时，假定除了底层柱外，各个柱的上下 端节点转角均相同；即认为除底层外，各层反弯点位于层高的中 点，底层柱位于距支座2/3层高处； 3）梁端弯矩可由各节点平衡条件求出，并按节点左右梁的线刚度 进行分配； 反弯点剪力的计算： 反弯点处的弯矩为零，剪力不为零，剪力可按下述方法计算： 设框架有n层，每层有m个柱 为两端固定柱的侧向刚度，表示柱上下端产生单位相 对位移时，需要在柱顶施加的水平力， 框架第j层的层间侧向位移 再按假定2求各柱的杆端弯矩，然后根据节点弯矩平衡条件并 根据假定3，求得梁端弯矩： 5、水平荷载作用下的D值法 1、改进后的柱侧向刚度D 柱的侧向刚度是当柱的上下端产生单位相对位移时，柱所 承受的剪力。 1. 柱AB及其上下相邻柱的线刚度均为ic 2. 柱AB及其上下相邻的层间水平位移均为 3. 柱AB两端节点及其上下左右相邻的各节点的转角均为 4. 与柱AB相交的横梁的线刚度分别为i1、i2、i3、i4 假定框架横梁的线刚度、框架柱的线刚度和层高沿框 架高度保持不变求出各层反弯点的高度y0h称为标准反弯 点高度。 y0h y1h Y2h、y3h 3.6、框架结构侧位移计算及限值 1、侧位移的近似计算 第j层框架层间水平位移： 框架顶点的总水平位移 ： u 只考虑梁柱的弯曲变形，未考虑轴向变形和截面的剪 切变形 2、弹性层间位移角限值 3.7 多层框架内力组合 3.7.1 控制截面 柱 ： 取各层柱的上下端截面 梁 ： 两端及跨间最大正弯矩（简化为跨中）截面 最不利内力组合： 对于框架结构梁、柱不利内力组合为： 梁端截面： 梁跨中截面 ： 柱端截面： 及相应的N、V 及相应的M 及相应的M 梁端弯矩调幅 对于现浇框架可取0.8-0.9，对于装配整体式框架可取 低一点0.7-0.8。 梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下，跨中弯矩必将增加， 要满足： 规范规定：调 幅只对竖向荷 载作用下的内