钢筋砼结构及砌体结构课件按新规范-2.ppt

1 第十二章多层结构房屋 第十二章多层框架结构房屋 本章提要 本章简要介绍多高层建筑的概念 结构体系及其适用范围 叙述框架结构房屋的结构布置原则 结构布置方案和结构计算简图确定 重点叙述框架结构在竖向荷载和水平力作用下的内力及侧移近似计算方法 并对框架结构的内力组合 截面设计及节点构造作简要介绍 同时附有框架结构房屋的结构设计实例 2 第十二章多层结构房屋 第一节多高层建筑结构体系简介第二节框架结构房屋的结构布置第三节框架杆件的截面尺寸和计算简图第四节竖向荷载作用下的内力近似计算第五节水平力作用下的内力近似计算第六节框架结构侧移的近似计算及限值第七节框架结构的内力组合与截面设计要点第八节现浇框架结构的节点构造 3 第十二章多层结构房屋 第一节多高层建筑结构体系简介 一 多高层建筑的概念1 多高层建筑的定义 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2010 简称 高规 规定 10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他民用建筑物 称为高层建筑 否则 称为多层建筑 房屋高度 自室外地面至房屋主要屋面的高度 不包括突出屋面的电梯机房 水箱及构架等高度 4 第十二章多层结构房屋 2 高层建筑的特点 节约用地 减少市政基础设施投资 美化城市环境 工程造价高 结构在水平力作用下的内力和侧移大 技术水平要求高 5 第十二章多层结构房屋 二 多高层建筑的结构体系1 框架结构体系1 组成以梁和柱为主要承重构件组成的结构体系 2 分类按施工方法不同 分为现浇框架 预制框架和装配整体式框架 6 第十二章多层结构房屋 3 特点建筑平面布置灵活 便于设置大空间的房间 结构抗侧刚度小 水平力作用下的变形大 4 适用建筑办公楼 医院 学校等多层建筑及高度不大的高层建筑 2 剪力墙结构体系1 组成由纵 横向钢筋混凝土剪力墙组成的结构体系 7 第十二章多层结构房屋 2 特点刚度大 承载力高 整体性较好 在水平力作用下的侧向变形较小 抗震性能好 平面布置不够灵活 结构自重较大 3 适用建筑住宅 旅馆等开间较小的高层建筑 3 框架 剪力墙结构体系1 组成在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系 8 第十二章多层结构房屋 2 特点具有框架结构和剪力墙结构共同的特点 3 适用建筑公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用 4 板柱 剪力墙结构体系由无梁楼盖和柱组成的板柱框架与剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构 5 筒体结构体系1 组成由竖向筒体为主组成的结构体系 2 特点空间受力性能好 承载力和刚度大 抗弯 抗扭性能良好 9 第十二章多层结构房屋 3 分类 框架 核心筒结构 筒中筒结构 成束筒6 巨型结构体系由若干个 巨大 的竖向支撑结构 如组合柱 角筒体等 作为柱并与梁式或桁架式转换楼层结合形成的结构体系 10 第十二章多层结构房屋 三 高层建筑结构的适用高度和高宽比1 高层建筑的最大适用高度A级高度 指符合表12 1最大适用高度的高层建筑 工程常用 B级高度 超过A级高度的框架 剪力墙 剪力墙及筒体结构 其高度不应超过表12 2规定 并应采取更加严格的计算和构造措施 2 高层建筑的高宽比H B为对结构刚度 整体稳定 承载能力及经济合理性进行宏观控制 其高宽比不宜超过表12 3的规定 11 第十二章多层结构房屋 一 布置原则1 房屋的开间与进深尺寸应尽可能统一 以减少构件的类型和规格 方便设计和施工 2 房屋的平面布置应尽可能规则 对称 使结构传力直接 受力明确 3 房屋的竖向布置应力求体形简单 使结构刚度沿高度分布均匀 避免突变 4 合理的设置伸缩缝 沉降缝 防震缝等结构缝 第二节框架结构房屋的结构布置 12 第十二章多层结构房屋 二 布置方案1 横向框架承重方案1 布置由主梁和柱组成的承重主框架沿房屋的横向布置 纵向由连系梁将横向框架连成空间结构体系 如图 2 特点横向刚度较大 有利于抵抗横向水平力 纵向连系梁的截面尺寸小 有利于房屋室内的采光和通风 13 第十二章多层结构房屋 2 纵向框架承重方案1 布置由纵向主梁与柱构成的承重主框架沿房屋的纵向布置 横向连系梁将纵向框架连成空间结构体系 如图 2 特点纵向刚度大 有利于调整纵向地基不均匀沉降 横向连系梁的截面尺寸较小 房屋的横向刚度较差 但有利于设备管线的穿行 并可获得较高的室内净空 主要适用于层数较少的工业房屋 14 第十二章多层结构房屋 3 纵横向框架承重方案1 布置在房屋的两个方向均布置承重主框架形成的承重方案 如图 2 特点房屋的双向刚度均较大 适用于柱网平面形状为方形或楼面荷载较大的情况 楼盖常采用现浇混凝土双向板或井式梁 15 第十二章多层结构房屋 一 杆件截面尺寸1 框架梁截面形式 矩形 T形 倒L形等 截面高度 截面宽度 且不宜小于200mm 2 框架柱截面形式 矩形 方形 圆形或多边形等 截面高 宽可取 1 15 1 20 的层高 同时要求 截面宽度不宜小于250mm 截面高度不宜小于400mm 截面尺寸以50mm为模数 柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4 第三节框架杆件的截面尺寸和计算简图 16 第十二章多层结构房屋 二 计算简图1 计算单元竖向荷载按单元范围确定 水平作用力则需按整体结构考虑 17 第十二章多层结构房屋 2 计算模型杆件一般用其截面形心轴线表示 变截面杆件则以该杆最小截面的形心轴线表示 现浇框架各节点均视为刚节点 框架柱在基础顶面为固定支座 梁的跨度取柱轴线之间的距离 柱高取层高 低层柱高取至基础顶面 18 第十二章多层结构房屋 3 梁柱线刚度梁 柱的线刚度分别为和现浇框架梁的截面惯性矩Ib 中框架梁取2 0Io 边框架梁取1 5Io 柱的截面惯性矩Ic按实际尺寸进行计算 4 荷载计算竖向荷载和水平风荷载按 荷载规范 计算 水平风荷载可转化为作用于框架节点处的水平集中力 并合并于迎风面一侧 19 第十二章多层结构房屋 一 弯矩二次分配法计算步骤 1 计算每一跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩 2 计算各节点的分配系数 3 将各节点的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递后 再对各节点分配一次即结束 二 分层法1 基本假定1 竖向荷载作用下框架无侧移 2 竖向荷载仅对其作用层的梁及其相连的上 下柱有影响 3 柱的远端为固定端 第四节竖向荷载作用下的内力近似计算 20 第十二章多层结构房屋 2 计算方法将每层梁及其相连的上 下柱所组成的开口框架作为一个独立的计算单元 用力矩分配法计算 计算时 底层以上各层柱的线刚度均乘以折减系数0 9 并取传递系数为1 3 底层柱及梁的传递系数仍为1 2 计算所得梁中弯矩即为该梁在荷载作用下的弯矩 柱端弯矩则为该柱在其相应的上 下两层中计算所得柱端弯矩的叠加 当节点弯矩不平衡时 可再进行一次弯矩分配 21 第十二章多层结构房屋 一 反弯点法1 水平力作用下的受力特点1 弯矩特点 各杆的弯矩图形均为斜直线 每杆均有一个弯矩为零的反弯点 第五节水平力作用下的内力近似计算 22 第十二章多层结构房屋 2 变形特点 除底层柱下端 各柱的上下端均有侧向位移和柱端转角 忽略梁的轴向变形 同一层各柱上下端的相对水平位移相同 23 第十二章多层结构房屋 2 水平力作用下的计算特点确定柱的剪力和反弯点位置 3 基本假定1 确定各柱剪力时 假定梁的线刚度无限大 即认为各柱端无转角 2 确定各柱反弯点位置时 除底层柱外 各层柱上 下端节点的转角相同 24 第十二章多层结构房屋 4 反弯点法柱中剪力计算以4层框架结构的顶层为例 沿各柱的反弯点处切开 反弯点以上部分的受力图如图 根据水平力的平衡条件得 25 第十二章多层结构房屋 根据假定1 柱中剪力V与相对水平位移的关系式为令则d为柱上下两端产生单位相对水平位移时需施加的水平集中力 称为柱的抗侧移刚度 如图 d可根据柱的线刚度和柱高求得 26 第十二章多层结构房屋 对顶层任一柱 可写出于是有由此可解得因此 27 第十二章多层结构房屋 同理 可求得其它各层柱的剪力 写为通式 则任意一层 第i层 的任意一根柱 第j柱 的剪力可表示为5 反弯点位置根据假定2 反弯点的位置为 底层柱 距柱底2 3的底层柱高处 底层以上柱 柱高的1 2处 28 第十二章多层结构房屋 6 反弯点法计算步骤1 计算dij 2 计算Vij 3 根据Vij和反弯点位置 计算柱端弯矩 4 根据节点力矩平衡计算梁端弯矩 5 根据力平衡原理 由梁两端的弯矩求出梁的剪力 6 绘制内力图 弯矩图 剪力图 7 反弯点法适用情况框架各层结构比较均匀 梁柱节点线刚度之比的多层框架 29 第十二章多层结构房屋 二 D值法1 问题的提出框架层数增多时 柱的截面尺寸增大 梁柱线刚度比小于3 此时 节点转角对内力和反弯点的高度影响大 用反弯点法计算误差大 采用修正柱的抗侧移刚度和调整柱反弯点高度的改进反弯点法 即D值法 2 柱抗侧移刚度D计算影响抗侧移刚度D因素 柱的线刚度ic 柱高h 梁柱线刚度比K 经推导 柱的抗侧移刚度D按下式计算 30 第十二章多层结构房屋 c称为柱的抗侧移刚度影响 降低 系数 可根据柱所在层的梁柱线刚度比K按表列公式计算 3 柱反弯点高度修正通过力学分析 得到规则框架的标准反弯点高度比yo 然后考虑影响柱反弯点高度的因素 对yo修正 1 标准反弯点高度比yoyo根据框架的总层数m 柱所在层次n和梁柱线刚度比K以及荷载形式查表得到 31 第十二章多层结构房屋 2 上下梁线刚度变化对柱反弯点高度比修正值y1y1根据上下横梁线刚度比 1和梁柱线刚度比K查表得到 当上横梁线刚度小于下横梁线刚度时 y1取正值 当上横梁线刚度大于下横梁线刚度时 y1取负值 对于底层柱 取y1 0 3 层高变化对柱反弯点高度比的修正值y2和y31 y2根据上层层高与本层层高之比 2和梁柱线刚度比K查表得到 32 第十二章多层结构房屋 当 2 1时 y2取正值 当 2 1时 y2取负值 对于顶层y2 0 2 y3根据下层层高与本层层高之比 3和梁柱线刚度比K查表得到 当 3 1时 y3取负值 当 2 1时 y3取正值 对于底层柱 取y3 0 总之 各层柱的反弯点高度比计算公式为 33 第十二章多层结构房屋 4 D值法计算步骤首先计算Dij 接着计算Vij 此时需将反弯点法计算Vij公式中的dij用Dij代替 然后计算反弯点高度yh 其余步骤同反弯点法 34 第十二章多层结构房屋 一 侧移的近似计算水平力作用下的侧移主要由梁和柱的弯曲变形引起 特点 框架下部的层间位移较大 上部的层间位移较小 对任意一层的层间位移 可采用D值法按下式近似计算 第六节框架结构侧移的近似计算及限值 35 第十二章多层结构房屋 结构顶点的位移为各层层间位移的总和 即二 侧移限值侧移过大 会影响结构的承载力 稳定性和使用要求 因此 要求框架结构的楼层层间最大位移与层高之比 36 第十二章多层结构房屋 首先计算框架在恒荷载 活荷载及风荷载作用下的内力 然后进行内力组合 求得各构件控制截面的最不利内力 对梁 柱进行配筋计算和设计基础 一 竖向活荷载的不利布置恒荷载必须考虑 竖向活荷载考虑最不利布置 对一般框架结构 当楼面活荷载不超过5kN m2时 可把活荷载同时作用于框架的各层梁上计算内力 但应将梁的跨中弯矩乘以增大系数1 1 1 2 第七节框架结构的内力组合与截面设计要点 37 第十二章多层结构房屋 二 控制截面及最不利内力1 框架梁 控制截面 梁的两端截面 与柱相交处 和跨中截面 最不利内力 梁端截面最大负弯矩和最大剪力以及最大正弯矩 跨中截面为最大正弯矩和可能出现的最大负弯矩 2 框架柱 控制截面 柱的上 下端截面 梁底面和现浇梁板的顶面处 最不利内力 一般采用对称配筋 有如下3种 38 第十二章多层结构房屋 及相应的N V Nmax及相应的M V Nmin及相应的M V 风荷载在内力组合时 应考虑左风和右风 取其不利的一种组合 三 梁端弯矩调幅1 调幅目的保证结构具有必要的塑性变形能