建筑结构设计之多层框架

1 3 4框架结构构件设计 第3章多层框架结构 3 1多层框架结构组成与布置 3 2框架结构分析 3 3框架 支撑结构体系 3 5框架结构基础设计 2 框架设计 3 1组成与布置 框架结构是多层房屋的主要结构形式 也是高层建筑的基本结构单元 3 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1框架结构种类 按所用材料 混凝土框架结构 钢框架结构 组合框架结构 钢骨混凝土 钢管混凝土 3 1 1种类 4 装配式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 5 钢框架铰接 6 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 框架结构由梁 柱连结而成 梁柱一般为刚接 有时为了方便施工也有做成铰接或半铰接 半刚接的 3 1 2框架结构组成 7 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 柱截面 实腹式 矩形 箱形 圆形 I形 H形 L形 T形 十字形等 格构式 对钢结构而言 8 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 混凝土梁形式 9 3 1 3框架结构布置 一 柱网布置 典型的柱网有内廊式 等跨式和不等跨式 内廊式 等跨式 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 满足建筑功能的要求 原则 10 结构受力合理 均匀 对称 对直 贯通 尽量避免缺梁抽柱 11 方便施工 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 12 二 承重 竖向荷载 框架的布置 横向框架承重方案 纵向布置连系梁 横向抗侧刚度大 有利采光和通风 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 13 纵横向框架承重方案 两个方向均有较好的抗侧刚度 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 14 板柱结构 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 15 四 变形缝设置 三 框架的立面布置 规则框架 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 16 3 1 4梁柱截面尺寸的估算 混凝土柱 根据柱的负荷面积 估算柱在竖向荷载下的轴力 17 钢柱 估算轴力 乘以1 2 1 3倍按轴心受压构件估算截面尺寸 定计算长度 60 100 假定长细比 计算回转半径 根据钢材类别 截面类别和 根据近似关系 由A b h选择截面尺寸 确定b h 3 1 4尺寸估算 框架设计 3 1组成与布置 3 1 1种类 3 1 2组成 3 1 3布置 3 2 1框架分析模型 一 计算单元 满足结构均匀 荷载均匀 可用平面框架代替空间框架 对横向和纵向分别取图示计算单元作为分析的对象 框架设计 3 2 1分析模型 3 2框架结构内力与侧移的近似计算方法 3 1组成与布置 3 2结构分析 二 结构形式 轴线尺寸及截面特征 结构形式 梁柱刚接 柱固接于基础顶面 框架设计 3 2 1分析模型 3 1组成与布置 3 2结构分析 20 问 钢骨和砼抗弯刚度之和与组合截面的抗弯刚度是否相同 按组合截面计算抗弯刚度的前提是什么 什么情况下两者相同 对于砼梁 整体式楼盖 梁 考虑楼板的作用 中框架 边框架 装配整体式楼盖 中框架 边框架 装配式楼盖 框架设计 3 2 1分析模型 3 1组成与布置 3 2结构分析 22 三 荷载 竖向荷载 自重 楼面活荷载 水平荷载 风荷载 地震作用 楼面荷载 对于单向板则仅短跨方向的梁承受均布荷载 框架设计 3 2 1分析模型 3 1组成与布置 3 2结构分析 i j k l m n 3 2 2竖向荷载下的分层法 一 基本假定 框架没有侧移 每一层框架梁上的竖向荷载只对本层的梁及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力 忽略对其它各层梁 柱的影响 二 简化计算模型 多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力 可以分解为一系列开口框架进行计算 除底层柱子外 其余各层柱的线刚度乘以0 9的折减系数 弯矩传递系数取为1 3 三 计算方法 用弯矩分配法计算各开口框架的内力 开口框架梁的内力即为原框架相应层的内力 原框架柱的内力需将相邻两个开口框架中相同柱号的内力叠加 内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点 可再作一次分配 但不传递 梁柱弯距 26 梁剪力 27 假定梁与柱铰接 于是柱轴力等于简支梁的支座反力 柱轴力 3 2 3水平荷载下的反弯点法 假定 框架梁的线刚度相对框架柱的线刚度为无限大 则在忽略柱子轴向变形的情况下 节点的转角为零 在工程设计中 底层柱的反弯点取为距基础顶面2 3柱高处 其余各层柱的反弯点取为柱高的中点 一 简化分析模型 二 计算方法 将框架在某一层的反弯点切开 根据几何条件 忽略梁轴向变形 求柱剪力 根据平衡条件 有 当杆件两端发生单位侧移时 杆件内的剪力称为抗侧刚度 用表示 如果杆件两端没有转角 杆件内的剪力为 抗侧刚度为 逐层取脱离体 利用上式求得各柱剪力后 根据各层反弯点位置 可以求出柱上 下端的弯矩 底层柱 其余层柱 求柱端弯矩 求梁端弯矩 求柱轴力 从上到下利用节点竖向力平衡条件 3 2 4水平荷载下的修正反弯点法 对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件 其转角位移方程可以为 在反弯点法中 各层柱的反弯点位置是一个定值 各柱的抗侧刚度只与柱本身有关 可见反弯点位置与有关 同样 柱的抗侧刚度也与有关 一 修正抗侧刚度 柱AB两端节点及上下 左右相邻节点的转角全等于 柱AB及与其上下相邻柱的弦转角均为 柱AB及与其上下相邻柱的线刚度均为 假定 其中 柱AB剪力 二 修正反弯点高度 作如下假定 同层各节点的转角相等 横梁中点无竖向位移 各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关 影响转角的因素有 层数 柱子所在层次 梁柱线刚度比及上下层层高变化 梁柱线刚度比及层数 层次对反弯点高度的影响 假定梁的线刚度 柱的线刚度和层高沿框架高度不变 按图示计算简图可求出各层柱的反弯点高度 称为标准反弯点高度 层高变化对反弯点高度的影响 上层层高变化 反弯点高度的变化值用表示 下层层高变化 反弯点高度的变化值用表示 3 2 5水平荷载下的侧移计算及限值 框架结构水平荷载下的侧移由两部分组成 梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移 一 梁柱弯曲变形引起的侧移 顶点侧移 层间侧移 二 柱轴向变形引起的侧移 水平荷载作用下 外侧柱子的轴力大 内侧柱子的轴力小 为了简化 忽略内柱的轴力 近似取外侧柱轴力为 是水平外荷载在框架底面产生的总剪力 对于高度不大于50m或高宽比H B 4的钢筋混凝土框架办公楼 柱轴向变形引起的顶点位移越占框架梁柱弯曲变形引起的顶点侧移的5 11 框架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外 尚应验算结构的侧向位移 结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移 要求分别满足 三 侧移的限值 3 2 6框架结构的效应 结构的内力分析一般不考虑变形对几何尺寸的影响 对于图示框架 水平荷载下的侧移将使竖向荷载P产生附加内力和变形 这种现象称