钢筋混凝土多层框架结构教学培训学习PPT.ppt

1 第三部分钢筋混凝土多层框架结构 框架结构体系与布置一般设计要求和原则框架结构内力与位移的近似计算框架结构截面设计与构造要求 2 第三节框架结构内力与位移的近似计算 竖向荷载作用下内力的近似计算 分层法水平荷载作用下的内力近似计算 一 反弯点法水平荷载作用下的内力近似计算 二 d值法水平荷载作用下侧移近似计算 3 电算一般采用矩阵位移法 手算一般采用近似法 竖向荷载下用分层法 水平荷载下用反弯点法或d值法 1 竖向荷载作用下内力的近似计算 分层法 4 一般分层法假定 1 多层多跨框架的侧移极小可忽略不计 2 每层梁上的荷载对其他各层梁的影响可忽略不计 由这两个假定 可将各层梁及其上 下柱所组成的框架作为独立的计算单元分层计算 5 6 分层计算所得的梁弯矩即为其最后弯矩 每一柱弯矩需由上 下两层计算所得的弯矩叠加而成 分层计算中 由于假定上 下柱远端为固定 但实际上有转角 为减少误差 应作些处理 底层柱的线刚度不变 取其传递系数为1 3 其他各层柱的线刚度乘以0 9的折减系数 取其传递系数为1 3 节点处弯矩常不为零 如需修正可将节点不平衡力矩再作一次弯矩分配 7 直捷分层法对上述分层法再简化 远端刚接柱的线刚度不再乘以折减系数0 9 除柱脚固定支承的底层柱从上端以1 2的传递系数将弯矩传给柱脚外 其他各层柱在上 下端不再传递弯矩 柱端弯矩也无需从相邻两层的分析中叠加 8 第三节框架结构内力与位移的近似计算 竖向荷载作用下内力的近似计算 分层法水平荷载作用下的内力近似计算 一 反弯点法水平荷载作用下的内力近似计算 二 d值法水平荷载作用下侧移近似计算 9 多层多跨框架的水平荷载一般都可归结为节点荷载 各杆的弯矩图都为直线形 每柱一般都有一个反弯点 2 水平荷载作用下的内力近似计算 一 反弯点法 10 当框架每层都不缺梁又不考虑轴力引起的变形 则每层横梁标高处各柱端的水平位移均相同 计算的关键在于确定各柱间剪力的分配和各柱反弯点位置 11 假定 1 确定各柱间剪力分配时 认为各柱上下两端都不发生角位移 即认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大 i梁 3i柱 2 确定各柱的反弯点位置时 又认为除底层以外的各柱 受力后上下两端产生相同的转角 即除底层外的各层柱的反弯点在该柱的高度中央 底层柱的反弯点位于离柱底2 3的底层柱高处 3 梁端弯矩可由节点平衡求出 12 例 沿顶层各柱的反弯点处切开 由水平力的平衡条件 13 由假定 1 称为该柱的侧移刚度 表示柱端产生单位水平位移 时 柱端所需施加的水平力 称为线刚度 14 有了各柱剪力 由假定 2 的反弯点位置 可确定各柱的弯矩图 由假定 3 可确定各梁的弯矩图 按各梁的刚度分配 同理 可求出其他各层的内力 15 第三节框架结构内力与位移的近似计算 竖向荷载作用下内力的近似计算 分层法水平荷载作用下的内力近似计算 一 反弯点法水平荷载作用下的内力近似计算 二 d值法水平荷载作用下侧移近似计算 16 日本武腾清于1933年提出了d值法 对反弯点法作了改进 d值法认为 3 水平荷载作用下的内力近似计算 二 d值法 1 柱的侧移刚度不但与柱本身的线刚度和层高有关 而且与梁的线刚度有关 2 柱的反弯点不应是定值 而应是个变数 与柱梁间的线刚度比 柱所在楼层位置 上下层梁间的线刚度比 上下层层高 房屋的总层数等有关 17 修正后的柱侧移刚度d柱的侧移刚度d是当柱上下端在水平方向上产生单位相对位移时 柱所承受的剪力 对于框架结构中的第j层第k柱 18 以不是底层的柱ab为例说明柱的侧移刚度d的求法 框架受力后 柱ab上下端的位移差为 柱的弦转角 19 假定 1 柱ab及与其相邻的两个柱的线刚度皆为 2 柱ab及与其相邻的两个柱的弦转角皆为 即层间水平位移皆为 3 柱ab及与其相邻的各杆端的转角皆为 4 与柱ab相交的横梁的线刚度分别为 20 将以上两式相加 化简后得 由节点a b的力矩平衡条件 可得 式中 21 柱ab所受到的剪力为 令 则 22 与反弯点法 相比 是考虑了梁柱线刚度比值对柱侧移刚度的一个影响系数 类似于通过分析和简化 可得底层柱的d值 柱脚为固定时 柱脚为铰接时 23 各层柱的反弯点位置假定各层横梁的反弯点在各横梁跨度的中央而该点又无竖向位移 即同层各节点的转角相等 各层柱的反弯点位置与该柱上下端转角的大小有关 上下端的转角相同 反弯点在柱高的中央 上端转角大于下端转角 反弯点偏于柱下端 24 影响柱两端转角大小 反弯点位置 的因素有 梁柱的线刚度比 该柱所在楼层位置 标准反弯点 上下横梁线刚度比 修正值 层高变化的影响 修正值或 各层柱的反弯点高度 25 可由有关表格查得 其具体推导可用力法 详见有关参考书 由柱侧移刚度和反弯点位置 则可和反弯点法一样 求出各柱在反弯点处的剪力值及各杆的弯矩图 26 第三节框架结构内力与位移的近似计算 竖向荷载作用下内力的近似计算 分层法水平荷载作用下的内力近似计算 一 反弯点法水平荷载作用下的内力近似计算 二 d值法水平荷载作用下侧移近似计算 27 可近似地看为由梁柱弯曲变形和柱轴向变形所引起的侧移的叠加 侧移 4 水平荷载作用下侧移近似计算 28 由梁柱弯曲变形引起的侧移第i层的层间相对位移可按d值法计算 第i层楼层剪力 共有m层 第i层第k柱的d值 共n根柱 框架将产生 剪切型 侧移 29 由柱轴向变形引起的侧移 框架受荷一侧柱产生轴向拉力 另一侧柱产生轴向压力 外柱轴力大 内柱轴力小 设内柱轴力为零 外柱轴力 为上部水平荷载对该高程处所引起的弯矩 当房屋层数较多时 可近似地将轴力看成连续变化 由结构力学公式 在轴力作用下顶点最大水平位移 30 n1 单位水平力作用于框架顶端时在外柱中的轴力 n 外荷载作用下在框架外柱中的轴力 a 外柱截面面积 假定外柱截面沿高度变化 a1 底层柱截面面积 对于外荷载q x 可得 31 对框架受均布荷载 沿房高成倒三角形荷载 顶部受水平集中荷载等情况 上式可表示为以下形式f n 仅随n变化的参数 由有关图表查出 f 沿房屋全高水平荷载f的总和 h越大 b越小 则越大 由分析可知 当h 50m或h b 4的结构此时不可忽略 32 第三部分钢筋混凝土多层框架结构 框架结构体系与布置一般设计要求和原则框架结构内力与位移的近似计算框架结构截面设计与构造要求 33 第四节框架结构截面设计与构造要求 框架结构的设计步骤内力组合及最不利内力非抗震设计抗震设计 34 1 框架结构的设计步骤 非抗震设计步骤 35 抗震设计步骤 36 第四节框架结构截面设计与构造要求 框架结构的设计步骤内力组合及最不利内力非抗震设计抗震设计 37 分别按恒 活 风载和地震作用等计算内力 然后进行荷载效应组合 2 内力组合及最不利内力 控制截面及最不利内力类型 框架梁 选两个支座截面及跨中截面为控制截面 支座截面 最大负弯矩及最大剪力 水平力下可能会为正弯矩 跨中截面 最大正弯矩 可能会有负弯矩 选择最大值配筋 38 框架柱 上下两端截面 弯矩最大 剪力 轴力变化不大 应选择最不利内力组合来配筋 m n 一般为对称配筋 及相应的n nmax及相应的m nmin及相应的m比较大 但n较大或较小 也需组合vmax以验算斜截面承载力 截面配筋时 采用构件端部截面内力 39 竖向活荷载的布置 恒载在内力计算时必须满布 活载布置有最不利布置 活载布置可分两种情况 40 1 竖向活载很大的建筑 应考虑活载的不利布置如多层工业厂房 图书馆书库 仓库等 一般可采用逐跨加荷组合法 分别计算仅各跨单独作用荷载的截面内力 然后进行内力组合 得出各截面的最不利内力 为简化计算 可按各跨承受单位均载1kn m2计算 然后再乘以实际活 恒载 此法概念简单 但计算工作量大 适用于电算 41 2 忽略活载布置对内力的影响 按各跨满载计算适用于 一般民用及公共高层建筑 活载较小约为1 5 2 5kn m2 与地震作用组合 不考虑活载不利布置时 计算的梁跨中弯矩将会偏小 可根据荷载大小乘以1 1 1 2的增大系数 42 竖向荷载与水平荷载在梁内产生的跨中最大组合弯矩设计值一般不在跨中 可计算梁跨中不同位置的弯矩值 取其中最大值近似作为梁跨中弯矩最大值 43 塑性调幅 在竖向荷载作用下 框架中允许梁端出现塑性铰 故可考虑塑性内力重分布 通常降低支座弯矩 支座弯矩调幅系数见下表 调幅后的支座弯矩值 44 支座弯矩调幅后 必须相应加大跨中弯矩 通常跨中弯矩乘以1 1 1 2调整系数并满足下图要求 跨中弯矩应满足下式要求 塑性调幅是竖向荷载下的内力调整 要在内力组合前进行 45 水平荷载作用方向 一般应考虑作用在主轴方向 但可以是正 负两向 只需计算一次 对平面布置复杂或不对称的结构 应作具体分析 考虑不同方向对构件产生的不利内力 46 内力组合 分别计算结构内力 将以处理过控制截面的内力进行组合 承载能力计算 由可变荷载效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合 47 第四节框架结构截面设计与构造要求 框架结构的设计步骤内力组合及最不利内力非抗震设计抗震设计 48 对于非抗震设计 承载力计算表达为框架梁的配筋计算及一般构造要求如前述 框架柱的配筋计算及构造要求按受压构件的方法和要求进行 框架柱的计算长度按下表取用 3 非抗震设计 49 框架梁柱节点的构造特点 梁上部纵向钢筋在框架中间层端节点内的锚固 梁下部纵向钢筋在框架中间节点或中央支座范围的锚固与搭接 50 梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点的搭接 顶层中节点柱纵向钢筋的锚固 51 第四节框架结构截面设计与构造要求 框架结构的设计步骤内力组合及最不利内力非抗震设计抗震设计 52 对于抗震设计 承载力计算表达为承载力抗震调整系数按下表取值 4 抗震设计 53 一般规定 现浇钢筋混凝土框架结构房屋适用的最大高度 m 设防烈度6789最大高度60554525 混凝土结构构件的抗震设计 应根据设防烈度 结构类型 房屋高度按下表采用不同的抗震等级 并符合相应的计算要求和抗震构造措施 54 有抗震设防要求的混凝土结构构件 其纵向受力钢筋的锚固和连接接头除应满足非抗震设计的要求外 还应满足以下要求 纵向受力钢筋的抗震锚固长度 应按下列公式计算 一 二级抗震等级三级抗震等级四级抗震等级为非抗震设计的纵向受力钢筋的锚固长度 当采用搭接接头时 纵向受力钢筋的抗震搭接长度 应按下列公式计算 为非抗震设计的纵向受力钢筋的搭接长度修正系数 55 框架梁的设计 1 正截面受弯承载力采用非抗震的计算公式并考虑承载力抗震调整系数进行计算 且应符合非抗震的构造要求 但还应满足以下 抗震 要求 梁端纵向受拉钢筋的配筋率 2 5 计入纵向受压的钢筋的梁端混凝土受压区高度应符合 二级抗震等级二 三级抗震等级 56 2 斜截面受剪承载力为了满足框架梁 强剪弱弯 的要求 应考虑增大剪力设计值 在确定框架梁抗震验算的受剪承载力时应考虑低周反复荷载的影响 梁端抗震剪力设计值 的确定梁端剪力设计值 应根据梁端弯矩和梁上重力荷载按梁的静力平衡条件确定 57 9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构且大于下式的计算值 式中 框架梁左 右端按实配钢筋截面面积 材料强度标准值 且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值 考虑地震作用组合的框架梁左 右端弯矩设计值 考虑地震作用组合时的重力荷载代表值产生的剪力设计值 可按简支梁计算确定 58 其他情况二级抗震等级三级抗震等级四级抗震等级 地震作用组合下的剪力设计值 59 斜截面受剪承载力计算公式考虑到低周反复荷载作用下 梁剪压区混凝土的抗剪能力的下降 考虑地震作用组合的框架梁的斜截面受剪承载力计算公式应按非抗震的计算公式乘以一个折减系数 截面控制条件 取折减系数为0 8 当跨高比时 取 式中 混凝土强度影响系数 当混凝土强度等级 c50时 取 当混凝土强度等级为c80时 取 其间按线性内插法确定 60 斜截面受剪承载力计算公式 混凝土的抗剪承载力取折减系数为0 6 一般框架梁集中荷载作用下的框架梁 61 3 框架梁的抗震构造要求 详见规范或参考书 纵向受拉钢筋的最小配筋率的要求 62 梁端箍筋的加密区长度 箍筋最大间距和最小直径 其他构造要求详见规范或参考书 63 框架柱的设计 对于框架柱的抗震设计 必须满足 强柱弱梁 的要求 力求避免框架结构形成柱铰机理 尽量使结构的非弹性变形局限于框架梁内 此外 还必须防止框架柱过早地发生剪切破坏 设计中应满足 强剪弱弯 的要求 64 1 框架柱的节点上 下柱端的截面内力的确定 节点上 下柱端的弯矩设计值 9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构且大于下式的计算值 式中 考虑地震作用组合的节点上 下柱端的弯矩设计值之和 柱端弯矩设计值的确定 在一般情况下 将上式计算的弯矩之和 按上 下柱端弹性分析所得的考虑地震作用组合的弯矩比进行分配 65 式中 同一节点左 右梁端 按顺时针和逆时针方向采用实配钢筋截面面积 材料强度标准值 且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和的较大者 同一节点左 右梁端 按顺时针和逆时针方向计算的考虑地震作用组合的弯矩设计值之和的较大者 一级抗震等级 当两端弯矩均为负值时 绝对值较小的弯矩值应取零 考虑地震作用组合的框架结构底层柱的弯矩设计值 对一 二 三级抗震等级应按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以1 5 1 25和1 15确定 66 节点上 下柱端的轴力设计值应取地震作用组合下各自的轴力设计值 67 9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构且大于下式的计算值 式中 框架柱上 下端按实配钢筋截面面积 材料强度标准值 且考虑承载力抗震调整系数计算的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值 考虑地震作用组合 且调整后的框架柱上 下端弯矩设计值 柱的静高 节点上 下柱端的剪力设计值 68 2 框架柱的正截面受弯承载力采用非抗震的计算公式并考虑承载力抗震调整系数进行计算 且应符合非抗震和抗震的构造要求 69 截面控制条件当剪跨比时 取当剪跨比时 取 3 框架柱的斜截面受弯承载力 70 斜截面受剪承载力计算公式式中 考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值 当时 取 当考虑地震作用组合的框架柱出现拉力时 计算公式式中 考虑地震作用组合的框架柱轴向拉力设计值 71 4 框架柱的抗震构造要求 柱全部纵向受力钢筋的最小配筋率 72 框