框架结构ppt课件

第二节框架结构,1,一、框架结构的受力特点1、框架结构承受的荷载包括竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载，一般为分布荷载，有时有集中荷载。水平荷载主要为风荷载和地震荷载。2、框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形ub。变形与位移如下图所示。3、当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。,2.1框架结构内力分析的特点,2框架内力分析-竖向荷载作用,2,框架结构的侧移,3,框架结构在水平荷载作用下的受力变形,4,1、框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。2、框架结构是一个空间结构体系，沿房屋的长向和短向可分别视为纵向框架和横向框架。纵、横向框架分别承受纵向和横向水平荷载，而竖向荷载传递路线则根据楼（屋）盖布置方式而不同。现浇板楼（屋）盖主要向距离较近的梁上传递，预制板传至支承板的梁上。,二、框架结构内力分析的特点,5,3、在高层框架结构中，竖向荷载的作用与多层建筑相似，柱内轴力随层数增加而增加，而水平荷载的内力和位移则将成为控制因素。（高度与内力位移图）4、框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸和板的厚度。通常梁柱截面惯性较小，侧向变形较大，所以称框架结构为柔性结构。5、除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚接节点，柱固结于基础顶面，所以框架结构多为高次超静定结构。6、典型的框架结构内力图如下所示。,2020/5/27,6,6,2020/5/27,7,框架结构的内力图,（a）竖向荷载作用下的内力图；（b）左向水平荷载作用下的内力图,7,2.2框架结构计算简图,2020/5/27,8,一、平面框架选取框架结构实际上是空间结构。为便于计算，将空间框架结构简化为多榀横向和纵向的平面框架。即通常忽略它们之间的空间联系，取出单独的一榀框架作为计算单元，如图中阴影部分所示。,8,框架结构计算简图,9,2020/5/27,10,二、计算简图注意事项,特别需要留意简图与实际结构的差别。1、在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点（beam-columnjoints）表示，节点为刚接，梁或柱的长度用节点间的距离表示，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；2、框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。3、对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；4、在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。,10,2020/5/27,11,5、当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。,11,变截面柱框架结构的计算简图,12,装配式框架的铰节点,框架柱与基础的连接,13,1、作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载；水平荷载包括风荷载和水平地震作用。,3、楼面活荷载作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按荷载规范取用。应该指出，荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（equivalentuniformliveload）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。,2、风荷载当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值按荷载规范取用，对于多、高层框架结构房屋，计算参数应按规定采用。,三、框架结构上的荷载,4、楼面活荷载较大时，需要考虑荷载最不利位置。,14,2020/5/27,15,竖向活荷载最不利位置,（a）梁跨中弯矩最不利荷载位置；（b）梁支座弯矩最不利活荷载位置,15,2.3竖向荷载作用下框架内力分析,在竖向荷载（verticalload）作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采用手算，常用分层法和弯矩二次分配法近似方法计算。,分层法的计算步骤,（1）画出结构计算简图，并标明荷载及轴线尺寸；,（2）按规定计算梁、柱的线刚度和相对线刚度，除底层柱外，其余各层柱的线刚度遍乘0.9的折减系数；,（3）用弯矩分配法自上而下分层计算各计算单元的杆端弯矩；,（4）叠加柱端弯矩，得出最后杆端弯矩。如节点弯矩不平衡值较大，可在节点重新分配一次。,（5）根据静力平衡条件绘出框架的内力图。,16,竖向荷载作用下分层计算示意图,17,【解】1、底层柱线刚度不变，将第二层各柱线刚度乘0.9，分为两层计算，各层计算单元如下图所示。,二层计算单元,底层计算单元,18,2、用弯矩分配法计算各杆端的弯矩二层计算过程如下：,19,底层计算过程：,20,M图（单位：kNm),3、将各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如下。,21,3框架内力分析-水平荷载作用,2020/5/27,22,水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。,在水平荷载作用下框架结构的内力和侧移可用结构力学方法计算，常用的近似算法反弯点法、D值法等。,22,用反弯点法求图所示框架的弯矩图。1）计算简图，图中括号内数字为各杆的相对线刚度。,三、例题,23,（2）求柱的剪力当同层各柱h相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。,第3层：P=10kNVAD=10*1.5/(1.5+2+1)=3.33kNVBE=10*2/(1.5+2+1)=4.45kNVCF=10*1/(1.5+2+1)=2.22kN,24,第2层：P=10+19=29kNVDG=9.67kNVEH=13.89kNVFI=6.44kN,第1层：P=10+19+22=51kNVGJ=17kNVHK=20.4kNVIL=13.6kN,25,(3)计算柱端弯矩第3层MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm第2层MDG=MGD=24.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm,第1层MGJ=34kNmMJG=68kNmMHK=40.8kNmMKH=81.6kNmMIL=27.2kNmMLI=54.4kNm,26,(4)根据节点平衡条件算出梁端弯矩第3层MAB=MAD=6.66kNmMBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第2层MDE=30.84kNmMED=15.82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm,27,第1层MGH=58.18kNmMHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm（5）根据以上结果，画出M图。,（单位：kNm),28,29,4.1框架梁及柱的设计,1、框架梁设计,按受弯构件进行配筋计算；包括正截面抗弯和斜截面抗剪配筋；纵向受拉钢筋应满足配筋率及裂缝宽度的要求；纵筋的弯起和截断位置，应根据弯矩包络图确定。,2、框架柱设计,框架柱一般属偏心受压构件，通常采用对称配筋；边柱按双向偏心受压考虑；,4框架结构的构件设计与构造要求,竖向荷载和横向荷载根据分层法和反弯法计算内力，然后进行组合、调幅、叠加，然后进行配筋计算。,30,一、材料强度等级,混凝土强度等级一级抗震=C30,其余不小于C20.钢筋级别框架梁柱纵筋采用热轧二级三级，箍筋采用一级或二级。梁柱节点混凝土梁柱混凝土级别差二级以内，节点处与梁一起浇灌。如超过二个级别，梁柱节点处与柱一起浇灌，但会在梁支座处形成施工缝，成为薄弱环节，为避免这问题，节点处浇灌和梁一起，但需在节点处增加柱子的纵向钢筋。,4.2框架结构的构造要求,31,2020/5/27,32,2框架柱（1）框架柱截面（2）框架柱纵向钢筋（3）框架柱箍筋3框架节点（1）现浇框架节点,1框架梁（1）框架梁截面（2）框架梁纵向钢筋（3）框架梁箍筋,二、构造要求分以下几个方面：,32,（1）、梁截面尺寸确定,截面高度选择的依据：梁的跨度约束条件荷载大小一般情况框架梁：h=（1/101/14）L截面宽度：一般b=（1/21/4）h，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。实际工程中通常梁宽取250或300mm，以便使用定型模板。为了避免框架节点纵横钢筋相互干扰，框架梁底部通常较连系梁底部低50mm以上。,33,（2）、框架梁的构造要求,1）梁纵向钢筋的构造要求梁纵向受拉钢筋的数量除按计算确定外，还必须考虑温度、收缩应力所需要的钢筋数量，以防止梁发生脆性破坏和控制裂缝宽度。纵向受拉钢筋的最小配筋百分率和最大配筋率需满足要求。沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根通长的纵向钢筋，对一、二级抗震等级，钢筋的直径不应小于14mm，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向受力钢筋中较大截面面积的1/4;对三、四级抗震等级，钢筋的直径不应小于12mm。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。,34,2）梁箍筋的构造要求应沿框架梁全长设置箍筋。箍筋的直径、间距及配筋率等要求与一般梁的相同。,35,梁箍筋加密区长度内的箍筋肢距：一级抗震等级，不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值；二三级抗震等级，不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值；四级抗震等级，不宜大于300mm。梁端设置的第一个箍筋应距框架节点边缘不大于50mm，非加密区的箍筋间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。,36,2、柱截面尺寸确定,按轴压比估算AN/（fC）式中：A-柱全截面面积N-柱轴压力，按柱的负荷面积估算，再取1.2-1.4放大系数。-柱轴压比限值fC混凝土轴心抗压强度设计值,按层高估算，柱截面高度h一般取层高的1/151/10。b=(1/31)h,柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。,37,柱轴压比限值按表取值,框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱截面直经不宜小于350mm；为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。（短柱效应）。柱的剪跨比宜大于2；柱截面高度与宽度的比值不宜大于3；,38,柱箍筋形式示例,2、框架柱的构造要求,39,1）框架柱纵向钢筋,框架柱和框支柱中全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5%。截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋的间距不宜大于200mm。,40,2）框架柱箍筋,41,42,梁柱节点处于剪压复合受力状态，为保证节点具有足够的受剪承载力，防止节点产生剪切脆性破坏，必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节点内的箍筋除应符合上述框架柱箍筋的构造要求外，其箍筋间距不宜大于250mm；对四边有梁与之相连的中间节点，由于除四角以外的柱纵向钢筋外，均不存在过早压屈的危险，故可仅沿节点周边设置矩形箍筋，不必设置复合箍筋。,3）梁柱节点（beam-columnjoints）,43,梁柱节点箍筋未使用造成质量事故的照片,44,45,房建里的箍筋，尤其是在梁柱节点加密区和支座处特别的重要，剪力和负弯矩很大，知道钢筋连结点为什么不能选在加密区就是这个原因，如果省了箍筋，剪力的受力就由主筋来承担，而主筋的设计主要承担上部传下来的垂直荷载和弯矩，突然之间多了个剪力由他来承受，钢筋会达到极限承载并且变形严重，产生破坏。,46,47,针对节点具体施工情况，只有细分工艺流程，合理安排工作顺序，木工和钢筋工紧密配合，才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。首先先将柱箍绑至梁底下；其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋；最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点（定位）箍筋。,48,构件连接是框架设计的一个重要组成部分。只有通过构件之间的可靠有效连接，结构才能成为一个整体。现浇框架的连接构造，主要是梁与柱、柱与柱之间的配筋构造。现浇框架的梁柱节点，一般做成刚性节点。,2020/5/27,49,2）、现浇框架节点构造,1、梁与柱连接,需要注意以下几个位置的连接构造：顶层屋面梁与边柱的刚性连接。楼面梁与边柱的连接。楼面梁与中柱的连接。上下柱连接。,49,顶层梁与边柱现浇节点,当顶层为现浇板，其混凝土强度等级C20，板厚80mm时，全部柱外侧纵筋伸入现浇梁及板内。,50,顶层梁与中间柱现浇节点,当直锚长度La,当直锚长度La,当直锚长度La，且顶层为现浇板，强度等级C20，板厚80mm。,51,楼面梁与边柱现浇节点,52,楼面梁与中柱现浇