第10章-多层钢筋混凝土框架结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.多层框架结构的组成和布置；,2.多层框架结构的计算简图及荷载确定；,3.无抗震设防要求时框架结构构件设计；,4.非抗震设计时框架节点的构造要求；,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,本章主要内容,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,10.0 概述,全美目前的最高建筑是芝加哥西尔斯大厦，这座110层大厦，高443米；而世界最高建筑,（已建成）,是中国台北的101层摩天大楼，高达503.7米。,高层与多层的界限：,1、高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002（以下简称高规）10层及10层以上或大于28m的房屋为高层建筑；（,High-rise building,）2、2-9层且高度不大于28米的建筑则为多层建筑。（,Multistory building,）,世界十大典型高层：,第一（台北101大楼）,被称为“台北新地标”的101大楼于 1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。在世界高楼协会颁发的证书里，台北101大楼拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”（508）“最高使用楼层”(438米)和“最高屋顶高度”(448米)。,国家石油公司双塔大楼位于吉隆坡市中心美芝律，高88层，是当今世界名冠的超级建筑。巍峨壮观，气势雄壮，是马来西亚的骄傲。它曾以451.9米的高度打破了美国芝加哥希尔斯大楼保持了22年的最高记录。这个工程于1993年12月27日动工，1996年2月13日正式封顶，1997年建成使用。登上双塔大楼，整个吉隆坡市秀丽风光尽收眼底，夜间城内万灯齐放，景色尤为壮美。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,世界十大典型高层：第,二（国家石油公司双塔大楼）,西尔斯大厦是位于美国伊利诺州芝加哥的一幢摩天大楼，楼高442米，共地上108层，由建筑师密斯凡德勒所设计。美国伊利诺伊州的芝加哥市堪称摩天大楼的发源地。它是为西尔斯-娄巴克公司建造的，于1973年竣工。西尔斯大厦由9座塔楼组成。它们的钢结构框架焊接在一起，这样也助于减少因其高度所造成的在风中摇动。所有的塔楼宽度相同，但高度不一。大厦外面的黑色环带巧妙地遮盖了服务性设施区。西尔斯大厦有110层，一度是世界上最高的办公楼。每天约的1.65万人到这里上班。在第103层有一个供观光者俯瞰全市用的观望台。它距地面412米，天气晴朗时可以看到美国的4个州。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,世界十大典型高层,：第三（西尔斯大厦）,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,常用结构体系,竖向荷载,：构件自重、人员及家具活载等,水平荷载,：风荷载、地震作用等,随高度的增加，水平荷载产生的效应快速增加。,常用的结构体系有：1、框架结构2、框架-剪力墙结构3、剪力墙结构4、筒体结构,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,1.框架结构,组成,：横梁和立柱组成,特点,：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。但框架的抗侧刚度小，抵抗水平荷载能力较差。,应用,：非地震区，建1520层，地震区，建10层以下。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,2.,剪力墙结构（抗震墙）,组成,：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系。,特点,：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。,应用,：,15-50层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,3.,框架-剪力墙结构（框剪结构）,组成,：由若干框架和局部剪力墙组成。,特点,：竖向荷载主要由框架承担，水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。,应用,：1530层的办公楼、公寓、旅馆等。,小贴士：北京东华金座项目，位于北京市宣武区牛街，由华尔森集团开发建设，总建筑面积约10万平方米，建筑高度73.84米，地上20层、地下3层。东华金座集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室为人防工程及车库，裙房12层为商场、餐厅，裙房3层为会所。4层以上主体建筑分为三部分：18层的北楼为住宅，20层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙结构。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,4.,筒体结构,组成,：由钢筋混凝土墙或框架柱（框筒）组成。,特点,：将剪力墙集中到房屋内部或外围，形成空间封闭筒体，使结构既有极大的抗侧刚度，同时又能获得较大的空间。,应用,：一般用于45层左右甚至更高的建筑。,小贴士：美国西尔斯大厦为成束筒结构。位于芝加哥市。由9个22.9米见方的正方形组成。大厦平面随层数增加而分段收缩，在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,（a）框架核心筒结构（b）筒中筒结构（c）成束筒结构,几种筒体结构：,10.1 框架结构设计,钢筋混凝土框架结构,，是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用，,见图10.1,。,按施工方法的不同，框架可分为,整体式,、,装配式,和,装配整体式,三种。,10.1.1 框架结构的组成,图10.1框架结构图,(a)平面图；(b)-剖面图,整体式框架,也称,全现浇框架,，其优点,是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震，但工程量大，模板耗费多，工期长。,装配式框架,的构件全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是,节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。,装配整体式框架,是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体。其优点是，,省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配式提高，但节点施工复杂,。,框架结构,是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。,1.承重框架,的布置,在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，,框架体系可以分为下列三种：,（1）,横向框架承重方案,在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。,沿房屋的纵向设置板和连系梁，见,图10.4(a),。,10.1.2 框架结构的布置,（2）,纵向框架承重方案,在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见图,10.4(b),。,（3）,纵横向框架混合承重方案,在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置，见图,10.4(c),。,图10.4框架体系的布置,(a)横向布置；(b)纵向布置；(c)纵横双向布置,变形缝,分为,伸缩缝,和,沉降缝,，在地震设防区还需按建筑抗震设计规范的规定设置防震缝,伸缩缝,是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的，伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距,如表1,。,沉降缝,是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。,2.变形缝的设置,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,10.2 框架结构,变形缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝,钢筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距（m）,结构类别,室内或土中,露天,装配式框架,75,50,装配整体式现浇式框架,55,35,设置变形缝对构造、施工、造价及结构整体性和空间刚度都不利，基础防水也不易处理。因此，实际工程中常通过采用合理的结构方案、可靠的构造措施和施工措施（如设置后浇带）减少或避免设缝。,在建筑物的下列部位宜设置沉降缝：,土层变化较大处；地基基础处理方法不同处；房屋在高度、重量、刚度有较大变化处；建筑平面的转折处；新建部分与原有建筑的交界处。,沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理。,图沉降缝做法,(a)设挑梁（板）；(b)设预制板（梁）,10.2 框架结构的计算简图及荷载,承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以,T,形（,见,图,(a),）为多；在装配式框架中可做成矩形、,T,形、梯形和花篮形（,见,图,(b)(g),）等。,不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用,T,形、,形、矩形、形、,L,形等，,见图,。,框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。,1 截面的形状,10.2.1 梁柱截面的选择,图框架横梁截面形式,图框架连系梁截面形式,（1）,框架梁,梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高h,b,一般可取(1/101/18)l,b,(l,b,为梁的计算跨度），梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度b,b,=(1/21/3)h,b,，一般不宜小于200mm。,选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。,（2）,框架柱,柱截面的宽度b,c,和高度h,c,一般取（1/151/20)层高。为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的h,c,/b,c,不宜大于3，柱截面的边长不宜小于250mm,。,10.2.1 截面尺寸,框架结构,是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。,为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载,如图10.5,中阴影部分所示。,在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。,10.2.2 框架结构的计算简图,图10.5框架的计算单元,2.节点简化,现浇框架：,梁柱节点简化为刚接节点；,装配式框架：,梁柱节点简化为铰接或半铰接；,装配整体式框架：,梁柱节点简化为刚接节点，但刚性不如现浇式框架。,框架支座,现浇钢筋混凝土柱：,按固定支座计算；,预制钢筋混凝土柱：,根据构造措施按固定支座和铰支座计算,3.跨度与高度的确定,框架梁的跨度：,取框架柱轴线间的距离；对于不等跨框架，当各跨跨度相差不大于10，可近似按等跨框架计算，简化后的跨度取原各跨跨度的平均值。,层高(框架柱的长度)：,本层楼面至上层楼面的高度。为了简化计算，作如下规定：,（1）,对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I,0,；边框架梁I=1.5I,0,。其中I,0,为矩形截面梁的惯性矩（,图(a),)。,（2）,对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I,0,；边框架梁I=1.2I,0,（,图(b),)。,（3）,对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I,0,（,图(c),）。,4.梁截面的惯性矩,图框架结构的刚度取值,多层结构房屋一般受到,竖向荷载,和,水平荷载,的作用。,竖向荷载,包括,横荷载、楼层使用活荷载、雪荷载及施工活荷载,等。,竖向荷载,包括,风荷载,和,水平地震,作用。,（,1,）,楼面活荷载的折减在设计住宅、宿舍、旅馆、办公楼等多层建筑的墙、柱和基础时，由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小，所以作用于楼面上的使用活荷载应乘以,表,10.1,所规定的折减系数。,10.3 框架上的荷载,表10.1楼面活荷载折减系数,墙、柱、基础计算截面以上的楼层数,1,23,45,68,920,20,计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数,1.00(0.90),0.85,0.70,0.65,0.60,0.55,（2）,风荷载,与单层工业厂房类似，作用在多层房屋外墙表面的风荷载标准值w,k,可按下式计算：,w,k,=,z,s,z,w,0,10.5 框架结构内力计算,内力计算方法主要有：弯矩分配法、无剪力分配法和迭代法,(精确计算)。为简化计算，实际常用的方法有：分层法(竖向,荷载作用)、反弯点法和D值法(水平荷载作用)。,1 竖向荷载作用下的内力计算(分层法),1).力矩分配法回顾,转动刚度、分配系数、传递系数的概念与计算。,基本假定：,框架的侧移忽略不计;,每层梁上的竖向荷载对本层梁及与本层梁相连的柱产生弯,矩与剪力。,刚度修正,：,除底层柱外其它各层柱的线刚度均乘以0.9的折,减系数；除底层传递系数为1/2外，其它各层柱的弯矩传递,系数取1/3。,将多层框架简化为单层框架来计算，即分层进行力矩分配计算。分层计算得出的梁的弯矩即为最终弯矩，但由于每,个柱均属于上下两层，所以柱的最终弯矩为上下两层计算结,果相加。,分层法计算步骤及要点,1.选择某榀框架作为计算单元,2.计算梁柱线刚度以及节点处分配系数,1）对于现浇框架，要考虑梁有效截面惯性矩的调整；,2）柱端设为固定端；,3）底层柱固定在基础顶面，可以视为固定端，其它层柱要,考虑到实际有柱端转动，故上层各柱线刚度乘以0.9修,正系数；,4）梁和底层柱的传递系数按远端固定，取1/2；上层各柱,的传递系数取1/3。,3.统计各层梁上竖向荷载设计值，并计算梁的固端弯矩。,4.按前面规定的分配系数和传递系数，采用力矩分配法对每一层框架分别进行计算。,5.求得每层内力后，将同属于上下两层的柱弯矩值进行叠加，作为原框架该柱的最终弯矩，梁的弯矩仅属于本层，不需叠加。,6.得到框架最终弯矩图后，根据节点静力平衡可求得梁跨中弯矩，支座剪力以及柱剪力和轴力。,【例12.1】,图12.11,所示一个两层两跨框架，用分层法作框架的弯矩图，括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。,【解】,将第二层各柱线刚度遍乘0.9，分为两层计算，各层计算单元如,图12.12,和,图12.13,所示。,用弯矩分配法计算各杆端的弯矩，其计算过程见,图12.14,。,最后将,图12.14,中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如,图12.15,所示。,图12.11例12.1计算简图,图12.12例12.1二层计算单元,图12.13例12.1底层计算单元,图12.14,图12.15M图（单位：kNm),竖向荷载作用下框架内力计算另一种方法,弯矩二次分配法,其实质为简化的弯矩分配法。,基本假定：节点不平衡弯矩只对与该节点相交的杆件远端有,影响，忽略它对其它杆件的影响。,计算步骤：先对节点不平衡弯矩进行分配，再将弯矩向远端,传递，最后将远端节点的新不平衡弯矩进行第二,次分配，整个过程即结束。,10.5 水平荷载作用下内力计算(反弯点法与D值法),基本假定:,各柱上下端没有角位移;除底层外,各柱上下端节点转角相等;忽略框架梁的轴向变形;,适用范围:梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3。,该方法的两个,关键,问题为：,水平荷载在楼层各柱的分配,反弯点高度的确定。,第10章 多层钢筋混凝土框架结构,框架结构,1.梁、柱截面形状及尺寸(略)2.现浇框架节点构造,现浇框架梁、柱节点应做成刚性,10.8 框架结构的构造,（1）框架梁的纵向钢筋锚固,框架结构,10.8 框架结构的构造,（1）框架梁的纵向钢筋锚固,框架结构,10.8 框架结构的构造,（2）框架柱纵向钢筋锚固,框架结构,8.2.4 框架结构的构造,（3）顶层边节点钢筋锚固,框架结构,10.8 框架结构的构造,梁柱弯折钢筋的弯弧内半径,钢筋弯折位置,弯折钢筋直径,d,（mm）,钢筋弯折位置,弯折钢筋直径,d,（mm）,d,25,d,25,d,25,d,25,顶层端节点上角处,6,d,8,d,其他部位,4,d,6,d,