多层框架结构

3.4框架结构构件设计3多层框架结构3.1组成与布置3.2框架结构分析3.3温度影响3.5框架结构的抗震设计框架设计3.1组成与布置由梁、柱、基础这三种构件形成的承重结构，称为框架结构。竖向承重结构全有框架所组成的房屋结构体系，称为框架体系。框架之间有连系梁及楼面结构连成整体。框架体系常用于高度不超过50m的房屋中。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。3.1组成与布置框架设计3.1组成与布置框架设计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）按施工方法：整体式框架（混凝土框架而言）装配式框架装配整体式框架（混凝土框架而言）3.1.1种类装配式混凝土框架预制长柱预制主梁预制槽形板预制卡板装配整体式混凝土框架预制短柱迭合梁装配整体式混凝土框架装配整体式混凝土框架预制长柱钢框架铰接连接角钢柱梁111—1钢框架刚接T形连接件框架设计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）梁截面实腹式（矩形、箱形、T形、倒L形、I形、H形、花篮梁等）格构式（对钢结构而言）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框架结构组成矩形梁箱形梁倒L形梁T形梁花篮梁框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成混凝土梁形式3.1.3框架结构布置框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置梁跨：4.5~7.0m柱距：3.3~7.2m层高：2.8~4.2m平面布置、竖向布置、构件选型一、平面布置1、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：•结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）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•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2、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。•纵向框架承重方案横向布置连系梁。横向抗侧刚度小。有利获得较高净空。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•纵横向框架承重方案两个方向均有较好的抗侧刚度。框架承重方案与楼盖布置有关单向板楼盖双向板楼盖框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置等效梁等效梁无梁楼盖密肋楼盖板柱结构框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置3、变形缝设置二、竖向布置规则框架内收外挑复式框架缺梁抽柱错层框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置三、构件选型1）混凝土柱根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力Nc2、梁、柱截面尺寸的估算框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置1、确定截面形式取cNN)4.1~2.1(，按轴压构件估算截面积cA抗震设计时，取cNN)2.1~1.1(要求满足：7.08.09.0ccfAN（抗震等级三级）（抗震等级二级）（抗震等级一级）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2）混凝土梁梁高h取l)12/1~8/1(梁宽取h)3/1~2/1(3）钢柱（2）确定计算长度/0xxli100~60（3）假定长细比计算回转半径/0yyli、、（1）估算轴力乘以1.2~1.3，按轴心受压构件估算截面尺寸。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（5）根据钢材类别、截面类别和)/(fNA由A、b、h选择截面尺寸。（4）确定b、h根据近似关系hix1biy2确定框架设计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框架计算简图1、计算单元纵向框架横向框架满足结构均匀、荷载均匀，可用平面框架代替空间框架。框架设计3.2.1计算简图3.2框架结构分析3.1组成与布置3.2结构分析2、结构形式1l2l3l1h2h3h4h3、轴线尺寸跨度：柱轴线间的距离。层高：楼底至板底，底层从基础顶面算起。4、截面特征钢柱、砼柱：0EIEI框架设计3.2.1计算简图3.1组成与布置3.2结构分析节点：刚接、铰接或半铰接；柱与基础：刚接、铰接。梁：假定惯性矩沿梁长不变，考虑楼板的作用。钢筋砼梁整体式楼盖中框架02EIEI边框架05.1EIEI装配整体式楼盖中框架05.1EIEI边框架02.1EIEI装配式楼盖00.1EIEI框架设计3.2.1计算简图3.1组成与布置3.2结构分析0I——不考虑楼板影响时梁的惯性矩。5、荷载竖向荷载自重楼面活荷载水平荷载风荷载地震作用水平荷载简化为节点荷载框架设计3.2.1计算简图3.1组成与布置3.2结构分析楼面活荷载的折减3.2.2竖向荷载下的分层法1、基本假定1）框架没有侧移；2）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。框架设计3.2.1计算简图3.1组成与布置3.2结构分析3.2.2分层法ijklmnMiMj1/21/2MikMjlMljMki二、简化计算模型iiiiiiii0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i刚度系数传递系数两端固定一端固定一端铰接一端固定一端弹簧铰)41(4ii)475.0(3iii49.02/103/13.2.2分层法3.2.2分层法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。3.2.2分层法3.2.2分层法三、计算方法1）用弯矩分配法计算各开口框架的内力；2）开口框架梁的内力即为原框架相应层的内力；4）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。1、梁柱弯距3）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；3.2.2分层法2、梁剪力lMbrMblVblVbrqlMMqlVlbrbrb2lMMqlVlbrblb23.2.2分层法3、柱轴力假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。将节点的不平衡弯矩同时分配和传递，并以二次分配为限。弯矩二次分配法步骤：①计算每跨梁在竖向荷载下固端弯矩；②计算每节点的分配系数；③将各节点不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，再在各节点分配一次，结束。例题：（括号内为相对线刚度）7.53.07.5ABCD52kN/m52kN/m38kN/mEF(7)(1.38)(1.0)(1.78)(1.29)(7)(8.8)(8.8)52kN/m52kN/m38kN/m）固端弯矩解：（1CBADEFE’F’mkNMMmkNMmkNMFFEECFBE5.282338312442445.75212122''分配系数)2(84.0,16.0738.138.1:CFCBC节点75.0,15.0738.1138.11.0738.111:BEBCBAB节点:F节点47.0,37.0,09.007.028.87478.1429.1429.14'EEEBEFED:E节点5.0,4.0,1.0'FFFCFE0.160.84-24420539-43.118.321.82.88-60.260.20.400.10.5-28.5-108-21.5-9.7-46.7-9.33-183-40.5244-86.2103-37.32440.160.160.16-24418324.4-4015.42.05-85.626.536.619.53.0759.213.20.160.160.16-28.5-101-15-37.9-5.64-167-20.6-19.410.8-7.26-37.5-10.30.16244-79.791.5-29.922.6CBADEFE’F’3.2.3水平荷载下的反弯点法框架梁的线刚度相对框架柱的线刚度为无限大。一、基本假定3.2.3反弯点法框架设计3.2.1分析模型3.1组成与布置3.2结构分析3.2.2分层法若忽略柱子轴向变形，节点的转角为零。3.2.3反弯点法ABABhΔuABMABMBA反弯点根据转角位移方程：huiMhuiMABBAABAB66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。3.2.3反弯点法二、计算方法1、求柱剪力将框架在某一层的反弯点切开。FnFjVj1VjkVjmFnFjF1Vj1VjkVjm1jujkujmujmkjknjiiVVF1平衡条件：水平荷载在j层产生的层间剪力。3.2.3反弯点法几何条件（忽略梁轴向变形）：jjmjkjjuuuuu21D——抗侧刚度，如果杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：ABBAABABuhihMMV212212hiDcjkjkjkuDV物理条件jjkjmljljkjmljljkjkVViiVDDV11根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得为j层k柱的剪力分配系数；3.2.3反弯点法逐层取脱离体，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩323111111hVMhVMkbkcktkc底层柱：Vj1VjkVjmVj1hj/2Vj1hj/2Vjkhj/2Vjkhj/2Vjmhj/2Vjmhj/22jjkbcjktcjkhVMM其余层柱：2、求柱端弯矩3.2.3反弯点法3、求梁端弯矩MctMcbMbrMbl)()(tcbcrblbrbrbtcbcrblblblbMMiiiMMMiiiMbctcrblbMMMMrblbrblbiiMM4:4:3.2.3反弯点法VlbnVrbnNnkNnkNn-1,kVlb,n-1Vrb,n-15、求柱轴力从上到下利用节点竖向力平衡条件。3.2.3反弯点法lVbMbrMblVb4、求梁端剪力lMMVrblbb在各层反弯点处切开柱反弯点处的剪力剪力分配柱端弯矩)323(2jjjjkhhhV、梁端弯矩节点力矩平衡梁端剪力lMMVrblbb柱轴力节点竖向力平衡3.2.3反弯点法计算步骤3.2.4水平荷载下的修正反弯点法各层柱的反弯点位置是一个定值。3.2.4修正反弯点法3.2.3反弯点法框架设计3.2.1分析模型3.1组成与布置3.2结构分析3.2.2分层法反弯点法的缺点各柱的抗侧刚度只与柱本身有关，没有考虑转角。对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程为：huiiiMhuiiiMABBABAAB6246243.2.4修正反弯点法反弯点位置与有关；柱的抗侧刚度也与有关。BA、BA、可见，一、修正的抗侧刚度BACDEFGHicicici1i2i3i4hj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：jjhuciθθθθθΔujθθABCDEFGHhj3.2.4修正反弯点法)(6)(6)(6)(6624cBDcACcBAccccABiMiMiMiiiiM432111666624iMiMiMiiiMAGAEBHBF00BDBHBABFACAGABAEMMMMMMMM012)