框架结构

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◆本章主要内容
# 多层框架结构组成、布置 # 竖向荷载作用下框架内力计算 # 水平荷载作用下框架内力和侧移计算 # 内力组合和构件设计
§2.1 框架结构体系组成与布置
用于多层建筑,高度≤60米 一、多层框架结构组成 1、组成:梁、柱、基础
2、节点:梁、柱一般刚性连接;柱与基础一般固接
框架结构
刚性填充墙作用
1、柱网布置 要求: ③使结构受力合理
1、柱网布置
要求: ④使施工方便
2、承重框架布置
平面结构:①纵向框架 ②横向框架
纵向框架 和横向框架分别承担作用在各自方 向上的水平力 竖向荷载则按楼盖结构布置的不同按不同方式传递
2、承重框架布置 按楼板(预制板或现浇板)竖向荷载传递路线不同 有三种布置方案: ①横向框架承重方案
二、竖向荷载作用下框架内力分析的
近似方法——分层法
1、基本计算假定 (1)在竖向荷载作用下框架侧移忽略不计
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
1、基本计算假定 (2)某层梁上竖向荷载仅对本楼层以及与本楼层 相连的框架柱产生弯矩和剪力
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
②梁柱线刚度比 ④该柱所在层次
(二) D值法
2、修正的柱反弯点高度 (1)标准反弯点高度比
y0
查附录11
(2)上下梁线刚度比变化 y 1 (3)上、下层层高变化
y2
y3
yh (y 0 y 1 y 2 y 3 )h
(二) D值法 D值法计算步骤?
框架柱剪力和柱端弯矩 柱 边 柱 中 柱 层 K 4 3 2 1
梁宽:b ≥ (1/4)h
2、截面尺寸
①梁 初步检查尺寸: A、 计算竖向荷载
B、 将梁作为简支梁,计算支座剪力、跨中弯矩,
乘以0.7的系数
c 、按单筋矩形截面计算纵向受力钢筋配筋率是否合理
2、截面尺寸 ②柱:柱高:h=(1/6~1/12)H (H:层高) 柱宽:b = (1~2/3)h h ≥400mm, b ≥350mm, Ho /h>4(Ho:柱净高) 按轴压比初步估算柱尺寸: A、按框架柱负荷面积,估算柱轴力,并乘以 1.2~1.4的系数 B、 按轴压比验算柱截面:A ≥N/(λfc)
③纵、横向框架
一、多层框架结构计算简 图
1、计算单元
以横向框架为例:
2、计算简图
A 、约束条件
梁、柱节点: ①现浇式:刚接
②装配式 :铰接或半铰接
③装配整体式:刚接
支座:柱与基础一般为固定支座
B 、计算尺寸(跨度和计算高度) 梁跨度:取框架柱轴线距离 柱计算高度:建筑层高 C 、截面尺寸及几何参数
(一)反弯点法 2、计算步骤 (1)画出计算简图,节点编号,求各杆件线刚度 (2)求各柱剪力值 V jk
剪力分配?
d jk
2、计算步骤 (2)求各柱剪力值 V jk
V j Fn Fn 1 F j F j
j
n
(2)求各柱剪力值 V jk 柱抗侧刚度为(由假定1):
12ic d jk 2 hj
四、框架内力组合
2、荷载效应组合
例如:按承载能力极限状态设计时:
四、框架内力组合
3、最不利内力组合
(1)梁:梁端支座截面: M max M max Vmax 梁跨中截面: M max
(2)柱:柱上、下端截面:M max 及相应的N、V
N max及相应的M N min及相应的M
四、框架内力组合
12ic d jk 2 hj
D cd
c
——柱侧移刚度的修正系数
(1)取标准层中间柱AB来分析,求D
D
V jk u j
M AB M BA V jk hj
水平力作用下,假定:
①柱AB及其上下相邻柱线刚度均为ic;
②柱AB及其上下相邻柱层间位移均为 u j ; ③柱AB及其相邻各杆件节点转角均为; ④与柱AB相交横梁线刚度为i1 i2 i3 i4 。
4、竖向活荷载最不利布置
(1)逐层逐跨布置法
(2)最不利荷载布置法 (3)分层组合法
(4)满布法:跨中弯矩乘以1.1~1.2的系数
四、框架内力组合
5、梁端弯矩调幅 目的:
①控制塑性铰出现位置,
形成强柱弱梁;
②节点处施工方便;
③装配式或装配整体式框架: 梁端实际弯矩小于弹性计算值。 措施:减小竖向荷载作用下梁端负弯矩: M A M A0
(一)反弯点法 2、计算步骤
(6)取各梁柱为隔离体,由平衡关系求梁柱剪力, 作剪力图
(7)取各节点为隔离体,由平衡关系求各柱轴力,
作轴力图
3、适用范围 层数较少
柱线刚度较小、梁线刚度较大 梁柱线刚度比大于3
(二)改进反弯点法(D值法)

为何改进?
反弯点法误差? 如何改进? 两点修正
(二) D值法 1、修正的柱侧移刚度D
V j d jk u j
k 1
m
2、计算步骤 (2)求各柱剪力值 V jk 由假定3:
u j
Vj
V j d jk u j
k 1
jk
m
d
k 1
m
剪力分配? d jk
V jk
d jk
d
k 1
m
Vj
jk
(3)求柱中反弯点高度
yh
(4)求各柱端弯矩
(5)由节点平衡条件求梁端弯矩
3、梁截面惯性矩
支座截面、跨中截面(考虑现浇楼板作用)
①计算矩形截面梁的惯性矩②乘以放大系数
楼盖形式
现浇楼盖 装配整体式楼盖
中框架梁
2.0 Io 1.5 Io
边框架梁
1.5 Io 1.2 Io
装配式楼盖
Io
Io
§2.2 多层框架结构内力与侧移计算
一、多层框架结构计算简 图
1、计算单元
①横向框架
②纵向框架
c
D ∑D Vik
y0
y1 y2 y3
y
h
Mb cຫໍສະໝຸດ Baidu
Mu c
(二) D值法
框架梁弯矩、剪力及柱轴力 层 4 3 2 1
边跨梁端弯矩、剪力 中跨梁端弯矩、剪力 柱轴力 边柱N 中柱N
l M M Vb
l b
r b
l M M Vb
l b
r b
(三)水平荷载作用下框架侧移的近似计算
(三)水平荷载作用下框架侧移的近似计算
(1)取标准层中间柱AB来分析,求D
D
V jk u j
M AB M BA V jk hj
i1 i2 i3 i4 K 2i c
K
K 12ic V jk u j 2 2 K hj
D cd
K c 2 K
(2)底层柱JK来分析,求D
VJK D u1
(1)总体剪切变形: 由梁、柱弯曲变形引起
(2)总体弯曲变形:由框架柱轴向变形引起
一般不考虑轴向变形引起的侧移
(三)水平荷载作用下框架侧移的近似计算
1、侧移的近似计算 只考虑梁柱弯曲变形引起的侧移
层间水平位移
u j
V jk D jk

Vj
D
k 1
m
jk
层间水平位移自顶层向下逐层递增 顶层总位移?
2、计算简图 D 、荷载 (1)框架结构竖向荷载下计算简图:
2、计算简图 D 、荷载 (2)框架结构水平荷载下计算简图:
2、计算简图
多层框架结构内力与侧移计算方法
多层框架结构内力与侧移计算
平面框架计算方法

近似计算方法:
竖向荷载作用下内力: 分层法、弯矩二次分配法
水平荷载作用下内力和侧移:反弯点法、 改进反弯点法(D值法)
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
2、计算步骤 (8)取各梁柱为隔离体,由平衡关系求梁柱端剪力, 作剪力图
2、计算步骤
(9)取各节点为隔离体,由平衡关系求各柱轴力, 作轴力图
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
3、对称性的利用
(1)奇数跨 (2)偶数跨
例题
q=32.8kN/m
(i )
(4)求各敞口框架梁固端弯矩。 (5)弯矩分配法在节点处进行弯矩分配和传递。 (柱传递系数?)求得各敞口框架弯矩图。
(6)将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。
(6)将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。
(7)节点弯矩不平衡,对不平衡弯矩作一次分配
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
1、截面形状 ①梁:矩形、T形、г形、花篮形 预制板:矩形,T形、花篮形 现浇板: T形、г形 叠合梁: T形、梯形 ②柱:矩形、正方形、圆形、八角形等
2、截面尺寸
①梁
A、主梁: 梁高:h=(1/8~1/12)L(L:梁跨度)
梁宽:b=(1/2~1/3)h且b≥1/2bc
且b ≥ 250mm
B、连系梁:梁高:h=(1/12~1/15) L
VJK
M JK M KJ h1
K
VJK
i1 i2 K 2i c
0.5 K 12ic u1 2 2 K h1
c 0.5 K 2 K
D cd
(二) D值法 2、修正的柱反弯点高度 反弯点偏向转角大的柱端
影响因素:①侧向外荷载形式 ③结构总层数 ⑤柱上下梁线刚度比 ⑥上、下层层高变化
q=40.2kN/m
(a)顶层
q=32.8kN/m
33.1 i=1 i=0.448 i=2
116.5 33.1 108.0
8.5
i=0.448
-41.2
11.0
2.8
顶层弯矩图(kN/m)
下柱 0.309 右梁 0.691 -98.4 30.4 68.0 -8.7 2.7 33.1 6.0 33.1 左梁 0.513 98.4 34.0 -17.4 3.0 -1.5 116.5 -0.7 -8.5 -0.8 -108.0 0.8 -41.2 -7.8 -8.8 8.8 下柱 0.230 右梁 0.257 -98.4 -49.2
水平荷载下柱弯矩图
(一)反弯点法

(一)反弯点法
1、基本假定 (1)求 V jk 时,假定柱上、下端不发生角位移。
ib / ic
1、基本假定 (2)求 yh 时,假定除底层柱外各层柱上、下端转角 相等。 反弯点高度?
(3)同层各节点水平位移相等。 (4)求 M 梁时,由节点平衡条件,按节点左右梁 线刚度的比例分配。
i=0.498
q=32.8kN/m
q=40.2kN/m q=40.2kN/m
i=0.471
q=40.2kN/m
i=1
解:分层法求解步骤如下:
(1)将原框架分为3个敞口框架, 除底层的各柱线刚度均乘以0.9 (i=0. 498 ×0.9=0.448) (2)用弯矩分配法计算敞口框架 的杆端弯矩,利用对称性取半跨, 底层柱弯矩传递系数取1/2,其余 柱弯矩传递系数取1/3。
②纵向框架承重方案
③纵横向框架承重方案
①横向框架承重方案:横向框架主梁承重,纵向连系梁
②纵向框架承重方案:纵向框架主梁承重,横向连系梁
③纵横向框架承重方案:纵横向框架主梁承重
3、变形缝
伸缩缝、沉降缝、抗震缝尽可能三缝合一 (1)伸缩缝
(2)沉降缝
(3)抗震缝
3、变形缝
四、框架梁、柱截面形状和尺寸
=
+
+
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
=
+
+
二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法
=
+
+
2、计算步骤 (1)画出原始计算简图,节点编号, 求各杆件线刚度。
(2)将原框架分为n个敞口框架。(约束?)
(3)修正柱线刚度? 计算各节点各杆端分配系数。
S ik ik S
11.0
-2.8
分层法弯矩分配(单位:kN/m)
例题 求解步骤:
(3)将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加,将节点 不平衡弯矩作 一次分配。得到最终弯矩图。 (4)进一步求得剪力图和轴力图。
三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算

三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算
水平荷载下柱剪力图
三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算
u ui
i 1
n
(三)水平荷载作用下框架侧移的近似计算
2、弹性层间位移角(多遇地震)的限值
ue e h
四、框架内力组合
1、控制截面 (1)梁:梁端支座截面 梁跨中截面
b V ' V ( g q) 2 b M ' M V ' 2
M
M’
V
V’
(2)柱:柱上端截面 柱下端截面
二、分类
按材料分类:①钢框架 ②钢筋混凝土框架 ③组合结构
按施工分类:①现浇式
②装配式
③装配整体式
三、框架结构布置
三、框架结构布置
1、柱网布置 要求:①生产工艺要求:内廊式、等跨式、对称不等跨式
内廊式
等跨式
对称不等跨式
1、柱网布置 要求: ②建筑平面布置要求
旅馆横向柱列布置
办公楼横向柱列布置
2、计算步骤
(1)画出原始计算简图,节点编号,求各杆件线刚度 (2)将原框架分为n个敞口框架 (3)计算各节点各杆端分配系数(修正柱线刚度?)
(4)求各敞口框架梁固端弯矩
(5)弯矩分配法在节点处进行弯矩分配和传递 (柱传递系数?) (6)将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。 (7)节点弯矩不平衡,对不平衡弯矩作一次分配
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