高层建筑混凝土结构设计概述(ppt 91页)

AB柱的相对侧移δ，转角θ 弦转角φ= δ/h
31
5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法──D值法
M A B M B A M A C M B D 4 i c 2 i c 6 i c 6 i c
M A E 6 i 3 ,M A G 6 i 4 ,M B F 6 i 1 ,M B H 6 i 2
底层柱上端
M上
V

h 3
其余各层柱上、下端 M V h 2
3）求梁端弯矩 边支座处的梁端弯矩
底层柱下端
M下

V

2h 3
左
右
左
右
MM上M下
中间支座处的梁端弯矩
M左（M上M下） i左i左i右
M右（M上M下） i左i右i右
29
5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法──D值法
8
二、计算简图
（1）梁的坡度≤1/8，按直 线梁计算 （2）当框架梁为有加腋的 变截面梁时，如 Iend lmid 4， 可不考虑加腋的影响。
（3）梁、柱的截面惯性矩： 柱按实际截面计算； 梁应考虑楼板的作用，当采用现浇楼盖时楼板可作为框架
的翼缘，按T形截面计算其惯性矩。工程中为简化计算，可按下 式计算梁的惯性矩：
框架结构的计算模型是由梁柱的截面几何轴线确定的，框架柱在 基础顶面按固结考虑。
恒荷载
竖向活荷载
地震作用
框架结构计算简图示意
风荷载
11
5.4 框架结构的内力及侧移计算 一、框架在竖向荷载作用下的近似计算方法──分层法
假定：1.框架在竖向荷载作用下，结点侧移忽略不计； 2.本层梁上的荷载对其他各层梁内力的影响忽略不计。
2
楼盖竖向荷载的传力路线与一般楼盖完全相同，即对普通现浇梁 板结构来说可分为单向板或双向板，当 l1 l2 2 时为单向板，荷载向 短跨方向传递；当 l1 l2 2 时为双向板，荷载向两个方向传递。
双向框架承重方案
横向框架承重方案
纵向框架承重方案
3
横向框架承重方案：由于横向框架梁截面高度较大，使该方 向的抗侧移刚度增大，有利于抵抗该方向的水平荷载，但由于梁 高加大，使房屋的净高减小，不利于纵向管道布置。
19
分配系数：
GD4.64.9629.60.643HG 2.642 .6.6 93.26 0.246
GH2.62.64.690.357 HE 4.6 942.6 .6 93.26 0.445
IH3.236.246.690.41 IF4.649.639.260.59
2）底层柱的反弯点在距柱底2/3h处，其它各层柱的反弯点在1/2h处。
26
2. 柱剪力与位移的关系：
柱的剪力与水平位移的关系：
V

1 2 ic h2

柱的抗侧移刚度：
d

V

12ic h2
V——剪力，
Δ——层间侧移，
h——层高，
ic——柱的线刚度
27
3. 各柱剪力值的确定： F F3
F 假设同层各柱的剪力为V1、 V2…… F2
M IH 2.0 3k 4N -m
20
-36
ห้องสมุดไป่ตู้36
-23.04
23.04
21
弯矩分配法的计算步骤：
1、分配系数


i

i
(i EI ) l
当远端为铰接时，采用折算线刚度
i 3 i 4
当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度
i i 4
2、固端弯矩：根据《建筑结构静力计算手册》表2-4、表2-5或根据结构力学 教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。
3、分配节点不平衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和∑M）：首先分配 有较大不平衡弯矩的节点（用－μ∑M计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线， 以示暂告平衡，此弯矩不再参与分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底 层柱，传递系数为1/2，其他各层柱为1/3）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参 与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到 可以忽略不计时，即可停止进行。 4、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数 和。
H I 3.26 34..2669 2.60.309
固端弯矩：M G Hg 1 2lk 2211 2 62 2 3k 6N -mM H Ig 1 2lk 22 1 1 2 4 .8 2 2 2.0 3k4-N m
M HG g1 2lk2 211 262 23k6N -m
为增加房屋的净空，有时要设计宽度较大的扁梁，这时除要 进行承载力计算之外，尚应验算梁的挠度和裂缝是否满足要求。
4
二、框架柱截面尺寸估算 框架柱宜采用正方形或接近正方形的矩形，两个主轴方向的
刚度相差不宜过多，矩形截面长短边之比不宜超过3，框架柱的 截面边长： 非抗震≥250mm
矩形柱 抗震≥300mm（四级）
h3
V 1 V 2 L V i L F F F1
h2
V1 d1
h1
V2 d2
M
Vi di
M
F F d1d2Ldi L d
Vi

di
d

F
越靠近底层，层间剪力越大
柱子分配到的剪力与其抗侧刚度成正比
28
4.计算步骤：
1）求框架中各柱的剪力 2）求柱端弯矩，取底层柱的反弯点在距柱底2/3h处，其它各层柱的反弯 点在1/2h处
18
弯矩分配法的计算步骤：
1、分配系数


i

i
(i EI ) l
当远端为铰接时，采用折算线刚度
i 3 i 4
当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度
i i 4
2、固端弯矩：根据《建筑结构静力计算手册》表2-4、表2-5或根据结构力学 教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。
又称改进反弯点法。
前提条件：梁柱线刚度比不够大，节点有转角 影响转角的因素： 层数 荷载形式 梁柱线刚度比 上、下梁的刚度比 上、下层层高变化
ib ic 3
30
5.4.3 框架在水平荷载作用下的内力近似计算方法──D值法
D值法的基本假定： 1）假定同层各节点的转角相同 2）假定同层各节点的侧移相同
-13.59 1.34
12.25 -12.25
-4.1
23
24
(单位：kN-m)
25
5.4.2 框架在水平荷载作用下的内力近似计算──反弯点法
F3 h3
F2 h2
F1 h1
1. 反弯点法的基本假定：
ib ic 3
1）在确定各柱剪力时，假定框架梁刚度无限大，即各杆端无转角，且同一 层具有相同的水平位移；
fc Ac
0.65 （一级） 0.75 （二级） 0.85 （三级） 1.0（四级或非抗震）
∴
N
Ac fc
N(1.1~1.2)Nv （一～三级） N(1.05~1.1)Nv （四级或非抗震） N v ── 框架在竖向荷载作用下的轴力估算值。 N v 柱支撑的楼板面积×楼层数×（12～14）×1.25
7
5.3 计算单元及计算简图 一、计算单元
框架结构为空间结构，应取整体结构为计算单元，按空间框 架进行内力及位移的计算，但对平面布置比较规则，柱距及跨度 相差不多的框架结构，计算中可将空间框架简化为平面框架，在 各榀框架中，选出一榀或几榀有代表性的平面框架作为计算单元， 每榀框架按其负荷面积 承担荷载。
6
三、混凝土强度等级
当按一级抗震等级设计时，混凝土强度等级不宜低于C30，按二～ 四级和非抗震设计时，混凝土强度等级应≥C20。
梁柱混凝土强度等级差别不宜过大。 当柱混凝土强度等级较高时，若梁柱混凝土强度相同──由于一 般框架梁不需要高强混凝土，所以导致梁造价提高；若梁比柱混凝土 强度低太多──节点承载力不易满足。 为降低梁（包括板）的造价，使梁具有足够的延性，梁混凝土强 度等级宜≤C40。 抗震设计时，一、二、三级框架应验算节点核心区的承载力。节 点核心区的验算可按《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定执行。 为保证框架结构的延性，柱在9度区混凝土宜≤C60；8度区宜 ≤C70 。
13
例g2k题=1一2k：N/用m,分ic1层=4法.0计1×算1下010图N▪所mm示,ic框2=架5.的21弯×矩10图10N，▪m已m,知ib1：=2g.16k=×9.160k10NN/▪mm,m,ib 2=3.26×1010N▪mm。
14
分层后的开口框架：
15
16
弯矩分配法的计算步骤：
纵向框架承重方案：由于横向框架梁高度减小，有利于纵向 管道布置，但横向框架刚度减小，对结构抗侧移不利。
目前，预制板用得极少，绝大多数框架结构均为双向框架承 重方案。 5.2 框架梁柱截面尺寸估算及材料强度等级选择 一、框架梁截面尺寸估算
框架梁的截面尺寸应由刚度条件初步确定。框架结构的主 梁截面高度可按 hb (110~118)lb 确定，且截面高度不宜大于1/4净 跨;截面宽度不宜小于1/4hb，且不宜小于200mm。
高层建筑混凝土结构设计
第5章框架结构设计
5.1 框架结构布置
柱距较大
柱距较小
由于高层建筑纵横两个方向都承受较大水平力，因此，在纵
横两个方向都应按框架设计。
框架梁柱构件的轴线宜重合，如果二者有偏心，其偏心距不
宜大于柱截面在该方向边长的1/4，当必须大于时，可采用水平
加腋来解决，但9度区不应大于1/4h。
抗震≥ 400 mm（一、二、三级）
圆形直径≥350mm（非抗震和四级） 450mm（一、二、三级）
柱净高与截面长边之比宜大于4。 高规要求 M 2
Vh0

M
V H0 2
H0
2
Vh0 Vh0 2h0
近似取 H0 4 h
5
在初步设计时，柱截面尺寸可按轴压比确定。
∵轴压比为 N
一边有楼板 I=1.5I0 两边有楼板 I=2.0I0 I0为梁矩形部分的惯性矩。
9
二、计算简图 （4）轴线： 梁、柱轴线取各自的形心线； 梁、板、柱均现浇时，梁截面的形心线可取至板底 上、下层柱截面尺寸不同、形心轴不重合时，一般将顶层柱
的形心线作为整个柱子的轴线
10
二、计算简图 计算简图是由计算模型及其作用在其中的荷载共同构成的。
22
23.15 1.16
24.31
8.1
-36 12.85 -1.81
0.65
-24.31
36
-23.04
→
6.43
-4.72
← →
-3.61 0.33 -0.20
-6.53 -0.36
-4.53 0.47 -0.25
38.95 -6.89 -32.07
-2.3
23.04
← → ←
-9.45 -2.27 0.93
开口框架的支座设为固定端与实际不符。为消除 由此带来的误差，除底层外，其它各层柱的线刚 度均乘以 0.9，并取柱的弯矩传递系数为1/3。
12
分层后，各开口框架的内力可由弯矩分配法计算。 最终弯矩取法为： 框架梁的最终弯矩即为各开口框架算得的弯矩； 框架柱的弯矩，由上下两相邻开口框架同一柱的弯矩叠加而得。 最后算得的各梁柱弯矩在节点处一般不平衡，但误差不大。如有需要，可将 节点不平衡弯矩再分配一次。
1、分配系数


i

i
(i EI ) l
当远端为铰接时，采用折算线刚度
i 3 i 4
当远端为滑动铰支座时，采用折算线刚度
i i 4
2、固端弯矩：根据《建筑结构静力计算手册》表2-4、表2-5或根据结构力学 教材查用，弯矩方向：对节点逆时针旋转为正（可任意，但要统一）。 3、分配节点不平衡弯矩（不平衡弯矩为节点弯矩的代数和∑M）：首先分配 有较大不平衡弯矩的节点（用－μ∑M计算各杆分配弯矩，并在其下划一横线， 以示暂告平衡，此弯矩不再参与分配了），同时向杆的远端传递弯矩（梁和底 层柱，传递系数为1/2，其他各层柱为1/3）作为远端的不平衡弯矩（此弯矩参 与分配），依次分配其他各节点的不平衡弯矩并传递，待各杆不平衡弯矩小到 可以忽略不计时，即可停止进行。 4、各杆端的最终弯矩：即为各杆端的固端弯矩、分配弯矩及传递弯矩的代数 和。
17
分配系数：
GD4.64.9629.60.643HG 2.642 .6.6 93.26 0.246 GH2.62.64.690.357 HE 4.6 942.6 .6 93.26 0.445
H I 3.26 34..2669 2.60.309
IH3.236.246.690.41 IF4.649.639.260.59