《多层结构房屋》PPT课件.ppt

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1、1,第十二章 多层结构房屋,1.了解多高层建筑各种结构体系的组成、特点、类型以及适用高度。2.掌握框架结构在竖向荷载和水平力作用下的内力近似计算方法。3.掌握框架结构在水平力作用下的侧移近似计算方法。4.掌握框架结构的设计方法和基本构造要求。,学 习 目 标,第十二章 多层结构房屋,2,第十二章 多层结构房屋,第三节 框架杆件的截面尺寸和计算简图,第二节 框架结构房屋的结构布置,第四节 竖向荷载作用下的内力近似计算,第五节 水平力作用下的内力近似计算,第六节 框架结构侧移的近似计算及限值,第七节 框架结构的内力组合与截面设计要点,第八节 现浇框架结构的节点构造,第一节 多高层建筑结构体系简介,

2、3,第十二章 多层结构房屋,第一节 多高层建筑结构体系简介,一、多高层建筑的概念1.多高层建筑的定义 我国高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）（简称高规）规定：高层建筑：指10层及10层以上或房屋高度大于28m 的建筑物。多层建筑：指9层及9层以下或房屋高度不大于28m 的建筑物。,4,第十二章 多层结构房屋,2.高层建筑的特点节约用地；减少市政基础设施投资；美化城市环境；工程造价高；结构在水平力作用下的内力和侧移大；技术水平要求高。,5,第十二章 多层结构房屋,二、多高层建筑的结构体系,1）组成 以梁和柱为主要承重构件组成的结构体系。,1.框架结构体系,6,第十二章 多层结构房屋

3、,2）分类 按施工方法不同，分为现浇框架、预制框架和装配整体式框架。3）特点 建筑平面布置灵活，便于设置大空间的房间；结构抗侧刚度小，水平力作用下的变形大。4）适用建筑 办公楼、医院、学校等多层建筑及高度不大的高层建筑。,7,第十二章 多层结构房屋,2.剪力墙结构体系1）组成 由纵、横向钢筋混凝土剪力墙组成的结构体系。,2）特点 刚度大、承载力高、整体性较好；在水平力作用下的侧向变形较小，抗震性能好；平面布置不够灵活；结构自重较大。,8,第十二章 多层结构房屋,3）适用建筑 住宅、旅馆等开间较小的高层建筑。,1）组成 在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。,3.框架剪力墙结构体系,

4、9,第十二章 多层结构房屋,2）特点 具有框架结构和剪力墙结构共同的特点。3）适用建筑 公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用。,4.筒体结构体系,1）组成 由竖向筒体为主组成的结构体系。,10,第十二章 多层结构房屋,2）特点 空间受力性能好；承载力和刚度大；抗弯、抗扭性能良好。,3）分类框架核心筒结构；筒中筒结构；成束筒,5.巨型结构体系 由若干个“巨大”的竖向支撑结构（如组合柱、角筒体等）作为柱并与梁式或桁架式转换楼层结合形成的结构体系。,11,第十二章 多层结构房屋,三、高层建筑结构的适用高度和高宽比1.高层建筑的最大适用高度 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度和高宽比分为A级和B级。

5、A级与B级的最大适用高度见高规或教材相应表列。当框架剪力墙、剪力墙和筒体结构体系的高度超过A级高度规定时为B级。B级高度的最大适用高度和高宽比可较A级适当放宽，但其结构抗震等级、有关的计算和构造措施相应加严。,12,第十二章 多层结构房屋,2.高层建筑的高宽比H/B 为控制高层建筑结构的侧移，增大抗倾覆力。A级、B级高层建筑的高宽比H/B不宜超过高规要求的最大高宽比。本章介绍非抗震设防的现浇钢筋混凝土多层框架结构房屋设计。,13,第十二章 多层结构房屋,一、布置原则 1）房屋的开间与进深尺寸应尽可能统一，以减少构件的类型和规格，方便设计和施工。2）房屋的平面布置应尽可能规则、对称，使结构传力直

6、接、受力明确。3）房屋的竖向布置应力求体形简单，使结构刚度沿高度分布均匀，避免突变。4）合理的设置伸缩缝、沉降缝、防震缝。,第二节 框架结构房屋的结构布置,14,第十二章 多层结构房屋,二、布置方案,1）布置 由主梁和柱组成的承重主框架沿房屋的横向布置，纵向由连系梁将横向框架连成空间结构体系（图a）。,2）特点 横向刚度较大，有利于抵抗横向水平力。纵向连系梁的截面尺寸小，有利于房屋室内的采光和通风。,1横向框架承重方案,（a）,15,第十二章 多层结构房屋,1）布置 由纵向主梁与柱构成的承重主框架沿房屋的纵向布置，横向连系梁将纵向框架连成空间结构体系（图b）。,2）特点 纵向刚度大，有利于调整

7、纵向地基不均匀沉降；横向连系梁的截面尺寸较小，房屋的横向刚度较差，但有利于设备管线的穿行，并可获得较高的室内净空。主要适用于层数较少的工业房屋。,2纵向框架承重方案,（b）,16,第十二章 多层结构房屋,3纵横向框架承重方案1）布置 在房屋的两个方向均布置承重主框架形成的承重方案（图c）。,2）特点 房屋的双向刚度均较大，适用于柱网平面形状为方形或楼面荷载较大的情况，楼盖常采用现浇混凝土双向板或井式梁。,17,第十二章 多层结构房屋,一、杆件截面尺寸,第三节 框架杆件的截面尺寸和计算简图,梁的截面形式有矩形、T形、倒L形等。梁的截面高度；截面宽度；且不宜小于200mm。,1.框架梁,18,第十

8、二章 多层结构房屋,2.框架柱 柱的截面形式一般采用矩形、方形、圆形或多边形等，截面高、宽可取（1/151/20）的层高；同时要求：截面宽度不宜小于250mm,截面高度不宜小于 400mm。截面尺寸以50mm为模数。柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4。,19,第十二章 多层结构房屋,二、计算简图,在各榀框架中取有代表性的框架作为计算单元。竖向荷载按单元范围确定，水平作用力则需按楼盖结构布置方案考虑。,1计算单元,20,第十二章 多层结构房屋,2计算模型,框架各杆件一般用其截面形心轴线表示。变截面杆件则以该杆最小截面的形心轴线表示。现浇框架各节点均视为刚节点。框架柱在基础顶面为固定支座。,梁的跨

9、度取柱轴线之间的距离；柱高取层高；底层柱高取至基础顶面。,21,第十二章 多层结构房屋,框架梁、柱的线刚度分别为 和,对现浇框架，梁的截面惯性矩Ib：中框架梁取2.0Io；边框架梁取1.5 Io。框架柱截面的惯性矩Ic按实际尺寸进行计算。4.荷载计算 竖向荷载和水平风荷载按荷载规范计算。水平风荷载可转化为作用于框架节点处的水平集中力，并合并于迎风面一侧。,3.梁柱线刚度,22,第十二章 多层结构房屋,第四节 竖向荷载作用下的内力近似计算,一、弯矩二次分配法计算步骤：1）计算每一跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩。2）计算各节点的分配系数。3）将各节点的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传 递后，再对各

10、节点分配一次即结束。,23,第十二章 多层结构房屋,二、分层法 1.基本假定1)竖向荷载作用下框架无侧移。2)竖向荷载仅对其作用层的梁及其相连的上、下 柱有影响。3)柱的远端为固定端。,24,第十二章 多层结构房屋,2.计算方法 将每层梁及其相连的上、下柱所组成的开口框架作为一个独立的计算单元，用力矩分配法计算（如图）。,25,第十二章 多层结构房屋,计算时，底层以上各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9，并取传递系数为1/3；底层柱及梁的传递系数仍为1/2。计算所得梁中弯矩即为该梁在荷载作用下的弯矩；柱端弯矩则为该柱在其相应的上、下两层中计算所得柱端弯矩的叠加。当节点弯矩不平衡时，可再进行一次弯

11、矩分配。,26,第十二章 多层结构房屋,第五节 水平力作用下的内力近似计算,一、反弯点法 1.水平力作用下的受力特点 1）弯矩特点,各杆的弯矩图形均为斜直线；每杆均有一个弯矩为零的反弯点。,27,第十二章 多层结构房屋,除底层柱下端，各柱的上下端均有侧向位移和柱端转角。忽略梁的轴向变形，同一层各柱上下端的相对水平位移 相同。,2）变形特点,28,第十二章 多层结构房屋,2.水平力作用下的计算特点 确定各层柱的剪力和各层柱的反弯点位置。3.基本假定 1）在确定各柱剪力时，假定梁的线刚度无限大，即认为各柱端无转角。2）在确定各柱反弯点位置时，除底层以外的各层柱，上、下端节点的转角相同。,29,第十

12、二章 多层结构房屋,以4层框架结构的顶层为例。沿各柱的反弯点处切开，反弯点以上部分的受力图如图。根据水平力的平衡条件得,4.反弯点法柱中剪力计算,30,第十二章 多层结构房屋,根据假定1），柱中剪力V与相对水平位移 的关系式为,令,则,31,第十二章 多层结构房屋,d为柱上下两端产生单位相对水平位移时需施加的水平集中力，称为柱的抗侧移刚度（如图）。d可根据柱的线刚度和柱高求得。,于是有,对顶层任一柱，可写出,32,第十二章 多层结构房屋,由此可解得,因此,同理，可求得其它各层柱的剪力。写为通式，则任意一层（第i层）的任意一根柱（第j柱）的剪力可表示为,33,第十二章 多层结构房屋,5.反弯点位

13、置 根据假定2），反弯点的位置为 底层柱：距柱底2/3的底层柱高处。底层以上柱：柱高的1/2处。,6.反弯点法计算步骤 计算dij；计算Vij；根据Vij和反弯点位置，计算柱端弯矩；根据节点力矩平衡计算梁端弯矩；根据力平衡原理，由梁两端的弯矩求出梁的剪力；绘制内力图（弯矩图、剪力图）,34,第十二章 多层结构房屋,框架各层结构比较均匀，梁柱线刚度之比 的多层框架。,二、D值法1.问题的提出 框架结构的层数较多时，柱的截面尺寸增大，梁柱线刚度比常常小于3。此时，框架节点的转角对内力和反弯点的高度有较大的影响，用反弯点法计算将产生较大的误差，为此提出了修正柱的抗侧移刚度和调整柱反弯点高度的改进反弯

14、点法，即D值法。,7.反弯点法适用情况,35,第十二章 多层结构房屋,考虑柱的抗侧移刚度D不仅与柱的线刚度ic和柱高h有关，而且还与节点转角即梁柱线刚度比K有关。经推导，柱的抗侧移刚度D按下式计算：,C称为柱的抗侧移刚度影响（降低）系数，可根据柱所在层的梁柱线刚度比K按表列公式计算。,2.柱抗侧移刚度D 计算,36,第十二章 多层结构房屋,3.柱反弯点高度修正 通过力学分析，得到规则框架的标准反弯点高度比yo，然后考虑影响柱反弯点高度的因素，对yo修正。(1)标准反弯点高度比yo yo根据框架的总层数m、柱所在层次n和梁柱线刚度比K以及荷载形式查表得到。,37,第十二章 多层结构房屋,(2)上

15、下梁线刚度变化对柱反弯点高度比的修正值 y1 y1根据上下横梁线刚度比1和梁柱线刚度比K查表得到。当上横梁线刚度小于下横梁线刚度时，y1取正值；当上横梁线刚度大于下横梁线刚度时，y1取负值；对于底层柱，取 y1=0。,(3)层高变化对柱反弯点高度比的修正值 y2和 y3 1）y2根据上层层高与本层层高之比2和梁柱线刚度比K查表得到。当21时，y2取正值；当21时，y2取负值；对于顶层，y2=0。,38,第十二章 多层结构房屋,2）y3根据下层层高与本层层高之比3和梁柱线刚度比K查表得到。当31时，y3取负值；当21时，y3取正值；对于底层柱，取y3=0。总之，各层柱的反弯点高度比计算公式为,4

16、.D 值法计算步骤 首先计算Dij，接着计算Vij，此时需将反弯点法计算Vij公式中的dij用Dij代替；然后计算反弯点高度yh；其余步骤同反弯点法。,39,第十二章 多层结构房屋,第六节 框架结构侧移的近似计算及限值,一、侧移的近似计算 多层框架结构在水平力作用下的侧移变形主要由梁和柱的弯曲变形引起。特点:框架下部的层间位移较大，上部的层间位移较小。,40,第十二章 多层结构房屋,对任意一层的层间位移，可采用D值法按下式近似计算：,框架结构顶点的位移为各层层间位移的总和，即,框架结构房屋的侧移过大，会影响结构的承载力、稳定性和使用要求。因此，要求框架结构的楼层层间最大位移与层高之比。,二、侧

17、移限值,41,第十二章 多层结构房屋,第七节 框架结构的内力组合与截面设计要点,框架结构设计时，首先把框架在恒荷载、活荷载及风荷载作用下的内力分别计算出来，然后根据荷载效应组合表达式进行内力组合，求得各构件控制截面的最不利内力，作为对梁、柱进行配筋计算和设计基础的依据。,42,第十二章 多层结构房屋,一、竖向活荷载的不利布置 作用在框架上的恒荷载在任何情况必须考虑，而竖向活荷载应考虑最不利布置。竖向活荷载的最不利布置方式有很多种。对一般的多层多跨框架结构，当楼面活荷载不超过5kN/m2时，可把活荷载同时作用于框架的各层梁上计算内力，但应将梁的跨中弯矩乘以增大系数1.11.2。,二、控制截面及最

18、不利内力1、框架梁 控制截面：梁的两端截面（与柱相交处）和跨中截面。最不利内力：梁的两端截面为最大负弯矩和最大剪力以及最大正弯矩（主要由水平力作用下产生）。跨中截面为最大正弯矩和可能出现的最大负弯矩。,43,第十二章 多层结构房屋,控制截面：柱的上、下端截面（梁底面和现浇梁板的顶面处）。最不利内力：一般采用对称配筋，有如下3种：及相应的N、V。Nmax 及相应的M、V。Nmin 及相应的M、V。风荷载在内力组合时，应考虑左风和右风，取其不利的一种组合。,2.框架柱,44,第十二章 多层结构房屋,三、梁端弯矩调幅1.调幅目的 保证结构具有必要的塑性变形能力，提高框架结构的延性，减少节点附近梁顶面

19、的配筋量，节约钢材，便于施工。2.调幅方法 现浇整体式框架在竖向荷载作用下的梁端负弯矩乘以调幅系数=0.80.9，同时将跨中弯矩乘以1.21.1的增大系数，而且是先调整再与水平荷载作用下的内力组合。,45,第十二章 多层结构房屋,四、截面设计要点 根据各杆件控制截面的最不利内力组合值，框架梁按受弯构件进行正截面和斜截面承载力计算，必要时还应进行变形和裂缝验算。框架柱按受压构件对称配筋进行正截面承载力计算，同时应进行斜截面承载力计算。对一般现浇框架结构，底层柱的计算长度lo取基础顶面至一层楼板顶面的高度；其余各层柱的计算长度lo取1.25倍层高。,46,第十二章 多层结构房屋,第八节 现浇框架结

20、构的节点构造,1.柱与基础连接 现浇框架柱与基础的连接应保证为固接，基础内的插筋及其与柱的纵向钢筋搭接应满足如下要求：1）插筋的直径、数量、间距均与柱内纵筋相同。2）插筋一般均伸至基础底部，且应la，并按构造要求设置23道箍筋。3）柱筋与插筋搭接长度应1.2 la。当柱截面内每边纵向受力钢筋多于4根（58根）时，插筋与柱内纵向钢筋应在两个平面上搭接。在搭接区范围内，箍筋应按规定加密。,47,第十二章 多层结构房屋,2.框架顶层中间节点的纵向钢筋锚固,3.框架顶层端节点的钢筋搭接,48,第十二章 多层结构房屋,4.框架中间层中间节点梁的纵向钢筋锚固,5.框架中间层端节点梁的纵向钢筋锚固,49,第十二章 多层结构房屋,6.框架节点的其它要求 框架节点区的混凝土强度等级应不低于柱的混凝土强度等级；节点区箍筋的形式、直径和间距一般应与柱端配置相同。框架柱的纵向钢筋应贯穿中间层中间节点和中间层端节点，柱纵向钢筋的接头应在节点区以外，弯矩较小的区域。,返回总目录,The End,