1、1,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,第十二章 多層框架結(jié)構(gòu)房屋,本章提要 ： 本章簡要介紹多高層建筑的概念、結(jié)構(gòu)體系及其適用范圍，敘述框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)布置原則、結(jié)構(gòu)布置方案和結(jié)構(gòu)計算簡圖確定，重點敘述框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載和水平力作用下的內(nèi)力及側(cè)移近似計算方法，并對框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合、截面設(shè)計及節(jié)點構(gòu)造作簡要介紹，同時附有框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例。,2,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,第一節(jié) 多高層建筑結(jié)構(gòu)體系簡介 第二節(jié) 框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)布置 第三節(jié) 框架桿件的截面尺寸和計算簡圖 第四節(jié) 豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計算 第五節(jié) 水平力作用下的內(nèi)力近似計算 第六節(jié) 框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的近似計算及限值 第七節(jié) 框架結(jié)

2、構(gòu)的內(nèi)力組合與截面設(shè)計要點 第八節(jié) 現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點構(gòu)造,3,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,第一節(jié) 多高層建筑結(jié)構(gòu)體系簡介,一、多高層建筑的概念 1. 多高層建筑的定義 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010（簡稱高規(guī)）規(guī)定： 10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他民用建筑物，稱為高層建筑。否則，稱為多層建筑。 房屋高度：自室外地面至房屋主要屋面的高度，不包括突出屋面的電梯機房、水箱及構(gòu)架等高度。,4,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2. 高層建筑的特點 節(jié)約用地； 減少市政基礎(chǔ)設(shè)施投資； 美化城市環(huán)境； 工程造價高； 結(jié)構(gòu)在水平力作用下的內(nèi)力和側(cè)移大； 技術(shù)水

3、平要求高。,5,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,二、多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系 1.框架結(jié)構(gòu)體系 1）組成 以梁和柱為主要承重構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系。 2）分類 按施工方法不同，分為現(xiàn)澆框架、預(yù)制框架和裝配整體式框架。,6,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,3）特點 建筑平面布置靈活，便于設(shè)置大空間的房間；結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度小，水平力作用下的變形大。 4）適用建筑 辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校等多層建筑及高度不大的高層建筑。 2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系 1）組成 由縱、橫向鋼筋混凝土剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系。,7,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2）特點 剛度大、承載力高、整體性較好；在水平力作用下的側(cè)向變形較小，抗震性能好；平面布置不夠靈活；結(jié)構(gòu)自重較大

4、。 3）適用建筑 住宅、旅館等開間較小的高層建筑。 3.框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系 1）組成 在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻所組成的結(jié)構(gòu)體系。,8,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2）特點 具有框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)共同的特點。 3）適用建筑 公共建筑和辦公樓等建筑中得到廣泛應(yīng)用。 4.板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)體系 由無梁樓蓋和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。 5.筒體結(jié)構(gòu)體系 1）組成 由豎向筒體為主組成的結(jié)構(gòu)體系。 2）特點 空間受力性能好；承載力和剛度大；抗彎、抗扭性能良好。,9,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,3）分類 框架核心筒結(jié)構(gòu) 筒中筒結(jié)構(gòu) 成束筒 6.巨型結(jié)構(gòu)體系 由若干個“巨大”的豎向

5、支撐 結(jié)構(gòu)（如組合柱、角筒體等）作 為柱并與梁式或桁架式轉(zhuǎn)換樓層 結(jié)合形成的結(jié)構(gòu)體系。,10,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的適用高度和高寬比 1.高層建筑的最大適用高度 A級高度：指符合表12-1最大適用高度的高層建筑，工程常用。 B級高度：超過A級高度的框架-剪力墻、剪力墻及筒體結(jié)構(gòu)。其高度不應(yīng)超過表12-2規(guī)定，并應(yīng)采取更加嚴(yán)格的計算和構(gòu)造措施。 2. 高層建筑的高寬比H/B 為對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力及經(jīng)濟合理性進行宏觀控制，其高寬比不宜超過表12-3的規(guī)定。,11,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,一、布置原則 1）房屋的開間與進深尺寸應(yīng)盡可能統(tǒng)一，以減少構(gòu)件的類型和規(guī)格，方便

6、設(shè)計和施工。 2）房屋的平面布置應(yīng)盡可能規(guī)則、對稱，使結(jié)構(gòu)傳力直接、受力明確。 3）房屋的豎向布置應(yīng)力求體形簡單，使結(jié)構(gòu)剛度沿高度分布均勻，避免突變。 4）合理的設(shè)置伸縮縫、沉降縫、防震縫等結(jié)構(gòu)縫。,第二節(jié) 框架結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)布置,12,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,二、布置方案 1橫向框架承重方案 1）布置 由主梁和柱組成的承重 主框架沿房屋的橫向布置， 縱向由連系梁將橫向框架連 成空間結(jié)構(gòu)體系（如圖)。 2）特點 橫向剛度較大，有利于抵抗橫向水平力。縱向連系梁的截面尺寸小，有利于房屋室內(nèi)的采光和通風(fēng)。,13,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2縱向框架承重方案 1）布置 由縱向主梁與柱構(gòu)成的 承重主框架沿

7、房屋的縱向布置， 橫向連系梁將縱向框架連成 空間結(jié)構(gòu)體系（如圖）。 2）特點 縱向剛度大，有利于調(diào)整縱向地基不均勻沉降；橫向連系梁的截面尺寸較小，房屋的橫向剛度較差，但有利于設(shè)備管線的穿行，并可獲得較高的室內(nèi)凈空。主要適用于層數(shù)較少的工業(yè)房屋。,14,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,3縱橫向框架承重方案 1）布置 在房屋的兩個方向均 布置承重主框架形成的 承重方案（如圖）。 2）特點 房屋的雙向剛度均較大，適用于柱網(wǎng)平面形狀為方形或樓面荷載較大的情況，樓蓋常采用現(xiàn)澆混凝土雙向板或井式梁。,15,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,一、桿件截面尺寸 1.框架梁 截面形式：矩形、T形、倒L形等。 截面高度: 截面寬度

8、: ,且不宜小于200mm。 2.框架柱 截面形式：矩形、方形、圓形或多邊形等； 截面高、寬可?。?/151/20）的層高；同時要求： 截面寬度不宜小于250mm,截面高度不宜小于400mm。 截面尺寸以50mm為模數(shù)。 柱的凈高與柱截面長邊之比不宜小于4。,第三節(jié) 框架桿件的截面尺寸和計算簡圖,16,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,二、計算簡圖 1.計算單元 豎向荷載按單元范圍確定；水平作用力則需按整體結(jié)構(gòu)考慮。,17,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2.計算模型 桿件一般用其截面形心軸線表示。變截面桿件則以該桿最小截面的形心軸線表示?，F(xiàn)澆框架各節(jié)點均視為剛節(jié)點?？蚣苤诨A(chǔ)頂面為固定支座。 梁的跨度取柱軸

9、線之間的距離；柱高取層高；低層柱高取至基礎(chǔ)頂面。,18,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,3.梁柱線剛度 梁、柱的線剛度分別為 和 現(xiàn)澆框架梁的截面慣性矩Ib：中框架梁取2.0Io；邊框架梁取1.5 Io。 柱的截面慣性矩Ic按實際尺寸進行計算。 4.荷載計算 豎向荷載和水平風(fēng)荷載按荷載規(guī)范計算。水平風(fēng)荷載可轉(zhuǎn)化為作用于框架節(jié)點處的水平集中力，并合并于迎風(fēng)面一側(cè)。,19,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,一、彎矩二次分配法 計算步驟： 1）計算每一跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩。 2）計算各節(jié)點的分配系數(shù)。 3）將各節(jié)點的不平衡彎矩同時進行分配并向遠(yuǎn)端傳遞后，再對各節(jié)點分配一次即結(jié)束。 二、分層法 1.基本假定

10、1)豎向荷載作用下框架無側(cè)移。 2)豎向荷載僅對其作用層的梁及其相連的上、下柱有影響。 3)柱的遠(yuǎn)端為固定端。,第四節(jié) 豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計算,20,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2.計算方法 將每層梁及其相連的上、下柱所組成的開口框架作為一個獨立的計算單元，用力矩分配法計算。 計算時，底層以上各層柱的線剛度均乘以折減系數(shù)0.9，并取傳遞系數(shù)為1/3；底層柱及梁的傳遞系數(shù)仍為1/2。 計算所得梁中彎矩即為該梁在荷載作用下的彎矩；柱端彎矩則為該柱在其相應(yīng)的上、下兩層中計算所得柱端彎矩的疊加。當(dāng)節(jié)點彎矩不平衡時，可再進行一次彎矩分配。,21,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,一、反彎點法 1.水平力作用下的

11、受力特點 1） 彎矩特點 各桿的彎矩圖形均為斜直線； 每桿均有一個彎矩為零的反彎點。,第五節(jié) 水平力作用下的內(nèi)力近似計算,22,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2）變形特點 除底層柱下端，各柱的上下端均有側(cè)向位移和柱端轉(zhuǎn)角。 忽略梁的軸向變形，同一層各柱上下端的相對水平位移相同。,23,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,2. 水平力作用下的計算特點 確定柱的剪力和反彎點位置。 3. 基本假定 1）確定各柱剪力時，假定梁的線剛度無限大，即認(rèn)為各柱端無轉(zhuǎn)角。 2）確定各柱反彎點位置時，除底層柱外，各層柱上、下端節(jié)點的轉(zhuǎn)角相同。,24,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,4. 反彎點法柱中剪力計算 以4層框架結(jié)構(gòu)的頂層為例。沿各

12、柱的反彎點處切開，反彎點以上部分的受力圖如圖。根據(jù)水平力的平衡條件得,25,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,根據(jù)假定1），柱中剪力V 與相對水平位移的關(guān)系式為 令 則 d為柱上下兩端產(chǎn)生單位 相對水平位移時需施加的水 平集中力，稱為柱的抗側(cè)移 剛度（如圖）。 d可根據(jù)柱的線剛度和柱高求得。,26,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,對頂層任一柱，可寫出 于是有 由此可解得 因此,27,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,同理，可求得其它各層柱的剪力。寫為通式，則任意一層（第i層）的任意一根柱（第j柱）的剪力可表示為 5. 反彎點位置 根據(jù)假定2），反彎點的位置為 底層柱：距柱底2/3的底層柱高處。 底層以上柱：柱高的1/2處

13、。,28,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,6. 反彎點法計算步驟 1）計算dij； 2）計算Vij； 3）根據(jù)Vij和反彎點位置，計算柱端彎矩； 4）根據(jù)節(jié)點力矩平衡計算梁端彎矩； 5）根據(jù)力平衡原理，由梁兩端的彎矩求出梁的剪 力； 6）繪制內(nèi)力圖（彎矩圖、剪力圖） 7.反彎點法適用情況 框架各層結(jié)構(gòu)比較均勻，梁柱節(jié)點線剛度之比 的多層框架。,29,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,二、D值法 1.問題的提出 框架層數(shù)增多時，柱的截面尺寸增大，梁柱線剛度比小于3。此時，節(jié)點轉(zhuǎn)角對內(nèi)力和反彎點的高度影響大，用反彎點法計算誤差大。 采用修正柱的抗側(cè)移剛度和調(diào)整柱反彎點高度的改進反彎點法，即D值法。 2.柱抗側(cè)移剛度

14、D計算 影響抗側(cè)移剛度D因素：柱的線剛度ic、柱高h(yuǎn)、梁柱線剛度比K。 經(jīng)推導(dǎo)，柱的抗側(cè)移剛度D按下式計算：,30,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,c稱為柱的抗側(cè)移剛度影響（降低）系數(shù)，可根據(jù)柱所在層的梁柱線剛度比K按表列公式計算。 3.柱反彎點高度修正 通過力學(xué)分析，得到規(guī)則框架的標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比yo，然后考慮影響柱反彎點高度的因素，對yo修正。 （1）標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比yo yo根據(jù)框架的總層數(shù)m、柱所在層次n和梁柱線剛度比K以及荷載形式查表得到。,31,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,（2）上下梁線剛度變化對柱反彎點高度比修正值 y1 y1根據(jù)上下橫梁線剛度比1和梁柱線剛度比K查表得到。 當(dāng)上橫梁線剛度小

15、于下橫梁線剛度時，y1取正值； 當(dāng)上橫梁線剛度大于下橫梁線剛度時，y1取負(fù)值； 對于底層柱，取y1=0。 （3）層高變化對柱反彎點高度比的修正值y2和y3 1）y2根據(jù)上層層高與本層層高之比2和梁柱線剛度比K查表得到。,32,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,當(dāng)21時，y2取正值； 當(dāng)21時，y2取負(fù)值； 對于頂層y2=0。 2）y3根據(jù)下層層高與本層層高之比3和梁柱線剛度比K查表得到。 當(dāng)31時，y3取負(fù)值； 當(dāng)21時，y3取正值； 對于底層柱，取y3=0。 總之，各層柱的反彎點高度比計算公式為,33,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,4. D值法計算步驟 首先計算Dij，接著計算Vij，此時需將反彎點法計算V

16、ij公式中的dij用Dij代替； 然后計算反彎點高度yh；其余步驟同反彎點法。,34,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,一、側(cè)移的近似計算 水平力作用下的側(cè)移主要由梁和柱的彎曲變形引起。 特點:框架下部的層間位移較大，上部的層間位移較小。 對任意一層的層間位移，可采用D值法按下式近似計算：,第六節(jié) 框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的近似計算及限值,35,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,結(jié)構(gòu)頂點的位移為各層層間位移的總和，即 二、側(cè)移限值 側(cè)移過大，會影響 結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性 和使用要求。因此，要 求框架結(jié)構(gòu)的樓層層間 最大位移與層高之比,36,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,首先計算框架在恒荷載、活荷載及風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力，然后進行內(nèi)力

17、組合，求得各構(gòu)件控制截面的最不利內(nèi)力，對梁、柱進行配筋計算和設(shè)計基礎(chǔ)。 一、豎向活荷載的不利布置 恒荷載必須考慮，豎向活荷載考慮最不利布置。 對一般框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)樓面活荷載不超過5kN/m2時，可把活荷載同時作用于框架的各層梁上計算內(nèi)力，但應(yīng)將梁的跨中彎矩乘以增大系數(shù)1.11.2。,第七節(jié) 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合與截面設(shè)計要點,37,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋,二、控制截面及最不利內(nèi)力 1.框架梁 控制截面：梁的兩端截面（與柱相交處）和跨中截面。 最不利內(nèi)力：梁端截面最大負(fù)彎矩和最大剪力以及最大正彎矩。 跨中截面為最大正彎矩和可能出現(xiàn)的最大負(fù)彎矩。 2.框架柱 控制截面：柱的上、下端截面（梁底面和現(xiàn)澆梁板的頂面處）。 最不利內(nèi)力：一般采用對稱配筋，有如下3種：,38,第十二章 多層結(jié)構(gòu)房屋, 及相應(yīng)的N、V。 Nmax及相應(yīng)的M、V。 Nmin及相應(yīng)的M、V。 風(fēng)荷載在內(nèi)力組合時，應(yīng)考慮左風(fēng)和右風(fēng)，取其不利的一種組合。 三、梁端彎矩調(diào)幅 1. 調(diào)幅目的 保證結(jié)構(gòu)具有必要的塑性變形能力