10章多层框架结构房屋4.doc

青岛黄海职业学院教师教案（编号1）年 月 日 课 题 第十章 多层框架结构房屋10.1 概述课 时2教学目的 熟悉多高层建筑结构的特点；熟悉多高层建筑结构设计的一般规定；熟悉多高层结构的荷载分类及特点；掌握框架结构的布置教学重点 多高层建筑常用的结构体系，各种结构体系的适用条件结构的平面布置。教学难点 多高层建筑常用的结构体系，各种结构体系的适用条件结构的平面布置。教学关键点 多高层建筑常用的结构体系，各种结构体系的适用条件结构的平面布置。教具 建筑结构教材及教案板书设计 第十章 多层框架结构房屋10.1 概述一、多高层房屋结构体系简介1.多高层房屋结构体系、框架体系；、剪力墙体系；、框架剪力墙体系；、筒体体系。2.多高层结构设计的一般规定、结构平面布置；、结构竖向布置；宽高比限值；、变形缝设置。3.多高层建筑结构荷载的分类及特点、竖向荷载；、水平荷载。二、多层框架的类型三、框架结构布置第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充课题导入：复习旧课：单层工业厂房结构施工图的组成；单层工业厂房的标准构件及相应标准图集；单层厂房施工图表示方法。课程新授:第十章 多层框架结构房屋10.1 概述依据 消防车供水能力1、多高层划分 设置电梯标准 界限 多层：9层且高度28m的建筑物高层：10层或高度大于28m的建筑物2、多、高层结构体系 平面布局灵活，易于使用 框架体系 特点 承受竖向荷载合理 侧向刚度较小，抗水平能力较差 适用范围：高度45m（8度），615层较合理 地震区10层 受力：剪力墙承担剪力墙体系 特点 侧向刚度较大适用范围：高度45m（8度），达30层、小开间高层建筑 平面灵活，侧向刚度大 特点 受力合理 水平荷载剪力墙框架剪力墙体系 竖向荷载框架适用范围：1525层为宜第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充 特点 侧向刚度大筒体体系 内部空间大，布置灵活类型：内筒体、外筒体、筒中筒、多筒体适用范围：超高层公共建筑二、多高层结构设计的一般定 简单、规则、对称、减少偏心 平面长度、突出长度的控制1、结构平面布置 避免出现薄弱部位 2、结构竖向布置宜规则、均匀避免结构错层和局部夹层；刚度均匀连续由下而上渐小，不突变3、房屋高宽比限值 钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 表10-2结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9 度框架、板柱-剪力墙5542框架-剪力墙5543剪力墙6654筒中筒、框架-核心筒6654 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充三、多层框架的类型现浇整体式 优点：整体性好、刚度大、抗震性好、平面布置灵活框架结构类型 缺点：耗模板、现场工程量大，工期长、冬施防冻 装配式框架 优点：省模板、工期短、可构件标准定型化，可采用预应力砼构件 缺点：预埋件多、总用钢量大、整体性差、抗震性差装配整体式 优点：省模板、工期短、预埋件少、用钢量小、结构整体性较好 缺点：增加现场砼二次浇筑工作量、施工较复杂二、框架结构布置结构布置原则开间、进深尽可能统一，构件类型、规格尽可能减少；平面应简单、规则、对称及减少偏心，以使受力更合理。结构刚度沿高度分布应均匀、避免结构刚度突变，避免结构错层和局部夹层；保证必要的抗侧移刚度，房屋高宽比宜控制H/B45。设置必要的变形缝：伸缩缝、沉降缝、防震缝 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充承重框架的布置 横向框架承重方案：横向刚度大、有利于抵抗横向水平荷载，纵向连系梁较小，利于房屋采光、通风；纵向框架承重方案：横向连系梁较小，利于设备管线穿行，开间布置灵活，但横向刚度较差；纵横向框架混合承重方案：纵横向梁截面均较大（刚度大），整体性能好，采用较多。课堂巩固：思考题1、2课堂小结：多高层建筑结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等；多高层房屋的结构布置宜简单、规则、对称、减小偏心，避免出现薄弱部位，竖向宜刚度均匀、连续、下大上小，并注意宽高比限值和变形缝设置。对高层建筑结构来讲，水平荷载起控制作用。作业布置：思考题1、2第 页 青岛黄海职业学院教师教案（编号2）年 月 日 课 题 10.2框架结构的计算简图 10.3荷载的简化和计算 课 时教学目的 掌握框架结构计算简图的确定；了解了梁柱截面形式与尺寸；材料的强度等级；荷载的简化与计算。教学重点 框架结构计算简图的确定教学难点 框架结构计算简图的确定教学关键点 框架结构计算简图的确定教具 建筑结构教材及教案板书设计 10.2框架结构的计算简图一、计算单元的选取二、计算模型的确定三、梁柱截面形式与尺寸四、材料的强度等级10.3荷载的简化和计算一、竖向荷载二、水平荷载第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充课题导入：1、 多高层建筑结构体系；2、多高层建筑结构的荷载特点课程新授:10.2框架结构的计算简图一、计算单元的选取空间结构 平面框架 横向平面框架 纵向平面框架二、计算模型的确定杆件：轴线表示 节点：刚接节点计算模型确定 柱高：层高 底层柱：基顶到一层梁顶其它层柱：各层梁顶间距离跨度：柱轴线间距等跨框架：各跨相差 10%三、梁、柱截面形式及尺寸1. 框架梁的截面形式及尺寸 承重形式 主梁 全现浇：T形框架梁装配式：T形、倒L形、矩形、花篮形 连系梁：T形、倒L形尺寸 高度：hb=(1/01/14)lb，hb1/4 ln，500mm宽度：bb=(1/21/3)hb，且bb1/4hb，200mm第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充2.框架柱的截面形式和尺寸 框架柱 形式：矩形、正方形 尺寸 高度：hc(1/101/15)H，且350mm宜Hn/ hc4宽度：b c(1/1.51) hc，且300mm柱截面面积估算 非抗震：A(1.21.4)Nfc 抗震：N/fcA0.7、0.8、0.9（一、二、三级）四、材料强度等级混凝土强度等级（现浇框架）非抗震设计：不应低于C20抗震设计 一级：不宜低于C30 二四级：不应低于C20大荷载混凝土柱：宜采用高强度的混凝土钢筋级别 纵筋：HRB400或HRB335箍筋：HRB335或HPB235梁柱节点混凝土：柱混凝土等级10.3荷载的简化和计算一、多高层建筑结构荷载的分类及特点 恒荷载 1、竖向荷载 楼面活荷载 屋面均布活荷载 风荷载2、水平荷载 水平地震作用 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充二、竖向荷载 作用形式：均匀分布竖向荷载 集中荷载：位置可略调整，但 1/20次梁传至主梁荷载：按简支次梁计算（不考虑连续性） 楼面活荷载 楼面梁负荷面积25m2时：折减0.9 墙、柱、基础：2层时，折减0.850.55三、水平荷载风荷载：折算成水平集中力作用于框架节点上，并合并于迎风面一侧；地震作用 水平地震作用：简化为节点上水平集中力竖向地震作用：8度以上大跨、高耸结构课堂巩固：思考题14课堂小结:框架结构是由钢筋混凝土梁和柱连接而形成的承重结构体系，梁柱连接为刚性连接，柱与基础为固接；框架结构布置关键在于柱网尺寸和承重方案的选择；框架结构计算时应选择与实际受力相符的计算单元和计算简图。作业布置：思考题1、4第 页 青岛黄海职业学院教师教案（编号3）年 月 日 课 题 10.4多层框架的内力和侧移计算简介课 时2教学目的 熟悉框架结构在竖向荷载作用下内力计算；熟悉框架结构在水平荷载作用下内力计算； 熟悉框架结构的控制截面及内力组合教学重点 框架结构的内力计算、控制截面及内力组合教学难点 框架结构的内力计算、控制截面及内力组合教学关键点 框架结构的内力计算、控制截面及内力组合教具 建筑结构教材及教案板书设计 10.4多层框架的内力和侧移计算简介一、梁柱线刚度和相对线刚度二、内力计算方法1.框架结构在竖向荷载作用下的内力计算2.框架结构在水平荷载作用下的内力计算三、框架结构的侧移计算及限值四、内力组合第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充课题导入：复习提问： 1、框架结构的布置2、框架结构的计算单元与计算简图课程新授:10.4多层框架的内力和侧移计算简介一、梁柱线刚度和相对线刚度框架梁柱的线刚度 梁线刚度：ib=EIbl柱线刚度：ic=EIchIb值计算 现浇楼盖：中框梁 Ib=2.0Io、边框梁 Ib=1.5Io装配整体式：中框梁Ib=1.5Io、边框梁 Ib=1.2Io装配式楼盖 ：IbIo其中：Iobh3/12考虑因素：部分楼板与梁的共同工作。Ic值计算：按实际截面尺寸进行。（Iobh3/12）二、内力计算方法1.竖向荷载作用下的内力1）近似计算方法分层法、弯矩二次分配法适用范围：ib/ic5，且结构与荷载沿高度较均匀多层框架。计算假定 忽略框架在竖向荷载作用下的侧移；忽略每层横梁上荷载对其它层横梁的影响。第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充计算方法：多层多跨框架 分层 多个单层多跨开口框架 弯矩二次分配法各开口框架内力 叠加 梁内力各层横梁的内力柱内力同层同柱号内力叠加 原因：假定柱远端为固定端，实际远端有转角产生，计算误差 介于铰与固定端之间（底层基础处除外）。修正 各层柱（底柱除外）线刚度ic乘系数0.9；柱弯矩传递系数为1/3（底层柱为1/2）。 计算步骤：画出框架计算简图；计算梁、柱的线刚度及相对线刚度（除底层柱外，其他层柱应乘以系数0.9）；计算各节点处的弯矩分配系数，用弯矩分配法从上至下分层计算各计算单元的杆端弯矩；叠加有关杆端弯矩，得最后弯矩图（M图）；按静力平衡条件求其他内力图（N、V图）。注意：由于计算的近似性，框架节点处的最终弯矩不平衡，可对不平衡弯矩作一次弯矩分配，予以修正。2）竖载作用下的内力特点M图 框架梁呈抛物线形分布，跨中截面+Mmax，支座截面-Mmax；框架柱呈线性分布，柱上下端弯矩最大。V图 框架梁呈线性变化，梁端支座截面Vmax；框架柱沿层柱高均匀分布。N图：框架柱截面还产生轴向压力， “”表示柱受压。 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充 竖向荷载作用下计算简图 M图V图 N图2.水平荷载作用下的内力1）近似计算方法D值法、反弯点法弯矩图 各杆弯矩均为直线特点 有一个零弯矩点位于柱中点（该点具有剪力） 水平位移：同层内各节点的侧向位移基本相同 变位图 角位移：角位移的大小与节点ib/ic值有关，ib愈大，节点角位移愈小。反弯点：弯曲方向相反，位于柱中点附近需解决问题 确定各层柱反弯点处的剪力；确定各层柱的反弯点位置。反弯点法：适用范围：结构沿高度比较均匀，ib/ic3的多层框架。计算假定： 假定梁线刚度无限大ib 节点无角位移（转角）；认为各层柱上下端节点转角相同（底层除外）各柱反弯点位于柱中点，底层柱位于距柱底2/3层高处。不考虑横梁的轴向变形 同一横梁处各柱顶侧移相同第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充D值法（改进反弯点法）反弯点法误差：假定：ib/ic，节点无转角位移；实际：ib/ic有限，框架变形后节点有转角产生。假定：各层柱上下端节点转角相同，反弯点高度在柱中点；实际：反弯点高度与该柱上下端转角大小有关，反弯点靠近转角较大一端，即反弯点向横梁刚度较小、层高较大的一端移动。解决办法 修正柱的侧移刚度 与自身刚度有关与上下层梁线刚度有关调整反弯点高度 与ib/ic比值有关 与上、下层间横梁线刚度有关 与上、下层层高有关适用范围：ib/ic32）竖载作用下的内力特点M图：框架梁、柱截面弯矩均呈线性变化，梁、柱支座端部截面分别产生Mmax。V图：在框架梁各跨、框架柱层高内均呈均匀分布。N图：部分框架柱内受拉，部分框架柱内受压。水平集中力还可能反方向作用。当水平集中力的方向改变时，相应的弯矩、剪力以及轴力的方向也随之变化。第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充 水平荷载作用下计算简图 M图 V图 N图三、框架结构的侧移计算及限值 总体剪切变形 原因：梁柱弯曲变形引起侧移的组成 特点：愈往上层间侧移愈小 总体弯曲变形 原因：柱轴向变形不一致引起 特点：愈往上层间侧移愈大 总体剪切变形 总体弯曲变形随H/B的增大，弯曲变形所占比例增大，总体呈现剪切变形。 原因 侧移过大，电梯运行困难，影响使用；侧移控制 填充墙出现裂缝，内部装修层剥落； 竖载下附加弯矩过大 层间侧移限值：ihi1/550 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充四、内力组合1.控制截面控制截面结构构件中需按其内力进行配筋计算的截面。2.内力组合内力组合寻求最不利内力，作为配筋依据。 端部支座截面 +Mmax：确定梁端底部纵筋框架梁 -Mmax：确定梁端顶部纵筋 Vmax：确定箍筋及弯起筋跨中截面+Mmax：确定梁下部纵筋Mmax：确定跨中可能的顶部纵筋注：梁端支座截面指柱外缘处梁截面Mmax及相应的N、V 可能大偏压框架柱：柱端 Nmin及相应的M、VNmax 及相应的M、V 可能小偏压课堂巩固：思考题 10-5、10-6、10-7课堂小结：框架在竖向荷载作用下，其内力近似计算可采用分层法进行分析；在水平荷载作用下，其内力近似计算可采用D值法进行分析；框架梁的控制截面通常是梁端支座截面和跨中截面，框架柱控制截面通常是柱上、下两端截面。作业布置：思考题 10-6、10-7第 页青岛黄海职业学院教师教案（编号4）年 月 日 课 题 10.5非抗震设计时框架节点的构造要求课 时2教学目的 掌握非抗震设计时框架节点的构造要求教学重点 非抗震设计时框架节点的构造要求教学难点 非抗震设计时框架节点的构造要求教学关键点 非抗震设计时框架节点的构造要求教具 建筑结构教材及教案板书设计 10.5非抗震设计时框架节点的构造要求一、截面尺寸二、梁柱纵筋在节点区的锚固三、箍筋第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充课题导入：复习提问：1、框架结构在竖向荷载和水平荷载下的内力计算方法；2、框架结构的控制截面与内力组合。课程新授：10.5非抗震设计时框架节点的构造要求一、截面尺寸框架梁现浇整体式框架中，框架梁多做成矩形截面，框架梁的截面尺寸应满足框架结构的强度和刚度要求。框架梁截面高度可根据梁的跨度、约束条件及荷载大小进行选择，通常按下式估算：现浇式框架： hb（1/101/12）l （ l为框架梁的跨度）装配式框架： hb（1/81/10）l当框架梁为单跨或荷载较大时取大值，当框架梁为多跨或荷载较小时取小值。为防止梁发生剪切破坏，梁高hb不宜大于l n/4（l n为梁净跨）。框架梁的截面宽度可取bb（1/21/3）hb。为了使端部节点传力可靠，梁宽bb不宜小于柱宽的1/2，且不宜小于250mm。框架柱框架柱截面一般采用矩形或正方形。柱截面高度可取hc（1/101/15）H， H为层高，且不宜小于400mm；柱截面宽度可取bc（1/1.51）hc，且不宜小于300。为避免柱发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充二、梁柱纵筋在节点区的锚固1）中间层中节点框架梁上部纵筋应贯穿中间节点（或中间支座），如图10-15所示。框架梁下部纵筋伸入中间节点范围内的锚固长度应根据具体情况按下列要求取用：当计算中不利用其强度时，伸入节点的锚固长度las不应小于12d。当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，应锚固在节点内。钢筋的锚固长度不应小于la（图10-15a）；当柱截面较小而直线锚固长度不足时，可采用将钢筋伸至柱对边向上弯折90的锚固形式，其中弯前水平段的长度不应小于0.4 la，弯后垂直段长度取为15d（图10-15b）；框架梁下部纵筋要求（图10-15c）。 图10-15 中间层中间节点梁纵向钢筋的锚固与搭接（a）直线锚固；（b）弯折锚固；（c）节点外搭接当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，伸入节点的直线锚固长度不应小于0.7 la。框架柱的纵筋应贯穿中间层的中间节点，柱纵筋接头应设在节点区以外、弯矩较小的区域，并满足受拉钢筋的搭接长度要求（ll1.2 la）。在搭接接头范围内，箍筋间距应不大于5d（d为柱中较小纵筋的直径），且不应大于100mm。 第 页青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充2）中间层端节点梁上部纵筋在端节点的锚固长度应满足：梁纵筋在节点范围内的锚固长度不应小于la，且伸过柱中心线不小于5d，如图10-16a所示。当柱截面尺寸较小时，可采用弯折锚固形式，即将梁上部纵筋伸至柱对边并向下弯折90，其弯前的水平段长度不应小于0.4 la，弯后垂直段长度不应小于15d，如图10-16b所示。梁下部纵筋至少应有两根伸入柱中，伸入端节点范围内的锚固要求与中间层中节点梁下部纵筋的锚固规定相同。框架柱的纵筋应贯穿中间层的端节点，其构造要求与中间层中节点相同。 图10-16 中间层端节点梁纵向钢筋的锚固（a）直线锚固 （b）弯折锚固3）顶层中节点框架梁纵筋在节点内的构造要求与中间层中节点梁的纵筋在节点内的构造要求相同。柱内纵筋应伸入顶层中节点并在梁中锚固：柱纵筋在节点范围内的锚固长度不应小于la，且必须伸至柱顶（图10-17a）。 第 页 青岛黄海职业学院教师教案教案内容及教学过程提示与补充当顶层节点处梁截面高度较小时，可采用弯折锚固形式，即将柱筋伸至柱顶然后水平弯折，弯折前的垂直投影长度不应小于0.5la，弯折方向可分为两种形式：图10-17 顶层中间节点柱纵向钢筋的锚固（a）直线锚固； （b）向内弯折锚固； （c）向外弯折锚固向节点内弯折：弯折后的水平投影长度不应小于12d（图10-17b）。 4）顶层端节点柱内侧纵筋的锚固要求与顶层中节点的纵筋锚固规定相同。梁下部纵筋伸入端节点范围内的锚固要求与中间层端节点梁下部纵筋的锚固规定相同。柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内为搭接连接。搭接方案有两种：一是在梁内搭接，二是在柱顶部位搭接。梁内搭接钢筋搭接接头在梁的高度范围内解决，即搭接接头沿顶层端节点外侧及梁端顶部布置（图9.18a）。此时，搭接长度不应小于1.5la，其中伸入梁内的柱外侧纵筋不宜小于柱外侧全部纵筋