学习情境框架结构PPT课件

1、序：多层及高层房屋结构体系1、多高层的划分、多高层的划分9.1 多层及高层房屋结构体系划分依据消防车供水能力设置电梯标准划分界限多层：29层，且 28m的建筑物高层：10层，或 28m的建筑物第1页/共64页2、高层建筑结构特点、高层建筑结构特点占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应 或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）侧向位移须限制：层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。9.1 多层及高层房屋结构体系第2页/共64页3、

2、多高层结构常用结构体系框架结构筒体结构框架-剪力墙结构剪力墙结构常用结构体系9.1 多层及高层房屋结构体系第3页/共64页组成：纵、横梁和立柱组成特点：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。 框架的抗侧刚度小， 抵抗水平荷载能力较差。应用： 非地震区：15152020层 地震区： 1010层以下框架结构9.1 多层及高层房屋结构体系第4页/共64页4、多高层建筑设计一般原则、多高层建筑设计一般原则9.1 多层及高层房屋结构体系结构布置原则平面布置简单、规则、对称、减少偏心；平面长度、突出部分的控制：凹角处加强避免出现薄弱部位：角部重叠或细腰部。竖向布置规则、均匀：避免结构错层

3、和局部夹层；刚度均匀连续：由下而上渐小，不突变。控制高宽比保证必要的抗侧移刚度，表9.2设变形缝伸缩缝、沉降缝、防震缝钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 表9.2 第5页/共64页9.1 多层及高层房屋结构体系5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点、多高层建筑结构的荷载分类及其特点竖向荷载恒荷载：结构构件和非结构构件的自重楼面活荷载：按荷载规范选用 屋面荷载；均布活载、雪荷载、积灰荷载、 施工检修荷载第6页/共64页9.1 多层及高层房屋结构体系水平荷载风荷载：水平集中力地震作用：各楼层处的水平集中力作用位置：楼屋面节点处作用方向：迎风面一侧 可能有左风、右风两种可能5、多高层建筑结构的荷载

4、分类及其特点u 地震作用与荷载的区别在于：荷载是对结构的直接作用，而地震作用是对结构的间接作用。 第7页/共64页 9.2 框架结构5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点荷载特点 随高度H增加，水平荷载产生的效应快速增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素。竖向荷载下：结构中仅轴力N随H呈线性关系， M、V并不增加；水平荷载下：M、V均随H增加而呈快速增长， 侧移也增加更快。低层民用建筑：竖向荷载起控制作用多层建筑：水平荷载与竖向荷载共同起控制作用高层建筑：水平荷载起控制作用.第8页/共64页 9.2 框架结构组成梁基础柱刚性节点固定连接第9页/共64页 9.2 框架结构框架结构类型现浇整体式

5、装配式装配整体式 全部构件现场浇注优点：整体性好、抗震性好、 刚度大、预埋铁少、 平面布置灵活缺点：耗模板量大、工期长、 现场湿作业量大、 冬施需防冻全部构件预制，现场装配连接优点：省模板、工期短、 构件可标准定型化缺点：预埋件多、整体性差、 抗震性差、用钢量大、 预制构件，现场安装就位，在连接处现浇混凝土形成整体。优点：省模板、预埋件少、 工期短、用钢量少、 抗震整体性好缺点：施工复杂、增加了现场 混凝土二次浇注工作量 第10页/共64页 9.2 框架结构2 2、框架结构的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少平面应简单、规则、对称：尽可能使受力合理刚度沿高度分布均匀：避

6、免突变、错层、局部夹层控制房屋高宽比H/B4：保证必要的抗侧移刚度 设置必要的变形缝 伸缩缝 沉降缝 防震缝 伸缩缝伸缩缝 装配式 室内75m 露天50m 整体式 装配整体式 室内55m 露天35m变形缝对构造、 施工、结构整体性等不利，基础防水不易处理，实际采用可靠的构造措施和施工措施（如设置后 浇带）减少或 避免设缝第11页/共64页柱网布置柱网布置生产工艺要求建筑平面布置要求结构受力合理 方便施工 9.2 框架结构布置方式：内廊式、跨度组合式柱网应与建筑分隔墙体布置相协调使竖载下结构内力均匀分布合理易施工：进度快、造价低、保质量第12页/共64页 承 重 框架 布 置 9.2 框架结构

7、横向框架承重 纵向框架承重 纵横向混合承重（预制板、现浇板） 纵横向混合承重（井式楼盖）横向框架承重横向框架承重：横向刚度大横向刚度大、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。纵向框架承重纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线 穿行，开间布置灵活，但横向刚横向刚 度差度差。 纵横向混合承重纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)， 整体性能好，采用较多。第13页/共64页 9.2 框架结构本节小结 框架结构的类型：整体式、装配式、装配整体式，应了解各类型特点； 框架结构布置原则：建筑方案的确定应考虑结构受力的合理性，宜简单、规则、对称、均匀。 承重框架的布置方案

8、：横向、纵向、纵横向承重，各方案的利弊应了解。注意：承重方案与框架类型的区别！作业：思考题第14页/共64页 9.2 框架结构3 3、框架结构受力特点 框架结构（空间体系）纵向平面框架横向平面框架横向平面框架纵向平面框架计算简图杆件用轴线表示节点刚接节点层高底层柱：基础顶面到一层梁顶其它层柱：各层梁顶之间距离跨度柱轴线间距第15页/共64页 9.2 框架结构框架在荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力内力近似计算方法分层法弯矩二次分配法计算简图 分层法计算假定：框架无侧移； 每层横梁上荷载对其它层横梁无影响。 计算思路： 可将一个多层框架分解为多个单层开口框架，使每一框架节点数量大幅度减少，有效

9、地减少了计算工作量。第16页/共64页内力近似计算方法分层法弯矩二次分配法框架在荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力计算简图 9.2 框架结构第17页/共64页竖载下内力特点 9.2 框架结构M图N图V图框架在荷载作用下的内力第18页/共64页 9.2 框架结构竖载下内力特点框架在荷载作用下的内力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M最大V图框架梁：呈线性变化，端部支座截面Vmax框架柱：沿层高呈均匀分布N图框架柱：截面产生轴向压力，“”表示受压第19页/共64页框架在荷载作用下的内力内力近似计算方法水平荷载作用下的内力计算简图反弯

10、点法D值法反弯点法适用范围： 梁柱刚度之比值ib/ic3反弯点法计算假定：框架横梁刚度无穷大无变形；各层柱上下端节点转角相同： 各柱反弯点位于柱中点， 底层柱位于距柱底2/3层高处。 9.2 框架结构第20页/共64页D值法内力近似计算方法框架在荷载作用下的内力水平荷载作用下的内力反弯点法D值法适用范围： 梁柱刚度之比值ib/ic3反弯点法计算误差： 假定ib/ic：横梁无变形，节点无 转角；假定各层柱上下端节点转角相同，反 弯点位于柱中点。D值法修正反弯点法修正：柱的侧移刚度修正：调整反弯点高度 9.2 框架结构第21页/共64页框架在荷载作用下的内力水平荷载下内力特点M图V图N图+ 9.2

11、 框架结构第22页/共64页框架在荷载作用下的内力水平荷载下内力特点M图框架梁柱：均呈线性分布，梁、柱支座 截面分别产生 MmaxV图框架梁：各跨内呈均匀分布框架柱：沿各层高内呈均匀分布N图框架柱：截面产生轴向力，部分柱内受拉， 部分柱内受压。“”为压，“+”为拉 9.2 框架结构第23页/共64页框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合控制截面结构构件中需要按其内 力进行配筋计算的截面。内力组合寻求结构构件的最不利 内力，作为配筋依据。框架梁端部支座截面+Mmax：确定梁端底部纵筋-Mmax：确定梁端顶部纵筋Vmax：确定箍筋及弯起钢筋+Mmax：确定梁下部纵筋-Mmax：确定跨中可能的 顶

12、部纵筋跨中截面 9.2 框架结构第24页/共64页框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合框架梁跨中纵筋跨中纵筋支座负筋跨中可能负筋支座箍筋 9.2 框架结构第25页/共64页框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合 9.2 框架结构框架柱端部截面Mmax及相应的N、VNmin及相应的M、VNmax及相应的M、V可能大偏压可能小偏压第26页/共64页框架在荷载作用下的内力控制截面及内力组合框架柱端部截面柱上端纵筋柱下端纵筋箍筋 9.2 框架结构第27页/共64页框架结构的侧移特点：愈往上层间侧移愈小原因：梁、柱弯曲变形引起特点：愈往上层间侧移愈大原因：柱轴向变形不一致引起 9.2 框架结构侧移

13、组成总体剪切变形总体弯曲变形第28页/共64页框架结构的侧移侧移组成总体剪切变形总体弯曲变形 随着H/B的增大，弯曲变形所占比例增大，总体呈现剪切变形。 9.2 框架结构第29页/共64页框架结构的侧移特点：愈往上层间侧移愈小原因：梁、柱弯曲变形引起特点：愈往上层间侧移愈大原因：柱轴向变形不一致引起侧移组成总体剪切变形总体弯曲变形层间侧移控制控制原因侧移过大，影响电梯正常运行；填充墙出现裂缝，内部装修层剥落；竖向荷载作用下附加弯矩大。侧移控制i/hi1/550 9.2 框架结构第30页/共64页框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求。框架梁跨中上部钢筋 212与支座负弯矩钢筋搭接，ll

14、150mm; 梁支座负筋伸出柱边长度 ln/4，箍筋沿全长均匀设置。框架柱宜采用对称配筋，dmin 12mm，max5%， min0.4%。四、非抗震设计现浇框架的构造要求1、一般构造要求 9.2 框架结构砼强度等级：不应低于C20 大荷载砼柱强度宜高钢筋级别 纵筋：HRB400或HRB335 箍筋：HRB335或HPB235节点区砼：柱砼等级第31页/共64页纵筋的接头1、一般构造要求连接方式：绑扎搭接连接、机械连接或焊接连接 接头位置：受力较小区域，相邻纵筋接头应相互错开接头面积百分率 绑扎搭接和机械连接：不宜大于50% 焊接连接：不应大于50%。接头间隔 机械连接、焊接连接：35d，焊接

15、500mm 绑扎搭接：600mm，搭接长度ll 1.2 la当纵筋d28mm时，不宜采用绑扎搭接接头。 9.2 框架结构第32页/共64页1、一般构造要求框架柱纵筋绑扎连接构造 9.2 框架结构第33页/共64页2、节点构造梁下部纵筋伸入中间节点锚固：计算不利用其强度时：伸入节点las 12d。计算充分利用抗拉强度时，锚固在节点内： 直线锚固： la； 弯折锚固：水平段 0.4la，竖直段上弯15d； 节点外搭接：节点外M较小处设接头 ll la。充分利用抗压强度时，节点直线锚固： 0.7la。中间层中间节点梁上部纵筋应贯穿中间节点 截断位置根据梁端负弯矩确定。柱纵筋应贯穿中间节点。 9.2

16、框架结构第34页/共64页2、节点构造 9.2 框架结构第35页/共64页 9.2 框架结构 柱纵筋应贯穿中间节点中间层中间节点 当上、下柱筋直径或根数不同时，连接构造如图2、节点构造第36页/共64页 9.2 框架结构2、节点构造中间层端节点梁上部纵筋在端节点锚固： 直线锚固： la，且伸过柱中心线 5d。 弯折锚固：伸至节点对边并向下弯折， 弯前水平段 0.4 la， 弯后垂直段长度 15d。梁下部纵筋：锚固要求同中间层中间节点。柱纵筋同中间层中间节点。第37页/共64页顶层中间节点2、节点构造直线锚固： la，且必须伸至柱顶； 柱内纵筋应伸入顶层中间节点并在梁中锚固。弯折锚固1：柱筋伸至

17、柱顶向节点内弯折，弯折前垂直段长度 0.5 la，弯折后水平段长度 12d；框架梁纵筋同中间层中间节点弯折锚固2：当顶层有现浇板h 80mm且 C20时，可向外弯入框架梁和现浇板内，弯折后水平段长度 12d。 9.2 框架结构第38页/共64页顶层中间节点2、节点构造第39页/共64页2、节点构造顶层端节点柱内侧纵筋伸入节点锚固 -同顶层中间节点。梁下部纵筋伸入节点锚固 -同中间层中间节点。 柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接连接。 9.2 框架结构第40页/共64页2、节点构造顶层端节点 柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接连接。 9.2 框架结构第41页/共64页 伸入梁内柱筋截面积 柱外侧

18、纵筋的65%。 当外侧柱筋1.2时，伸入梁内柱筋宜分两批截断，断点距离 20d。 当梁上部纵筋1.2时，弯入柱外侧的梁上部纵筋宜分两批截断，断点距离20d。2、节点构造顶层端节点 9.2 框架结构第42页/共64页 9.2 框架结构2、节点构造节点箍筋设置作用：约束柱筋和节点核芯区混凝土。构造：同柱中，但间距 200mm。中间节点（四边均有梁） 可只设沿周边矩形箍筋，即不设复合箍筋。顶层端节点采用柱顶外侧直线搭接时 应符合纵筋ll内箍筋的构造要求。 第43页/共64页 9.2 框架结构3、填充墙构造要求 采用砌体填充墙，必须与框架牢固连接与框架梁底须用块材“塞紧”；与框架柱间应紧密接触，沿高度

19、每隔若干皮砖 用2 6钢筋与柱拉结。第44页/共64页五、现浇框架抗震构造措施1、结构抗震等级划分依据：设防烈度、结构类型和房屋高度。划分等级：一、二、三、四级，其中一级抗震要求最高。 9.2 框架结构6度：H 30 m 四级，H 30 m 三级7度：H 30 m 三级，H 30 m 二级8度：H 30 m 二级，H 30 m 一级9度：H 25 m 一级划分界限 第45页/共64页混凝土结构抗震等级表 9.2 框架结构第46页/共64页2、一般构造要求一级框架梁、柱和节点核芯区 C30, 其他各类构件 C20； 9度时 C60，8度时 C70。 纵筋宜用HRB400级、HRB335级钢筋；箍

20、筋宜用HRB335、HRB400和HPB235级钢筋。混凝土强度等级 钢筋种类要求要求： 一、二级抗震等级框架，其纵筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值比值 1.25，屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值 1.3。 注意注意：施工中，不宜采用较高强度等级钢筋代替原设计中的纵筋。第47页/共64页纵筋最小锚固长度按laE 取用 9.2 框架结构 钢筋锚固laE确定原则一、二级抗震等级 ： laE1.15 la 三级抗震等级： laE1.05 la四级抗震等级 ： laE 1.0 la第48页/共64页 钢筋接头柱纵筋接头宜优先采用焊接或机械连接。梁端和柱端箍筋加密区内不宜设接头，否则采用机械连接接头

21、。当柱筋每侧4根时，搭接水平面2。接头间隔和接头面积百分率同非抗震设防要求。 9.2 框架结构第49页/共64页 9.2 框架结构箍筋 箍筋须做成封闭式，端部设135弯钩。弯钩端头平直段长度不应小于10d（d为箍筋直径）。 箍筋应与纵筋紧贴。当设置附加拉结钢筋时，拉结钢筋必须同时钩住箍筋和纵筋。第50页/共64页 9.2 框架结构柱的箍筋形式柱的箍筋形式箍 筋 第51页/共64页截面尺寸高度：ln/ hb 4， hb/bb 4，宽度：bb 200mm，且bb bc/23、框架梁抗震构造要求梁纵向钢筋1）梁端底部、顶面配筋量比值 原因 可能出现正弯矩； 一定受压筋可减小受压高度，提高梁变形能力。

22、限值 一级： 0.5 二、三级： 0.3 9.2 框架结构第52页/共64页3、框架梁抗震构造要求2）梁端受拉纵筋 限值： 2.5% 原因：提高延性、耗散能量能力三、四级： 2 12。限值一、二级 2 14 两端纵筋较大截面积的1/4 3）梁顶面和底面通长纵筋：原因：地震弯矩的不确定性（反弯点位置不确定） 第53页/共64页 9.2 框架结构3、框架梁抗震构造要求5）框架梁支座上部纵筋延伸长度 第一排：ln/3 第二排：ln/44）框架梁内贯通中柱的纵筋 适用：一、二级 要求：d hc/20 6）框架梁下部纵筋伸入节点锚固： 直线锚固时： laE； 弯折锚固时：水平段 0.4 laE ，竖直段

23、上弯15d；与非抗震设防不同之处：均按受拉考虑第54页/共64页7）框架梁内纵筋接头 一级抗震时应采用机械连接接头；二、三、四级抗震时，宜采用机械连接接头，也可采用焊接接头或搭接接头。 纵筋接头宜避开箍筋加密区，位于同一区段内的纵筋接头面积不应超过50%；当采用搭接接头时，其搭接长度要足够。 9.2 框架结构第55页/共64页8）梁的箍筋框架梁两端须设置加密封闭式箍筋。框架梁两端须设置加密封闭式箍筋。原因：约束混凝土，提高混凝土变形能力。 9.2 框架结构 箍筋加密区的长度、箍筋的最大间距和最小直径见下表：注：d为纵筋直径；当梁端纵筋2%时，dmin增大2mm。第56页/共64页8）梁的箍筋

24、一级：200mm、20dmin梁端加密区的箍筋肢距 二、三级：250mm、20dmin 四级： 300mm其中：d为箍筋直径较大值。 非加密区箍筋最大间距：不宜大于加密区箍筋间距的2倍。箍筋必须为封闭箍，弯钩135，弯钩平直段长度 箍筋直径 的10倍和75mm的较大者。第57页/共64页4、框架柱抗震构造要求 柱截面尺寸 柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，柱的剪跨比宜大于2，截面的长边和短边之比不宜大于3。 其中，柱的剪跨比Mc/Vch0，式中Mc为柱端截面的组合弯矩计算值（取上下端弯矩的较大值），Vc为柱端截面的组合剪力计算值，h0为柱截面有效高度。 柱内纵向钢筋柱中纵筋应符合下列要求： 柱中纵筋宜对称配置。 当截面尺寸大于400mm时，纵筋间距不宜大于200mm。 9.2 框架结构第58页/共64页 柱中全部纵筋的最小配筋率应满足表9-5的规定，同时每一侧配筋率不应小于0.2%。 柱中纵筋总配筋率