大学课件_多层框架结构设计培训讲义第4.1版2.pptx

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1、4.3.1 设计内力4.3.2 砼构件设计4.3.3 钢构件设计4.3.4 型钢砼构件设计4.4 框架结构构件设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计4.3.1 设计内力在层高范围内，框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力；框架柱的弯矩、轴力沿柱高为线性变化（层高范围内剪力相等），因而上、下端截面为控制截面。框架梁两端的剪力和负弯矩最大，跨中正弯矩最大，因而控制截面有三个：左右端截面和跨中截面。一、控制截面二、内力组合框架柱属偏心受力构件，其最不利内力组合与单层排架柱相同。框架梁属受弯构件，最不利内力组合有：梁端截面的最大弯矩及最大剪力；梁跨中截面的最大

2、弯矩。三、荷载效应组合多层框架结构可变荷载仅风荷载和楼面活荷载2项对抗震设防区尚需考虑地震作用效应组合1.2重力荷载代表值+1.3地震作用标准值1.2恒载标准值+1.4楼面活载标准值+1.40.6风荷载标准值1.2恒载标准值+1.4风荷载标准值+1.40.7楼面活载标准值1.35恒载标准值+1.4(0.6风荷载标准值+0.7楼面活载标准值)四、竖向活荷载的最不利作用位置利用影响线可确定竖向活荷载的最不利作用位置。ABC 1当竖向活荷载作用下的内力采用分层法计算时对于梁端弯矩只需考虑本层活荷载的最不利布置；对于柱端弯矩只需考虑相邻上下层的活荷载最不利布置；对于柱最大轴力，可根据负荷范围计算。五、

3、梁端弯矩调幅前面介绍的框架结构分析采用的是弹性理论，并且假定梁柱节点是完全刚性的。实际上，当梁端截面首先出现塑性时，将发生内力重分布；另外，对于装配式框架和装配整体式框架，节点并非完全刚性。为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。装配整体式框架0.20.3。调幅系数 可取：现浇框架0.10.2；六、设计内力的修正内力分析得到的梁端弯矩、剪力是指轴线处的，设计时b2b2可取梁端柱边的弯矩和剪力：均布荷载V=V0M=M0 VV=V0(g+q)集中荷载bMVM0V04.3.1 设计内力4.3.2 砼构件设计4.3.3 钢构件设计4.3.4 型钢砼构件设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构

4、分析4.3 构件设计4.4 基础设计一、框架梁、柱框架梁截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受弯承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度验算。4.3.2 混凝土构件设计框架柱截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受压承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度。框架柱的斜截面承载力按下式计算：Asvsh0+0.07Nftbh0+fyvV 1.75+1计算截面的剪跨比，当反弯点在层高范围内时可以取=Hn/(2h0)，其中Hn为柱净高；13。(4.3.4)二、框架节点对于非抗震设防区，节点承载力可通过构造措施来保证。一般要求节点混凝土强度：对于现浇框架与

5、柱相同；对于装配整体式框架与预制构件高一级；节点内水平箍筋：一般情况同柱；如纵筋搭接头位于节点内应符合搭接范围内的箍筋设置要求。节点截面尺寸：一般情况与柱相同；对于顶层边节点，梁的截面尺寸应满足：0.35cfcbbh0Asfys100(受拉)或200(受压)lallla/2la/26llll112dla12d12dla12d柱纵筋在节点区的锚固15d15d梁纵筋在节点区的锚固la0.4lala5dla0.4la上部钢筋锚固15d8d1.7la8d15d（少于35%的柱外侧纵筋）1.5la12d梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层边节点的搭接lalala0.4lala0.4la下部钢筋锚固4.3.1 设

6、计内力4.3.2 砼构件设计4.3.3 钢构件设计4.3.4 型钢砼构件设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计4.3.3 钢构件设计一、框架梁、柱当多层框架采用混凝土楼板（或压型钢板组合楼板）并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴力的影响，按受弯构件设计钢梁。框架钢梁进行承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算、整体稳定计算（施工阶段）和正常使用极限状态的挠度验算。框架柱按压弯构件，进行承载能力极限状态的强度计算、整体稳定计算、局部稳定计算。框架柱计算长度与框架类型和内力分析方法有关。纯框架（无支撑）支撑框架（设有竖向桁架、按一阶弹性分析方法时，按有侧移框架的

7、附表C.3.2确定当采用二阶弹性分析方法，且在每层柱节点加上假想水平力（4.2.17c）时，框架柱的计算长度系数取1.0。强支撑框架按无侧移框架的附表C.3.1确定弱支撑框架按下式确定=0+(1-0)Sb/3(1.2Nbj-N0j)剪力墙、1、0分别为按有侧移框架和无侧移框架计算柱筒体等）算得的轴压杆稳定系数。梁与柱的连接一般采用柱贯通型。分铰接连接、半刚性连接和刚性连接。框架结构梁与柱的连接可采用焊接、高强螺栓连接或栓焊混合连接。刚性连接的精确计算法：腹板承担全部剪力，翼缘和腹板共同承担弯矩。刚性连接的常用计算法：梁端弯矩全部由翼缘承担；梁端剪力全部由腹板承担，腹板与柱的连接强度尚应不小于腹

8、板净截面面积抗剪承载力的1/2或梁端弯矩下的剪力值。二、框架节点hbfhcfMb1Mb2节点域43Mb1+Mb2VP=框架结构梁与柱刚性连接时，除需要进行连接部位在弯矩和剪力作用下的承载力计算，还需进行节点域抗剪强度和局部稳定计算以及梁上下翼缘标高处柱水平加劲肋或隔板的厚度验算。节点域抗剪强度计算如不满足，可将柱腹板在节点域局部加厚。柱腹板厚度hbf +hcf90tw fv (4.3.8)(4.3.9a)wc t2.5kc 2.5 c ktfb加劲肋验算在钢梁受压翼缘的作用下，钢柱腹板由于局部屈曲会产生破坏。在进行柱腹板的受压承载力验算过程中，一般假定钢梁受压翼缘屈服时传来的压力将以1:2.5

9、的角度均匀地传递到腹板角焊缝的边缘。kcAfb fbMAfbfb2.5kc 2.5 c kwc ttfb N max ,hc fyc 柱腹板厚度在钢梁受压翼缘作用下的要求30 235 bcbe fctwc加劲肋验算钢梁受压翼缘屈服时的压力Nbc=Afb fb钢梁受压翼缘屈服时的压力柱腹板局部受压的有效宽度be=tfb+5kc钢梁翼缘厚度柱翼缘板的刚度验算tfc 0.4 Nbc fckcAfbfbMAfbfb钢柱翼缘外侧至腹板倒角根部或角焊缝焊趾的距离(4.3.9b)(4.3.9c)柱与柱的拼接节点一般若干层设一个，理想位置应选择内力较小处，如反弯点处。但为方便施工，常将拼接节点设置在离楼面1.

10、11.3m处。H型柱，其翼缘常采用全焊透对接焊缝，腹板采用高强螺栓连接或翼缘板和腹板均采用摩擦型高强螺栓连接；箱型截面和管型截面全部采用全焊透对接焊缝。柱与柱的拼接连接s btFc tsbsts衬板安装连接用耳板引弧板安装连接用耳板bs 1825mm衬板 tFc16mm时，810mm，bs 2532mm方式一：翼缘板用全熔透的坡口对接焊缝，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接(a)(b)方式二：翼缘板和腹板均采用摩擦型高强度螺栓连接安装连接用耳板安装连接用耳板安装连接用耳板下柱水平加劲隔板环形衬板安装连接用耳板环形衬板方式三：全熔透的坡口对接焊缝箱形截面柱圆形截面柱nf1=N f +/NV b等强设计

11、法：实用设计法：柱翼缘同时承担轴向压力 N f和绕强轴的全部弯矩M；腹板同时承担轴向压力NW 和全部剪力V，其中轴力按面积分配。柱单侧翼缘连接所需高强螺栓数目M (H t)腹板连接所需高强螺栓数目2 bnW =NW+V 2/NV(4.3.10a)(4.3.10b)按连接柱的翼缘和腹板净截面面积的等强度进行连接设计。柱拼接连接有等强度设计方法和实用设计方法。全焊拼接梁与梁的拼接连接框架梁在工地的拼接主要用于柱带悬臂梁段与梁的连接，有三种接头形式：翼缘采用全焊透焊缝连接，腹板采用摩擦型高强螺栓连接 翼缘和腹板均采用摩擦型高强螺栓连接 翼缘和腹板均采用全焊透焊缝连接腹板承担全部剪力，翼缘和腹板共同承

12、担弯矩。简化计算：弯矩全部由翼缘承担，剪力全部由腹板承担。(c)(b)(a)栓焊混合拼接全栓拼接4.3.1 设计内力4.3.2 砼构件设计4.3.3 钢构件设计4.3.4 型钢砼构件设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计4.3.4 型钢混凝土构件设计(自学)型钢混凝土构件是以型钢为骨架，周围配以钢筋，浇筑混凝土后，钢骨与外包钢筋混凝土成为一体的组合构件。一、特点 与混凝土构件相比可以减小截面尺寸；比混凝土构件的延性好；型钢可以承受施工荷载，减少脚手架；与钢结构相比可以提高防火和防锈性能；提高钢件的稳定性；费用高于混凝土构件，低于钢构件。as1h02h0h

13、0haa二、型钢混凝土梁设计正截面承载力1.破坏形态试验表明：受弯构件在外荷载作用下，截面的混凝土、钢筋和型钢的应变保持平面，受压极限变形接近于0.003，破坏形态以型钢上翼缘以上混凝土突然压碎、型钢下翼缘达到屈服为标志，其基本性能与钢筋混凝土受弯构件类似。bAsAaAsAa2.基本假定截面应变保持平面；不考虑混凝土的抗拉强度；型钢腹板的应力图形为拉、压梯形应力图形。设计计算时，简化为等效矩形应力图形；钢筋应力取=E，但不大于其强度设计值。受拉钢筋受压边缘砼极限压应变cu取0.003，相应的最大压应力取 fc，受压区应力图简化为等效矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的中和轴高度乘以系数1，

14、矩形应力图的应力取为 fc；和型钢受拉翼缘的极限拉应变取su=0.01 。as1h02h0h0haaAs3.基本公式AsAafAafb截面几何尺寸MufyAsfaAaffaAaffcfyAs fafa截面应力分布Mu截面应变分布cuxax简化：受压混凝土应力采用等效矩形分布，等效压区高度取实际高度的1；型钢腹板的轴向合力用Naw表示；对受拉钢筋和型钢受拉翼缘合力点的力矩用Maw表示。MufyAsfaAaffcNawfaAaffyAs等效应力分布MufaAaffyAs截面应力分布fcfyAs fafaAaffaxfcbx+fyAs+faAaf fyAs faAaf +Naw=0M Mu=fcbx

15、(h0 x/2)+fy s(h0 as)A+fa af (h0 aa )+M awAMufyAsfcfaAafNawfaAaffyAs等效应力分布=0FX Naw：型钢腹板承受的轴向合力。M=0M aw:型钢腹板承受的轴向合力对型钢受拉翼缘和纵向受拉钢筋合力点的力矩。2h01h0 xa=(xa 1 0)tw ah0 (xa+1 0)(2 0 xa w ah0 (xa+2 0)1 2=(1 +2)(1 2)+twh0 2 fa+1 2fafa型钢腹板应力的简化如果xa 1h0，或x/11h0：xa 2h0，或x/1bh0 ，属小偏压，s =其中f y a20.003Es(1)h；a =1h02h

16、0 xxafaNawfafa2h0 1h0h0 1h0(2h0 1h0)/2=h0(2h0+1h0)/2Naw=(2 1)h0tw fa2Maw=(2 1)h0tw fa1(2+1)/2h0=(2 1)(2 12)/2twh0 fa(4.3.25b)当x/11 h0、x/12 h0时，中和轴在型钢腹板外，(4.3.25a)Asvsfatwhw+0.07Nh0+fcbh0+f yvVc Vu=0.580.20+1.52.斜截面承载力实验情况型钢混凝土柱斜截面承载力由钢筋混凝土和型钢二部分的承载力组成；压力对受剪承载力有有利影响；型钢部分可只考虑型钢腹板部分的受剪承载力。计算公式 ：框架柱计算剪跨

17、比，可取 =Hn/2h0 ，1 3N ：框架柱轴力设计值，当 N 0.3fcAc 时，取 N=0.3fcAc n轴压比限值NfcAc+faAan轴压力限值系数。截面限值剪压比限值Vb 0.45c fcbh0(4.3.18)四、型钢混凝土梁柱节点连接构造型钢混凝土梁柱节点的连接构造应做到构造简单、传力明确、便于混凝土浇捣和配筋。型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接；型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接；型钢混凝土柱与钢梁连接。梁柱连接方式：梁柱连接要点：柱内型钢宜采用贯通型，其拼接构造应满足钢结构连接要求；柱型钢沿高度方向，在对应型钢梁上、下翼缘处或钢筋混凝土梁上、下边缘处，应设置水平加劲肋，保证梁端内

18、力传递；型钢混凝土内型钢梁柱节点及水平加劲肋梁柱节点应采用刚性连接，梁钢筋伸入柱节点并有可靠锚固；柱型钢截面形式和纵向钢筋的配置，宜便于梁纵向钢筋贯穿节点，以尽可能减少梁纵向钢筋穿过柱型钢的数量，且应尽量使梁内钢筋穿过型钢腹板，而不穿过型钢翼缘；型钢混凝土梁柱节点穿筋构造搭接焊接梁柱连接可在柱型钢上设置钢牛腿，梁纵向钢筋中部分钢筋可与钢牛腿焊接或搭接，其长度应满足钢筋内力传递要求；型钢混凝土梁柱节点设置钢牛腿连接型钢混凝土柱与型钢混凝土梁或钢梁连接时，柱内型钢与梁内型钢或钢梁应采用刚性连接，且梁内型钢翼缘与柱内型钢翼缘应采用全熔透焊缝连接；梁腹板与柱宜采用摩擦型高强螺栓连接；悬臂梁段与柱应采用

19、全焊接连接。型钢混凝土内型钢梁与柱连接构造H柱全高箍筋加密过渡层A钢筋混凝土柱柱钢骨钢骨混凝土柱H2200mm栓钉A h1A-A五、柱与柱连接构造型钢混凝土柱、钢筋混凝土柱连接（下部型钢向上延伸一至两层作为结构过渡层）hs过渡层钢柱钢骨混凝土BB2hAAA-A型钢混凝土柱、钢柱连接B-B柱内型钢梁内型钢柱纵筋梁纵筋箍筋贯通孔水平加劲肋柱箍筋梁箍筋4.4.1 基础类型4.4.2 分析模型4.4.3 条基设计4.4.4 十字基础设计4.4.5 片筏基础设计3.5 框架结构基础设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计4.4.1 基础类型及其选型种类与布置结构分析

20、基础的重要性：1、对建筑物安全、使用、工程量、造价和施工工期的影响都很大；2、隐蔽工程，一旦失事，难以补救。基础设计不能孤立地进行，需要上下兼顾。基础浅基础深基础扩展基础片筏基础桩基础其它柱下独立基础柱下条形基础墙下条形基础十字形基础箱形基础柱下条形基础柱下独立基础十字形基础片筏基础梁板式片筏基础片筏基础平板式片筏基础箱形基础桩基础桩预制桩灌注桩机械打桩振动打桩静力压桩钻孔扩底桩人工挖孔桩沉管灌注桩单桩承台双桩承台三桩承台4.4.1 基础类型4.4.2 分析模型4.4.3 条基设计4.4.4 十字基础设计4.4.5 片筏基础设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4

21、基础设计4.4.2 基础分析模型上部结构、基础和地基是一个整体。为了减少计算工作量，简化分析模型常将上部结构与地基基础分开分析；任何一种分析模型都必须满足上部结构与基础、基础与地基之间的力的平衡和变形协调条件；基础受到来自上部结构的荷载和地基反力，前者通过上部结构内力分析得到，后者涉及地基模型。结构基础地基一体化分析结构地基涉及地基模型结构内力分析简化模型：边界条件的模拟满足条件：力的平衡、变形协调荷载传递基础?反力一、地基模型文克勒地基模型地基上任一点所受的压强p与该点的地基沉降s成正比，p=ksk 称为基床系数某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独立的土柱，类似一根根弹簧

22、，该模型又称为弹簧地基模型。按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地基。半空间地基模型弹性半空间表面作用竖向集中荷载P时，任一点地基表面的沉降可表示为s=w(x,y,0)=P(1 2)E x2+y2该模型的扩散范围往往超过实际情况。压缩层地基模型该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。地基沉降线性分布基础与地基之间需保持变形协调二、基础模型刚性基础模型基础受荷后仅发生刚体位移地基反力线性分布假定：基础刚度无限大根据文克勒地基模型求出地基反力基础沉降线性分布根据静力平衡条

23、件pmaxpminpmaxpminpminpmax倒梁法模型上部结构刚度很大pmaxpmin静力法模型上部结构刚度很小d wEI =Mdx=Qd wdxd wdx+4 w=0 其中弹性基础模型1.地基系数法根据基础梁的挠度等于地基沉降以及地基沉降与基底反力之间的关系建立基础梁的弹性挠曲线微分方程。22基础梁挠度微分方程为：P0wpxdM dQdx dx=q=BpEI=Bkw44p=kw444Bk4EI=4d w求解微分方程，利用边界条件确定积分常数；w=ex(C1cosx+C2 sinx)+ex(C3 cosx+C4 sinx)求得基础梁的挠度后，利用挠度与截面弯矩、剪力的关系，得到基础梁截面

24、内力。2dx2M=EIdMdx=QP 02Bk=wx=0集中力P0作用于无限长梁时，作用点的沉降为：2.链杆法将梁底接触面等分成若干个段落，每个段落的中点设置一根链杆，段落范围内基底反力的合力用链杆的内力代替；将链杆内力作为未知数，用结构力学方法求解。3.有限差分法用差分方程代替微分方程的一种数值分析方法，可用来分析板式基础。4.4.1 基础类型4.4.2 分析模型4.4.3 条基设计4.4.4 十字基础设计4.4.5 片筏基础设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计=pmin BL fa pmax+pmin4.4.3 条形基础设计一、内力分析确定基底反力

25、和基础底面尺寸BL6M2pmax NB11N1NiMiL11pmaxM1pmin 2pmax 1.2 fa静力法基础梁内力计算用地基净反力。基础梁受柱子内力和地基净反力，用截面法可求出任一截面的弯矩和剪力。倒梁法按连续梁计算。支座反力可能与柱子轴力不相等。li li+1(li+li+1)/3将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各1/3跨度范围内作为基底反力的调整值，再进行连续梁分析，直至两者基本吻合。静力法与倒梁法的比较1.除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱的轴力，两者的结果才会一致。2.上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结

26、果的内力包络图进行截面设计。3.静力法通过将柱内力直接作用于基础来满足力的平衡；柱自动具有与接触点基础梁相同的变形。4.倒梁法的柱与基础铰接，基础在铰接点具有与柱相同的变形；而力的平衡是通过不断调整局部基底反力来满足。冲切面冲切面肋梁冲切翼板冲切肋梁二、截面设计受弯承载力受剪承载力抗冲切承载力翼板受弯承载力抗冲切承载力三、构造要求几何尺寸配筋构造4.4.1 基础类型4.4.2 分析模型4.4.3 条基设计4.4.4 十字基础设计4.4.5 片筏基础设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计4.4.4 十字形基础的内力分析一、上部结构刚度很大NiMiyMix二

27、、上部结构刚度很小将柱子的轴力和力矩直接作用于十字梁基础的交叉节点上；对于力矩，假定完全由作用方向的基础梁承担；对于节点竖向力根据静力平衡条件和变形协调条件在两个方向的基础梁之间分配。对任一节点，有Ni=Nix+Niyix=iywx=0=0=ix=2B k =8x xEI三、近似方法ByBxxy计算各节点的竖向位移时，不考虑相邻荷载的影响。中柱节点计算纵横基础上在该节点处的竖向位移时，仅考虑 Nix、Niy的作用，并将纵横两向的条形基础视作文克勒地基上无限长梁。x iy 2Byk NixxNiy y4P 2BkBk4EIyNix3Niy83EI y=ix=iy +I I x x y yI y

28、yByBx xy边柱节点Nix作用于无限长梁上，Niy 作用于半无限长梁上。Bx xByy角柱节点纵横两向的条形基础均视作文克勒地基上的半无限长梁。x yxNiNiNix=Niy=Ix33 33Ix3+I y3Ni=Nix+Niy4.4.1 基础类型4.4.2 分析模型4.4.3 条基设计4.4.4 十字基础设计4.4.5 片筏基础设计框架设计4.1 组成与布置4.2 结构分析4.3 构件设计4.4 基础设计=B L4.4.5 片筏基础内力分析要点上部结构刚度较小时，可直接将柱子轴向力和力矩作用于基础。对于平板式基础可以采用地基系数法、有限差分法等确定基底反力和进行板的内力分析。上部结构刚度较大时，可将片筏基础作为倒置的楼盖，以柱子为支座。采用文克勒地基模型，当假定基础为刚性时，基底反力线性分布。6M y2pmin BL BL2pmax N 6M x