学习情境8 框架结构 课件(共65张PPT)-《建筑结构》同步教学(建工版)

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学习情境8 框架结构 课件(共65张PPT)-《建筑结构》同步教学(建工版)

资源简介

(共65张PPT)
学习情境8
框架结构
【知识目标】 掌握框架结构的基本构造;掌握框架水平、竖向荷载作用下内力分析及就算方法;掌握框架节点构造要求。
【能力目标】 理解框架结构的一般构造要求;理解内力计算原理及过程;学会识读现浇框架节点构造图。
学习情境8 框架结构
本章主要内容
序:多层及高层房屋结构体系
1、多高层的划分
8.1 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:2~9层,且≯28m的建筑物
高层:≥10层,或> 28m的建筑物
2、高层建筑结构特点
⑴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。
⑵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。
⑶结构设计中水平荷载起控制作用(风荷载和地震作用)
⑷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;
⑸工程造价较高:竖向交通和防火要求导致。
8.1 多层及高层房屋结构体系
3、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
8.1 多层及高层房屋结构体系
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:15-20层 地震区: 10层以下
框架结构
8.1 多层及高层房屋结构体系
8.1 多层及高层房屋结构体系
4、多高层建筑设计一般原则
8.1 多层及高层房屋结构体系






平面布置
①简单、规则、对称、减少偏心;
②平面长度、突出部分的控制:凹角处加强
③避免出现薄弱部位:角部重叠或细腰部。
竖向布置
①规则、均匀:避免结构错层和局部夹层;
②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8.2
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8.2
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 5 5 4 2
框架-剪力墙 5 5 4 3
剪力墙 6 6 5 4
筒中筒
框架-核心筒 6 6 5 4
8.1 多层及高层房屋结构体系
8.1 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




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
8.1 多层及高层房屋结构体系




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
8.1 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
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。
8.2 框架结构
8.1 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




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.
8.2 框架结构
框架结构
1、框架结构的组成和分类
组成

基础

刚性节点
固定连接
8.2 框架结构
8.2 框架结构






现浇整体式
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
……
8.2 框架结构
8.2 框架结构
2、框架结构的布置






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:避免突变、错层、局部夹层
控制房屋高宽比H/B≤4: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
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
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
8.2 框架结构
布置方式:内廊式、跨度组合式
8.2 框架结构
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
8.2 框架结构

重 框架 布 置
8.2 框架结构
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: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
度差。
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。
8.2 框架结构
8.2 框架结构
本节小结
⑴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;
⑵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。
⑶承重框架的布置方案: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
8.2 框架结构
3、框架结构受力特点
8.2 框架结构
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
8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力










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:
①框架无侧移;
②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,有效地减少了计算工作量。
8.2 框架结构
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










计算简图
8.2 框架结构







8.2 框架结构
M图


N

V

8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力
8.2 框架结构







8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力
M

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

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

框架柱:截面产生轴向压力,“-”表示受压
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力
内力近似计算方法










计算简图
反弯点法
D值法
反弯点法适用范围:
梁柱刚度之比值ib/ic≥3
反弯点法计算假定:
①框架横梁刚度无穷大——无变形;
②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。
8.2 框架结构
D值法
内力近似计算方法
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力










反弯点法
D值法适用范围:
梁柱刚度之比值ib/ic<3
反弯点法计算误差:
① 假定ib/ic=∞:横梁无变形,节点无
转角;
②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①:柱的侧移刚度
修正②:调整反弯点高度
8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力









M图
V

N


+
+

8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力









M

框架梁柱:均呈线性分布,梁、柱支座
截面分别产生± Mmax
V

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

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
8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力









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。



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
顶部纵筋
跨中
截面
8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力












跨中纵筋
跨中纵筋
支座负筋
跨中可能负筋
支座箍筋
8.2 框架结构
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力









8.2 框架结构







│Mmax│及相应的N、V
Nmin及相应的M、V
Nmax及相应的M、V
可能大偏压
可能小偏压
8.2 框架结构
框架在荷载作用下的内力
















柱上端纵筋
柱下端纵筋
箍筋
8.2 框架结构
8.2 框架结构







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
8.2 框架结构
侧移组成
总体剪切变形
总体弯曲变形
8.2 框架结构







侧移组成












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。
8.2 框架结构







8.2 框架结构
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/hi≤1/550
8.2 框架结构
⑷框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求。
⑸框架梁跨中上部钢筋≮2Φ12与支座负弯矩钢筋搭接,ll≮150mm;
梁支座负筋伸出柱边长度≮ln/4,箍筋沿全长均匀设置。
⑹框架柱宜采用对称配筋,dmin≮12mm,ρmax≤5%,
ρmin≥0.4%。
四、非抗震设计现浇框架的构造要求
1、一般构造要求
8.2 框架结构
⑴砼强度等级:不应低于C20 ——大荷载砼柱强度宜高
⑵钢筋级别 纵筋:HRB400或HRB335
箍筋:HRB335或HPB235
⑶节点区砼:≥柱砼等级
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≥500mm
绑扎搭接:≥600mm,搭接长度ll≮1.2 la
当纵筋d>28mm时,不宜采用绑扎搭接接头。
8.2 框架结构
1、一般构造要求











8.2 框架结构
2、节点构造
梁下部纵筋伸入中间节点锚固:
①计算不利用其强度时:伸入节点las≮12d。
②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。
③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。
8.2 框架结构
2、节点构造
8.2 框架结构
8.2 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
8.2 框架结构
2、节点构造
中间层
端节点
⑴梁上部纵筋在端节点锚固:
①直线锚固:≮la,且伸过柱中心线≮5d。
②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。
⑵梁下部纵筋:锚固要求同中间层中间节点。
⑶柱纵筋同中间层中间节点。
顶层
中间
节点
2、节点构造
①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。
②弯折锚固1:柱筋伸至柱顶向节点内弯折,
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

③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。
8.2 框架结构
顶层
中间
节点
2、节点构造
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。
8.2 框架结构
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。
8.2 框架结构
伸入梁内柱筋截面积≮柱外侧纵筋的65%。
当外侧柱筋ρ>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ρ>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
8.2 框架结构
8.2 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。
8.2 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
①与框架梁底须用块材“塞紧”;
②与框架柱间应紧密接触,沿高度每隔若干皮砖
用2 6钢筋与柱拉结。
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。
8.2 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
混凝土结构抗震等级表
结构体系类型 设 防 烈 度
6 7 8 9
框架结构 高 度(m) ≤30 >30 ≤30 >30 ≤30 >30 ≤25
框 架 四 三 三 二 二 一 一
剧场、体育馆等大跨度
公共建筑 三 二 一 一
框架-剪力墙
结构 高 度(m) ≤60 >60 ≤60 >60 ≤60 >60 ≤50
框 架 四 三 三 二 二 一 一
剪力墙 三 二 一 一
剪力墙 高 度(m) ≤80 >80 ≤80 >80 ≤80 >80 ≤60
剪力墙 四 三 三 二 二 一 一
部分框支
剪力墙结构 框支层框架 二 二 一 一 不应
采用 不应
采用
剪力墙结构 三 二 二 一 一
筒 体 框架-核心筒 框 架 三 二 一 一
核心筒 二 二 一 一
筒中筒 内 筒 三 二 一 一
外 筒 三 二 一 一
8.2 框架结构
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;
箍筋宜用HRB335、HRB400和HPB235级钢筋。
混凝土强度等级
钢筋种类
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:
施工中,不宜采用较高强度等级钢筋代替原设计中的纵筋。
纵筋最小锚固长度按laE 取用
8.2 框架结构
钢筋锚固
laE确定原则
一、二级抗震等级 : laE=1.15 la
三级抗震等级: laE=1.05 la
四级抗震等级 : laE =1.0 la
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。
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。
8.2 框架结构
8.2 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。
8.2 框架结构
柱的箍筋形式






箍 筋
⑴截面尺寸
高度:ln/ hb≮4, hb/bb≯4,
宽度:bb≮200mm,且bb≮bc/2
3、框架梁抗震构造要求
⑵梁纵向钢筋
1)梁端底部、顶面配筋量比值
原因 ①可能出现正弯矩;
②一定受压筋可减小受压高度,提高梁变形能力。
限值 一级:≮0.5
二、三级:≮0.3
8.2 框架结构
3、框架梁抗震构造要求
2)梁端受拉纵筋ρ 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)
8.2 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/4
4)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 ,竖直段上弯15d;
与非抗震设防不同之处:均按受拉考虑
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。
8.2 框架结构
8)梁的箍筋
①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。
8.2 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:
抗震等级 加密区长度(mm)
(采用较大者) 箍筋最大间距(mm)
(采用最小值) 箍筋最小直径
(mm)
一 2hb,500 hb/4,6d,100 Φ10
二 1.5hb,500 hb/4,8d,100 Φ8
三 1.5hb,500 hb/4,8d,150 Φ8
四 1.5hb,500 hb/4,8d,150 Φ6
注:d为纵筋直径;当梁端纵筋2%时,dmin增大2mm。
8)梁的箍筋
一级:{200mm、20d}min
②梁端加密区的箍筋肢距 二、三级:{250mm、20d}min
四级:≯300mm
其中:d为箍筋直径较大值。
③非加密区箍筋最大间距:不宜大于加密区箍筋间距的2倍。
④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。
4、框架柱抗震构造要求
⑴ 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λ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λ=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。
⑵ 柱内纵向钢筋
柱中纵筋应符合下列要求:
①柱中纵筋宜对称配置。
②当截面尺寸大于400mm时,纵筋间距不宜大于200mm。
8.2 框架结构
③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%。
④柱中纵筋总配筋率不应大于5%;一级且剪跨比λ≯2的柱,每侧纵筋配筋率不宜大于1.2%。
⑤边柱、角柱在地震作用组合产生拉力时,柱内纵筋总面积应比计算值增加25%。
⑥柱纵筋的连接要求与梁相同,但应避开弯矩较大的位置和柱端箍筋加密区。
框架柱全部纵向钢筋最小配筋百分率(%) 表9-5
类 别 抗 震 等 级
一 二 三 四
中柱、边柱 1.0 0.8 0.7 0.6
角柱、框支柱 1.2 1.0 0.9 0.8
注:采用HRB400级热轧钢筋时允许减少0.1,混凝土强度等级高于C60时应增加0.1。
8.2 框架结构
⑶ 柱的箍筋
①框架柱内箍筋常用形式如图9-20所示。
8.2 框架结构
②框架柱的上下两端须设置箍筋加密区。柱箍筋加密区的范围、加密区内箍筋最大间距和最小直径应按表9-6采用。
框支柱、剪跨比不大于2的柱以及一、二级抗震设防的框架角柱,应沿柱全高加密。短柱由于主要是剪切破坏,因而需要在柱全高范围内加密。
柱箍筋加密区长度、箍筋最大间距和最小直径 表9-6
抗震等级 箍筋最大间距(mm)
(采用较小值) 箍筋最小直径
(mm) 箍筋加密区长度(mm)
(采用较大者)
一 6d,100 Φ10 h(D)
Hn/6(柱根Hn/3)
500
二 8d,100 Φ8
三 8d,150(柱根100) Φ8
四 8d,150(柱根100) Φ6(柱根Φ8)
注:①d为柱纵筋最小直径,h为矩形截面长边尺寸,D为圆柱直径,Hn为柱净高;
②柱根指框架底层柱的嵌固部位。
8.2 框架结构
③柱箍筋加密区的箍筋肢距,一级不宜大于200mm,二、三级不宜大于250mm和20d(d为箍筋直径较大者),四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束。采用拉筋复合箍时,拉筋宜紧靠纵筋并钩住封闭箍筋。
④柱箍筋非加密区的箍筋间距,一、二级框架柱不应大于10倍纵筋直径,三、四级框架柱不应大于15倍纵筋直径。
8.2 框架结构
5、框架节点构造
框架节点内必须设置足够数量的水平箍筋,箍筋的最大间距、最小直径与柱加密区的要求相同,或比其要求更高。
柱中纵筋不宜在节点区截断,框架梁上部纵筋应贯穿中间节点。框架梁、柱中钢筋在节点的配筋构造参见非抗震设防要求现浇框架,但钢筋的锚固长度应满足相应的纵向受拉钢筋抗震锚固长度laE。
8.2 框架结构

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