多高层框架结构设计讲义.ppt

1、 多高层框架结构设计多高层框架结构设计本章重点本章重点框架结构的布置原则与方法。框架结构的布置原则与方法。梁柱截面尺寸及框架计算简图。梁柱截面尺寸及框架计算简图。分层法、分层法、D值法。值法。侧移验算。侧移验算。梁柱节点构造。梁柱节点构造。3.1 概述概述 由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖向和水由梁和柱为主要承重构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构平作用的结构称为框架结构。框架结构框架结构框架结构的优点：框架结构的优点：结构轻巧，平面布置灵活。结构轻巧，平面布置灵活。整体性较好。整体性较好。可形成较大的使用空间。可形成较大的使用空间。施工较方便。施工较方便。较经济。较经济。适于办公

2、楼、住宅、教学楼、公共性及商业性建筑、适于办公楼、住宅、教学楼、公共性及商业性建筑、图书馆、轻工业建筑、公寓等。在非地震区适用高度图书馆、轻工业建筑、公寓等。在非地震区适用高度不大于不大于70m,一般不超过一般不超过20层，最大高宽比为层，最大高宽比为5.关关于于多多层层与与高高层层建建筑筑的的界界限限，各各国国有有不不同同的的标标准准。我我国国不不同同标标准准也也有有不不同同的的定定义义：高高层层建建筑筑混混凝凝土土结结构构技技术术规规程程JGJ3-2002（以以下下简简称称高高规规）以以10层层及及10层层以以上上或或高高度度大大于于28m的的房房屋屋为为高高层层建建筑筑，民民用用建建筑筑

3、设设计计通通则则JGJ37-87和和高高层层民民用用建建筑筑设设计计防防火火规规范范均均以以10层层及及10层层以以上上或或高高度度大大于于24m的房屋为高层建筑。的房屋为高层建筑。高层框架结构风载取值、楼面活载布置与多层高层框架结构风载取值、楼面活载布置与多层略有不同，水平荷载下应补充侧移验算，其余设计内略有不同，水平荷载下应补充侧移验算，其余设计内容与多层基本相同。容与多层基本相同。多层与高层的界限多层与高层的界限3.2.1 结构布置一般原则结构布置一般原则 满足使用要求；满足使用要求；满足人防、消防要求，与水、暖、电专业协调；满足人防、消防要求，与水、暖、电专业协调；结构尽可能简单、规则

4、、对称；结构尽可能简单、规则、对称；施工简单；施工简单；经济；经济；妥善处理温度、地基不均匀沉降、地震作用。妥善处理温度、地基不均匀沉降、地震作用。3.2 结构布置方法结构布置方法3.2.2 框架结构的结构布置框架结构的结构布置在在框框架架体体系系中中，主主要要承承受受楼楼面面和和屋屋面面荷荷载载的的梁梁称称为为框框架架梁梁，另另一一方方向向的的梁梁称称为为连连系系梁梁。框框架架梁梁和和柱柱组组成成主主要要承承重重框框架架，连连系系梁梁和和柱柱组组成成非非主主要要承承重重框框架架。若若采采用用双双向向板板，则则双双向向框框架架都都是是承承重框架。承重框架有以下三种布置方案：重框架。承重框架有以

5、下三种布置方案：1.横向布置方案横向布置方案1)概概念念：框框架架梁梁沿沿房房屋屋横横向向布布置置，连连系系梁梁和和楼楼（屋屋）面板沿纵向布置。面板沿纵向布置。2)特特点点：房房屋屋纵纵向向刚刚度度较较富富裕裕，而而横横向向刚刚度度较较弱弱，采采用用这这种种布布置置方方案案有有利利于于增增加加房房屋屋的的横横向向刚刚度度，提提高高抵抵抗抗水水平平作作用用的的能能力力，因因此此在在实实际际工工程程中中应应用用较较多多。缺缺点点是是由由于于主主梁梁截截面面尺尺寸寸较较大大，当当房房屋屋需需要要较较大大空空间间时，其净空较小。时，其净空较小。2.纵向布置方案纵向布置方案1)框架梁沿房屋纵向布置，楼板

6、和连系梁沿横向布置。框架梁沿房屋纵向布置，楼板和连系梁沿横向布置。2)房间布置灵活，采光和通风好，利于提高楼层净高，房间布置灵活，采光和通风好，利于提高楼层净高，需要设置集中通风系统的厂房常采用这种方案。但因其需要设置集中通风系统的厂房常采用这种方案。但因其横向刚度较差，在民用建筑中一般采用较少。横向刚度较差，在民用建筑中一般采用较少。横向框架承重方案横向框架承重方案纵向布置连系梁。横向抗侧纵向布置连系梁。横向抗侧刚度大。有利采光和通风。刚度大。有利采光和通风。纵向框架承重方案纵向框架承重方案横向布置连系梁。横向抗侧横向布置连系梁。横向抗侧刚度小。有利获得较高净空。刚度小。有利获得较高净空。3

7、.纵横向布置方案纵横向布置方案沿房屋的纵向和横向都布置承重框架。整体性好。沿房屋的纵向和横向都布置承重框架。整体性好。梁柱一般为刚接，有时为了方便施工也有做成铰接或梁柱一般为刚接，有时为了方便施工也有做成铰接或半铰接（半刚接的）。半铰接（半刚接的）。常见柱网布置框架的立面布置规则框架规则框架内收内收外挑外挑复式框架复式框架缺缺梁梁抽抽柱柱错层错层3.3梁柱截面尺寸的估算混凝土柱混凝土柱根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力根据柱的负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力取取按轴压构件估算截面积按轴压构件估算截面积抗震设计时，取抗震设计时，取要求满足：要求满足：（抗震等级三级）抗震等级三级）（抗震

8、等级二级）抗震等级二级）（抗震等级一级）抗震等级一级）对于砼梁对于砼梁整体式楼盖整体式楼盖梁刚度应考虑楼板的作用。梁刚度应考虑楼板的作用。中框架中框架边框架边框架装配整体式楼盖装配整体式楼盖中框架中框架边框架边框架装配式楼盖装配式楼盖混凝土梁混凝土梁梁高梁高h h取取；梁宽取梁宽取3.4 计算简图计算简图框架梁柱用其轴线表示框架梁柱用其轴线表示;梁柱刚接于节点梁柱刚接于节点;杆件杆件长度用节点之间的距离表示长度用节点之间的距离表示.计算跨度取框架之间轴线距离计算跨度取框架之间轴线距离;柱的计算高度可以取层高柱的计算高度可以取层高,底层柱高一般取基底层柱高一般取基础顶面到楼面标高处的距离础顶面到

9、楼面标高处的距离;跨度相差不超过跨度相差不超过10%时时,按等跨计算内力按等跨计算内力;屋面斜梁坡度不超过屋面斜梁坡度不超过1/8时时,按水平梁计算按水平梁计算.3.5 荷载计算荷载计算竖向荷载竖向荷载自重自重楼面活荷载楼面活荷载水平荷载水平荷载风荷载风荷载地震作用地震作用楼面荷载楼面荷载对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，长跨方向梁承受梯形分布荷载；荷载，长跨方向梁承受梯形分布荷载；对于单向板则仅短跨方向的梁承受均布荷载；对于单向板则仅短跨方向的梁承受均布荷载；如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。楼

10、面和屋面活载见附录楼面和屋面活载见附录3,注意折减系数注意折减系数(附表附表3.2)水平荷载简化为节点荷载水平荷载简化为节点荷载风风荷荷载载 垂直于建筑物表面的垂直于建筑物表面的风风荷荷载标载标准准值值可按下式可按下式计计算：算：基本风压基本风压(kN/m2)高度高度 z 处的风振系数处的风振系数风风荷荷载载体型系数体型系数(附表附表5.3)风压风压高度高度变变化系数化系数(附表附表5.1)高度高度 z 处的风振系数处的风振系数对对高度不大于高度不大于30m或高或高宽宽比不小于比不小于1.5的的结结构，构，=1.0对对高度大于高度大于30m且高且高宽宽比小于比小于1.5的的结结构构脉脉动动增大

11、系数，附表增大系数，附表5.4脉脉动动影响系数，附表影响系数，附表5.5振型系数，振型系数，应应根据根据结结构构动动力学力学计计算确定算确定,荷荷载规载规范范给给出了近似出了近似值值。1.竖向活荷载最不利布置竖向活荷载最不利布置3.6 内力计算3.6.1 竖向荷载下的内力计算ijklmnMiMj1/21/2MikMjlMljMki基本假定框架没有侧移；框架没有侧移；每一层框架梁上的竖向荷载只对本每一层框架梁上的竖向荷载只对本层的梁及与本层梁相连的框架柱产层的梁及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。柱的影响。简化计算模型简化计算模型ii

12、iiiiii0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i刚度系数：刚度系数：传递系数：传递系数：两端固定两端固定一端固定一端铰接一端固定一端铰接一端固定一端弹簧铰一端固定一端弹簧铰2.竖向荷载下的手算法(1)分层法基本假定框架没有侧移；框架没有侧移；每一层框架梁上的竖向荷载只对本每一层框架梁上的竖向荷载只对本层的梁及与本层梁相连的框架柱产层的梁及与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。柱的影响。简化计算模型简化计算模型刚度系数：刚度系数：传递系数：传递系数：两端固定两端固定一端固定一端铰接一端固定一端铰接一端固定一端弹

13、簧铰一端固定一端弹簧铰2.竖向荷载下的手算法(1)分层法ijklmnMiMj1/21/2MikMjlMljMkiiiiiiiii 多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口框架进行计算。以分解为一系列开口框架进行计算。注意事项用弯矩分配法计算各开口框架的内力；用弯矩分配法计算各开口框架的内力；开口框架梁的内力即为原框架相应层的内力；原框架开口框架梁的内力即为原框架相应层的内力；原框架柱的内力需将相邻两个开口框架中相同柱号的内力叠柱的内力需将相邻两个开口框架中相同柱号的内力叠加；加；内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一内力叠加后

14、对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传递；次分配，但不传递；除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以0.90.9的折减的折减系数，弯矩传递系数取为系数，弯矩传递系数取为1/31/3；梁端负弯矩可进行调幅。梁端负弯矩可进行调幅。lMbrMblVblVbrq梁剪力梁剪力假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。柱轴力柱轴力例例:图示两跨两层框架图示两跨两层框架,用分层法作弯矩图。各杆边标用分层法作弯矩图。各杆边标出线刚度出线刚度i，二层柱括号内为乘以，二层柱括号内为乘以0.9后的线刚度。后的线刚度。例例

15、:图示两跨两层框架图示两跨两层框架,用分层法作弯矩图。各杆边标用分层法作弯矩图。各杆边标出线刚度出线刚度i，二层柱括号内为乘以，二层柱括号内为乘以0.9后的线刚度。后的线刚度。解解:1.第二层第二层(1).分配系分配系数数G点：点：H点：点：I点：点：例例:图示两跨两层框架图示两跨两层框架,用分层法作弯矩图。各杆边标用分层法作弯矩图。各杆边标出线刚度出线刚度i，二层柱括号内为乘以，二层柱括号内为乘以0.9后的线刚度。后的线刚度。解解:1.第二层第二层(2).固端弯固端弯矩矩解解:1.第二层第二层(3).分配与传分配与传递递解解:2.第一层第一层.底层柱传递系数底层柱传递系数0.5，二层柱则为，

16、二层柱则为1/3。解解:3.将第一层和第二层弯矩图对应相加，即得框架将第一层和第二层弯矩图对应相加，即得框架弯矩图。弯矩图。使用条件：两相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的两相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的20%；活载与恒载之比不大于活载与恒载之比不大于3;2.竖向荷载下的手算法(2)系数法荷载均匀分布；荷载均匀分布；框架梁截面为矩形。框架梁截面为矩形。框架梁内力框架梁内力(a)弯矩弯矩弯矩系数，表弯矩系数，表3.6.1(P194)wu框架梁上恒框架梁上恒载载与活与活载设计值载设计值之和。之和。ln框架梁框架梁净净跨跨,求支座弯矩求支座弯矩时为时为相相邻邻跨平均。跨平均。(b)剪力剪力剪力系数，剪

17、力系数，图图3.6.5(P193)框架柱内力框架柱内力(a)轴力轴力用楼面用楼面单单位面位面积积上恒上恒载载与活与活载设计值载设计值乘以柱的乘以柱的负负荷面荷面积计积计算。算。(b)弯矩弯矩将梁柱将梁柱节节点点处处梁的端弯矩之和平均分配梁的端弯矩之和平均分配给给上柱和上柱和下柱的柱端。下柱的柱端。3.6.2 水平荷载下内力近似计算ABABhuABMABMBA反弯点反弯点假定：框架梁的线刚度相对假定：框架梁的线刚度相对框架柱的线刚度为无限大。框架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。况下，节点的转角为零。根据转角根据转角位移方程：位移方程：杆件

18、中点的弯矩为零，称为反弯点。杆件中点的弯矩为零，称为反弯点。底层柱的反弯点取为距基础顶面底层柱的反弯点取为距基础顶面2/32/3柱高处；其余各层柱高处；其余各层柱的反弯点取为柱高的中点。柱的反弯点取为柱高的中点。(1)反弯点位置1.反弯点法(2)剪力计算方法FnFjVj1VjkVjmFnFjF1Vj1VjkVjm将框架在某一层将框架在某一层的反弯点切开。的反弯点切开。根据几何条件（忽略梁轴向变形）根据几何条件（忽略梁轴向变形）求柱剪力求柱剪力根据平衡条件，有根据平衡条件，有当杆件两端发生单位侧移时，杆件内的剪力称为抗侧刚当杆件两端发生单位侧移时，杆件内的剪力称为抗侧刚度，用度，用D D表示。若

19、杆件两端无转角，杆件内的剪力为：表示。若杆件两端无转角，杆件内的剪力为：抗侧刚度抗侧刚度D D为：为：对于对于j j层第层第k k柱，其侧移为柱，其侧移为 ，相应的剪力可表示为，相应的剪力可表示为（物理条件）物理条件）根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得为为j j层层k k柱的剪力分配系数；柱的剪力分配系数；水平荷载在水平荷载在j j层产层产生的层间剪力。生的层间剪力。逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩置，可以求出柱上、下端的弯矩底层柱：底层柱：Vj

20、1VjkVjmVj1hj/2Vj1hj/2Vjkhj/2Vjkhj/2Vjmhj/2Vjmhj/2其余层柱：其余层柱：求柱端弯矩求柱端弯矩MctMcbMbrMbl求梁端弯矩求梁端弯矩lVbMbrMblVb求梁端剪力求梁端剪力根据梁柱节点力矩平衡来求。根据梁柱节点力矩平衡来求。反弯点法计算步骤反弯点法计算步骤在各层反弯在各层反弯点处切开点处切开柱反弯点柱反弯点处的剪力处的剪力剪力分配剪力分配柱端柱端弯矩弯矩梁端梁端弯矩弯矩利用节点力利用节点力矩平衡条件矩平衡条件梁端梁端剪力剪力柱轴柱轴力力节点竖向力节点竖向力平衡条件平衡条件VlbnVrbnNnkNnkNn-1,kVlb,n-1Vrb,n-1求柱

21、轴力求柱轴力从上到下利用节点竖向力平衡条件。从上到下利用节点竖向力平衡条件。2.D 值法（改进的反弯点法）对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程可以为：转角位移方程可以为：在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚度只与柱本身有关。柱的抗侧刚度只与柱本身有关。可见反弯点位置与可见反弯点位置与A、B有关；同样，柱的抗侧刚度有关；同样，柱的抗侧刚度也与也与A、B有关。有关。（1）柱的抗侧刚度）柱的抗侧刚度BACDEFGHicicici1i2i3i4hjujABCDEFGHh

22、j柱柱ABAB两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于；柱柱ABAB及与其上下相邻柱的弦转角均为及与其上下相邻柱的弦转角均为柱柱ABAB及与其上下相邻柱的线刚度均为及与其上下相邻柱的线刚度均为 。假定：假定：其中：柱柱ABAB剪力：剪力：柱柱ABAB抗侧刚度：抗侧刚度：反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于1 1的一个的一个系数。当系数。当 时，时，即为反弯点法采用的抗侧刚度。，即为反弯点法采用的抗侧刚度。底层固接：底层固接：底层铰接：底层铰接：（2）修正的反弯点高度作如下假定：作如下假定：同层各节点

23、同层各节点的转角相等；的转角相等；横梁中点无横梁中点无竖向位移。竖向位移。各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素有：层数、柱子所在层次、梁柱线刚度响转角的因素有：层数、柱子所在层次、梁柱线刚度比及上下层层高变化。比及上下层层高变化。梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响假定梁的线刚度、柱的线刚假定梁的线刚度、柱的线刚度和层高沿框架高度不变，度和层高沿框架高度不变，按图示计算简图可求出各层按图示计算简图可求出各层柱的反弯点高度柱的反弯点高度 ，称，称为标准反弯点高度。为标准反弯点高度。

24、上下层线刚度比对反弯点的影响上下层线刚度比对反弯点的影响当某层柱的上下横梁刚度不当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯点不同于标准反同时，反弯点不同于标准反弯点，修正值用弯点，修正值用 表示。表示。对底层柱不作此项修正对底层柱不作此项修正.ichicicicichhhhy0hi2i2i2i2i2ichicicicichhhhi2i2i2i4i4(y0+y1)hici2hi2i2i2icicicichh2hi22h(y0+y2)hici2hi2i2i2icicicic3hhhi23h(y0+y3)h层高变化对反弯点高度的影响层高变化对反弯点高度的影响上上层层层层高高变变化化，反反弯弯点高度的变化值用

25、点高度的变化值用表表示示；下下层层层层高高变变化化，反反弯弯点点高高度度的的变变化化值值用用 表示。表示。顶层柱没有顶层柱没有 修正值；修正值；底层柱没有底层柱没有 修正值。修正值。经过各项修正后，柱反弯点高度：经过各项修正后，柱反弯点高度：例例:四层框架四层框架,梁柱现浇梁柱现浇,楼板楼板预制预制,柱柱400400mm2,顶层梁顶层梁240600mm2,楼层梁楼层梁240650mm2,走道梁走道梁240240mm2,混凝土混凝土C20.受受水平荷载水平荷载.用用D值法作弯矩图。值法作弯矩图。(1)计算梁柱线刚度计算梁柱线刚度截面惯性矩截面惯性矩I(mm4)线刚度线刚度i=EI/l相对线刚度相

26、对线刚度顶层梁顶层梁240 x6003/12=4.32x1094.32x109E/6500=6.65x105E0.78713层梁层梁240 x6503/12=5.49x1095.49x109E/6500=8.45x105E1.0走道梁走道梁240 x4003/12=1.28x1091.28x109E/2700=4.74x105E0.56124层柱层柱400 x4003/12=2.13x1092.13x109E/4000=5.33x105E0.631底层柱底层柱400 x4003/12=2.13x1092.13x109E/4500=4.74x105E0.561(2)计算柱剪力计算柱剪力第四层第四

27、层:柱柱DE计算柱剪力计算柱剪力(表格计算表格计算)柱DE柱IJ柱NO柱ST第四层KDDV(kN)1.4160.4150.2621.28x0.262/1.2=1.752.3050.5350.3382.252.3050.5350.3382.251.4160.4150.2621.75其余各层略其余各层略(3)确定柱反弯点高度确定柱反弯点高度柱柱DE查表查表3.6.3,得标准反弯点高度比得标准反弯点高度比:查表查表3.6.4,得上下梁相对刚度变化时修正值得上下梁相对刚度变化时修正值:柱柱DE是顶层柱是顶层柱,不考虑不考虑y2修正修正.查表查表3.6.5,得上下层柱高变化时修正值得上下层柱高变化时修正

28、值:柱柱DE反弯点高度比反弯点高度比:(4)计算柱端弯矩计算柱端弯矩柱柱DE其余柱的弯矩同样可求其余柱的弯矩同样可求.3.门架法（改进的反弯点法）(1)(1)基本假设基本假设:各层柱的反弯点位置在柱中点各层柱的反弯点位置在柱中点;柱水平剪力按其支撑框架梁的水平长度与框架总宽柱水平剪力按其支撑框架梁的水平长度与框架总宽之比分配之比分配.(2)(2)计算步骤计算步骤:画框架单线图画框架单线图,标出各层总的水平剪力标出各层总的水平剪力;求柱剪力求柱剪力;计算柱端弯矩计算柱端弯矩;由节点平衡条件计算梁端弯矩由节点平衡条件计算梁端弯矩;求框架梁剪力求框架梁剪力.(3)(3)例例:图示图示2020层框架层

29、框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.解解:(1):(1)求每层求每层风载风载顶层顶层:其他层其他层:(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框

30、架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.解解:(2):(2)求每层求每层总剪力总剪力顶层顶层:从顶算起第从顶算起第2 2层层:从顶算起第从顶算起第3 3层层:其他各层略其他各层略.(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,7

31、0m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.解解:(3):(3)求每层求每层柱剪力柱剪力顶层顶层:取隔离体取隔离体A A柱柱:B B柱柱:C C柱柱:D D柱柱:(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.解解:(3):(3)求每层求每层柱剪力柱剪力从顶算起第从顶算起第2 2层取隔离体层取隔离体从顶算起第从顶算起第3 3

32、层取隔离体层取隔离体各层计算方法相同各层计算方法相同,具体计算略具体计算略.(3)(3)例例:图示图示2020层框架层框架,层高均为层高均为3.5m,3.5m,总高总高70m,70m,框架框架间距间距7m.7m.单位墙面上的风载单位墙面上的风载1.5kN/m1.5kN/m2 2,求框架各杆内力求框架各杆内力.解解:(4):(4)求求端弯矩及梁端剪力端弯矩及梁端剪力.以顶层为例以顶层为例节点节点A A柱端弯矩柱端弯矩:梁中剪力梁中剪力:节点节点B B其他各层略其他各层略.补充补充:竖向荷载作用下的迭代法计算竖向荷载作用下的迭代法计算忽略框架侧移忽略框架侧移,按下列步骤计算按下列步骤计算:(1)(

33、1)绘结构计算简图绘结构计算简图,每个节点画两个框每个节点画两个框.(2)(2)计算迭代法转角分配系数计算迭代法转角分配系数.(.(与力矩分配法不同与力矩分配法不同)(3)(3)计算固端弯矩计算固端弯矩,写在杆端写在杆端.节点固端弯矩之和写节点固端弯矩之和写在节点内框在节点内框.(4)(4)按节点顺序循环计算每一杆件的近端弯矩按节点顺序循环计算每一杆件的近端弯矩.(5)(5)计算每一杆件的最终弯矩值计算每一杆件的最终弯矩值.例例:图示两跨两层框架图示两跨两层框架,用迭代法作弯矩图。各杆边标用迭代法作弯矩图。各杆边标出线刚度出线刚度i。解解:1.分配系数分配系数G点：点：解解:2.固端弯矩固端弯

34、矩解解:3.循环迭代计算循环迭代计算解解:3.循环迭代计算循环迭代计算(继继)解解:4.最后弯矩最后弯矩 迭代法与分层法对比迭代法与分层法对比 迭代法迭代法分层法分层法3.7 内力组合3.7.1 控制截面梁：左支座截面、跨中截面、右支座截面；柱：柱顶截面、柱底截面。内力组合表P205将每根梁柱的各个控制截面在各种荷载作用下的内力分别列表，并进行组合。3.7 内力组合3.7.2 控制截面的最不利内力的类型梁支座截面：最不利弯矩梁支座截面：最不利弯矩-Mmax，最不利剪力，最不利剪力Vmax.梁跨中截面：最不利弯矩梁跨中截面：最不利弯矩Mmax.柱控制截面：柱控制截面：(1)Mmax及相应的及相应

35、的N和和V;(2)-Mmax及相应的及相应的N和和V;(3)Nmax及相应的及相应的M和和V;(4)Nmin及相应的及相应的M和和V;(5)Vmax及相应的及相应的M和和N;框架柱通常采用对称配筋，框架柱通常采用对称配筋，(1)、(2)两组内力可并为两组内力可并为|Mmax|及相应的及相应的N和和V;3.7.3 控制截面的最不利内力的计算控制截面的最不利内力的计算 为了求出控制截面的最不利内力为了求出控制截面的最不利内力,就必须按这就必须按这些荷载同时出现的可能性进行组合些荷载同时出现的可能性进行组合(荷载效应组合荷载效应组合).建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范中规定：对于一般排架、框架中规定

36、：对于一般排架、框架结构基本组合，可采用简化规则，并应按下列组合值结构基本组合，可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：中取最不利值确定：（1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合:G=1.2（2 2）由永久荷）由永久荷载载效效应应控制的控制的组组合：合：G=1.35 3.8 侧移验算 框框架架结结构构水水平平荷荷载载下下的的侧侧移移由由两两部部分分组组成成：梁梁柱柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。u1ujuN1.梁柱弯曲变形引起的侧移顶点侧移：顶点侧移：层间侧移：层间侧移：对对于于规规则则框框架架，各各层层柱柱的的抗

37、抗侧侧刚刚度度大大致致相相等等，而而层层间间剪剪力力自自上上向向下下逐逐层层增增加加，因因而而层层间间侧侧移移自自上上向向下下逐逐层层增增加加，整整个个结结构构的的变变形形曲曲线线类类似似悬悬臂臂构构件件剪剪切切变变形形引引起起的位移曲线，故称为的位移曲线，故称为“剪切型剪切型”。框框架架结结构构2.柱轴向变形引起的侧移水水平平荷荷载载作作用用下下，外外侧侧柱柱子子的的轴轴力力大大，内内侧侧柱柱子子的的轴轴力力小小。为为了了简简化化，忽忽略略内内柱柱的的轴力。轴力。近似取外侧柱轴力为：近似取外侧柱轴力为：BzH1BzH1BH-zNN在高度在高度z z处处BzH1V0是水平外荷载在框架底面产生的

38、总剪力。是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。对对于于高高度度不不大大于于50m50m或或高高宽宽比比H/B4H/B4的的钢钢筋筋混混凝凝土土框框架架办办公公楼楼，柱柱轴轴向向变变形形引引起起的的顶顶点点位位移移约约占占框框架架梁梁柱柱弯弯曲变形引起的顶点侧移的曲变形引起的顶点侧移的5%5%11%11%。框框架架结结构构除除了了要要保保证证梁梁的的挠挠度度不不超超过过规规定定值值外外，尚尚应应验验算算结结构构的的侧侧向向位位移移。结结构构侧侧向向位位移移的的验验算算包包括括层层间间位位移移和和顶顶点点位位移移，要要求求分别满足：分别满足：3.侧移的限值3.9 3.9 框架结构的构造框架结构的构造

39、1.框架梁框架梁1)框框架架梁梁的的截截面面形形状状，现现浇浇框框架架多多做做成成矩矩形形，装装配配整整体体式式框框架架多多做做成成花花篮篮形形，装装配配式式框框架架可可做做成成矩矩形形、T形形或或花花篮篮形形（图图a）。连连系系梁梁的的截截面面多多做做成成T形形、形形、L形形、形形、Z形形等等（图（图b）。）。2)框架梁的截面高度框架梁的截面高度h可按（可按（1/101/18）b（其中其中b为框架梁的计算跨度）确定，但不宜大于为框架梁的计算跨度）确定，但不宜大于净跨的净跨的1/4；梁的截面宽度不宜小于；梁的截面宽度不宜小于h/4，也不宜小也不宜小于于200mm，一般取梁高的一般取梁高的1/2

40、1/3，实际工程中通，实际工程中通常取常取250mm300mm，以便使用定型模板。为了避以便使用定型模板。为了避免框架节点处纵、横钢筋相互干扰，框架梁底部通免框架节点处纵、横钢筋相互干扰，框架梁底部通常较连系梁底部低常较连系梁底部低50mm以上。以上。3)框架梁箍筋框架梁箍筋a)框架梁应沿梁全长设置箍筋；框架梁应沿梁全长设置箍筋；b)h800mm时，箍筋直径不宜小于时，箍筋直径不宜小于8mm.其他高度其他高度箍筋直径不宜小于箍筋直径不宜小于6mm.受力筋搭接范围内，箍筋受力筋搭接范围内，箍筋直径不宜小于搭接钢筋最大直径的直径不宜小于搭接钢筋最大直径的0.25倍。倍。c)箍筋间距应符合表箍筋间距

41、应符合表3.9.5的规定的规定(P212).d)当有计算所需的受压纵筋时：当有计算所需的受压纵筋时：箍筋应为封闭式；箍筋应为封闭式；箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于15d及及400mm；当梁宽大于当梁宽大于400mm且一层内受压钢筋多于且一层内受压钢筋多于3根时，根时，或梁宽不大于或梁宽不大于400mm但一层内受压钢筋多于但一层内受压钢筋多于4根时，根时，应设复合箍筋。应设复合箍筋。2.2.框架柱框架柱 1)1)柱的截面形状一般做成方形或矩形。柱的截面形状一般做成方形或矩形。2)2)柱的截面尺寸不小于柱的截面尺寸不小于400mm400mm350mm350mm，也不宜也不宜大于柱净高的大于柱净高

42、的1/41/4。3 3）柱柱纵纵向向钢钢筋筋最最小小配配筋筋率率不不应应小小于于0.6%0.6%，每每侧侧不应小于不应小于0.2%0.2%。4 4）柱柱纵纵向向钢钢筋筋净净距距不不应应小小于于50mm50mm，间间距距不不应应大大于于350mm350mm。5 5）全部纵向钢筋配筋率不宜大于）全部纵向钢筋配筋率不宜大于5%5%。6)6)柱箍筋柱箍筋 箍箍筋应为封闭式；筋应为封闭式；箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于400mm400mm。箍箍筋筋直直径径不不应应小小于于6mm6mm，且且不不应应小小于于最最大大纵纵筋筋直径的直径的0.250.25倍。倍。柱每边纵筋多于柱每边纵筋多于3 3根时，设复合

43、箍。根时，设复合箍。纵纵向向钢钢筋筋搭搭接接范范围围内内，箍箍筋筋直直径径不不应应小小于于最最大大纵纵筋筋直直径径的的0.250.25倍倍。纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋搭搭接接范范围围内内，箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于较较小小纵纵筋筋直直径径的的5 5倍倍，且且不不应应大大于于100mm100mm；纵纵向向受受压压钢钢筋筋搭搭接接范范围围内内，箍箍筋筋间间距距不不应应大大于于较较小小纵筋直径的纵筋直径的1010倍，且不应大于倍，且不应大于200mm200mm。3.3.钢筋的连接和锚固钢筋的连接和锚固（1 1）框架梁纵向钢筋）框架梁纵向钢筋 框框架架梁梁下下部部纵纵向向钢钢筋筋在在中中间间节节点

44、点处处应应满满足足下下列列锚锚固要求：固要求：当当计计算算中中不不利利用用该该钢钢筋筋强强度度时时，其其伸伸入入节节点点的的锚锚固固长长度度las，带带肋肋钢钢筋筋不不应应小小于于12d，光光面面钢钢筋筋不不应应小小于于15d（d为纵向钢筋直径）；为纵向钢筋直径）；当当计计算算中中充充分分利利用用钢钢筋筋的的抗抗拉拉强强度度时时，下下部部纵纵向向钢钢筋筋应应锚锚固固在在节节点点内内。此此时时，可可采采用用直直线线锚锚固固形形式式（图图a），也也可可采采用用带带90弯弯折折的的锚锚固固形形式式（b），也也可可伸伸过过节节点点范范围围并并在在梁梁中中弯弯矩矩较较小小处处设置搭接接头（图设置搭接接头

45、（图c）；）；当当计计算算中中充充分分利利用用钢钢筋筋的的抗抗压压强强度度时时，下下部部纵纵向向钢钢筋筋应应按按受受压压钢钢筋筋锚锚固固在在中中间间节节点点内内。此此时时，其其直直线线锚锚固固长长度度不不应应小小于于 0.7la；下下部部纵纵向向钢钢筋筋也也可可伸伸过节点范围并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。过节点范围并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。框框架架梁梁下下部部纵纵向向钢钢筋筋在在端端节节点点的的锚锚固固要要求求与与中中间节点相同。间节点相同。（2 2）框架柱纵向钢筋）框架柱纵向钢筋（3）顶层端节点梁上部纵向钢筋和柱外侧纵向钢筋）顶层端节点梁上部纵向钢筋和柱外侧纵向钢筋 为了防止因梁上部

46、和柱外侧钢筋配筋率过高而引为了防止因梁上部和柱外侧钢筋配筋率过高而引起顶起顶 层端节点核心区混凝土的斜压破坏，框架顶层端层端节点核心区混凝土的斜压破坏，框架顶层端节点处梁上部纵向钢筋的截面面积应符合下式规定：节点处梁上部纵向钢筋的截面面积应符合下式规定：As0.35cfcbbh0/fy 式中式中bb梁腹板宽度；梁腹板宽度；h0梁截面有效高度；梁截面有效高度；c混凝土强度影响系数，当混凝土强度等混凝土强度影响系数，当混凝土强度等C50时，时，c=1.0；当混凝土强度等级为当混凝土强度等级为C80时，时，c=0.8；其间按直线内插法取用。其间按直线内插法取用。（4 4）框架节点内的箍筋设置）框架节

47、点内的箍筋设置在在框框架架节节点点内内应应设设置置水水平平箍箍筋筋，箍箍筋筋应应符符合合柱柱箍筋的构造规定，但间距不宜大于箍筋的构造规定，但间距不宜大于250mm。对对四四边边均均有有梁梁与与之之相相连连的的中中间间节节点点，由由于于除除四四角角以以外外的的柱柱纵纵向向钢钢筋筋外外，均均不不存存在在过过早早压压屈屈的的危危险险，故故节节点点内内可可只只设设置置沿沿周周边边的的矩矩形形箍箍筋筋，不不必必设设置置复复合箍筋。合箍筋。当当顶顶层层端端节节点点内内设设有有梁梁上上部部纵纵向向钢钢筋筋和和柱柱外外侧侧纵纵向向钢钢筋筋的的搭搭接接接接头头时时，柱柱内内水水平平箍箍筋筋应应符符合合纵纵向向受

48、力钢筋搭接长度范围内箍筋的规定。受力钢筋搭接长度范围内箍筋的规定。非抗震设计时框架节点区的锚固和搭接非抗震设计时框架节点区的锚固和搭接:框架节点3.10 框架结构的 效应 结结构构的的内内力力分分析析一一般般不不考考虑虑变变形形对对几几何何尺尺寸寸的的影响。影响。对对于于图图示示框框架架，水水平平荷荷载载下下的的侧侧移移将将使使竖竖向向荷载荷载P P产生附加内力和变形，这种现象称为产生附加内力和变形，这种现象称为 效应。效应。PP由由于于 效效应应是是在在一一阶阶侧侧移移基基础础上上产产生生的的，所所以以又又称称为为二二阶阶效效应应，相相应应的的结结构构分分析析称称为为二二阶阶分析。分析。二二阶阶分分析析属属非非线线性性分分析析，相相当当复复杂杂，目目前前采采用用柱计算长度的方法近似考虑二阶效应。柱计算长度的方法近似考虑二阶效应。