1、Chap 3 多層框架結(jié)構(gòu)設計多層框架結(jié)構(gòu)設計大綱要求大綱要求1.識記識記（1）框架結(jié)構(gòu)的組成；柱網(wǎng)布置原則和常用模數(shù)；承重結(jié)構(gòu)的分類與特點；變形縫的種類、作用和設縫原則。（2）計算單元的確定；桿件軸線的確定；框架梁截面抗彎剛度的計算；荷載計算。（3）分層法的計算假定、適用條件和計算步驟。（4）反彎點的概念；反彎點法的計算假定、適用條件和計算步驟。（5）控制截面的確定；荷載效應組合的計算表達式；最不利內(nèi)力組合的原則；豎向活荷載最不利布置的方法。2.領會領會 （1）框架結(jié)構(gòu)的受力特點。（2）結(jié)構(gòu)簡化的原則和根據(jù)；樓板對框架梁截面剛度的影響；活荷載的折減。（3）分層法的基本原理。（4）修正后的框架

2、柱抗側(cè)剛度D的計算；反彎點高度的修正；D值法的計算步驟。（5）梁端彎矩調(diào)幅的概念。3.應用應用 （1）根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的布置、施工及構(gòu)造的實際情況，正確地繪出結(jié)構(gòu)的計算簡圖。（2）熟練應用分層法計算框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力（彎矩、軸力和剪力）。（3）熟練應用反彎點法計算框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力（彎矩、軸力和剪力）。（4）熟練應用D值法計算框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力（彎矩、軸力和剪力）和側(cè)移。3.1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成框架結(jié)構(gòu)：由橫梁、立柱和基礎連接而成，梁柱連接處稱為節(jié)點，一般有剛性連接和鉸接點。 框架結(jié)構(gòu)一般采用剛性連接，鉸連接一般用在多層排架。3.1 多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)

3、布置多層框架的結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置 結(jié)構(gòu)輕巧； 整體性好； 可形成大空間； 施工方便； 較為經(jīng)濟。框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)3.1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成 抵抗水平荷載能力差； 側(cè)向剛度小，側(cè)移大 ； 受地基的不均勻沉降影響大 。 框架結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆樓蓋時，框架梁截面采用T形或倒L形。框架結(jié)構(gòu)受力變形3.1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成3.1.2 多層框架結(jié)構(gòu)的分類多層框架結(jié)構(gòu)的分類 按施工方法的不同可分為現(xiàn)澆式、半現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式。 框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱、節(jié)點及基礎組成的結(jié)構(gòu)形式，橫梁和立柱通過節(jié)點連為一體，形成承重結(jié)構(gòu)，將荷載傳至礎； 現(xiàn)澆式現(xiàn)澆式框架即梁、柱、樓蓋均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土。一般是每層的柱與其上

4、層的梁板同時支模、綁扎鋼筋，然后澆筑混凝土，自基礎頂面逐層向上施工。 半澆式半澆式框架是梁柱為現(xiàn)澆，樓板為預制，或柱為現(xiàn)澆、梁板為預制的結(jié)構(gòu)。 裝配式裝配式框架是梁柱和樓板均為預制，然后通過焊接拼裝連接成整體的框架。 裝配整體式裝配整體式框架是指梁、柱、樓板均為預制，在吊裝就位后，焊接或綁扎節(jié)點區(qū)鋼筋，通過澆搗混凝土形成框架，從而將梁、柱及樓板連成整體框架結(jié)構(gòu)。 滿足使用要求，并盡可能與建筑的平、立剖面劃分相一致； 滿足人防、消防要求，使水、暖、電各專業(yè)的布置能有效地進行； 結(jié)構(gòu)盡可能簡單、規(guī)則、均勻、對稱，構(gòu)件類型少；一、 結(jié)構(gòu)布置的一般原則3.1.3 多層框架的結(jié)構(gòu)布置好差平面布置好差豎向

5、布置 妥善地處理溫度、地基不均勻沉降以及地震 等因素對建筑的影響； 施工簡便； 經(jīng)濟合理。二、二、 柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置滿足生產(chǎn)工藝的要求 柱網(wǎng)布置的方法可分為內(nèi)廊式、等跨式、對稱不等式等幾種。廠房柱距大多采用6m，故柱網(wǎng)形式主要取決于柱距。 內(nèi)廊式 等跨式二、 柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置滿足建筑平面的要求 柱網(wǎng)布置應與建筑隔墻布置相協(xié)調(diào)，一般布置成四排柱而成為三跨框架；當建筑平面寬度較小，層數(shù)較少時，也可設為三排柱成為兩跨結(jié)構(gòu)。二、 柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置要使結(jié)構(gòu)受力合理柱網(wǎng)布置應考慮到結(jié)構(gòu)在豎向作用下內(nèi)力分布均勻合理，各構(gòu)件材料強度充分利用。柱網(wǎng)布置應使施工方便 建筑設計及結(jié)構(gòu)布置時應考慮到施工方便，

6、以加快施工進度，降低工程造價。現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)布置時應盡量使梁板布置簡單規(guī)則，方便施工。 二、 結(jié)構(gòu)布置方法 房屋橫向剛度大，側(cè)移小； 橫梁高度大，室內(nèi)有效凈空小。 非抗震時使用橫向布置 橫向承重 連系梁截面較小，框架梁截面尺寸大，室內(nèi)有效凈空高； 對縱向地基不均勻沉降較有利； 房屋橫向剛度小，側(cè)移大。縱向布置 縱向承重框架縱梁框架縱梁 整體性好，受力好； 適用于整體性要求 較高和樓面荷載較 大的情況。適宜在抗震設防時使用縱橫向框架的混合結(jié)構(gòu) 雙向承重三、 變形縫n 沉降縫設置沉降縫是為了避免地基不均勻沉降在房屋構(gòu)件中引起裂縫。房屋擴建時，新建部分與原有建筑結(jié)合處也可設置沉降縫分開。沉降縫將

7、建筑物從基礎底至屋頂全部分開，各部分能夠自由沉降。沉降縫沉降縫三、 變形縫n 伸縮縫設置伸縮縫是為了避免溫度應力和混凝土收縮應力而使房屋產(chǎn)生裂縫。伸縮縫的設置主要與建筑物的長度有關(guān)。伸縮縫僅將上部結(jié)構(gòu)從基礎頂面斷開，基礎不斷開。伸縮縫的最大間距取決于結(jié)構(gòu)類型和溫度的變化及施工方法的不同。伸縮縫三、 變形縫n 防震縫當房屋平面復雜、立面高差懸殊、各部分質(zhì)量和剛度截然不同時，應設置防震縫。對有抗震設防要求的房屋，其沉降縫和伸縮縫均應符合防震縫要求，并盡可能三縫合并設置。設縫的原則和避免設縫的措施 設縫的原則：應盡量少設縫或不設縫，可簡化構(gòu)造、方便施工、降低造價、增強結(jié)構(gòu)的整體性和空間剛度。 避免設

8、縫的措施：在建筑設計時， 采用調(diào)整平面形狀、尺寸、體型等措施；在結(jié)構(gòu)設計時，可采用選擇節(jié)點連接方式，配置構(gòu)造鋼筋、設置剛性層等措施；在施工方面，可采取分階段施工、設置后澆帶、做好保溫隔熱層等措施，來防止由于溫度變化、不均勻沉降、地震作用等因素所引起的結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)的損壞。1.確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距限值時，不需要考慮的因素是（）A.結(jié)構(gòu)類型B.基礎形式C.施工方法D.氣候條件2. 伸縮縫的設置主要取決于（ ） A.結(jié)構(gòu)承受荷載大小 B.結(jié)構(gòu)高度 C.建筑平面形狀 D.結(jié)構(gòu)長度3. 在地震區(qū)，當建筑物平面復雜、不對稱并且各部分剛度、質(zhì)量相差懸殊時，為減小震害可以設置_縫。B D 防震縫3.

9、2 現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的近似計算方法位移的近似計算方法3.1.2 多層框架結(jié)構(gòu)的分類一、計算單元橫向框架的間距、荷載和側(cè)向剛度都相同，可取有代表性的中間一榀框架作為計算單元。中列柱縱向框架的計算單元寬度可取兩側(cè)跨距的一半；邊列柱縱向框架的計算單元可取一側(cè)跨距的一半。豎向荷載近似采用分層法，水平荷載近似采用反彎點法和D值法。0b151101lhbb3121hb3-1二、跨度和層高n框架梁截面尺寸估算l0 梁的計算跨度；hb 梁的截面高度；bb 梁的截面寬度。一般情況下：梁凈跨與截面高度之比不宜小于4梁的截面寬度不宜小于200mm3-2 在結(jié)構(gòu)計算簡圖中，

10、框架桿件用其軸線表示，桿件之間的連接用節(jié)點表示，桿件長度用節(jié)點之間的距離表示。框架的計算跨度為框架柱軸線間的距離； 框架柱的計算高度（除底層柱外）可取各層層高，底層柱一般取至基礎頂面，當有整體剛度很大的地下室時，可取至地下室結(jié)構(gòu)的頂部。當柱上下層截面尺寸變化時，取最小截面的形心線來確定跨度。 對于傾斜的或折線型橫梁，當其坡度小于1/8時，可簡化為水平直桿；對于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%時，可簡化為等跨框架，簡化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。1多層框架結(jié)構(gòu)中，當上、下層柱子截面尺寸變化時，框架梁的跨度一般以（）A最大柱截面形心線確定B下柱截面形心線確定C最小柱截面形心線確定D上、

11、下柱截面形心線的中線確定ClIEicb 3-3Ec 混凝土彈性模量；I 框架梁截面慣性矩，見表3.3.1；l 框架梁的跨度。在框架兩端節(jié)點處，梁受負彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對梁的截面剛度影響較小，形成矩形截面梁；在框架梁的跨中，梁受正彎矩，樓板受壓區(qū)形成T形截面梁。三、框架梁截面抗彎剛度的計算n框架梁線剛度矩形梁箱形梁倒L形梁T形梁花籃梁混凝土梁形式 在計算框架梁截面慣性距時應考慮樓板的影響在計算框架梁截面慣性距時應考慮樓板的影響現(xiàn)澆現(xiàn)澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩(圖a)裝配整體式裝配整體式框架，中部框架梁I=1.5I0; 邊框

12、架梁I=1.2I0(圖b)裝配式裝配式框架梁的慣性矩可按本身的截面計算，I=I0(圖c)。表3.3.1 框架梁慣性矩取值樓板類型樓板類型邊框架梁邊框架梁中框架梁中框架梁現(xiàn)澆樓板現(xiàn)澆樓板I=1.5I0I=2.0I0裝配整體式樓板裝配整體式樓板I=1.2I0I=1.5I0裝配式樓板裝配式樓板I=I0I=I0注： I0為梁按矩形截面計算的慣性矩， 。30121bhI 1在計算現(xiàn)澆框架梁截面慣性矩I時應考慮_的影響。2一側(cè)為樓梯間的中框架梁，當采用現(xiàn)澆樓蓋時，其截面慣性矩應取I=_I0（注：I0為矩形截面梁的截面慣性矩）。3一般情況下，在選擇框架梁的截面高度時，主要考慮的因素是（）A梁的跨度 B層高C

13、結(jié)構(gòu)的總高度 D梁的混凝土強度等級4確定框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析的計算簡圖時，框架梁的計算跨度應取（）A梁的凈跨度 B 梁的凈跨度梁高C梁的凈跨度柱截面高度 D梁兩端柱軸線之間的距離多層建筑：Hi 第i層層高；hc 柱截面高度；bc 柱截面寬度。icH201151h cc21bh 框架柱的截面邊長不宜小于350 mm，圓柱的截面直徑不宜小于350 mm，剪跨比宜大于2截面的高寬比不宜大于33-53-4框架柱n框架柱截面尺寸估算 柱截面尺寸 柱截面高度按(1/181/14)層高確定（可直接憑經(jīng)驗確定），也可先根據(jù)其所受軸力按軸心受壓構(gòu)件估算，再乘以適當?shù)姆糯笙禂?shù)以考慮彎矩的影響。即 Ac (1.11.2

14、)N / fc N = 1.25Nv 式中 Ac為柱截面面積；N為柱所承受的軸向壓力設計值；Nv為根據(jù)柱支承的樓面面積計算由重力荷載產(chǎn)生的軸向力值；1.25為重力荷載的荷載分項系數(shù)平均值； 重力荷載標準值可根據(jù)實際荷載取值，也可近似按（1214）kN/m2計算；fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。 框架柱的截面寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱截面直經(jīng)不宜小于350mm，柱截面高寬比不宜大于3。 為避免柱產(chǎn)生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。Ec 混凝土彈性模量；I 框架柱截面慣性矩。n框架柱線剛度iHIEicc 3-73cc121hbI 3-8四、荷載的計算與簡化n

15、計算單元的選取計算單元選取n計算簡圖實際結(jié)構(gòu)l01l02計算簡圖框架荷載垂直荷載水平荷載恒載活載風載地震作用框架自重；粉灰重；板、次梁、墻體重。人群、家具、設備等荷載，取值見建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，可折減。0zszkww一）樓（屋）面活荷載作用于建筑物上的樓面活荷載，不可能以規(guī)范所給的標準值同時作用在所有的樓面上，所以在多層住宅、辦公樓、旅館等設計時考慮樓面活荷載折減。對于樓面梁，當其負荷面積大于25m2，折減系數(shù)為0.9墻、柱基礎計算截面以墻、柱基礎計算截面以上的層數(shù)上的層數(shù) 123456892020計算截面以上的各層活計算截面以上的各層活載總和的折減系數(shù)載總和的折減系數(shù)1.00（0.9）0.85

16、0.700.650.60.55一）樓（屋）面活荷載注：當樓面梁從屬面積超過25m2,采用括號內(nèi)系數(shù)表3-1 活荷載按樓層的折減系數(shù)3.2.2 豎向荷載作用下的分層法（1）分層法 框架結(jié)構(gòu)無側(cè)移； 每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、 下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱 上產(chǎn)生內(nèi)力。根據(jù)以上假定，多層框架可分層作為若干個開口單元，彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡單剛架近似計算。簡單剛架可用彎矩分配法計算，一般循環(huán)2次。分層計算所得梁梁彎矩彎矩即為最后彎矩。由于每一層柱屬于上、下兩層，所以柱彎矩柱彎矩為上、下兩層計算彎矩相疊加。 由于除底層外上層各柱的柱端實際為彈性固定，計算簡圖中假定為

17、完全嵌固，為減少計算誤差，除底層柱外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。柱線剛度修正 考慮除支座外，因此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/3；傳遞系數(shù)修正1.在用分層法計算豎向荷載作用下的框架內(nèi)力時，除底層柱外，其它各層柱的彎矩傳遞系數(shù)為（）A.1/2 B. 1/3C. 1/4 D.12.用分層法計算框架內(nèi)力時，應對柱線剛度進行如下修正：（ ）A底層柱不變，其余各層柱乘以0.9B底層柱不變，其余各層柱乘以0.8C底層柱乘以0.9，其余各層柱不變D底層柱乘以0.8，其余各層柱不變每個節(jié)點各桿件彎矩分配系數(shù)每個節(jié)點各桿件彎矩分配系數(shù)jk：1jkjkjkjkSSS，各桿

18、件的轉(zhuǎn)動剛度各桿件的轉(zhuǎn)動剛度S（i為線剛度）：為線剛度）：S=4i （遠端固定）（遠端固定）S=3i （遠端鉸支）（遠端鉸支）S=i （遠端滑動）（遠端滑動）每一桿件由近端至遠端的彎矩傳遞系數(shù)每一桿件由近端至遠端的彎矩傳遞系數(shù)C：C=1/2 （遠端固定）（遠端固定） C=0 （遠端鉸支）（遠端鉸支） C=-1 （遠端滑動）（遠端滑動）例題另附3.2.3水平荷載作用下的水平荷載作用下的計算方法計算方法 水平荷載一般簡化為節(jié)點水平力節(jié)點水平力的作用。 框架梁、柱彎矩圖呈直線形彎矩圖呈直線形，且存在一個反彎點反彎點。在水平荷載作用下的梁和柱，一般在相鄰兩節(jié)點間總有一個彎矩為零的點，這個彎矩為零的點稱

19、為反彎點。 如能求出各柱的剪力及反彎點位置，即可求得梁、柱的彎矩值。反彎點法反彎點法D值法值法(改進反彎點法改進反彎點法)3.2.3 水平荷載作用下的水平荷載作用下的 反反彎點法彎點法假定框架梁的抗彎剛度無窮大，各柱端不發(fā)生角位移忽略梁的軸向變形時，同一樓層中各柱端側(cè)移相等忽略梁的軸向變形時，同一樓層中各柱端側(cè)移相等側(cè)移剛度側(cè)移剛度d表示柱上下兩端有相對單位側(cè)移時在柱中產(chǎn)生的剪力。表示柱上下兩端有相對單位側(cè)移時在柱中產(chǎn)生的剪力。u柱的抗側(cè)移剛度為：柱的抗側(cè)移剛度為：EIci 第第i根柱的剛度；根柱的剛度； hi 第第i根柱的柱高。根柱的柱高。 以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作用下框架的

20、內(nèi)力以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作用下框架的內(nèi)力頂層頂層因此各柱的剪力為：因此各柱的剪力為： 313133332313333333332323313133332310jDFDDDFDVDVDVFVVVX331333FDDVjjjj u 第二第二層層各柱的剪力為：各柱的剪力為： 2331222FFDDVjjjj u 第一第一層層各柱的剪力為：各柱的剪力為： 12331111FFFDDVjjjj 3.2.3 水平荷載作用下的水平荷載作用下的 反反彎點法彎點法1112242iiiiiijijijinininVdVdVdVd 各柱的剪力：各柱的剪力：21V22V23V每一層各柱的剪力之和等于該層以上水平荷載之和，而每每一層各柱的剪力之和等于該層以上水平荷載之和，而每一根柱分配到的剪力與該柱的側(cè)移剛度成正比。一根柱分配到的剪力與該柱的側(cè)移剛度成正比。FddVijijijFVVVijii21ijii2112iiijijFFddd