多高层框架结构房屋

1、高层钢筋混凝土结构高层钢筋混凝土结构 10.1 结构体系及布置 多层建筑：2 29 9层以下, ,且高度不大于28m28m为多层建筑。 一、多层结构体系简介 框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建 筑的基本结构单元。 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）。 1.框架结构组成 框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式。 柱截面 实腹式（矩形、箱形、圆形、I I形、H H形、L L形、T T形、 十字形等） 梁截面实腹式（矩形、箱形、T T形、倒 L L形、I I形、H H形、花 篮梁等） 矩形梁矩形梁 箱形梁箱形梁 倒倒L形梁形梁 T形梁形梁 花篮梁花篮梁

2、 混凝土梁形式 2、框架结构种类 按所用材料： 混凝土框架结构 钢框架结构 组合框架结构（钢骨混凝土、钢管混凝土） 按施工方法： 整体式框架（混凝土框架而言） 装配式框架 装配整体式框架（混凝土框架而言） 装配式混凝土框架 预制长柱 预制主梁 预制槽形板 预制卡板 装配整体式混凝土框架 预制短柱 迭合梁 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 预制长柱 （1）柱网布置）柱网布置 典型的柱网有内廊式、等跨式和不等跨式。 内廊式 等跨式 满足建筑功能的要求 原则 3、 框架结构的布置 按照承重方案的不同划分为三种: : 横向承重、纵向承重和纵 横向双向承重。 结构受力合理（均匀、对称、对直、贯

3、通，尽量避免缺梁抽柱） 方便施工 （2）承重（竖向荷载）框架的布置 横向框架承重方案 纵向布置连系梁。横向抗侧 刚度大。有利采光和通风。 纵向框架承重方案 横向布置连系梁。横向抗侧 刚度小。有利获得较高净空。 纵横向框架承重方案 两个方向均有较好的抗侧刚度。 框架承重方案与楼盖布置有关 单向板楼盖双向板楼盖 （3）框架的立面布置 规则框架内收外挑 复式框架 缺梁 抽柱 错层 10.2 框架结构计算简图 一、 平面计算单元 满足结构均匀、荷载均匀，将框架结构的空间 形式,简化成平面形式,对横向和纵向分别取图示计算 单元作为分析的对象如图 纵向框架 横向框架 二、计算模型的确定 1.框架杆件用其轴

4、线表示; 杆件之间用节点表示;杆件长度 用节点之间的距离表示。 2.计算跨度取框架之间轴线距离; 3.柱的计算高度可以取层高, 底层柱一般渠道基础顶面的 距离; 4.跨度相差不超过10%时,按等跨计算内力; 5.屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算. 三、框架梁柱截面尺寸 1.梁截面尺寸 一般尺寸: h=(1/10-1/18)L, L为梁的跨度； 悬臂梁： h=(1/6-1/8)L. h不易大于净跨的四分 之一； 截面宽度：b=(1/2-1/3)h, 且不宜小于0.5柱宽, 且 不应小于 250mm 2.柱截面尺寸 柱截面高度h=(1/15-1/20)H, H为层高； 柱截面宽度b=(12

5、/3)h; 第十章 多层框架结构 竖向荷载 自重 楼面活荷载 水平荷载 风荷载 地震作用 楼面荷载 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； 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。 水平荷载简化为节点荷载 10.3 荷载 第十章 多层框架结构 特殊情况下的简化原则：（图10-16） 第十章 多层框架结构 1.集中荷载允许移动不超过梁计算跨度的1/20; 2.计算次梁传给框架主梁的荷载时,可以不考虑次梁的连续性; 3.次要荷载可简化为与主要荷载相同的荷载形式,但对主要部位 要求内力等效; 4.活荷载的折减: (1)对

6、于楼面梁当其负荷面积大于25m2时,折减系数为0.9 (2)对于墙、柱、基础，则按表（10-2）折减 i j kl mn 10.4.1 10.4.1 竖向荷载下的分层法竖向荷载下的分层法 MiMj 1/21/2 MikMjl Mlj Mki 一、基本假定 框架没有侧移； 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 生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、 柱的影响。 二、简化计算模型i i i i i i i i 0.9i 0.9i 0.9i 0.9i 0.9i 0.9i 0.9i 0.9i 刚度系数： 传递系数： 两端固定一端固定一端铰接一端固定一端弹簧铰 )41 (4ii)47

7、5. 0(3iii 49 . 0 2/10 3/1 第十章 多层框架结构 10.4 竖向荷载作用下框架分析的近似计算方法 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。除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘 以0.90.9的折减系数，弯矩传递系数取为1/31/3。 第十章 多层框架结构 三、计算方法 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；原框架柱的内 力需将相邻两个开口框架中相同柱号的内力叠加； 内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配， 但不传递。 梁柱弯距 第十章 多层框架结构 分层法的适用条件: 分层法适用于节点梁

8、柱线刚度比 10.4.2 弯矩二次分配法 是一种计算竖向荷载作用下框架结构内力的 一种近似方法; 假定节点的不平衡弯矩值对于该节点相交的 各杆件的远端有影响,对其余各杆件的影响忽 略不计; 先对各节点的不平衡弯矩进行第一次分配,并 向远端传递(传递系数为1/2); 在将传递弯矩产生的新的不平衡弯矩进行第 二次分配, 整个弯矩分配和传递结束. 5/ cb ii 第十章 多层框架结构 10.5 水平荷载作用下框架结构内力和位移 计算 框架结构在水平荷载作用下的内力计算有两种近 似 计算方法: 反弯点法和修正反弯点法(D值法). 10.5.1 反弯点法 使用条件: 结构比较均匀,层数不多, 梁的线刚

9、度ib比柱的线 刚度 ic大较多时。 一、基本假定 (1)在剪力分配时, 认为梁的线刚度与柱的线刚度之比 为无限大,各柱的上下两端都不发生角位移; (2) 确定各柱的反弯点位置时,认为除底层外其余各层 柱上下两端的转角相同; (3) 不考虑框架横梁的轴向变形,同一层各节点的水平 位移相等。 第十章 多层框架结构 二、 同层柱的剪力分配 柱的侧移刚度: 第i层的总剪力: 2 12 h i d c ik m k iik VV 1 iikik dV i m k ik i V d 1 1 i m k ik ik ik V d d V 1 第十章 多层框架结构 三、柱中反弯点的位置 对于上柱，反弯点的位

10、置位于柱的中点； 对于下柱，反弯点的位置位于离柱底2/3h处。 四、 框架梁柱内力计算 柱的内力根据柱间剪力和反弯点的位置确定, 梁端弯 矩 由平衡条件求出. 1.柱端弯矩: 2.梁端弯矩: yhVM ik d ik hyVM ik u ik )1 ( h h y 下 r b l b l b d c u c l b ii i MMM )( r b l b r b d c u c r b ii i MMM )( 第十章 多层框架结构 3. 梁端剪力 根据梁的平衡条件求出. l MM VV r b l b r v l b )( 4. 柱的轴力 结点左右梁端剪力之和求出: n i r ib l ib

11、ik VVN)( 第十章 多层框架结构 10.5.2 改进反弯点法 由于柱的侧移刚度不但与柱本身的线刚度和层高有 关， 而且还与梁的线刚度有关；且柱的反弯点高度不应是定值， 而应是个变数，它随着该柱与梁间的线刚度比、该柱所在 的 楼层位置、上下层梁间的线刚度比，以及上下层层高的不 同 而不同，甚至与房屋的总层数等因素也有关。 两点改进: 柱的侧移刚度和柱反弯点的位置; 一、柱的侧移刚度 修正系数（总小于1）。反映了节点转动降低了 柱的抗侧刚度。 2 12 h i D c c 第十章 多层框架结构 c 第十章 多层框架结构 二、柱反弯点的位置 hyyyyyh)( 3210 第十章 多层框架结构

12、(1)规则框架梁柱的线刚度比值及楼层位置的影响标 准反弯点高度比y0。附表19-1和19-2。 (2)上下层梁线刚度比变化时反弯点高度比修正系数y1。 附表19-3。 (3)上下层高变化时反弯点高度比修正系数y2, y3。附表 19-4。顶层不考虑y2 ，底层不考虑y3。 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 三、计算步骤三、计算步骤 1. 求梁、柱线刚度比求梁、柱线刚度比 2. 求各柱抗侧移刚度求各柱抗侧移刚度D 3. 求各柱剪力值求各柱剪力值 4. 求各柱反弯点高度求各柱反弯点高度 5. 求各柱柱端弯矩求各柱柱端弯矩 柱下端弯矩柱下端弯矩 柱上端弯矩柱上端弯矩 6. 求各横梁梁端弯矩

13、，由节点平衡条件得：求各横梁梁端弯矩，由节点平衡条件得： 7. 绘制框架内力图绘制框架内力图 F D D V i i i r yH ri yHV ri HyV1 第十章 多层框架结构 边节点 中间节点 7. 绘制框架内力图 下上ccb MMM 右左 左 下上左 bb b ccb ii i MMM 右左 右 下上左 bb b ccb ii i MMM 10.5.3 框架结构侧移近似计算 框架结构在水平荷载作用下的变形由总体剪切变形 和 总体弯曲变形两部分组成。 第十章 多层框架结构 总体剪切变形是由梁柱弯曲变形应起的框架变形； 由于它的侧移曲线和悬臂梁的剪切变形曲线曲线相 似，称为剪切变形。总体

14、弯曲变形是由框架两侧柱 的轴向变形导致的框架变形，它的侧移曲线与悬臂 梁的弯曲变形相似，称为弯曲变形。 对于层数不多的框架结构，只考虑剪切变形；对于 较高的框架（H50米）或较柔的框架(H/B4),考 虑框架的弯曲变形. 一、侧移的近似计算 n i ri r r D V u 1 Vr第r层的层间剪力； Dri第r层，第i号柱的侧移刚度； n框架第r层的总柱数。 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 m r rt uu 1 ut框架顶点总位移 m框架结构的总层数 二、弹性侧移限值 层间位移框架 550 1 r r H u 第十章 多层框架结构 10.6 内力组合 10.6.1 控制截面 内

15、力最大的截面，不同的内力不一定在同一截面上达到最大 值，故一个构件可能同时有几个控制截面。 柱：上下端截面 梁： 梁两端支座截面：取柱边缘处截面 梁跨间截面：近似取跨中 10.6.2荷载效应组合 在结构设计时，须考虑几种荷载同时作用时的最不利情况。 对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则， 并应按下列组合值中取最不利值确定： 1)由可变荷载效应控制的组合： 2)由永久荷载效应控制的组合按下式采用。 KQQGKG SSS 11 n i QiKQiGKG SSS 1 9 . 0 n i QiKciQiGKG SSS 1 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 10.6.3 最不利内力组

16、合 使截面配筋最大的内力组合 梁端： +Mmax、 -Mmax 、Vmax 梁 梁中：+Mmax +Mmax 及相应 的较小N、相应的V 柱端 -Mmax 及相应 的较小N、相应的V Nmax及相应较大的 、相应的V Nmin及相应较大的 、相应的V M M 第十章 多层框架结构 10.6.4 活荷载最不利位置活荷载最不利位置 1. 分跨计算组合法分跨计算组合法 （一般运用计算机完成）（一般运用计算机完成） 2. 满布荷载法：当活荷载产生的内力远小于恒荷载及水平力满布荷载法：当活荷载产生的内力远小于恒荷载及水平力 所产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置，而把活所产生的内力时，可不考虑活荷载

17、的最不利布置，而把活 荷载同时作用于所有的框架梁上。荷载同时作用于所有的框架梁上。 跨中弯矩跨中弯矩（1.11.2) 4. 最不利荷载位置法最不利荷载位置法 10.6.5 梁端弯矩调幅梁端弯矩调幅 采用塑性内力重分布的方法，对框架梁端进行支座弯矩采用塑性内力重分布的方法，对框架梁端进行支座弯矩 调幅。调幅。 将竖向荷载作用下的支座弯矩适当高低（系数为将竖向荷载作用下的支座弯矩适当高低（系数为0.80.9)。 只对只对竖向荷载竖向荷载作用下的内力。作用下的内力。 第十章 多层框架结构 10.7 无抗震设防要求时框架结构的设计 二、设计步骤 一、柱的计算长度 现浇：底层柱 l0=1.0H 其他层柱

18、 l0=1.25H 第十章 多层框架结构 三、节点的构造要求 1.框架顶层端节点处梁上部纵筋的截面面积 2.梁柱纵筋在节点区锚固 （1）梁在中间层 s A y 0bcc 35. 0 f hbf 1）端节点处 第十章 多层框架结构 2）中间节点处 第十章 多层框架结构 （2）柱在中间层 1）中间节点 第十章 多层框架结构 2）端节点 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架结构 例

19、1:某教学楼为四层钢筋混凝土框架结构。梁的截面尺寸为 250mm600mm，混凝土采用C20；柱的截面尺寸为 450mm450mm，混凝土采用C30。现浇梁、柱，结构剖面图 及计算简图如图所示，试用弯矩二次分配法绘该框架的弯矩图。 第十章 多层框架结构 解解: 计算梁柱转动刚度：计算梁柱转动刚度： 因为框架结构对称荷载对称，故可取如图（因为框架结构对称荷载对称，故可取如图（b）所示半边结构）所示半边结构 计算。计算。 梁的线刚度：梁的线刚度： 边跨梁：边跨梁： 中跨梁：中跨梁： kN.m101624 75 21600250 12 1 10525 3 36 . . . l IE i bb b k

20、N.m109045 03 21600250 12 1 10525 3 36 . . . l IE i bb b 第十章 多层框架结构 柱的线刚度： 首层柱： 其它层柱： 梁柱转动刚度及相对转动刚度见表 kN.m105322 554 450 12 1 1030 3 36 . . . h IE i cc c 构件名称构件名称转动刚度转动刚度S(kN.m) 相对转动刚度相对转动刚度 框架梁框架梁 边跨边跨4ib=424.16103=96.641031.072 中跨中跨2ib=245.90103=91.801031.019 框架柱框架柱 首层首层4ic =422.53103=90.121031.000

21、 其它层其它层4ic =428.48103=113.921031.264 kN.m104828 603 450 12 1 1030 3 36 . . . h IE i cc c 第十章 多层框架结构 (2)计算分配系数： 分配系数按下式计算： 各节点杆件分配系数 SS / 节点节点 51.072+1.246=2.3360.4590.541 41.072+1.2462=3.6000.2980.3510.351 31.072+1.2462=3.6000.2980.3510.351 21.072+1.246+1.00=3.3360.3210.3790.300 101.072+1.019+1.246=

22、3.3550.3200.3030.377 91.072+1.019+1.2462=4.6190.2320.2200.2740.274 81.072+1.019+1.2462=4.6190.2320.2200.2740.274 71.072+1.019+1.246+1.000=4.3550.2460.2340.2900.230 ik S 左梁 梁右 下柱 上柱 3）端固定弯矩MF 顶层： 边跨梁： 中跨梁： 其它层： 边跨梁： 中跨梁： kN.m05122750845 12 1 12 1 22 11 .lqMF kN.m8133 2 3 0845 3 1 3 1 2 2 21 . lqMF kN

23、.m04114751242 12 1 12 1 22 12 .lqMF kN.m7233 2 3 9644 3 1 3 1 2 2 23 . lqMF 第十章 多层框架结构 （4）弯矩分配与传递： 弯矩分配与传递如下图所示。首先将各节点的分配系 数填在相应方框内，将梁的固端弯矩写在框架横梁相应 位置上，然后将节点放松，把各节点不平衡弯矩“同时” 进行分配。 假定：远端固定进行传递（不向滑动端传递）；右（左） 梁分配弯矩向左（右）梁传递；上（下）柱分配弯矩向 下（上）柱传递（传递系数均为1/2）；第一次分配弯矩 传递后，再进行第二次弯矩分配，然后不再传递。 第十章 多层框架结构 第十章 多层框架

24、结构 第十章 多层框架结构 （5）作弯矩图： 弯矩图如图所示，括号内的弯矩为弯矩调幅后相应截 面的弯矩数值。 第十章 多层框架结构 例2:试用值D法计算如图所示框架的弯矩图。图中括号内的数 字为杆件的相对线刚度。 第十章 多层框架结构 层层 数数 层层剪力 （kN） 边柱边柱D值值中柱中柱D值值每根边柱剪力（kN） 每根中柱剪力 （kN） 37308.13 212409.342 115256.558 14. 1 1 . 12 5 . 11 K 391. 01 . 1 5 . 3 12 14. 12 14. 1 2 D 27. 2 1 . 12 )5 . 11 (2 K 573. 01 . 1

25、5 . 3 12 27. 22 27. 2 2 D 25. 1 2 . 12 5 . 15 . 1 K 452. 02 . 1 5 . 3 12 25. 12 25. 1 2 D 5 . 2 2 . 12 5 . 14 K 653. 02 . 1 5 . 3 12 5 . 22 5 . 2 2 D 1 .35 730 13. 8 391. 0 3 V 5 .51 730 13. 8 573. 0 3 V 0 .60 1240 342. 9 452. 0 2 V 7 .86 1240 342. 9 653. 0 2 V 5 . 1 0 . 1 5 . 1 K 339. 00 . 1 5 . 4

26、12 5 . 12 5 . 15 . 0 2 D 0 . 3 0 . 1 5 . 12 K 415. 00 . 1 5 . 4 12 32 35 . 0 2 D 8 .78 1525 558. 6 339. 0 1 V 5 .96 1525 558. 6 415. 0 1 V D 第十章 多层框架结构 （2）反弯点高度比计算见表 层数层数边柱边柱中柱中柱 3 2 1 457. 005. 0407. 0y 3n3j 14. 1K 407. 0 0 y 67. 05 . 1/0 . 1 1 05. 0 1 y 3n 3j 27. 2K 45. 0 0 y 67. 0)25 . 1/()20 . 1

27、 ( 1 041. 0 1 y 491. 0041. 045. 0y 3n2j 25. 1K4625. 0 0 y 1 1 0 1 y 1 2 0 2 y 29. 1 3 0169. 0 3 y 4456. 00169. 04625. 0y 3n2j 5 . 2K 5 . 0 0 y 1 1 0 1 y 1 2 0 2 y 29. 1 3 0 3 y 5 . 0y 3n 1j 5 . 1K 725. 0 0 y 78. 05 . 4/5 . 3 2 0025. 0 2 y 7225. 00025. 0725. 0y 3n1j 0.3K55. 0 0 y 78. 05 . 4/5 . 3 2 0 2 y 55. 0y 第十章 多层框架结构 （3）弯矩图如图 第十章 多层框架结构 矩形梁矩形梁 箱形梁箱形梁 倒倒L形梁形梁 T形梁形梁 花篮梁花篮梁 混凝土梁形式 2、框架结构种类 按所用材料： 混凝土框架结构 钢框架结构 组合框架结构（钢骨混凝土、钢管混凝土） 按施工方法： 整体式框架（混凝土框架而言） 装配式框架 装配整体式框架（混凝土框架而言） 装配式混凝土框架 预制长柱 预制主梁 预制槽形板 预制卡板 装配整体式混凝土框架 预制短柱 迭合梁 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 预制长柱 （3）框架的立面布置 规则框架内收外挑 复式