多层框架结构上课用

1、第第 4 4 章章 多层框架结构多层框架结构 本章介绍了多层框架结构的设计步骤和设计方法，本章介绍了多层框架结构的设计步骤和设计方法，内容包括：内容包括： 结构布置；结构布置； 计算简图的确定；计算简图的确定； 内力计算；内力计算； 内力组合；内力组合； 框架梁、柱截面设计（配筋计算）；框架梁、柱截面设计（配筋计算）； 构造要求。构造要求。内内 容容 提提 要要 重点：计算简图的确定；框架在竖向荷载水平荷重点：计算简图的确定；框架在竖向荷载水平荷载作用下的内力计算；内力组合；截面设计。载作用下的内力计算；内力组合；截面设计。 难点：框架梁、柱内力组合；梁、柱、节点的配难点：框架梁、柱内力组合；

2、梁、柱、节点的配筋构造。筋构造。4.1框架结构概述框架结构概述 框架结构是指由纵、横梁和柱组成承重骨架并承受抗侧力框架结构是指由纵、横梁和柱组成承重骨架并承受抗侧力作用的结构。作用的结构。 优点：平面布置灵活、自重较轻。优点：平面布置灵活、自重较轻。 缺点：抗侧移刚度较小。缺点：抗侧移刚度较小。 多层建筑中广泛应用；高层或超高层建筑中一般不采用纯多层建筑中广泛应用；高层或超高层建筑中一般不采用纯框架结构。框架结构。 规范规定：现浇混凝土框架高度一般不超过规范规定：现浇混凝土框架高度一般不超过60m，抗震设，抗震设防防7、8、9度区一般不超过度区一般不超过55m、45m、25m。实际工程中，。实

3、际工程中，框架结构一般不超过框架结构一般不超过12层。层。 根据施工方法分类：现浇整体式、装配式和装配整体式。根据施工方法分类：现浇整体式、装配式和装配整体式。4.1.2 4.1.2 框架结构的分类框架结构的分类 现浇框架现浇框架：全部在现场浇注，整体性好，抗震性能好。其缺：全部在现场浇注，整体性好，抗震性能好。其缺点是现场施工的工作量大，工期长，并需要大量的模板。点是现场施工的工作量大，工期长，并需要大量的模板。 装配式框架装配式框架：梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连：梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体。现场施工速度快，但需要大量的运输和吊装工作。接成整体。现场施工速度

4、快，但需要大量的运输和吊装工作。这种结构整体性差，抗震性差，不宜在地震区应用。这种结构整体性差，抗震性差，不宜在地震区应用。 装配整体式框架装配整体式框架：梁、板、柱均为预制，在吊装就位后，先：梁、板、柱均为预制，在吊装就位后，先焊接和绑扎节点区钢筋，通过现浇混凝土形成框架节点并使构焊接和绑扎节点区钢筋，通过现浇混凝土形成框架节点并使构件连成整体。这种结构具有良好的整体性和抗震性，又可采用件连成整体。这种结构具有良好的整体性和抗震性，又可采用预制构件，兼有现浇式框架和装配式框架的优点。缺点是现场预制构件，兼有现浇式框架和装配式框架的优点。缺点是现场浇注混凝土的施工较为复杂。浇注混凝土的施工较为

5、复杂。 4.2框架结构布置框架结构布置4.2.1. 4.2.1. 结构布置的一般原则结构布置的一般原则 原则：既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受原则：既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。力合理，施工方便。 内容：确定柱网尺寸，承重框架布置和变形缝的设置。内容：确定柱网尺寸，承重框架布置和变形缝的设置。 4.2.2. 4.2.2. 柱网布置柱网布置 确定柱在平面上的位置。确定柱在平面上的位置。 柱距：柱距：3.37.2m，梁跨：，梁跨：4.57.0m，层高：，层高：2.84.2m。 4.2.3. 4.2.3. 框架承重体系的布置框架承重体系的布置 根据楼盖

6、荷载传力方向的不同，分为：横向承重、纵向承根据楼盖荷载传力方向的不同，分为：横向承重、纵向承重和纵横向承重重和纵横向承重 框架结构框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。的空间结构体系。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，方向的不同，框架体系可以分为下列三种：框架体系可以分为下列三种： （1 1） 横向框架承重方案横向框架承重方案一般房屋常采用一般房屋常采用在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。沿房屋的

7、纵向设置板和连系梁。沿房屋的纵向设置板和连系梁。 （2 2） 纵向框架承重方案纵向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁沿房屋的横向设置板和连系梁 （3 3） 纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置置横向框架承重横向框架承重纵向框架承重纵向框架承重纵、横向框架混合承重纵、横向框架混合承重分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝分类：沉降缝、伸缩缝和防震缝4.2.4. 4.2.4. 变形缝设置变形缝设置 三缝的

8、作用：三缝的作用： 1. 1.沉降缝：为防止建筑物基础在产生不均匀沉降时，引起上沉降缝：为防止建筑物基础在产生不均匀沉降时，引起上部结构内力发生变化而造成房屋开裂采取的措施部结构内力发生变化而造成房屋开裂采取的措施 2. 2.伸缩缝：当建筑物超过一定长度时，由于温度变化而使房伸缩缝：当建筑物超过一定长度时，由于温度变化而使房屋墙体、屋顶产生温度应力，而基础的温度影响较小，造成房屋墙体、屋顶产生温度应力，而基础的温度影响较小，造成房屋开裂。为了防止温度应力引起的房屋开裂采取的措施。屋开裂。为了防止温度应力引起的房屋开裂采取的措施。 3. 3.防震缝：当房屋平面或立面不规则，各部分的质量和刚防震缝

9、：当房屋平面或立面不规则，各部分的质量和刚度变化较大时，在地震作用下，结构的受力将变得非常复杂，度变化较大时，在地震作用下，结构的受力将变得非常复杂，导致计算困难和部分薄弱位置的结构发生破坏。为避免这种破导致计算困难和部分薄弱位置的结构发生破坏。为避免这种破坏，采用防震缝将房屋分割成几个较为规则的形体，使之计算坏，采用防震缝将房屋分割成几个较为规则的形体，使之计算简单和减少地震作用的破坏。简单和减少地震作用的破坏。三缝的区别：三缝的区别： 1. 构造区别：沉降缝是从基础开始直至屋顶将墙体或框架完构造区别：沉降缝是从基础开始直至屋顶将墙体或框架完全分开；伸缩缝一般是从基础以上开始分开；防震缝一般

10、和伸全分开；伸缩缝一般是从基础以上开始分开；防震缝一般和伸缩缝相同，当基础较差情况下可以将基础分开。三缝的设置宽缩缝相同，当基础较差情况下可以将基础分开。三缝的设置宽度要求均有所不同，一般伸缩缝最小，沉降缝次之，防震缝要度要求均有所不同，一般伸缩缝最小，沉降缝次之，防震缝要求最宽。（根据规范确定）求最宽。（根据规范确定） 2. 位置的区别：沉降缝主要根据地基条件确定设置位置；伸位置的区别：沉降缝主要根据地基条件确定设置位置；伸缩缝一般设置在中间位置；防震缝则设置在不同形体交界处。缩缝一般设置在中间位置；防震缝则设置在不同形体交界处。设计时尽量将三缝合并处理。设计时尽量将三缝合并处理。4.3框架

11、结构计算简图框架结构计算简图4.3.1 4.3.1 框架梁、柱截面选择（截面形式、尺寸的确定）框架梁、柱截面选择（截面形式、尺寸的确定）承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以整体式框架中以T T形（形（见图见图12.5(a)12.5(a)）为多；在装配式框架中）为多；在装配式框架中可做成矩形、可做成矩形、T T形、梯形和花篮形（形、梯形和花篮形（见图见图12.5(b)12.5(b)(g)(g)）等。）等。不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用T T形、形、形、矩形、形、矩形、形

12、、形、L L形等，形等，见图见图12.612.6。 框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。 图图12.6框架连系梁截面形式框架连系梁截面形式 图图12.5框架横梁截面形式框架横梁截面形式 2. 2. 截面尺寸截面尺寸 1） 梁截面尺寸梁截面尺寸 框架梁的截面高度可根据梁的跨度、约束条件及荷载大框架梁的截面高度可根据梁的跨度、约束条件及荷载大小进行选择，一般取梁高小进行选择，一般取梁高h= (1/8 1/12)L，其中，其中 L为梁的跨为梁的跨度，当框架梁为单跨或荷载较大时取大值，当架梁为多跨或度，当框架梁为单跨或荷载较大时取大值，当架梁为多跨或荷载较小时取小值

13、。荷载较小时取小值。 为防止梁发生剪切破坏，梁高为防止梁发生剪切破坏，梁高h不宜大于不宜大于1/4净跨。框架净跨。框架梁的截面宽度可取梁的截面宽度可取 b=(1/21/3)h. 为了使端部节点传为可靠，梁宽为了使端部节点传为可靠，梁宽b不宜小于柱宽的不宜小于柱宽的1/2，且不应小于且不应小于250mm。 为了降低楼层高度或便于管道铺设，也可将框架梁设计为了降低楼层高度或便于管道铺设，也可将框架梁设计成宽度较大的扁梁，扁梁的截面高度可取成宽度较大的扁梁，扁梁的截面高度可取h=(1/15 1/18)L。 当采用叠合梁时，后浇部分截面高度不宜小于当采用叠合梁时，后浇部分截面高度不宜小于120mm。

14、框架连系梁框架连系梁(次梁次梁)的截面高度可按的截面高度可按h=(1/12 1/15)L确定，确定，宽度不宜小于梁高的宽度不宜小于梁高的1/4。表表-7-7梁截面高度与跨度之比（梁截面高度与跨度之比（h hb bl） 表表1-81-8楼板的厚度与跨度之比（楼板的厚度与跨度之比（t tl） 粱的种类粱的种类 h hb bl 单跨梁单跨梁1 18 81 11212 连续梁连续梁1 112121 11515 扁梁扁梁1 112121 11818 单向密肋梁单向密肋梁1 118181 12222 双向密肋梁双向密肋梁1 122221 12525 悬臂梁悬臂梁 1 16 61 18 8 井字梁井字梁1

15、115151 12020框支墙托梁框支墙托梁 1 15 51 17 7 单跨预应力梁单跨预应力梁1 112121 11818 多跨预应力梁多跨预应力梁1 118181 12020 板的类型板的类型 t/ t/l 单向板单向板1 125251 13030 单向连续板单向连续板1 135351 14040 双向板双向板( (短边短边) )1 140401 14545 悬挑板悬挑板1 110101 11212 楼梯平台楼梯平台 1 13030 无粘结预应力板无粘结预应力板 1 14040 无柱帽无梁板无柱帽无梁板 ( (重载重载) ) 1 13030 有柱帽无粱板有柱帽无粱板 ( (轻载轻载) )

16、1 13535 柱截面高度可取柱截面高度可取 h=（1/151/20)H ，H为层高；柱截面宽为层高；柱截面宽度可度可 B=(1/3 2/3)h，并按下述方法进行初步结算。，并按下述方法进行初步结算。 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以以1.21.4的放大系数。柱的截面高度不宜小于的放大系数。柱的截面高度不宜小于400mm，宽度，宽度不宜小于不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之。为避免发生剪切破坏，

17、柱净高与截面长边之比宜大于比宜大于4。 柱截面尺寸柱截面尺寸 现行规范采用系数修正方法计算。现行规范采用系数修正方法计算。 中框架梁中框架梁 边框架梁边框架梁现浇楼盖现浇楼盖 2.0I0 1.5I0装配整体式楼盖装配整体式楼盖 1.5I0 1.2I03. 3. 截面惯性矩截面惯性矩 框架结构是超静定结构，必须先知道框架梁、柱的抗弯框架结构是超静定结构，必须先知道框架梁、柱的抗弯刚度才能计算结构的内力和变形。在初步确定梁、柱截面刚度才能计算结构的内力和变形。在初步确定梁、柱截面尺寸后，可按材料力学的方法计算截面惯性矩。但是，由尺寸后，可按材料力学的方法计算截面惯性矩。但是，由于楼板参加梁的工作，

18、在使用阶段梁又带裂缝工作，因而于楼板参加梁的工作，在使用阶段梁又带裂缝工作，因而精确确定梁截面抗弯刚度并非易事。精确确定梁截面抗弯刚度并非易事。 为了简化计算，作如下规定：为了简化计算，作如下规定： （1 1）在计算框架的水平位移时，对整个框架的各个构件在计算框架的水平位移时，对整个框架的各个构件引入一统一的刚度折减系数引入一统一的刚度折减系数c c，以，以c cE Ec cI I作为该构件的抗弯作为该构件的抗弯刚度。在风荷载作用下，对现浇框架，取刚度。在风荷载作用下，对现浇框架，取c c=0.85=0.85；对装配式；对装配式框架，取框架，取c c=0.7=0.70.80.8。 （2 2）

19、对现浇楼面的整体框架，中部框架梁对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2II=2I0 0；边框；边框架梁架梁I=1.5II=1.5I0 0。其中。其中I I0 0为矩形截面梁的惯性矩为矩形截面梁的惯性矩 图图12.7(a)12.7(a)（3 3） 对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁I=1.5II=1.5I0 0；边框架梁；边框架梁I=1.2II=1.2I0 0 图图12.7(b)12.7(b)（4 4） 对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=II=I0 0 图图12.7(c)12.7(c)图图12.7

20、框架结构的刚度取值框架结构的刚度取值 (a) 现浇式；现浇式；(b) 装配整体式；装配整体式；(c) 装配式装配式 在框架结构布置在框架结构布置中，梁、柱轴线中，梁、柱轴线宜重合，如梁须宜重合，如梁须偏心放置时，梁、偏心放置时，梁、柱中心线之间的柱中心线之间的偏心距不宜大于偏心距不宜大于柱截面在该方面柱截面在该方面宽度的宽度的1/4（即梁（即梁宽不宜小于柱宽宽不宜小于柱宽的的1/2）。如偏心）。如偏心距大于该方向柱距大于该方向柱宽的宽的1/4时，可增时，可增设梁的水平加腋。设梁的水平加腋。 梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列要求梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列

21、要求：bx / lx 1/2 ， bx / bb 2/3 ， bb + bx + x bc/2（三）（三）楼盖结构尺寸楼盖结构尺寸v框架的楼盖结构（楼板和楼面梁）的尺寸确定框架的楼盖结构（楼板和楼面梁）的尺寸确定常用楼盖类型常用楼盖类型楼盖结构尺寸初估楼盖结构尺寸初估1常用楼盖类型常用楼盖类型（1）梁板式楼盖：）梁板式楼盖：有较好的技术经济指标，楼盖结构占用有较好的技术经济指标，楼盖结构占用空间较大，不便布置管线，要求较大的层高。空间较大，不便布置管线，要求较大的层高。 （2）密肋楼盖：）密肋楼盖： 密肋楼盖多用于跨度大而梁高受限制的情密肋楼盖多用于跨度大而梁高受限制的情况下。筒体结构的角区楼

22、板也常用双向密肋楼盖。肋距一般况下。筒体结构的角区楼板也常用双向密肋楼盖。肋距一般为为1.01.01.5m1.5m，一般用，一般用1.2m1.2m较为经济。现浇普通钢筋混凝土较为经济。现浇普通钢筋混凝土密肋板跨度一般不大于密肋板跨度一般不大于9m9m，预应力混凝土密肋板跨度不大于，预应力混凝土密肋板跨度不大于12m12m。在使用荷载较大的情况下，采用密肋楼盖可以取得较。在使用荷载较大的情况下，采用密肋楼盖可以取得较好的经济技术指标。好的经济技术指标。（3）无梁楼盖：）无梁楼盖： 当框架结构在使用荷载较大而层高受限制当框架结构在使用荷载较大而层高受限制的情况下，可以采用无梁楼盖形式。无梁楼盖还适

23、用于施工的情况下，可以采用无梁楼盖形式。无梁楼盖还适用于施工场地狭窄、只能升板场地狭窄、只能升板( (升层升层) )法施工的情况。法施工的情况。 无梁楼盖宜设无梁楼盖宜设柱帽以提高板柱结构的抗水平力性能和防止板的冲切破坏。柱帽以提高板柱结构的抗水平力性能和防止板的冲切破坏。 （4）非预应力平板：）非预应力平板： 一般为实心板，跨度不超过一般为实心板，跨度不超过7m7m。（5）预应力平板）预应力平板 预应力空心板预应力空心板 低碳冷拔丝或高强钢丝先张法预应力空心板是目前低碳冷拔丝或高强钢丝先张法预应力空心板是目前最大量的楼盖形式，跨度最大量的楼盖形式，跨度4m4m以下的短板板厚约为以下的短板板厚

24、约为120mm120mm；跨度；跨度6 67m7m的长板板厚为的长板板厚为180mm180mm左右。左右。 预应力大楼板预应力大楼板 板的尺寸与房间大小相同，最大为板的尺寸与房间大小相同，最大为5m5m4m4m，厚，厚130mm130mm，双向布置先张法预应力钢筋。，双向布置先张法预应力钢筋。 预应力叠合板预应力叠合板 预应力叠合板由两部分构成，在工厂预制预应力预应力叠合板由两部分构成，在工厂预制预应力薄板，厚度为薄板，厚度为505060mm60mm，。叠合部分厚度，。叠合部分厚度为80120mm。 无粘结预应力现浇平板无粘结预应力现浇平板2楼盖结构尺寸初估楼盖结构尺寸初估 粱的种类粱的种类

25、h hb bl 单跨梁单跨梁1 18 81 11212 连续梁连续梁1 112121 11515 扁梁扁梁1 112121 11818 单向密肋梁单向密肋梁1 118181 12222 双向密肋梁双向密肋梁1 122221 12525 悬臂梁悬臂梁 1 16 61 18 8 井字梁井字梁1 115151 12020框支墙托梁框支墙托梁 1 15 51 17 7 单跨预应力梁单跨预应力梁1 112121 11818 多跨预应力梁多跨预应力梁1 118181 12020 板的类型板的类型 t/ t/l 单向板单向板1 125251 13030 单向连续板单向连续板1 135351 14040 双向

26、板双向板( (短边短边) )1 140401 14545 悬挑板悬挑板1 110101 11212 楼梯平台楼梯平台 1 13030 无粘结预应力板无粘结预应力板 1 14040 无柱帽无梁板无柱帽无梁板 ( (重载重载) ) 1 13030 有柱帽无粱板有柱帽无粱板 ( (轻载轻载) ) 1 135354.3.2 4.3.2 平面计算单元平面计算单元 一般情况下，框架房屋是由纵向、横向框架所组成的空间一般情况下，框架房屋是由纵向、横向框架所组成的空间结构，应按空间受力体系进行受力分析。结构，应按空间受力体系进行受力分析。但是，当结构布但是，当结构布置均匀，荷载分置均匀，荷载分布均匀时，横向布

27、均匀时，横向或纵向的各榀框或纵向的各榀框架产生大致相同架产生大致相同的位移，相互间的位移，相互间不会产生大的约不会产生大的约束力。为了简化束力。为了简化计算，可忽略其计算，可忽略其空间作用，将横空间作用，将横向和纵向框架分向和纵向框架分别按平面框架进别按平面框架进行分析计算。行分析计算。 计算单元取相邻两框架柱距的一半。计算单元取相邻两框架柱距的一半。 （如图（如图b） 当采用横向承重方案时，截取横向框架作为计算单元，当采用横向承重方案时，截取横向框架作为计算单元，认为全部竖向荷载由横向框架承担。认为全部竖向荷载由横向框架承担。 当采用纵向承重方案时，截取纵向框架作为计算单元，当采用纵向承重方

28、案时，截取纵向框架作为计算单元，认为全部竖向荷载全部由纵向框架承担。认为全部竖向荷载全部由纵向框架承担。 当采用纵、横双向承重方案时，应根据竖向荷载实际传当采用纵、横双向承重方案时，应根据竖向荷载实际传递路径，按纵、横向框架共同承担进行计算。递路径，按纵、横向框架共同承担进行计算。 在水平荷载作用下，各方向的水平力全部由与该方向的在水平荷载作用下，各方向的水平力全部由与该方向的框架承担，与该方向垂直的框架不参与工作，即横向水平框架承担，与该方向垂直的框架不参与工作，即横向水平力由横向框架承担，纵向水平力由纵向框架承担。力由横向框架承担，纵向水平力由纵向框架承担。 当水平力为风荷载时，每榀框架只

29、承担计算单元范围当水平力为风荷载时，每榀框架只承担计算单元范围内的风荷载值。当水平力为地震作用时，每榀框架承担的内的风荷载值。当水平力为地震作用时，每榀框架承担的水平力按各榀框架的抗侧刚度比例分配。水平力按各榀框架的抗侧刚度比例分配。 节点的模型化节点的模型化跨度与层高的确定跨度与层高的确定4.3.2 4.3.2 计算简图计算简图 在平面框架计算简图中，框架杆件用其轴线表示，杆件之在平面框架计算简图中，框架杆件用其轴线表示，杆件之间的连接用节点表示，杆件长度用节点之间的距离表示。间的连接用节点表示，杆件长度用节点之间的距离表示。 当框架各层柱截面尺寸相同时当框架各层柱截面尺寸相同时(图图a)或

30、截面尺寸不同但形心或截面尺寸不同但形心线重合时线重合时(图图b)，框架柱的轴线取截面形心线。，框架柱的轴线取截面形心线。 当框架各层柱截面尺寸不同且形心不重合时当框架各层柱截面尺寸不同且形心不重合时(图图c)，也可近，也可近似取顶层柱的形心线作为柱的轴线。似取顶层柱的形心线作为柱的轴线。 但是必须注意，按上述计算简图算出的内力是计算简图轴但是必须注意，按上述计算简图算出的内力是计算简图轴线上的内力，在进行截面配筋计算时，还应将其转化为作用于线上的内力，在进行截面配筋计算时，还应将其转化为作用于截面形心处的内力。截面形心处的内力。 框架的计算跨度可取框架柱轴线间的距离。框架的计算跨度可取框架柱轴

31、线间的距离。 框架柱的计算高度框架柱的计算高度(除底层外除底层外)可取各层层高，底层柱可取各层层高，底层柱一般取至基础顶面，当设有整体刚度很大的地下室时，可一般取至基础顶面，当设有整体刚度很大的地下室时，可取至地下室结构的顶部。取至地下室结构的顶部。 框架各跨跨度相差不超过框架各跨跨度相差不超过10%时，可当作等跨框架进时，可当作等跨框架进行内力计算行内力计算 屋面斜梁或折线形横梁，当倾斜度不超过屋面斜梁或折线形横梁，当倾斜度不超过1/8时，可当时，可当作水平横梁进行内力计算。作水平横梁进行内力计算。4.4荷载计算荷载计算1. 1. 恒荷载计算恒荷载计算 1）注意单向板、双向板传力的不同；）注

32、意单向板、双向板传力的不同； 2）连系梁传来的荷载（集中力、偏心布置时有附加弯矩）连系梁传来的荷载（集中力、偏心布置时有附加弯矩）4.4荷载计算荷载计算2. 2. 活荷载计算活荷载计算 1）楼面活荷载（注意折减问题）楼面活荷载（注意折减问题） 2）屋面活荷载、屋面雪荷载（取其中较大值）屋面活荷载、屋面雪荷载（取其中较大值）4.4荷载计算荷载计算3. 3. 风荷载计算风荷载计算 为了简化计算，风荷载一般分段简化为均布荷载，再简化为了简化计算，风荷载一般分段简化为均布荷载，再简化成作用于框架节点的水平集中荷载。成作用于框架节点的水平集中荷载。4.5框架结构内力和侧移计算框架结构内力和侧移计算 4.

33、5.1 竖向荷载作用下框架内力计算竖向荷载作用下框架内力计算1）弯矩二次分配法求框架弯矩）弯矩二次分配法求框架弯矩 （1）计算梁、柱转动刚度）计算梁、柱转动刚度（2）计算各节点杆件（梁、柱）的分配系数）计算各节点杆件（梁、柱）的分配系数 （3）计算杆件固端弯矩（不平衡弯矩）计算杆件固端弯矩（不平衡弯矩）（4）进行弯矩分配与传递）进行弯矩分配与传递 （5）计算杆端弯矩）计算杆端弯矩 （6）画弯矩图）画弯矩图 2）梁端弯矩调幅）梁端弯矩调幅3）计算梁端剪力和柱轴力）计算梁端剪力和柱轴力 固定支座，固定支座，S=4i 铰支座，铰支座，S=3i 定向支座，定向支座，S= i 远端远端 固定支座，固定支

34、座，1/2铰支座，铰支座，0定向支座，定向支座，-1 远端远端 1. 1. 弯矩二次分配法弯矩二次分配法2. 2. 分层法分层法1）计算假定）计算假定 当框架梁的线刚度大于柱的线刚度，且基本对称，荷载均匀当框架梁的线刚度大于柱的线刚度，且基本对称，荷载均匀的情况下，框架侧移较小，框架梁的荷载对其他层梁柱的内力的情况下，框架侧移较小，框架梁的荷载对其他层梁柱的内力影响较小，可作如下假定：影响较小，可作如下假定： 框架侧移忽略不计，不考虑侧移对框架内力的影响；框架侧移忽略不计，不考虑侧移对框架内力的影响； 每层梁上的荷载对其他层梁、柱内力的影响忽略不计，仅每层梁上的荷载对其他层梁、柱内力的影响忽略

35、不计，仅考虑对本层梁、柱内力的影响。考虑对本层梁、柱内力的影响。2）计算要点）计算要点 将框架分解成单层框架，采用弯矩分配法分别计算单层框架将框架分解成单层框架，采用弯矩分配法分别计算单层框架的弯矩，叠加分层计算的柱端弯矩即得框架梁、柱杆端弯矩。的弯矩，叠加分层计算的柱端弯矩即得框架梁、柱杆端弯矩。为了使计算减少误差，对传递系数和柱刚度进行调整为了使计算减少误差，对传递系数和柱刚度进行调整： 除底层外，其余各层柱的线刚度乘以除底层外，其余各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数；的折减系数； 除底层外，其余各层柱的弯矩传递系数取为除底层外，其余各层柱的弯矩传递系数取为1/3 。bc/3ii 适用于梁

36、柱线刚度比的框架计算活荷载的布置问题。活荷载的布置问题。4.5.2 水平荷载作用下框架内力计算水平荷载作用下框架内力计算1.1.反弯点法反弯点法 作用于框架结构上的水平荷载主要是风荷载和地震作用于框架结构上的水平荷载主要是风荷载和地震作用，荷载计算时一般均将其化为节点集中荷载。作用，荷载计算时一般均将其化为节点集中荷载。 因无节间荷载，梁、柱的弯矩图都是直线形，仅有因无节间荷载，梁、柱的弯矩图都是直线形，仅有一个反弯点（弯矩为零的截面）。一个反弯点（弯矩为零的截面）。 只要能确定各柱的剪力和反弯点的位置，就可求得只要能确定各柱的剪力和反弯点的位置，就可求得各柱的弯矩，进而由节点平衡条件求得梁端

37、弯矩及整个各柱的弯矩，进而由节点平衡条件求得梁端弯矩及整个框架的内力。框架的内力。 因此，框架结构在水平荷载作用下内力计算的主要因此，框架结构在水平荷载作用下内力计算的主要任务是：（任务是：（1）确定各柱中反弯点的位置；）确定各柱中反弯点的位置； （2）确定各柱的剪力。）确定各柱的剪力。 4.5.2 水平荷载作用下框架内力计算水平荷载作用下框架内力计算1.1.反弯点法反弯点法 框架在水平荷载作用下，节点将同时产生转角和框架在水平荷载作用下，节点将同时产生转角和侧移，当侧移，当 时，转角时，转角 很小，对框架的内力很小，对框架的内力影响不大。为了简化计算，假定影响不大。为了简化计算，假定 ，等于

38、把框架，等于把框架横梁简化成线刚度横梁简化成线刚度 的刚性梁。的刚性梁。 bc/3ii 0bi bc/3ii 适用范围：框架梁、柱线刚度比适用范围：框架梁、柱线刚度比少层框架结构，少层框架结构，柱截面尺寸较小柱截面尺寸较小 采用此假定后，采用此假定后，一般层柱的一般层柱的1/21/2高度处高度处截面弯矩截面弯矩为零（为零（首层柱首层柱取其取其2/32/3高度处高度处截面弯矩为零），柱截面弯矩为零），柱的弹性曲线在该处改变凹凸方向，故此处称为的弹性曲线在该处改变凹凸方向，故此处称为反弯反弯点点，反弯点距柱底的距离称为，反弯点距柱底的距离称为反弯点高度反弯点高度。 确定好反弯点以后，只要求得柱的剪

39、力，即可确确定好反弯点以后，只要求得柱的剪力，即可确定框架柱的弯矩图，再根据节点力矩平衡条件求得定框架柱的弯矩图，再根据节点力矩平衡条件求得梁端弯矩，然后计算梁端剪力和柱轴力。梁端弯矩，然后计算梁端剪力和柱轴力。 柱的侧移刚度柱的侧移刚度 321212EIihhk2. D值法（改进反弯点法、修正反弯点法）值法（改进反弯点法、修正反弯点法） 节点转角较大，对柱的侧移刚度和反弯点位置产节点转角较大，对柱的侧移刚度和反弯点位置产生较大影响。生较大影响。 设计计算时必须对反弯点法进行修正，采用修正设计计算时必须对反弯点法进行修正，采用修正后的柱侧移刚度和反弯点高度计算其内力。后的柱侧移刚度和反弯点高度

40、计算其内力。 bc/3ii 框架梁、柱线刚度比框架梁、柱线刚度比 采用修正反弯点法时，工程上用采用修正反弯点法时，工程上用D D 表示表示柱的侧移柱的侧移刚度刚度，所以修正反弯点法又称为，所以修正反弯点法又称为“D D 值法值法”。 计算梁的线刚度时，应考虑楼板对梁刚度的增大影响，计算梁的线刚度时，应考虑楼板对梁刚度的增大影响，即板作为梁的翼缘参加工作。即板作为梁的翼缘参加工作。一般层柱一般层柱 cc2kDkkk底层柱底层柱 cc0.52kDkkkbc2ikibciki结结 构构 类类 型型中中 框框 架架边边 框框 架架现浇整体式楼盖现浇整体式楼盖2.01.5装配整体式楼盖装配整体式楼盖1.

41、51.2 通常先按矩形截面计算梁的惯性矩，再乘以增大系数。通常先按矩形截面计算梁的惯性矩，再乘以增大系数。 求得柱的抗侧移刚度求得柱的抗侧移刚度D值后，可按与反弯点法类值后，可按与反弯点法类似的方法，求出各层各柱所分配的地震剪力。似的方法，求出各层各柱所分配的地震剪力。 但欲求得各层各柱的弯矩，还需要知道柱的反弯但欲求得各层各柱的弯矩，还需要知道柱的反弯点位置，也就是点位置，也就是反弯点高度反弯点高度。 影响柱反弯点位置的因素：侧向外荷载形式、梁柱线刚度比、上层层高的变化、下层层高的变化等。 0123()hyyyy hD值法计算框架内力的步骤值法计算框架内力的步骤 计算各层各柱的侧移刚度；计算

42、各层各柱的侧移刚度； 计算各柱所分配的地震剪力；计算各柱所分配的地震剪力； 计算柱的反弯点高度；计算柱的反弯点高度； 计算柱端弯矩；计算柱端弯矩； 计算梁端弯矩；计算梁端弯矩； 计算梁端剪力；计算梁端剪力； 计算柱轴力。计算柱轴力。 4.5.3 水平荷载作用下框架侧移计算与验算水平荷载作用下框架侧移计算与验算 在水平荷载作用下，框架结构的变形由两部分组成：在水平荷载作用下，框架结构的变形由两部分组成：总体剪切变形和总体弯曲变形。总体剪切变形和总体弯曲变形。 总体剪切变形：由梁、柱弯曲变形引起；总体剪切变形：由梁、柱弯曲变形引起； 总体弯曲变形：由框架柱的轴向变形所引起。总体弯曲变形：由框架柱的

43、轴向变形所引起。 一般情况下，框架结构的侧移以总体剪切变形为主，一般情况下，框架结构的侧移以总体剪切变形为主，所以只考虑由梁、柱弯曲变形所引起的侧移。所以只考虑由梁、柱弯曲变形所引起的侧移。 当结构的高宽比增大时，总体弯曲变形的成分也将增当结构的高宽比增大时，总体弯曲变形的成分也将增大。当总高度大。当总高度H H50m50m或或H/BH/B4 4时，一般就应考虑由柱的轴时，一般就应考虑由柱的轴向变形引起的侧移。向变形引起的侧移。 1.1.侧移组成侧移组成 j1imijiuDV层间相对位移层间相对位移 eiiuh验算公式验算公式 4.5.3 水平荷载作用下框架侧移计算与验算水平荷载作用下框架侧移

44、计算与验算2.2.侧移计算侧移计算3.3.侧移验算侧移验算4.6内力组合内力组合 框架在各种荷载作用下的内力确定后，在进行梁、柱截面设计之前，首先要确定好梁、柱的控制截面及其最不利内力，以此作为截面配筋计算的依据。 内力组合就是组合梁、柱控制截面的最不利内力。4.5.1 控制截面控制截面4.5.2 内力换算内力换算4.5.3 内力组合内力组合 框架梁：梁的左、右两端及跨中框架梁：梁的左、右两端及跨中 框架柱：柱上、下两端框架柱：柱上、下两端 4.5.1 控制截面控制截面 框架梁：在水平荷载和竖向荷载作用下，弯矩是呈线框架梁：在水平荷载和竖向荷载作用下，弯矩是呈线性变化或抛物线变化；剪力呈线性变

45、化。性变化或抛物线变化；剪力呈线性变化。 因此，除取梁的两端作为控制截面以外，还应在跨间因此，除取梁的两端作为控制截面以外，还应在跨间取取最大正弯矩的截面最大正弯矩的截面作为控制截面。作为控制截面。 为了计算简便，可直接以为了计算简便，可直接以梁的跨中截面梁的跨中截面作为控制截面，作为控制截面，而不必用求极值的方法确定最大正弯矩控制截面。而不必用求极值的方法确定最大正弯矩控制截面。 对框架柱，内力沿柱高呈线性变化，因此可取各层对框架柱，内力沿柱高呈线性变化，因此可取各层柱的上、下端截面作为控制截面。柱的上、下端截面作为控制截面。 在框架在框架梁、柱端部截面梁、柱端部截面配筋计算时，应采用梁、配

46、筋计算时，应采用梁、柱端部控制截面的内力，而不是轴线处的内力。柱端部控制截面的内力，而不是轴线处的内力。所以，必须先求出构件端部控制截面的内力。所以，必须先求出构件端部控制截面的内力。 4.5.2 内力换算内力换算4.5.3 内力组合内力组合1. 组合目的组合目的 框架柱是按偏心受压构件进行设计，其控制截面的最不利框架柱是按偏心受压构件进行设计，其控制截面的最不利内力为：内力为： 柱端的柱端的 及相应的及相应的 、 ； 或或 及相应的及相应的 、 ； 或或 及相应的及相应的 、 。 maxMNVMmaxNVminNMV 组合目的是组合出构件控制截面的最不利内力。组合目的是组合出构件控制截面的最

47、不利内力。 框架梁是按受弯构件设计，其控制截面最不利内力为：框架梁是按受弯构件设计，其控制截面最不利内力为：梁端最大负弯矩梁端最大负弯矩 及可能出现的最大正弯矩及可能出现的最大正弯矩 ，还有，还有最大剪力最大剪力 ；跨中最大正弯矩；跨中最大正弯矩 及可能出现的负弯矩。及可能出现的负弯矩。 maxMmaxMmaxMmaxV2. 内力组合原则和方法内力组合原则和方法 为了组合出梁、柱控制截面的最不利内力，根据为了组合出梁、柱控制截面的最不利内力，根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，框架结使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，框架结构内力组合一般须考虑以下两种组合：构内力组合一般须考虑以下两种

48、组合：1）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合 恒载内力恒载内力+活载内力活载内力+风载内力：风载内力：1iniSSS QGGKciQiK2）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合 恒载内力恒载内力+活载内力活载内力+风载内力：风载内力：QiGGKQ1Q1KciQiK2niSSSS 具体的内力组合设计值、承载力验算公式具体的内力组合设计值、承载力验算公式0SR S=1.35恒载内力恒载内力+1.40.7活载内力活载内力1.40.6风载内力风载内力 S=1.2(1.0)恒载内力恒载内力+1.4活载内力活载内力1.40.6风载内力风载内力 S=1.2(1.0)恒载内力恒载

49、内力+1.4风载内力风载内力1.40.7活载内力活载内力3. 框架梁内力组合表框架梁内力组合表构构件件截截面面内内力力恒恒荷荷载载活活荷荷载载风荷风荷载载内力组合内力组合最最不不利利左左 右右左左右右左左右右左左右右顶顶层层边边垮垮梁梁左左MV中中 M右右MV4. 框架柱内力组合表框架柱内力组合表构构件件截截面面内内力力恒恒荷荷载载活活荷荷载载风荷风荷载载内力组合内力组合最不利最不利左左 右右 左左 右右 左左 右右 左左 右右顶顶层层A柱柱上上MNV下下MNV活荷载的最不利布置：活荷载的最不利布置： （1 1）分跨计算组合法）分跨计算组合法: :计算量很大（计算量很大（m m层乘层乘n n跨

50、），此法过程跨），此法过程简单、规则，适用于电脑编程。简单、规则，适用于电脑编程。 （2 2）最不利荷载法）最不利荷载法 : :用影响线的方法直接确定产生此最不利用影响线的方法直接确定产生此最不利内力的活荷载布置。内力的活荷载布置。 (3)(3)分层组合分层组合 : :以分层法为依据，对于梁，仅考虑本层活以分层法为依据，对于梁，仅考虑本层活荷载的不利布置，对于柱端弯矩，只考虑与该柱相邻层的活荷载的不利布置，对于柱端弯矩，只考虑与该柱相邻层的活荷载的影响。计算柱的最大轴力时，对于与柱不相邻的上层荷载的影响。计算柱的最大轴力时，对于与柱不相邻的上层活荷载，仅考虑其轴向力的传递而不考虑其弯矩的作用。活荷载，仅考虑其轴向力的传递而不考虑其弯矩的作用。（4 4）满布荷载法）满布荷载法 : :当活荷载产生的内力远小于恒荷载及水平当活荷载产生的内力