多层和高层框架结构设计

1、混凝土结构设计混凝土结构设计 2. 框架结构设计框架结构设计2022-5-23南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2学习要求学习要求 熟悉框架结构的熟悉框架结构的特点和适用范围特点和适用范围； 熟悉框架结构的熟悉框架结构的平面布置平面布置和和构件选型构件选型； 掌握框架结构掌握框架结构内力分析方法内力分析方法及及组合原则组合原则； 熟悉框架结构在水平荷载作用下的熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验侧移验算方法算方法。2022-5-233主要内容主要内容3.1 框架结构概述框架结构概述3.2 框架结构设计框架结构设计3.3 框架结构设计实例框架结构设计实例3.4 本章小结本章小结南通大学建筑

2、工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2343.1 框架结构概述框架结构概述 概念概念框架结构是指由框架结构是指由横梁横梁和和立柱立柱作为作为主主要承重构件要承重构件而组成的结构体系。其中，而组成的结构体系。其中，梁和柱的连接梁和柱的连接节点全部或大部分为刚接节点全部或大部分为刚接。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2353.1 框架结构概述框架结构概述南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2363.1 框架结构概述框架结构概述南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2373.1 框架结构概述框架结构概述 分类分类A. 按跨数分：按跨数分：

3、单跨、多跨；单跨、多跨；B. 按层数分：按层数分：单层、多层；单层、多层；C.按材料分：按材料分：钢框架、钢框架、钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架、木、木框架、钢与钢筋混凝土混合框架等。框架、钢与钢筋混凝土混合框架等。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2383.1 框架结构概述框架结构概述 分类分类 钢筋混凝土框架按施工方法可分为钢筋混凝土框架按施工方法可分为现浇整现浇整体式体式、装配式装配式和和装配整体式装配整体式。a. 现浇整体式：现浇整体式：整体性能好，抗震性能好，现场工整体性能好，抗震性能好，现场工作量大，费模板；作量大，费模板；b. 装配式：装配式：标准化、工厂化生产

4、，施工速度快，整标准化、工厂化生产，施工速度快，整体性能差，抗震性能弱；体性能差，抗震性能弱；c. 装配整体式：装配整体式：兼有上述两者的优点。兼有上述两者的优点。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2393.1 框架结构概述框架结构概述 特点特点A. 优点优点a. 建筑平面布置灵活，既可形成较大的使用建筑平面布置灵活，既可形成较大的使用空间，也可分隔为若干小空间；空间，也可分隔为若干小空间；b. 结构整体性较好；结构整体性较好；c. 构件类型少，结构轻巧，施工方便；构件类型少，结构轻巧，施工方便；d. 设计计算理论较成熟。设计计算理论较成熟。南通大学建筑工程学院南通大学建筑

5、工程学院2022-5-23103.1 框架结构概述框架结构概述 特点特点B. 缺点缺点a. 框架节点处应力集中显著；框架节点处应力集中显著；b. 当建筑高度较大时，当建筑高度较大时，底部各层柱的轴力很底部各层柱的轴力很大大，致使构件截面尺寸过大和配筋过密；，致使构件截面尺寸过大和配筋过密；c. 框架结构的侧向刚度小，框架结构的侧向刚度小，在风荷载和地震在风荷载和地震作用下结构侧移迅速增大。作用下结构侧移迅速增大。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23113.1 框架结构概述框架结构概述 适用范围适用范围 框架结构特别适合于在办公楼、教学框架结构特别适合于在办公楼、教学楼、公

6、共性与商业性建筑、图书馆、轻工楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用。业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系123.1 框架结构概述框架结构概述 适用范围适用范围 考虑到考虑到框架结构侧向刚度较小框架结构侧向刚度较小，故框架结构，故框架结构建筑一般不超过建筑一般不超过20层，层，其适用高度及高宽比与抗其适用高度及高宽比与抗震设防烈度有关。震设防烈度有关。若不需进行抗震设计，适用高若不需进行抗震设计，适用高度不大于度不大于70m，最大高宽比为，最大高宽比为5，其它情形见

7、，其它情形见高层建筑混凝土技术规程高层建筑混凝土技术规程JGJ 3-2010（简称（简称高规高规）。2022-5-23133.1 框架结构概述框架结构概述 多层和高层框架结构多层和高层框架结构A. 界限界限 多层与高层建筑多层与高层建筑无统一划分界限无统一划分界限。我。我国国高规高规将将10层及其以上或高度超过层及其以上或高度超过28m的建筑物称为高层建筑。的建筑物称为高层建筑。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23143.1 框架结构概述框架结构概述 多层和高层框架结构多层和高层框架结构B. 比较比较a. 高层建筑承受的荷载高层建筑承受的荷载比多层建筑比多层建筑更大更大，

8、刚度刚度比多比多层建筑层建筑更小更小，水平荷载水平荷载对高层建筑的对高层建筑的影响影响较对多较对多层建筑的影响层建筑的影响更大更大；b. 从设计计算角度，高层框架结构除风荷载取值、从设计计算角度，高层框架结构除风荷载取值、楼面活荷载布置与多层框架结构略有不同，水平楼面活荷载布置与多层框架结构略有不同，水平荷载作用下应补充荷载作用下应补充侧移验算侧移验算外，其它基本相同。外，其它基本相同。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23153.2 框架结构设计框架结构设计 概述概述框架结构设计的主要步骤包括：框架结构设计的主要步骤包括： 结构布置；结构布置； 构件选型；构件选型； 内力

9、分析；内力分析； 构件设计；构件设计； 施工图绘制。施工图绘制。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23163.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置A. 布置原则布置原则a. 尽量与建筑的平、立剖面划分一致尽量与建筑的平、立剖面划分一致，以便设计和，以便设计和施工；施工；b. 结构的平面布置应尽可能规则、对称结构的平面布置应尽可能规则、对称，使结构传，使结构传力直接、受力明确；力直接、受力明确；c. 结构的竖向布置应力求体形简单结构的竖向布置应力求体形简单，使结构刚度沿，使结构刚度沿高度分布均匀，避免突变；高度分布均匀，避免突变；d. 应合理地设置伸缩缝、沉降缝和防

10、震缝。应合理地设置伸缩缝、沉降缝和防震缝。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23173.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案a. 横向框架承重方案横向框架承重方案布置：布置：由主梁和柱组成由主梁和柱组成的承重主框架沿房屋的的承重主框架沿房屋的横向布置。横向布置。楼（屋）面楼（屋）面板支承于主梁上，板支承于主梁上，纵向纵向由连系梁将横向框架连由连系梁将横向框架连成空间结构体系。成空间结构体系。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23183.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面

11、框架承重方案a. 横向框架承重方案横向框架承重方案 优点：横向刚度得到加强优点：横向刚度得到加强，有利于抵抗横向水平力。纵有利于抵抗横向水平力。纵向连系梁的截面高度向连系梁的截面高度缺点：缺点：横向梁的高度较大较小，梁下可开设大的门窗洞横向梁的高度较大较小，梁下可开设大的门窗洞口，口，有利于房屋室内的采光和通风有利于房屋室内的采光和通风。，房间净空减小，。，房间净空减小，开间布置不灵活，且不利于纵向管道的敷设。开间布置不灵活，且不利于纵向管道的敷设。p 总评：横向框架承重布置时，建筑物的横向刚度总评：横向框架承重布置时，建筑物的横向刚度较大，结构性能好，实际中应用较多较大，结构性能好，实际中应

12、用较多。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23193.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案b. 纵向框架承重方案纵向框架承重方案布置：布置：由纵向主梁与柱由纵向主梁与柱构成的承重主框架沿房构成的承重主框架沿房屋的纵向布置屋的纵向布置。楼（屋）楼（屋）面板支承于主梁上，面板支承于主梁上，横横向连系梁将纵向框架连向连系梁将纵向框架连成空间结构体系。成空间结构体系。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23203.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案b. 纵向框架承重方

13、案纵向框架承重方案 优点：纵向刚度进一步增大优点：纵向刚度进一步增大，有利于调整纵向地，有利于调整纵向地基不均匀沉降。横向连系梁的截面高度较小，可基不均匀沉降。横向连系梁的截面高度较小，可获得获得较大的净空较大的净空，且，且有利于纵向管道的敷设有利于纵向管道的敷设。 缺点：横向刚度较差。缺点：横向刚度较差。p 总评：实际中应用较少总评：实际中应用较少。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23213.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案c. 双向框架承重方案双向框架承重方案布置：布置：在房屋的在房屋的两个两个方向均布置承重主框方向

14、均布置承重主框架架，楼（屋）面板上，楼（屋）面板上的荷载有两个方向梁的荷载有两个方向梁共同承担。共同承担。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系223.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案c. 双向框架承重方案双向框架承重方案特点：结构的空间刚度较大，结构整体性好，对特点：结构的空间刚度较大，结构整体性好，对抗震有利。抗震有利。适用于柱网平面形状为方形或楼面荷适用于柱网平面形状为方形或楼面荷载较大的情况，楼盖常采用现浇混凝土双向板或载较大的情况，楼盖常采用现浇混凝土双向板或井式梁。井

15、式梁。2022-5-23233.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案d. 注意事项注意事项a) 框架结构中的框架结构中的“连系梁连系梁”由于不直接承受板上竖由于不直接承受板上竖向荷载，其截面高度可比相应的框架梁的截面高向荷载，其截面高度可比相应的框架梁的截面高度小一些，但其度小一些，但其重要性也不容忽视重要性也不容忽视。“连系梁连系梁”除了起除了起连系承重框架连系承重框架的作用，其与框架柱组成的的作用，其与框架柱组成的平面框架同样要承受风荷载及地震作用，并与承平面框架同样要承受风荷载及地震作用，并与承重框架一起组成建筑物的重框架一起组成建筑物的空

16、间承重骨架空间承重骨架。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23243.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案d. 注意事项注意事项b) 当楼（屋）面采用预制混凝土板时，才可以将板当楼（屋）面采用预制混凝土板时，才可以将板上竖向荷载视为单向传递。上竖向荷载视为单向传递。严格来说严格来说，横向框架横向框架承重方案和纵向框架承重方案是当楼（屋）盖采承重方案和纵向框架承重方案是当楼（屋）盖采用预制板时才存在的用预制板时才存在的；南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23253.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布

17、置B. 平面框架承重方案平面框架承重方案d. 注意事项注意事项c) 当框架体系采用整体式钢筋混凝土楼（屋）盖时，当框架体系采用整体式钢筋混凝土楼（屋）盖时，板上竖向荷载均会传给其四周的支承梁，（板上竖向荷载均会传给其四周的支承梁，（虽然虽然计算时单向板按单向传力考虑，但实际仍为双向计算时单向板按单向传力考虑，但实际仍为双向传力传力），），故采用全现浇楼（屋）盖的框架结构均故采用全现浇楼（屋）盖的框架结构均为纵横向框架承重方案为纵横向框架承重方案。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23263.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置C. 柱网布置柱网布置a. 概述概述

18、平面上框架柱在纵横方向的排列平面上框架柱在纵横方向的排列即形成柱即形成柱网。网。柱网布置就是确定纵向柱列的柱距和横向柱柱网布置就是确定纵向柱列的柱距和横向柱列的列的 柱距（通称跨度）。柱距（通称跨度）。柱网尺寸应根据建筑柱网尺寸应根据建筑的使用功能要求而定，主梁的跨度一般为的使用功能要求而定，主梁的跨度一般为5 8m，次梁一般为次梁一般为 4 7m。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23273.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置C. 柱网布置柱网布置b. 工业建筑工业建筑 多层工业厂房框架结构常用柱网有多层工业厂房框架结构常用柱网有内廊式内廊式和和等跨式等跨式两

19、种。工业厂房的柱网尺寸较大，相应的两种。工业厂房的柱网尺寸较大，相应的板区格跨度也大，板区格跨度也大，为了减小楼板厚度为了减小楼板厚度，可在跨内可在跨内布置若干次梁布置若干次梁，以减少板区格的跨度，从而减少，以减少板区格的跨度，从而减少板厚。板厚。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23283.2 框架结构设计框架结构设计内廊式内廊式等跨式等跨式附加次梁附加次梁次梁次梁南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23293.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置C. 柱网布置柱网布置c. 民用建筑民用建筑 民用建筑由于使用功能要求复杂多变，柱网民用建筑由于使

20、用功能要求复杂多变，柱网布置也各部相同。布置也各部相同。纵向柱列的柱距与房间的开间纵向柱列的柱距与房间的开间尺寸有关尺寸有关，开间较大时，可采用一个开间一个柱，开间较大时，可采用一个开间一个柱距方案，开间较小时，可采用两个开间一个柱距距方案，开间较小时，可采用两个开间一个柱距的方案。的方案。跨度大小主要与房间进深有关跨度大小主要与房间进深有关，如办公，如办公楼和旅馆常采用三跨内廊式。楼和旅馆常采用三跨内廊式。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23303.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置D.立面布置立面布置内收内收规则框架规则框架外挑外挑错层错层抽柱抽柱缺梁缺梁

21、南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23313.2 框架结构设计框架结构设计 结构布置结构布置E. 其它其它 框架结构的填充墙及隔墙框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质宜选用轻质墙体墙体，并且与框架结构有可靠的拉结。此，并且与框架结构有可靠的拉结。此外，结构布置时外，结构布置时应避免上、下层刚度变化应避免上、下层刚度变化过大、避免形成短柱并应减少因抗侧刚度过大、避免形成短柱并应减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转偏心所造成的扭转。2022-5-23323.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定A. 构件选型构件选型 框架梁的截面形状通常设计成框架梁的

22、截面形状通常设计成T形形和和矩形矩形，装配式框架中还可以做成装配式框架中还可以做成花篮花篮等形状。框架柱一等形状。框架柱一般为般为矩形矩形或正或正方形方形，也可根据需要做成，也可根据需要做成圆形圆形或其或其它形状。它形状。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23333.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算a. 概述概述 结构设计时，结构设计时，一般应先估算构件的截面尺寸一般应先估算构件的截面尺寸，待构件的内力和结构的变形计算好后，若预估的待构件的内力和结构的变形计算好后，若预估的截面尺寸符合要求，便可以此尺寸

23、作为最终截面截面尺寸符合要求，便可以此尺寸作为最终截面尺寸；尺寸；若与实际所需尺寸相差很大，则须重新估若与实际所需尺寸相差很大，则须重新估算和验算直至符合要求为止算和验算直至符合要求为止。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23343.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁 框架梁的截面尺寸应根据框架梁的截面尺寸应根据承受荷载的大小承受荷载的大小、梁的跨度梁的跨度、框架的间距框架的间距、是否考虑抗震设防要求是否考虑抗震设防要求以及以及选用的材料强度选用的材料强度等诸多因素综合考虑确定。等诸多因

24、素综合考虑确定。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23353.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁框架梁的截面尺寸可按下式估算：框架梁的截面尺寸可按下式估算：b011818hl截面高度截面高度截面宽度截面宽度b1124bbh梁的计梁的计算跨度算跨度梁的净跨梁的净跨度与截面度与截面高度之比高度之比不宜小于不宜小于4 ， 梁 的， 梁 的截面宽度截面宽度不宜小于不宜小于200mm。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23363.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸

25、确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁 为了获得较大的使用空间，有时将框架梁设计为了获得较大的使用空间，有时将框架梁设计成扁梁。对成扁梁。对框架扁梁框架扁梁，其截面尺寸可按下式估算：，其截面尺寸可按下式估算：b0111825hlb1 3bbh 扁梁除满足承载力要求外，还应特别注意其扁梁除满足承载力要求外，还应特别注意其变形和裂缝是否满足有关要求。变形和裂缝是否满足有关要求。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23373.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁

26、 在计算框架梁的惯性矩时，在计算框架梁的惯性矩时，要考虑楼面板与要考虑楼面板与梁的连接对梁惯性矩的有利影响梁的连接对梁惯性矩的有利影响。其中，。其中，现浇现浇楼楼面板的钢筋与框架梁的钢筋交织在一起，整体性面板的钢筋与框架梁的钢筋交织在一起，整体性最好最好，采用，采用装配整体式装配整体式楼面板时整体性楼面板时整体性稍差稍差，采，采用用装配式装配式楼面板则楼面板则最差最差。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2338 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁楼板类型楼板类型边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁现浇楼板现浇楼板I1.5

27、I0I2.0I0装配整体式楼板装配整体式楼板I1.2I0I1.5I0装配式楼板装配式楼板II0II030112bbIb h3.2 框架结构设计框架结构设计南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-2339 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁3.2 框架结构设计框架结构设计南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23403.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁 在框架结构布置中在框架结构布置中，梁

28、、柱轴线宜重合梁、柱轴线宜重合。如梁须偏心放置时（如梁须偏心放置时（如使外墙与框架柱外侧平齐，如使外墙与框架柱外侧平齐，或走廊两侧墙体与框架柱内侧平齐或走廊两侧墙体与框架柱内侧平齐），梁、柱中），梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方面宽度心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方面宽度的的1/4。如偏心距大于该方向柱宽的。如偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可增时，可增设梁的水平加腋。设梁的水平加腋。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23413.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算b. 框架梁框架梁 右图各

29、项尺寸应满足的要右图各项尺寸应满足的要求详见教材第求详见教材第184页。页。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23423.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算c. 框架柱框架柱多层建筑中，框架柱的截面尺寸可按下式估算：多层建筑中，框架柱的截面尺寸可按下式估算：111218cibH截面宽度截面宽度截面高度截面高度1 2cchb第第i层层高层层高南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23433.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估

30、算c. 框架柱框架柱 高层建筑中，若不考虑抗震设防，框架柱高层建筑中，若不考虑抗震设防，框架柱的截面面积可按下式估算：的截面面积可按下式估算：NccccAb hNf截面面积截面面积轴向力设计值轴向力设计值v1.11.2NN柱支承的楼面面积上竖向柱支承的楼面面积上竖向荷载产生的轴向力设计值荷载产生的轴向力设计值NNccN f A轴压比轴压比南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23443.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算c. 框架柱框架柱 柱支承的楼面面积取法如下图所示柱支承的楼面面积取法如下图所示:vNnq

31、SS待估算柱柱顶待估算柱柱顶以上楼层层数以上楼层层数单位面积上的竖单位面积上的竖向荷载的设计值向荷载的设计值南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系453.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算c. 框架柱框架柱 矩形框架柱的截面边长不宜小于矩形框架柱的截面边长不宜小于250mm，圆，圆柱的截面直径不宜小于柱的截面直径不宜小于350mm，剪跨比宜大于剪跨比宜大于2（避免因出现短柱而发生脆性破坏）（避免因出现短柱而发生脆性破坏），截面的高截面的高宽比不宜大于宽比不宜大于

32、3。2022-5-23463.2 框架结构设计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算c. 框架柱框架柱 为简化施工，为简化施工，多层建筑中柱截面沿房屋高度多层建筑中柱截面沿房屋高度不宜改变不宜改变。高层建筑中的柱截面。高层建筑中的柱截面可保持不变或可保持不变或根根据房屋层数，高度和荷载等情况据房屋层数，高度和荷载等情况作作12次变化次变化。变化时，变化时，中间柱宜使上、下柱轴线重合中间柱宜使上、下柱轴线重合，边柱和边柱和角柱宜使截面外边线重合角柱宜使截面外边线重合。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23473.2 框架结构设

33、计框架结构设计 构件选型及截面尺寸确定构件选型及截面尺寸确定B. 截面尺寸估算截面尺寸估算d. 算例算例 某某六层六层教学楼为教学楼为钢筋混凝土现浇框架结构钢筋混凝土现浇框架结构，其结构平面布置如图所示，标准层高其结构平面布置如图所示，标准层高3.6m，底层，底层层高层高3.9m，试估算该结构的梁、柱截面尺寸试估算该结构的梁、柱截面尺寸（梁、（梁、柱混凝土强度等级分别为柱混凝土强度等级分别为C30和和C40，不考虑抗，不考虑抗震设防要求）震设防要求）南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23483.2 框架结构设计框架结构设计3600360036003600DCBA720030

34、007200结结构构平平面面布布置置图图南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23493.2 框架结构设计框架结构设计梁截面尺寸梁截面尺寸b0117200mm600mm1212hl横向梁截面尺寸横向梁截面尺寸b0113600mm450mm88hl纵向梁截面尺寸纵向梁截面尺寸b55600mm250mm1212bbhb44450mm200mm99bbhb011818hlb1124bbh南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院3600360036003600DCBA7200300072002022-5-23503.2 框架结构设计框架结构设计柱截面尺寸：柱截面尺寸：方法一方法一113

35、900mm300mm1313cibH1.31.3 300mm390mmcchb111218cibH1 2cchb实际取实际取300mmcb 实际取实际取400mmch 柱全部采用相同截面柱全部采用相同截面南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23513.2 框架结构设计框架结构设计柱截面尺寸：柱截面尺寸：方法二方法二柱全部采用相同截面，按中柱柱全部采用相同截面，按中柱进行估算。竖向荷载产生的轴进行估算。竖向荷载产生的轴力设计值按力设计值按14kN/m2取用。取用。NccccAb hNfv1.11.2NNvNnqSv6 14 3.6 (3.6 1.5)kN1542.24kNNnq

36、Sv1.21.2 1542.24kN=1850.69kNNN322N1850.69 101.0 19.1 mm96894.66mmccccAb hNf实际取实际取300mmcb 400mmch 南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23523.2 框架结构设计框架结构设计3600360036003600ABCD720030007200南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23533.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析A. 概述概述框架结构内力分析的整个过程可概括为框架结构内力分析的整个过程可概括为:确定计算简图确定计算简图计算各种荷载计算各种荷载进行

37、内力分析进行内力分析进行内力组合进行内力组合南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23543.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析B. 计算单元计算单元 框架结构建筑是框架结构建筑是空间结构体系空间结构体系，一般应按，一般应按三维空间结构进行分析。但三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则对于平面布置较规则的框架结构房屋的框架结构房屋，为了简化计算，通常将，为了简化计算，通常将实际的实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析分析，每榀平面框架为一计算单元每榀平面框架为一计算单元。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程

38、学院2022-5-23553.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析B. 计算单元计算单元计算单元计算单元计算模型计算模型南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23563.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析B. 计算单元计算单元 就结构承受的竖向和水平荷载而言，当就结构承受的竖向和水平荷载而言，当横横向向（纵向纵向）框架承重，且在截取）框架承重，且在截取横向横向（纵向纵向）框）框架计算时，全部荷载由架计算时，全部荷载由横向横向（纵向纵向）框架承担，）框架承担，不考虑另一方向框架的作用不考虑另一方向框架的作用。当纵、横向框架混当纵、横向框架混合承重时，竖向荷载

39、由纵、横向框架共同承担。合承重时，竖向荷载由纵、横向框架共同承担。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23573.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析C. 计算简图计算简图 框架结构的计算简图中，框架结构的计算简图中，梁、柱用其梁、柱用其轴线表示轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示梁或柱的长度用节点间的距离表示。现浇。现浇框架各节点均视为框架各节点均视为刚节点刚节点，底层柱，底层柱固支固支于于基础顶面。基础顶面。南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23583.2 框架结构设计框架结构设计现浇

40、式框架刚节点现浇式框架刚节点现浇式框架柱与基础刚接现浇式框架柱与基础刚接南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23593.2 框架结构设计框架结构设计装配式框架的节点装配式框架的节点半铰节点半铰节点铰节点铰节点预制柱与基础刚接预制柱与基础刚接预制柱与基础铰接预制柱与基础铰接装配式框架柱与基础的连接装配式框架柱与基础的连接南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23603.2 框架结构设计框架结构设计计计算算简简图图承承重重框框架架框架柱截面尺寸相同时的结构计算简图框架柱截面尺寸相同时的结构计算简图南通大学建筑工程学院南通大学建筑工程学院2022-5-23南昌航空大

41、学土木工程系南昌航空大学土木工程系613.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析C. 计算简图计算简图 框架柱轴线之间的距离即为框架梁的框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度计算跨度。框架柱的计算高度应为各横梁框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离形心轴线间的距离。当各层梁截面尺寸相。当各层梁截面尺寸相同时，同时，底层柱的计算高度由基础顶面算至底层柱的计算高度由基础顶面算至楼面标高处楼面标高处，其余各层柱的计算高度即为，其余各层柱的计算高度即为各层层高。各层层高。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系623.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析C

42、. 计算简图计算简图 当框架梁的当框架梁的坡度小于坡度小于1/8时时，近似按水近似按水平梁计算平梁计算；当各跨；当各跨跨度相差不大于跨度相差不大于10%时时，近似近似按等跨框架计算按等跨框架计算。 2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系633.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析C. 计算简图计算简图 当框架柱截面尺寸沿房屋高度变化时，当框架柱截面尺寸沿房屋高度变化时，若若上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同柱截面不变时的相同。2022-5

43、-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系64 内力分析内力分析C. 计算简图计算简图 当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时合时，可将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线可将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但在结构的内力和变形分析中，各层梁的但在结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨计算跨度及线刚度仍应按实际情况取度及线刚度仍应按实际情况取；另外，；另外，尚应考虑尚应考虑上、下层柱轴线不重合产生的偏心力矩上、下层柱轴线不重合产生的偏心力矩，设置水，设置水平加腋后，仍需考虑梁柱偏心的不利影响。平加腋后，仍需考虑梁柱偏心的不利影响。 3.2 框架结

44、构设计框架结构设计2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系653.2 框架结构设计框架结构设计框架柱截面尺寸变化时的结构计算简图框架柱截面尺寸变化时的结构计算简图计计算算简简图图承承重重框框架架2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系66 内力分析内力分析C. 计算简图计算简图梁和柱的线刚度分别为：梁和柱的线刚度分别为：bbbbE IilccciE Iih梁梁柱柱3.2 框架结构设计框架结构设计2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系673.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析D. 荷载计算荷载计算 框架结构上的荷载主

45、要包括为框架结构上的荷载主要包括为恒载恒载和和活载活载，恒载主要包括结构自重和结构表面的粉灰重等。恒载主要包括结构自重和结构表面的粉灰重等。活荷载则主要包括楼（屋）面活荷载，风荷载和活荷载则主要包括楼（屋）面活荷载，风荷载和雪荷载等。雪荷载等。 作用在多、高层框架结构上的各种荷载，可作用在多、高层框架结构上的各种荷载，可按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2001 取用。取用。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系683.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析D. 荷载计算荷载计算 结构上荷载结构上荷载按其作用方向分按其作用方向分可分为可分为竖

46、向荷载竖向荷载和和水平荷载水平荷载。竖向荷载主要指。竖向荷载主要指结构自重结构自重、楼（屋）楼（屋）面活载和雪载等面活载和雪载等，水平荷载则主要包括，水平荷载则主要包括风荷载风荷载和和水平地震作用水平地震作用（暂不考虑）（暂不考虑）。竖向荷载多以均布竖向荷载多以均布力和集中力的形式出现力和集中力的形式出现，而风荷载则一般简化为而风荷载则一般简化为作用于框架节点的集中力并合并于迎风侧一面作用于框架节点的集中力并合并于迎风侧一面。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系693.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析D. 荷载计算荷载计算01()2wizsziiFw h

47、hB 2wF3wF1h2h3h4h1wF4wF迎风面宽度迎风面宽度风压高度变化系数按集中荷载作用节点的高度选取风压高度变化系数按集中荷载作用节点的高度选取对顶层，取女儿墙高度的对顶层，取女儿墙高度的2倍倍2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系703.2 框架结构设计框架结构设计g4, q4G41(Q41)Fw4Fw3Fw2Fw1框架结构上的荷载框架结构上的荷载g3, q3g2, q2g1, q1G31(Q31)G21(Q21)G11(Q11)G43(Q43)G33(Q33)G23(Q23)G13(Q13)G01G03G022022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空

48、大学土木工程系713.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下a) 楼面荷载分配原则楼面荷载分配原则 当采用整体式楼盖时，一般取纵横向框架承当采用整体式楼盖时，一般取纵横向框架承重方案，重方案，板上荷载的传递方式取决于每个区格板板上荷载的传递方式取决于每个区格板是单向板还是双向板是单向板还是双向板。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系723.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下a) 楼面荷载分配原则楼面荷载分配原则 单向板上的竖向荷载沿板的短

49、跨方向传给两单向板上的竖向荷载沿板的短跨方向传给两个长边支承梁。个长边支承梁。双向板则可通过四个分角线及其双向板则可通过四个分角线及其交点的连线将板区格分成四部分，每一部分的板交点的连线将板区格分成四部分，每一部分的板上竖向荷载传给最近的支承梁，上竖向荷载传给最近的支承梁，长、短边支承梁长、短边支承梁上承受的板上竖向荷载分别为梯形和三角形上承受的板上竖向荷载分别为梯形和三角形。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系733.2 框架结构设计框架结构设计纵向平纵向平面框架面框架横向平横向平面框架面框架整体式单向板楼盖楼面荷载分配整体式单向板楼盖楼面荷载分配次梁次梁2022-

50、5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系743.2 框架结构设计框架结构设计纵向平面框架纵向平面框架横向平面框架横向平面框架整体式双向板楼盖楼面荷载分配：小柱网整体式双向板楼盖楼面荷载分配：小柱网2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系753.2 框架结构设计框架结构设计纵向平面框架纵向平面框架横向平面框架横向平面框架整体式双向板楼盖楼面荷载分配：大柱网整体式双向板楼盖楼面荷载分配：大柱网次梁次梁2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系763.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载

51、作用下b) 受力特点受力特点 竖向荷载作用下，框架所产生的侧移较小，竖向荷载作用下，框架所产生的侧移较小，若按若按无侧移计算，对结构的内力影响不大无侧移计算，对结构的内力影响不大； 当结构仅在某一层横梁上受有竖向荷载时，当结构仅在某一层横梁上受有竖向荷载时，直接直接承载的框架梁及与之相连的上、下层框架柱端弯承载的框架梁及与之相连的上、下层框架柱端弯矩较大，其它各层梁柱的弯矩均较小，矩较大，其它各层梁柱的弯矩均较小，且距离直且距离直接承载梁越远，梁柱的弯矩则越小。接承载梁越远，梁柱的弯矩则越小。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系773.2 框架结构设计框架结构设计 内

52、力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下c) 计算方法概述计算方法概述 在竖向荷载作用下，多、高层框架结构的内在竖向荷载作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程工程设计中设计中，如采用，如采用手算手算，可使用，可使用分层法分层法、迭代法迭代法、弯矩二次分配法弯矩二次分配法及及系数法系数法等近似方法进行计算。等近似方法进行计算。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系783.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d

53、) 分层法分层法 基本假定基本假定 (1) 不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；不考虑框架结构的侧移对其内力的影响； (2) 每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生 影响，对其它各层梁、柱内力的影响可忽略不计。影响，对其它各层梁、柱内力的影响可忽略不计。 上述假定中所指的内力不包括柱轴力上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系793.2 框架结构设计框架结构设计竖向

54、荷载作用下分层计算示意图竖向荷载作用下分层计算示意图+2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系803.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算要点计算要点 (1) 将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同，构件刚度可采用弹性刚度度均与原结构相同，构件刚度可采用弹性刚度。2

55、022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系813.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算要点计算要点 (2) 除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束性约束。为便于计算，均将其处理为固定端为便于计算，均将其处理为固定端。这。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以修可把除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以修正系数正系数0.9。 2022-5-23南昌航空大学土

56、木工程系南昌航空大学土木工程系823.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算要点计算要点 (3) 用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯梁端弯矩即为其最后的弯矩值矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两；因每一柱属于上、下两层，所以层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加算所得的弯矩值相加。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空

57、大学土木工程系833.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算要点计算要点 (4) 在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩在本节点再作一次分配，但不再传递平衡弯矩在本节点再作一次分配，但不再传递。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系843.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层

58、法 计算要点计算要点 (5) 如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各并且底层柱和各层梁的传递系数均取层梁的传递系数均取1/2，其它各层柱的传递系其它各层柱的传递系数改用数改用1/3。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系853.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算要点计算要点 (6) 在杆端

59、弯矩求出后，可由在杆端弯矩求出后，可由静力平衡条件计算静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩梁端剪力及梁跨中弯矩；逐层叠加柱上的竖向荷逐层叠加柱上的竖向荷载载（包括节点集中力、柱自重等）（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力梁端剪力，即得柱的轴力。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系863.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算步骤计算步骤(1)画出分层框架计算简图；画出分层框架计算简图；(2)计算框架梁柱线刚度，注意折减系数计算框架梁柱线刚度，注

60、意折减系数;(3)计算各分层框架梁、柱端弯矩；计算各分层框架梁、柱端弯矩；(4)确定梁、柱端最终弯矩；确定梁、柱端最终弯矩；(5)计算梁跨中弯矩和剪力以及柱的剪力及轴力。计算梁跨中弯矩和剪力以及柱的剪力及轴力。2022-5-23南昌航空大学土木工程系南昌航空大学土木工程系873.2 框架结构设计框架结构设计 内力分析内力分析E. 内力计算内力计算a. 竖向荷载作用下竖向荷载作用下d) 分层法分层法 计算例题计算例题3.8 kN/m3.4 kN/m2.8 kN/m右图括号中为梁、右图括号中为梁、柱线刚度的相对值柱线刚度的相对值3600440075005600(4.21)(7.11)(7.63)(