框架结构内力计算

结构布布置（（structuralconfiguration）框架结结构布布置主主要是是确定定柱在在平面面上的的排列列方式式（柱网布布置）和选选择结构承承重方方案，这些些均必必须满满足建建筑平平面及及使用用要求求，同同时也结构布布置的的一般般原则则满足使使用要要求，，并尽尽可能能与建建筑的的平、、立剖剖面划划分相相一致致；满足人人防、、消防防要求求，使使水、、暖、、电各各专业业的布布置能能有效效地进进行；；结构尽尽可能能简单单、规规则、、均匀匀、对对称，，构件件类型型少；；结构布布置框架结结构柱柱网平平面布布置举举例BackBack框架结结构平平面布布置框架结结构透透视图图考虑因因素：：生产工工艺使使用要要求，，建筑筑、结结构及及施工工条件件等；；采用用预制制构件件，符符合模模数制制；柱柱网尺尺寸应应力求求简单单规则则，受受力合合理及及有利利于施施工工工业化化。民用建建筑柱柱网布布置柱网布布置柱网布布置

好

差与分隔隔墙协协调，，柱通通常设设在纵纵横墙墙交叉叉点上上，以以减小小对建建筑功功能的的影响响，柱柱距一一般在在6-9m之间。。而且要要考虑虑结构构在荷荷载作作用下下受力力合理理，各各构件件材料料强度度能充充分发发挥。。3梁柱截截面尺尺寸的的初步步确定定框架梁梁：梁高：：框架梁梁计算算跨度度梁宽：：注意：：现浇浇框架架梁是是T形截面面，装装配或或装配配整体体式位位矩形形或花篮篮形截截面框架柱柱—截面尺尺寸为为方形形或矩矩形—按非抗抗震设设计时时柱组合合轴压压力设设计值值一级抗抗震二级抗抗震三级抗抗震一般宜取而且要求按抗震震设计计时4变形缝缝的设设置变形缝缝是伸缩缝缝、沉沉降缝缝、抗抗震缝缝的统称称。在多高高层建建筑结结构中中，尽尽量少设或或不设设变形形缝，可以以简化构构造方便施施工，，而且且可增强结结构整整体性性或空空间刚刚度。措施：：在建筑筑设计计时，，调整整平面面形状状、尺尺寸、、体型型等；；结构构设计计时，，选择择节点点连接接方式式、配配置构构造钢钢筋、、设置置刚性性层等等；施施工时时，分分段施施工、、设置置后浇浇带、、做好好保温温隔热热层等等措施施防止止收缩缩、不不均匀匀沉降降等因因素引引起的的损坏坏。但当建筑筑平面面狭长长或体体型复复杂、、不对对称，，部分分刚度度、高高度、、重量量相差差悬殊殊，且且上述述措施施无法法解决决时，，应设设置变变形缝缝。(1)、伸缩缩缝仅将基础顶顶面以以上的结构构分开开，宽宽度一一般为为20——40mm。作用：：避免由由于温温度变变化和和混凝凝上收收缩而而使房房屋产产生裂裂缝。。设置：：伸缩缝缝的设设置主主要与与施工工方法法和房房屋长长度有有关。。(2)、沉降降缝沉降缝缝将基础至至屋顶顶全部部分开开。作用：：避免因因房屋屋产生生过大大的不不均匀匀沉降降而导导致基基础、、地面面、墙墙体、、楼面面、屋屋面拉拉裂。。设置沉沉降缝缝：1)地质条条件变变化较较大处处；2)地基基基础处处理方方法不不同处处；3)房屋平平面形形状变变化的的凹角角处；；4)房屋高高度、、重量量、刚刚度有有较大大变化化处：：5)新建部部分与与原有有建筑筑的结结合处处。(2)、沉降降缝处理地地基不不均匀匀沉降降的方方法有有三种种：第一种种是“放””，设沉沉降缝缝让建建筑物物各部部分自自由沉沉降互互不影影响；；第二种种是“抗””，采用用刚度度较大大的基基础，，利用用本身身的刚刚度来来抵抗抗沉降降差，，不需需设沉沉降缝缝；第三种种是“调””，施工工过程程中，，沉降降缝位位置的的基础础到楼楼(屋)盖结构构的梁梁板不不断开开，钢钢筋连连续，，设约约800mm宽的后后浇段段，待待沉降降基本本完成成后再再连成成整体体，不不设永永久性性的沉沉降缝缝。需同时时设伸伸缩缝缝和沉沉降缝缝时，，应二二缝合合一，，以使使整个个房屋屋的缝缝数减减少，，缝宽宽度不不小于于50mm，当房房屋高高度超超过10m时，缝缝宽应应不小小于70mm。(2)、沉降降缝沉降缝缝设置置方法法：挑挑梁或或搁置置预制制板、、预制制梁(3)、抗震震缝震害表表明，，建筑筑物造造型复复杂，，质量量和刚刚度分分布差差异显显著，，地质质条件件变化化较大大时，，在地震震作用用下，，由于于结构构各部部位产产生的的变形形不协协调，导致致结构构一些些部位位破坏坏。在在这种种情况况下，，设置置抗震震缝，，将基础顶顶面以以上的结构构断开开，把把房屋屋分成成若干干个独独立的的单元元体，，使其其在地地震作作用下下互不不影响响，地地震作作用明明确。。《规范》要求下下列情情况宜宜设抗抗震缝缝：1)平面形形状复复杂而而无加加强措措施；；2)房屋有有较大大错层层；3)各部分分结构构的刚刚度或或荷载载相差差悬殊殊。当需要要同时时设置置伸缩缩缠、、沉降降续和和抗震震缝时时，应应三缝合合一。宽度：：详见见《建设计计规范范》。两栋栋房房屋屋的的沉沉降降缝缝处处理理柱轴轴线线错错位位两栋栋房房屋屋的的沉沉降降缝缝处处理理悬臂臂挑挑出出人群群、、家家具具、、设设备备等等荷荷载载，，取取值值见见《建筑筑结结构构荷荷载载规规范范》，可可折折减减。。框架架荷荷载载垂直直荷荷载载水平平荷荷载载恒载载活载载风载载地震震作作用用框架架自自重重；；粉粉灰灰重重；；板板、、次次梁梁、、墙墙体体重重。。荷载载计计算算传力力路路线线明明确确①竖向向荷荷载载：：恒载载：：自自重重、、面面层层重重、、永永久久设设备备梁梁承承担担的的竖竖向向荷荷载载：：活荷荷载载（（角角平平分分线线分分配配荷荷载载））按按面面积积分分配配当采采用用装装配配式式或或装装配配整整体体式式楼楼盖盖时时，，板板上荷荷载载通通过过预预制制板板的的两两端端传传递递给给它它的的支支承承结结构；；当采采用用现现浇浇楼楼盖盖时时，，楼楼面面上上的的恒恒载载和和活活载根根据据每每个个区区格格板板两两个个方方向向的的边边长长比比，，沿沿单单向或或双双向向传传递递，，区区格格板板长长边边/短边边>3时沿沿单单向向传递递，，长长边边/短边边≤3时沿双双向向传传递递。。楼面面荷荷载载分分配配原原则则现浇浇楼楼盖盖荷荷载载传传递递示示意意图图某3层框框架架结结构构平平面面布布置置与与截截面面尺尺寸寸如如下下图图所所示示，，纵纵向向框框架架主主梁梁截截面面尺尺寸寸为为300mm××800mm；横横向向框框架架主主梁梁截截面面尺尺寸寸为为300mm××700mm，走走道道框框架架主主梁梁截截面面尺尺寸寸为为300mm××500mm；框架的次梁梁截面尺寸为为300mm××700mm。柱子1层截面尺寸为为600mm××600mm，计算高度为为5.13m；2~3层截面尺寸为为500mm××500mm，柱子计算高高度为4.2m。梁、板采用用C30混凝土（Ec=3.0×104N/mm2），柱子采用用C35混凝土（Ec=3.15×104N/mm2）；各楼面荷荷载设计值为为3.06KN/m2。横向框架结构构计算简图ABBCCC横向框架结构构荷载计算区区域示意图q1=3.06×3=9.18KN/m(A区);P1=(3.06×3××7.5/2)×2=68.85KN(B区)P2=(3.06×3××7.5/2)×2+3.06×3/2×9=110.16KN(C区)纵向框架计算算简图如下纵向框架结构构荷载计算区区域示意图q2=3.06××1.5=4.59KN/m(D区);P3=3.06××1.5×7.5/2=17.21KN(E区)P4=3.06××3×7.5/2=34.425KN(F区)DEF对六层以下无无侧移的框架架，此法较为为方便。具体体步骤：（1）首先计算框框架各杆件的的线刚度及分配配系数；（2）计算框架各各层梁端在竖竖向荷载作用用下的固定端弯矩；（3）计算框架各各节点处的不不平衡弯矩，，并将每一节节点处的不平平衡弯矩同时进行分配配并向远端传传递，传递系系数为1/2；（4）进行两次分分配后结束（（仅传递一次次，但分配两两次）。弯矩二次分配配法弯矩二次分配配法例题：某教学楼为四四层钢筋混凝凝土框架结构构。梁的截面面尺寸为250mmx600mm，混凝土采用用C20；柱的截面尺尺寸为450mmx450mm，混凝土采用用C30，现浇梁、柱柱，结构剖面面图及计算简简图见右图，，试用弯矩二二次分配法绘绘该框架的弯弯矩图。两边有楼板一边有楼板现浇楼面Ib=2.0I0Ib=1.5I0装配整体式楼面Ib=1.5I0Ib=1.2I0框架梁截面惯惯性矩增大系系数为了简化计算算,本例框架梁截截面惯性矩增增大系数均均采用1.2。半边结构（４）弯矩分分配与传递首先将各节点点的分配系数数填在相应方方框内，将梁梁的固端弯矩矩填写在框架架横梁相应的的位置上。第一次分配：：放松节点，把把各节点不平平衡弯矩“同时”进行分配。（４）弯矩分分配与传递第一次分配传递假定：远端固固定进行传递递；右（左））梁分配弯矩矩向左（右））梁传递；上上（下）柱分分配弯矩向下下（上）柱传传递（传递系系数均为1/2）；（４）弯矩分分配与传递第一次分配传递第二次分配：：放松节点，把把各节点不平平衡弯矩“同时”进行分配。(5)作弯矩图三、框架梁在在竖向荷载作作用下弯矩的的调幅

框架梁在竖向荷载作用下，梁端负弯矩允许考虑塑性变形内力重分布予以适当降低，可采用调幅系数

对于现浇框架

对于装配整体式框架为计算方便，在求梁固端弯矩值时先可乘以调幅系数值，然后再进行框架弯矩分配计算。三、框架梁在在竖向荷载作作用下弯矩的的调幅相应简支梁弯弯矩框架梁端的弯弯矩调幅只在在竖向荷载作作用下进行，，水平力作用下下梁端弯矩不不允许调幅。因此，必须须先对竖向荷载载作用下梁端端弯矩按调幅幅计算后的各各杆弯矩再与与水平力作用用下的各杆弯弯矩进行组合合，而不应采用用竖向荷载作作用下与水平平力作用下计计算所得弯矩矩组合后再对对梁端弯矩进进行调幅。三、框架梁在在竖向荷载作作用下弯矩的的调幅竖向荷载作用用下，框架梁梁跨中计算所所得的弯矩值值小于按简支支梁计算的跨跨中弯矩的50%时，则至少按简支支梁计算的跨跨中弯矩的50%进行截面配筋筋。三、框架梁在在竖向荷载作作用下弯矩的的调幅梁端弯矩调幅幅方法－减减少梁端竖向荷载作用下弯矩值值计算值内力组合之前前调幅调幅范围调调幅系系数＝0.8～0.9（现浇框架））；＝＝0.7～0.8（装配式整体体框架）调幅的依据–混凝土结构塑塑性内力重分分布x≦0.35h0保证各跨的内内力平衡水平荷载作用用下的D值法3）柱端剪剪力计算层间剪力柱端剪力4）确定修正后后柱的反弯点点位置不再是定值，而是与柱的的上下端的刚刚度有关，反反弯点偏向刚刚度小的一端端。主要影响因素素：水平荷载的形形式柱与梁的线刚刚度比上下层梁的线线刚度比上下层的层高高总层数及计算算层所在位置置于是，框架各各层柱经过修修正后的反弯弯点位置可由由下式计算得得到：各层柱标准反弯点高度比。考虑上下层梁刚度不同时的修正值，可根据上下横梁线刚度比和梁柱线刚度比K从表中查得。考虑上下层层高不同时的修正系数。是在各层等高高、各跨相等等、各层梁和和柱线刚度都都不改变的多多层框架在水水平荷载作用用下求得的反反弯点高度比比。PP底层柱时PP顶层柱时底层柱时5）柱端弯矩矩计算6）梁端弯弯矩计算根据节点弯矩矩的平衡计算算梁端弯矩按梁刚度分配配节点两端的的弯矩3框架结构侧移移计算及限值值1）侧移的近近似计算梁柱弯曲变形形产生的侧移移：剪切型型变形层间侧移顶部侧移侧移的特点：：层间侧移移上部小，，下部大。。如在均均布荷载或倒倒三角形荷载载作用下，层层间剪力是逐逐层累加，，越靠底层，，剪力越大大2）弹性层层间位移限值值结构的侧向位位移曲线地震作用地震作用计算算时用到地震震反应谱曲线线——由255条地震加速度度纪录经计算算整理得到。。地震影响系数数曲线2、地震影响系数结构自振周期场地特征周期地震影响系数最大值直线下降段的下降斜率调整系数(一般情况取0.2)阻尼调整系数(一般情况取1.0)衰减指数(一般情况取0.9)抗震设防烈度度和设计基本本地震加速度度值的对应关关系抗震设防烈度6７８９设计基本地震加速度值0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g水平影响系数数最大值1.400.90(1.20)0.50(0.72)——0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.049度8度7度6度多遇地震地震影响罕遇地震特征周期设计地震分组场地类别ⅠⅡⅢⅣ第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90注：括号中数数值分别用于于设计基本地地震加速度为为0.15g和0.30g的地区1）水平地震作作用计算3、地震作用的计计算方法我国《抗震规范》规定：抗震设计——设防烈度在6度以上的建筑筑物必须进行行；地震作用计算算——设防烈度在7、8、9度的建筑物；；6度Ⅳ类场地上的较较高建筑物。。计算方法——反应谱底部剪剪力法反应谱振型分分解法时程分析法——作补充计算（1）反应谱底部部剪力法对对于重量、刚度沿高度分布比较均匀、高度不超过40m，以剪切变形为主主的多层和高层层建筑结构，，采用此法计计算水平地震震作用。这时时各楼层仅取一个自由度。结构的总水平平地震作用标标准值相应于结构基本自振周期的水平地震影响数值结构等效总重力荷载：单质点取总重力荷载代表值；多质点取总重力荷载代表值的85%。总重力荷载代代表值：建筑的总重力力荷载代表值值应按下列规规定采用：1、恒荷载——取100%2、雪荷载——取50%3、楼面活荷载载——按实际情况计计算时取100%；按等效均布布活荷载计算算时，藏书库库、档案室、、库房取80%，一般民用建建筑取50%。4、屋面活荷载载——不考虑结构等效总重重力荷载：例1：某三层框架架的结构计算算简图及恒载载图、活载图图如图所示。。按8度设防，第一一组，Ⅱ类场地土。两两跨梁的总长长为12m。均布荷载的的单位为，集中荷载的的单位为要求：计算总总重力荷载代代表值及等效效总重力荷载载代表值。5090解：1、计算各层重重力荷载代表表值2、计算总重力荷载代表值及等效总重力荷载代表值各楼层的水平平地震作用标标准值为：顶部附加水平平地震作用标标准值为：顶部附加地震作用系数顶部附加地震震作用系数结构基本自振振周期抗震验算时，，结构任意楼楼层的水平地地震剪力应符符合下列要求求：第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力。剪力系数，不应小于下表规定的楼层最小剪力系数，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。楼层最小剪力力系数值类别7度8度9度扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s的结构0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注：1、基本周期介介于3.5s和5s之间的结构，，可插入取值值；2、括号内数值值分别用于设设计基本地震震加速度为0.15g和0.30g的地区。例2：某工程为8层框架结构，梁柱现浇，楼板预制，设防烈度为7度，第一组，场地为Ⅲ类场地土，特征周期为