自考 02440 第3章-多层框架结构课件

3多层框架结构设计3

多层框架结构设计3.1多层框架的结构组成与结构布置3.2现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.3内力组合3.4现浇钢筋混凝土框架梁、柱和节点设计3.5多层框架结构的基础3.1

多层框架的结构组成与结构布置3.1.1多层框架结构的组成

框架结构是由横梁、立柱和基础连接而成。

梁柱连接处称为节点，一般为刚性连接，有时也为饺节点；柱子与基础的连接一般是刚性的。

多层与高层房屋之间没有明确的界限，我国通常将8层及８层以下的房屋称为多层房屋，8层以上的房屋称为高层房屋。3.1

多层框架的结构组成与结构布置3.1.2多层框架结构的分类按施工方法不同，框架结构可分为：（1）现浇式框架结构：梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土。（2）半现浇式框架结构：梁、柱为现浇而楼板为预制；或柱为现浇而梁板为预制的结构。（3）装配式框架：梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体。（4）装配整体式框架：梁、柱和板均为预制，在节点区焊接钢筋、浇捣混凝土，使之形成整体。3.1

多层框架的结构组成与结构布置3.1.3多层框架的结构布置一.柱网布置应满足生产工艺的要求（内廊式、等跨式、对称不等跨式）；柱网布置应满足建筑平面布置的要求（三跨框架和两跨框架）；柱网布置要使结构受力合理；柱网布置应使施工方便。3.1

多层框架的结构组成与结构布置3.1.3多层框架的结构布置二.承重框架结构的布置方案按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：①横向框架承重方案②纵向框架承重方案③纵横向框架混合承重方案主要承重框架沿房屋的横向布置，沿房屋的纵向设置板和连系梁。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。由于房屋的横向刚度较弱，一般不宜采用。

主要承重框架沿房屋的纵、横向布置。3.1

多层框架的结构组成与结构布置3.1.3多层框架的结构布置三.变形缝变形缝有沉降缝、伸缩缝、防震缝。伸缩缝沉降缝防震缝其设置主要与结构的长度有关。其设置主要与基础承受的荷载及场地的地质条件有关。

非地震区的沉降缝，可兼作伸缩缝。地震区的厂房，其伸缩缝和沉降缝均应符合防震缝的要求。3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.2.1结构计算简图

框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，取一榀中间框架作为计算单元。

当采用现浇楼盖时，楼面活荷载一般可按角平分线传至两侧的梁上。横向框架上的梯形竖向分布荷载，常可简化为均布竖向荷载。一.计算单元3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.2.1结构计算简图二.跨度与层高

在结构计算图中，杆件用其轴线来表示。框架梁的跨度取柱子轴线之间的距离，柱以截面的形心线来确定。框架柱的长度以相应的建筑层高，而底层柱的长度取基础顶面到二层楼板顶面之间的距离。对于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%时，可简化为等跨框架，简化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。3.2.1结构计算简图三.框架梁截面抗弯刚度的计算

现浇楼板对框架梁截面和跨中截面抗弯刚度的影响：①在框架梁两端节点处，梁受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小；②在框架梁的跨中，梁受正弯矩，楼板处于受压区形成T性截面梁，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较大。对于调整梁的截面惯性矩，作如下规定：对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架梁I=1.5I0；装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I0；边框架梁I=1.2I0；装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I0（其中I0为矩形截面梁的惯性矩）。3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.2.1结构计算简图四.荷载的计算与简化竖向荷载：结构的自重、使用的活荷载、雪荷载、屋面积灰荷载和施工检

修荷载等。水平荷载：风荷载和地震作用等。

1.楼面活荷载

对于楼面梁，当其负荷面积大于25m2时，折减系数为0.9；

对于墙、柱、基础，则需要根据计算截面以上楼层数的多少取不同的折减系数。2.风荷载

风荷载的计算方法与单层厂房相同，对于矩形平面的多层建筑，其风载体型系数取1.3。3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.2.2竖向荷载作用下的分层法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：（1）框架无侧移；（2）每一层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。3.2.2竖向荷载作用下的分层法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法

（1）除底层以外，其他各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数。（2）除底层柱以外，其他各层柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3。采用分层法计算时，应作以下修正：

用无侧移框架的计算方法(弯矩分配法)计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以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。3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法1.原理

框架结构在水平方向作用下（如风荷载或者地震荷载作用），手算时可以将其简化为框架受节点水平力作用，即将荷载集中于楼盖和屋盖位置。因此，各杆的弯矩图均为直线形，每杆都有一个零弯矩点即反弯点。

先求出各柱反弯点处的剪力及反弯点的位置，即可进一步确定框架的内力。3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法2.适用情况

梁的线刚度与柱的线刚度比值超过3时。3.假定

横梁的抗弯刚度无限大，各柱上、下端都不发生角位移，且水平位移相同；

除底层外各层上、下柱两端转角相同，反弯点位置固定不变。3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法4.计算步骤（1）确定反弯点高度

（反弯点处至该层柱下端距离）上层各柱：（上下端弯矩相等）底层柱：

（上端弯矩比下端弯矩小）反弯点位置图3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法4.计算步骤（2）计算各柱侧移刚度D（3）同层各柱剪力分配一般情况下i为柱的线刚度3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法（4）柱端弯矩计算反弯点位置及该点剪力确定后，j层柱端弯矩为：4.计算步骤3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法（5）梁端弯矩计算在求得柱端弯矩后，由节点弯矩平衡求梁端弯矩。*顶部边节点：

*一般边节点：4.计算步骤3.2.3水平荷载作用下的反弯点法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法（5）梁端弯矩计算中节点：按相对线刚度进行分配。4.计算步骤*顶部中节点*一般中节点3.2.4水平荷载作用下的D值法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法1.基本思想

（1）反弯点法认为柱的抗侧刚度只与柱的线刚度和柱高有关，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；

（2）反弯点法认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关；

（3）当框架柱的线刚度比小于3时适用；

（4）通过对框架柱的侧移刚度和反弯点高度进行修正以提高计算精度。3.2.4水平荷载作用下的D值法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法2.与反弯点法相比相同之处：计算步骤相同。不同之处：考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。3.2.4水平荷载作用下的D值法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.修正后的柱侧向刚度D式中，α——柱抗侧移刚度修正系数，反映梁柱线刚度比对柱侧向刚度的影响大小。与梁柱刚度比有关，按下表的公式计算。柱的部位及固定情况一般层底层，下面固支底层，下端铰支αci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic3.2.4水平荷载作用下的D值法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法3.修正后的柱侧向刚度D影响D值的因素主要有：①该柱本身刚度，②上下梁的刚度，③上下层柱的高度，④上下层剪力(即水平荷载分布情况)，⑤柱所在层的位置。3.2.4水平荷载作用下的D值法3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法4.各楼层的反弯点位置y0——标准反弯点高度比；y1——因上、下层梁刚度比变化的修正值；y2——因上层层高变化的修正值；y3——因下层层高变化的修正值。柱端弯矩ViVi3.2.5水平荷载作用下侧移的近似值3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法

框架在水平荷载作用下的侧移由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形产生。

一般情况下，可只考虑梁柱弯曲变形产生的侧移（柱轴向变形引起的侧移很小）。梁、柱弯曲变形产生的侧移则是剪切型的，底层最大，向上逐渐减小。柱轴向变形产生的侧移是弯曲型的，顶层层间变形最大，向下逐渐减小。3.2.5水平荷载作用下侧移的近似值3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法一.由梁柱弯曲变形所引起的顶点侧移u1

各楼层处的层间位移之和即是框架顶点的水平侧移。

由抗侧刚度D的物理意义，可近似的计算框架结构第j层由梁柱弯曲变形引起的层间侧移为：3.2.5水平荷载作用下侧移的近似值3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法二.由柱轴向变形所引起的顶点侧移u2

在风荷载（水平荷载）作用下，对于一般框架，迎风面受拉，背风面受压。中柱因两边梁的剪力相近，轴力很小。可假定除边柱外，其他柱子轴力为0，只需考虑边柱轴向变形产生的侧移。这样可大大简化计算。由计算可得框架结构顶点由柱轴向变形引起的侧移为如下公式：3.2.5水平荷载作用下侧移的近似值3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法框架受顶点集中荷载作用时框架受倒三角形荷载作用时框架受均布水平荷载作用时房屋越高、越窄，则由柱轴向变形所引起的侧移就越大。一般对50m或高宽比H/B大于4的房屋，由柱轴向变形产生的侧移较大，需考虑。二.由柱轴向变形所引起的顶点侧移u23.2.5水平荷载作用下侧移的近似值3.2

现浇钢筋混凝土框架结构内力与位移的近似计算方法三.弹性层间位移角限值

按弹性方法计算得到的框架层间水平位移除以层高，得弹性层间位移角的正切。框架结构的最大弹性层间位移△u与层高h之比不能超过其限值1/550，即：3.3

内力组合3.3.1控制截面框架柱的弯矩呈线性变化控制截面可取上下柱端截面；框架梁的弯矩呈抛物线变化控制截面可取两端截面及跨间最大正弯矩截面（为简化可取跨中截面）。3.3

内力组合3.3.2荷载效应组合框架结构设计时，荷载效应组合可采用与排架结构一样的简化方法。3.3.3最不利内力组合梁端截

面：+Mmax、-Mmin、Vmax梁跨中截面：+Mmax柱截面：

及相应的N、V

Nmax及相应的M

Nmin及相应的M3.3

内力组合3.3.4竖向活荷载的最不利位置作用于框架结构上的竖向荷载有恒荷载和活荷载。活荷载最不利布置的方法有：分跨计算组合法最不利荷载位置法分层组合法满布荷载法3.3

内力组合3.3.5梁端弯矩调幅考虑到钢筋混凝土结构的塑性内力重分布，允许在梁端出现塑性饺。

在进行框架结构设计时，一般均对梁端弯矩进行调幅，即人为地减少梁端负弯矩，减少节点附近梁顶面的配筋量。

设某框架梁AB在竖向荷载作用下，梁端最大负弯矩分别为MA0、MB0，梁跨中最大正弯矩为MC0，则调幅后梁端弯矩可取：

式中：β为弯矩调幅系数，对于现浇框架，取0.8~0.9，对于装配式整体式框架，取0.7~0.8。3.3

内力组合3.3.5梁端弯矩调幅

梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下的跨中弯矩必将增加，这时应校核该梁的静力平衡条件，即调幅后梁端的弯矩的平均值与跨中最大弯矩之和应大于按简支梁计算的跨中弯矩值。

弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，即水平荷载作用下产生的弯矩不参加调幅，因此，弯矩调幅应在内力组合之前进行。3.4

现浇钢筋混凝土框架梁、柱和节点设计3.4.1梁柱截面尺寸确定一.非抗震设计的框架横梁一般取梁高，当有机床和机械设备时

，但不宜小于，l

为梁的跨度。梁宽；梁高也可按下列经验公式取用：两端无支托的横梁，按弯矩（0.6~0.8）M0来估算梁高两端有支托的横梁，按弯矩（0.4~0.6）M0来估算梁高M0为梁简支时的跨中最大弯矩。3.4

现浇钢筋混凝土框架梁、柱和节点设计3.4.1梁柱截面尺寸确定二.非抗震设计的框架柱确定框架柱截面尺寸时，不但要考虑强度要求，而且要考虑框架的侧向刚度和延性的要求。梁与柱为刚接的钢筋混凝土柱，其计算长度应根据框架侧向的约束条件，荷载情况，并考虑柱的二阶效应对柱截面设计的影响程度来确定。楼盖类型柱的类别l0现浇楼盖底层柱1.0H其余各柱1.25H装配式楼盖底层柱1.25H其余各柱1.5H框架结构各层柱的计算长度l0的取值表3.4

现浇钢筋混凝土框架梁、柱和节点设计3.4.2梁柱节点的构造要求一.材料强度框架节点区的混凝土强度等级应不低于柱子的砼强度等级，在装配式整体框架中，应比预制柱的砼强度等级提高5N/mm2。二.截面尺寸3.4

现浇钢筋混凝土框架梁、柱和节点设计3.4.2梁柱节点的构造要求三.箍筋在框架节点范围内应设置水平箍筋，其布置应符合柱中箍筋的构造要求，且间距不