多层及高层钢筋混凝土房屋-框架结构

2024/3/19.2框架结构2024/3/11．框架结构的组成框架结构是指钢筋混凝土梁和柱连接而形成的承重结构体系,框架既作为竖向承重结构,同时又承受水平荷载。普通框架的梁和柱的节点连接处一般为刚性连接,框架柱与基础通常为固接。框架梁和框架柱是主要的承重构件。为使框架结构具有良好的受力性能，框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。

9.2.1框架结构的组成与分类2024/3/1

1．框架结构的布置

1)结构布置原则

(1)房屋的开间、进深宜尽可能统一，使房屋中构件类型、规格尽可能减少，以便于工程设计和施工。

(2)房屋平面应力求简单、规则、对称及减少偏心，以使受力更合理。

(3)房屋的竖向布置应使结构刚度沿高度分布比较均匀、避免结构刚度突变。同一楼面应尽量设置在同一标高处，避免结构错层和局部夹层。

2024/3/1(4)为使房屋具有必要的抗侧移刚度，房屋的高宽比不宜过大，一般宜控制H/B≤4～5。

(5)当建筑物平面较长，或平面复杂、不对称，或各部分刚度、高度、重量相差悬殊时，应设置必要的变形缝。

2)柱网布置柱网是竖向承重构件的定位轴线在平面上所形成的网格，是框架结构平面的“脉络”。2024/3/1(1)柱网布置应满足生产工艺的要求跨度组合式适用于生产要求有较大空间，便于布置生产流水线，随着轻质材料的发展，内廊式有被跨度组合式所代替的趋势。跨度组合式柱网常用跨度为6m、7.5m、9.0m和12.0m四种，柱距常采用6m。多层厂房的层高一般为3.6m、3.9m、4.5m、4.8m、5.4m，民用房屋的常用层高为3.0m、3.6m、3.9m和4.2m。柱网和层高通常以300mm为模数。2024/3/1(2)柱例布置应满足建筑平面布置的要求

(3)柱网布置要使结构受力合理

(4)柱网布置应便于施工

2024/3/1图9.6框架结构的柱网布置(a)内廊式；(b)跨度组合式

2024/3/13)承重框架的布置

(1)横向框架承重方案主要承重框架由横向主梁与柱构成，楼板沿纵向布置，支承在主梁上，纵向连系梁将横向框架连成一空间结构体系，如图9.7(a)所示。

2024/3/1(2)纵向框架承重方案主要承重框架由纵向主梁与柱构成，楼板沿横向布置，支承在纵向主梁上，横向连系梁将纵向框架连成一空间结构体系，如图9.7(b)所示。

(3)纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案是沿房屋纵、横两个方向均布置框架主梁以承担楼面荷载，如图9.7(c)、(d)所示。(2024/3/1图9.7承重框架布置方案(a)横向布置；(b)纵向布置；(c)纵、横向布置(预制板)；(d)纵、横向布置(现浇板)2024/3/19.2.2框架结构的内力分析1．框架结构的计算简图框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间受力体系。在工程设计中为简化计算，常忽略结构的空间联系，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析，如图9.8(a)所示。取出来的平面框架承受按图9.8(b)所示计算单元范围内的水平荷载，而竖向荷载则需按楼盖结构的布置方案确定。对于现浇整体式框架，将各节点视为刚接节点，认为框架柱在基础顶面处为固定支座。横向框架和纵向框架的计算简图，分别如图9.8(c)、(d)所示。2024/3/1图9.8框架结构的计算简图2024/3/12．框架结构的内力计算多层多跨框架结构的内力(M、V、N)和位移计算，目前多采用电算求解。而手算是设计人员的基本功，内力分析时，一般采用近似计算方法。如计算竖向荷载作用下的内力时，通常有弯矩一次分配法和分层法等；在计算水平荷载作用下的内力时，有反弯点法和修正反弯点法(D值法)。这些方法采用的假设不同，计算结果有所差异，但一般都能满足工程设计要求的精度。

1)竖向荷载作用下的内力近似计算方法——分层法

2024/3/1(1)忽略框架在竖向荷载作用下的侧移和由它引起的侧移弯矩；

(2)忽略每层横梁上的荷载对其他各层横梁及其他柱内力的影响。

2024/3/1图9.9分层法的计算思路与计算简图

在分层计算时，均假定上、下柱的远端为固定端，而实际的框架柱除在底层基础处为固定端外，其余各柱的远端均有转角产生，介于铰支承与固定支承之间。为消除由此所引起的误差，分层法计算时应做如下修正：①将底层柱除外的所有各层柱的线刚度ic均乘以0.9的折减系数；②弯矩传递系数除底层柱为1/2外，其余各层柱均为1/3。2024/3/1

2)水平荷载作用下的内力近似计算方法多层框架所承受的水平荷载是风荷载或水平地震作用，这两种荷载一般均简化为在框架节点处的水平集中力。经力学分析可知，框架各杆的弯矩图形均为直线，每杆均有一个零弯矩点，即反弯点，该点只产生剪力。2024/3/1

如能确定各柱反弯点处的剪力及其反弯点的位置，则各柱端弯矩就可算出，进而可求出梁端弯矩及整个框架的其他内力。所以对水平荷载作用下的框架内力近似计算，需解决两个主要问题：①确定各层柱中反弯点处的剪力；②确定各层柱的反弯点位置。

(1)反弯点法为便于求得反弯点位置和反弯点处的剪力，特作如下假定：①在确定各柱侧移刚度时，假定梁与柱的线刚度比无限大，即认为各柱端无转角，且在同一层柱中各柱端的水平位移相等；②在确定各柱反弯点位置时，认为框架底层柱的反弯点位置在距柱底2/3高度处，其他各层柱的反弯点位置均位于柱高的中点；③梁端弯矩可由节点平衡条件求出，并按节点左右梁的线刚度进行分配。2024/3/1

根据上述假定，不难确定出反弯点高度、柱侧移刚度、反弯点处剪力以及杆端弯矩。首先求出同层每根框架柱的抗侧移刚度D＝，式中ic＝称为柱的线刚度，h为层高。柱的抗侧移刚度D表示柱端产生单位水平位移时，在柱端所需施加的水平力大小。2024/3/1

设多层框架共有，n层，每层有m个柱子，则第i层的楼层总剪力为Vi，将框架沿第i层各柱的反弯点处切开以示该层柱剪力，按水平力平衡条件得：

Vi＝

(9-1)式中Fi——作用于第i层节点的水平集中荷载。则第i层各柱在反弯点处的剪力Vij为：

Vij＝

(9-2)式中Vij——第i层第j根柱子的剪力；

Dij——第i层第j根柱子的抗侧移刚度。求出第i层各柱的剪力后，根据已知各柱的反弯点位置，即可求出该层各柱的柱端弯矩。2024/3/1

求出所有柱端弯矩后，根据节点弯矩平衡条件即可求得各节点的梁端弯矩。

(2)修正反弯点法(D值法)

①框架柱的抗侧移刚度。反弯点法认为框架柱的抗侧移刚度仅与柱本身的线刚度有关，但实际上柱的抗侧移刚度还与梁的线刚度有关，应对反弯点法中框架柱的抗侧移刚度进行修正。2024/3/11．框架结构在水平荷载作用下的变形框架结构在水平荷载作用下的变形特点如图9.12所示，框架结构的侧移由两部分组成，即总体剪切变形和总体弯曲变形。第一部分侧移由框架梁和柱的弯曲变形所引起，称为总体剪切变形(图9.12(b))。第二部分侧移由框架柱中的轴向变形所引起,为总体弯曲变形(图9.12(c))。9.2.3框架结构的侧移验算2024/3/1图9.12框架结构在水平荷载作用下的变形(a)计算简图；(b)总体剪切变形；(c)总体弯曲变形

对于层数不多的框架，侧移主要是以总体剪切变形为主，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计，故框架结构的侧移计算通常只需考虑由梁柱的弯曲变形所引起的侧移。2024/3/1

2．框架结构侧移计算及限值在正常作用条件下，框架结构基本处于弹性受力状态，应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。⑴层间侧移计算层间侧移是指第i层柱上、下节点间的相对位移，其计算公式为：(9-3)2024/3/1式中

Vi——第i层的楼层剪力标准值，Vi＝

Pk——作用于第i层节点的水平集中荷载标准值；

∑Dij——第i层所有柱的抗侧移刚度Dij值的总和。⑵框架结构层间侧移的限值

《高规》（JGJ3—2010)是通过限制框架结构层间最大弹性位移的方法来控制，即△i/h≤1/550(9-4)式中△i——按弹性法计算所得楼层层间最大水平位移；h——建筑物层高。2024/3/1框架结构在竖向荷载和水平风荷载作用下的内力确定以后，要对各构件进行内力组合，以便求出各构件控制截面的最不利内力，并以此作为框架梁、柱配筋计算的依据。1．框架梁、柱的控制截面及内力组合控制截面通常是指结构构件中内力最大或截面尺寸改变处，并按控制截面的内力进行配筋计算的截面。9.2.4框架梁、柱的截面设计2024/3/1框架梁、柱控制截面上的内力有弯矩M、剪力V和轴力N。在不同的内力组合下，控制截面的配筋是不一样的。1)框架梁框架梁的内力主要是弯矩M和剪力V。故框架梁控制截面的最不利内力组合有以下几种：2024/3/1①梁端支座截面：－Mmax、+Mmax和Vmax②梁跨中截面：+Mmax、－Mmax（可能出现）

2)框架柱框架柱的内力主要是弯矩M和轴力N。对于框架柱，弯矩最大值在柱的两端，轴力最大值在柱的下端。因此，框架柱的控制截面在每层柱的上、下端截面。2024/3/1同一柱端截面在不同内力组合时，有可能出现正弯矩或负弯矩，考虑到框架柱一般采用对称配筋，组合时只需选择绝对值最大的弯矩。框架柱控制截面的最不利内力组合有以下几种：①|Mmax|及相应的N、V；②Nmax及相应的M、V；③Nmin及相应的M、V；

2024/3/12．框架结构的设计步骤框架结构构件的设计一般按非抗震设计和抗震设计两种情况分别进行。在框架内力组合并确定梁、柱控制截面的最不利内力后，对梁、柱进行截面设计。框架梁是受弯构件，其截面设计与一般受弯梁的设计基本相同，也是按受弯构件正截面受弯承载力计算所需要的纵筋数量，按斜截面受剪承载力计算所需要的箍筋数量，并采取相应的构造措施。框架柱是偏心受压构件，一般情况下，由于柱端有正负弯矩的作用，因此框架柱通常为对称配筋。柱中纵筋数量应按正截面受压承载力计算。一根柱上下两端的组合内力一般有很多组，应从中挑选取出最不利的一组进行配筋计算。框架柱的箍筋数量按偏压构件的斜截面受剪承载力计算。在具体计算中，轴向压力N应取与Vmax相应的值。2024/3/11．框架梁、柱的截面形状与尺寸

1)框架梁

框架梁的截面高度可根据梁的跨度、约束条件及荷载大小，按下式估算。现浇式框架：hb＝(1/10～1/12)l

(l为框架梁的跨度)装配式框架：hb＝(1/8～1/10)l

9.2.5现浇框架的构造要求2024/3/1

框架梁的截面宽度可取bb=(1/2～1/3)hb，为了使端部节点传力可靠，梁宽bb不宜小于柱宽的1/2，且不宜小于200mm。2)框架柱框架柱一般采用矩形或正方形截面，其截面尺寸可参考同类建筑确定或由柱所承受的轴力估算，也可近似取柱截面高度hc＝(1/10～1/15)H(H为层高)，且不宜小于400mm；柱截面宽度可取bc＝(1～1/1.5)hc，且不宜小于300mm。为避免柱发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。2024/3/12．现浇框架的一般构造要求(1)钢筋混凝土框架的混凝土等级不宜低于C25，高层框架柱可提高到C30～C50。为了保证梁柱节点的承载力和延性，要求现浇框架节点区的混凝土强度等级，应不低于同层柱的混凝土强度等级。由于施工过程中，节点区的混凝土与梁同时浇筑，因此要求梁柱混凝土强度等级相差不宜大于5MPa。(2)梁