13 框架结构课件

1、结构组成和结构布置 荷载效应组合和构件设计 框架结构的构造要求 结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 框架结构（框架结构（frame structureframe structure）是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等 构件所组成的结构。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用。构件所组成的结构。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用。 框架结构平面布置和剖面示意图框架结构平面布置和剖面示意图 按施工方法不同，框架结构可分为按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式现浇式、装配式和和装配整体式装配整体式三种。三种。 框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方

2、式（柱网布置）和框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和 选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使 结构受力合理，施工简单。结构受力合理，施工简单。 民用建筑柱网布置民用建筑柱网布置 框架结构的承重方案框架结构的承重方案 框架结构的计算单元及计算模型框架结构的计算单元及计算模型 框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构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。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，但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，

3、 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，行分析， 框架结构计算简图框架结构计算简图 装配式框架的铰节点装配式框架的铰节点 框架柱与基础的连接框架柱与基础的连接 竖向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 （3） 图示两层两跨框架，用分层法作框架的弯矩图。图示两层两跨框架，用分层法作框架的弯矩图。 括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。 【解】【解】 1、底层柱线刚度不变，将第二层各柱线刚度乘、底层柱线刚度不变，将第二层各柱线刚度乘0.9，分为，分为 两层计算，各层计算单元

4、如下图所示。两层计算，各层计算单元如下图所示。 二层计算单元二层计算单元 底层计算单元底层计算单元 i i 2、用弯矩分配法计算各杆端的弯矩、用弯矩分配法计算各杆端的弯矩 二层计算过程如下：二层计算过程如下： 2 2 12 1 12 1 qlM qlM B A l q A B 668. 0 21. 49 . 063. 7 63. 7 AB 弯矩分配系数： 1/2 1/2 1/2 1/2 142. 8332. 0188.12 反符号分配： 081. 3 472. 0)936. 2795. 6071. 4188.12( 底底 层层 计计 算算 过过 程：程： 1/2 1/2 1/2 1/2 、 2

5、021-6-1320 ( (一一) ) 反弯点法反弯点法 2021-6-1321 水平荷载下的框架弯矩图和变形水平荷载下的框架弯矩图和变形 2. 2. 反弯点法计算过程反弯点法计算过程 1）确定柱的侧移刚度）确定柱的侧移刚度 2021-6-1323 2 c i h i12 d= 单跨超静定梁简图单跨超静定梁简图MABMBAQAB=QBA l i 6 l i 6 2 12 l i i 4 l i 6 i 2 2021-6-1325 V d 1 i = V d d V i i i = 3）柱中反弯点位置）柱中反弯点位置 2021-6-1326 4）求柱端弯矩）求柱端弯矩 根据各柱分配的剪力及反弯点

6、位置，可确定柱端弯矩。根据各柱分配的剪力及反弯点位置，可确定柱端弯矩。 2021-6-1327 底层柱：底层柱： 上端上端 Mj上 上=Vj hj/3 下端下端 Mj下 下=Vj 2hj/3 其它层柱：其它层柱： 上下端上下端Mj上 上=Mj下下=Vj hj/2 5）求梁端内力（弯矩、剪力、轴力）求梁端内力（弯矩、剪力、轴力） 2021-6-1328 柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定梁柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定梁 的弯矩。的弯矩。 用反弯点法求图所示框架的弯矩图。用反弯点法求图所示框架的弯矩图。 反弯点法例题反弯点法例题 【解】【解】 当同层各柱当同层各柱h相等时，各柱剪

7、力可直接按其线刚相等时，各柱剪力可直接按其线刚 度分配。度分配。 第第3层：层： P=10kN VAD=101.5/(1.5+2+1)=3.33kN VBE= 10 2 /(1.5+2+1) =4.45kN VCF= 10 1/(1.5+2+1) =2.22kN 第第2层：层： P=10+19=29kN VDG=9.67kN VEH=13.89kN VFI=6.44kN 第第1层：层：P=10+19+22=51kN VGJ=17kN VHK=20.4kN VIL=13.6kN 第第3层层 MAD=MDA=6.66kNm MBE=MEB=8.9kNm MCF=MFC=4.44kNm 第第2层层

8、MDG=MGD=24.18kNm MEH=MHE=32.23kNm MFI=MIF=16.1kNm 第第1层层 MGJ=34kNm MJG=68kNm MHK=40.8kNm MKH=81.6kNm MIL= 27.2kNm MLI=54.4kNm 第第3层层 MAB=MAD=6.66kNm MBA=3.42kNm（根据线刚度分担）（根据线刚度分担） MBC=5.48kNm MCB=MCF=4.44kNm 第第2层层 MDE= 30.84kNm MED=15.82kNm MEF=25.31kNm MFE=20.54kNm 第第1层层 MGH=58.18kNm MHG=28.09kNm MHI=

9、44.94kNm MIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm 根据以上结果，画出根据以上结果，画出M图。图。 （单位：（单位： kNm) （二）（二） 改进的反弯点法改进的反弯点法- -D值法值法 2021-6-1335 2021-6-1336 2 c i h i12 d = 2 12 h i D c ci 为简化计算，现为简化计算，现假定假定AB柱两端及上下左右节点转角均为柱两端及上下左右节点转角均为 ， 单跨超静定梁简图单跨超静定梁简图MABMBAQAB=QBA l i 6 l i 6 2 12 l i i 4 l i 6 i 2 06)(24 06)(24 2121 43

10、43 ）（）（ ）（）（ cccccc cccccc iiiiiiiiii iiiiiiiiii 2021-6-1341 各层柱反弯点高度可统一按下式各层柱反弯点高度可统一按下式 计算：计算： 层高变化对反弯点位置的影响层高变化对反弯点位置的影响 用用D值法求图示框架的弯矩图。值法求图示框架的弯矩图。 图中括号内数字为各杆的相对线刚度。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。 D D值法例题值法例题 求各柱反弯点高度表求各柱反弯点高度表2 求各柱反弯点高度表求各柱反弯点高度表2 求各柱反弯点高度表求各柱反弯点高度表2 图3 M图（单位： kNm) 四、框架结构位移计算方法四、框架结构位移计算方法 2

11、021-6-1354 框架的侧移主要是由水平荷载引起，对两部分侧移框架的侧移主要是由水平荷载引起，对两部分侧移 加以限制：加以限制：一是一是顶层最大位移，若过大会影响正常使用；顶层最大位移，若过大会影响正常使用； 二是二是层间相对侧移，过大会使填充墙出现裂缝。层间相对侧移，过大会使填充墙出现裂缝。 侧移控制侧移控制 1.1.框架的侧移框架的侧移 框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看做是梁柱弯曲框架结构在水平荷载作用下的侧移，可以看做是梁柱弯曲 变形和柱的轴向变形所引起的侧移的叠加。变形和柱的轴向变形所引起的侧移的叠加。 变形由变形由2部分组成部分组成 2. 侧移限值侧移限值 在水平荷载作用下

12、框架结构层间相对侧移在水平荷载作用下框架结构层间相对侧移u 的限值要求是：的限值要求是： (1)高度不大于高度不大于150m的框架结构的框架结构 uh/550 (2) 高度等于或大于高度等于或大于250m的框架结构的框架结构 uh/500 (3) 高度在高度在150250m之间的框架结构之间的框架结构 按按uh/550 uh/500 线性插入线性插入 侧移刚度的物理意义是柱两端产生单位层间侧侧移刚度的物理意义是柱两端产生单位层间侧 移所需的层剪力。当已知框架结构某一层所有柱的移所需的层剪力。当已知框架结构某一层所有柱的 侧移刚度侧移刚度D值和层剪力后，按照侧移刚度的定义，可值和层剪力后，按照侧

13、移刚度的定义，可 得第得第j层框架的层间相对侧移层框架的层间相对侧移uj应为应为 框架顶点的总侧移框架顶点的总侧移应为各层层间相对侧移之和，应为各层层间相对侧移之和， 即即 m j=1 = j u = j j j P u D 小小 结结 （1）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。结构）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。结构 设计时，需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸，确定结设计时，需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸，确定结 构计算简图。构计算简图。 （2）竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩）竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩 二次分配法等近似方法计算。二次分配法等近似方法计算。 （3）水平荷载作用下框架结构内力可用）水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点值法、反弯点 法等近似方法计算。其中法等近似方法计算。其中D值法的计算精度较高。值法的计算精度较高。 （4）D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的 前提下得到的，故比较接近实际情况。前提下得到的，故比较接近实际情况。 （5）在水平荷载作用下，）在