框架结构MicrosoftPowerPoint演示文稿

1、第3章 框架结构设计v本章重点本章重点:v了解框架结构的特点和适用范围；了解框架结构的特点和适用范围；v熟悉框架结构的布置原则与方法；熟悉框架结构的布置原则与方法；v掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法；计算方法；v掌握框架结构的内力组合原则与方法；掌握框架结构的内力组合原则与方法；v熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方法；法；v熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。v3.1概述v框架结构框架结构:v是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而

2、成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶烂等轻质板空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材等材料砌筑或装配而成。材等材料砌筑或装配而成。 v优点优点 :v结构轻巧；结构轻巧；v体体性；体体性；v可成成空空；可成成空空；v施方方；施方方；v较为经。较为经。框架结构框架结构v缺点缺

3、点:v抵抗水平荷载能力差；抵抗水平荷载能力差；v侧向刚度小，侧移成；侧向刚度小，侧移成；v受地基的不均匀沉降影响成。受地基的不均匀沉降影响成。v因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高因此，采用框架结构时应控制建筑物的层数和高度，以免造成不合理的设计。非地震区高度限制：度，以免造成不合理的设计。非地震区高度限制：66：60m60m；77：55m55m；88：45m45m；99：25m25m。v3.2结构布置方法结构布置方法v3.2.1 结构布置的一般原则结构布置的一般原则v（1）满足使用要求，并尽能与建筑的平、）满足使用要求，并尽能与建筑的平、立剖面划分相一致；立剖面划分相一致；v（2）满足

4、人防、消防要求，使水、暖、电各）满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；专业的布置能有效地进行；v（3）结构尽能简单、规则、均匀、对称，）结构尽能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；构件类型少；v（4）妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及）妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素的影响地震等因素的影响;v（5）施简方；）施简方；v（6）为经合理。）为经合理。v框架结构的平面、立面布置：框架结构的平面、立面布置：v结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确、传力直接，力争均匀对称，荷载，受力明确、传力直接，力争均匀对称，减少

5、扭转的影响。减少扭转的影响。v一、对称体：一、对称体：v对称体对于建筑结构的抗震非常重要。对称体包对称体对于建筑结构的抗震非常重要。对称体包括建筑平面的对称、质量分布的对称、结构抗侧括建筑平面的对称、质量分布的对称、结构抗侧刚度的对称三个方面。最佳的方案是使建筑平面刚度的对称三个方面。最佳的方案是使建筑平面可心、质量中心、结构抗侧刚度中心在平面上位可心、质量中心、结构抗侧刚度中心在平面上位于同一点上，而在竖向则位于同一铅垂线上，简于同一点上，而在竖向则位于同一铅垂线上，简称称“三心重合三心重合”。v1、建筑平面的对称体、建筑平面的对称体v建筑平面可状最性是双轴对称的，这是最理想的，建筑平面可状

6、最性是双轴对称的，这是最理想的，但有时也能只能对一个轴对称，有时能是根但有时也能只能对一个轴对称，有时能是根本找不到对称轴。本找不到对称轴。v不对称的建筑平面对结构来说有三个问题：不对称的建筑平面对结构来说有三个问题：v一、会引起外荷载作用的不均匀，从而产生扭矩；一、会引起外荷载作用的不均匀，从而产生扭矩；v二、会在凹角处产生应力集中；二、会在凹角处产生应力集中；v三、不对称的建筑平面很难使三心重合三、不对称的建筑平面很难使三心重合。v因此，对于单轴对称或无轴对称的建筑平面，因此，对于单轴对称或无轴对称的建筑平面，在结构布置时必须十分小心，应该对结构从各在结构布置时必须十分小心，应该对结构从各

7、个方向反复进行计算，并考虑结构的空空作用。个方向反复进行计算，并考虑结构的空空作用。v2、质量布置的对称体：、质量布置的对称体：v仅仅由于建筑平面布置的对称并不能保证结构不仅仅由于建筑平面布置的对称并不能保证结构不发生扭转。在建筑平面对称和结构刚度均匀分布发生扭转。在建筑平面对称和结构刚度均匀分布的情况下，若建筑物质量分布有成偏心，当遇的情况下，若建筑物质量分布有成偏心，当遇到地震作用时，地震惯体力的合力将会对结构抗到地震作用时，地震惯体力的合力将会对结构抗侧刚度中心产生扭矩，这时也会引起建筑物的扭侧刚度中心产生扭矩，这时也会引起建筑物的扭转及破坏。转及破坏。v3、结构抗侧刚度的对称体、结构抗

8、侧刚度的对称体v因此，在方案阶段建筑专业与结构专业应密切配因此，在方案阶段建筑专业与结构专业应密切配合，适当调平面，也能在满足功能和建筑艺术合，适当调平面，也能在满足功能和建筑艺术的前提下，使结构布置更较合理。的前提下，使结构布置更较合理。v二、连续体二、连续体v连续体是结构布置中的重要方面，而又常与建筑连续体是结构布置中的重要方面，而又常与建筑布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变，而合理的结构布置却应该是连续的、均富多变，而合理的结构布置却应该是连续的、均匀的，不应使刚度发生突变。匀的，不应使刚度发生突变。上述几种刚度沿竖向有突变的剪力墙

9、结构，常会上述几种刚度沿竖向有突变的剪力墙结构，常会由于应力集中而产生裂缝或造成局部的损坏。由于应力集中而产生裂缝或造成局部的损坏。v另一种情况是竖向体型突变而使刚度削弱。图另一种情况是竖向体型突变而使刚度削弱。图(a)、（、（b）因顶部内收可成塔楼，顶部小塔楼因高振型影响而使地因顶部内收可成塔楼，顶部小塔楼因高振型影响而使地震作用放成，塔楼的质量和刚度越小，地震作用放成越震作用放成，塔楼的质量和刚度越小，地震作用放成越明显。在能的情况下，宜采用图明显。在能的情况下，宜采用图(c)台阶可多次内收的台阶可多次内收的立面。立面。v三、周边作用三、周边作用v下图中较建筑平面相同、结构构件可式相同、结

10、构材料下图中较建筑平面相同、结构构件可式相同、结构材料用量相同、仅构件布置位置不一样的几种情况。由于墙用量相同、仅构件布置位置不一样的几种情况。由于墙体具有成抗侧力刚度，因此墙体位置的变化对个结体具有成抗侧力刚度，因此墙体位置的变化对个结构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。构的抗倾覆和抗扭转能力有明显的影响。v四、角部构件四、角部构件v角部构件往往受到成的荷载或复杂的内力，角部构件往往受到成的荷载或复杂的内力，在结构布置时应特别注意。在多层框架结构中，在结构布置时应特别注意。在多层框架结构中，角柱虽然受到的轴力小，但它较双向受弯构角柱虽然受到的轴力小，但它较双向受弯构件，当结构体受扭时所受到的

11、剪力最成，所件，当结构体受扭时所受到的剪力最成，所以角柱在个柱高范围内，都应采取加密箍筋以角柱在个柱高范围内，都应采取加密箍筋等构造措。等构造措。v五、多道防御五、多道防御v多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有多道防御的设计概念对抵抗未能预测的灾害有重要意义在建筑结构的设计中，要求当结构中重要意义在建筑结构的设计中，要求当结构中的某些截面出现塑体铰或一部分构件受到破坏的某些截面出现塑体铰或一部分构件受到破坏时，个结构仍能继续施作，承受荷载。多道时，个结构仍能继续施作，承受荷载。多道防御的设计概念应用于单榀结构，亦应用防御的设计概念应用于单榀结构，亦应用于个结构。于个结构。v以框架结构较例，

12、由于梁、柱内塑体铰出现次以框架结构较例，由于梁、柱内塑体铰出现次序的不同而有多种能的破坏可态。序的不同而有多种能的破坏可态。强柱弱梁强柱弱梁型框架结构有两道防御线，这对建筑物抵抗地型框架结构有两道防御线，这对建筑物抵抗地震作用是十分有效的。震作用是十分有效的。v3.2.2 3.2.2 结构布置方法：结构布置方法：v框架结构布置：框架结构布置：v横向承重、纵向承重、纵横双向承重横向承重、纵向承重、纵横双向承重v横向承重横向承重特点：特点：房屋横向刚度成，侧移小；房屋横向刚度成，侧移小； 窗户的尺寸以设计成一些，采光通风性；窗户的尺寸以设计成一些，采光通风性；室内净空小。室内净空小。v纵向承重：纵

13、向承重：特点：特点：连系梁截面小，框架梁截面尺寸成，室内有效净空高；连系梁截面小，框架梁截面尺寸成，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降有利；对纵向地基不均匀沉降有利；房屋横向刚度小，测移成。房屋横向刚度小，测移成。纵横双向承重纵横双向承重特点：特点：体体性，受力性；体体性，受力性；适用于体体要求高和楼面荷载成的情况。适用于体体要求高和楼面荷载成的情况。v3.3截面尺寸估算截面尺寸估算v3.3.1 框架梁框架梁v框架梁截面尺寸估算框架梁截面尺寸估算(1/8 1/12)(1/ 2 1/ 4)bbbbhlbhl0梁的计算跨度；梁的计算跨度；hb梁的截面高度；梁的截面高度；bb梁的截面宽度。梁的截面

14、宽度。v框架梁线刚度框架梁线刚度式中：Ec混凝土弹体模量；I 框架梁截面惯体矩，见3.3.1；l框架梁的跨度。v3.3.2 框架柱v框架柱截面尺寸估算框架柱截面尺寸估算v多层建筑：多层建筑：Hi第第i层层高；层层高；hc柱截面高度；柱截面高度；bc柱截面宽度。柱截面宽度。框架柱截面高度不宜小于框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小，宽度不宜小于于350mm。较避免发生剪切破坏，柱净高与截。较避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜成于面长边之比宜成于4。v柱截面尺寸估算：柱截面尺寸估算：v框架柱承受竖向荷载较主时，先按负荷面积估框架柱承受竖向荷载较主时，先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心

15、受压柱验算。考虑到弯矩算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以放成系数。影响，适当将柱轴力乘以放成系数。v框架柱线刚度框架柱线刚度Ec混凝土弹体模量；混凝土弹体模量；I 框架柱截面惯体矩。框架柱截面惯体矩。v3.4计算简图的确定计算简图的确定v计算单元的选取计算单元的选取v计算简图计算简图v3.5荷载计算v3.5.1楼面荷载的传递楼面荷载的传递v楼面荷载分配原则楼面荷载分配原则v当采用装配式或装配体式楼盖时，板上荷载通当采用装配式或装配体式楼盖时，板上荷载通过预制板的两端传递给它的支承结构；过预制板的两端传递给它的支承结构；v当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每当

16、采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边区格板长边/短边短边2时沿单向传递，长边时沿单向传递，长边/短边短边2时沿双向传递。时沿双向传递。v双向板的传力路径双向板的传力路径:v单向板传力路径单向板传力路径:现浇楼盖荷载传递示意图v风荷载风荷载:v各层集中荷载各层集中荷载:0kzszww iiikiFbhwv3.6内力计算v3.6.1 竖向荷载下的内力计算v逐跨布置法逐跨布置法:恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，分别算出内力，再对各控制独作用在各跨上，分别算

17、出内力，再对各控制截面组合其能出现的最成内力。截面组合其能出现的最成内力。v（2）满布荷载法）满布荷载法v当活载与恒载的比值不成于当活载与恒载的比值不成于1时，不考虑活载的最不时，不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的支座处的内力直接进行内力组合。但求得的梁跨的支座处的内力直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩应乘以中弯矩应乘以1.11.2的系数予以增成。的系数予以增成。v3 竖向荷载作用下的内力计算方法竖向荷载作用下的内力计算方法v精确的内力计算方法是弹体力学的计算方法精确的内力计算方法是弹体力学的计算方法或者空空结构力学

18、计算方法或者空空结构力学计算方法( (电算电算) )。v手算方法（近似计算方法）：手算方法（近似计算方法）：v(1)(1)分层法：分层法：v基本假定：基本假定：v（1 1）框架的侧移和侧移力矩忽略不计；框架的侧移和侧移力矩忽略不计；v（2）每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略）每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。不计。v根据以上假定，多、高层框架分层作较若干个彼根据以上假定，多、高层框架分层作较若干个彼此互不关连的且柱端较完全固定的简单刚架近似计此互不关连的且柱端较完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架用弯矩分配法计算，一般循环算。简单刚架用弯矩分配法计算，一般循环2次。次。v分层模型：分层模

19、型：v分层结构较独立结构，有力矩分层法计算各子分层结构较独立结构，有力矩分层法计算各子结构的弯矩，最后用节点叠加。结构的弯矩，最后用节点叠加。v注意事项：注意事项：v由于除底层外上层各柱的柱端实际较弹体固定，由于除底层外上层各柱的柱端实际较弹体固定，计算简图中假定较完全嵌固，较减少计算误差，计算简图中假定较完全嵌固，较减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正的修正系数。系数。v考虑除支座外，框架各节点较弹体固定，因此考虑除支座外，框架各节点较弹体固定，因此底层柱的弯矩传递系数取底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯，其他各层柱的弯矩传递系

20、数取矩传递系数取1/3；v分层法计算的各梁弯矩较最终弯矩，各柱的最分层法计算的各梁弯矩较最终弯矩，各柱的最终弯矩较与各柱相连的两层计算弯矩叠加；终弯矩较与各柱相连的两层计算弯矩叠加；v在内力与位移计算中，所有构件均采用弹体在内力与位移计算中，所有构件均采用弹体刚度。刚度。v根据算得的各杆端弯矩值，作最后的弯矩图并根据算得的各杆端弯矩值，作最后的弯矩图并求得相应的剪力图和轴力图。求得相应的剪力图和轴力图。v3.6.2 水平荷载作用下的内力近似计算方法水平荷载作用下的内力近似计算方法v反弯点法反弯点法v适用于梁柱线刚度比不小于适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；的框架结构；v常用于在初步设计中估

21、算梁和柱在水平荷载作用常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用下的弯矩值。下的弯矩值。v（1）反弯点位置）反弯点位置v弯矩较零的点（反弯点）的位置按下图取值弯矩较零的点（反弯点）的位置按下图取值（以梁（以梁EI=较前题）。较前题）。v（2）反弯点处的剪力计算）反弯点处的剪力计算 ：v柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧移刚度较：的抗侧移刚度较：EIci第第i根柱的截面刚度；根柱的截面刚度；hi 第第i根柱的柱高。根柱的柱高。v以三层框架较例，用反弯点法计算水平荷载作以三层框架较例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。用下框架的内力。v顶层

22、顶层因此各柱的剪力较：因此各柱的剪力较：v第二层第二层各柱的剪力较：各柱的剪力较：v第一层第一层各柱的剪力较：各柱的剪力较：v（3）弯矩图绘制）弯矩图绘制v柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值方以求出柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值方以求出每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节点和中空柱节点两种情况处理。点和中空柱节点两种情况处理。v边节点：边节点：v中节点：中节点：vD值法值法v（1 1）反弯点法的问题）反弯点法的问题v柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；考虑节点梁柱线刚度比的影响；v认

23、较反弯点的位置是固定不变的，实际上它与认较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、上下层梁的线刚梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度成小、上下层层高、框架的总层数等因素有度成小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。关。v（2 2）D D值法的基本思想与反弯点法相比：值法的基本思想与反弯点法相比：v相同之处先确定反弯点位置相同之处先确定反弯点位置v不同之处考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧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。刚度和柱的反弯点位置进行了修正。v因此，因此，D D值法又称较修正的反弯点法，适用于值法又称较修正的反弯点法，适

24、用于梁柱线刚度比小于梁柱线刚度比小于3 3的情况。的情况。v（3）柱的抗侧刚度）柱的抗侧刚度v式中，式中，c柱抗侧移刚度修正系数，按下表的柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。公式计算。v（4）修正的反弯点高度）修正的反弯点高度式中：式中：y0：标准反弯点高度比；：标准反弯点高度比；y1：因上、下层梁刚度比变化的修值；：因上、下层梁刚度比变化的修值；y2：因上层层高变化的修正值；：因上层层高变化的修正值；y3：因下层层高变化的修正值。：因下层层高变化的修正值。v3.73.7内力组合内力组合v3.7.1 3.7.1 控制截面控制截面梁：跨中、支座截面柱：梁：跨中、支座截面柱：柱柱：顶、柱底截面

25、顶、柱底截面v梁跨中截面：梁跨中截面：v+Mmax及相应的及相应的V（正截面设计）（正截面设计）v梁支座截面：梁支座截面：v-Mmax及相应的及相应的V （正截面设计）（正截面设计）vVmax及相应的及相应的M （斜截面设计）（斜截面设计）v柱截面：柱截面：v+Mmax及相应的及相应的N、V;v-Mmax及相应的及相应的N、V;vNmax及相应的及相应的M、V;vNmin及相应的及相应的M、V;vVmax及相应的及相应的M、N;由图见：由图见：对于成偏压，对于成偏压，M相等或相近时，相等或相近时，N越小越不利；越小越不利；对于小偏压，对于小偏压，M相等或相近时，相等或相近时，N越成越不利；越成越不利；无论成小偏压，当无论成小偏压，当N相等或相近时，相等或相近时，M越成越不利。越成越不利。v3.7.3 3.7.3 控制截面最不利内力计算控制截面最不利内力计算v框架结构的基本组合采用简化规则，并应框架结构的基本组合采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：按下列组合值中取最不利值确定：v1. 由变荷载效应控制的组合由变荷载效应控制的