第03章：多层与高层框架结构-20150517

1、混凝土结构设计混凝土结构设计第3章第第3章章 多层和高层框架结构设计多层和高层框架结构设计 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章低层 12层多层 39层高层 10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。(高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 32010)3.1概概 述述混凝土结构设计混凝土结构设计第3章 结构结构轻巧；轻巧； 整体性好；整体性好； 可形成大空间；可形成大空间； 施工方便；施工方便； 较为经济。较为经济。图图3-1 框架结构框架结构由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章3.2结构布置方法结构布置

2、方法3.2.1 结构布置的一般原则结构布置的一般原则 结构布置在建筑的平、立、剖面和结构的形式确结构布置在建筑的平、立、剖面和结构的形式确定以后进行。定以后进行。 满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；分相一致； 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；有效地进行； 结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；混凝土结构设计混凝土结构设计第3章3.2.2 结构布置方法结构布置方法1. 横向布置（横向承重方案）横向布置（横向承重方

3、案） 增大房屋横向刚度，增大房屋横向刚度，减小横向侧移；减小横向侧移； 框架横梁高度大，室框架横梁高度大，室内有效净空小。内有效净空小。 连系梁高度小，可开连系梁高度小，可开大窗。大窗。（常（常 用）用）连系梁框架梁混凝土结构设计混凝土结构设计第3章2. 纵向布置（纵向承重方案）纵向布置（纵向承重方案） 横向连系梁截面较小，横向连系梁截面较小，室内有效净空得到提高，室内有效净空得到提高，便于管线纵向穿行；便于管线纵向穿行； 纵向框架对纵向地基不纵向框架对纵向地基不均匀沉降较有利；均匀沉降较有利； 房屋横向刚度小，横向房屋横向刚度小，横向侧移大。侧移大。（宜少（宜少 用）用）框架梁连系梁混凝土结

4、构设计混凝土结构设计第3章3. 双向布置（纵双向布置（纵、横向承重方案）横向承重方案） 双向布有框架，故整体双向布有框架，故整体性好，受力性能好；性好，受力性能好； 适用于整体性要求较高适用于整体性要求较高和楼面荷载较大的情况；和楼面荷载较大的情况； 高层承受的双向水平荷高层承受的双向水平荷载较大，选用这一抗侧载较大，选用这一抗侧力体系。力体系。框架梁混凝土结构设计混凝土结构设计第3章3.3截面尺寸估算截面尺寸估算3.3.1 框架梁框架梁0b18181lhbb4121hb1. 框架梁截面尺寸估算框架梁截面尺寸估算l0 梁的计算跨度（见梁的计算跨度（见p14)；hb 梁的截面高度梁的截面高度bb

5、 梁的截面宽度。梁的截面宽度。一般情况下一般情况下：梁净跨与截面高度之比不宜小于4梁的截面宽度不宜小于200mm混凝土结构设计混凝土结构设计第3章2. 框架梁线刚度框架梁线刚度lIEicbEc 混凝土弹性模量；混凝土弹性模量；l 框架梁的跨度。框架梁的跨度。I 框架梁截面惯性矩，见表框架梁截面惯性矩，见表3.3.1；扁梁扁梁：b0111825hlbb1 3bh混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章1. 框架柱截面尺寸估算框架柱截面尺寸估算多层建筑多层建筑：iHb181121ccc21bh 3.3.2 框架柱框架柱Hi 第第i层层高；层层高；hc

6、 柱截面高度；柱截面高度；bc 柱截面宽度。柱截面宽度。框架柱的截面边长不宜小于250 mm（新抗震规范300mm），圆柱的截面直径不宜小于350 mm，剪跨比Hn/（2h0） 宜大于2截面的高宽比不宜大于3混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2. 框架柱线刚度框架柱线刚度iHIEiccEc 混凝土弹性模量；混凝土弹性模量；I 框架柱截面惯性矩。框架柱截面惯性矩。3cc121hbI 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.4计算简图的确定计算简图的确定1. 计算单元的选取计算单元的选取混凝土

7、结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2. 计算简图确定方法计算简图确定方法（1）各层层高的确定；）各层层高的确定；（2）对于高层，当上）对于高层，当上、下柱截面不等时；下柱截面不等时；（3）当框架梁有坡度时（以）当框架梁有坡度时（以 i坡坡=1/8 为分界）；为分界）；（4）对于跨度差的考虑；）对于跨度差的考虑；（5）对于梁端加腋的考虑（以）对于梁端加腋的考虑（以 h 端端/ h 中中=1.6 为界）为界） ；混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章计算简图l01l02l01l02hhhhh屋面屋面楼

8、面楼面楼面楼面楼面楼面楼面楼面基础顶面基础顶面计算单元混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.5荷载计算荷载计算框架荷载垂直荷载水平荷载恒载活载风载地震框架自重；粉灰重；框架自重；粉灰重；板、次梁、墙体重板、次梁、墙体重人群、家具、设备、人群、家具、设备、雪等荷载，取值见雪等荷载，取值见建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范p263,可折减可折减p2650zszkww混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.6内力计算内力计算3.6.1 竖向荷载下的内力计算竖向荷载下的内力计算1. 楼面荷载分配原则

9、楼面荷载分配原则当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通过当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通过预制板的两端传递给它的支承结构；预制板的两端传递给它的支承结构；当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个当采用现浇楼盖时，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，区区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边格板长边/短边短边3时沿单向传递，长边时沿单向传递，长边/短边短边3时沿双沿双向传递。向传递。板双向传递给梁的的荷载为三角形或梯形荷载，按板双向传递给梁的的荷载为三角形或梯形荷载，按p294换算成等效均布荷载后计算框架内力。换算成等效均布荷载后计算

10、框架内力。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章框架受荷总图框架受荷总图 l01l02框架受荷范围框架受荷范围 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2. 竖向活载最不利布置竖向活载最不利布置（1）逐跨布置法）逐跨布置法 恒载一次布置。楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，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，再对各控制截面组合其可能出现的最分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。大内力。（此法不适于手算）（此法不适于手算） 恒载恒载 + 活载活载混凝土结构设计混凝

11、土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（2）最不利荷载布置法）最不利荷载布置法 恒载一次布置。楼屋面活载根据影响线，直接确定恒载一次布置。楼屋面活载根据影响线，直接确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。（此法用产生某一指定截面最不利内力的活载布置。（此法用手算仍很困难）手算仍很困难）混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（3）分层布置法或分跨布置法）分层布置法或分跨布置法 恒载一次布置。为简化计算，当恒载一次布置。为简化计算，当q/g 3时，可近似时，可近似将活载将活载分层布分层布或或分跨布分跨布，分别进行计

12、算，然后进行最，分别进行计算，然后进行最不利内力组合。（适于手算）不利内力组合。（适于手算）分层布置法分跨布置法qqqqqq混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（4）满布荷载法）满布荷载法 当当q/g 1时，可不考虑活载的最不利布置，把活载时，可不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架梁上，这样求得的同时作用于所有的框架梁上，这样求得的支座处的内力支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的可直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩梁跨中弯矩应乘以应乘以1.11.2的系数予以增大。的系数予以增大。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页

13、目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3. 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（1）分层法）分层法 忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移； 每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱上产生层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱上产生内力。内力。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底

14、算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的层柱外，上层各柱的线刚度线刚度乘以乘以0.9的修正系数；的修正系数；混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的层柱的弯矩传递系数弯矩传递系数取取1/2，其他各层柱的，其他各层柱的弯矩传弯矩传递系数递系数取取1/3；混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（2）迭代法（不考虑框架侧移）迭代法（不考虑框架侧移） 绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个方框

15、；绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个方框； 计算汇交于计算汇交于i 节点各杆的转角分配系数（节点各杆的转角分配系数（写在外框内写在外框内侧侧） 并检查是否满足并检查是否满足 ，以作校核。，以作校核。（当框架出现交接及利用对称性时要对有关杆件线刚度（当框架出现交接及利用对称性时要对有关杆件线刚度ii k进进行修正，如一端铰接需乘以行修正，如一端铰接需乘以3/4；对称奇数跨中间梁乘以；对称奇数跨中间梁乘以0.5)(21iikikikii21ik（2）迭代法）迭代法混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（2）迭代法（不考虑框架侧移）迭代法（不考虑

16、框架侧移） 计算竖载作用下各杆端产生的固端弯矩计算竖载作用下各杆端产生的固端弯矩Mfik（写写 在相应的各杆端部在相应的各杆端部），求出汇交于每一节点的各梁），求出汇交于每一节点的各梁 固端弯矩之和固端弯矩之和MFi（写在该节点的内框写在该节点的内框）；）； 如均布恒载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成如均布恒载和集中荷载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩：节点不平衡弯矩：20112Mql 均载MFe集中荷载MMM节点不平衡均载集中荷载混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（2）迭代法（不考虑框架侧移）迭代法（不考虑框架侧移） 按下列按下列迭代

17、迭代式计算每一杆件的近端转角弯矩式计算每一杆件的近端转角弯矩Mik，即即式中式中 汇交于节点汇交于节点 i 各杆的远端转角弯矩各杆的远端转角弯矩之和，最初可假定为之和，最初可假定为0。 MFi 汇交于汇交于i 节点梁节点梁 固端弯矩之和固端弯矩之和 (按上式进行迭代计算时，从不平衡弯矩较大的节点开按上式进行迭代计算时，从不平衡弯矩较大的节点开始，循环若干轮，直至全部节点上的弯矩值的迭代结果收敛始，循环若干轮，直至全部节点上的弯矩值的迭代结果收敛为止。将每次算得的为止。将每次算得的Mik值记在相应的杆端处）值记在相应的杆端处） FikikikiiMMM ikiM混凝土结构设计混凝土结构设计第3章

18、主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 按下式计算每一杆端的最后弯矩值，即按下式计算每一杆端的最后弯矩值，即 或或 MFik杆端产生的固端弯矩；杆端产生的固端弯矩； Mik 按迭代式计算的杆件近端转角弯矩；按迭代式计算的杆件近端转角弯矩； M ki 按迭代式计算的杆件远端转角弯矩；按迭代式计算的杆件远端转角弯矩；F2ikikikkiMMMM)(FkiikikikikMMMMM如设计例题中恒载下最后杆端弯矩：如设计例题中恒载下最后杆端弯矩： （p232 ）（下图为按上述（下图为按上述(a)式进行）式进行）(a)(a)混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一

19、章帮帮 助助下一章下一章3.6.2 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1. 反弯点法反弯点法 将水平荷载一般简化为作用在框架节点上的集中将水平荷载一般简化为作用在框架节点上的集中 荷载；荷载；混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 假定假定 a. 在进行各在进行各柱间剪力分配柱间剪力分配时时，假定，假定EI梁梁=，即，即 上部各层节点转角为上部各层节点转角为0; b. 在确定各在确定各柱反弯点位置柱反弯点位置时时，假定除底层柱以外，假定除底层柱以外的其余各柱，受力后上的其余各柱，受力后上下两端的转角相等。下两端的转

20、角相等。反弯点的位置按右图取值反弯点的位置按右图取值 反弯点位置图h1/3 2h1/3 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。 每柱的每柱的抗侧移刚度抗侧移刚度为：为：3c12iiihEID EIci 第i根柱的刚度； hi 第i根柱的柱高。Di2c6iihEI2c6iihEI3c12iiihEID 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章2. D值法值法（1）反弯点法的问题）反弯点法的问题 柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度

21、和柱高，未考虑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；节点梁柱线刚度比的影响； 认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱 线刚度之比线刚度之比i 梁梁/ i 柱柱、柱的位置、上下层梁的线刚度、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。大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（2）D值法的基本思想值法的基本思想与反弯点法相比与反弯点法相比K 相同之处相同之处 先确定反弯点位置先确定反弯点位置L 不同之处

22、不同之处 考虑了上述因素的影响，对柱的考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧抗侧 刚度刚度和柱的和柱的反弯点位置反弯点位置进行了修正。进行了修正。 因此，因此，D值法又称为改进的反弯点法，适用于梁值法又称为改进的反弯点法，适用于梁 柱线刚度比柱线刚度比i 梁梁/ i 柱柱 3的情况。的情况。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（3）修正的柱抗侧刚度）修正的柱抗侧刚度柱在不同支承条件下的抗侧刚度柱在不同支承条件下的抗侧刚度混凝土结构设计混凝土结构设计第3章上一章上一章帮帮 助助下一章下一章柱的柱的部位部位及固及固定情定情况况一般层一般层底层，下面固支

23、底层，下面固支底层，下端铰支底层，下端铰支cc43212iiiiiiii2cc21iiiiii25 . 0cc21iiiiii215 . 0ci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic目目 录录式中，式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公 式计算。式计算。主主 页页3c1c12hEIDD框架柱的抗侧刚度框架柱的抗侧刚度按下式计算：按下式计算：混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章（4）反弯点高度的修正）反弯点高度的修正3210yyyyy式中：式中： y0标准（框架）反弯点高度标准（框架）反弯点高度 比。比。

24、反映梁柱线刚度比及结构层数和楼层反映梁柱线刚度比及结构层数和楼层位置对柱反弯点高度的影响。位置对柱反弯点高度的影响。 标准框架指层高标准框架指层高、跨度、梁柱的线、跨度、梁柱的线刚度分别全相等的多层多跨框架。刚度分别全相等的多层多跨框架。 ViVi混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章 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。 y2 、 y3反映了反弯点相对于标准反弯点向楼反映了反弯点相对于标准反弯点向楼 层较大的一端发层较大的一端发 生移动的影响。生移动的影响。y1因上、下层横

25、梁线刚度比变化的修正值。当与柱因上、下层横梁线刚度比变化的修正值。当与柱 相连的上、下层横梁线刚度不等，柱上、下端转相连的上、下层横梁线刚度不等，柱上、下端转 角不同时，其反弯点相对于标准反弯点向刚度较角不同时，其反弯点相对于标准反弯点向刚度较 小横梁一端发生移动。小横梁一端发生移动。hyVMyhVMiABiBA1柱端弯矩：柱端弯矩：v剩余步骤的计算剩余步骤的计算同反弯点法同反弯点法混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3. 门架法门架法（1）基本假定）基本假定 梁梁、柱的反弯点位于它们的中点处；柱的反弯点位于它们的中点处； 柱中点处的水平剪力

26、按各柱支承框架梁的长度与柱中点处的水平剪力按各柱支承框架梁的长度与框架总宽度之比进行分配。框架总宽度之比进行分配。ll混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.7内力组合内力组合3.7.1 控制截面控制截面梁控制截面梁控制截面柱控制柱控制截面截面梁：梁：跨中、支座截面跨中、支座截面柱：柱：柱顶、柱底截面柱顶、柱底截面混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章3.7.2 控制截面最不利内力类型控制截面最不利内力类型梁截面：梁截面：梁跨中截面：梁跨中截面：+Mmax及相应的及相应的V（正截面设计）（正截

27、面设计）梁支座截面：梁支座截面：-Mmax及相应的及相应的V （正截面设计）（正截面设计） Vmax及相应的及相应的M （ 斜截面设计）斜截面设计） 如果由于荷载作用，有可能使梁的支座截面出如果由于荷载作用，有可能使梁的支座截面出现正弯矩和跨中截面出现负弯矩时，还应进行支座现正弯矩和跨中截面出现负弯矩时，还应进行支座截面正弯矩和跨中截面负弯矩的组合。截面正弯矩和跨中截面负弯矩的组合。混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章由图可见：由图可见：对于大偏压，对于大偏压，M相等或相近时，相等或相近时，N越小越不利（所需配筋愈多）越小越不利（所需配筋愈多

28、）对于小偏压，对于小偏压，M相等或相近时，相等或相近时，N越大越不利；越大越不利；无论大小偏压，当无论大小偏压，当N相等或相近时，相等或相近时，M越大越不利。越大越不利。柱截面柱截面混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章柱柱 截截 面：面：+Mmax及相应的及相应的N、V -Mmax及相应的及相应的N、V Nmax及相应的及相应的M、V Nmin及相应的及相应的M、V Vmax及相应的及相应的M、N由于大多采用对称配筋，由于大多采用对称配筋， +Mmax和和 -Mmax合写合写为为Mmax。 混凝土结构设计混凝土结构设计第3章主主 页页目目 录录上一章上一