第七章多层混凝土结构

1、第七章 钢筋混凝土多层及高层房屋结构概述1. 高层建筑的定义多层与高层建筑的界限各国定义不一。我国曾将多层与高层建筑的界限各国定义不一。我国曾将8层以上的民用建筑或高度超过层以上的民用建筑或高度超过22m的工业建筑定的工业建筑定义为义为高层建筑高层建筑高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程将将10层和层和10层层以上的民用建筑定义为以上的民用建筑定义为高层建筑。高层建筑。这是由是否设这是由是否设电梯、建筑物的防火等级以及传统历史的影响所电梯、建筑物的防火等级以及传统历史的影响所确定的。确定的。一、概述2. 高层建筑的分类*钢结构高层建筑：自重轻、钢结构高层建筑：自重轻、强度高、延

2、性好、施工快，但强度高、延性好、施工快，但用钢量大、造价高、防火性能用钢量大、造价高、防火性能较差较差按结构材料分按结构材料分*混凝土结构高层建筑：造价低、混凝土结构高层建筑：造价低、耐火性能好、结构刚度大，但自耐火性能好、结构刚度大，但自重较大重较大*钢钢-混凝土组合结构：兼有两混凝土组合结构：兼有两者的优点，克服了两者的缺点。者的优点，克服了两者的缺点。一、概述2. 高层建筑的分类按结构材料分按结构材料分结构形式结构形式钢结构钢结构混凝土结混凝土结构构钢钢-混凝混凝土混合结土混合结构构世界最高世界最高的的15幢房幢房屋屋762中国最高中国最高的的15幢房幢房屋屋-(1)8(4)7(10)1

3、9981998年的统计结果年的统计结果, ,括括号内的数据为号内的数据为20092009年年的统计结果的统计结果一、概述2. 高层建筑的分类按结构承重体系按结构承重体系*框架结构框架结构*剪力墙结构剪力墙结构*框架框架-剪力墙结构剪力墙结构*筒体结构筒体结构*巨型框架结构巨型框架结构*悬挂结构悬挂结构二、高层建筑结构体系1. 框架结构*在地震设防区层数相应减在地震设防区层数相应减少少*常用于综合办公楼、旅馆、常用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑医院、学校、商店等建筑*在非地震区可做到在非地震区可做到15层，层，最高可做到最高可做到20层层组成和适用范围组成和适用范围框 架 横 梁楼

4、板框 架 横 梁*由梁和柱组成的空间结构由梁和柱组成的空间结构体系体系二、高层建筑结构体系1. 框架结构变形特征变形特征*在水平荷载作用下，表在水平荷载作用下，表现出刚度小、水平侧移现出刚度小、水平侧移大的特点，水平侧移呈大的特点，水平侧移呈剪切型。剪切型。剪剪 切切 型型 *例如，在地震设防烈度例如，在地震设防烈度为为8度，度，IV类场地的情况类场地的情况下，框架结构一般只能下，框架结构一般只能做到做到56层层二、高层建筑结构体系2. 剪力墙结构组成组成3600360036002900360036003600150028002900420012004200420015007100150036

5、0036001570上下下上*利用房屋墙体作为竖向承重和抗利用房屋墙体作为竖向承重和抗侧力结构的体系称为剪力墙结构侧力结构的体系称为剪力墙结构*剪力墙上可开洞口，洞口越大，剪力墙上可开洞口，洞口越大，越接近于框架越接近于框架二、高层建筑结构体系2. 剪力墙结构变形特征和应用范围变形特征和应用范围弯 曲 型洞 口*水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，且在水平荷载下的侧移呈弯曲型且在水平荷载下的侧移呈弯曲型*剪力墙结构可用于较高的房屋中剪力墙结构可用于较高的房屋中（100m以上）以上）3600360036002

6、9003600360036001500280029004200120042004200150071001500360036001570上下下上*剪力墙可用来分隔房间，楼板的剪力墙可用来分隔房间，楼板的跨度即为剪力墙的间距，一般为跨度即为剪力墙的间距，一般为38m，适合于有小房间的住宅、，适合于有小房间的住宅、旅馆等高层建筑旅馆等高层建筑二、高层建筑结构体系2. 剪力墙结构框支剪力墙框支剪力墙95400=4860034800=14400楼电梯间框支剪力墙落地剪力墙二、高层建筑结构体系3. 框架-剪力墙结构组成组成520068005200675004500075007500520043505505

7、200680052005504350框架剪力墙1746507905049507500750049507500剪力墙框架*由框架和剪力墙共同承受竖向和由框架和剪力墙共同承受竖向和水平荷载的结构体系称为框架水平荷载的结构体系称为框架-剪剪力墙结构体系。在整个结构体系中，力墙结构体系。在整个结构体系中，剪力墙负担决大部分的水平荷载，剪力墙负担决大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主，分工合框架以负担竖向荷载为主，分工合理，物尽其用理，物尽其用二、高层建筑结构体系3. 框架-剪力墙结构变形特征和应用范围变形特征和应用范围剪 切 型弯 曲 型弯 剪 型HHH*水平荷载作用下，框架和水平荷载作用下，框架

8、和剪力墙协调工作，使房屋各剪力墙协调工作，使房屋各层变形趋于均匀，在水平荷层变形趋于均匀，在水平荷载下的侧移呈弯剪型载下的侧移呈弯剪型*剪力墙克服了框架抗侧刚剪力墙克服了框架抗侧刚度低的缺点，框架弥补了剪度低的缺点，框架弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足。力墙结构布置不灵活的不足。因此，普遍应用于宾馆和办因此，普遍应用于宾馆和办公楼等公用建筑中。公楼等公用建筑中。520068005200675004500075007500520043505505200680052005504350框架剪力墙*框架框架-剪力墙结构体系一般用于剪力墙结构体系一般用于25层以下为宜，最高不超过层以下为宜，最高不超过3

9、5层。但若层。但若布置合理，也可更高。布置合理，也可更高。二、高层建筑结构体系4. 筒体结构电梯间窗孔窗裙梁立柱组成和变形特征组成和变形特征*将剪力墙集中到房屋的内部或将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体，以此来外部形成封闭的筒体，以此来承受房屋大部分或全部竖向荷承受房屋大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体载和水平荷载所组成的结构体系称为筒体结构体系系称为筒体结构体系*分实腹筒体和空腹筒体两类分实腹筒体和空腹筒体两类*变形呈弯剪型变形呈弯剪型H二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-筒体结构筒体结构将框架将框架-剪力墙结构中的剪力墙相对集剪力墙结构中的剪力墙相对集中组成封闭

10、的筒体，竖向荷载主要由中组成封闭的筒体，竖向荷载主要由框架和筒体共同承担，水平荷载主要框架和筒体共同承担，水平荷载主要由筒体承担由筒体承担框架框架-筒体结构筒体结构32008500750075007500140501050090009000900068300498006830049800框架框架-筒体结构的受力性能类似于框架筒体结构的受力性能类似于框架-剪力墙结构，水平荷载下的侧移曲线剪力墙结构，水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但前者的刚度远大于后者。呈弯剪型，但前者的刚度远大于后者。框架框架-筒体结构常用于筒体结构常用于50层左右的高层层左右的高层建筑中，最高可建到建筑中，最高可建到100层层

11、二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-筒体结构筒体结构框架框架-筒体结构有筒体结构有框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构和和框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构两种形式。两种形式。实腹筒一般位于实腹筒一般位于框架之内框架之内框框架架-核心筒结构核心筒结构将空腹筒布置在将空腹筒布置在房屋的外围，框房屋的外围，框架布置在房屋的架布置在房屋的中部形成的框架中部形成的框架-筒体结构筒体结构二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构34200二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构

12、453.00609.70483.006502.46502.430000400001000100008000100001000800012500115008000东二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构框架空腹筒体由于空腹筒体的密排立由于空腹筒体的密排立柱之间的距离较小，建柱之间的距离较小，建筑底部如何设大的入口筑底部如何设大的入口？二、高层建筑结构体系4. 筒体结构框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构二、高层建筑结构体系4. 筒体结构筒中筒结构筒中筒结构*将实腹筒体置于建筑物的内部，空腹筒体将实腹筒体置于建筑物的内部，空腹筒体作为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一作

13、为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一体，共同承受竖向荷载和水平荷载的结构承体，共同承受竖向荷载和水平荷载的结构承重体系重体系筒中筒结构筒中筒结构*筒中筒结构水平荷载下的侧移曲线呈弯筒中筒结构水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但抗侧刚度大于框架剪型，但抗侧刚度大于框架-筒体结构。筒体结构。*筒体具有很大的抗侧能力和抗扭能力，筒体具有很大的抗侧能力和抗扭能力，筒中筒结构广泛应用于筒中筒结构广泛应用于65层左右的公用建层左右的公用建筑中。筑中。270.000176.40034.6004.100301.100372.000270.000176.40034.6004.100301.100372.000建筑底

14、部设大开口的方法同框架建筑底部设大开口的方法同框架-剪力墙结构剪力墙结构二、高层建筑结构体系4. 筒体结构筒中筒结构3460042004200173004450445035004200346004200355019100183000540003400043000610061002200044004400750075007500225001339005070063900234004570013400300048800488003020二、高层建筑结构体系4. 筒体结构组合筒体结构组合筒体结构*将几个筒体组合成一个整体，共同承担竖将几个筒体组合成一个整体，共同承担竖向和水平荷载的结构承重体系向和水

15、平荷载的结构承重体系组合筒体组合筒体结构结构*常用于常用于75层左右的高层建筑中层左右的高层建筑中二、高层建筑结构体系4. 筒体结构其他筒体结构其他筒体结构二、高层建筑结构体系4. 筒体结构其他筒体结构其他筒体结构4250550042501400062900180018001400016500三、结构布置的原则1. 选择合理的结构体系竖向承重结构体系竖向承重结构体系根据房屋的用途、各种结构体系的特点和适用范围进行选择：根据房屋的用途、各种结构体系的特点和适用范围进行选择：*框架结构框架结构*剪力墙结构剪力墙结构*框架框架-剪力墙结构剪力墙结构*筒体结构筒体结构三、结构布置的原则1. 选择合理的

16、结构体系楼板结构体系楼板结构体系*平板结构体系：单向板和双向板常用平板结构体系：单向板和双向板常用于剪力墙结构和筒体结构；板柱结构体于剪力墙结构和筒体结构；板柱结构体系可采用无梁楼盖。一般非预应力板的系可采用无梁楼盖。一般非预应力板的跨度不宜超过跨度不宜超过6m，预应力平板的跨度，预应力平板的跨度不超过不超过9m。*密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度较大密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度较大而梁高受到限制的情况，筒体结构角区而梁高受到限制的情况，筒体结构角区部也常用密肋楼盖。现浇混凝土密肋楼部也常用密肋楼盖。现浇混凝土密肋楼盖的跨度不宜超过盖的跨度不宜超过9m，预应力混凝土，预应力混凝土密肋楼盖的跨度不超

17、过密肋楼盖的跨度不超过12m。三、结构布置的原则1. 选择合理的结构体系楼板结构体系楼板结构体系*肋梁楼盖：是高层建筑中应用最为广肋梁楼盖：是高层建筑中应用最为广泛的楼盖形式。当楼盖的高度受到限制泛的楼盖形式。当楼盖的高度受到限制时，可以考虑采用扁宽梁。时，可以考虑采用扁宽梁。*在下列情况下应考虑采用现浇楼盖：在下列情况下应考虑采用现浇楼盖：1）建筑物高度超过）建筑物高度超过50m；2）抗震设防烈度为）抗震设防烈度为9度时；度时；3）屋面；）屋面；4）平面十分复杂，楼面不规则，有较多洞口；）平面十分复杂，楼面不规则，有较多洞口；5）上下层刚度变化较大时，如底层大空间结构）上下层刚度变化较大时，

18、如底层大空间结构的过渡层楼板。的过渡层楼板。三、结构布置的原则2. 结构平面布置*平面宜选风压较小的形状，并应考虑邻近高层建筑对其风压的平面宜选风压较小的形状，并应考虑邻近高层建筑对其风压的影响。一般地影响。一般地，圆形或椭圆形平面可比矩形平面减少风荷圆形或椭圆形平面可比矩形平面减少风荷20%40%。平面形状平面形状*平面应尽量规整、均匀对称，平面应尽量规整、均匀对称，使得结构单元的总体刚度中心使得结构单元的总体刚度中心与单元的几何中心（风载作用与单元的几何中心（风载作用位置）、质心（地震作用位置）位置）、质心（地震作用位置）相重合相重合三、结构布置的原则2. 结构平面布置平面尺寸平面尺寸*平

19、面总长度平面总长度L不宜过长，避免不宜过长，避免两端振动不一致而使建筑破坏。两端振动不一致而使建筑破坏。LbLbbLLbbLlLLBmaxBmaxlbL,B,BmaxlBlBmaxB(Bmax)BmaxllBmaxlBmaxBlBbBa)b)c)d)e)f)g)h)i)*各种平面对相关尺寸的要求：各种平面对相关尺寸的要求：L/B、L/Bmax、l/b、l/b见教材表见教材表5-3三、结构布置的原则3. 结构竖向布置*高层建筑的高宽比不宜过大，应满足教材表高层建筑的高宽比不宜过大，应满足教材表5-4的要求。的要求。如不能满足表如不能满足表5-4所示的要求或房屋的高度超过所示的要求或房屋的高度超过

20、150m，则要对房，则要对房屋进行抗倾覆和整体稳定性验算。屋进行抗倾覆和整体稳定性验算。*沿竖向结构的刚度和强度宜均匀、连续、不突然变化沿竖向结构的刚度和强度宜均匀、连续、不突然变化三、结构布置的原则4. 抗震缝、沉降缝和伸缩缝的布置当结构不同部位荷载差异较当结构不同部位荷载差异较大地基土压缩性有显著差异大地基土压缩性有显著差异沉降缝沉降缝当平面形状复杂、高度方向当平面形状复杂、高度方向有高差、质量分布不均匀有高差、质量分布不均匀抗震缝抗震缝当房屋过长或过宽时当房屋过长或过宽时伸缩缝伸缩缝结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算水平荷载作用下框架结构内

21、力和侧移的近似计算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 反弯点法，值法 1 1结构组成及特点结构组成及特点框架结构（框架结构（frame structureframe structure）由梁、柱构件通过节点连接构成，）由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。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。

22、三种。（1 1）框架结构的受力特点）框架结构的受力特点在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us；由水平力引起的倾；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形架结构的整体弯曲变形u

23、b。当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。体弯曲变形的影响很小。 框架结构的侧移框架结构的侧移（2 2）框架结构体系的优缺点）框架结构体系的优缺点建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也可按需要做成小房间；可按需要做成小房间； 建筑立面容易处理；结构自重较轻；建筑立面容易处理；结构自重较轻； 计算理论比较成熟；计算理论比较成熟； 在一定高度范围内造价较低。在一定高度范围内造价较低。 框架结构的侧向刚度较小，水平荷

24、载作用下侧移较大，有时会影响框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。 因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。2 2结构布置（结构布置（structural configuration） 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

25、，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柱的布置框架柱的布置框架结构柱网的布置应满足以下几个方面的要求：框架结构柱网的布置应满足以下几个方面的要求： (1)柱网布置应满足建筑功能的要求柱网布置应满足建筑功能的要求在住宅、旅馆等民用建筑中，柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，尽量减少柱网对建筑使在住宅、旅馆等民用建筑中，柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，尽量减少柱网对建筑使用功能影响用功能影响 (2)柱网布置应规则、整齐、间距适中，传力体系明确，结构受力合理柱网布置应规则、整齐、间距适

26、中，传力体系明确，结构受力合理 框架结构是全部由梁、板构件组成的，承受竖向荷载并同时承受水平荷裁，并且框架结构框架结构是全部由梁、板构件组成的，承受竖向荷载并同时承受水平荷裁，并且框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此应沿建筑物的两个主轴方向都应设置框架；柱网的尺只能承受自身平面内的水平力，因此应沿建筑物的两个主轴方向都应设置框架；柱网的尺寸还受到梁跨度的限制，一般常使梁跨度在寸还受到梁跨度的限制，一般常使梁跨度在69m为宜。为宜。 (3)柱网布置应便于施工柱网布置应便于施工结构布置应考虑施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。设计时应尽量考虑到构件尺结构布置应考虑施工方便，以加快施工进度，

27、降低工程造价。设计时应尽量考虑到构件尺寸的模数化、标准化，尽量减少构件规格。柱网布置时应尽量使梁、板布置简单、规则。寸的模数化、标准化，尽量减少构件规格。柱网布置时应尽量使梁、板布置简单、规则。梁格布置梁格布置 柱网确定后，用梁把柱连起来，即形成柱网确定后，用梁把柱连起来，即形成框架结构框架结构 实际的框架结构是一个实际的框架结构是一个空间受力体系空间受力体系 为计算分析方便起见，实际框架结构看成纵横两个方向为计算分析方便起见，实际框架结构看成纵横两个方向平面框架平面框架 沿建筑物长向的称为沿建筑物长向的称为纵向框架纵向框架，沿建筑物短向的称为，沿建筑物短向的称为横向框架横向框架 纵向框架和横

28、向框架分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向纵向框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖荷载则依楼盖 结构布置方式而按结构布置方式而按不同的方式不同的方式传递。传递。框架结构的承重方案框架结构的承重方案 1 1）横向框架承重横向框架承重。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。 2 2）纵向框架承重纵向框架承重。 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。 3 3）纵、横向框架承重纵、横向框架承重。 房屋的纵、横向都布置承重框架房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖常采

29、用现浇双向板井字梁楼盖。楼盖常采用现浇双向板井字梁楼盖。框架结构的承重方案框架结构的承重方案变形缝变形缝实际设计中经常遇到房屋纵向太长、立面高差太大、体型比较复杂的情况，实际设计中经常遇到房屋纵向太长、立面高差太大、体型比较复杂的情况，这时我们对建筑就应进行变形缝的设置，使结构受力合理。变形缝有这时我们对建筑就应进行变形缝的设置，使结构受力合理。变形缝有伸缩伸缩缝、沉降缝、防震缝缝、沉降缝、防震缝三种。三种。伸缩缝也叫温度缝，其设置主要与结构的长度有关伸缩缝也叫温度缝，其设置主要与结构的长度有关当未采取可靠措施时，伸缩缝间距不宜超过下表当未采取可靠措施时，伸缩缝间距不宜超过下表伸缩缝最大间距伸

30、缩缝最大间距对于不具有独立基础的框架结构，当设置伸缩缝时，双柱基础可以不断开。对于不具有独立基础的框架结构，当设置伸缩缝时，双柱基础可以不断开。沉降缝的沉降缝的设置设置：主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。当上：主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。当上部荷载差异较大，或地基土的物理力学指标相差较大，则应设沉降缝，沉部荷载差异较大，或地基土的物理力学指标相差较大，则应设沉降缝，沉降缝可利用挑梁、搁置预制板、预制梁、设双柱等方法处理。降缝可利用挑梁、搁置预制板、预制梁、设双柱等方法处理。伸缩缝与沉降缝的缝宽一般不小于伸缩缝与沉降缝的缝宽一般不小于50mm。防震缝的防震缝的设置设

31、置：主要与建筑平面形状、质量分布、刚度、地理位置等有关；：主要与建筑平面形状、质量分布、刚度、地理位置等有关；防震缝的设置，应力求使各结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，防震缝的设置，应力求使各结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，避免发生地震作用下的扭转效应。避免发生地震作用下的扭转效应。框架结构房屋的防震缝框架结构房屋的防震缝宽度宽度，当高度不超过，当高度不超过15m时可采用时可采用70mm；超过；超过15m时，时，6度、度、7度、度、8度和度和9度相应每增加高度度相应每增加高度5m、4m、3m和和2m，宜加宽，宜加宽20mm。在多层及高层建筑结构中，在设缝时宜尽可能地将在多层及高层

32、建筑结构中，在设缝时宜尽可能地将“三缝合一三缝合一”，应尽量，应尽量少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构整体性少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构整体性和空间刚度。在进行建筑设计时，应通过调整平面形状、尺寸、体型等措和空间刚度。在进行建筑设计时，应通过调整平面形状、尺寸、体型等措施；在进行结构设计时，应通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置施；在进行结构设计时，应通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施，在施工方面，应通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温刚性层等措施，在施工方面，应通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止

33、由于温度变化、不均匀汉降、地震作用等因素所引隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀汉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的损坏。起的结构或非结构构件的损坏。北京民航办公大楼框架结构的柱网布置北京民航办公大楼框架结构的柱网布置该结构共该结构共15层，高层，高60.8m，为装配整体式钢筋混凝土框架结构。由于竖向荷，为装配整体式钢筋混凝土框架结构。由于竖向荷载差异较大、房屋长度过长以及抗震要求。整个结构设两条缝载差异较大、房屋长度过长以及抗震要求。整个结构设两条缝(三缝合一三缝合一)。分成分成3个结构单元。其柱网和梁格的布置也都规则、整齐、统一。个结构单元。其柱网和梁格的布置也都规则、整齐、

34、统一。框架结构房屋框架结构房屋最大适用高度最大适用高度根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到既安全又经济合理根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到既安全又经济合理的要求。多层与高层钢筋混凝土房屋高度不宜太高。在的要求。多层与高层钢筋混凝土房屋高度不宜太高。在水平荷载水平荷载作用下，作用下，框架的变形成弯矩与框架的层数多少有极大的关系，框架层数越多，产框架的变形成弯矩与框架的层数多少有极大的关系，框架层数越多，产生的生的水平位移越大水平位移越大，框架的，框架的内力内力也随层数的增加而也随层数的增加而迅速增长迅速增长，层数超过，层数超过一定程度时，水平荷载产生的一定程度时，水平荷载

35、产生的内力内力远远远远超过竖向荷载超过竖向荷载产生的产生的内力内力，这时，这时水平荷载对设计起主要控制作用，而水平荷载对设计起主要控制作用，而竖向荷载竖向荷载对设计己对设计己失去控制作用失去控制作用，框架结构的优越性就不能表现出来，层数越多，就越不优越。所以，对框架结构的优越性就不能表现出来，层数越多，就越不优越。所以，对于框架的适用层数就是从这个意义上提出的。于框架的适用层数就是从这个意义上提出的。房屋最大适用高度房屋最大适用高度框架结构框架结构抗震等级抗震等级在在同样地震烈度同样地震烈度下下不同结构类型不同结构类型的钢筋混凝土房屋有的钢筋混凝土房屋有不同抗不同抗震要求震要求。例如，。例如，

36、次要次要的抗侧力结构单元的抗震要求可低于的抗侧力结构单元的抗震要求可低于主主要抗侧力结构要抗侧力结构，如，如框架框架-抗震墙抗震墙结构中结构中框架框架，其抗震要求就，其抗震要求就可低于框架结构中的框架。例如，可低于框架结构中的框架。例如，多层多层房屋的抗震要求可低房屋的抗震要求可低于于高层房屋高层房屋，因为前者的地震反应小，延性要求就可低于后，因为前者的地震反应小，延性要求就可低于后者。者。框架结构的抗震等级框架结构的抗震等级规则结构与不规则结构规则结构与不规则结构地震震害调查表明。在抗震设计中，对地震震害调查表明。在抗震设计中，对不规则结构不规则结构如未采取妥善处理，如未采取妥善处理，则会给

37、建筑带来不利影响甚至造成则会给建筑带来不利影响甚至造成严重震害严重震害。区别规则结构和不规则结。区别规则结构和不规则结构目的，是为了在抗震设计中予以区别对待。对不规则结构构目的，是为了在抗震设计中予以区别对待。对不规则结构不利部位不利部位，应采取应采取有效措施有效措施，以提高其，以提高其抗震能力抗震能力，对规则结构则应按规范一般，对规则结构则应按规范一般规定进行设计。规定进行设计。根据理论分析和设计经验，框架结构和框架根据理论分析和设计经验，框架结构和框架-抗震墙结构，平面、立面尺抗震墙结构，平面、立面尺寸和刚度沿房屋平面和高度变化符合下列各项要求时，结构扭转效应和寸和刚度沿房屋平面和高度变化

38、符合下列各项要求时，结构扭转效应和鞭稍效应鞭稍效应都较小，同时，都较小，同时，楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数沿房屋高度分布也沿房屋高度分布也比较均匀比较均匀。因此，可以认为是因此，可以认为是规则结构规则结构。结构平面要求结构平面要求1) 平面宜简单、规则、对称，减少偏心平面宜简单、规则、对称，减少偏心2) 平面长度尽宜过长，突出部分长度不宜过大平面长度尽宜过长，突出部分长度不宜过大建筑平面建筑平面L，l 限值限值3)不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形结构结构竖向布置要求竖向布置要求1)竖向体系宜规则、均匀、对称，避免过大的外挑和内收竖向体系宜

39、规则、均匀、对称，避免过大的外挑和内收2)结构上部楼层收进部位到室外面的高度与房屋高度比大于结构上部楼层收进部位到室外面的高度与房屋高度比大于0.2时，上部楼时，上部楼 层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75倍；当上部结构楼倍；当上部结构楼 层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺 寸的寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m结构竖向收进和外桃示意图结构竖向收进和外桃示意图1 框架结构的计算简图及荷载框架结构的计算简图及荷载

40、 梁、柱截面尺寸梁、柱截面尺寸框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。查所选尺寸是否合适。 梁截面尺寸确定梁截面尺寸确定 框架结构中框架梁的截面高度框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等，、活荷载大等，按按hb = (1/181/10)lb确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于

41、不宜大于1/4净净跨。主梁截面宽度可取跨。主梁截面宽度可取bb = (1/31/2)hb，且不宜小于，且不宜小于200mm。为了保证梁的。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于）不宜大于4。 为了降低楼层高度，为了降低楼层高度，可将梁设计成宽可将梁设计成宽度较大而高度较小的度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高扁梁，扁梁的截面高度可按度可按 (1/181/15)lb估算。扁梁的截面宽估算。扁梁的截面宽度度b（肋宽）与其高（肋宽）与其高度度h的比值的比值b/h不宜超不宜超过过3。加腋梁加腋梁梁截面惯性矩梁截面惯性矩 柱截面尺寸柱截面尺寸 柱截面尺寸

42、可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即式中式中 Ac为柱截面面积；为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25为重力为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（也可近似按（1214）kN/m2计

43、算；计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。为混凝土轴心抗压强度设计值。 Ac (1.11.2)N / fc N = 1.25Nv框架柱的截面宽度和高度均不宜小于框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经，圆柱截面直经不宜小于不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于，或柱的剪跨比宜大于2。梁截面惯性矩梁截面惯性矩 在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效

44、宽度可取至板厚的框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍；倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。 设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：0II2框架结构的计算简图框架结构的计算简图计算单元 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进行分析。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

45、框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际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，每榀平面框的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。架为一计算单元。 就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据

46、结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。框架结构计算简图框架结构计算简图在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点（用节点（beam-column joints）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁

47、的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的柱的计算高度即为各层层高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有形心线可近似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶

48、板处。倍时，可取至地下室结构的顶板处。在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一截面不变时的相同。当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度

49、仍应按意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。进行框架内力分析。 变截面柱框架结构的计算简图变截面柱框架结构的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框架结构上的荷载框架结构上的荷载 作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷作用在多、高层建筑结

50、构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。楼面活荷载楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按用途按荷载规范荷载规范取用。应该指出，取用。应该指出，荷载规范荷载规范规定的楼面活荷载值，规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（equivalent uniform live load）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载

51、作为楼面活荷载。）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。风荷载风荷载 当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按式当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按式（3.5.9）计算，对于多、高层框架结构房屋，式中的计算参数应按规定）计算，对于多、高层框架结构房屋，式中的计算参数应按规定采用。采用。1竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算在竖向荷载（在竖向荷载（vertical load）作用下，多、高层框架结构的内力可）作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采用手算，可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采

52、用手算，可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。分层法分层法竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：（1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；（2）每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）每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。各层梁、柱内力的影响可忽略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱

53、轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。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（2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数0.9。 分层法计算要点分层法计算要点（1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的

54、敞口框架，每个敞口）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。梁跨度均与原结构相同。（3）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）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。两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层

55、计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。 如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的传递系数改用，其他各层柱的传递系数改用1/3。（4）在杆端弯

56、矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。连的梁端剪力，即得柱的轴力。弯矩二次分配法弯矩二次分配法具体计算步骤：具体计算步骤：（1）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。 （2）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时）计算框架

57、各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。（3）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取系数均取1/2）。）。 （4）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。使各节点处于平衡状态。 至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。 （5）将各杆端的固端弯矩（）将各杆端的固端弯矩（fixed-end moment

58、）、分配弯矩和传递弯）、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。矩叠加，即得各杆端弯矩。系数法系数法（Approximate analysis by coefficients）采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，需首先确采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，需首先确定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。系数法是一种更简单的方定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。系数法是一种更简单的方法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度和支承情况，就可很方便地计算法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度和支承情况，就可很方便地计算出框架梁、柱各控制截面内力。出框架梁、柱各控制截面内力。 此

59、法是此法是统一建筑规范统一建筑规范（Uniform Building Code）中介绍的方法，）中介绍的方法，在国际上被广泛采用。在国际上被广泛采用。（1）框架梁）框架梁2构件设计构件设计为了避免梁支座处抵抗负弯矩的钢筋过分拥挤，以及在抗震结为了避免梁支座处抵抗负弯矩的钢筋过分拥挤，以及在抗震结构中形成梁铰破坏机构增加结构的延性，可以考虑框架梁端塑性变构中形成梁铰破坏机构增加结构的延性，可以考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。对现浇框形内力重分布，对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。对现浇框架梁，梁端负弯矩调幅系数可取架梁，梁端负弯矩调幅系数可取0.80.9；对

60、于装配整体式框架梁，；对于装配整体式框架梁，由于梁柱节点处钢筋焊接、锚固、接缝不密实等原因，受力后节点由于梁柱节点处钢筋焊接、锚固、接缝不密实等原因，受力后节点各杆件产生相对角变，其节点的整体性不如现浇框架，故其梁端负各杆件产生相对角变，其节点的整体性不如现浇框架，故其梁端负弯矩调幅系数可取弯矩调幅系数可取0.70.8。框架梁端截面负弯矩调幅后，梁跨中截面弯矩应按平衡条件相框架梁端截面负弯矩调幅后，梁跨中截面弯矩应按平衡条件相应增大。截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向应增大。截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中截面弯矩设计值的荷载作用下