《多層框架結(jié)構(gòu)》PPT課件

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1、框架結(jié)構(gòu),,,多層框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計算,水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,主要內(nèi)容：,重點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載計算,分層法、彎矩二次分配法，值法,13.1 框架結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)布置,1框架結(jié)構(gòu)組成,框架結(jié)構(gòu)（frame structure）是由梁和柱連接而成的結(jié)構(gòu)。梁柱連接處為剛節(jié)點(diǎn)，柱底支座一般為固定約束，如圖 (a)所示。如梁與柱為鉸接，就稱為排架結(jié)構(gòu)，如圖(b)所示。,一、結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn),框架結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu)為高次超靜定結(jié)構(gòu)，既承受豎向荷載

2、，又承受水平作用力。 為利于結(jié)構(gòu)受力，框架梁宜拉通、對直,框架柱宜縱橫對齊、上下對中。但有時由于使用功能或建筑造型上的要求，框架也可做成抽梁、抽柱、內(nèi)收、外挑、斜梁、斜柱等。如圖所示。,2框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在豎向荷載和水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件將產(chǎn)生內(nèi)力和變形，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移一般由兩部分組成：由豎向荷載和水平力引起的樓層剪力，使梁、柱構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形，形成框架結(jié)構(gòu)的整體剪切變形us；由水平力引起的傾覆力矩，使框架柱產(chǎn)生軸向變形（一側(cè)柱拉伸，另一側(cè)柱壓縮），形成框架結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形ub。如圖 當(dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋的層數(shù)不多時，其側(cè)移主要表現(xiàn)為整體剪切變形，整體彎曲變形的影響很小。,框架結(jié)構(gòu),,13.

3、1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,3、框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 由于框架結(jié)構(gòu)是梁柱組成的承重結(jié)構(gòu)，墻體不承重，故其平面布置較其它結(jié)構(gòu)形式靈活，可根據(jù)使用要求分隔空間，特別是可做成大空間的會議室、營業(yè)廳及餐廳等。也可按需要做成小房間。 建筑立面容易處理；結(jié)構(gòu)自重較輕； 計算理論比較成熟；在一定高度范圍內(nèi)造價較低。 缺點(diǎn)： 由于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較低，水平荷載作用下側(cè)移變形大，在地震設(shè)防烈度較高的地區(qū)，結(jié)構(gòu)的高度受到限制，在非地震設(shè)防地區(qū)，也不宜超過60 m。,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,二、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分類,按施工方法的不同，可分為全現(xiàn)澆式、半現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式。1、全現(xiàn)澆式

4、梁、柱、樓板均為現(xiàn)澆砼。施工時每層的柱與其上的梁板同時支模、扎筋，并一次性澆注砼。該形式整體性好，利于抗震。2、半現(xiàn)澆式梁、柱為現(xiàn)澆，樓板為預(yù)制，由于樓板采用了預(yù)制板，因此可大大減少現(xiàn)場澆注砼的工作量，節(jié)省大量模板，提高施工效率。3、裝配式梁、柱及板均為預(yù)制，三者通過焊接拼裝連接成整體。此種方式施工速度快，但整體性較差，不宜在地震區(qū)應(yīng)用。 4、裝配整體式梁、柱、樓板均為預(yù)制，在吊裝就位后，再澆注部分砼而將梁、柱、板連接成整體。該形式既具有較好的整體性和抗震性能，又可采用預(yù)制構(gòu)件,減少現(xiàn)場澆注砼的工作量，兼有二者的優(yōu)點(diǎn)。但節(jié)點(diǎn)區(qū)現(xiàn)場澆注施工復(fù)雜。,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,三、結(jié)

5、構(gòu)布置（structural configuration）,框架結(jié)構(gòu)布置主要是確定柱在平面上的排列方式（柱網(wǎng)布置）、選擇結(jié)構(gòu)承重方案和變形縫的設(shè)置。,民用建筑柱網(wǎng)布置,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,,（一）結(jié)構(gòu)布置原則 1、框架結(jié)構(gòu)的高寬比應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。 框架結(jié)構(gòu)的高寬比是對框架結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定性、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制參數(shù)。高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程根據(jù)結(jié)構(gòu)的最大適用高度和高寬比將鋼筋砼高層建筑分為A級、B級兩類。（見高層建筑結(jié)構(gòu)）通常情況下，框架結(jié)構(gòu)的高寬比應(yīng)符合表中要求。,A級、B級高度鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的適用的最大高寬比（H/B),框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布

6、置,,,2、框架結(jié)構(gòu)平面形狀宜簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。正方形、矩形、正多邊形和圓形等簡單的幾何形狀有利于提高結(jié)構(gòu)的受力性能。,,結(jié)構(gòu)平面的長寬比（L/B）限值,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,,3、在框架結(jié)構(gòu)布置中，梁、柱軸線宜重合，如梁須偏心放置時，梁、柱中心線之間的偏心距e不宜大于柱截面在該方面寬度的1/4。如偏心距e大于該方向柱寬的1/4時，可增設(shè)梁的水平加腋。 試驗(yàn)表明，此法能明顯改善梁柱節(jié)承受反復(fù)荷載的性能。,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,（二）柱網(wǎng)布置,柱網(wǎng)框架柱在平面上縱橫兩個方向的排列。 柱網(wǎng)布置的任務(wù)確定柱子的排列

7、形式與柱距、跨度。 布置的依據(jù)滿足建筑使用要求，同時考慮結(jié)構(gòu)的合理性與施工的可行性。,柱網(wǎng)的形式： 對民用建筑，柱網(wǎng)布置應(yīng)與建筑分隔墻布置相協(xié)調(diào)，一般將柱子設(shè)在縱橫墻交叉點(diǎn)上。 常用跨度是4.8m、6.3m、6m、6.6m等，常用柱距為3.9m、4.5m、4.8m、5.1m、5.4m、5.7m、6m。 采用內(nèi)廊式時，走廊跨度一般為2.4m、2.7m、3m。常用層高為3.0m、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m。,內(nèi)廊式柱網(wǎng)常采用對稱三跨，圖 (a)，邊跨跨度a，c可為6 m、6.6 m、6.9 m等，中間跨為走廊，b可取2.43 m。開間方向柱距d可取3.68 m。,對工業(yè)建筑，常采用內(nèi)廊

8、式、 等跨式與不等跨式 。,等跨式柱網(wǎng)，圖 (b)。適用于廠房、倉庫、商店等，其進(jìn)深方向柱距a常為6 m、7.5 m、9 m、12 m等，開間方向柱距d一般為6 m。,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,對稱不等跨式,對稱不等跨柱網(wǎng)，圖 (c)。常用于建筑平面寬度較大的廠房。,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,柱網(wǎng)確定后，用梁把柱連起來，即形成框架結(jié)構(gòu)。一般情況下柱在兩個方向均應(yīng)有梁拉結(jié)，故應(yīng)在房屋縱橫向均應(yīng)布置框架梁。因此，實(shí)際的框架結(jié)構(gòu)是一個空間受力體系。但為計算簡便起見，可把實(shí)際框架分成縱橫兩個方向的平面框架即橫向框架和縱向框架來進(jìn)行計算。如圖所示橫向框架--由建筑物短方向

9、的梁柱組成?？v向框架--由建筑物長方向的梁柱構(gòu)成。兩向框架分別承受各自方向的水平荷載。對于樓面豎向荷載，可由橫向框架承受，也可由縱向框架承受或縱、橫向共同承受。根據(jù)樓面豎向荷載的傳遞路線，可將框架的承重體系分為三種：,（二）承重框架布置方案,1、橫向框架承重樓面荷載全部傳至橫向框架梁，如圖所示。此時在橫向布置框架承重梁，而在縱向布置連系梁。此方案的優(yōu)點(diǎn)在于主梁沿橫向布置有利于提高建筑物的橫向剛度（橫向跨數(shù)少），縱向設(shè)較小的連系梁也有利于立面開洞。,2、縱向框架承重如預(yù)制板沿橫向布置，樓面荷載將傳到縱向框架梁，如圖所示，此時縱梁為承重梁，而橫向?yàn)檫B系梁。由于橫梁高度較小，可獲得較高的室內(nèi)凈高，也

10、利于管線的穿行。該方案的缺點(diǎn)是橫向抗側(cè)剛度較差，進(jìn)深尺寸受預(yù)制板長度的限制。,縱向框架承重,2、縱橫向框架混合承重兩個方向的框架梁均承受樓面荷載，如圖中的預(yù)制板布置以及現(xiàn)澆雙向板均是將板面荷載向縱橫向框架梁上傳遞?；旌铣兄胤桨妇哂休^好的整體工作性能，當(dāng)樓面作用荷載較大時，常采用此種方案。順便指出，若樓蓋采用 現(xiàn)澆板且為雙向板時，則 其豎向承重結(jié)構(gòu)應(yīng)為一空 間框架。,縱橫向框架混合承重,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,（四）、變形縫的設(shè)置,變形縫有三種：伸縮縫、沉降縫、防震縫。,1、伸縮縫是否設(shè)縫，與結(jié)構(gòu)長度有關(guān)，當(dāng)長度超過規(guī)范對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定的伸縮縫最大間距時，一般應(yīng)設(shè)縫，如不設(shè)

11、縫，應(yīng)驗(yàn)算溫度應(yīng)力并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，如設(shè)置后澆帶、做好保溫隔熱層等。“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距”見表。伸縮縫寬度2030 mm。,表 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距（m）,框架結(jié)構(gòu),,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,2、沉降縫如上部荷載差異較大，或地基土的物理力學(xué)指標(biāo)相差較大，則應(yīng)設(shè)沉降縫。沉降縫可利用挑梁或搭置預(yù)制板、預(yù)制梁等方式作成，參見房屋建筑學(xué)沉降縫寬不小于50 mm。 3、防震縫當(dāng)建筑平面形狀不規(guī)則，豎向高度、剛度、質(zhì)量差異較大時，應(yīng)設(shè)防震縫，縫寬不小于70 mm。上述三縫在進(jìn)行布置時，應(yīng)綜合考慮，多縫合一，盡量減少縫數(shù)，以方便施工、降低造價、增加整體性。伸縮縫和防震縫只需

12、將基礎(chǔ)以上的房屋分開，而沉降縫必須將基礎(chǔ)也分開。,上節(jié)內(nèi)容回顧,框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及的分類 框架結(jié)構(gòu)布置原則 框架結(jié)構(gòu)的承重方案 變形縫的設(shè)置,框架結(jié)構(gòu),,,四、框架梁、柱截面尺寸,13.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,框架結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力和變形除了與荷載大小與作用形式有關(guān)外，還與構(gòu)件的截面剛度(EI)有關(guān)，而構(gòu)件的截面剛度又取決于其截面尺寸，因此要首先確定構(gòu)件的截面尺寸?？蚣芰?、柱截面尺寸應(yīng)根據(jù)承載力、剛度及延性等要求確定。初步設(shè)計時，通常由經(jīng)驗(yàn)或估算先選定截面尺寸，以后進(jìn)行承載力、變形等驗(yàn)算，檢查所選尺寸是否合適。 （一）梁截面形式及尺寸 1、截面形式 對全現(xiàn)澆整體式框架，與梁相連的樓板是梁的翼

13、緣，梁截面為T形或倒L形； 當(dāng)采用預(yù)制板樓蓋時，框架梁為矩形或T形； 有時為減小樓蓋結(jié)構(gòu)高度，增加室內(nèi)凈高，框架梁截面常做成花籃形或十字形； 對裝配整體式框架，其框架梁為部分預(yù)制、部分現(xiàn)澆，稱為迭合梁。 連系梁的截面多做成T形、形、L形、形、Z形等,,框架結(jié)構(gòu),2、截面尺寸 框架梁截面尺寸按下式確定： 截面高度h=l0/8l0/12， 截面寬度b=h/2h/3，且不宜小于0.5柱寬, 且不應(yīng)小于250mm l0梁的計算跨度,框架結(jié)構(gòu),,,梁截面慣性矩,3、框架梁截面的慣性距I按矩形截面（圖中陰影部分）計算出慣性矩I0，再根據(jù)樓板的形式進(jìn)行修正求得I。（1）現(xiàn)澆整體式框架中框架梁截面的慣性矩I

14、 =2I0，邊框架梁的截面的慣性矩I =1.5I0。（2）預(yù)制裝配式框架I =I0。 （3）裝配整體式框架中框架梁的I=1.5I0 ， 邊框架梁的I =1.2I0 。,4、梁的線剛度ib,,,（二）框架柱截面形式及尺寸 1、截面形式 一般為方形或矩形。,2、截面尺寸 框架柱的截面尺寸一般按下列公式估算。 （1）按高寬比計算,Hi層高,框架結(jié)構(gòu),,Ac N /fc = (1.11.2)Nv / fc,（2）按軸壓構(gòu)件估算,式中 Ac為柱截面面積； Ac=bchc N為柱所承受的軸向壓力設(shè)計值； Nv根據(jù)柱支承的樓面面積計算由豎向荷載產(chǎn)生的軸向力 設(shè)計值； 計算時，可近似將樓面板沿柱軸線之間

15、的中線劃分，恒載與活載的分項(xiàng)系數(shù)均取1.25?；蛘咧苯咏迫。?214）kN/m2計算。 fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值。,層數(shù)為6層,C30砼,底層中柱的軸力估算：N=1.1Nv=1.1124.80.5(7.2+6.0)6=2509kN Ac=N/fc=2509000/14.3=175454mm2 采用方形截面柱，截面尺寸可初步定為：bh=450mm450mm,框架結(jié)構(gòu),,（3）按構(gòu)造要求確定,矩形截面框架柱的邊長在非抗震設(shè)計時不宜小于250mm，抗震設(shè)計時不宜小于300mm；圓柱截面直經(jīng)不宜小于350mm，為避免柱產(chǎn)生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比不宜小于4。,（4）抗震設(shè)計時，為

16、防止柱發(fā)生脆性破壞，上述方法確定的截面尺寸上應(yīng)滿足軸壓比的要求：,抗震等級為一級時,抗震等級為二級時,抗震等級為三級時,框架結(jié)構(gòu),,,3、框架柱截面的慣性矩,4、框架柱的線剛度,為減少構(gòu)件類型，以簡化施工，多層房屋的柱截面沿房屋高度不宜改變。高層建筑的柱截面沿房屋高度可根據(jù)房屋層數(shù)、高度、荷載等情況保持不變或做12次改變。當(dāng)柱截面沿房屋高度變化時，中間柱宜使上下柱軸線重合，邊柱和角柱宜使截面外邊線重合。,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,一、框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖,1、計算單元確定,框架結(jié)構(gòu)是一個空間受力體系，為方便起見，常常忽略結(jié)構(gòu)縱向和橫向之間聯(lián)系，將一個較規(guī)則的空間框架分解為

17、若干個橫向和縱向平面框架進(jìn)行分析，每榀平面框架為一計算單元。,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,當(dāng)采用橫向框架承重時，截取的橫向框架應(yīng)承受陰影范圍內(nèi)的全部豎向荷載和水平荷載，陰影范圍一般以柱距中線來劃分，如圖 (a)所示。而縱向框架不承受樓面（屋面）傳來的豎向荷載，僅承受本身的自重和砌筑于其上的填充墻重。 當(dāng)采用縱向框架承重時，截取的縱向框架應(yīng)承受陰影范圍內(nèi)的全部豎向荷載和水平荷載，橫向框架不承受樓面（屋面）傳來的豎向荷載，僅承受本身的自重和砌筑于其上的填充墻重。 當(dāng)采用縱橫向框架混合承重時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體布置，按樓蓋結(jié)構(gòu)的實(shí)際荷載傳遞情況

18、進(jìn)行計算。 對于結(jié)構(gòu)中部的各橫向平面框架，條件相同，只需計算一個即可代表全部。對縱向框架則各不相同，應(yīng)分別進(jìn)行計算。,,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,框架結(jié)構(gòu)計算簡圖,2.跨度與層高的確定,在計算簡圖中，桿件用其軸線來表示； 框架梁的跨度取柱子的軸線之間的距離，當(dāng)上下層柱截面尺寸變化時，一般以最小截面的形心線來確定。,為方面計,框架柱的計算高度可取各層層高,即樓面至樓面之間的距離，但底層柱計算高度取基礎(chǔ)頂面至二層樓板頂面之間的距離。 跨度相差不超過10%時,按等跨計算內(nèi)力; 屋面斜梁坡度不超過1/8時,按水平梁計算.,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,在實(shí)際

19、工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度變化。 1、當(dāng)上層柱截面尺寸減小但其形心軸仍與下層柱的形心軸重合時，其計算簡圖與各層柱截面不變時的相同。 2、當(dāng)上、下層柱截面尺寸不同且形心軸也不重合時，一般采取近似方法，即將頂層柱的形心線作為整個柱子的軸線，但是必須注意，在框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形分析中，各層梁的計算跨度及線剛度仍應(yīng)按實(shí)際情況??； 3、尚應(yīng)考慮上、下層柱軸線不重合，由上層柱傳來的軸力在變截面處所產(chǎn)生的力矩。此力矩應(yīng)視為外荷載，與其他豎向荷載一起進(jìn)行框架內(nèi)力分析。,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,變截面柱框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖,,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,

20、裝配式框架的鉸節(jié)點(diǎn),框架柱與基礎(chǔ)的連接,3.節(jié)點(diǎn)的簡化,對現(xiàn)澆式框架和裝配整體式框架，梁與柱的連接點(diǎn)可處理為剛結(jié)點(diǎn)。預(yù)制裝配式框架節(jié)點(diǎn)為鉸節(jié)點(diǎn)。 框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)如采用 現(xiàn)澆式獨(dú)立基礎(chǔ)或條形 基礎(chǔ)等形式時，可簡化 為固定約束，當(dāng)為預(yù)制 柱杯形基礎(chǔ)時，應(yīng)視構(gòu) 造措施的不同分別簡化 為固定支座和鉸支座。如圖,框架結(jié)構(gòu)計算簡圖,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,返回,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,二、框架結(jié)構(gòu)上的荷載計算,作用于框架結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平荷載兩種。 豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、樓面及屋面活荷載、雪載等。豎向荷載一般為分布荷載和次梁傳來的為集中力。 水

21、平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用。水平荷載均簡化為作用于框架節(jié)點(diǎn)上集中力。,（一）恒荷載,恒荷載包括自重、構(gòu)造層重、固定設(shè)備重等。恒荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可按設(shè)計尺寸與材料自重標(biāo)準(zhǔn)值（容重）計算。材料容重可查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB5009-2001) 。 作用形式：一般是分布荷載（均布、梯形或三角形分布）； 當(dāng)在框架梁上布置次梁時，承受次梁傳來的集中力作用。,,KJ-2,KJ-3,KJ-2,KJ-3,,框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,（二）樓面、屋面活荷載,1、樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其準(zhǔn)永久值系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB5009-2001)取用。 2、由于作用于多層房屋樓面上的活荷載，不

22、可能同時均達(dá)到規(guī)范所給的標(biāo)準(zhǔn)值，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可對樓面活載進(jìn)行折減。 對于樓面梁，當(dāng)其負(fù)荷面積大于25m2時，折減系數(shù)為0.9。 對于墻、柱、基礎(chǔ)，則需根據(jù)計算截面以上樓層數(shù)的多少取不同的折減系數(shù)，如表13-5所示。,3、屋面均布活荷載 工業(yè)與民用建筑的屋面其水平投影面上的均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取用?；詈奢d作用形式：同恒載作用形式。,（三）屋面雪荷載 屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：,sk雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2； r屋面積雪分布系數(shù)，按荷載規(guī)范取用； s0基本雪壓，kN/m2。按荷載規(guī)范取用；,注意：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，屋面活荷載與雪荷載不應(yīng)同時考慮。取二者較大值采用。,

23、框架結(jié)構(gòu),,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,（四）風(fēng)荷載計算,風(fēng)荷載的計算方法與單層廠房基本相同，風(fēng)荷載體型系數(shù)s可按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取用。,垂直于建筑物表面的 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算公式,風(fēng)載體型系數(shù),對矩形平面的多層框架, 可取1.3；風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)每層柱頂標(biāo)高按第12章表12-5 取用；風(fēng)振系數(shù)，對多層框架 1.0 w0基本風(fēng)壓（kN/m2)。按荷載規(guī)范取用,框架上沿高度作用的風(fēng)荷載如圖所示。,(kN/m2),在內(nèi)力分析時，可以將沿框架柱的分布風(fēng)載進(jìn)一步簡化為作用于框架節(jié)點(diǎn)的水平集中風(fēng)荷載Fi（如圖 (b)所示），其值為：,,框架結(jié)構(gòu),,,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷

24、載,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H1,H2,H3,H4,,,,,框架結(jié)構(gòu),,,13.2 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,H4、 H3、 H2 、 H1：為女兒墻及各層柱高。,（五）水平地震作用,多層框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)高度不超過40 m，且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，可采用底部剪力法計算水平地震作用。詳見建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001),Fki作用于框架節(jié)點(diǎn)的水平集 中風(fēng)荷載。 B計算單元寬度，一般為柱距,某建筑為現(xiàn)澆整體式鋼筋砼四層框架結(jié)構(gòu)，抗震等級為二級，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.6m，基礎(chǔ)頂面埋深-1.4m，結(jié)構(gòu)平面布置如圖所示。試

25、估算梁、柱截面尺寸，并定性確定框架（KJ-1)在恒載作用下的計算簡圖。采用C30砼。,作業(yè)一,KJ-1,KJ-1,次梁,,框架結(jié)構(gòu),,13.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似算,,13.3 多層框架內(nèi)力與側(cè)移的近似計算方法,豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計算 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計算 框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移計算,在豎向荷載（vertical load）作用下，多、高層框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可用力法、位移法等結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算。工程設(shè)計中，如采用手算，可采用迭代法、分層法、彎矩二次分配法及系數(shù)法等近似方法計算。,水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移也可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計算，常用的近似算法有迭代法、反彎

26、點(diǎn)法、D值法和門架法等。,框架結(jié)構(gòu),,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,,一、豎向荷載（恒載、活載）作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算,,,在豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：（1）在豎向荷載作用下框架所產(chǎn)生的側(cè)移一般很小，對結(jié)構(gòu)控制內(nèi)力影響不大，可以忽略；（2）每層梁上的荷載僅對本層梁及與其相連的上、下柱的內(nèi)力產(chǎn)生影響，對其他各層梁、柱內(nèi)力的影響可忽略不計。,基本假定根據(jù)上述受力特點(diǎn)，采用分層法計算時可作下面基本假定： （1）假定豎向荷載作用下，框架不發(fā)生側(cè)移，既不考慮框架側(cè)移對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響； （2）假定作用在某層框架梁上的豎向荷載只對本層梁和與該層梁相連的上、下框架柱產(chǎn)生影響，而對其他樓層的框架梁

27、和柱都不產(chǎn)生影響。,（一）分層法,豎向荷載作用下分層計算示意圖,計算方法 根據(jù)上述假定，各層梁上單獨(dú)作用豎向荷載時，僅在該層梁和與之相連的上下層柱中產(chǎn)生內(nèi)力，對其他層梁及柱所產(chǎn)生的內(nèi)力可忽略不計。這樣框架結(jié)構(gòu)可分解為如圖所示的獨(dú)立剛架單元，柱的遠(yuǎn)端簡化為固定支承。用彎矩分配法進(jìn)行計算，節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩只在本單元內(nèi)進(jìn)行分配傳遞。,,（1）在計算單元中，取柱遠(yuǎn)端為固定，這與實(shí)際結(jié)構(gòu)有差異，為消除此影響，規(guī)定除底層外，其它各層柱的線剛度均乘0.9的折減系數(shù)，并取相應(yīng)的傳遞系數(shù)為1/3（底層柱仍為1/2） （2）用彎矩分配法計算各敞口框架的桿端彎矩，由此所得的梁端彎矩即為其最后的彎矩值； （3）由于每

28、根柱都在上、下兩個單元中用了一次，因此，各柱端彎矩應(yīng)為上下兩層單元柱端彎矩之和。 （4）在桿端彎矩求出后，可用靜力平衡條件計算梁端剪力及梁跨中彎矩；逐層疊加柱上的豎向荷載（包括節(jié)點(diǎn)集中力、柱自重等）和與之相連的梁端剪力，即得柱的軸力。 分層法適宜于結(jié)構(gòu)剛度與荷載沿高度分布比較均勻的多層框架的內(nèi)力計算。,計算時應(yīng)注意的問題：,,,框架結(jié)構(gòu),,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,,分層法的解題步驟（1）畫出結(jié)構(gòu)計算簡圖，并標(biāo)明軸線尺寸，荷載的大小和分布狀態(tài)。 （2）根據(jù)各層梁上的豎向荷載，分別計算各梁的固端彎矩。（3）計算梁、柱的線剛度和各節(jié)點(diǎn)的彎矩分配系數(shù)，并注意除底層柱外，其它各層柱的線剛

29、度乘以0.9的折減系數(shù)。 （4）用彎矩分配法自上而下分層計算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩。 各個節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩根據(jù)相連桿件的分配系數(shù)進(jìn)行分配； 梁和底層柱的遠(yuǎn)端均按固定支座考慮，傳遞系數(shù)取1/2，其余柱傳遞系數(shù)為1/3。（5）疊加柱端彎矩，得出所有桿件的最后桿端彎矩。如節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩偏大，可在該節(jié)點(diǎn)重新分配一次但不再傳遞。 （6）根據(jù)靜力平衡條件，求出框架梁梁端剪力、豎向荷載作用下的跨中彎矩及柱的軸向力。 （7）繪出框架的彎矩圖、剪力圖、軸力圖。,,框架結(jié)構(gòu),,,,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,（二）彎矩二次分配法,該方法的特點(diǎn) 彎矩二次分配法比分層法作了更進(jìn)一步的簡化。 在分層法中，用

30、彎矩分配法計算分層單元的桿端彎矩時，任一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩都將影響到節(jié)點(diǎn)所在單元中的所有桿件。 而彎矩二次分配法則假定任一節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩只影響到與該節(jié)點(diǎn)相交的各桿件的遠(yuǎn)端。 因此可將彎矩分配法的循環(huán)次數(shù)簡化到一次分配、一次傳遞、再一次分配。遠(yuǎn)端均假設(shè)為固定端，傳遞系數(shù)取為1/2，柱的線剛度不再乘以0.9的系數(shù)進(jìn)行修正。,框架結(jié)構(gòu),,,,彎矩二次分配法計算步驟,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,（1）計算梁柱的線剛度和各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)。柱的線剛度不再進(jìn)行修正。 （2）根據(jù)各層梁上的豎向荷載，分別計算各梁的固端彎矩。 （3）計算框架各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩，并對所有節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩同時

31、進(jìn)行第一次分配（其間不進(jìn)行彎矩傳遞）。 （4）將所有桿端的分配彎矩同時向其遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)與普通彎矩分配法相同（對于剛接框架，傳遞系數(shù)均取1/2）。 （5）將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩同時進(jìn)行第二次分配，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。至此，整個彎矩分配和傳遞過程即告結(jié)束。 （6）將各桿端的固端彎矩（fixed-end moment）、第一次分配彎矩、傳遞彎矩及第二次分配彎矩疊加求出桿端最終彎矩。 （7）根據(jù)靜力平衡條件，求出框架梁梁端剪力、豎向荷載作用下的跨中彎矩及柱的軸向力。,上節(jié)內(nèi)容回顧,豎向荷載作用下內(nèi)力計算的方法分層法 豎向荷載作用下內(nèi)力計算的方法彎矩二次分配法,框架結(jié)構(gòu),,,,

32、13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,（三）豎向荷載作用下梁端剪力、跨中彎矩和柱軸力計算,1.梁端剪力 根據(jù)兩端彎矩和荷載的實(shí)際作用情況，利用靜力平衡條件可求得梁端剪力。,按簡支梁計算的支座左端、右端的剪力,以使所 取脫離體順時針轉(zhuǎn)動為正; 梁端彎矩,以繞桿端順時針轉(zhuǎn)動為正。,框架結(jié)構(gòu),,,,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,（三）豎向荷載作用下梁端剪力、跨中彎矩和柱軸力計算,2.梁跨中彎矩 根據(jù)兩端彎矩和荷載的實(shí)際作用情況，利用靜力平衡條件可求得跨中彎矩。,按簡支梁計算的梁跨中彎矩 梁端彎矩。 注:均取絕對值,框架結(jié)構(gòu),,,,13.3 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力及側(cè)移的近似計算,（三）豎向荷載

33、作用下梁端剪力、跨中彎矩和柱軸力計算,3.柱軸力計算 根據(jù)節(jié)點(diǎn)上柱傳來的軸力Nu和左右梁傳來的剪力，利用節(jié)點(diǎn)靜力平衡條件，即可求得下柱軸力(壓為正拉為負(fù))Nl,框架結(jié)構(gòu),,,（一）水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力及變形特點(diǎn),13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,二、水平荷載作用下的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力近似計算反彎點(diǎn)法,風(fēng)荷載或水平地震對框架結(jié)構(gòu)的作用，一般可簡化為作用于框架節(jié)點(diǎn)上的水平集中力，在此荷載的作用下，框架結(jié)構(gòu)上的彎矩特征如圖13-8所示，變形如圖13-9所示。其受力與變形具有如下特點(diǎn)： （1）各桿的彎矩為直線分布，且每個桿均有一個零彎矩點(diǎn)即反彎點(diǎn)；（2）在固定端處，角位移為零,

34、但上部各層節(jié)點(diǎn)均有轉(zhuǎn)角存在,節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角隨梁柱線剛度比的增大而減小； （3）如忽略梁的軸向變形，同層內(nèi)各節(jié)點(diǎn)具有相同的側(cè)向位移，同層各柱具有相同的層間相對位移。,,,（二）解題思路 鑒于框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下具有上述受力變形特點(diǎn)，如能求出各柱的反彎點(diǎn)位置及反彎點(diǎn)處的剪力，就可以利用靜力平衡條件求出各桿件的內(nèi)力。因此解題的關(guān)鍵是確定各柱反彎點(diǎn)的位置及反彎點(diǎn)處的剪力。,（三）基本假定 （1）在求各柱子的剪力時，假定梁與柱的線剛度比（ib/ic3 ）為無窮大。 （2）在確定柱的反彎點(diǎn)位置時，假定除底層以外的其余各柱，受力后上下兩端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相同。即反彎點(diǎn)位置在每層柱的中點(diǎn)處. （3）梁端彎矩可由節(jié)點(diǎn)平

35、衡條件求出，并按節(jié)點(diǎn)左右梁的線剛度進(jìn)行分配。 （4）不考慮框架橫梁的軸向變形，同一樓層各節(jié)點(diǎn)的水平位移相等。,（四）柱的反彎點(diǎn)高度 反彎點(diǎn)高度，指反彎點(diǎn)至柱下端的距離。對于底層以上的各層柱，根據(jù)假定（2），各柱的上下端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角相等,則柱的上下端彎矩也應(yīng)相同,所以反彎點(diǎn)在柱中點(diǎn)。對于底層柱,當(dāng)柱腳固定時,柱下端轉(zhuǎn)角為零，上端轉(zhuǎn)角不為零，因此柱上端彎矩比下端彎矩小,其反彎點(diǎn)則偏離柱中點(diǎn)而向上移,可取在柱高2/3處。 各柱反彎點(diǎn)的高度為： 底層柱： 其余各層柱：,h1底層柱高 hi第i層柱高,反彎點(diǎn)位置圖,,,,,,,,（五）柱的抗側(cè)移剛度（d）,ic柱的線剛度 h第i層某柱的柱高,柱

36、子的抗側(cè)移剛度，是使柱子上下兩端產(chǎn)生相對單位水平位移所施加的水平力（剪力） 。,根據(jù)假定（1），橫梁剛度無限大，則各柱端轉(zhuǎn)角為零，由位移方程可求的柱的抗側(cè)移剛度為：,（六）同層各柱的剪力Vjk,根據(jù)反彎點(diǎn)位置和柱的抗側(cè)移剛度，可求得同層各柱的剪力。,設(shè)框架結(jié)構(gòu)共有n層，每一層有m個柱子，框架節(jié)點(diǎn)上作用有水平荷載F1、F2 Fn，將框架沿第j層各柱的反彎點(diǎn)處切開，代以剪力和軸力，如圖所示。,第j層總剪力為Vj?？砂此搅Φ钠胶鈼l件求得,Fj 作用在第j層的水平力 Vj 外荷載在第j層所產(chǎn)生的總剪力 Vjk 第j層第K根柱所承受的剪力 m 第j層內(nèi)的柱子數(shù)； n 樓層數(shù),由外荷載所產(chǎn)生的第j層剪力

37、由本層m個柱子共同承擔(dān)，即,1、第j層所受到的總剪力Vj,,Vj,,返回,同層中各柱所分擔(dān)的剪力的大小，與各柱自身抵抗水平位移的能力有關(guān)，即與柱子的抗側(cè)移剛度有關(guān)。 對第 j層第k柱，在剪力Vjk作用下，將產(chǎn)生水平側(cè)移,2、第j層第k根柱所受到的剪力Vjk,ijk 第j層第k柱的線剛度 Vj k 第j層第k柱所產(chǎn)生的剪力 hj 第j層柱子的高度 第j層第k柱的水平側(cè)移；,第j層第k根柱所受到的剪力Vjk,由基本假定（4）可知，同層各柱頂位移相同，即,,因同一層各柱的高度相等，由以上條件可得,返回,則第j層第k根柱在層間剪力Vj中分配到的剪力Vjk,ijk 第j層第k柱的線剛度 Vj k 第

38、j層第k柱所承擔(dān)的剪力 Vj 在外荷載作用下第j層產(chǎn)生的總剪力,,（七）柱端彎矩及梁端彎矩的計算,1、柱端彎矩根據(jù)柱的反彎點(diǎn)位置及反彎點(diǎn)處的剪力，即可求出柱端彎矩。對于底層柱，有,,對于上部各層柱，有：,下標(biāo)cjk表示第j層第k根柱 下標(biāo)t、b分別表示柱的頂端和底端,返回,（七）柱端彎矩及梁端彎矩的計算,2、梁端彎矩求出各柱端彎矩后，利用節(jié)點(diǎn)彎矩平衡條件并根據(jù)假定（3）即可求得梁端彎矩。,,節(jié)點(diǎn)處左、右梁的梁端彎矩； 節(jié)點(diǎn)處柱上、下端彎矩； 節(jié)點(diǎn)左、右梁的線剛度,（八）梁端剪力及柱子的軸力,1、梁端剪力計算 以各個梁為脫離體，將梁的左、右端彎矩之和除以梁跨長，便得梁端剪力（如圖所

39、示）。,2、柱軸力計算： 將每層每跨的梁端剪力求出后，自上而下逐層疊加節(jié)點(diǎn)左右的梁端剪力，即可得到柱的軸向力（如圖所示）。,上節(jié)內(nèi)容回顧,反彎點(diǎn)概念 反彎點(diǎn)法的基本假定 框架柱反彎點(diǎn)高度確定 抗側(cè)移剛度定義及確定 如何利用抗側(cè)移剛度計算柱剪力 柱端彎矩的如何計算？ 梁端彎矩、梁剪力和柱軸力如何計算？,,反彎點(diǎn)法的計算過程,D值法又稱為修正反彎點(diǎn)法。它是在反彎點(diǎn)法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了某些改進(jìn)而形成的。,三、水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計算D值法,（一）反彎點(diǎn)法的不足 （1）反彎點(diǎn)法假定梁與柱的線剛度比為無窮大，框架柱的抗側(cè)剛度只與各柱的線剛度及柱高h(yuǎn)有關(guān)，這種假定與實(shí)際結(jié)構(gòu)有差異。當(dāng)梁柱線剛度比

40、較為接近時，柱的抗側(cè)剛度不僅與柱的線剛度及層高有關(guān)，還與梁的線剛度有關(guān)。（2）在反彎點(diǎn)法中，柱反彎點(diǎn)的高度取為定值，而實(shí)際上，柱反彎點(diǎn)的位置是隨梁柱線剛度比、該柱所在樓層的位置、與柱相鄰的上下層梁的線剛度以及上下層層高等因素的不同而變化的。D值法是在綜合考慮了各種影響因素后，對上述兩個參數(shù)（抗側(cè)剛度、反彎點(diǎn)高度）進(jìn)行了一定的修正，使得計算結(jié)果更接近了框架的實(shí)際受力狀況。,（二）D值法的基本假定,（1）柱AB及與之相鄰各桿桿端（A、B、C、D、E、F、G、H)的轉(zhuǎn)角均為；如圖 （2）柱AB及與柱AB上下相鄰的兩個柱（柱AC及柱BD)的線剛度均為ic； （3）與柱AB相交的橫梁的線剛度分別為i1

41、、i2 、i3 、i4 。 （4）柱AB及與柱AB上下相鄰的兩個柱（柱AC及柱BD)的弦轉(zhuǎn)角均為。,根據(jù)基本假定，柱AB及相鄰各桿件受力后的變形狀態(tài)如圖所示?？梢钥闯?，在D值法中，橫梁不再是無變形的剛性梁，即考慮了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角的影響。,,（三）修正后的柱抗側(cè)剛度（D 值）,根據(jù)如圖所示的柱AB所在位置及變形，由轉(zhuǎn)角位移方程并利用上述基本假定得： 柱端彎矩：,梁端彎矩：,,（三）修正后的柱抗側(cè)剛度D,由節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的力矩平衡條件得:,同理由,將以上兩式相加得：,式中,MAB+ MAC+ MAE+ MAG=0,（三）修正后的柱抗側(cè)剛度D,柱AB所受到的剪力Vjk為,令,則,由抗側(cè)移剛度定義得，第j層

42、第k根柱的抗側(cè)移剛度為：,框架結(jié)構(gòu),,,稱為柱的側(cè)向剛度修正系數(shù)，它反映了梁柱線剛度比對柱抗側(cè)剛度的影響， 是一個小于的系數(shù)。梁線剛度越大，表明對節(jié)點(diǎn)的約束能力越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動越小，柱的側(cè)向剛度越大。當(dāng) 時， ，即為反彎點(diǎn)法采用的抗側(cè)剛度。底層柱的側(cè)向剛度修正系數(shù) 可同理求得。 表13-6列出了各種情況下的柱的側(cè)向剛度修正系數(shù) 值及相應(yīng)的K值的計算公式。,,,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,,,框架結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,,,框架結(jié)構(gòu),,,（四）層間剪力在各柱間的分配,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)

43、力和側(cè)移的近似計算,求得框架柱的側(cè)向剛度D以后，與反彎點(diǎn)法相似，可把層間剪力Vj按各柱抗側(cè)剛度Djk分配給該層的各柱：,Vjk第j層第k柱分配到的剪力； Djk第j層第k柱的抗側(cè)移剛度； m第j層的框架柱數(shù)； Vj第j層的層間剪力；,,框架結(jié)構(gòu),,,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,（五）修正后柱的反彎點(diǎn)高度（yh）,各層柱反彎點(diǎn)位置與該柱上下端的約束條件有關(guān)，如果約束條件相同，柱上下端的轉(zhuǎn)角相同，反彎點(diǎn)就在柱的中點(diǎn)。如兩端約束能力不同，則桿端轉(zhuǎn)角就不一樣，反彎點(diǎn)會向約束剛度小轉(zhuǎn)角大的一端移動。,影響柱兩端轉(zhuǎn)角大小的因素有： 梁柱線剛度比、該柱所在的層次、柱上下橫梁線剛度比

44、以及上下層層高變化等。 在D值法中，一般是通過力學(xué)分析首先求出標(biāo)準(zhǔn)情況下的反彎點(diǎn)高度，然后再根據(jù)上下層橫梁的線剛度比及上下層層高的變化,對其進(jìn)行調(diào)整以求出最終的反彎點(diǎn)高度。,yh=(y0+ y1+ y2+y3)h,框架結(jié)構(gòu),,,柱的反彎點(diǎn)高度yh,y0表示標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比； y1表示上、下層橫梁線剛度變化時反彎點(diǎn)高度比的修正值； y2、y3表示上、下層層高變化時反彎點(diǎn)高度比的修正值。,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,yh=(y0+ y1+ y2+y3)h,第章 框架結(jié)構(gòu),,,（1）標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比y0。,標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)位置簡化求解,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近

45、似計算,y0是指規(guī)則框架的反彎點(diǎn)高度比。其值與結(jié)構(gòu)總層數(shù)n、該柱所在的層數(shù)j、梁柱線剛度比K(表13-6)等有關(guān)。見表13-7。,框架結(jié)構(gòu),,,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,（2）上、下橫梁線剛度變化時反彎點(diǎn)高度比的修正值y1,當(dāng)與柱相連的上下層橫梁的線剛度不相等時，柱上下端的轉(zhuǎn)角不相同，這將使反彎點(diǎn)的位置向剛度較小的一端移動，這種變化用y1來反映，其修正值為y1 h，是反彎點(diǎn)高度的變化增量，這一增量有正有負(fù)。其值可由表13-9查得。 由表13-9查y1時，梁柱線剛度比K仍按表13-6取值， 當(dāng)i1+ i2 i3+ i4時，取I=(i3+ i4) /(i1+ i2)

46、，由I和K利用表13-9查出y1，這時反彎點(diǎn)應(yīng)向下移動， y1取負(fù)值。 對于底層柱，不考慮y1修正值，即y1 =0,框架結(jié)構(gòu),,,梁剛度變化時反彎點(diǎn)的修正,13.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,i1+i2i3+i4,i1+i2

47、, y2為正值,否則取負(fù)值。對頂層柱取y2 =0。如下層層高h(yuǎn)3與本層層高h(yuǎn)不同,用y3來修正。令 ,由 和K查表13-10可得y3 。當(dāng) 時，反彎點(diǎn)下移， y3取負(fù)值，反之取正值。對底層柱取y3 =0。,經(jīng)上述各項(xiàng)修正后，即可求出反彎點(diǎn)高度yh。求出修正后的柱抗側(cè)剛度D及反彎點(diǎn)高度yh后，各柱的桿端彎矩、梁端彎矩、剪力和軸力的求解方法以反彎點(diǎn)法完全相同了。,框架結(jié)構(gòu),,,,四、框架結(jié)構(gòu)水平荷載作用下側(cè)移的近似計算及其限值,水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移如圖所示，它可以看作由梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移和由柱軸向變形引起的側(cè)移的疊加。前者是由水平荷載產(chǎn)生的層間剪力引起的，后者主要是由水平

48、荷載產(chǎn)生的傾覆力矩引起的。,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,框架梁柱彎曲變形,柱軸向變形,框架結(jié)構(gòu),,,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,框架柱的抗側(cè)剛度D表示柱兩端產(chǎn)生單位相對側(cè)移所需的剪力。根據(jù)此定義，可得第j層的層間位移 與本層層間總剪力Vj之間的關(guān)系：,,Djk第 j層第k柱修正后的抗側(cè)剛度；m第 j層柱子的總個數(shù)。,求出各層間位移 后，即可求出框架頂點(diǎn)的總側(cè)移梁u。,式中n框架結(jié)構(gòu)的總層數(shù),1、側(cè)移的近似計算,框架結(jié)構(gòu),,,2、框架結(jié)構(gòu)的水平位移限值,框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度過小，水平位移過大，將影響正常使用；側(cè)向剛度過大，水平位移過小，雖滿足

49、使用要求，但不滿足經(jīng)濟(jì)性要求。因此，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜合適，一般以使結(jié)構(gòu)滿足層間位移限值為宜。,我國高層規(guī)程規(guī)定，按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比u/h宜小于其限值u/h，即： u/h表示層間位移角限值，對框架結(jié)構(gòu)取1/550；h為層高。,由于變形驗(yàn)算屬正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，所以計算u時，各作用分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)采用1.0，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度。,13.3 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計算,u/h u/h,框架結(jié)構(gòu),,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,一、框架結(jié)構(gòu)最不利內(nèi)力組合,13.4,13.4 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)造,所謂最不利內(nèi)力，就是使截面配筋最大的內(nèi)

50、力。 一般說來，并不是所有荷載同時作用時構(gòu)件的全部截面都達(dá)到了最不利內(nèi)力，而是在某些荷載作用下的內(nèi)力對于某些構(gòu)件的截面最為不利。 在構(gòu)件設(shè)計時，要找出構(gòu)件設(shè)計的控制截面及控制截面上的最不利內(nèi)力，作為配筋設(shè)計的依據(jù)。 首先要確定構(gòu)件的控制截面，其次要挑選這些截面的最不利內(nèi)力組合；最后確定活荷載的最不利布置方式以及如何進(jìn)行組合，進(jìn)而最后求出最不利內(nèi)力。,框架結(jié)構(gòu),,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,13.4,（一）控制截面,控制截面通常是內(nèi)力最大的截面，但是不同的內(nèi)力（如彎矩、剪力）并不一定在同一截面達(dá)到最大值，因此一個構(gòu)件可能同時有幾個控制截面。,1、框架梁： 現(xiàn)澆鋼筋砼框架，框架梁的兩個端

51、部截面是負(fù)彎矩和剪力最大的部位，在水平荷載作用下，框架梁端部還會產(chǎn)生正彎矩；跨中截面通常會產(chǎn)生最大正彎矩，有時也可能出現(xiàn)負(fù)彎矩，因此框架梁的控制截面是兩端支座處和跨中截面。,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,注意：由于內(nèi)力分析結(jié)果都是軸線位置處的梁的彎矩及剪力，但在配筋計算時應(yīng)采用柱邊截面處的內(nèi)力，因而在組合前應(yīng)經(jīng)過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力，按下式計算：,V、M梁端柱邊截面的剪力和彎矩； V、M內(nèi)力計算得到的梁端柱軸線截面的剪力和彎矩； g、q作用在梁上的豎向分布恒載和活載。,框架結(jié)構(gòu),,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,2、框架柱,對于柱子，根據(jù)彎矩圖 可知，彎矩最大值在

52、柱上下 兩端，剪力和軸力值在同一 樓層內(nèi)變化較小。因此，柱 的設(shè)計控制截面為上、下兩 個端截面。 注意，在軸線處的計算 內(nèi)力也要換算到梁上、下邊 緣處的柱截面內(nèi)力。,框架結(jié)構(gòu),,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,（二）最不利內(nèi)力組合,最不利內(nèi)力組合就是控制截面處對截面配筋起控制作用的內(nèi)力組合。,框架梁最不利內(nèi)力組合包括： 兩端支座截面：組合最大負(fù)彎矩和最大剪力，以及可能出現(xiàn)的正彎矩. 跨中截面：組合最大正彎矩以及可能出現(xiàn)的負(fù)彎矩。,框架柱最不利內(nèi)力組合包括： 1）|M|max及相應(yīng)的N和V； 2）Nmax及相應(yīng)的M和V； 3）Nmin及相應(yīng)的M和V； 4）|M|比較大（不是絕對最大），但N

53、比較小或N比較大（不是絕對最小或絕對最大）。,框架結(jié)構(gòu),,,（三）活荷載的不利布置,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,框架結(jié)構(gòu)上的恒荷載對結(jié)構(gòu)作用的位置和大小是不變的，豎向活荷載是可變的，各種不同的活荷載布置方式和組合方式會在構(gòu)件的控制截面中產(chǎn)生不同的內(nèi)力，因此，應(yīng)該根據(jù)各構(gòu)件控制截面的位置及內(nèi)力的種類，按活荷載最不利布置方式計算控制截面的最不利內(nèi)力。,1、逐跨布置法 先將活荷載逐層逐跨單獨(dú)布置在結(jié)構(gòu)上，分別計算出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，然后根據(jù)每一個控制截面的內(nèi)力類型對荷載進(jìn)行組合以求出最不利內(nèi)力。對于一個m跨n層的框架，其活載的布置方式有mn中，需計算mn次結(jié)構(gòu)內(nèi)力，最后進(jìn)行組合，計算工作量很大，只

54、能用電算來完成。,框架結(jié)構(gòu),,,2、最不利荷載位置法 這種方法是對每一控制截面的每一種內(nèi)力，先做出影響線，然后根據(jù)影響線確定最不利內(nèi)力的活荷載布置方式并進(jìn)行內(nèi)力計算。,框架桿件的變形曲線,活荷載最不利荷載布置法,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,3、分層組合法 分層組合法是以分層法為依據(jù)，比較簡單。對活荷載不利布置做一下簡化： （1）對于框架梁，只考慮本層活荷載的不利布置，不考慮其他層活荷載的影響。 （2）對于柱端彎矩，只考慮框架柱相鄰上下層活荷載的影響，不考慮其他層活荷載的影響。 （3）對于柱子最大軸力，則考慮該層以上所有層中與該柱相鄰的梁上

55、布滿活荷載的情況，對于與柱不相鄰的上層活荷載，僅考慮其軸向力的傳遞而不考慮其彎矩作用。,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,4、滿布荷載法 對于多、高層建筑，以上方法的工作量都很大，而一般民用及公共多高層建筑中豎向活荷載不會很大（活荷載1.52.5kN/m2），與恒載及水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力相比，豎向活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力所占比重很小。因此，多數(shù)情況下，可不考慮活荷載的不利布置，只用滿布活荷載一種情況計算內(nèi)力，計算結(jié)果與按最不利荷載布置法相比，梁端負(fù)彎矩非常接近，而梁跨中彎矩有可能偏小，為安全起見，對框架梁的跨中彎矩乘以1.11.2的放大系數(shù)。 在豎向活荷載很大時（大于5kN/m2，如

56、圖書館書庫、多層工業(yè)廠房或倉庫），必須考慮活荷載不利布置。,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,（四）梁端彎矩調(diào)幅 框架中允許梁端出現(xiàn)塑性鉸。因此，在梁中可考慮塑性內(nèi)力重分布，通常是降低支座彎矩，以減小支座處的配筋。 對于現(xiàn)澆框架，支座彎矩的調(diào)幅系數(shù)采用=0.80.9。 對于裝配整體式框架，由于鋼筋焊接或接縫不嚴(yán)等原因，節(jié)點(diǎn)容易產(chǎn)生變形，梁端彎矩較彈性計算結(jié)果會有所降低，因此支座彎矩調(diào)幅系數(shù)允許低一些，取=0.70.8。 支座彎矩降低后，必須相應(yīng)加大梁跨中彎矩。這樣，在支座出現(xiàn)塑性鉸以后，不會導(dǎo)致跨中截面承載力不足。設(shè)計時，跨中彎矩可以通過乘以1.11.2的增大系數(shù)得到，同時為

57、了保證梁的安全，跨中彎矩還必須滿足相應(yīng)的條件。 （如圖）,塑性調(diào)幅主要是在豎向荷載作用下的內(nèi)力調(diào)整，因此，要在組合前進(jìn)行調(diào)幅，然后與水平荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行組合。,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,調(diào)整后的梁左端、右端和跨中的彎矩；,M在豎向荷載作用下，本跨按簡支梁計算的跨中彎矩。,框架梁調(diào)幅后彎矩應(yīng)滿足的條件：,框架結(jié)構(gòu),,,對于一般多層框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)不考慮抗震設(shè)防時，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)從下列兩種組合中取最不利的確定：,（五）荷載效應(yīng)組合（load effect combination）,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,,1、由可變荷載作用效應(yīng)控制的組合,2、由永久荷載作

58、用效應(yīng)控制的組合,（1）1.2恒載+1.4活載 （2）1.2恒載+1.4風(fēng)荷載,,（3）1.2恒載+0.9（風(fēng)載+活載）,框架結(jié)構(gòu),,,二、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計,13.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,框架梁、柱的截面設(shè)計與配筋計算有關(guān)的構(gòu)造要求可參見混凝土結(jié)構(gòu)（上）第3、4、5章的相關(guān)內(nèi)容。,（一）框架柱的計算長度,柱的配筋計算中，需要確定柱的計算長度l0?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) 范規(guī)定，l0可按下列規(guī)定確定： 1）一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu)，各層柱的計算長度l0按 表取用。 2）當(dāng)水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值占總彎矩設(shè)計值的75%以上時，框 架柱的計算長度l0可按下列兩個公式計算，并取其中的較小值：,

59、式中符號的意義見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002),框架結(jié)構(gòu)各層柱的計算長度,注：表中H對底層柱為從基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的距離，對其余各層為相應(yīng)的層高。,框架結(jié)構(gòu),,,13.4 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計,（二）框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求,節(jié)點(diǎn)設(shè)計是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中極重要的一環(huán)，在非地震區(qū)，框架節(jié)點(diǎn)的承載力一般通過采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施來保證。節(jié)點(diǎn)設(shè)計應(yīng)保證整個框架結(jié)構(gòu)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理且便于施工。 框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的砼強(qiáng)度等級，應(yīng)不低于柱的砼強(qiáng)度等級。鋼筋的布置應(yīng)滿足相應(yīng)的要求。,框架結(jié)構(gòu),,,框架梁、柱的縱向鋼筋在框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固要求,13.4 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,框架結(jié)構(gòu),,基礎(chǔ)類型,基礎(chǔ)類型,

60、框架結(jié)構(gòu),,4.1 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,小 結(jié),（1）框架結(jié)構(gòu)是多、高層建筑的一種主要結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置和擬定梁、柱截面尺寸，確定結(jié)構(gòu)計算簡圖。 （2）設(shè)計框架結(jié)構(gòu)房屋的梁、柱和基礎(chǔ)時，應(yīng)將樓面活荷載乘以折減系數(shù)，以考慮活荷載滿布在各層樓面上的可能性程度。計算作用在框架結(jié)構(gòu)房屋上的風(fēng)荷載時，對主要承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)分別計算。,（3）豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力可用分層法、彎矩二次分配法 和系數(shù)法等近似方法計算。 （4）水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力可用D值法、反彎點(diǎn)法和門架法 等近似方法計算。其中D值法的計算精度較高。,框架結(jié)構(gòu),,4.1 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖及荷載,,（5）D值是框架結(jié)構(gòu)層間柱產(chǎn)生單位相對側(cè)移所需施加的水平剪力，可用于框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移計算和各柱間的剪力分配。D值是在考慮框架梁為有限剛度、梁柱節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)動的前提下得到的，故比較接近實(shí)際情況。 （6）在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)各層產(chǎn)生層間剪力和傾覆力矩。層間剪力使梁、柱產(chǎn)生彎曲變形，引起的框架結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線具有整體剪切型變形特點(diǎn)；傾覆力矩使框架柱（尤其是邊柱）產(chǎn)生軸向拉、壓變形，引起的框架結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線具有整體彎曲型變形特點(diǎn)。,