多层和高层框架结构设计讲义.ppt

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1、第4章 多层和高层框架结构设计,本章重点,了解框架结构的特点和适用范围；熟悉框架结构的布置原则与方法；掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法；掌握框架结构的内力组合原则与方法；熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验 算方法；熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。,本章主要内容,4.1 概述4.2 结构布置方法4.3 截面尺寸估算4.4 计算简图的确定4.5 荷载计算,本章主要内容,4.6 内力计算4.7 内力组合4.8 侧移验算4.9 重力二阶效应及结构稳定4.10 框架结构配筋计算及构造要求,框架结构组成：框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结

2、构，将荷载传至基础。通常框架梁宜拉通、对直，框架柱上下对中，纵横对齐，梁柱轴线在同一平面内。,规则的框架,框架结构分类1）现浇框架（目前最常用的形式）其做法为：每层柱与其上层的梁板同时支模、绑扎钢筋，然后一次浇筑混凝土。优点：整体性，抗震性好缺点：施工周期长，费料、费力2）装配式框架其做法为：梁、柱、楼板均为预制，通过预埋件焊接形成整体的框架结构优点：工业化，速度化，成本低缺点：整体性，抗震性差。,框架结构分类3）装配整体式其做法为：梁、柱、板均为预制，在构件吊装就位后，焊接或绑扎节点区钢筋，浇筑节点区混凝土，从而将梁、柱、楼板连成整体框架。其性能介于现浇和全装配框架之间。,框架结构的受力特点

3、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ub。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。,框架结构的侧移,优点 结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。,框架结构,缺点抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小，侧移大；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。受地基的不均匀沉

4、降影响大。,框架结构受力变形动画,框架结构的应用：,特别适合于在办公楼、教学楼、公共性与商业性建筑、图书馆、轻工业厂房、公寓以及住宅类建筑中采用；为了不使结构构件的截面尺寸过大和截面内钢筋配置过密框架结构一般只用于层数不超过20层的建筑物中：高规规定，在非地震区，现浇钢筋混凝土框架结构房屋适用的最大高度为70m；当房屋高度超过上述规定时，设计应有可靠依据并采取有效措施。位于软弱场地的建筑或不规则建筑，上述高度应适当降低。,框架结构的应用：,控制房屋的高宽比：高规规定非地震区钢筋混凝土框架房屋的最大高宽比为5。,住宅10层或28m其他民用建筑24m,按高度和层数分（JGJ 3-2010高层建筑混

5、凝土结构技术规程）：,高层,多层与高层的界定：,受力特点：高层建筑承受的荷载较多层框架大；刚度比多层建筑小；水平荷载的影响大；对高层框架的整体性要求高。,高层框架的特点：,设计计算特点：结构布置、计算简图确定、竖向和水平荷载下的内力计算方法、内力组合原则、截面配筋计算、构造要求等方面，同多层框架基本相同。风荷载取值、楼面活荷载布置与多层框架略有不同，补充水平荷载作用下的侧移验算。,高层框架的特点：,框架结构设计框架结构设计的主要步骤包括：结构布置；构件选型；内力分析；构件设计；施工图绘制。,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。对于建筑剖面不复杂的结构，只需

6、进行结构平面布置；对于建筑剖面复杂的结构，除应进行结构平面布置外，还须进行结构的竖向布置。,3.2.1 结构布置的一般原则,量与建筑的平、立剖面划分一致，以便设计和施工；结构的平面布置应尽可能规则、对称，使结构传力直接、受力明确；结构的竖向布置应力求体形简单，使结构刚度沿高度分布均匀，避免突变；应合理地设置伸缩缝、沉降缝和防震缝。,平面布置,竖向布置,内收,规则框架,外挑,错层,抽柱,缺梁,4.2.2 结构布置方法1.承重体系的布置方法1）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。2）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。3）纵、横向框架承重房屋的纵、横向都

7、布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。,3.2.2 结构布置方法,特点房屋横向刚度大，侧移小；横梁高度大，室内有效净空小；连系梁截面高度小，开窗可大些，采光、通风好。非抗震时使用。,横向布置,1.承重体系的布置方法,特点：连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降较有利；房屋横向刚度小，侧移大。较少采用。,纵向布置,1.承重体系的布置方法,特点：整体性好，受力好；适用于整体性要求 较高和楼面荷载较 大的情况。,双向布置,1.承重体系的布置方法,双向框架承重方案特点：结构的空间刚度较大，结构整体性好，对抗震有利。适用于柱网平面形状为方形或楼面荷载较大的情况，

8、楼盖常采用现浇混凝土双向板或井式梁。,注意事混凝土板时，才可以将板上竖向荷载视为单向传递。严格来说，横向框架承重方案和纵向框架承重方案是当楼（屋）盖采用预制板时才存在的；,梁端水平加腋处平面图,在框架结构布置中，梁、柱轴线宜重合，如梁须偏心放置时：梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方面宽度的1/4。如偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可增设梁的水平加腋。试验表明，此法能明显改善梁柱节承受反复荷载的性能。,bx/lx 1/2，bx/bb 2/3，bb+bx+x bc/2,（1）梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列要求：,2.梁柱布置,bx梁水平加腋宽度；lx梁水平加腋长度；b

9、b梁截面宽度；bc 沿偏心方向柱截面宽度；x一非加腋侧梁边到柱边的距离。,（2）梁水平加腋后，改善了梁柱节点的 受力性能，故节点有效宽度bj宜按 下列规定取值：（1）当x=0时，bj按下式计算：（2）当x0时，bj取下列二式计算的较大值：且应满足bj bb+0.5hc，其中hc为柱截面高度。,bj bb+bx,bj bb+bx+x,bj bb+2x,2.梁柱布置,3.填充墙及隔墙布置：,宜选用轻质墙体，并且与框架结构有可靠的拉结，此外其布置应符合下列要求：（1）避免形成上、下层刚度变化过大：（2）避免形成短柱；（3）减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。,4.柱网布置,主梁跨度：58m；次梁：47m

10、；决定柱网尺寸；使用上希望柱网尺寸大一些：当前许多高层建筑中的柱网尺寸已经达到8.4m8.4m或更大；结构上，随着柱网的加大，楼板厚度以及梁、控截面尺寸增大，材料用量增多，不经济。,使用时综合考虑,当结构不同部位荷载差异较大地基土压缩性有显著差异,沉降缝,当平面形状复杂、高度方向有高差、质量分布不均匀,抗震缝,当房屋过长或过宽时,伸缩缝P222,尽量避免设置变形缝，以便于施工，降低成本。,5.变形缝设置,框架结构为超静定：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，检查所选尺寸是否合适。,框架梁截面尺寸估算,边框

11、架梁,中框架梁,4.3.1 框架梁,框架梁截面尺寸估算,l0 梁的计算跨度；hb 梁的截面高度；bb 梁的截面宽度。,一般情况下：,梁净跨与截面高度之比不宜小于4，防止梁发生剪切脆性破坏。,梁的截面宽度不宜小于200mm，保证梁的侧向刚度。,扁梁,框架中扁梁的设置：高层建筑中，随着层高的不断减小，设置扁梁可获得较大的使用空间。扁梁截面尺寸确定：扁梁的截面高度可按(1/181/15)l0估算。扁梁的截面宽度bb（肋宽）与其高度hb的比值不宜超过3。,扁梁除满足承载力要求外，还应进行变形和裂缝宽度验算。,楼盖类型对框架梁惯性矩的影响：,楼板和梁的连接会使梁的惯性矩增加：装配式楼盖直接搁置在框架梁上

12、，整体性差，一般只用于多层建筑；现浇楼盖，板的钢筋和梁的钢筋浇筑在一起，同时浇筑，整体性好，高度超过50m的建筑，宜采用现浇楼盖；装配整体式楼盖，因为预制板上有一层刚性的现浇层，整体性介于上述两者之间。,表3.3.1 框架梁惯性矩取值,注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，。,梁截面惯性矩,梁截面惯性矩,边框架梁,中框架梁,框架梁线刚度,多层建筑：,Hi 第i层层高；hc 柱截面高度；bc 柱截面宽度。,柱截面宽度,柱截面高度,注意为简化施工，多层建筑中柱截面沿房屋高度不宜改变。高层建筑中的柱截面可保持不变或根据房屋层数，高度和荷载等情况作12次变化。变化时，中间柱宜使上、下柱轴线重合，边柱和角

13、柱宜使截面外边线重合。,高层建筑中，框架柱的截面面积可按下式估算：,柱截面面积,轴向力设计值,柱支承的楼面面积上竖向荷载产生的轴向力设计值，近似取1215KN/,轴压比,Ec 混凝土弹性模量；I 框架柱截面惯性矩。,框架柱线刚度,截面尺寸估算柱支承的楼面面积取法如下图所示:,待估算柱柱顶以上楼层层数,单位面积上的竖向荷载的设计值,算例,截面尺寸估算 某六层钢筋混凝土现浇框架结构，结构平面布置如图所示，标准层高3.6m，底层层高3.9m，试估算该结构的梁、柱截面尺寸（梁、柱混凝土强度等级分别为C30和C40，不考虑抗震设防要求）,估算如下：,梁截面尺寸,横向梁截面尺寸,纵向梁截面尺寸,柱截面尺寸

14、：方法一,实际取,实际取,柱全部采用相同截面,柱截面尺寸：方法二,柱全部采用相同截面，按中柱进行估算。竖向荷载产生的轴力设计值按14kN/m2取用。,实际取,3600,3600,3600,3600,A,B,C,D,7200,3000,7200,框架结构设计,框架结构内力分析的整个过程可概括为:,确定计算简图,计算各种荷载,进行内力分析,进行内力组合,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，每榀平面框架为一计算单元。,1.计算单元的选取,就承受竖向荷载而言，当横向（纵向

15、）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、横向框架共同承担。,1.计算单元的选取,1.计算单元的选取,计算单元选取,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（beam-column joints）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示：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。,2.

16、计算简图的确定,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2倍时，可取至地下室结构的顶板处。,2.计算简图的确定,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、

17、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进行框架内力分析。,节点的简化对于现浇钢筋混凝土结构，因梁和柱的纵向受力钢筋穿过节点，整体性强，且有较大抗转动刚度，故简化为刚接节点。装配式框架结构在梁底和柱的某些部位焊接连接，抗转动刚度小，故简化为铰接。装配整体式框架，梁（柱）中的钢筋在节点处或为焊接或为搭接，并现场浇筑节点部分混凝土，故也可认为刚接。柱与基础连接，故柱为现浇的一般认为刚接，柱为预制的，则应视其与基础之间构造措施决定是刚接还是铰支座。,框架柱与基础的连接,装配式框架的铰节点,2.计算简图的确定,当框架梁的坡度i1/8时，可近似按

18、水平梁计算；当各跨度相差不大于10%时，可近似按等跨框架计算；当梁在端部加腋，且端部截面高度与跨中截面高度之比小于1.6时，可不考虑加腋的影响，按等截面梁计算。,2.计算简图的确定,框架荷载,竖向荷载,水平荷载,恒载,活载,风载,地震作用,框架自重；粉灰重；板、次梁、墙体重。,人群、家具、设备等荷载，取值见建筑结构荷载规范，可折减。,活荷载取值见附录3，注意不同情况下荷载的折减,风载,对于高度不大于30或高宽比小于1.5的房屋结构，取z=1.0；对于高度大于30且高宽比大于1.5的房屋结构，z按下式取用（各系数按附表5.4采用）：,对于特别重要或高度在60m或60m以上的高层建筑，其基本风压按

19、100年重现期的风压值采用。,3.6.1 竖向荷载下的内力计算,1.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区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边/短边3时沿单向传递，长边/短边3时沿双向传递。,2.竖向活载最不利布置,高规允许当楼面活荷载不大于4kNm2计时，可不考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯炬的增大，对多层建筑结构则应考虑活荷载的最不利布置影响。,3.6.1 竖向荷载下的内力计算,2.竖向活载最不利布置,（1）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，分别算出内

20、力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。计算繁琐，不适合手算。,（2）最不利荷载布置法,恒载一次布置，楼屋面活载根据影响线，直接确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。此法用手算方法进行计算很困难。,（3）分层布置法或分跨布置法,恒载一次布置，为简化计算，当活载与恒载的比值不大于3时，可近似将活载一层或一跨做一次布置，分别进行计算，然后进行最不利内力组合。,（4）满布荷载法,当活载与恒载的比值不大于1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上，这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩应乘以1.11.2的系数予以增大。,3.竖向荷载作用下的内力计算方法,

21、框架结构的内力与位移可按弹性方法计算。框架梁及连梁等构件可考虑局部塑性变形引起的内力重分布。当采用计算机进行计算时，框架结构宜按空间结构计算其内力与变形。当采用手算方法计算时，框架结构可沿两个正交主轴划分为若干个平面结构计算其内力与变形。当框架的间距相等，外形尺寸与荷载大小相同时，可取出其中一榀框架进行计算。,3.竖向荷载作用下的内力计算方法,（1）分层法,基本假定忽略竖向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、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱 上产生内力。,应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。

22、,根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环2次。,注意事项：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，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。,考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯矩传递系数取1/3；,注意事项：,分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加；在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配，但不传递。在内

23、力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。,注意事项：,a.绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个方框；,3.6.2,b.计算汇交于每一节点各杆的转角分配系数，并检查是否满足，以作校核；,（2）迭代法,不考虑框架例移时在竖向荷载作用下，如侧移可忽略不计时，可按下列步骤进行计算,（2）叠代法,b.计算转角分配系数：当框架中出现铰接情况及利用对称性时，要注意对有关杆件的线刚度iik进行修正:如当一端为铰接时，乘以34的修正系数，当利用正对称的奇数跨框架时，中间跨横梁的线刚度要乘以0.5修正系数。,（2）迭代法（不考虑框架侧移）,c.计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩MFik，并 写在相应的各杆端部

24、，求出汇交于每一节点的各杆固端弯矩之和MFi，把它写在该节点的内框中；,d.按下式计算每一杆件的近端转角弯矩Mik，即,3.6.3,式中，汇交于节点i各杆的远端转角弯矩 之和，最初可假定为0。,e.按下式计算每一杆端的最后弯矩值，即 或f.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。,（2）迭代法（不考虑框架侧移）,a.绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个方框，并在每层左侧绘一个方框；,b.计算汇交于每一节点各杆的转角分配系数（式3.6.2），分别写在节点外框中对应于各杆的位置，同时，计算每层各竖柱的侧移分配系数gik，分别记在各竖柱的左侧。,（2）迭代法,考虑框架例移

25、时在竖向荷载作用下，如侧移不能忽略不计时，可按下列步骤进行计算,（2）迭代法（考虑框架侧移）,b.计算转角分配系数及各竖柱的侧移分配系数：同层柱高相同时，侧移分配系数gik：,同层柱高不相同时，侧移分配系数ik：,c.计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩MFik，并 写在相应的各杆端部，求出汇交于每一节点的各杆固端弯矩之和MFi，把它写在该节点的内框中；同时求出各层的楼层力矩：计入该层左侧方框内。,（2）迭代法（考虑框架侧移）,d.按下式计算每一杆件的近端转角弯矩Mik，即,式中，汇交于节点i各杆的远端转角弯矩 之和，最初可假定为0。,（2）迭代法（考虑框架侧移）,e.按下式计算每一杆端的最后弯

26、矩值，即 或f.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。,（2）迭代法（考虑框架侧移）,系数法是UNIFORM BUILDING CODE（统一建筑规范）中介绍的方法。当框架结构满足下列条件时可按系数法计算框架结构的内力：两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的20%；活载与恒载之比不大于3；荷载均匀布置；框架梁截面为矩形。,（3）系数法,框架梁内力,（1）弯矩,（3）系数法,3.6.13,式中，弯矩系数，查表3.6.1；框架梁上恒载与活载设计值之和；净跨跨长，求支座弯矩时用相邻 两跨净跨跨长的均值。,表3.6.1 弯矩系数表,（2）剪力,式中 剪力系数，查图3.6.5。

27、,3.6.14,(1)轴力 框架柱的轴力=puA式中 pu 楼面单位面积上恒载与活载设计值之和；A 柱的负荷面积。(2)弯矩,框架柱内力,当横梁不在立柱形心线上时，要考虑由于偏心引起的不平衡弯矩，并将这个弯矩也平均分配给上、下柱柱端。,4.竖向荷载下框架梁端弯矩的调幅,在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重分布，减小梁端负弯矩，相应增大梁跨中弯矩。调幅后的支座弯矩为：=M式中 梁支座截面调幅后的弯矩；M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩；调幅系数，现浇框架：0.80.9 装配式框 架：0.70.8。,3.6.2 水平荷载作用下的内力近似计算方法,1.反弯点法,适用于梁柱线刚度比不小于3的

28、框架结构；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。,（1）反弯点位置 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以EI梁=为前题）。,1.反弯点法,（2）反弯点处的剪力计算 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧移刚度为：,EIci 第i根柱的刚度；hi 第i根柱的柱高。,3.6.17,以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。顶层,第二层,各柱的剪力为：,3.6.18,第一层,（3）弯矩图绘制 柱端弯矩：将反弯点处剪力乘反弯点到柱顶或柱底距离，可以得到柱顶和柱底弯矩。梁端弯矩：由节点平衡求解。分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。,边节点：,中节点：,1.反

29、弯点法：,按反弯点法计算框架内力的步骤为：确定各柱反弯点位置；分层取脱离体计算各反弯点处剪力；先求柱端弯矩，再由节点平衡求梁端弯矩，当为中间节点时，按梁的相对线刚度分配节点处得柱端不平衡弯矩。,2.D值法,（1）反弯点法的问题,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；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、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。,（2）D值法的基本思想,与反弯点法相比：相同之处 先确定反弯点位置不同之处 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。,因此，D值法又称为修正的反弯点法，适

30、用于梁柱线刚度比小于3的情况。,2.D值法,（3）柱的抗侧刚度（取决于柱两端的支承情况和嵌固情况）,式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按表3.6.2的公式计算。,3.6.21,柱高不等及有夹层的柱,不等高柱,夹层柱,（4）修正的反弯点高度：与框架层数、柱子所在位置、上下层梁的刚度比之，上下层层高与本层层高比值及荷载作用形式有关,g0标准反弯点高度比，按各层等高，等跨、各层梁柱线刚度不变的情况下求得的反弯点高度比；g1因上、下层梁刚度比变化 的修值；表3.6.3表3.6.5 g2因上层层高变化的修正值；g3因下层层高变化的修正值。,3.6.24,柱的反弯点高度比：,门架法,门架法是国际上通用的计算

31、框架在水平荷载作用下内力的近似方法。这种方法类似于反弯点法，先要假定反弯点的位置，但是比反弯点法简单。它不需要预先已知梁和柱截面尺寸的情况下便可以计算出框架的内力。这种方法适合25层以内、高宽比不大于4的框架结构计算，特别适合于中等柔度的框架结构和高层框架结构计算。,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,门架法,（1）基本假定,梁、柱的反弯点位于它们的中点处；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。,门架法,（2）计算步骤画出框架的单线条图，并在各层柱的中点处标出该层由水平荷载产生的总剪力。求顶层各柱剪力。沿顶层各柱反弯点处取脱离体，将顶部上半层取出

32、，将顶层的总剪力按柱支承框架梁的长度与框架总宽度之比分配给顶层各柱，并将各柱的剪力值标注在图上。计算顶层各柱弯矩。柱端弯矩等于柱中点处剪力乘上该层层高的一半。,门架法,（2）计算步骤计算顶层梁端弯矩。从左至右依次沿反弯点处对每一个节点取脱离体，由节点处弯矩平衡条件可求梁端弯矩。求框架梁剪力。横梁各反弯点处的剪力等于梁端弯矩除以该段梁的长度，梁端剪力可对梁取脱离体由静力平衡条件计算。求其他各层梁、柱的内力。从顶上第二层至下面各层，依次将每一层取出，重复上述的步骤，可以将每一层梁、柱的内力求得。,3.7.1 控制截面,梁：跨中、支座截面柱：柱顶、柱底截面,3.7.2 控制截面最不利内力类型,梁跨中

33、截面：+Mmax及相应的V（正截面设计）梁支座截面：-Mmax及相应的V（正截面设计）Vmax及相应的M（斜截面设计）柱 截 面：+Mmax及相应的N、V-Mmax及相应的N、V Nmax及相应的M、V Nmin及相应的M、V Vmax及相应的M、N,由图可见：对于大偏压，M相等或相近时，N越小越不利；对于小偏压，M相等或相近时，N越大越不利；无论大小偏压，当N相等或相近时，M越大越不利。,当其效应对结构不利时1.2当其效应对结构有利时1.0或0.9,一般情况1.4；标准值大4kN/m2的工业房屋楼面1.3,3.7.1,3.7.2,第一个关于结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为50年

34、时取1.0，设计使用年限是100年时，取1.1.,第i个关于结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使用年限是100年时，取1.1.,2.由永久荷载效应控制的组合,当其效应对结构不利时1.35当其效应对结构有利时1.0或0.9,可变荷载Qi的组合值系数,3.7.3,3.7.3 控制截面最不利内力计算,框架在水平荷载作用下的侧移由梁柱弯曲变形和柱的轴向变形产生。一般情况下，可只考虑由于梁柱弯曲变形产生的侧移。,侧移验算：,由于变形验算属正常使用极限状态的验算，所以计算u时，各作用分项系数均应采用1.0，混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度。,重力二阶效应及结构稳定取

35、决于其刚重比：,式中：,JGJ 3-2010规定：（1）当框架结构的刚重比满足,弹性计算分析时可不考虑二阶效应的影响，结构处于稳定状态。,JGJ 3-2010规定：（2）当框架结构的刚重比满足,时，结构的重力二阶效应很大，结构很可能失稳。因此，要求任何框架结构的刚重比必须满足：,JGJ 3-2010规定：（3）当框架结构的刚重比满足,时，结构的重力二阶效应较大，设计时要考虑其对水平荷载作用下结构内力和位移的影响。,结构重力二阶效应的计算方法：有限元方法对未考虑重力二阶效应的计算结果乘以增大系数将结构在水平荷载作用下的位移、内力分别乘以增大系数F1i，F2i，位移的计算结果仍应满足3.8节规定。

36、,重力二阶效应及结构稳定在多层框架中的影响较小，可不考虑；但在高层框架结构中则影响较大，不能被忽视。,3.10.1 框架结构的配筋：进行框架结构设计时，框架梁、柱的正截面和斜截面的配筋计算可按混凝土结构设计原理中的钢筋混凝土受弯和偏心受压构件的配筋计算方法计算。在配筋计算的过程中，有以下问题需注意：（1）当楼板与框架整体浇灌时，梁的跨中应按T形截面计算，支座处按矩形截面计算。,（2）梁端破坏时，破坏截面位于柱的边缘处，梁端的控制截面在柱边，应以柱边的弯矩和剪力值作为配筋计算的内力值：,（3）有次梁时注意配附加箍筋或设吊筋；（4）柱上端控制截面在梁底，柱下端控制截面在梁顶。为了简化计算，可采用轴

37、线处内力值，比需要钢筋略微多一点；（5）柱的计算长度按教材附录11确定；（6）框架柱一般采用对称配筋，除平面内按偏心受压构件计算外，还要进行平面外按轴心受压构件的验算；（7）当偏心距e00.55h0时，尚应进行裂缝宽度验算。,（8）框架柱斜截面的受剪承载力按式（3.10.3）计算：,3.10.2 框架结构的构造要求,1.框架梁（1）沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，钢筋的直径不应小于12mm。（2）满足纵向受拉钢筋的最小配筋百分率和最大配筋率要求。（3）梁纵向受拉钢筋的数量除按计算确定外，还必须考虑温度、收缩应力所需要的钢筋数量，以防止梁发生脆性破坏和控制裂缝宽度。（4）框架梁的纵向

38、钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。,3.10.2 框架结构的构造要求,1.框架梁（5）梁箍筋的构造要求 应沿框架梁全长设置箍筋。截面高度大于800 mm的梁，其箍筋直径不宜小于8mm；其余截面高度的粱不应小于6mm。在受力钢筋搭接长度范围内，箍筋直径不应小于搭接钢筋最大直径的0.25倍；,3.10.2 框架结构的构造要求,1.框架梁（5）梁箍筋的构造要求 箍筋间距不应大于表3.10.5的规定，在纵向受拉钢筋的搭接长度范围内，箍筋间距尚不应大干搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100 mm；在纵向受压钢筋的搭接长度范围内，箍筋间距尚不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200 mm。,3

39、.10.2 框架结构的构造要求,1.框架梁（5）梁箍筋的构造要求 当梁的剪力设计值大于0.7ftbh0时，其箍筋面积配筋率应符合下式要求：,当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时，其箍筋配置尚应符合下列要求：(a)箍筋直径不应小于纵向受压钢筋最大直径的0.25倍；,1.框架梁,（5）梁箍筋的构造要求当梁中配有计算需要的纵向受压钢筋时：(b)箍筋应做成封闭式；(c)箍筋间距不应大于15d且不应大于400 mm当一层内的受压钢筋多于5根且直径大于18mm时，箍筋间距不应大于10d(d为纵向受压钢筋的最小直径)；(d)当梁截面宽度大于400 mm且一层内的纵向受压钢筋多于3根时，或当梁截面宽度不大于40

40、0 mm但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。,2.框架柱,（1）柱中全部纵向钢筋最小配筋百分率不应小于0.6%，且柱截面每一侧纵向钢筋的配筋百分率不应小于0.2%。当混凝土的强度等级大于C60时，全部纵向钢筋的最小配筋百分率应增加0.1%；当采用HRB400，RRB400级钢筋时，全部纵向钢筋的最小百分率可减小0.1%。,2.框架柱,（2）纵向钢筋的净距不应小于50 mm，间距不应大于350 mm。（3）全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5。（4）柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。（5）柱中箍筋应符合以下规定：周边箍筋应为封闭式；箍筋间距不应大于400 mm，且不应大于构件截面的

41、短边尺寸和最小纵向受力钢筋直径的15倍；,2.框架柱,（5）柱中箍筋应符合以下规定：箍筋直径不应小于最大纵向钢筋直径的14，且不应小于6mm；当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3时，箍筋直径不应小于8mm，箍筋间距不应大于最小纵向钢筋直径的10倍，且不应大于200 mm；箍筋末端应做成135弯钩且弯钓末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径；当柱每边纵筋多于3根时，应设置复合箍筋(可采用拉筋)；,2.框架柱,（6）柱内箍筋可按图3.10.1配置。,3.节点,1）现浇梁柱节点梁柱节点处于剪压复合受力状态，为保证节点具有足够的受剪承载力，防止节点产生剪切脆性破坏，必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节

42、点内的箍筋除应符合上述框架柱箍筋的构造要求外，其箍筋间距不宜大于250mm；对四边有梁与之相连的节点，可仅沿节点周边设置矩形箍筋。,3.节点,2）装配整体式梁柱节点装配整体式框架的节点设计是这种结构设计的关键环节。设计时应保证节点的整体性；应进行施工阶段和使用阶段的承载力计算；在保证结构整体受力性能的前提下，连接形式力求简单，传力直接，受力明确；应安装方便，误差易于调整，并且安装后能较早承受荷载，以便于上部结构的继续施工。,4.钢筋的连接与锚固,(1)受力钢筋的连接接头宜设置在构件受力较小部位；抗震设计时，宜避开梁端、柱端箍筋加密区范围。钢筋连接可采用机械连接、绑扎搭接或焊接。(2)非抗震设计

43、时，受拉钢筋的最小锚固长度应取la。受拉钢筋绑扎搭接的搭接长度，应根据位于同一连接区段内搭接钢筋截面面积的百分率按下式计算，且不应小于300 mm。,4.钢筋的连接与锚固,(3)非抗震设计时，框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点区区的锚固和搭接，应符合下列要求(图3.10.2)：顶层中节点柱纵向钢筋和边节点柱内侧纵向钢筋应伸至柱顶；当从梁底边计算的直线锚固长度不小于la时，可不必水平弯折，否则应向柱内或粱、板内水平弯折，当充分利用柱纵向钢筋的抗拉强度时，其锚固段弯折前的竖直投影长度不应小于0.5la，弯折后的水平投影长度不宜小于12倍的柱纵向钢筋直径。,4.钢筋的连接与锚固,(3)非抗震设计时，框架

44、梁、柱的纵向钢筋在框架节点区区的锚固和搭接：顶层端节点处，在梁宽范围以内的柱外侧纵向钢筋可与梁上部纵向钢筋搭接，搭接长度不应小于1.5 la；在梁宽范围以外的柱外侧纵向钢筋可伸人现浇板内，其伸入长度与伸人梁内的相同。当柱外侧纵向钢筋的配筋率大于1.2时，伸入梁内的柱纵向钢筋宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20倍的柱纵向钢筋直径。,4.钢筋的连接与锚固,(3)非抗震设计时，框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点区区的锚固和搭接：粱上部纵向钢筋伸入端节点的锚固长度，直线锚固时不应小于la，且伸过柱中心线的长度不宜小于5倍的粱纵向钢筋直径；当柱截面尺寸不足时，梁上部纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折，锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4 la，弯折后的竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。,4.钢筋的连接与锚固,(3)非抗震设计时，框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点区区的锚固和搭接：当计算中不利用梁下部纵向钢筋的强度时，其伸入节点内的锚固长度应取不小于12倍的梁纵向钢筋直径。当计算中充分利用梁下部钢筋的抗拉强度时，梁下部纵向钢筋可采用直线方式或向上90弯折方式锚固于节点内，直线锚固时的锚固长度不应小于la；弯折锚固时，锚固段的水平投影长度不应小于0.4 la，竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。,