結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理

1、第4章 框架結(jié)構(gòu),,,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第 4 章 框架結(jié)構(gòu),教材作者：梁興文課件制作：王　威課件審查：周鐵鋼,第4章 框架結(jié)構(gòu),,第4章 內(nèi)容要點(diǎn),,結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,框架結(jié)構(gòu)的計(jì)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(jì)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(jì)算,荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),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(jì)算簡圖及荷載,反彎點(diǎn)法，Ｄ值法,第4章 框架結(jié)構(gòu),,,

2、4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,1　結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn),框架結(jié)構(gòu)（frame structure）由梁、柱構(gòu)件通過節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成，如整幢房屋均采用這種結(jié)構(gòu)形式，則稱為框架結(jié)構(gòu)體系或框架結(jié)構(gòu)房屋。,框架結(jié)構(gòu)平面布置和剖面示意圖,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1　結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,按施工方法不同，框架結(jié)構(gòu)可分為現(xiàn)澆式、裝配式和裝配整體式三種。,（1）框架結(jié)構(gòu)的受力特點(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?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的側(cè)移一般

3、由兩部分組成：由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?！　‘?dāng)框架結(jié)構(gòu)房屋的層數(shù)不多時(shí)，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。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1　結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,（2）框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)　

4、　建筑平面布置靈活，能獲得大空間（特別適用于商場、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(jì)算理論比較成熟； 在一定高度范圍內(nèi)造價(jià)較低。 框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，水平荷載作用下側(cè)移較大，有時(shí)會(huì)影響正常使用；如果框架結(jié)構(gòu)房屋的高寬比較大，則水平荷載作用下的側(cè)移也較大，而且引起的傾覆作用也較嚴(yán)重。 因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制房屋的高度和

5、高寬比。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,2　結(jié)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）和選擇結(jié)構(gòu)承重方案，這些均必須滿足建筑平面及使用要求，同時(shí)也須使結(jié)構(gòu)受力合理，施工簡單。,民用建筑柱網(wǎng)布置,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,框架結(jié)構(gòu)的承重方案 　1）橫向框架承重。 主梁沿房屋橫向布置，板和連系梁沿房屋縱向布置

6、。 　 2）縱向框架承重。 主梁沿房屋縱向布置，板和連系梁沿房屋橫向布置。 　3）縱、橫向框架承重。 房屋的縱、橫向都布置承重框架 ，樓蓋常采用現(xiàn)澆雙向板或井字梁樓 蓋。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,框架結(jié)構(gòu)的承重方案,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,梁端水平加腋處平面圖,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(shí)，梁、柱中心線之間的偏心距不宜

7、大于柱截面在該方面寬度的1/4。如偏心距大于該方向柱寬的1/4時(shí)，可增設(shè)梁的水平加腋?！　≡囼?yàn)表明，此法能明顯改善梁柱節(jié)承受反復(fù)荷載的性能。,bx / lx ≤ 1/2 ， bx / bb ≤ 2/3 ， bb + bx + x ≥ bc/2,梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜滿足下列要求：,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)布置,,梁水平加腋后，改善了梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能，故節(jié)點(diǎn)有效寬度bj宜按下列規(guī)定取值：

8、 當(dāng)x = 0時(shí)，bj按下式計(jì)算：　　　　　　　　　　　　 當(dāng)x≠0時(shí)，bj取下列二式計(jì)算的較大值：　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　且應(yīng)滿足bj ≤ bb + 0.5hc，其中hc為柱截面高度。,bj ≤ bb + bx,bj ≤ bb + bx + x,bj ≤ bb + 2x,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,1 　框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載

9、,梁、柱截面尺寸,框架梁、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(jì)時(shí)，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。 　梁截面尺寸確定 　框架結(jié)構(gòu)中框架梁的截面高度hb可根據(jù)梁的計(jì)算跨度lb、活荷載大等，按hb = (1/18~1/10)lb確定。為了防止梁發(fā)生剪切脆性破壞，hb不宜大于1/4凈跨。主梁截面寬度可取bb = (1/3~1/2)hb，且不宜小于200mm。為

10、了保證梁的側(cè)向穩(wěn)定性，梁截面的高寬比（hb/bb）不宜大于4。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,,為了降低樓層高度，可將梁設(shè)計(jì)成寬度較大而高度較小的扁梁，扁梁的截面高度可按 (1/18~1/15)lb估算。扁梁的截面寬度b（肋寬）與其高度h的比值b/h不宜超過3。,加腋梁,梁截面慣性矩,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,柱截面尺寸 　柱截面尺寸可直接憑經(jīng)驗(yàn)確定，也

11、可先根據(jù)其所受軸力按軸心受壓構(gòu)件估算，再乘以適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)以考慮彎矩的影響。即　　　　　　　　　　　　式中 Ac為柱截面面積；N為柱所承受的軸向壓力設(shè)計(jì)值；Nv為根據(jù)柱支承的樓面面積計(jì)算由重力荷載產(chǎn)生的軸向力值；1.25為重力荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)平均值；重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值可根據(jù)實(shí)際荷載取值，也可近似按（12~14）kN/m2計(jì)算；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,Ac ≥ (1.1~1.2)N / fc,N = 1.2

12、5Nv,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,框架柱的截面寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱截面直經(jīng)不宜小于350mm，柱截面高寬比不宜大于3。為避免柱產(chǎn)生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。,梁截面慣性矩 　在結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算中，與梁一起現(xiàn)澆的樓板可作為框架梁的翼緣，每一側(cè)翼緣的有效寬度可取至板厚的6倍；裝配整體式樓面視其整體性可取等于或小于6倍；無現(xiàn)澆面層的裝配式

13、樓面，樓板的作用不予考慮。 設(shè)計(jì)中，為簡化計(jì)算，也可按下式近似確定梁截面慣性矩I：,,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,2　框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,計(jì)算單元,框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元及計(jì)算模型,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,框架結(jié)構(gòu)房屋是空間結(jié)構(gòu)體系，一般應(yīng)按三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。但對于平面布置較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)房屋，為了簡化計(jì)算，通常將實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)簡化為若干個(gè)橫向或縱向平面框架

14、進(jìn)行分析，每榀平面框架為一計(jì)算單元。 　就承受豎向荷載而言，當(dāng)橫向（縱向）框架承重，且在截取橫向（縱向）框架計(jì)算時(shí)，全部豎向荷載由橫向（縱向）框架承擔(dān)，不考慮縱向（橫向）框架的作用。當(dāng)縱、橫向框架混合承重時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對豎向荷載按樓蓋的實(shí)際支承情況進(jìn)行傳遞，這時(shí)豎向荷載通常由縱、橫向框架共用承擔(dān)。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖,第４章 框架結(jié)構(gòu),,

15、4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,在框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖中，梁、柱用其軸線表示，梁與柱之間的連接用節(jié)點(diǎn)（beam-column joints）表示，梁或柱的長度用節(jié)點(diǎn)間的距離表示，由圖可見，框架柱軸線之間的距離即為框架梁的計(jì)算跨度；框架柱的計(jì)算高度應(yīng)為各橫梁形心軸線間的距離，當(dāng)各層梁截面尺寸相同時(shí)，除底層外，柱的計(jì)算高度即為各層層高。對于梁、柱、板均為現(xiàn)澆的情況，梁截面的形心線可近似取至板底。對于底層柱的下端，一般取至基礎(chǔ)頂面；當(dāng)設(shè)有

16、整體剛度很大的地下室；且地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍時(shí)，可取至地下室結(jié)構(gòu)的頂板處。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,在實(shí)際工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度變化。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(shí)，其計(jì)算簡圖與各層柱截面不變時(shí)的相同。當(dāng)上、下層柱截面尺寸不同且形心軸也不重合時(shí)，一般采取近似方法，即將頂層柱的形心線作為整個(gè)柱子的軸線，但是必須注意，在框架結(jié)

17、構(gòu)的內(nèi)力和變形分析中，各層梁的計(jì)算跨度及線剛度仍應(yīng)按實(shí)際情況??；另外，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。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,變截面柱框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,裝配式框架的鉸節(jié)點(diǎn),框架柱與基礎(chǔ)的連接,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.2 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及

18、荷載,,框架結(jié)構(gòu)上的荷載,作用在多、高層建筑結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平荷載。豎向荷載包括恒載和樓（屋）面活荷載，水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用。,樓面活荷載 　作用在多、高層框架結(jié)構(gòu)上的樓面活荷載，可根據(jù)房屋及房間的不同用途按《荷載規(guī)范》取用。應(yīng)該指出，《荷載規(guī)范》規(guī)定的樓面活荷載值，是根據(jù)大量調(diào)查資料所得到的等效均布活荷載（equivalent uniform live load）標(biāo)準(zhǔn)值，且是以樓板的等效均布活荷載作為樓面

19、活荷載。,風(fēng)荷載 　當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值仍按式（3.5.9）計(jì)算，對于多、高層框架結(jié)構(gòu)房屋，式中的計(jì)算參數(shù)應(yīng)按規(guī)定采用。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算,,1　豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)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(jì)算。工程設(shè)計(jì)中，如采用手算，可采用迭代法、分層法、彎矩二次分

20、配法及系數(shù)法等近似方法計(jì)算。,分層法,豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及內(nèi)力計(jì)算假定：　（1）不考慮框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移對其內(nèi)力的影響；?。?）每層梁上的荷載僅對本層梁及其上、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(jì)。 　　應(yīng)當(dāng)指出，上述假定中所指的內(nèi)力不包括柱軸力，因?yàn)槟硨恿荷系暮奢d對下部各層柱的軸力均有較大影響，不能忽略。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,豎向荷載作用下分層計(jì)算示意圖,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)

21、內(nèi)力的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算,,（2）除底層柱的下端外，其他各柱的柱端應(yīng)為彈性約束。為便于計(jì)算，均將其處理為固定端。這樣將使柱的彎曲變形有所減小，為消除這種影響，可把除底層柱以外的其他各層柱的線剛度乘以修正系數(shù)0.9。,分層法計(jì)算要點(diǎn)　?。?）將多層框架沿高度分成若干單層無側(cè)移的敞口框架，每個(gè)敞口框架包括本層梁和與之相連的上、下層柱。梁上作用的荷載、各層柱高及梁跨度均與原結(jié)構(gòu)相同

22、。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算,,（3）用無側(cè)移框架的計(jì)算方法（如彎矩分配法）計(jì)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；因每一柱屬于上、下兩層，所以每一柱端的最終彎矩值需將上、下層計(jì)算所得的彎矩值相加。在上、下層柱端彎矩值相加后，將引起新的節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩，如欲進(jìn)一步修正，可對這些不平衡彎矩再作一次彎矩分配?！　?如用彎矩分配法計(jì)算各敞口框架的桿端彎矩，在計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍

23、各桿件的彎矩分配系數(shù)時(shí)，應(yīng)采用修正后的柱線剛度計(jì)算；并且底層柱和各層梁的傳遞系數(shù)均取1/2，其他各層柱的傳遞系數(shù)改用1/3?！　。?）在桿端彎矩求出后，可用靜力平衡條件計(jì)算梁端剪力及梁跨中彎矩；由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。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,,彎矩二次分配法,具體計(jì)算步驟：　?。?）根據(jù)各桿件的線剛度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)，并計(jì)算豎向荷載作用下各跨梁的固端彎矩

24、。 　?。?）計(jì)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(shí)進(jìn)行第一次分配（其間不進(jìn)行彎矩傳遞）。　?。?）將所有桿端的分配彎矩同時(shí)向其遠(yuǎn)端傳遞（對于剛接框架，傳遞系數(shù)均取1/2）。 　?。?）將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的新的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。 至此，整個(gè)彎矩分配和傳遞過程即告結(jié)束。 　?。?）將各桿端的固端彎矩（fixed-end moment）、分配彎矩和傳遞彎矩疊加，即得

25、各桿端彎矩。,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,系數(shù)法（Approximate analysis by coefficients）,采用上述兩種方法計(jì)算豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，需首先確定梁、柱截面尺寸，而且計(jì)算過程較為繁復(fù)。系數(shù)法是一種更簡單的方法，只要給出荷載、框架梁的計(jì)算跨度和支承情況，就可很方便地計(jì)算出框架梁、柱各控制截面內(nèi)力。 　此法是《統(tǒng)一建筑規(guī)范》（Uniform B

26、uilding Code）中介紹的方法，在國際上被廣泛采用。,4.3 豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算，常用的近似算法有迭代法、反彎點(diǎn)法、D值法和門架法等。,1　水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的受力及變形特點(diǎn),2　D值法,（ 1）層間剪力在各柱間的分配,該式即為層間剪力Vi在各柱間的分配公式，它適用于整個(gè)框架結(jié)構(gòu)同層各柱之間的剪力分配。可見，每根柱分配到的

27、剪力值與其側(cè)向剛度成比例。,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,框架第2層脫離體圖,（2）框架柱的側(cè)向剛度——D值：一般規(guī)則框架中的柱,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,框架柱側(cè)向剛度計(jì)算公式,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,稱為柱的側(cè)向剛度修正系數(shù)，它反映了節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)降低了柱的側(cè)向剛度，而節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的大小則

28、取決于梁對節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的約束程度?！　　?，　　　這表明梁線剛度越大，對節(jié)點(diǎn)的約束能力越強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)越小，柱的側(cè)向剛度越大。 現(xiàn)討論底層柱的D值?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　?同理，當(dāng)?shù)讓又南露藶殂q接時(shí)，可得,,,,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,,,,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,底層柱D值計(jì)算圖式,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,

29、,,,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,柱高不等及有夾層的柱,不等高柱,夾層柱,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,柱的反彎點(diǎn)高度yh,框架各柱的反彎點(diǎn)高度比y可用下式表示： 式中：yn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(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值；　　　y2、

30、y3表示上、下層層高變化時(shí)反彎點(diǎn)高度比的修正值。,反彎點(diǎn)高度示意圖,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,y = yn + y1 + y2 + y3,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（1）標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比yn。 yn是指規(guī)則框架的反彎點(diǎn)高度比。,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)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,

31、梁剛度變化時(shí)反彎點(diǎn)的修正,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第四章 框架結(jié)構(gòu),,,3　反彎點(diǎn)法,由上述分析可見，D值法考慮了柱兩端節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)對其側(cè)向剛度和反彎點(diǎn)位置的影響，因此，此法是一種合理且計(jì)算精度較高的近似計(jì)算方法，適用于一般多、高層框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算。,當(dāng)梁的線剛度比柱的線剛度大很多時(shí)（例如ib/ic>

32、;3），梁柱節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角很小。如果忽略此轉(zhuǎn)角的影響，則水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算方法，尚可進(jìn)一步簡化，這種忽略梁柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角影響的計(jì)算方法稱為反彎點(diǎn)法?！　≡诖_定柱的側(cè)向剛度時(shí)，反彎點(diǎn)法假定各柱上、下端都不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即認(rèn)為梁柱線剛度比為無限大。將趨近于無限大代入D值法　　的公式，可得　　=1。因此，由式可得反彎點(diǎn)法的柱側(cè)向剛度，并用D0表示為：,,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,,,,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,同

33、樣，因柱的上、下端都不轉(zhuǎn)動(dòng)，故除底層柱外，其他各層柱的反彎點(diǎn)均在柱中點(diǎn)（h/2）；底層柱由于實(shí)際是下端固定，柱上端的約束剛度相對較小，因此反彎點(diǎn)向上移動(dòng)，一般取離柱下端2/3柱高處為反彎點(diǎn)位置，即取yh=,,用反彎點(diǎn)法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的要點(diǎn)與D值法相同。,4　框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的近似計(jì)算,水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移（lateral displacement）如圖所示，它可以看作由梁、柱彎曲變形（flexural deformatio

34、n）引起的側(cè)移和由柱軸向變形（axial deformation）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，后者主要是由水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩引起的。,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,框架剪切變形,（1）梁、柱彎曲變形引起的側(cè)移,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第四章 框架結(jié)構(gòu),,,（2）柱軸向變形引起的側(cè)移,框架彎曲變形,4.4 水平荷載作用下

35、框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,5　框架結(jié)構(gòu)的水平位移控制,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(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比Δu/h宜小于其限值[Δu/h]，即：　　[Δu/h]表示層間位移角限值，對框架結(jié)構(gòu)取1/550；h為層

36、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(jì)算Δu時(shí)，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。另外，樓層層間最大位移Δu以樓層最大的水平位移差計(jì)算，不扣除整體彎曲變形。,4.4 水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算,Δu/h ≤ [Δu/h],第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),,1　荷載效應(yīng)組合,（1）控制截面及最不利內(nèi)力,框架柱控制截面最不利內(nèi)力組合一般有以下幾種：

37、 　　1）|M|max及相應(yīng)的N和V； 　　2）|N|max及相應(yīng)的M和V； 　　3）Nmin及相應(yīng)的M和V； 　　4）|V|max及相應(yīng)的N。 　這四組內(nèi)力組合的前三組用來計(jì)算柱正截面受壓承載力，以確定縱向受力鋼筋數(shù)量；第四組用以計(jì)算斜截面受剪承載力，以確定箍筋數(shù)量。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,梁端的控制截面,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（2）荷載的不利布置,框架桿件的變形曲線

38、,活荷載最不利荷載布置法,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),第４章 框架結(jié)構(gòu),,,對于高層框架結(jié)構(gòu)，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式確定：,（3）荷載效應(yīng)組合（load effect combination）,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),——分別為樓面活荷載組合值系數(shù)和風(fēng)荷載組合值系數(shù)，當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取0.7和0.0；當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取1.0和0.6或0.7和1.0。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,4

39、.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（1）框架梁,2　構(gòu)件設(shè)計(jì),為了避免梁支座處抵抗負(fù)彎矩的鋼筋過分擁擠，以及在抗震結(jié)構(gòu)中形成梁鉸破壞機(jī)構(gòu)增加結(jié)構(gòu)的延性，可以考慮框架梁端塑性變形內(nèi)力重分布，對豎向荷載作用下梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅。對現(xiàn)澆框架梁，梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.8~0.9；對于裝配整體式框架梁，由于梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋焊接、錨固、接縫不密實(shí)等原因，受力后節(jié)點(diǎn)各桿件產(chǎn)生相對角變，其節(jié)點(diǎn)的整體性不如現(xiàn)澆框架，故其梁端負(fù)彎矩

40、調(diào)幅系數(shù)可取0.7~0.8。,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),第４章 框架結(jié)構(gòu),,,框架梁端截面負(fù)彎矩調(diào)幅后，梁跨中截面彎矩應(yīng)按平衡條件相應(yīng)增大。截面設(shè)計(jì)時(shí)，框架梁跨中截面正彎矩設(shè)計(jì)值不應(yīng)小于豎向荷載作用下按簡支梁計(jì)算的跨中截面彎矩設(shè)計(jì)值的50%。 　 應(yīng)先對豎向荷載作用下的框架梁彎矩進(jìn)行調(diào)幅，再與水平荷載產(chǎn)生的框架梁彎矩進(jìn)行組合。,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.5 荷載效應(yīng)組合和構(gòu)件設(shè)計(jì),,

41、（2）框架柱,柱截面最不利內(nèi)力的選取,框架柱的計(jì)算長度l0,柱的配筋計(jì)算中，需要確定柱的計(jì)算長度l0?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算長度l0按表4.5.1取用。 2）當(dāng)水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值占總彎矩設(shè)計(jì)值的75%以上時(shí)，框架柱的計(jì)算長度l0可按下列兩個(gè)公式計(jì)算，并取其中的較小值：,,,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.7 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,,３

42、 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,（１）框架梁,1．梁縱向鋼筋的構(gòu)造要求　　梁縱向受拉鋼筋的數(shù)量除按計(jì)算確定外，還必須考慮溫度、收縮應(yīng)力所需要的鋼筋數(shù)量，以防止梁發(fā)生脆性破壞和控制裂縫寬度。縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率和最大配筋率要求。沿梁全長頂面和底面應(yīng)至少各配置兩根縱向鋼筋，鋼筋的直徑不應(yīng)小于12mm?？蚣芰旱目v向鋼筋不應(yīng)與箍筋、拉筋及預(yù)埋件等焊接。,2．梁箍筋的構(gòu)造要求 應(yīng)沿框架梁全長設(shè)置箍筋。箍筋的直徑、間距及配筋率等要

43、求與一般梁的相同，可參見《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》[12]第6章中的 有關(guān)內(nèi)容。,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（２） 框架柱,柱箍筋形式示例,4.7 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（３）梁柱節(jié)點(diǎn)（beam-column joints）,1）現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)　梁柱節(jié)點(diǎn)處于剪壓復(fù)合受力狀態(tài)，為保證節(jié)點(diǎn)具有足夠的受剪承載力，防止節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生剪切脆性破壞，必須在節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置足夠數(shù)量的水平箍筋。節(jié)點(diǎn)內(nèi)的箍筋除應(yīng)符合上述框架柱箍筋的構(gòu)造要求外，其箍

44、筋間距不宜大于250mm；對四邊有梁與之相連的節(jié)點(diǎn)，可僅沿節(jié)點(diǎn)周邊設(shè)置矩形箍筋?！?）裝配整體式梁柱節(jié)點(diǎn)　裝配整體式框架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)的整體性；應(yīng)進(jìn)行施工階段和使用階段的承載力計(jì)算；在保證結(jié)構(gòu)整體受力性能的前提下，連接形式力求簡單，傳力直接，受力明確；應(yīng)安裝方便，誤差易于調(diào)整，并且安裝后能較早承受荷載，以便于上部結(jié)構(gòu)的繼續(xù)施工。,4.7 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,第４章 框架結(jié)構(gòu),,,（４）鋼筋連

45、接和錨固,框架梁、柱的縱向鋼筋在框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固要求,4.7 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.8 多層框架柱下基礎(chǔ),,1　基礎(chǔ)類型,基礎(chǔ)類型,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.8 多層框架柱下基礎(chǔ),,十字交叉基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)類型,第４章 框架結(jié)構(gòu),,4.1 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)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(jì)時(shí)，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(jì)算簡圖。 　 （2）

46、設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)房屋的梁、柱和基礎(chǔ)時(shí)，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(jì)算作用在框架結(jié)構(gòu)房屋上的風(fēng)荷載時(shí)，對主要承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)分別計(jì)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(jì)算?！　。?）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(jì)算。其中D值法的計(jì)算精度較高。,第4章 框架結(jié)構(gòu),,4.1 框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖及荷載,,（5