第三章多层框架结构结构设计.ppt
第三章 多层和高层框架结构,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,大纲要求1.识记（1）框架结构的组成；柱网布置原则和常用模数；承重结构的分类与特点；变形缝的种类、作用和设缝原则。（2）计算单元的确定；杆件轴线的确定；框架梁截面抗弯刚度的计算；荷载计算。（3）分层法的计算假定、适用条件和计算步骤。（4）反弯点的概念；反弯点法的计算假定、适用条件和计算步骤。（5）控制截面的确定；荷载效应组合的计算表达式；最不利内力组合的原则；竖向活荷载最不利布置的方法。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,2.领会（1）框架结构的受力特点。（2）结构简化的原则和根据；楼板对框架梁截面刚度的影响；活荷载的折减。（3）分层法的基本原理。（4）修正后的框架柱抗侧刚度D的计算；反弯点高度的修正；D值法的计算步骤。（5）梁端弯矩调幅的概念。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.应用（1）根据框架结构的布置、施工及构造的实际情况，正确地绘出结构的计算简图。（2）熟练应用分层法计算框架结构在竖向荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）。（3）熟练应用反弯点法计算框架结构在水平荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）。（4）熟练应用D值法计算框架结构在水平荷载作用下的内力（弯矩、轴力和剪力）和侧移。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.1.1多层框架结构的组成,框架结构：由横梁、立柱和基础连接而成，梁柱连接处称为节点，一般有刚性连接和铰接点。框架结构一般采用刚性连接，铰连接一般用在多层排架。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,缺点抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小，侧移大；受地基的不均匀沉降影响大。框架结构采用现浇楼盖时，框架梁截面采用T形或倒L形。,框架结构受力变形,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.1.2 多层框架结构的分类,按施工方法的不同可分为现浇式、半现浇式、装配式和装配整体式。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，形成承重结构，将荷载传至础；,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土。一般是每层的柱与其上层的梁板同时支模、绑扎钢筋，然后浇筑混凝土，自基础顶面逐层向上施工。半浇式框架是梁柱为现浇，楼板为预制，或柱为现浇、梁板为预制的结构。装配式框架是梁柱和楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体的框架。装配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制，在吊装就位后，焊接或绑扎节点区钢筋，通过浇捣混凝土形成框架，从而将梁、柱及楼板连成整体框架结构。1梁、柱和楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接而成整体的框架结构类型为_式框架。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致；满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；,3.1.3 多层框架的结构布置 一、结构布置的一般原则,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,平面布置,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,竖向布置,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震 等因素对建筑的影响；施工简便；经济合理。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,二、柱网布置,柱网布置满足生产工艺的要求 柱网布置的方法可分为内廊式、等跨式、对称不等式等几种。厂房柱距大多采用6m，故柱网形式主要取决于柱距。内廊式 等跨式,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,二、柱网布置,柱网布置满足建筑平面的要求 柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，一般布置成四排柱而成为三跨框架；当建筑平面宽度较小，层数较少时，也可设为三排柱成为两跨结构。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,二、柱网布置,柱网布置要使结构受力合理柱网布置应考虑到结构在竖向作用下内力分布均匀合理，各构件材料强度充分利用。柱网布置应使施工方便 建筑设计及结构布置时应考虑到施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。现浇框架结构在结构布置时应尽量使梁板布置简单规则，方便施工。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,二、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。非抗震时使用,横向布置,1对于纵向框架承重方案，由于房屋_较弱，一般不宜采用。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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。,纵向布置,1在地震区，框架结构应采用的承重方案是（）A现浇横向框架承重B现浇纵向框架承重C现浇纵横向框架承重D装配式纵横向框架承重,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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。适宜在抗震设防时使用,纵横向框架的混合结构,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、变形缝沉降缝设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝。房屋扩建时，新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开。沉降缝将建筑物从基础底至屋顶全部分开，各部分能够自由沉降。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、变形缝,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、变形缝伸缩缝设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝。伸缩缝的设置主要与建筑物的长度有关。伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开，基础不断开。伸缩缝的最大间距取决于结构类型和温度的变化及施工方法的不同。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、变形缝防震缝当房屋平面复杂、立面高差悬殊、各部分质量和刚度截然不同时，应设置防震缝。对有抗震设防要求的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求，并尽可能三缝合并设置。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,设缝的原则和避免设缝的措施 设缝的原则：应尽量少设缝或不设缝，可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构的整体性和空间刚度。避免设缝的措施：在建筑设计时，采用调整平面形状、尺寸、体型等措施；在结构设计时，可采用选择节点连接方式，配置构造钢筋、设置刚性层等措施；在施工方面，可采取分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构的损坏。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.确定钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距限值时，不需要考虑的因素是（）A.结构类型B.基础形式C.施工方法D.气候条件2.伸缩缝的设置主要取决于（）A.结构承受荷载大小 B.结构高度 C.建筑平面形状 D.结构长度3.在地震区，当建筑物平面复杂、不对称并且各部分刚度、质量相差悬殊时，为减小震害可以设置_缝。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.1.2 多层框架结构的分类一、计算单元横向框架的间距、荷载和侧向刚度都相同，可取有代表性的中间一榀框架作为计算单元。中列柱纵向框架的计算单元宽度可取两侧跨距的一半；边列柱纵向框架的计算单元可取一侧跨距的一半。竖向荷载近似采用分层法，水平荷载近似采用反弯点法和D值法。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,一、计算单元,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3-1,二、跨度和层高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,梁的截面宽度不宜小于200mm,3-2,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,框架杆件用其轴线表示，杆件之间的连接用节点表示，杆件长度用节点之间的距离表示。框架的计算跨度为框架柱轴线间的距离；框架柱的计算高度（除底层柱外）可取各层层高，底层柱一般取至基础顶面，当有整体刚度很大的地下室时，可取至地下室结构的顶部。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,当柱上下层截面尺寸变化时，取最小截面的形心线来确定跨度。对于倾斜的或折线型横梁，当其坡度小于1/8时，可简化为水平直杆；对于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%时，可简化为等跨框架，简化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1多层框架结构中，当上、下层柱子截面尺寸变化时，框架梁的跨度一般以（）A最大柱截面形心线确定B下柱截面形心线确定C最小柱截面形心线确定D上、下柱截面形心线的中线确定,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3-3,三、框架梁截面抗弯刚度的计算框架梁线刚度,混凝土梁形式,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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，。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1在计算现浇框架梁截面惯性矩I时应考虑_的影响。2一侧为楼梯间的中框架梁，当采用现浇楼盖时，其截面惯性矩应取I=_I0（注：I0为矩形截面梁的截面惯性矩）。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3一般情况下，在选择框架梁的截面高度时，主要考虑的因素是（）A梁的跨度 B层高C结构的总高度 D梁的混凝土强度等级4确定框架结构内力分析的计算简图时，框架梁的计算跨度应取（）A梁的净跨度 B 梁的净跨度梁高C梁的净跨度柱截面高度 D梁两端柱轴线之间的距离,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,多层建筑：,Hi 第i层层高；hc 柱截面高度；bc 柱截面宽度。,柱截面尺寸 柱截面高度按(1/181/14)层高确定（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,Ac(1.11.2)N/fc,N=1.25Nv,式中 Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv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；1.25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，也可近似按（1214）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,Ec 混凝土弹性模量；I 框架柱截面惯性矩。,框架柱线刚度,3-7,3-8,三、框架梁截面抗弯刚度的计算,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,四、荷载的计算与简化计算单元的选取,计算单元选取,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,计算简图,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,计算简图,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,框架荷载,垂直荷载,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。,风载另讲,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,一）楼（屋）面活荷载作用于建筑物上的楼面活荷载，不可能以规范所给的标准值同时作用在所有的楼面上，所以在多层住宅、办公楼、旅馆等设计时考虑楼面活荷载折减。对于楼面梁，当其负荷面积大于25m2，折减系数为0.9,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,一）楼（屋）面活荷载,注：当楼面梁从属面积超过25m2,采用括号内系数,表3-1 活荷载按楼层的折减系数,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.2.2 竖向荷载作用下的分层法,（1）分层法,基本假定框架结构无侧移；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。分层法的适用条件：在竖向荷载作用下，顶点的侧移值很小，而且每层横梁的荷载对上下层横梁的影响很小。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个开口单元，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。,1关于多层框架的分层法，下面说法不正确的是（）A假定框架无侧移B忽略本层梁上荷载对上、下柱的影响C以若干开口框架作为计算单元D除底层柱外，其它各层柱的线刚度均应乘以0.9的折减系数,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,考虑除支座外，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；,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.在用分层法计算竖向荷载作用下的框架内力时，除底层柱外，其它各层柱的弯矩传递系数为（）A.1/2 B.1/3C.1/4 D.12.用分层法计算框架内力时，应对柱线刚度进行如下修正：（）A底层柱不变，其余各层柱乘以0.9B底层柱不变，其余各层柱乘以0.8C底层柱乘以0.9，其余各层柱不变D底层柱乘以0.8，其余各层柱不变,作业题:某三层两跨框架，跨度及层高、尺寸如图，柱截面积尺寸300350，左跨梁截面为250500，右跨梁截面为250400，现浇梁柱及楼面，采用C30钢筋混凝土（Ec=3.0104MPa），试用分层法求其内力（M图）。,q=2.5kN/m,杆端弯矩,需要分配弯矩是,节点弯矩 Rip,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,例题,A,7.50m,5.60m,3.80m,4.40m,q=2.8kN/m,q=3.8kN/m,q=3.4kN/m,（7.11）,（4.21）,（4.21）,（1.79）,（4.84）,（12.77）,（7.63）,（10.21）,（9.53）,（3.64）,B,C,D,E,F,G,H,I,（括号内数字为线刚度相对值）,（i=EI/l）,解：,A,7.50m,5.60m,3.80m,4.40m,（7.11）,（4.21）,（4.21）,（1.79）,（4.84）,（12.77）,（7.63）,（10.21）,（9.53）,（3.64）,B,C,D,E,F,G,H,I,上层各柱线刚度0.9，然后计算各节点的弯矩分配系数,（i=EI/l）,0.9=3.789,0.9=3.789,0.9=1.611,上层计算,0.332,（3.789）,（3.789）,（1.611）,（7.63）,（10.21）,D,E,F,G,H,I,0.668,0.353,0.472,0.175,0.864,0.136,-13.125*,+13.125*,-7.317*,+7.317*,8.678,4.358,4.384,-6.332,-0.995,-3.161,-2.482,-3.319,-1.230,-1.241,-1.660,0.829,0.412,0.414,1.434,0.226,0.717,-0.399,-0.534,-0.198,-0.200,-0.267,0.133,0.066,0.231,0.036,0.067,0.115,-0.064,-0.086,-0.032,15.045,-13.585,-1.460,-4.836,4.836,0.733,-0.733,1.612,-0.487,-0.244,下层计算,A,B,C,D,E,F,G,H,I,0.348,0.466,0.185,0.308,0.413,0.156,0.123,0.709,0.202,0.089,-17.813*,+17.813*,-8.885*,+8.885*,8.301,-1.529,0.713,-1.167,0.078,-10.417,4.150,0.356,-0.334,-3.058,0.039,-0.036,18.930,-1.459,-0.169,-0.018,-1.736,-3.150,-6.299,-4.100,-2.050,0.727,1.453,-0.447,-0.224,-0.079,0.159,-0.049,-15.825,1.924,6.199,0.532,0.058,3.925,0.283,0.031,3.609,6.789,-0.791,-1.795,0.414,0.045,0.182,0.020,-1.221,-0.133,-0.015,-1.369,-0.589,-1.336,3.395,-0.868,-0.668,-0.196,-0.456,1.203,1/3,1/2,各层叠加后的M图,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,什么是反弯点？,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,什么是反弯点？（在节点水平力作用下框架M图）,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.2.3 水平荷载作用下的反弯点法,反弯点法的概念在水平荷载作用下的梁和柱，一般在相邻两节点间总有一个弯矩为零的点，这个弯矩为零的点称为反弯点。反弯点法基本假设和适用条件,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（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采用反弯点法计算多层框架内力时，对于下端固定的底层柱，其反弯点近似取（）A柱高的中点B距柱底1/3柱高C距柱底2/3柱高 D柱顶处,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（1）反弯点位置,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（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。,3-16,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,第二层,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,第一层,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3、柱中反弯点位置柱的反弯点高度yh为反弯点至柱下端的距离，y为反弯点高度与柱高的比值，h为柱高。由假定可确定柱的反弯点高比：对于上部各层柱：反弯点位于柱的中点处，y=1/2；对于底层柱：反弯点偏离中点向上，可取y=2/3。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（1）、柱端弯矩,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（3）弯矩图绘制 柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值便可以求出每一根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。边节点：,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,中节点：,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,4、反弯点的计算步骤,1如图所示框架结构，A、B柱截面尺寸相同，各层作用的水平力P=l0kN，各层层高h=4.5m，底层柱的反弯点在距柱底2/3h处。求底层A柱的柱底弯矩MA(以外侧受拉为正)及轴向力NA(以受拉为正)。,解（1）求出A柱剪力分配系数A、B柱截面尺寸相同且皆为边柱iA=iB 所以DA=DB剪力分配系数为0.5（2）求A柱的剪力,VA,VB,（3）求A柱的柱底弯矩,（4）求A柱的轴力,NA,NB,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.2.3 水平荷载作用下的反弯点法,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。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,2.D值法的基本思想,与反弯点法相比：相同之处 主要思路相同。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，适用于梁柱线刚度比小于3的情况。D值的物理意义是考虑柱上下端,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,因此，D值法又称为修正的反弯点法，适用于梁柱线刚度比小于3的情况。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.柱的抗侧刚度,式中，柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。,3-21,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,是反映梁柱线刚度比值对柱侧向刚度的一个影响系数，1；当框架梁的线刚度为无穷大时，则K=，=1，即为反弯点法的结果。1关于D值法，下列说法中，不正确的是（）A考虑了上下层层高对反弯点位置的影响B考虑了上下层横梁线刚度比对反弯点位置的影响C梁柱线刚度比对柱侧移刚度的影响系数1D其适用条件是梁柱线刚度比大于3,二、各楼层柱的反弯点位置规则框架指层高、跨度、柱的线刚度和梁的线刚度分别相等的框架.规则框架在节点水平力的作用下，可假定同层各节点转角相等，这时各层横梁的反弯点位于跨中且该点无竖向位移。各层柱的反弯点位置与柱端转角的大小有关。对等截面柱，若上下端转角相同，反弯点在柱中央，否则偏向转角较大的一端。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（1）标准反弯点高度比yo 假定框架各层横梁线刚度、框架各层柱的线刚度和各层的层高都相同，用力法解出各楼层柱反弯点（标准反弯点）到楼层柱底的距离y0h（2）、上下层梁线刚度变化时反弯点高度比修正值y1当 反弯点上移y1h。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,当 反弯点下移y1h。（3）层高变化的影响 若某层柱位于层高变化的楼层中，则此柱的反弯点位置就不是标准反弯点位置。上层层高较高时，反弯点向上移动y2h；下层层高较高时，反弯点又向下移动y3h,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.水平荷载作用下的多层框架结构，当某层其他条件不变，仅上层层高变小时，该层柱的反弯点位置（）A.向上移动 B.向下移动 C.不变 D.向上移动至层高处2水平荷载作用下的多层框架结构，当某层其他条件不变，仅其柱上端梁刚度降低，该层柱的反弯点位置（）A向上移动B向下移动至层高处C不变D向下移动至层高处,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（4）修正的反弯点高度,式中 y0标准反弯点高度比；y1因上、下层梁刚度比变化 的修正值；y2因上层层高变化的修正值；y3因下层层高变化的修正值。,3-22,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（1）、柱端弯矩,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、D值法的计算步骤,并求相应的K值；,例3-1：图为3层框架结构的平面及剖面图。图b给出了楼层高处的总水平力及各杆线刚度相对值。要求用D值法分析内力。,解：计算各层柱D值如表1。由图a可见，每层有10根边柱及5根中柱，所有柱刚度之和可计算每根柱分配到的剪力。,反弯点高度比,2某多层框架的计算简图如图所示。底层各柱线刚度为0.9104kNm，底层边柱侧移刚度修正系数为=0.6，底层中柱侧移刚度修正系数为=0.7。试计算该框架底层A柱的柱端弯矩。（已知：底层边柱修正后的反弯点高度比y=0.65）解：,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.2.5 水平荷载作用下侧移的近似计算,框架结构在水平荷载作用下的变形由柱轴向变形和梁柱弯曲变形两部分组成。,框架梁柱的弯曲变形,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,框架柱的轴向变形,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1、由梁柱弯曲变形引起的侧移 第i层层间相对侧移：顶点侧移为各层层间侧移之和：结论：层间水平位移 与荷载在该层所产生的层间剪力Vj呈正比，当框架柱侧向刚度沿高度变化不大，层间水平位移是自顶向下逐层增加的。这种层间水平位移自下而上逐渐减少的水平位移曲线称为剪切型。与此相反，层间水平位移自下而上逐渐增加的水平位移曲线称为弯曲型，剪力墙的水平位移曲线是弯曲型。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,2、由柱轴向变形引起的侧移 顶点侧移：在水平荷载下，框架各杆除产生弯矩和剪力外，还有轴向力。在风荷载作用下，迎风面一侧的框架柱产生轴向拉力，而背风面一侧的柱产生轴向压力。外柱的轴力大，内柱的轴力小，越临近框架中部的内柱，轴力越小。高规规定：对房屋高度大于50m或高宽比大于4的结构，宜考虑柱轴向变形的影响。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1在水平荷载作用下的钢筋混凝土框架结构，由梁柱弯曲变形所引起的侧移曲线类型是（）A剪切型B弯曲型 C剪弯型 D弯剪型2关于竖向荷载作用下的多层多跨规则框架的内力分布规律，下列说法中不正确的是（）A柱子轴向压力从上到下逐渐增大B柱子剪力从上到下逐渐增大C同一层的柱子，中柱轴力一般大于边柱D同一层的柱子，边柱剪力一般大于中柱,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.对于多层多跨规则框架，当总高不大于50m时，其侧移主要是由（）A框架柱的轴向变形引起的B框架柱的剪切变形引起的C框架梁、柱的剪切变形引起的D框架梁、柱的弯曲变形引起的,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,框架受顶点集中荷载作用：框架受均布水平荷载作用：框架受倒三角荷载作用：B外柱轴线间的距离E-材料的弹性模量,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、弹性层间位移角限值高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002)规定了框架的最大弹性位移与层高之比不能超过其限值1/550.式中 按弹性方法计算所得的楼层层间位移 弹性层间位移角限值，规定框架为1/550,3某两层二跨框架如图所示。各柱线刚度均为1.0104kNm,边柱侧移刚度修正系数为=0.6，中柱侧移刚度修正系数为=0.7。试求梁柱弯曲变形引起的顶点侧移,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.1 控制截面,梁：跨中、支座截面柱：柱顶、柱底截面,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1在进行框架梁端截面配筋计算时，下列说法正确的是（）A弯矩和剪力均采用柱边的值B弯矩和剪力均采用柱轴线处的值C弯矩采用柱轴线处的值，剪力采用柱边值D弯矩采用柱边值，剪力采用柱轴线处的值,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.2 控制截面最不利内力类型,最不利组合就是在控制截面处对截面配筋起控制作用的内力组合。梁跨中截面：+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）-Mmin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 Nmax及相应的M、V Nmin及相应的M、V,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.最不利内力组合就是在_截面处对截面配筋起控制作用的内力组合。2.在对框架柱进行正截面设计的内力组合时，最不利组合一般不包括（）A.|M|max及相应的NB.|M|min及相应的N C.|N|max及相应的M D.|N|min及相应的M,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,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。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.3 控制截面最不利内力计算,框架结构的基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定：1.由可变荷载效应控制的组合,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,2.由永久荷载效应控制的组合,一般应考虑下列三种荷载组合：（1）、恒载0.9（活载风载）（2）、恒载活载（3）、恒载风载 对于高层框架结构，在计算荷载效应组合时应把风荷载作为主要荷载，其荷载组合值系数,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.4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，分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（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。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（2）最不利荷载布置法,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（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。,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,（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。,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.5 梁端弯矩调幅,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形内力重分布，对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。梁端弯矩分别为MAO、MBO,跨中弯矩为MCO,条幅后弯矩MA、MB。弯矩调幅通常应遵循三点原则：1）力求节约钢材、便于施工；2）满足刚度和裂缝宽度的要求；3）确保结构安全可靠。,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.5 梁端弯矩调幅,对现浇框架梁，梁端负弯矩调幅系数可取0.80.9；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0.70.8。调幅后的弯矩MA、MB的平均值与跨中弯矩MCO之和应大于简支梁跨中弯矩MO,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.3.5 梁端弯矩调幅,原则：弯矩调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，即水平荷载作用下的弯矩不参合调幅，然后进行内力组合,混凝土结构设计,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.在设计框架时，可对梁进行弯矩调幅，其原则是（）A.在内力组合之前，对竖向荷载作用的梁端弯矩适当调小 B.在内力组合之前，对竖向荷载作用的梁端弯矩适当调大 C.在内力组合之后，对梁端弯矩适当调小 D.在内力组合之后，对梁端弯矩适当调大2关于框架结构的弯矩调幅，下面说法中不正确的是（）A调幅是对竖向荷载作用下的内力进行的B调幅后梁端弯矩的平均值与跨中最大正弯矩之和，应大于按简支梁计算的跨中弯矩值C现浇框架的调幅系数高于装配整体式框架的调幅系数D梁端弯矩调幅后，在相应荷载作用下的跨中弯矩将会减小,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.4.1 非抗震设计的框架柱 对于主要承受轴向力的框架柱，如中柱，可取（1.21.4）N，按轴心受压构件考虑 当水平荷载较大时，其引起的弯矩可近似地按反弯点法确定，然后与轴心力为1.2N组合按偏心受压考虑。框架柱的截面高度和宽度均不小于，h为层高.矩形截面框架柱的边长不宜小于250mm，宽带不宜小于350mm,柱净高与截面长边尺寸之比宜大于4.,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,柱截面最不利内力的选取框架柱的计算长度l0柱的配筋计算中，需要确定柱的计算长度l0。混凝土结构设计规范规定，l0可按下列规定确定：1）一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度l0按表4.5.1取用。2）当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时，框架柱的计算长度l0可按下列两个公式计算，并取其中的较小值：,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,式中：柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值；比值 中的较小值；柱的高度,框架结构各层柱的计算长度注：表中H对底层为基础顶面到一层楼盖顶面的高度；其余各层为上、下两层顶面之间的高度。1在其他条件相同的情况下，有侧移多层多跨框架柱的计算长度l0最小的是（）A采用现浇楼盖的边柱B采用现浇楼盖的中柱C采用装配式楼盖的边柱D采用装配式楼盖的中柱,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.4.2 非抗震设计的框架柱 节点设计是框架结构设计中极重要的一环。节点设计应保证整个框架结构安全可靠、经济合理且便于施工。设计装配式框架节点时应遵循的原则：,一、材料强度1、混凝土强度等级框架节点区的混凝土强度等级，应不低于柱子的混凝土强度等级。框架的混凝土强度等级不应低于C20。在装配式整体式框架中，后浇节点的混凝土强度等级宜比预制柱的混凝土强度等级提高5MPa。梁柱混凝土强度等级相差不宜大于5MPa。2、框架梁梁截面高度：梁截面宽度：,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,二、截面尺寸节点截面过小，梁上部和柱外侧钢筋配置数量过高，以承受静力荷载为主的顶层对梁、柱负弯矩钢筋的相对配筋数量加以限制，钢筋混凝土设计规范规定，在框架顶层端节点处，梁上部纵向钢筋的截面面积As应满足下式要求：式中：顶层节点处梁上部纵向钢筋的截面面积 梁腹板宽度；梁截面有效高度。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,三、箍筋（1）框架梁箍筋梁的箍筋沿梁全长范围内设置，第一排箍筋一般设置在距离节点边缘50mm处。梁的配箍率不应小于，箍筋最小直径和最大间距的要求与一般梁相同。（2）框架柱箍筋箍筋应为封闭式，箍筋间距不应大于400mm，且不应大于柱短边尺寸。,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,212架立筋,212架立筋,12d,12d,12d,12d,12d,12d,12d,12d,12d,1/3-1/4 ln,1/3-1/4 ln,1/3-1/4 ln,1/3-1/4 ln,1/3-1/4 ln,1/3-1/4 ln,150,150,150,150,150,150,150,1.5la,la,15d,0.4la,混凝土结构设计原理,第3章,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.5.1 基础设计的类型1、基础类型的选择 框架结
