多高层建筑结构.ppt

第三篇 多高层建筑结构,第一节 高层建筑结构概述,一、高层建筑概述,1.1 高层建筑的定义高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ-2002）中定义：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑。高层建筑 高度一般指室外地面至主要屋面的距离，不包括局部突 出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。1.2 我国高层建筑的发展 我国高层建筑在解放前很少，5060年代陆续建成一些，如1959年的北京民族饭店，高47.4m，12层；1964年的北京民航大楼，15层，高60.8m；1968年的广州宾馆，27层，高88m，是60年代我国建成的最高建筑。70年代开始我国高层建筑有了较大发展，主要用于住宅、旅馆和办公楼，层数一般在2030层。,1.3 国外高层建筑简介,1883年美国芝加哥建成的11层家庭保险大楼为近代高层建筑的开端，国外较著名的高层建筑有：美国，帝国大厦(纽约，381m，102层)、世界贸易中心(纽约，402m，110层)、西尔斯大厦(芝加哥，443m，110层)、水塔广场大厦(芝加哥，262m，76层)；马来西亚，石油大厦(450m，88层，钢-混凝土组合结构)；朝鲜，柳京饭店(305m，101层,最高的钢筋混凝土大厦)。,国内主要高层建筑（374-500m）,主要高层建筑介绍,台北101大厦,西尔斯大厦,世贸大厦,平壤 柳京饭店 105层 320米 三千个房 间 金字塔型建筑,金茂大厦,CCTV大楼 采用ETABS和 ANSYS两种通 用有限元软件 进行结构计算。,上海环球金融中心 结构示意图,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,建筑师：斯基德莫尔后代大卫，欧文斯与美林律师事务所位置：哥伦布环岛10号位于中央公园西南方、面向哥伦布圆环始建：2003高度：225米，55层类型：办公建筑,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,Waterview Tower,建筑师：+Teng&Associates,Inc位置：芝加哥高度：319米，地上90层，地下4层结构：cast in place concrete功能：2-11层为车库（矩形）中部为酒店（矩形）29层退出屋顶花园 上部为住宅,Waterview Tower,Waterview Tower,东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),建筑师：Tange Associates位置：东京概念：“蚕茧”，在卵状的外形里是学生成长的空间高度：203.7米，层数：50结构：cast in place concrete功能：三个学校：东京时尚学校（Mode Gakuen）东京IT数码学校（HAL Tokyo）医学护理学校（Shuto Iko）这座垂直的校园可供1万名学生使用，其3层中庭被称作“学生客厅”，多用途的走廊也是学生相互交流的场所。大厦的楼层布局很简单。三块矩形的教室区围绕着内核旋转120度角。从1层到50层，这些矩形教室区以曲线排列。内核中有升降梯、楼梯和升降机井。“学生客厅”位于教室之间，面朝东、西南和西北三个方向。地层种植的植物带来了天然的气息，椭圆的外形缠绕在铝制幕墙内，从每一层来看都很悦目。,东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),东京蚕茧办公楼(Mode Gakuen Cocoon Tower),重庆“城市森林”,建筑师：MAD建筑事务所高度：385米 该“城市森林”的设计方案由MAD建筑事务所设计，位于中国重庆。设计师的设计灵感来源于国画中的多山的景观。这座高耸的商业大楼每层楼都为抽象的曲线形，大楼中心有一个圆柱体结构，每层楼都由玻璃包围作为墙体结构。这种设计增加了建筑的透明性，同时使得每层楼看起来好像悬浮于下面一层之上。建筑总体设计结合绿色的空间和广阔的城市景色，将自然带入到这个大都市之中。,重庆“城市森林”,重庆“城市森林”,重庆“城市森林”,天津中钢国际广场,建筑师：MAD建筑事务所高度：358米楼层：88层预计竣工时间：2012年,天津中钢国际广场,天津中钢国际广场,天津中钢国际广场,南京绿地广场紫峰大厦,建筑师：美国SOM建筑事务所建筑有效高度：339.250m最高屋顶高度：381.250m天线顶标高：450.000m楼层使用情况：B4-B2 停车、酒店后勤B1 非机动车停车、酒店后勤、设备用房 B1夹层 餐饮、食品店、酒店后勤、设备用房、观光大堂1F 顶级商务大堂、酒店大堂、宴会厅、奢侈品商业中心、商业中庭2F-5F 奢侈品商业中心 6F 商业中心、宴会厅、电影院 7F 会议厅、宴会厅8F-9F 健身中心、游泳池、室外花园、10F 办公11F-12F 避难层、设备层15F-41F 超甲级写字楼42F-43F 设备用房45F-46F 空中大堂/餐厅47F 咖啡吧48F 酒店后勤49F-71F 六星级洲酒店客房72F 观光层73F,75F 设备层76F-77F 中餐厅78F-79F 特色西餐厅80F-81F 总统套房82F 绿地83F 水箱层85F-86F 机房87-89F 灯塔塔尖,南京绿地广场紫峰大厦,用地面积：18721平方米总建筑面积：约250000平方米位置：位于南京南鼓楼区鼓楼广场，东至中央路，西至北京西路。鼓楼周边区域有玄武湖、北极阁、鼓楼、明城墙等历史文物古迹；该地段是南京城区的中心点及城市的制高点，周边远景尽收眼底。东可眺望紫金山、西可望长江、南有雨花台、北有幕府山。也是全国著名高等学府南京大学、东南大学名校集聚之地。该地段交通便利，地铁一号线重要站点设置其中。是南京行政中轴线和商业中轴线的交界之处。,南京绿地广场紫峰大厦,南京绿地广场紫峰大厦,天津环球金融中心,功能：写字楼、六星级酒店、豪华公寓、酒店式公寓和顶级商业配套位置：项目距天津滨海国际机场车程30分钟，距天津火车站及未来的京津高铁步行5分钟，毗邻大沽北 路、张自忠路等城市主干道，写字楼东侧是未来地铁2、3号线交汇处，酒店中轴正对城市景观哈 密道绿轴。总建筑面积：约60万平方米总投资：预计约50多亿元,建筑师：美国SOM建筑事务所高度：337米楼层：地上75层，地下4层,天津环球金融中心,天津环球金融中心,Q1大厦(Q1 Tower),建筑师Atelier SDG高度：322.5米楼层：78层用途：住宅竣工时间：2005年 全球最高的纯住宅大厦，具有十层楼高的了望台和南半球最快捷之电梯升降系统，以及全球最长的螺旋尖顶。建筑的设计源自悉尼奥运会场及悉尼歌剧院的优美线条。Q1象征黄金海岸顶级公寓大楼居住风格，结合度假胜地的悠闲及都会区的时髦、便利及高科技网络建设。它有一个小森林于第60层，令住客可以到小型森林，吸收新鲜空气。,Q1大厦(Q1 Tower),Q1大厦(Q1 Tower),Q1大厦(Q1 Tower),U型宝来塔（U-bora Tower）,建筑师：Aedas Ltd.位置：迪拜高度：250米功能：80000SM公室（面积由底部1100SM增加到顶部2000SM），30000SM住宅及 7000SM零售,二、高层建筑设计的特点,水平荷载和地震作用成为高层建筑的控制因素。高层结构设计不仅需要较大的承载能力，还需要较大的刚度控制水平荷载作用下结构的侧向位移。,控制侧向位移的原因：1）过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用；2）过大的侧向变形会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损 坏，也会使电梯轨道变形；3）过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至损坏；4）过大的侧向变形会使结构产生附加内力甚至倒塌。,三、高层建筑的结构类型（按材料分）,按照承重结构材料类型可分为钢结构与钢筋混凝土结构两种。高层钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工方便快捷等优点，但缺点是造价高、耐火性能差，大量防火涂料的使用也影响工期与造价。钢筋混凝土结构具有造价低、耐火性能好、侧向刚度大、截面形式多样等优点，缺点是构件尺寸较大、自重大、使用空间受限。,目前大多数高层建筑采用混合结构，即钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的混合结构体系。框架柱多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱，框架梁多采用型钢混凝土梁或钢梁。为加强结构承载力与抗侧刚度，混合结构中还经常采用加强层、巨型支撑、伸臂桁架等结构形式。,第二节 高层建筑结构体系与布置原则,主要结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、束筒及巨型框架。2.1 框架结构主要承重构件由梁、柱组成的结构。优点：建筑平面布置灵活，能提供较大的室内空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力方面，框架结构自振周期长，地震反应小，经合理设计后可具有良好的延性。缺点：抗侧移刚度小，地震作用下侧向位移大，易使填充墙开裂，并引起非结构构件的破坏。建筑高度不能过高，一般在15层以下。,框架结构受力及设计要点,1.全部荷载由梁柱承担；2.框架侧向变形由梁柱弯曲变形与柱轴向变形两部分组成；3.整体侧向变形呈剪切型变形；4.应设计为双向框架结构；5.隔墙应采用轻质隔墙或轻质填充材料。6.宜采用现浇混凝土楼盖。,2.2 剪力墙结构,利用钢筋混凝土墙体作为承受竖向、水平荷载的结构。墙体本身也可作为维护和房间分隔构件，该结构形式主要应用于高层住宅和旅馆。优点：整体性好、刚度大、承载力高、水平荷载下的侧向变 形小。缺点：墙体间距不能过大，平面布置不灵活，结构自重大，材料强度无法充分发挥，不能满足公共建筑使用要求。当剪力墙的高宽比较大时，可视为一个受弯为主的悬臂构件，其侧向变形是弯曲型。,底部大空间剪力墙(部分框支剪力墙)结构,2.3 框架-剪力墙结构,框架-剪力墙是指由框架和剪力墙共同承受荷载的结构体系。即保留了框架结构布置灵活、使用方便的特点，又具有剪力墙结构抗侧刚度大，抗震性能好的优点。在该结构体系中，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，是主要抗侧力体系。框架则主要承担竖向荷载，以及少量的水平作用。框架本身在水平荷载作用下呈剪切型变形，而剪力墙则呈弯曲型变形，当二者通过楼盖协同工作时，变形必须协调，侧向变形将呈弯剪型。根据以上分析的受力特点，框架-剪力墙结构无论是承载力还是侧向变形都较纯框架有较大的提高，,剪力墙的布置原则,1)剪力墙宜沿主轴方向或其它方向双向布置，墙肢截面简 单规则；2)剪力墙应尽量布置在结构区段的楼梯间、电梯间、平面 形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；3)纵、横剪力墙宜组成L、T、形等型式；4)剪力墙应贯通建筑物全高，避免刚度突变，洞口应尽量做到上下对齐；5)抗震设计时，剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50；6)较长的墙肢宜开设洞口将其分成长度均匀的若干墙段，墙段之间用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m。,2.4 板柱-剪力墙结构,板柱结构：由钢筋混凝土无梁楼板和柱组成。优点：施工方便，使用空间大，布置灵活；缺点：节点抗震性能差，整体刚度小。通过设置剪力墙，或将楼、电梯间做成钢筋混凝土筒体，即形成板柱-剪力墙结构，该结构适用于抗震设防烈度不超过8度且高度有限制的建筑中。,2.5 框架-支撑（抗震墙板）结构,支撑框架：框架中设置支撑斜杆，多用于钢结构；框架-支撑结构：框架+支撑框架。受力特点：支撑框架侧向刚度大，承担水平荷载多，其作用 类似于剪力墙。支撑框架的类型：中心支撑框架和偏心支撑框架。中心支撑框架：支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的 交点。基本形式有单斜杆支撑、人字形 支撑、V形支撑、K形支撑和交叉支撑。注意：抗震结构不采用K形支撑；,偏心支撑：支撑连接位置偏离梁柱节点，每根斜杆应至少一 端与框架梁相连，在梁端或梁跨中形成消能梁段。基本形式有：单斜杆、人字形和V形等。地震作用下，消能梁段腹板剪切屈服，通过腹板 塑性变形耗散地震能量，支撑斜杆、框架柱 和消能梁段以外的梁均保持弹性，其抗震性能明 显优于中心支撑框架。,2.6 筒体结构,由单个或多个筒体承受荷载的结构体系。筒体可分为实腹筒、框筒和桁架筒。前面提到的剪力墙围成的筒体称为实腹筒。在实腹筒的墙体上开出许多规则排列的窗洞所形成的开孔筒体称为框筒，它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。如果筒体的四壁是由竖杆和斜杆形成的桁架组成，则称为桁架筒。,束筒或多筒体系：两个以上框筒（或其它筒体）排列在一起形成的束状结构称为成束筒。例如美国西尔斯大厦就是9个框筒组成的正方形筒体。成束筒结构的刚度和承载能力比筒中筒又有提高。,2.7 巨型框架,利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型框架连接，筒体与巨型梁之间即形成巨型框架。由于巨型框架的梁、柱截面很大，抗弯刚度和承载能力也很大，因此它的抗侧刚度比一般框架大很多。,2.8 高层建筑结构布置原则,钢-混凝土混合结构房屋适用的最大高度及高宽比限值,高规一般规定：高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应:具有必要的承载能力、刚度和变形能力；避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。宜：结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；宜具有多道抗震防线。,2.8.1 结构平面布置,1.平面宜简单、规则、对称，减少偏心；2.平面长度不宜过长，突出部分不宜过大。3.不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面；,4.结构平面布置应减少扭转的影响；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于平均值的1.5倍。B级高度相应值为1.2，1.4。5.当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响；,2.8.2 结构竖向布置,1.高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向严重不规则的结构；2.抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%；3.A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80，不应小于其上一层受剪承载力的65；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75。3.抗震设计时结构竖向抗侧力构件宜上下贯通；4.高层建筑宜设地下室。,2.8.3 不规则结构,建筑抗震设计规范GB50011-2001中规定的三种平面不规则类型和三种竖向不规则类型，平面不规则类型包括扭转不规则、楼板凹凸不规则、楼板局部不连续；1）当楼层最大弹性水平位移或层间位移，大于该楼层两端弹性水平位移或层间位移平均值的1.2倍时，为扭转不规则；大于1.5倍时，为扭转严重不规则。,2）结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30，l/Bmax0.3时，为楼板凹凸不规则。,3）楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，如楼板有效宽度小于 典型宽度的50，或开洞面积大于该层楼层面积的30，或较大的楼层错层，为楼板局部不连续。,竖向不规则包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。1）侧向刚度不规则,2）竖向抗侧力构件不连续 柱、剪力墙、支撑在某层中断，其内力由水平转换构件（梁、桁架）向下传递。,3）楼层承载力突变 结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80。,高层建筑中有个别项目超过上述不规则类型的指标，则此结构为不规则结构；若有多项超过不规则类型的指标，或某一项超过不规则指标过多，此结构为特别不规则；若有多个项目超过不规则的指标比较多，或某一项超过了严重不规则的上限，则为严重不规则。高层建筑允许采用不规则结构，但需采取计算和构造方面的有效措施，要尽可能避免特别不规则结构，不允许采用严重不规则结构。,2.9 设缝的规定,2.9.1 防震缝1）抗震设计时高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免 结构不规则，不设防震缝。2）钢筋混凝土框架房屋防震缝宽度，当高度不超过15m时为70mm；超过15m，6、7、8、9度分别每增加5m、4m、3m、2m，加宽20mm；框剪和剪力墙结构房屋的防震缝宽度，课分别采用框架结构防震缝宽度的70和50，但都不小于70mm。防震缝两侧结构类型不同时，按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。3）防震缝应沿房屋全高设置，地下室、基础可不设防震缝，但在防震缝处应加强构造和连接。,2.9.2 伸缩缝混凝土在硬化过程中会产生收缩，同时已建成的结构在温度变化时也会有热胀冷缩，这种变形受到约束时就在结构内部产生应力，甚至造成开裂。温度应力的危害在房屋的底部和顶部最明显，底部楼层的变形受基础的约束显著，而顶部楼层由于日照的直接作用，温度变化剧烈，温度应力较大。解决办法常用的有设置后浇带，宽度可采用700-1000mm，两侧留出钢筋头，待气温较低、收缩变形完成一定程度时采用搭接或焊接的方式连接，再浇注微膨胀混凝土。高层建筑结构伸缩缝的最大间距宜符合下表规定：,工程中避免设伸缩缝的措施1）顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化较大的部位 提高配筋率；2）顶层采用隔热措施，外墙设置外保温层；3）高层建筑在顶部设置双墙或双柱，做局部伸缩缝；4）采用收缩小的水泥，减小水泥用量，加入外加剂；5）提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力。,后浇带,后浇带宜设置在受力和变形较小的部位，间距宜为3060m，宽度宜为7001000mm。后浇带可做成平直缝，主筋不宜在后浇带中断开，如必须断开，则主筋搭接长度需满足45d，并按设计要求附加钢筋。,2.9.3 沉降缝高层建筑中常在主体结构周围设置数层的裙房，它们与主体结构高度、重量相差悬殊，会产生较大的沉降差。过去常采用设置沉降缝将结构从顶到基础整个断开，但此举的不利在于使地下室结构复杂，缝部位的防水不好处理，两侧结构在地震作用下易发生碰撞。目前常采用不设沉降缝的方法，将高低部分连成整体，最常用的方法是设后浇施工缝，在施工时将高低部分的结构暂时断开，待主体结构施工完毕，完成大部分沉降后再浇注连接部位的混凝土。,一、裙房的形态设计,1、裙房的功能 2、裙房的设计原则 层数不宜太多，36层为佳，留出消防车道 室外停车场，绿化3、布置方式 无裙房式 裙房式 独立式,裙房式裙房的布置方式,1、基座式裙房 2、台阶式裙房 3、渐变式裙房,裙房的形态设计,裙房的形态设计,裙房的形态设计,高层建筑的平面形式和形体塑造,二、标准层形态设计 1、点式2、板式3、组合式,三、形体塑造1、逐层收缩2、形体切削3、雕塑化,标准层形态设计,标准层形态设计,形体塑造,高层建筑的垂直交通设计和防火构造,一、高层建筑的垂直交通设计(一)电梯的类型与构成(二)电梯的设置(三)电梯与楼梯的布置关系二、高层建筑的防火问题(一)防火问题,(二)防、排烟问题(三)消防、疏散问题 1、合理布置疏散路线；2、合理布置疏散楼梯3、设置避难层或避难间4、走廊的宽度及采光要求应符合防火规范5、合理设置安全出口,1、高层建筑火灾的特点是，火势蔓延途径多，危害大；疏散困难，容易造成重大伤亡事故；如消防设施设计不够完善，则扑救困难；功能复杂，起火因素多。高层建筑防火设计，首先要从建筑总体规划入手，即合理布局，然后再进行妥善的平面布置。在平面设计中，应根据建筑物用途实行防火分区。,2、防火分区 防火分区包括水平和竖向两个方面。水平防火分区是指用防火材料将面积大的局层建筑在水平方向分隔成几个防火单元；竖向防火分区是指上、下层分别用具有足够耐火极限的楼板层进行防火分隔。,第三节 框架结构设计,一、框架结构概念设计,1)计算简图,2）节点简化现浇框架：梁柱节点简化为刚接节点；装配式框架：梁柱节点简化为铰接或半铰接；装配整体式框架：梁柱节点简化为刚接节点，但刚性不如现 浇式框架。框架支座现浇钢筋混凝土柱：按固定支座计算；预制钢筋混凝土柱：根据构造措施按固定支座和铰支座计算,3）框架结构分类（按施工方法分）全现浇式：板内钢筋伸入梁内锚固，梁纵筋伸入柱内锚固。半现浇式：梁柱现浇，楼板预制；或柱现浇，梁板预制。装配式：梁、板、柱均预制，连接采用焊接。装配整体式：梁、板、柱均预制，连接处钢筋绑扎或焊接，现场浇注混凝土形成框架节点。,4）跨度与高度的确定框架梁的跨度：取框架柱轴线间的距离；对于不等跨框架，当各跨跨度相差不大于10，可近似按等跨框架计算，简化后的跨度取原各跨跨度的平均值。层高(框架柱的长度)：本层楼面至上层楼面的高度。,框架结构承重方案,二、框架结构内力计算,内力计算方法主要有：弯矩分配法、无剪力分配法和迭代法(精确计算)。为简化计算，实际常用的方法有：分层法(竖向荷载作用)、反弯点法和D值法(水平荷载作用)。2.1 竖向荷载作用下的内力计算(分层法)1).力矩分配法回顾转动刚度、分配系数、传递系数的概念与计算。,基本假定：框架的侧移忽略不计;每层梁上的竖向荷载对本层梁及与本层梁相连的柱产生弯 矩与剪力。刚度修正：除底层柱外其它各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数；除底层传递系数为1/2外，其它各层柱的弯矩传递系数取1/3。将多层框架简化为单层框架来计算，即分层进行力矩分配计算。分层计算得出的梁的弯矩即为最终弯矩，但由于每个柱均属于上下两层，所以柱的最终弯矩为上下两层计算结果相加。,分层法计算步骤及要点,1.选择某榀框架作为计算单元,2.计算梁柱线刚度以及节点处分配系数 1）对于现浇框架，要考虑梁有效截面惯性矩的调整；2）柱端设为固定端；3）底层柱固定在基础顶面，可以视为固定端，其它层柱要 考虑到实际有柱端转动，故上层各柱线刚度乘以0.9修 正系数；4）梁和底层柱的传递系数按远端固定，取1/2；上层各柱 的传递系数取1/3。,3.统计各层梁上竖向荷载设计值，并计算梁的固端弯矩。4.按前面规定的分配系数和传递系数，采用力矩分配法对每一层框架分别进行计算。5.求得每层内力后，将同属于上下两层的柱弯矩值进行叠加，作为原框架该柱的最终弯矩，梁的弯矩仅属于本层，不需叠加。6.得到框架最终弯矩图后，根据节点静力平衡可求得梁跨中弯矩，支座剪力以及柱剪力和轴力。,例题,6层,5层,2-4层,1层,竖向荷载作用下框架内力计算另一种方法弯矩二次分配法其实质为简化的弯矩分配法。基本假定：节点不平衡弯矩只对与该节点相交的杆件远端有 影响，忽略它对其它杆件的影响。计算步骤：先对节点不平衡弯矩进行分配，再将弯矩向远端 传递，最后将远端节点的新不平衡弯矩进行第二 次分配，整个过程即结束。,2.2 水平荷载作用下内力计算(反弯点法与D值法),基本假定:各柱上下端没有角位移;除底层外,各柱上下端节点转角相等;忽略框架梁的轴向变形;适用范围:梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3。该方法的两个关键问题为：水平荷载在楼层各柱的分配 反弯点高度的确定。,反弯点高度反弯点高度为反弯点至柱下端的距离。对上层柱，假定各柱上下转角相等，则柱上下端弯矩相等，反弯点在柱中央，即对于底层柱，柱脚转角为零，而上端转角不为零，故反弯点向上端移动，假定：铰接：无约束作用，弯矩为零，自由转动；固接：约束作用强，弯矩很大，转角为零。,抗侧移刚度d侧移刚度系数d表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力，它与两端约束情况有关。由于梁的线刚度比柱的大，各柱端转角很小，可假定结点转角为零，可得：,柱端弯矩计算柱下端弯矩：柱上端弯矩：梁端弯矩计算,改进后的反弯点法D值法,反弯点法的缺陷：1)梁柱线刚度之比无穷大(实际情况中梁的线刚度可能小于 柱的线刚度,柱的侧向刚度不仅与柱的线刚度、层高有关，还与梁的线刚度有关)2)柱反弯点高度固定(柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上 下层横梁的线刚度比、上下层层高的变化等因素有关)D值法：对反弯点高度和柱的抗侧移刚度进行修正。,侧移刚度修正（修正后的侧移刚度用D表示）,根据转角位移方程：柱端弯矩:梁端弯矩：由节点A、B力矩平衡，可得,柱AB受到的剪力：,求得框架柱侧向刚度D后，可计算层间剪力分配给各柱：,反弯点高度修正,影响柱两端转角的因素：梁柱线刚度比、柱所在楼层、横梁线刚度比、上下层层高变化。,标准反弯点高比y0：可根据荷载方式，由n、j、K查表得出。上下层梁线刚度变化时修正系数y1：当取此时反弯点上移，y1取正值。若，取，此时反弯点下移，y1取负值。对于底层，不考虑y1修正值。,上下层层高变化时修正系数y2、y3：令，从表中可查出y2，当 1时，y2取正值,反弯点上移；当 1时，y3取负值,反弯点下移；当 1时，y3取正值，反弯点上移。对于最下层，不考虑y3修正值。,反弯点法和D值法的主要参数比较,3）水平荷载作用下侧移的计算,侧移计算：,框架结构在水平荷载作用下的侧移曲线表现为剪切型。梁柱弯曲引起的侧移为剪切型(主要变形)；柱轴向变形引起的侧移为弯曲型(次要变形)。,2.3 框架结构设计要点和方法,1.一般规定1)梁柱连接方式一般为刚接，个别节点可为铰接；2)梁柱中心线宜重合，框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下 对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内；当梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱 截面在该方向宽度的1/4，否则，可采取 增设梁水平加腋等措施。3)填充墙及隔墙宜选用轻质墙体；4)不应采用部分由砌体墙承重的混合结 构形式，楼梯、电梯间及局部出屋顶 的电梯机房、楼梯间、水箱间等应采 用框架承重，不应采用砌体墙承重。,2.构件截面选择(1)梁截面设计一般尺寸:h=(1/81/12)L,L为梁的跨度；框架主梁可放 宽至(1/101/18)L。悬臂梁h=(1/61/8)L。b=(1/21/3)h,且不应小于200mm。高宽比不宜大于4，净跨与截面高度比值不宜小于4。为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按(1/181/15)l估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。框架梁的截面形状常见的有：矩形、T型、L型、花篮型等。,(2)柱截面设计框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆形截面直径不宜小于350mm。高度与宽度的比值不宜大于3。常见的柱截面形状：方型、矩形、圆形等。轴压比：（避免柱脆性破坏）,柱截面尺寸可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。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；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（1318）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,非抗震,3.最不利内力组合,1）控制截面梁的控制截面：两端支座和跨中。柱的控制截面：上下端截面。注意：内力计算得到的弯矩与剪力是轴线处的内力，需换算成构件端截面的内力。,2）竖向荷载的最不利内力组合梁端截面：梁跨中截面：柱端截面：,3）活荷载的最不利位置（1）分跨计算组合法；（2）最不利荷载位置法；（3）分层组合法；（4）满布荷载法。,分跨计算法,计算跨中最大正弯矩的活荷载布置图,计算杆端最不利负弯矩的活荷载布置图,计算柱顶最不利内力的活荷载布置图,满布活荷载法,4.荷载组合,荷载规范：对于一般排架、框架结构，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2）由永久荷载效应控制的组合,G：永久荷载分项系数；,Qi：第i个可变荷载分项系 数，Q1是可变荷载Q1 的分项系数；,SGk：按永久荷载标准值Gk 计算的荷载效应值；,SQik：按可变荷载标准值Qik 计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载 效应中起控制作用者；,ci：可变荷载Qi的组合值系数；,5.弯矩调幅,弯矩调幅现浇框架：0.80.9；装配式框架：0.70.8。1)调幅只对竖向荷载作用下的内力进行，水平荷载作用下的弯矩不参与调幅。应先对竖向荷载作用下框架梁的弯矩进行调幅，再与水平荷载作用产生的框架梁弯矩进行组合。2）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弯矩设计值的一半。,