第3章多层和高层框架结构.

研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计(第3章电子教案)混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章第3章多层和高层框架结构设计混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章本章重点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。混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章1~2层3~10层10层或28m§3.1概述房屋按高度和层数分类低层多层高层混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章优点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框架结构混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章缺点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。框架结构受力变形动画混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章§3.2结构布置方法3.2.1结构布置的一般原则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；混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章好差平面布置混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章好差竖向布置混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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。混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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。非抗震时使用横向布置横向承重混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章特点：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。纵向布置纵向承重混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章特点：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。双向布置双向承重混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章§3.3截面尺寸估算3.3.1框架梁0b181~81lhbb41~21hb…3-1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混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章lIEicb…3-3框架梁线刚度Ec——混凝土弹性模量；I——框架梁截面惯性矩，见表3.3.1；l——框架梁的跨度。式中：混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章表3.3.1框架梁惯性矩取值楼板类型边框架梁中框架梁现浇楼板I=1.5I0I=2.0I0装配整体式楼板I=1.2I0I=1.5I0装配式楼板I=I0I=I0注：I0为梁按矩形截面计算的惯性矩，。30121bhI混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章多层建筑：Hi——第i层层高；hc——柱截面高度；bc——柱截面宽度。iHb181~121ccc2~1bh框架柱的截面边长不宜小于250mm，圆柱的截面直径不宜小于350mm，剪跨比宜大于2截面的高宽比不宜大于3…3-5…3-43.3.2框架柱框架柱截面尺寸估算混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章高层建筑：N——柱中轴向力。Nv——柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向力设计值。可近似将楼面板沿柱轴线之间的中线划分，恒载和活载的分项系数均取1.25，或近似取12~14kN/m2进行计算。fc——混凝土轴心抗压强度设计值。0.1ccchbfNN=（1.1~1.2）Nv…3-6混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章Ec——混凝土弹性模量；I——框架柱截面惯性矩。框架柱线刚度iHIEicc…3-73cc121hbI…3-8混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章§3.4计算简图的确定计算单元的选取计算单元选取混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章计算简图实际结构l01l02计算简图混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章§3.5荷载计算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。0zszkww混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章§3.6内力计算3.6.1竖向荷载下的内力计算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。混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章现浇楼盖荷载传递示意图混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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。恒载一次布置活载分跨布置混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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。最不利荷载的布置混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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。qqqqqq分层布置法分跨布置法混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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1.1~1.2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下一章竖向荷载作用下的内力计算方法（1）分层法基本假定忽略垂直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。混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章根据以上假定，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。分层法计算示意图混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章注意事项：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。线刚度修正混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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；传递系数修正混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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；在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。基本步骤：绘出结构的计算简图，在每个节点上绘两个框；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；)('21iikikikii…3-921'ik混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（2）迭代法（不考虑框架侧移）计算荷载作用下各杆端产生的固端弯矩Mgik，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MFik，把它写在该节点的内框中；按下式计算每一杆件的近端转角弯矩M’ik，即ikigiikikMMM'''…3-10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。ikiM'混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章按下式计算每一杆端的最后弯矩值，即或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。''F2kiikikikMMMM)('''FkiikikikikMMMMM…3-11…3-12混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章系数法是UNIFORMBUILDINGCODE（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）系数法混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章`框架梁内力2unMl…3-13（1）弯矩式中，——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。nnl混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章`正弯矩端部无约束时：端部有约束时：负弯矩内支座两跨时：两跨以上时：内支座（板跨数在3跨和3跨以上，跨长不大于3.048m或柱刚度与梁刚度之比大于8的梁）：外支座：梁支承时：柱支承时：表3.6.1弯矩系数α表混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（2）剪力式中β——剪力系数，查下图。unVl…3-14框架梁剪力系数图混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章(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。梁端柱端MM21…3-15混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章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：=βM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；β——调幅系数，现浇框架：0.8~0.9装配式框架：0.7~0.8。'M'M混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩之半。如为均布荷载，则2161lqgM中竖向荷载产生的梁的弯矩应先调幅，再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。调幅后的跨中弯矩为：21RLCMMMMMMMMLMRΔM混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章3.6.2水平荷载作用下的内力近似计算方法反弯点法适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；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。混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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）。反弯点位置图混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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。3c12iiihEID…3-16Di2c6iihEI2c6iihEI3c12iiihEID混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。顶层因此各柱的剪力为：313133332313333333332323313133332310jDFDDDFΔDVΔDVΔDVFVVVX331333FDDVjjjj…3-17…3-18混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章第二层各柱的剪力为：2331222FFDDVjjjj…3-19混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章第一层各柱的剪力为：12331111FFFDDVjjjj…3-20混凝土结构设计第3章主页目录上一章帮助下一章（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：c2c1b