框架结构

◆本章主要内容#多层框架结构组成、布置#竖向荷载作用下框架内力计算#水平荷载作用下框架内力和侧移计算#内力组合和构件设计§2.1框架结构体系组成与布置用于多层建筑，高度≤60米一、多层框架结构组成1、组成：梁、柱、基础2、节点：梁、柱一般刚性连接；柱与基础一般固接框架结构刚性填充墙作用二、分类按材料分类：①钢框架②钢筋混凝土框架③组合结构按施工分类：①现浇式②装配式③装配整体式钢骨混凝土柱三、框架结构布置三、框架结构布置1、柱网布置要求：①生产工艺要求：内廊式、等跨式、对称不等跨式内廊式等跨式对称不等跨式旅馆横向柱列布置办公楼横向柱列布置要求：②建筑平面布置要求1、柱网布置要求：③使结构受力合理1、柱网布置要求：④使施工方便1、柱网布置纵向框架和横向框架分别承担作用在各自方向上的水平力竖向荷载则按楼盖结构布置的不同按不同方式传递2、承重框架布置平面结构：①纵向框架②横向框架2、承重框架布置按楼板（预制板或现浇板）竖向荷载传递路线不同有三种布置方案：①横向框架承重方案②纵向框架承重方案③纵横向框架承重方案①横向框架承重方案：横向框架主梁承重，纵向连系梁②纵向框架承重方案：纵向框架主梁承重，横向连系梁③纵横向框架承重方案：纵横向框架主梁承重3、变形缝伸缩缝、沉降缝、抗震缝尽可能三缝合一（1）伸缩缝（2）沉降缝（3）抗震缝3、变形缝四、框架梁、柱截面形状和尺寸1、截面形状①梁：矩形、T形、г形、花篮形预制板：矩形，T形、花篮形现浇板：T形、г形叠合梁：T形、梯形②柱：矩形、正方形、圆形、八角形等2、截面尺寸①梁A、主梁：梁高：h=(1/8~1/12)L（L：梁跨度）梁宽：b=(1/2~1/3)h且b≥1/2bc且b≥250mmB、连系梁：梁高：h=(1/12~1/15)L梁宽：b≥（1/4）h初步检查尺寸：A、计算竖向荷载B、将梁作为简支梁，计算支座剪力、跨中弯矩，乘以0.7的系数c、按单筋矩形截面计算纵向受力钢筋配筋率是否合理2、截面尺寸①梁②柱：柱高：h=(1/6~1/12)H（H：层高）柱宽：b=（1~2/3）hh≥400mm,b≥350mm,Ho/h4(Ho：柱净高）按轴压比初步估算柱尺寸：A、按框架柱负荷面积，估算柱轴力，并乘以1.2~1.4的系数B、按轴压比验算柱截面：A≥N/（λfc）2、截面尺寸3、梁截面惯性矩支座截面、跨中截面（考虑现浇楼板作用）中框架梁边框架梁现浇楼盖装配整体式楼盖装配式楼盖2.0Io1.5IoIo1.5Io1.2IoIo楼盖形式①计算矩形截面梁的惯性矩②乘以放大系数§2.2多层框架结构内力与侧移计算①横向框架②纵向框架③纵、横向框架一、多层框架结构计算简图1、计算单元一、多层框架结构计算简图1、计算单元以横向框架为例：2、计算简图A、约束条件梁、柱节点：①现浇式：刚接②装配式：铰接或半铰接③装配整体式：刚接支座：柱与基础一般为固定支座B、计算尺寸（跨度和计算高度）梁跨度：取框架柱轴线距离柱计算高度：建筑层高C、截面尺寸及几何参数（1）框架结构竖向荷载下计算简图：D、荷载2、计算简图（2）框架结构水平荷载下计算简图：D、荷载2、计算简图2、计算简图多层框架结构内力与侧移计算方法平面框架计算方法？近似计算方法：竖向荷载作用下内力：分层法、弯矩二次分配法水平荷载作用下内力和侧移：反弯点法、改进反弯点法（D值法）多层框架结构内力与侧移计算二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法1、基本计算假定（1）在竖向荷载作用下框架侧移忽略不计二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法1、基本计算假定（2）某层梁上竖向荷载仅对本楼层以及与本楼层相连的框架柱产生弯矩和剪力二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法=++=++二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法=++二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法2、计算步骤（1）画出原始计算简图，节点编号，求各杆件线刚度。（2）将原框架分为n个敞口框架。（约束？）（3）修正柱线刚度？计算各节点各杆端分配系数。)(iikikSS（4）求各敞口框架梁固端弯矩。（5）弯矩分配法在节点处进行弯矩分配和传递。（柱传递系数？）求得各敞口框架弯矩图。（6）将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。（6）将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。（7）节点弯矩不平衡，对不平衡弯矩作一次分配二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法2、计算步骤（1）画出原始计算简图，节点编号，求各杆件线刚度（2）将原框架分为n个敞口框架（3）计算各节点各杆端分配系数（修正柱线刚度？）（4）求各敞口框架梁固端弯矩（5）弯矩分配法在节点处进行弯矩分配和传递（柱传递系数？）（6）将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加。（7）节点弯矩不平衡，对不平衡弯矩作一次分配二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法2、计算步骤（8）取各梁柱为隔离体，由平衡关系求梁柱端剪力，作剪力图2、计算步骤（9）取各节点为隔离体，由平衡关系求各柱轴力，作轴力图二、竖向荷载作用下框架内力分析的近似方法——分层法3、对称性的利用（1）奇数跨（2）偶数跨解：分层法求解步骤如下：（1）将原框架分为3个敞口框架，除底层的各柱线刚度均乘以0.9（i=0.498×0.9=0.448)（2）用弯矩分配法计算敞口框架的杆端弯矩，利用对称性取半跨，底层柱弯矩传递系数取1/2，其余柱弯矩传递系数取1/3。q=32.8kN/mq=40.2kN/mi=0.498q=40.2kN/mi=0.471i=1q=40.2kN/mq=40.2kN/mq=32.8kN/m例题q=32.8kN/mi=1i=2i=0.448i=0.448下柱右梁0.6910.309右梁左梁下柱0.2570.2300.513-98.498.4-98.4-49.268.030.434.0-17.48.8-8.8-7.8-8.76.02.73.0-1.5-0.7-0.8116.5-8.50.8-108.0-41.233.133.111.0-2.8下柱右梁0.6910.309右梁左梁下柱0.2570.2300.513-98.498.4-98.4-49.268.030.434.0-17.48.8-8.8-7.8-8.76.02.73.0-1.5-0.7-0.8-8.50.8-108.0-41.233.111.0-2.8116.533.111.033.1108.08.52.8-41.2分层法弯矩分配（单位：kN/m)(a)顶层顶层弯矩图（kN/m)（3）将分层法所得各敞口框架弯矩图叠加，将节点不平衡弯矩作一次分配。得到最终弯矩图。（4）进一步求得剪力图和轴力图。例题求解步骤：三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算？三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算水平荷载下柱剪力图三、水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算水平荷载下柱弯矩图(一）反弯点法？(一）反弯点法1、基本假定（1）求时，假定柱上、下端不发生角位移。jkVcbii/（2）求yh时，假定除底层柱外各层柱上、下端转角相等。反弯点高度？（3）同层各节点水平位移相等。（4）求时，由节点平衡条件，按节点左右梁线刚度的比例分配。梁M1、基本假定(一）反弯点法2、计算步骤（1）画出计算简图，节点编号，求各杆件线刚度（2）求各柱剪力值jkVjkd剪力分配？2、计算步骤（2）求各柱剪力值jkVnjjjnnjFFFFV1212jcjkhid柱抗侧刚度为（由假定1）：（2）求各柱剪力值jkVjmkjkjudV12、计算步骤（2）求各柱剪力值jkVjmkjkjkjkVddV1mkjkjjdVu1jmkjkjudV1jkd剪力分配？由假定3：yh（3）求柱中反弯点高度（4）求各柱端弯矩（5）由节点平衡条件求梁端弯矩（6）取各梁柱为隔离体，由平衡关系求梁柱剪力，作剪力图（7）取各节点为隔离体，由平衡关系求各柱轴力，作轴力图(一）反弯点法2、计算步骤3、适用范围层数较少柱线刚度较小、梁线刚度较大梁柱线刚度比大于3（二）改进反弯点法（D值法）？为何改进？反弯点法误差？如何改进？两点修正1、修正的柱侧移刚度DdDcc（二）D值法——柱侧移刚度的修正系数212jcjkhid水平力作用下，假定：①柱AB及其上下相邻柱线刚度均为ic；②柱AB及其上下相邻柱层间位移均为；③柱AB及其相邻各杆件节点转角均为；④与柱AB相交横梁线刚度为i1i2i3i4。jujjkuVD（1）取标准层中间柱AB来分析，求DjBAABjkhMMVKKc2jjkuVDjBAABjkhMMVjjcjkuhiKKV2122dDc（1）取标准层中间柱AB来分析，求DKciiiiiK24321（2）底层柱JK来分析，求D1uVDJKKKc25.01hMMVKJJKJK1211225.0uhiKKVcJKdDcKciiiK221（二）D值法2、修正的柱反弯点高度反弯点偏向转角大的柱端影响因素：①侧向外荷载形式②梁柱线刚度比③结构总层数④该柱所在层次⑤柱上下梁线刚度比⑥上、下层层高变化（二）D值法2、修正的柱反弯点高度（1）标准反弯点高度比0y1y（2）上下梁线刚度比变化（3）上、下层层高变化2y3yh)yyyy(yh3210查附录11（二）D值法D值法计算步骤？柱层KcD∑DikV0y1y2y3yhbcMucM边柱4321y中柱框架柱剪力和柱端弯矩（二）D值法层边跨梁端弯矩、剪力llbMrbMbV中跨梁端弯矩、剪力llbMrbMbV4321柱轴力边柱N中柱N框架梁弯矩、剪力及柱轴力（三）水平荷载作用下框架侧移的近似计算（三）水平荷载作用下框架侧移的近似计算（1）总体剪切变形：由梁、柱弯曲变形引起（2）总体弯曲变形：由框架柱轴向变形引起一般不考虑轴向变形引起的侧移（三）水平荷载作用下框架侧移的近似计算1、侧移的近似计算只考虑梁柱弯曲变形引起的侧移mkjkjjkjkjDVDVu1层间水平位移自顶层向下逐层递增顶层总位移？层间水平位移n1iiuu（三）水平荷载作用下框架侧移的近似计算2、弹性层间位移角（多遇地震）的限值huee1、控制截面（1）梁：梁端支座截面梁跨中截面MM’VV’2''2)('bVMMbqgVV（2）柱：柱上端截面柱下端截面四、框架内力组合2、荷载效应组合四、框架内力组合例如：按承载能力极限状态设计时：（1）梁：梁端支座截面：梁跨中截面：maxMmaxMmaxVmaxM（2）柱：柱上、下端截面：VNMmax、及相应的MNmax及相应的MNmin及相应的四、框架内力组合3、最不利内力组合4、竖向活荷载最不利布置（1）逐层逐跨布置法（2）最不利荷载布置法（3）分层组合法（4）满布法：跨中弯矩乘以1.1~1.2的系数四、框架内力组合5、梁端弯矩调幅00BBAAMMMM四、框架内力组合目的：①控制塑性铰出现位置，形成强柱弱梁；②节点处施工方便；③装配式或装配整体式框架：梁端实际弯矩小于弹性计算值。措施：减小竖向荷载作用下梁端负弯矩：注意问题：①梁端支座负弯矩减小，内力重分布，跨中弯矩增加；②只对竖向荷载作用下弯矩调幅（水平荷载作用弯矩不参与）；③弯矩调幅在内力组合之前进行。5、梁端弯矩调幅四、框架内力组合1、梁①受弯构件②截面尺寸③材料：钢筋、混凝土2、柱①偏心受压构件②截面尺寸③材料：钢筋（纵筋对称配筋）、混凝土④柱计算长度：现浇楼盖、装配式楼盖五、框架结构构件设计柱计算长度五、框架结构构件设计柱计算长度五、框架结构构件设计3、框架节点的构造要求要求：（1）安全可靠、经济合理且便于施工（2）节点区材料强度：不低于柱子的混凝土强度等级（3）截面尺寸：尺寸过小而负筋配筋过高，发生核芯区混凝土斜向压碎相对受压区高度：五、框架结构构件设计（4）箍筋：@≤250mm且满足柱端箍筋要求；纵筋搭接范围内，@≤10d且200mm五、框架结构构件设计3、框架