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1、 第十三章第十三章 多层钢筋混凝土框架结构多层钢筋混凝土框架结构第一节第一节 结构布置与计算简图结构布置与计算简图第二节第二节 竖向荷载作用下内力的近似计算竖向荷载作用下内力的近似计算分分层法层法第三节第三节 水平荷载作用下内力的近似计算水平荷载作用下内力的近似计算 反弯点法反弯点法和和D值法值法第四节第四节 水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算第五节第五节 框架的荷载组合和内力组合框架的荷载组合和内力组合第六节第六节 框架梁柱的截面配筋框架梁柱的截面配筋第七节第七节 现浇框架的一般构造要求现浇框架的一般构造要求第一节第一节 结构布置与计算简图结构布置与计算简图一、柱网布置
2、一、柱网布置 二、承重框架的布置二、承重框架的布置三、结构布置要求三、结构布置要求四、截面尺寸的确定四、截面尺寸的确定五、结构计算简图五、结构计算简图 一、一、柱网布置柱网布置v架架框框结结构构的的柱柱网网布布置置既既要要满满足足生生产产工工艺艺和和建建筑筑平平面面布布置置的的要要求，又要使结构受力合理，施工方便。求，又要使结构受力合理，施工方便。1、柱网布置应满足使用要求、柱网布置应满足使用要求 在在多多层层工工业业厂厂房房设设计计中中，柱柱网网布布置置方方式式可可分分为为内内廊廊式式、跨跨度度组合式（等跨式、对称不等跨式）组合式（等跨式、对称不等跨式）等。等。v 内内廊廊式式柱柱网网常常为
3、为对对称称三三跨跨，边边跨跨跨跨度度(房房间间进进深深)常常为为6、6.6、6.9、7.5、9、12m，中中间间跨跨为为走走廊廊跨跨度度常常为为2.4m，2.7m、3.0m。v 等跨式柱网适用于厂房、仓库、商店，其进深常为等跨式柱网适用于厂房、仓库、商店，其进深常为6m，7.5m、9m、12m等，柱距常为等，柱距常为6m。v 对称不等跨柱网常用于建筑平面宽度较大的厂房，常用的对称不等跨柱网常用于建筑平面宽度较大的厂房，常用的 柱网有柱网有(5.8+6.2+6.2+5.8)6.0m、(7.5+7.5+12.0+7.5+7.5)6.0m，(8.0+12.0+8.0)6.0m。2、柱网布置应满足建筑
4、平面布置的要求、柱网布置应满足建筑平面布置的要求v 在旅馆、办公楼等民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙在旅馆、办公楼等民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙 布置相协调。布置相协调。v 四行柱三跨框架（四行柱三跨框架（15m15m左右）；左右）；v 三行柱两跨框架（三行柱两跨框架（10m10m左右）；左右）；v 开间开间3.3m4.5m3.3m4.5m。3 3、柱网布置要使结构受力合理、柱网布置要使结构受力合理v 跨度均匀或边跨略小时较合理；跨度均匀或边跨略小时较合理；v 三跨框架比两跨框架内力小，较合理。三跨框架比两跨框架内力小，较合理。4 4、柱网布置应使施工方便、柱网布置应使施工方便（对于装
5、配式结构）（对于装配式结构）v 构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装，运输条件；构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装，运输条件；v 构件尺寸的模数化，标准化，以满足工业化生产的要求。构件尺寸的模数化，标准化，以满足工业化生产的要求。现现浇浇框框架架结结构构可可不不受受建建筑筑模模数数和和构构件件标标准准的的限限制制，但但在在结结构构布布置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。1横向框架承重方案横向框架承重方案v 横横向向框框架架承承重重方方案案是是在在横横向向上上布布置置框框架架主主梁梁而而在在纵纵向向 上布置连系梁；上布置连系梁；v 有利于
6、提高建筑物的横向抗侧刚度；有利于提高建筑物的横向抗侧刚度；v 纵纵向向布布置置较较小小的的连连系系梁梁。这这也也有有利利于于房房屋屋室室内内的的采采光光与通风。与通风。2纵向框架承重方案纵向框架承重方案v纵纵向向框框架架承承重重方方案案是是在在纵纵向向上上布布置置框框架架主主梁梁，在在横横向向上上布置连系梁。布置连系梁。v横梁高度较小，有利于设备管线的穿行；横梁高度较小，有利于设备管线的穿行；v可获得较高的室内净高；可获得较高的室内净高；v可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降；可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降；v房屋的横向刚度较差；房屋的横向刚度较差；v进深尺寸受预制板长度的限
7、制。进深尺寸受预制板长度的限制。3 3纵横向框架混合承重方案纵横向框架混合承重方案v纵纵横横向向框框架架混混合合承承重重方方案案是是在在两两个个方方向向上上均均需需布布置置框框架架主梁以承受楼面荷载。主梁以承受楼面荷载。v纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能；纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能；v框框架架柱柱均均为为双双向向偏偏心心受受压压构构件件，为为空空间间受受力力体体系系，因因此此也称为空间框架。也称为空间框架。4 4、结构应受力明确，构造简单；、结构应受力明确，构造简单；5 5、框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合、框架结构按抗震设计时，不应采用部分由
8、砌体墙承重之混合 形式；形式；6 6、电梯井贴梁柱布置，不得独立；、电梯井贴梁柱布置，不得独立；7 7、填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；、填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；8 8、现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级、现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级 设计时，不应低于设计时，不应低于C30C30；按二四级和非抗震设计时，不应；按二四级和非抗震设计时，不应 低于低于C20C20；9 9、现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于、现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40C40；框架柱的混凝；框架柱的混凝 土强度等级，抗震设防烈度为土强度等级，抗震设防烈度为9 9
9、度时不宜大于度时不宜大于C60C60，抗震设防，抗震设防 烈度为烈度为8 8度时不宜大于度时不宜大于C70C70；1010、抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时，、抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。四、截面尺寸的确定四、截面尺寸的确定(一一)框架梁的截面尺寸框架梁的截面尺寸(二二)框架柱的截面尺寸框架柱的截面尺寸（三）（三）楼盖结构尺寸楼盖结构尺寸(二二)框架柱的截面尺寸框架柱的截面尺寸1 1、最小构造尺寸、最小构造尺寸矩形截面柱：矩形截面柱：hc/bc33；抗抗 震震 设设
10、 计计 时时，bc300mm300mm；非非 抗抗 震震 设设 计计 时时，bc250mm250mm；bc c(1/151/20)(1/151/20)h；hc400mm400mm。hc c(1/151/20)(1/151/20)h（h为层高）。为层高）。圆形截面柱：圆形截面柱：dc350mm350mm。2、满足轴压比限制、满足轴压比限制v轴压比轴压比：N N=N/(Acfc)N N 3避免出现短柱避免出现短柱vHc0/hc44式中式中:Hc0柱的净高。柱的净高。当当柱柱的的净净高高与与柱柱截截面面长长边边(高高度度)之之比比小小于于4 4时时(Hc0/hc4)4),容容易发生剪切破坏易发生剪切
11、破坏.4满足抗剪承载力的要求满足抗剪承载力的要求无地震作用组合时：无地震作用组合时：V0.250.25cfcbh0有地震作用组合时：有地震作用组合时：V(0.20(0.20cfcbh0)/)/REREc混凝土强度影响系数；混凝土强度影响系数；RERE截面承载力抗震调整系数。截面承载力抗震调整系数。（三）（三）楼盖结构尺寸楼盖结构尺寸u楼盖结构尺寸初估楼盖结构尺寸初估（1）梁截面尺寸估计：）梁截面尺寸估计：v梁截面高度与跨度之比，可参见表梁截面高度与跨度之比，可参见表1-71-7。v梁梁截截面面宽宽度度与与高高度度之之比比一一般般为为1 12 21 14 4，且且至至少少比比柱柱宽小宽小50mm
12、50mm。v特殊情况下也可设计宽扁梁，扁梁的宽度不宜大于柱宽。特殊情况下也可设计宽扁梁，扁梁的宽度不宜大于柱宽。()板厚的估计板厚的估计：u楼楼板板厚厚可可按按1-81-8选选用用。单单向向板板的的最最小小厚厚度度要要求求为为：屋屋面面板板和和民民用用建建筑筑的的楼楼面面板板6060；工工业业建建筑筑的的楼楼面面板板7070。五、结构计算简图五、结构计算简图 1.计算单元的确定计算单元的确定2.节点的简化节点的简化3.跨度与层高的确定跨度与层高的确定4.构件截面弯曲刚度的计算构件截面弯曲刚度的计算5.荷载计算荷载计算1.计算单元的确定计算单元的确定横向框架横向框架：一一般取中般取中间间有代有代
13、表性的一榀表性的一榀进进行分析即可行分析即可；纵纵向框架向框架：作作用于用于纵纵向框架向框架上的荷上的荷载则载则各各不相同，必要不相同，必要时应时应分分别进别进行行计计算。算。2.节点的简化节点的简化（1 1）梁柱节点可简化为梁柱节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点刚接节点、铰接节点和半铰节点：现浇钢筋混凝土框架现浇钢筋混凝土框架刚接节点；刚接节点；装装配配式式框框架架铰铰接接节节点点或或半半铰铰节节点点（预预埋埋钢钢板板在在其其自自身身平平面面外外的的刚刚度度很很小小，难难以以保保证证结结构构受受力力后后梁梁柱柱间间没有相没有相对转动对转动）；）；装装配配整整体体式式框框架架刚刚接接节节
14、点点（这这种种节节点点的的刚刚性性不不如如现现浇浇式式框框架架好好，节节点点处处梁梁端端的的实实际际负负弯弯矩矩要要小小于于计计算算值值）。（2 2）框架柱脚支座可分为框架柱脚支座可分为固定支座和铰支座：固定支座和铰支座：现浇钢筋混凝土柱现浇钢筋混凝土柱固定支座；固定支座；预预制制柱柱杯杯形形基基础础视视构构造造措措施施不不同同分分别别简简化化为为固固定定支座和铰支座。支座和铰支座。3.跨度与层高的确定跨度与层高的确定v跨跨度度即即取取柱柱子子轴轴线线之之间间的的距距离离（当当上上下下层层柱柱截截面面尺尺寸寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定）；变化时，一般以最小截面的形心线来确定）；v层层
15、高高(框框架架柱柱的的长长度度)即即为为相相应应的的建建筑筑层层高高，而而底底层层柱柱的长度则应从基础顶面算起的长度则应从基础顶面算起。v为了简化计算，还可作如下规定：为了简化计算，还可作如下规定：(1)(1)当当框框架架横横梁梁为为坡坡度度i1/8i1/8的的斜斜梁梁时时，可可简简化化为为水水平平直直杆。杆。(2)(2)对对于于不不等等跨跨的的框框架架；当当各各跨跨跨跨度度相相差差不不大大于于1010时时，可可简简化化为为等等跨跨框框架架，计计算算跨跨度度取取原原框框架架各各跨跨跨跨度度的的平平均值。均值。4构件截面弯曲刚度的计算构件截面弯曲刚度的计算v对现浇楼盖对现浇楼盖,中框架取中框架取
16、I=2II=2I0 0，边框架取，边框架取I=1.5II=1.5I0 0；v对装配整体式楼盖，中框架取对装配整体式楼盖，中框架取I=1.5II=1.5I0 0，边框架取，边框架取I=1.2II=1.2I0 0；这里；这里I I0 0为矩形截面梁的截面惯性矩。为矩形截面梁的截面惯性矩。v对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I I。第二节第二节多层多跨框架在竖向荷载作多层多跨框架在竖向荷载作用下内力的近似计算用下内力的近似计算分层法分层法一、一、计算假定计算假定二、二、计算单元选取计算单元选取三、三、计算结果处理计算结果处理一、计算假定一、计算假定1 1、不考虑结构
17、的侧移；、不考虑结构的侧移；2 2、每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计：本单元上梁、每层梁上的荷载对其它层梁的影响不计：本单元上梁弯距不在其它单元上进行分配计传递弯距不在其它单元上进行分配计传递；3 3、活荷载一般按满布考虑，不进行各种不利布置的计算；、活荷载一般按满布考虑，不进行各种不利布置的计算；4 4、除底层外，其它各层柱的线刚度乘以折减系数、除底层外，其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9，传，传递系数取递系数取1/3。二、计算单元选取二、计算单元选取v每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元，每层框架梁连同上下层柱作为基本计算单元，柱远端按固定端考柱远端按固定端考虑。虑。第三节第三节 多
18、层多跨框架在水平荷载作用多层多跨框架在水平荷载作用下内力下内力的近似计算的近似计算反弯点法和反弯点法和D值法值法（一）（一）反弯点法反弯点法（二二）D 值法值法（一）（一）反弯点法反弯点法一、基本假定一、基本假定二、反弯点高度二、反弯点高度三、侧移刚度三、侧移刚度四、计算步骤四、计算步骤五、反弯点法的适用条件五、反弯点法的适用条件一、一、基本假定基本假定1.1.梁柱线刚度比较大梁柱线刚度比较大(i ib b/i/ic c3 3）时，节点转角很小，可）时，节点转角很小，可忽略不计，即忽略不计，即0。2.2.不考虑柱子的轴向变形，故同层各节点水平位移相等。不考虑柱子的轴向变形，故同层各节点水平位移
19、相等。3.3.底层柱与基础固接，线位移与角位移均为底层柱与基础固接，线位移与角位移均为0 0。二、反弯点高度二、反弯点高度1.1.反弯点高度反弯点高度y y是指反弯点至柱下端的距离。是指反弯点至柱下端的距离。2.2.对于上层各柱，假定反弯点在柱中点。即对于上层各柱，假定反弯点在柱中点。即y yi=h=hi/2/2(i=2,3,=2,3,n),n)；3.3.对于底层柱，由于底端固定而上端有转角，反弯点向对于底层柱，由于底端固定而上端有转角，反弯点向上移，通常假定反弯点在距底端上移，通常假定反弯点在距底端2h2h1 13 3处处(y(y1 1=h=h1 1/2)/2)。三、柱的侧移刚度三、柱的侧移
20、刚度 Dv侧移刚度侧移刚度D D 柱上下柱上下两端相对有单位侧移两端相对有单位侧移（=1）时柱中产生的剪时柱中产生的剪力，力，D=V/=12ic/h2。v当梁的线刚度比柱的线当梁的线刚度比柱的线刚度大得多时刚度大得多时(如如ib/ic3)3)，可近似认为结点转，可近似认为结点转角均为零。柱的剪力与角均为零。柱的剪力与水平位移的关系为水平位移的关系为 四、计算步骤四、计算步骤1.1.确定柱反弯点高度确定柱反弯点高度2.2.计算柱反弯点处的剪力计算柱反弯点处的剪力3.3.计算柱端弯矩计算柱端弯矩4.计算梁端弯矩计算梁端弯矩5.求其它内力求其它内力 2.2.计算柱反弯点处的剪力计算柱反弯点处的剪力v
21、求出任一楼层的层总剪力，在该楼层各柱之间的分配。求出任一楼层的层总剪力，在该楼层各柱之间的分配。（1 1）框架的层间总剪力）框架的层间总剪力Vpj 设设框架框架结结构共有构共有n n层层，外荷，外荷载载（F Fi）在第）在第j j层产层产生的生的层间层间总总剪力剪力Vpj为为：式中式中 Fi作用在框架第作用在框架第i层节点处的水平力。层节点处的水平力。（2 2）层间总剪力）层间总剪力Vpj在同层各柱间的分配在同层各柱间的分配v设设框框架架共共有有n n层层，第第j j层层内内有有m m个个柱柱子子，各各柱柱剪剪力力为为V Vjljl、V Vj2j2、V Vjiji，根据层剪力平衡的条件有：，根
22、据层剪力平衡的条件有：式中：式中：Vji第第j层第层第i柱所承受的剪力；柱所承受的剪力；m第第j层内的柱子数：层内的柱子数：dji第第j层第层第i柱的侧移刚度；柱的侧移刚度；VPj第第j层的层剪力。层的层剪力。3.计算柱端弯矩计算柱端弯矩v 各柱端弯矩由该柱剪力和反弯点高度计算。各柱端弯矩由该柱剪力和反弯点高度计算。v 上部各层柱：上下端的弯矩相等，即：上部各层柱：上下端的弯矩相等，即：Mji上上=Mji下下=Vjihj/2 2 （j=2,3,j=2,3,n,n；i=1,2,i=1,2,m,m）v 底层柱：上端弯矩底层柱：上端弯矩 M1 1i上上=V1 1ih1 1/3 3 下端弯矩下端弯矩
23、M1 1i下下=2=2V1 1ih1 1/3 3 （i=1,2,i=1,2,m,m）4.计算梁端弯矩计算梁端弯矩v 梁端弯矩可由节点平衡条件和变形协调条件求得。梁端弯矩可由节点平衡条件和变形协调条件求得。（1 1）边节边节点点:Mj=Mj上上+Mj下下（2）中间节点：）中间节点：5.5.求其它内力求其它内力1.1.由梁两端的弯矩，根据梁的平衡条件，可求出梁的剪力；由梁两端的弯矩，根据梁的平衡条件，可求出梁的剪力；2.2.由梁的剪力，根据结点的平衡条件，可求出柱的轴力。由梁的剪力，根据结点的平衡条件，可求出柱的轴力。n小结小结：归纳起来，反弯点法的计算步骤如下：归纳起来，反弯点法的计算步骤如下：
24、(1)(1)多多层层多多跨跨框框架架在在水水平平荷荷载载作作用用下下，当当(ib bic c3)3)时时，可可采采用反弯点法计算杆件内力。用反弯点法计算杆件内力。(2)(2)计计算算各各柱柱侧侧移移刚刚度度；并并按按柱柱侧侧移移刚刚度度把把层层间间总总剪剪力力分分配配到到每个柱。每个柱。(3)(3)根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。根据各柱分配到的剪力及反弯点位置，计算柱端弯矩。(4)(4)根据结点平衡条件和变形协调条件计算梁端弯矩。根据结点平衡条件和变形协调条件计算梁端弯矩。五、反弯点法的适用条件五、反弯点法的适用条件 1.1.梁柱线刚度之比值大于梁柱线刚度之比值大于3(3(i
25、b bic c3)3)；2.2.各各层层结结构构比比较较均均匀匀（求求D D时时两两端端固固定定，反反弯弯点点在在柱柱中中点点）。对对于于层层数数不不多多的的框框架架，误误差差不不会会很很大大。但但对对于于高高层层框框架架，由由于于柱柱截截面面加加大大，梁梁柱柱相相对对线线刚刚度度比比值值相相应应减减小小，反弯点法的反弯点法的误误差差较较大。大。（二）（二）D 值法值法v 反反弯弯点点法法在在考考虑虑柱柱侧侧移移刚刚度度d d时时，假假设设横横梁梁的的线线刚刚度度无无穷穷大大（结结点点转转角角为为0 0），对对于于层层数数较较多多的的框框架架，梁梁柱柱相相对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反
26、而比梁大；对线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大；v 反反弯弯点点法法计计算算反反弯弯点点高高度度y y时时，假假设设柱柱上上下下结结点点转转角角相相等，等，这样误差也较大；这样误差也较大；v 19331933年年日日本本武武藤藤清清提提出出了了修修正正柱柱的的侧侧移移刚刚度度和和调调整整反反弯弯点点高高度度的的方方法法。修修正正后后的的柱柱侧侧移移刚刚度度用用D D表表示示，故称为故称为D D值法。值法。v D D值值法法也也要要解解决决两两个个主主要要问问题题：确确定定柱柱侧侧移移刚刚度度和和反反弯弯点高度。点高度。一、修正后柱侧移刚度一、修正后柱侧移刚度D值的计算值的计算二、柱反
27、弯点处的剪力二、柱反弯点处的剪力三、确定柱反弯点高度比三、确定柱反弯点高度比.0第四节第四节 水平荷载作用下水平荷载作用下侧移的近似计算侧移的近似计算侧移分类侧移分类框架的变形特点框架的变形特点框架变形的计算框架变形的计算侧移分类侧移分类v一一根根悬悬臂臂柱柱在在均均布布荷荷载载作作用用下下，由由弯弯矩矩作作用用和和剪剪力力作作用引起的变形曲线形状不同。用引起的变形曲线形状不同。1.1.由由剪剪力力引引起起的的变变形形剪剪切切型型：愈愈到到底底层层，相相邻邻两两点点间的相对变形愈大，当间的相对变形愈大，当q q向右时，曲线凹向左。向右时，曲线凹向左。2.2.由由弯弯矩矩引引起起的的变变形形弯弯
28、曲曲型型：愈愈到到顶顶层层，相相邻邻两两点点间的相对变形愈大，当间的相对变形愈大，当q q向右时，曲线凹向右。向右时，曲线凹向右。框架的变形特点框架的变形特点1.1.梁柱杆件弯曲产生的侧移，与悬臂柱剪切变形的曲线梁柱杆件弯曲产生的侧移，与悬臂柱剪切变形的曲线形状相似形状相似称为剪切型变形曲线。称为剪切型变形曲线。2.2.柱柱轴轴向向变变形形成的形形成的侧侧移曲移曲线线，与，与悬悬臂柱弯曲臂柱弯曲变变形形状形形状相似相似称称为为弯曲型弯曲型变变形曲形曲线线。v框架的总变形由剪切变形和弯曲变形两部分组成；框架的总变形由剪切变形和弯曲变形两部分组成；v在在层层数数不不多多的的框框架架中中，柱柱轴轴向
29、向变变形形引引起起的的侧侧移移很很小小，常可忽略；常可忽略；v在在高高度度较较大大的的框框架架中中，柱柱轴轴向向力力加加大大，柱柱轴轴向向变变形形引引起的侧移不能忽略；起的侧移不能忽略；v二者叠加以后的侧移曲线仍以剪切型为主。二者叠加以后的侧移曲线仍以剪切型为主。框架变形的计算框架变形的计算u梁柱弯曲变形产生的侧移梁柱弯曲变形产生的侧移 用用D D值法计算侧移值法计算侧移 v已已知知框框架架结结构构第第j j层层所所有有柱柱的的D Dij值值及及层层剪剪力力V Vpj后后，可可得近似计算层间侧移的公式：得近似计算层间侧移的公式：v各各层层侧侧移移绝绝对对值值是是该该层层以以下下各各层层层层间间侧侧移移之之和和。顶顶点侧移即所有层点侧移即所有层(n(n层层)层间侧移之总和层间侧移之总和。柱轴向变形产生的侧移柱轴向变形产生的侧移 v一一般般当当H H50m50m，或或H/BH/B4 4时时，要要计计算算柱柱轴轴向向变变形形产产生生的侧移。的侧移。v一一般般框框架架在在水水平平荷荷载载作作用用下下，只只有有两两根根边边柱柱轴轴力力(一一拉一拉一压压)较较大，中柱大，中柱轴轴力很小。力很小。