任务五 某多层框架结构设计
一、 概述 （一）钢筋混凝土高层建筑常用的结构体系 框架结构体系 剪力墙结构体系 框架－剪力墙结构体系
二、 多层房屋的结构类型 （二）结构组成及特点 框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。 框架结构平面布置和剖面示意图
按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。 内框架结构 底层框架砖房 二、 多层房屋的结构类型 多层房屋的结构类型有混合结构和框架结构。 框架结构的类型： 全框架结构 按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。 内框架结构 底层框架砖房
三、 多层房屋结构的荷载 作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。 恒荷载 恒荷载一般包括建筑结构自重，建筑装饰材料自重等，可查现行《建筑结构荷载规范》取用。 楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按《荷载规范》取用。应该指出，《荷载规范》规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。
三、 多层房屋结构的荷载 风荷载 当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值按下式计算，对于多、高层框架结构房屋，式中的计算参数应按规定 采用。 式中 ——基本风压值（kN/m2），是以当地比较空旷平坦地面上离 ——高度z处的风振系数； ——风压高度变化系数； ——风荷载体型系数。 地10m高处统计所得的50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值；
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。 民用建筑柱网布置
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 框架结构的承重方案 1）横向框架承重。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。 2）纵向框架承重。 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。 3）纵、横向框架承重。 房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 框架结构的承重方案
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 梁、柱截面尺寸 框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。 梁截面尺寸确定 框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等，按hb = (1/18~1/10)lb确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。主梁截面宽度可取bb = (1/3~1/2)hb，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 柱截面尺寸 柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心 柱截面尺寸可直接凭经验确定，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 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（12~14）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。 0.9～0.95≥ N / Ac fc N = 1.25Nv
四、 框架房屋的结构布置与计算简图 框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经 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。 梁截面惯性矩 在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为 框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍； 装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层 的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。 设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 1 弯矩二次分配法 具体计算步骤： 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 1 弯矩二次分配法 具体计算步骤： （1）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。 （2）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。 （3）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取1/2）。 （4）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。 至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。 （5）将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 2 分层法 竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定： 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 2 分层法 竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定： （1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响； （2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他 各层梁、柱内力的影响可忽略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的 荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 分层法计算要点 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 分层法计算要点 （1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。 （2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数0.9。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （一） 竖向荷载作用下内力近似计算 （3）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。 如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的传递系数改用1/3。 （4）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 适用范围：结构比较均匀，层数不多的多层框架； 梁、柱线刚度比 1、基本假定 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （二） 水平荷载作用下内力近似计算 1 反弯点法 适用范围：结构比较均匀，层数不多的多层框架； 梁、柱线刚度比 1、基本假定 （1）、确定各柱间的剪力分配时，认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大，各柱上下两端均不发生角位移； （2）、确定各柱的反弯点位置时，认为除底层以外的其余各层柱，受力后上下两端的转角相同； （3）、不考虑框架梁的轴向变形，同一层各节点水平位移相等。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 2、同层各柱剪力分配 第i层k根柱的侧移刚度： 层间水平力平衡方程：
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 第i层各柱柱端相对侧移均为 ，按照侧移刚度的定义： 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 1 弯矩二次分配法 第i层各柱柱端相对侧移均为 ，按照侧移刚度的定义： 各层的层间总剪力按各柱侧移刚度在该层侧移刚度所占比例分配到各柱。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 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。 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 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度： 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。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 4、框架梁柱内力 （1）、柱端弯矩 （2）、梁端弯矩
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （3）、梁端剪力 （4）、柱的轴力 节点左右梁端剪力之和即为柱的层间轴力。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 水平荷载作用下框架结构的内力和侧移可用结构力学方法计算，常用的近似算法有迭代法、反弯点法、D值法和门架法等。 2 D值法 （ 1）层间剪力在各柱间的分配 该式即为层间剪力Vi在各柱间的分配公式，它适用于整个框架结构 同层各柱之间的剪力分配。可见，每根柱分配到的剪力值与其侧向刚度 成比例。
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 框架第2层脱离体图 （2）框架柱的侧向刚度——D值：一般规则框架中的柱
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 称为柱的侧向刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的侧向刚度，而节点转动的大小则取决于梁对节点转动的约束程度。 ， 这表明梁线刚度越大，对节点的约束能力越强，节点转动越小，柱的侧向刚度越大。 现讨论底层柱的D值。 同理，当底层柱的下端为铰接时，可得
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 柱的反弯点高度yh 框架各柱的反弯点高度比y可用下式表示： y = yn + y1 + y2 + y3 五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 柱的反弯点高度yh 反弯点高度示意图 框架各柱的反弯点高度比y可用下式表示： 式中：yn表示标准反弯点高度比； y1表示上、下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值； y2、y3表示上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。 y = yn + y1 + y2 + y3
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算 （1）标准反弯点高度比yn。 yn是指规则框架的反弯点高度比。 标准反弯点位置简化求解
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算
五、 框架房屋的内力分析及侧移验算
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 1 内力组合 （1）控制截面及最不利内力 框架柱控制截面最不利内力组合一般有以下几种： 1 内力组合 （1）控制截面及最不利内力 框架柱控制截面最不利内力组合一般有以下几种： 1）|M|max及相应的N和V； 2）|N|max及相应的M和V； 3）Nmin及相应的M和V； 4）|V|max及相应的N。 这四组内力组合的前三组用来计算柱正截面受压承载力，以确定纵向 受力钢筋数量；第四组用以计算斜截面受剪承载力，以确定箍筋数量。
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 1.内力组合 1） 逐跨布置法 2） 最不利位置法 3） 满布法 对楼面活荷载标准值 不超过 的 （2）活荷载的布置 1） 逐跨布置法 2） 最不利位置法 3） 满布法 对楼面活荷载标准值 不超过 的 一般工业与民用多层 框架结构，满布荷载法的计算精度和安全度可以满足工程设计要求 ，为安全起见，满布法对跨中弯矩再乘以1.1～1.2的放大系数。 4）、水平荷载 水平荷载有风荷载和水平地震作用，水平荷载应考虑正反两个方向。 如果结构对称，风荷载和水平地震作用下的框架内力均为反对称。
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 1.内力组合 （3）荷载效应组合 对于高层框架结构，荷载效应组合的设计值应按下式确定： ——分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数， 当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；当可变荷载 效应起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0。
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 2.现浇框架的杆件截面设计要点 1)框架梁 框架梁是受弯构件，由内力组合求得控制截面的最不利弯矩和剪力 后，按正截面受弯承载力计算方法确定所需要的纵筋数量，按斜截 面受剪承载力计算方法确定所需的箍筋数量，再采取相应的构造措 施。 对于现浇框架，支座调幅系数取0.8～0.9；对于装配整体式框架， 其支座调幅系数取0.7～0.8。 2)框架柱 框架柱是偏心受压构件，通常采用对称配筋，确定柱中纵筋数量时， 应从内力组合中找出最不利的内力进行配筋计算。 框架柱除进行正截面受压承载力计算外，还应根据内力组合得到的 剪力值进行斜截面抗剪承载力计算，确定柱的箍筋配置。
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 2 现浇框架的杆件截面设计要点 柱的计算长度： （1）、一般多层房屋的钢筋混凝土框架结构各层柱段 2 现浇框架的杆件截面设计要点 柱的计算长度： （1）、一般多层房屋的钢筋混凝土框架结构各层柱段 当为现浇楼盖时： 底层柱段 其余各层柱段 当为装配式楼盖时： 底层柱段 （2）、具有非轻质隔墙的多层房屋，当为三跨及三跨以上或为两 跨且房屋的总宽度不小于房屋总高度1／3时，其各层框架柱段的计 算长度： 当为现浇楼盖时： 当为装配式楼盖时： （3）、按有侧移考虑的框架结构，当竖向荷载较小或竖向荷载大 部分作用在框架节点上或其附近时，各层柱段的计算长度应根据可 靠设计经验取用较上述规定更大的数值。 柱H为上、下两层楼盖顶面之间的距离。
六、 框架结构屋的内力组合与构件设计 3.现浇框架节点构造 1）现浇梁柱节点 1）现浇梁柱节点 梁柱节点处于剪压复合受力状态，为保证节点具有足够的受剪承载力，防止节点产生剪切脆性破坏，必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节点内的箍筋除应符合上述框架柱箍筋的构造要求外，其箍筋间距不宜大于250mm；对四边有梁与之相连的节点，可仅沿节点周边设置矩形箍筋。 2）装配整体式梁柱节点 装配整体式框架的节点设计是这种结构设计的关键环节。设计时应保证节点的整体性；应进行施工阶段和使用阶段的承载力计算；在保证结构整体受力性能的前提下，连接形式力求简单，传力直接，受力明确；应安装方便，误差易于调整，并且安装后能较早承受荷载，以便于上部结构的继续施工。