1、第十二章第十二章 多層框架結多層框架結構房屋構房屋本章提要本章提要 ： 本章簡要介紹多高層建筑的概念、結構體系及其本章簡要介紹多高層建筑的概念、結構體系及其適用范圍，敘述框架結構房屋的結構布置原則、結構適用范圍，敘述框架結構房屋的結構布置原則、結構布置方案和結構計算簡圖確定，重點敘述框架結構在布置方案和結構計算簡圖確定，重點敘述框架結構在豎向荷載和水平力作用下的內力及側移近似計算方法，豎向荷載和水平力作用下的內力及側移近似計算方法，并對框架結構的內力組合、截面設計及節點構造作簡并對框架結構的內力組合、截面設計及節點構造作簡要介紹，同時附有框架結構房屋的結構設計實例。要介紹，同時附有框架結構房屋

2、的結構設計實例。 第一節第一節 多高層建筑結構體系簡介多高層建筑結構體系簡介 第二節第二節 框架結構房屋的結構布置框架結構房屋的結構布置 第三節第三節 框架桿件的截面尺寸和計算簡圖框架桿件的截面尺寸和計算簡圖 第四節第四節 豎向荷載作用下的內力近似計算豎向荷載作用下的內力近似計算 第五節第五節 水平力作用下的內力近似計算水平力作用下的內力近似計算 第六節第六節 框架結構側移的近似計算及限值框架結構側移的近似計算及限值 第七節第七節 框架結構的內力組合與截面設計要點框架結構的內力組合與截面設計要點第八節第八節 現澆框架結構的節點現澆框架結構的節點構造構造第一節第一節 多高層建筑結構體系簡介多高層

3、建筑結構體系簡介 一、多高層建筑的概念一、多高層建筑的概念 1. 多高層建筑的多高層建筑的定義定義 高層建筑混凝土結構技術規程高層建筑混凝土結構技術規程（jgj3-2010（簡稱（簡稱高規高規）規定：）規定： 10層及層及10層以上或房屋高度大于層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑的住宅建筑和房屋高度大于和房屋高度大于24m的其他民用建筑物，稱為的其他民用建筑物，稱為高層建高層建筑筑。否則，稱為多層建筑。否則，稱為多層建筑。 房房屋高度屋高度：自室外地面至房屋主要屋面的高度，：自室外地面至房屋主要屋面的高度，不包括突出屋面的電梯機房、水箱及構架等高不包括突出屋面的電梯機房、水箱及構架等高度。度

4、。 2. 高層建筑的高層建筑的特點特點節約用地；節約用地；減少市政基礎設施投資；減少市政基礎設施投資；美化城市環境；美化城市環境； 工程造價高；工程造價高；結構在水平力作用下的內力和側移大；結構在水平力作用下的內力和側移大；技術水平要求高。技術水平要求高。 二、多高層建筑的結構體系二、多高層建筑的結構體系 1.框架結構體系框架結構體系 1）組成）組成 以以梁和柱為主要承重構件組成的結構體系。梁和柱為主要承重構件組成的結構體系。 2）分類）分類 按按施工方法不同，分為現澆框架、預制框架和裝配整體施工方法不同，分為現澆框架、預制框架和裝配整體式框式框架。架。 3）特點）特點 建建筑平面布置靈活，便

5、于設置大空間的房間；結構抗側筑平面布置靈活，便于設置大空間的房間；結構抗側剛度小，水平力作用下的變形大。剛度小，水平力作用下的變形大。 4）適用建筑）適用建筑 辦辦公樓、醫院、學校等多層建筑及高度不大的高層建筑。公樓、醫院、學校等多層建筑及高度不大的高層建筑。 2.剪力墻結構體系剪力墻結構體系 1）組成）組成 由由縱、橫向鋼筋混凝土剪力墻組成的結構體縱、橫向鋼筋混凝土剪力墻組成的結構體系。系。 2）特點）特點 剛剛度大、承載力高、整體性較好；在水平力作用下的側度大、承載力高、整體性較好；在水平力作用下的側向變形較小，抗震性能好；平面布置不夠靈活；結構自重較大。向變形較小，抗震性能好；平面布置不

6、夠靈活；結構自重較大。 3）適用建筑）適用建筑 住住宅、旅館等開間較小的高層建筑。宅、旅館等開間較小的高層建筑。3.框架框架剪力墻結構體系剪力墻結構體系 1）組成組成 在在框架結構中布置一定數量的剪力墻所組成的結構體框架結構中布置一定數量的剪力墻所組成的結構體系。系。 2）特點）特點 具具有框架結構和剪力墻結構共同的特點。有框架結構和剪力墻結構共同的特點。 3）適用建筑）適用建筑 公公共建筑和辦公樓等建筑中得到廣泛應用。共建筑和辦公樓等建筑中得到廣泛應用。 4.板柱板柱-剪力墻結構體系剪力墻結構體系 由由無梁樓蓋和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受豎向和無梁樓蓋和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受

7、豎向和水平作用的結構。水平作用的結構。 5.筒體結構體系筒體結構體系 1）組成）組成 由由豎向筒體為主組成的結構體系。豎向筒體為主組成的結構體系。 2）特點特點 空空間受力性能好；承載力和剛度大；抗彎、抗扭性能良間受力性能好；承載力和剛度大；抗彎、抗扭性能良好。好。 3）分類）分類 框架框架核心筒核心筒結構結構 筒中筒筒中筒結構結構 成束筒成束筒 6.巨型結構體系巨型結構體系 由由若干個若干個“巨大巨大”的豎向的豎向支撐支撐結構（結構（如組合柱、角筒體等如組合柱、角筒體等）作）作為柱并為柱并與梁式或桁架式轉換與梁式或桁架式轉換樓層樓層結合形結合形成的結構體成的結構體系。系。 三、高層建筑結構的

8、適用高度和高寬比三、高層建筑結構的適用高度和高寬比 1.高層建筑的高層建筑的最大適用高度最大適用高度 a級高度級高度：指符合表：指符合表12-1最大適用高度的高層建筑，最大適用高度的高層建筑，工程常用。工程常用。 b級高度級高度：超過：超過a級高度的框架級高度的框架-剪力墻、剪力墻及剪力墻、剪力墻及筒體結構。其高度不應超過表筒體結構。其高度不應超過表12-2規定，并應采取更規定，并應采取更加嚴格的計算和構造措施。加嚴格的計算和構造措施。 2. 高層建筑的高層建筑的高寬比高寬比h/b 為為對結構剛度、整體穩定、承載能力及經濟合理對結構剛度、整體穩定、承載能力及經濟合理性進行宏觀控制，其高寬比不宜

9、超過表性進行宏觀控制，其高寬比不宜超過表12-3的規的規定。定。一、布置原則一、布置原則 1）房屋的開間與進深）房屋的開間與進深尺寸尺寸應盡可能應盡可能統一統一，以減少構，以減少構件的類型和規格，方便設計和施工。件的類型和規格，方便設計和施工。 2）房屋的）房屋的平面平面布置應盡可能布置應盡可能規則、對稱規則、對稱，使結構傳，使結構傳力直接、受力明確。力直接、受力明確。 3）房屋的）房屋的豎向豎向布置應力求布置應力求體形簡單體形簡單，使結構剛度沿，使結構剛度沿高度分布均勻，避免突變。高度分布均勻，避免突變。 4）合理的合理的設置設置伸縮縫、沉降縫、防震縫等伸縮縫、沉降縫、防震縫等結構結構縫縫。

10、 第二節第二節 框架結構房屋的結構布置框架結構房屋的結構布置二、布置方案二、布置方案 1橫向框架承重方案橫向框架承重方案 1）布置）布置 由由主梁和柱組成的主梁和柱組成的承重承重主主框框架沿架沿房屋的橫向布房屋的橫向布置，置，縱縱向由連向由連系梁系梁將橫向框將橫向框架連架連成成空間結構空間結構體系（如圖體系（如圖) )。 2）特點特點 橫橫向剛度較大，有利于抵抗橫向水平力。縱向連向剛度較大，有利于抵抗橫向水平力。縱向連系梁的截面尺寸小，有利于房屋室內的采光和通系梁的截面尺寸小，有利于房屋室內的采光和通風。風。 2縱向框架承重方案縱向框架承重方案 1）布置）布置 由由縱向主梁與柱構縱向主梁與柱構

11、成的成的承重主承重主框架沿房屋的縱向布置，框架沿房屋的縱向布置，橫向連系梁將縱向框架連成橫向連系梁將縱向框架連成空間結構體系（空間結構體系（如圖）。如圖）。 2）特點特點 縱縱向剛度大，有利于調整縱向地基不均勻沉降；橫向連向剛度大，有利于調整縱向地基不均勻沉降；橫向連系梁的截面尺寸較小，房屋的橫向剛度較差，但有利于設備管系梁的截面尺寸較小，房屋的橫向剛度較差，但有利于設備管線的穿行，并可獲得較高的室內凈空。主要線的穿行，并可獲得較高的室內凈空。主要適用于適用于層數較少的層數較少的工業房工業房屋。屋。 3縱橫向框架承重方案縱橫向框架承重方案 1）布置）布置 在在房屋的兩個方房屋的兩個方向均向均布

12、置承布置承重主框架形重主框架形成的成的承承重重方案方案（如圖）。如圖）。 2）特點）特點 房房屋的雙向剛度均較大，適用于柱網平面形狀屋的雙向剛度均較大，適用于柱網平面形狀為方形或樓面荷載較大的情況，樓蓋常采用現澆混凝為方形或樓面荷載較大的情況，樓蓋常采用現澆混凝土雙向板或井式土雙向板或井式梁。梁。 一、桿件截面尺寸一、桿件截面尺寸 1.框架梁框架梁 截面形式：截面形式：矩形、矩形、t形、倒形、倒l形等。形等。 截面高度截面高度: 截面寬度截面寬度: ,且不宜小于且不宜小于200mm。 2.框架柱框架柱 截面形式：截面形式：矩形、方形、圓形或多邊形等；矩形、方形、圓形或多邊形等； 截面高、寬截面

13、高、寬可取（可取（1/151/20）的層高；同時要求：）的層高；同時要求： 截面寬度不宜小于截面寬度不宜小于250mm,截面高度不宜小于截面高度不宜小于400mm。 截面尺寸以截面尺寸以50mm為模數。為模數。 柱的凈高與柱截面長邊之比不宜小于柱的凈高與柱截面長邊之比不宜小于4。 第三節第三節 框架桿件的截面尺寸和計算簡圖框架桿件的截面尺寸和計算簡圖0161101lhbbbhb3121二、計算簡圖二、計算簡圖 1.計算單元計算單元 豎豎向荷載按單元范圍確定；水平作用力則需按整向荷載按單元范圍確定；水平作用力則需按整體結構考慮。體結構考慮。 2.計算模型計算模型 桿件一般用其截面形心軸線表示。變

14、截面桿件則桿件一般用其截面形心軸線表示。變截面桿件則以該桿最小截面的形心軸線表示。現澆框架各節點均以該桿最小截面的形心軸線表示。現澆框架各節點均視為剛節點。框架柱在基礎頂面為固定支座。視為剛節點。框架柱在基礎頂面為固定支座。 梁的跨度取柱軸線之間的距離；柱高取層高；低梁的跨度取柱軸線之間的距離；柱高取層高；低層柱高取至基礎頂面。層柱高取至基礎頂面。 3.梁柱線剛度梁柱線剛度 梁、柱的線剛度分別為梁、柱的線剛度分別為 和和 現澆框架梁的截面慣性矩現澆框架梁的截面慣性矩ib：中框架梁取：中框架梁取2.0io；邊；邊框架梁取框架梁取1.5 io。 柱的截面慣性矩柱的截面慣性矩ic按實際尺寸進行計算。

15、按實際尺寸進行計算。 4.荷載計算荷載計算 豎向荷載和水平風荷載按荷載規范計算。水豎向荷載和水平風荷載按荷載規范計算。水平風荷載可轉化為作用于框架節點處的水平集中力，平風荷載可轉化為作用于框架節點處的水平集中力，并合并于迎風面一側。并合并于迎風面一側。 lieibcb/hieiccc/一、彎矩二次分配法一、彎矩二次分配法 計算步驟計算步驟： 1）計算每一跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩。）計算每一跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩。 2）計算各節點的分配系數。）計算各節點的分配系數。 3）將各節點的不平衡彎矩同時進行分配并向遠端傳遞后，）將各節點的不平衡彎矩同時進行分配并向遠端傳遞后，再對各節點分配

16、一次即結束。再對各節點分配一次即結束。二、分層法二、分層法 1.基本假定基本假定 1) )豎向荷載作用下框架無側移。豎向荷載作用下框架無側移。 2) )豎向荷載僅對其作用層的梁及其相連的上、下柱有影響。豎向荷載僅對其作用層的梁及其相連的上、下柱有影響。 3) )柱柱的遠端為固定端。的遠端為固定端。第四節第四節 豎向荷載作用下的內力近似計算豎向荷載作用下的內力近似計算 2.計算方法計算方法 將將每層梁及其相連的上、下柱所組成的開口框架作為一個每層梁及其相連的上、下柱所組成的開口框架作為一個獨立的計算單元，用力矩分配法計算。獨立的計算單元，用力矩分配法計算。 計計算時，底層以上各層柱的線剛度均乘以

17、折減系數算時，底層以上各層柱的線剛度均乘以折減系數0.9，并，并取傳遞系數為取傳遞系數為1/3；底層柱及梁的傳遞系數仍為；底層柱及梁的傳遞系數仍為1/2。 計算所得梁中彎矩即為該梁在荷載作用下的彎矩；柱端彎計算所得梁中彎矩即為該梁在荷載作用下的彎矩；柱端彎矩則為該柱在其相應的上、下兩層中計算所得柱端彎矩的疊加。矩則為該柱在其相應的上、下兩層中計算所得柱端彎矩的疊加。當節點彎矩不平衡時，可再進行一次彎矩分當節點彎矩不平衡時，可再進行一次彎矩分配。配。 一、反彎點法一、反彎點法 1.水平力作用下的水平力作用下的受力特點受力特點 1） 彎矩特點彎矩特點 各桿的彎矩圖形均為斜直線；各桿的彎矩圖形均為斜

18、直線； 每桿均有一個彎矩為零的反彎每桿均有一個彎矩為零的反彎點。點。第五節第五節 水平力作用下的內力近似計算水平力作用下的內力近似計算 2）變形特點）變形特點 除底層柱下端，各除底層柱下端，各柱柱的上的上下端均有側向位下端均有側向位移和柱移和柱端轉端轉角。角。 忽略梁的軸向變形，忽略梁的軸向變形，同一同一層各柱上下端的相層各柱上下端的相對水對水平位平位移相同移相同。 2. 水平力作用下的水平力作用下的計算特點計算特點 確確定柱的剪力和反彎點位置。定柱的剪力和反彎點位置。 3. 基本假定基本假定 1）確定各柱剪力時，假定梁的線剛度無限大，即）確定各柱剪力時，假定梁的線剛度無限大，即認為各柱端無轉

19、角。認為各柱端無轉角。 2）確定各柱反彎點位置時，除底層柱外，各層柱確定各柱反彎點位置時，除底層柱外，各層柱上、下端節點的轉角相同。上、下端節點的轉角相同。 4. 反彎點法柱中反彎點法柱中剪力計算剪力計算 以以4層框架結構的頂層為例。沿各柱的反彎點處切開，層框架結構的頂層為例。沿各柱的反彎點處切開，反彎點以上部分的受力圖如圖。根據水平力的平衡條反彎點以上部分的受力圖如圖。根據水平力的平衡條件得件得444342414vvvvf 根根據假定據假定1），柱中剪力），柱中剪力v與相對水平位移的關系與相對水平位移的關系式為式為 令令 則則 d為柱上下兩端產生單位為柱上下兩端產生單位相對水平相對水平位移時

20、需施加的水位移時需施加的水平集中力，稱為柱的平集中力，稱為柱的抗側移抗側移剛度剛度（如圖）。（如圖）。 d可根據柱的線剛度和柱高求得。可根據柱的線剛度和柱高求得。 uhivc212212civduhudv 對頂層任一柱，可寫出對頂層任一柱，可寫出 于是有于是有 由此可解得由此可解得 因此因此 444udvjj41444444342414jjududdddf41444jjdfu441444fddvjjjj 同同理，可求得其它各層柱的剪力。寫為通式，理，可求得其它各層柱的剪力。寫為通式，則任意一層（第則任意一層（第i層）的任意一根柱（第層）的任意一根柱（第j柱）的剪力柱）的剪力可表示為可表示為 5

21、. 反彎點位置反彎點位置 根據假定根據假定2），反彎點的位置為），反彎點的位置為 底層柱：距柱底底層柱：距柱底2/3的底層柱高處。的底層柱高處。 底層以上柱：柱高的底層以上柱：柱高的1/2處。處。mikknjijijijfddv1 6. 反彎點法反彎點法計算步驟計算步驟 1）計算）計算dij； 2）計算）計算vij； 3）根據）根據vij和反彎點位置，計算柱端彎矩；和反彎點位置，計算柱端彎矩； 4）根據節點力矩平衡計算梁端彎矩；）根據節點力矩平衡計算梁端彎矩； 5）根據力平衡原理，由梁兩端的彎矩求出梁的剪）根據力平衡原理，由梁兩端的彎矩求出梁的剪 力；力； 6）繪制內力圖（彎矩圖、剪力圖）繪制

22、內力圖（彎矩圖、剪力圖） 7.反彎點法反彎點法適用情況適用情況 框框架架各層結構比較均勻，梁柱節點線剛度之比各層結構比較均勻，梁柱節點線剛度之比 的多層框架。的多層框架。3bcii二、二、d d值法值法 1.問題的提出問題的提出 框框架層數增多時，柱的截面尺寸增大，梁柱線剛度比小架層數增多時，柱的截面尺寸增大，梁柱線剛度比小于于3。此時，節點轉角對內力和反彎點的高度影響大，用反。此時，節點轉角對內力和反彎點的高度影響大，用反彎點法計算誤差大。彎點法計算誤差大。 采采用修正柱的抗側移剛度和調整柱反彎點高度的用修正柱的抗側移剛度和調整柱反彎點高度的改進反改進反彎點法彎點法，即，即d值法值法。 2.

23、柱抗側移剛度柱抗側移剛度d計算計算 影影響抗側移剛度響抗側移剛度d因素：柱的線剛度因素：柱的線剛度ic、柱高、柱高h、梁柱線、梁柱線剛度比剛度比k。 經經推導，柱的抗側移剛度推導，柱的抗側移剛度d按下按下式計式計算：算： c稱為柱的抗側移剛度影響（降低）系數，可根據柱所稱為柱的抗側移剛度影響（降低）系數，可根據柱所在層的梁柱線剛度比在層的梁柱線剛度比k按表列公式計算。按表列公式計算。 3.柱反彎點高度修正柱反彎點高度修正 通通過力學分析，得到規則框架的標準反彎點高度比過力學分析，得到規則框架的標準反彎點高度比yo，然后考慮影響柱反彎點高度的因素，對然后考慮影響柱反彎點高度的因素，對yo修正。修

24、正。（1）標準反彎點高度比標準反彎點高度比yo yo根據框架的總層數根據框架的總層數m、柱所在層次、柱所在層次n和梁柱線和梁柱線剛度比剛度比k以及荷載形式查表得到。以及荷載形式查表得到。 212hidcc（2）上下梁線剛度變化對柱反彎點高度比修正值）上下梁線剛度變化對柱反彎點高度比修正值 y1 y1根據上下橫梁線剛度比根據上下橫梁線剛度比1和梁柱線剛度比和梁柱線剛度比k查查表得到。表得到。 當上橫梁線剛度當上橫梁線剛度小于小于下橫梁線剛度時，下橫梁線剛度時，y1取取正正值；值； 當上橫梁線剛度當上橫梁線剛度大于大于下橫梁線剛度時，下橫梁線剛度時，y1取取負負值；值； 對于對于底層柱底層柱，取，

25、取y1=0。 （3）層高變化對柱反彎點高度比的修正值）層高變化對柱反彎點高度比的修正值y2和和y3 1）y2根據上層層高與本層層高之比根據上層層高與本層層高之比2和梁柱線剛和梁柱線剛度比度比k查表得到。查表得到。 當當21時，時，y2取取正正值；值； 當當21時，時，y2取取負負值；值； 對對于于頂層頂層y2=0。 2）y3根據下層層高與本層層高之比根據下層層高與本層層高之比3和梁柱線剛和梁柱線剛度比度比k查表得到。查表得到。 當當31時，時，y3取取負負值；值； 當當21時，時，y3取取正正值；值； 對對于于底層柱底層柱，取，取y3=0。 總之，各層柱的反彎點總之，各層柱的反彎點高度比計算公

26、式為高度比計算公式為3210yyyyy 4. d值法計算值法計算步驟步驟 首首先先計算計算dij，接著計算，接著計算vij，此時需將反彎，此時需將反彎點法計算點法計算vij公式中的公式中的dij用用dij代代替；替； 然然后后計算反彎點高度計算反彎點高度yh；其余其余步驟同反彎步驟同反彎點法。點法。 一、側移的近似計算一、側移的近似計算 水平力作用下的側移主要由梁和柱的彎曲變形引起。水平力作用下的側移主要由梁和柱的彎曲變形引起。 特點特點:框架下部的層間位移較大，上部的層間位移較小。框架下部的層間位移較大，上部的層間位移較小。 對任意一層的層間位移，可采用對任意一層的層間位移，可采用d值法按下

27、式近似計算：值法按下式近似計算： 第六節第六節 框框架結構側移的近似計算及限值架結構側移的近似計算及限值ijiidvu 結構頂點的位移為各結構頂點的位移為各層層間位移的總和，即層層間位移的總和，即二二、側移限值、側移限值 側移過大，會影響側移過大，會影響結構的承載力、穩定性結構的承載力、穩定性和使用要求。因此，要和使用要求。因此，要求框架結構的樓層層間求框架結構的樓層層間最大位移與層高最大位移與層高之比之比5501/humiiuu1 首先首先計算框架計算框架在恒荷載、活荷載及風荷載作用下的在恒荷載、活荷載及風荷載作用下的內力內力，然后進行然后進行內力組合內力組合，求得各構件控制截面的，求得各構件控制截面的最不利內力最不利內力，對，對梁、柱進行梁、柱進行配筋計算配筋計算和和設計基礎設計基礎。 一、豎向活荷載的不利布置一、豎向活荷載的不利布置 恒荷載必須考慮，豎向活荷載考慮最不利布置。恒荷載必須考慮，豎向活荷載考慮最不利布置。 對一般框架結構，當樓面活荷載不超過對一般框架結構，當樓面活荷載不超過5kn/m2時，可把活時，可把活荷載同時作用于框架的各層梁上計算內力，但應將梁的跨中荷載同時作用于框架的各層梁上計算內力，但應將梁的跨中彎矩乘以增大系數彎矩乘以增大系數1.11.2。第七節第七節 框架結構的內力組合與截面設計要點框架結