1、會計學1混凝土結構設計框架結構混凝土結構設計框架結構第一頁，共65頁。 1結構組成(z chn)及特點框架結構由梁、柱構件(gujin)通過節點連接構成，如整幢房屋均采用這種結構形式，則稱為框架結構體系或框架結構房屋。框架結構平面布置和剖面示意圖第1頁/共65頁第二頁，共65頁。按施工方法不同(b tn)，框架結構可分為現澆式、裝配式和裝配整體式三種。（1）框架結構的受力特點在豎向荷載和水平荷載作用下，框架結構各構件將產生內力和變形。框架結構的側移一般由兩部分組成：由水平力引起的樓層剪力，使梁、柱構件產生彎曲變形，形成框架結構的整體剪切變形us；由水平力引起的傾覆力矩，使框架柱產生軸向變形（一

2、側柱拉伸，另一側柱壓縮），形成框架結構的整體彎曲變形ub。當框架結構房屋的層數不多時，其側移主要表現(bioxin)為整體剪切變形，整體彎曲變形的影響很小。 第2頁/共65頁第三頁，共65頁。框架結構的側移第3頁/共65頁第四頁，共65頁。（2）框架結構體系的優缺點建筑平面布置靈活，能獲得大空間（特別適用于商場、餐廳等），也可按需要做成小房間； 建筑立面容易處理；結構自重較輕； 計算理論比較成熟； 在一定高度范圍內造價較低。 框架結構的側向剛度較小，水平(shupng)荷載作用下側移較大，有時會影響正常使用；如果框架結構房屋的高寬比較大，則水平(shupng)荷載作用下的側移也較大，而且引起的

3、傾覆作用也較嚴重。 因此，設計時應控制房屋的高度和高寬比。第4頁/共65頁第五頁，共65頁。2結構(jigu)布置 框架結構布置主要是確定(qudng)柱在平面上的排列方式（柱網布置）和選擇結構承重方案，這些均必須滿足建筑平面及使用要求，同時也須使結構受力合理，施工簡單。民用建筑柱網布置第5頁/共65頁第六頁，共65頁。框架(kun ji)結構的承重方案 1）橫向框架(kun ji)承重。 主梁沿房屋橫向布置，板和連系梁沿房屋縱向布置。 2）縱向框架(kun ji)承重。 主梁沿房屋縱向布置，板和連系梁沿房屋橫向布置。 3）縱、橫向框架(kun ji)承重。 房屋的縱、橫向都布置承重框架(ku

4、n ji) ，樓蓋常采用現澆雙向板或井字梁樓 蓋。第6頁/共65頁第七頁，共65頁。框架結構的承重(chngzhng)方案第7頁/共65頁第八頁，共65頁。梁端水平(shupng)加腋處平面圖在框架結構布置中，梁、柱軸線宜重合，如梁須偏心放置時，梁、柱中心線之間的偏心距不宜大于柱截面(jimin)在該方面寬度的1/4。如偏心距大于該方向柱寬的1/4時，可增設梁的水平加腋。試驗表明，此法能明顯改善梁柱節承受反復荷載的性能。 bx / lx 1/2 ， bx / bb 2/3 ， bb + bx + x bc/2梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜滿足下列要求：第8頁/共65頁第九頁，共65

5、頁。 梁水平加腋后，改善了梁柱節點的受力性能，故節點有效寬度(kund)bj宜按下列規定取值： 當x = 0時，bj按下式計算： 當x0時，bj取下列二式計算的較大值： 且應滿足bj bb + 0.5hc，其中hc為柱截面高度。bj bb + bxbj bb + bx + x bj bb + 2x第9頁/共65頁第十頁，共65頁。1 框架結構的計算(j sun)簡圖及荷載 梁、柱截面(jimin)尺寸框架梁、柱截面尺寸應根據承載力、剛度及延性等要求確定。初步設計時，通常由經驗或估算先選定截面尺寸，以后進行承載力、變形等驗算，檢查所選尺寸是否合適。 梁截面尺寸確定 框架結構中框架梁的截面高度hb

6、可根據梁的計算跨度lb、活荷載大小等，按hb = (1/181/8)lb確定。為了防止梁發生剪切脆性破壞，hb不宜大于1/4凈跨。主梁截面寬度可取bb = (1/41/2)hb，且不宜小于200mm。為了保證梁的側向穩定性，梁截面的高寬比（hb/bb）不宜大于4。 第10頁/共65頁第十一頁，共65頁。為了降低樓層高度，可將梁設計成寬度較大而高度較小的扁梁，扁梁的截面(jimin)高度可按 (1/181/25)lb估算。扁梁的截面(jimin)寬度b（肋寬）與其高度h的比值b/h不宜超過3。第11頁/共65頁第十二頁，共65頁。 柱截面尺寸 柱截面尺寸可直接憑經驗確定(qudng)，也可先根據

7、其所受軸力按軸心受壓構件估算，再乘以適當的放大系數以考慮彎矩的影響。即式中 Ac為柱截面面積；N為柱所承受的軸向壓力設計值；Nv為根據柱支承的樓面面積計算由重力荷載產生的軸向力值；1.25為重力荷載的荷載分項系數平均值；重力荷載標準值可根據實際荷載取值，也可近似按（1214）kN/m2計算；fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。 Ac (1.11.2)N / fc N = 1.25Nv第12頁/共65頁第十三頁，共65頁。框架柱的截面寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱截面直經不宜小于350mm，柱截面高寬比不宜大于3。為避免(bmin)柱產生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大

8、于2。梁截面慣性矩 在結構內力與位移計算中，與梁一起(yq)現澆的樓板可作為框架梁的翼緣，每一側翼緣的有效寬度可取至板厚的6倍；裝配整體式樓面視其整體性可取等于或小于6倍；無現澆面層的裝配式樓面，樓板的作用不予考慮。 設計中，為簡化計算，也可按下式近似確定梁截面慣性矩I：0II第13頁/共65頁第十四頁，共65頁。第14頁/共65頁第十五頁，共65頁。第15頁/共65頁第十六頁，共65頁。2框架結構的計算(j sun)簡圖計算(j sun)單元 框架結構的計算單元及計算模型第16頁/共65頁第十七頁，共65頁。框架結構房屋是空間結構體系，一般應按三維空間結構進行(jnxng)分析。但對于平面布

9、置較規則的框架結構房屋，為了簡化計算，通常將實際的空間結構簡化為若干個橫向或縱向平面框架進行(jnxng)分析，每榀平面框架為一計算單元。 就承受豎向荷載而言，當橫向（縱向）框架承重，且在截取橫向（縱向）框架計算時，全部豎向荷載由橫向（縱向）框架承擔，不考慮縱向（橫向）框架的作用。當縱、橫向框架混合承重時，應根據結構的不同特點進行(jnxng)分析，并對豎向荷載按樓蓋的實際支承情況進行(jnxng)傳遞，這時豎向荷載通常由縱、橫向框架共用承擔。第17頁/共65頁第十八頁，共65頁。框架結構計算(j sun)簡圖第18頁/共65頁第十九頁，共65頁。變截面(jimin)柱框架結構的計算簡圖第19

10、頁/共65頁第二十頁，共65頁。底層(d cn)柱中層(zhngcng)柱頂層柱第20頁/共65頁第二十一頁，共65頁。裝配式框架(kun ji)的鉸節點框架柱與基礎(jch)的連接第21頁/共65頁第二十二頁，共65頁。框架結構上的荷載(hzi) 作用在多、高層建筑(o cn jin zh)結構上的荷載有豎向荷載和水平荷載。豎向荷載包括恒載和樓（屋）面活荷載，水平荷載包括風荷載和水平地震作用。恒載第22頁/共65頁第二十三頁，共65頁。樓面活荷載 作用在多、高層框架結構上的樓面活荷載，可根據房屋(fngw)及房間的不同用途按荷載規范取用。應該指出，荷載規范規定的樓面活荷載值，是根據大量調查資

11、料所得到的等效均布活荷載標準值，且是以樓板的等效均布活荷載作為樓面活荷載。第23頁/共65頁第二十四頁，共65頁。風荷載 當計算主要承重結構時，垂直于建筑物表面(biomin)的風荷載標準值仍按廠房風荷載計算公式計算，對于多、高層框架結構房屋，式中的計算參數應按規定采用。式中 基本(jbn)風壓值（kN/m2），是以當地比較空曠平坦地面上離 高度z處的風振系數； 風壓高度變化系數； 風荷載體型系數。 zzs0w地10m高處統計所得的50年一遇10分鐘平均最大風速為標準確定的風壓值；ks0 zzww第24頁/共65頁第二十五頁，共65頁。1豎向荷載(hzi)作用下框架結構內力的近似計算在豎向荷載

12、作用下，多、高層框架結構的內力可用力法、位移法等結構力學方法(fngf)計算。工程設計中，如采用手算，可采用迭代法、分層法、彎矩二次分配法及系數法等近似方法(fngf)計算。分層法豎向荷載作用下框架結構的受力特點及內力計算假定：（1）不考慮框架結構的側移對其內力的影響；（2）每層梁上的荷載僅對本層梁及其上、下柱的內力產生影響，對其他各層梁、柱內力的影響可忽略不計。 應當指出，上述假定中所指的內力不包括柱軸力，因為某層梁上的荷載對下部各層柱的軸力均有較大影響，不能忽略。第25頁/共65頁第二十六頁，共65頁。豎向荷載作用(zuyng)下分層計算示意圖第26頁/共65頁第二十七頁，共65頁。（1）

13、將多層框架沿高度分成若干單層無側移的敞口框架，每個敞口框架包括本層梁和與之相連的上、下層柱。梁上作用(zuyng)的荷載、各層柱高及梁跨度均與原結構相同。分層法計算(j sun)要點第27頁/共65頁第二十八頁，共65頁。（2）除底層柱的下端外，其他各柱的柱端應為彈性約束(yush)。為便于計算，均將其處理為固定端。這樣將使柱的彎曲變形有所減小，為消除這種影響，可把除底層柱以外的其他各層柱的線剛度乘以修正系數0.9。 分層法計算(j sun)要點第28頁/共65頁第二十九頁，共65頁。（3）用無側移框架的計算(j sun)方法（如彎矩分配法）計算(j sun)各敞口框架的桿端彎矩，由此所得的梁

14、端彎矩即為其最后的彎矩值；因每一柱屬于上、下兩層，所以每一柱端的最終彎矩值需將上、下層計算(j sun)所得的彎矩值相加。在上、下層柱端彎矩值相加后，將引起新的節點不平衡彎矩，如欲進一步修正，可對這些不平衡彎矩再作一次彎矩分配。（4）在桿端彎矩求出后，可用靜力平衡條件計算梁端剪力及梁跨中彎矩；由逐層疊加柱上的豎向荷載(hzi)（包括節點集中力、柱自重等）和與之相連的梁端剪力，即得柱的軸力。第29頁/共65頁第三十頁，共65頁。 如用彎矩分配法計算(j sun)各敞口框架的桿端彎矩，在計算(j sun)每個節點周圍各桿件的彎矩分配系數時，應采用修正后的柱線剛度計算(j sun)；并且底層柱和各層

15、梁的傳遞系數均取1/2，其他各層柱的傳遞系數改用1/3。第30頁/共65頁第三十一頁，共65頁。彎矩二次分配(fnpi)法具體計算步驟：（1）根據各桿件的線剛度計算各節點的桿端彎矩分配系數(xsh)，并計算豎向荷載作用下各跨梁的固端彎矩。 （2）計算框架各節點的不平衡彎矩，并對所有節點的不平衡彎矩同時進行第一次分配（其間不進行彎矩傳遞）。（3）將所有桿端的分配彎矩同時向其遠端傳遞（對于剛接框架，傳遞系數(xsh)均取1/2）。 （4）將各節點因傳遞彎矩而產生的新的不平衡彎矩進行第二次分配，使各節點處于平衡狀態。 至此，整個彎矩分配和傳遞過程即告結束。 （5）將各桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎

16、矩疊加，即得各桿端彎矩。第31頁/共65頁第三十二頁，共65頁。8m4.5mAqqq8m4.2m4.2mB梁和柱的線剛度(n d)均為1，各層均布荷載q=20kN/m，用分層法繪出AB梁的彎矩圖1.求梁的固端彎矩mkNqlM67.106820121121222.彎矩分配(fnpi)法求梁端彎矩AB0.9/1.91/1.950.5356.1428.07-106.67-106.67-50.53-78.60第32頁/共65頁第三十三頁，共65頁。3.繪彎矩圖AB0.9/1.91/1.950.5356.1428.07-106.67-106.67-50.53-78.60AB50.5378.60ql2/8

17、mkNMMqlMBA44.952812跨中彎矩：第33頁/共65頁第三十四頁，共65頁。系數(xsh)法（Approximate analysis by coefficients）此法是統一建筑(jinzh)規范（Uniform Building Code）中介紹的方法，在國際上被廣泛采用，只要給出荷載、框架梁的計算跨度和支承情況，就可很方便地計算出框架梁、柱各控制截面內力。 采用系數法需滿足的前提條件： 兩個相鄰跨的跨長相差不超過短跨跨長的20%； 恒載與活載之比不大于3； 荷載均勻布置； 框架梁截面為矩形。第34頁/共65頁第三十五頁，共65頁。系數(xsh)法近似計算步驟： 框架(kun

18、 ji)梁的內力 彎矩系數；u 框架梁上恒載與活荷載設計值之和； lu 凈跨跨長1. 彎矩2uulM2. 剪力uulV 剪力系數；第35頁/共65頁第三十六頁，共65頁。系數(xsh)法近似計算步驟： 框架(kun ji)柱的內力 按照系數法，框架柱的軸力可以按露面單位面積上恒載與活荷載設計之和乘以該柱的負荷面積計算，此時，可近似地將樓面板沿柱軸線之間的中線劃分，且活荷載值可以按荷載規范規定折減。1. 軸力2. 彎矩 框架柱在豎向荷載作用下的彎矩，可以按照節點處框架梁的端彎矩最大差值平均分配給上柱和下柱的柱端。當橫梁不在立柱形心線上時，要考慮由于偏心引起的不平衡彎矩，并將這個彎矩也平均分配給上

19、、下柱柱端。 系數法的優點：計算簡單，不必事先假定梁和柱的截面尺寸第36頁/共65頁第三十七頁，共65頁。水平荷載作用(zuyng)下框架結構的內力和側移可用結構力學方法計算，常用的近似算法有反彎點法、D值法等。2水平荷載(hzi)作用下框架結構的內力近似方法1反彎點法（1）反彎點的位置(wi zhi)第37頁/共65頁第三十八頁，共65頁。（2）反彎點處的剪力計算(j sun)反彎點處的彎矩為零，剪力不為(b wi)零 頂層 0 xF3332313VVVF333iiDViDF3333333FDDVjiiD 柱的側剛度231212hihEID第38頁/共65頁第三十九頁，共65頁。 中間層23

20、222FFDDVjii第39頁/共65頁第四十頁，共65頁。 底層(d cn)123111FFFDDVjii第40頁/共65頁第四十一頁，共65頁。（3）框架(kun ji)的彎矩 求各柱柱端彎矩iicyVM1柱下端(xi dun)：iiicyhVM2柱上端： 由節點平衡求梁端彎矩cbMM 21ccbMMM212111ccbbbbMMiiiM212122ccbbbbMMiiiM第41頁/共65頁第四十二頁，共65頁。2D值法第42頁/共65頁第四十三頁，共65頁。BABAliuliulililiV612126622需考慮柱本身剛度(n d)和上、下層梁剛度(n d)的影響節點的轉動會降低(ji

21、ngd)柱的抗側移能力212hiDc節點轉動影響系數（修正系數）第43頁/共65頁第四十四頁，共65頁。第44頁/共65頁第四十五頁，共65頁。柱高不等及有夾層(jicng)的柱 2212bacbBhhhiDcc222211111hhDhhDDB第45頁/共65頁第四十六頁，共65頁。柱的反彎點高度(god) yh框架各柱的反彎點高度(god)比y可用下式表示： 式中：yn表示標準反彎點高度(god)比；y1表示上、下層橫梁線剛度變化時反彎點高度(god)比的修正值；y2、y3表示上、下層層高變化時反彎點高度(god)比的修正值。反彎點高度(god)示意圖y = yn + y1 + y2 +

22、y3第46頁/共65頁第四十七頁，共65頁。3框架結構側移的近似計算水平荷載作用下框架結構的側移，可以看作由梁、柱彎曲變形引起的側移和由柱軸向變形引起的側移的疊加。前者是由水平荷載產生的層間剪力引起的，后者主要(zhyo)是由水平荷載產生的傾覆力矩引起的。nijijDFu1mjjruu1第47頁/共65頁第四十八頁，共65頁。5框架結構的水平位移(wiy)控制框架結構的側向剛度過小，水平位移過大，將影響正常使用；側向剛度過大，水平位移過小，雖滿足使用要求，但不滿足經濟性要求。因此(ync)，框架結構的側向剛度宜合適，一般以使結構滿足層間位移限值為宜。我國高層規程規定，按彈性(tnxng)方法計

23、算的樓層層間最大位移與層高之比u/h宜小于其限值u/h，即：u/h表示層間位移角限值，對框架結構取1/550；h為層高。由于變形驗算屬正常使用極限狀態的驗算，所以計算u時，各作用分項系數均應采用1.0，混凝土結構構件的截面剛度可采用彈性剛度。另外，樓層層間最大位移u以樓層最大的水平位移差計算，不扣除整體彎曲變形。u/h u/h 第48頁/共65頁第四十九頁，共65頁。6荷載效應(xioyng)組合（1）控制(kngzh)截面及最不利內力框架柱控制截面最不利內力組合一般有以下幾種： 1）|M|max及相應的N和V； 2）|N|max及相應的M和V； 3）Nmin及相應的M和V； 4）|V|max

24、及相應的N。 這四組內力組合的前三組用來計算柱正截面受壓承載力，以確定縱向受力鋼筋數量；第四組用以計算斜截面受剪承載力，以確定箍筋數量。第49頁/共65頁第五十頁，共65頁。梁端的(dund)控制截面第50頁/共65頁第五十一頁，共65頁。（2）荷載(hzi)的不利布置框架(kun ji)桿件的變形曲線活荷載最不利(bl)荷載布置法 第51頁/共65頁第五十二頁，共65頁。對于高層框架結構，荷載效應組合的設計(shj)值應按下式確定： （3）荷載(hzi)效應組合WQ,分別為樓面活荷載組合值系數和風荷載組合值系數，當永久荷載效應起控制作用時應分別取0.7和0.0；當可變荷載效應起控制作用時應分

25、別取1.0和0.6或0.7和1.0。 第52頁/共65頁第五十三頁，共65頁。4.5 荷載效應組合(zh)和構件設計第53頁/共65頁第五十四頁，共65頁。（1）框架(kun ji)梁2構件(gujin)設計為了避免梁支座處抵抗負彎矩的鋼筋過分擁擠，以及在抗震結構(jigu)中形成梁鉸破壞機構增加結構(jigu)的延性，可以考慮框架梁端塑性變形內力重分布，對豎向荷載作用下梁端負彎矩進行調幅。對現澆框架梁，梁端負彎矩調幅系數可取0.80.9；對于裝配整體式框架梁，由于梁柱節點處鋼筋焊接、錨固、接縫不密實等原因，受力后節點各桿件產生相對角變，其節點的整體性不如現澆框架，故其梁端負彎矩調幅系數可取0

26、.70.8。第54頁/共65頁第五十五頁，共65頁。框架(kun ji)梁端截面負彎矩調幅后，梁跨中截面彎矩應按平衡條件相應增大。截面設計時，框架(kun ji)梁跨中截面正彎矩設計值不應小于豎向荷載作用下按簡支梁計算的跨中截面彎矩設計值的50%。 應先對豎向荷載作用下的框架(kun ji)梁彎矩進行調幅，再與水平荷載產生的框架(kun ji)梁彎矩進行組合。第55頁/共65頁第五十六頁，共65頁。（2）框架(kun ji)柱柱截面(jimin)最不利內力的選取框架柱的計算長度l0Hll)(15. 01u0Hl)2 . 02(min0柱的配筋計算中，需要確定柱的計算長度l0。混凝土結構設計規范

27、規定，l0可按下列規定確定： 1）一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結構，各層柱的計算長度l0按表取用。 2）當水平荷載產生的彎矩設計值占總彎矩設計值的75%以上時，框架柱的計算長度l0可按下列兩個公式計算，并取其中的較小值： 第56頁/共65頁第五十七頁，共65頁。 框架結構的構造(guzo)要求（）框架(kun ji)梁1梁縱向鋼筋的構造要求梁縱向受拉鋼筋的數量除按計算確定外，還必須考慮溫度、收縮應力所需要的鋼筋數量，以防止梁發生脆性破壞和控制裂縫寬度。縱向受拉鋼筋的最小配筋百分率和最大配筋率要求。沿梁全長頂面和底面應至少各配置兩根縱向鋼筋，鋼筋的直徑不應小于12mm。框架梁的縱向鋼筋不應與箍筋、拉筋及預埋件等焊接。2梁箍筋的構造要求 應沿框架梁全長設置箍筋。箍筋的直徑、間距及配筋率等要求與一般梁的相同，可參見混凝土結構設計原理12第6章中的 有關內容。第57頁/共65頁第五十八頁，共65頁。（） 框架(kun ji)柱 柱箍筋形式(xngsh)示例第58頁/共65頁第五十九頁，共65頁。（）梁柱(lin zh)節點（beam-column joints）1）現澆梁柱節點梁柱節點處于剪壓復合受力狀態，為保證節點具有足夠的受剪承載力，防止節點產生剪切脆性破壞，必須