1、第十三章第十三章 多層和高層框架構造設計多層和高層框架構造設計本章內容多層框架構造的組成與布置框架構造內力與程度位移的近似計算方法內力組合框架梁柱設計1特點及分類1 按施工方式分：1 現澆式1 裝配式1 裝配整體式1多層與高層的劃分13.1概述現澆框架現澆框架1、構造布置的普通原那么 原那么：1應滿足消費工藝或運用功能要求，盡能夠與建筑的平、立、剖面劃分相一致；2應滿足人防、消防要求，使水、電、暖各專業的布置相一致； 3 受力合理，盡能夠簡單、規那么、均勻、對稱，構件類型少。 4妥善處置溫度、地基不均勻沉降以及地震等要素對建筑的影響； 5施工簡便，經濟合理。13.2多層框架構造布置2、構造布置

2、方法、構造布置方法1承重框架布置及特點：橫向框架承重方案承重框架布置及特點：橫向框架承重方案 縱向框架承重方案縱向框架承重方案 縱橫向框架承重方案縱橫向框架承重方案2柱網尺寸柱網尺寸 框架梁的跨度決議了柱網尺寸。 主梁的跨度普通為58米，次梁的跨度普通為47米。3變形縫的設置變形縫的設置原那么：少設或不設，不得以時方設。原那么：少設或不設，不得以時方設。建筑物過長；外形復雜；剛度、高度、分量相差較大；地基不均勻等。防止溫度變化、不均勻沉降、地震作用引起構造損壞常采用的措施：構造措施：節點銜接設計；配置構造鋼筋； 設置剛性層。施工措施：分段施工；設置后澆帶等。縫寬及做法：見、房建教材等。4多層框

3、架梁柱截面尺寸估算多層框架梁柱截面尺寸估算框架梁：h=1/101/18l0 h/b=24 梁凈跨與截面高度之比不宜小于4，b不宜小于200mm框架柱：l0/b 30； l0/h 25 b=1/121/18Hi h=(12)b N/fc A, 滿足相應抗震要求 ：軸力放大系數，非抗震時普通框架柱取1.3，角柱取1.5 ：軸壓比，非抗震時可取0.90.95 截面邊長不宜小于300mm，圓柱截面直徑不小于350mm；剪跨比大于2，高寬比小于31 計算單元確實定計算單元確實定現澆樓蓋時荷載的傳送方式橫向框架選有代表性的一榀；縱向框架分別計算圖13-1013.4 框架構造的計算簡圖2 計算簡圖簡化計算簡

4、圖簡化21 梁柱桿件：梁柱桿件：用單線條替代。用單線條替代。22梁柱節點梁柱節點 ：2 現澆框架當梁現澆框架當梁柱受力筋穿過或錨柱受力筋穿過或錨入節點區入節點區2 剛節剛節點。點。2 裝配或裝配整體裝配或裝配整體式按梁柱實踐銜接式按梁柱實踐銜接方式來簡化。方式來簡化。2 計算簡圖簡化計算簡圖簡化3柱與根底的銜接： 現澆柱般設計成固定支座。 預制柱杯形根底按實踐銜接方式確定。la插筋插筋4跨度及層高確實定梁的跨度即柱中心間的間隔；柱的高度： 底層：基頂至二層現澆樓板頂； 其它層：本層與上層現澆樓面間的高度。翼緣計算寬度fbT 形截面倒 L 形截面考 慮 情 況肋形梁（板）獨立梁肋形梁（板）按計算

5、跨度 l0考慮031l031l061l按梁（肋）凈距 Sn考慮nSb nSb21當1 . 00 hhffhb12當05. 01 . 00hhffhb12fhb 6fhb5按翼緣高度fh考慮當05. 00 hhffhb12bfhb5現澆樓板對梁抗現澆樓板對梁抗彎剛度的影響：彎剛度的影響：3 框架梁截面抗彎剛度的計算框架梁截面抗彎剛度的計算 留意：留意： 設按梁的純矩形截面計算的截面慣性矩為設按梁的純矩形截面計算的截面慣性矩為I0，那么：，那么：裝配整體式樓蓋：裝配整體式樓蓋：中框架取中框架取 I=1.5 I0 邊框架取邊框架取 I=1.2 I0 裝配式樓蓋：裝配式樓蓋：按實踐計算。按實踐計算。I

6、0I0現澆樓蓋：現澆樓蓋：中框架取中框架取 I=2 I0邊框架取邊框架取 I=1.5 I0I01、豎向荷載：、豎向荷載：恒荷載：構造構件設計尺寸乘以自重規范值。恒荷載：構造構件設計尺寸乘以自重規范值。樓面活荷載：根據運用功能查荷載規范。樓面活荷載：根據運用功能查荷載規范。 民用建筑樓面活荷載民用建筑樓面活荷載 設計樓面梁、柱、墻及根底設計樓面梁、柱、墻及根底 時，留意活荷載的折減。時，留意活荷載的折減。 工業建筑樓面活荷載工業建筑樓面活荷載 屋面均布活荷載屋面均布活荷載屋面雪荷載屋面雪荷載13.5 荷載計算 樓面荷載分配原那么樓面荷載分配原那么裝配式或裝配整體式樓蓋： 荷載經過預制板的兩端傳送

7、給支撐梁現澆樓蓋： 單向板向兩支撐邊傳送荷載； 雙向板按板底45度塑性鉸線傳送荷載。三層框架構造，一層柱高三層框架構造，一層柱高4.5米，二三層米，二三層3.6米，樓面恒荷載：米，樓面恒荷載：5kN/m2，無填充墻，忽略梁柱的自重。，無填充墻，忽略梁柱的自重。gk=5x4.5=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mGk=54.54.5/2=101kN等效柱中心線Gk=50.5kNMk=10.1kNmgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/m

8、gk=22.5kN/mgk=22.5kN/mGk=101kNMk=20.2kNmGk=101kNMk=20.2kNmGk=101kNMk=20.2kNmgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mgk=22.5kN/mGk=50.5kNMk=10.1kNmGk=50.5kNMk=10.1kNmGk=50.5kNMk=10.1kNm三層框架構造，一層柱高三層框架構造，一層柱高4.5米，二三層米，二三層3.6米，樓面恒荷載：米，樓面恒荷載：5kN/m2，無填充墻。，無填充墻。忽略梁柱的自重，樓板按單向板，畫出所示框架的恒荷載作忽略梁

9、柱的自重，樓板按單向板，畫出所示框架的恒荷載作用下計算簡圖。用下計算簡圖。三層框架構造，一層柱高三層框架構造，一層柱高4.5米，二三層米，二三層3.6米，樓面恒荷載：米，樓面恒荷載：5kN/m2，活荷載：，活荷載： 2kN/m2，無填充墻。，無填充墻。忽略梁柱的自重，樓板按單向板，畫出所示框架恒荷載作用忽略梁柱的自重，樓板按單向板，畫出所示框架恒荷載作用下計算簡圖。下計算簡圖。 豎向活荷載的最不利位置豎向活荷載的最不利位置 思索活荷載最不利位置的方法思索活荷載最不利位置的方法有四種：有四種： 1逐跨布置法逐跨布置法 即將活荷載逐層逐跨單獨作即將活荷載逐層逐跨單獨作用于構造上，分別計算出整個用于

10、構造上，分別計算出整個構造的內力，對每根梁和柱的構造的內力，對每根梁和柱的控制截面，不同的內力種類，控制截面，不同的內力種類，組合出其最不利值。組合出其最不利值。 活荷載布置方式有跨數活荷載布置方式有跨數*層層數種。數種。 特點：準確性較高。但計算任特點：準確性較高。但計算任務量大，適宜機算。務量大，適宜機算。2 最不利荷載位置法最不利荷載位置法 對桿件控制截面的最不利內力，根據影響線方法，對桿件控制截面的最不利內力，根據影響線方法，直接確定出產生此最不利內力的活荷載位置。然直接確定出產生此最不利內力的活荷載位置。然后對框架進展內力分析。后對框架進展內力分析。如求Mc：先畫Mc的影響線。ABC

11、1ABCABC特點：求梁端和柱端最大彎矩的不利布置不易確定；計算量大。分層布置法分層布置法3 分層布置法或分跨布置法分層布置法或分跨布置法 近似地將活荷載一層做一次布置或一跨做一次布近似地將活荷載一層做一次布置或一跨做一次布置。置。分跨布置法分跨布置法特點：計算量小，適于手算。 4 滿布荷載法滿布荷載法 活載的內力遠小于恒載的內力時，忽略活活載的內力遠小于恒載的內力時，忽略活荷載的不利位置，將活荷載滿布計算。荷載的不利位置，將活荷載滿布計算。 用于手算，用于手算，q/g1。 留意：此法求得的梁的跨中彎矩應乘以留意：此法求得的梁的跨中彎矩應乘以1.11.2的的系數，支座彎矩不變。系數，支座彎矩不

12、變。2、程度荷載：風荷載、地震荷載、程度荷載：風荷載、地震荷載 簡化為作用于框架節點的程度集中力。簡化為作用于框架節點的程度集中力。2/ )(0jiszzikhhBwF留意：迎風面及背風面荷載相加。21sss背風面體形系數迎風面體形系數:21sskw風荷載標準值A面積13.6 內力計算 應分別計算框架在豎向荷載、程度荷載作用下的內力，然后進展內力組合，從而求出每根桿件控制截面的最不利內力，進展截面配筋設計。 近似計算方法的來歷： 手算時代的需求 電算時代的用途： 初設階段估算用； 電算結果校核用。1 1 豎向荷載作用下內力計算方法豎向荷載作用下內力計算方法 豎向荷載下的內力近似計算方法主要有分

13、層法、疊代法及系數法等。 主要講解分層法。13.6.1 豎向荷載作用下的內力計算分層法分層法A根本假定豎向荷載下框架無側移；忽略每層梁上荷載對其它各層梁內力的影響荷載圖荷載圖彎矩圖彎矩圖B 分層法的計算簡圖將每層柱的上下端支座簡化為固定端。那么框架在豎向荷載下的計算簡圖可簡化為：位移位移圖圖 將每層柱的上下端支座簡化為固定端。C用分層法計算簡圖所得內力計算結果的誤差分析用分層法計算簡圖所得內力計算結果的誤差分析誤差分析誤差分析誤差調整措施：誤差調整措施：除底層柱外，其它各層柱的線剛度均乘以除底層柱外，其它各層柱的線剛度均乘以0.9；除底層柱外，其它各層柱的彎矩傳送系數均取除底層柱外，其它各層柱

14、的彎矩傳送系數均取1/3。柱端鉸結柱端固定柱端固定，柱剛度折減10D分層法計算結果的處置：分層法計算結果的處置：分層計算所得的梁端彎矩即為框架梁的最后彎矩；分層計算所得的梁端彎矩即為框架梁的最后彎矩；框架柱端彎矩應由相鄰兩個開口剛架所得的同位框架柱端彎矩應由相鄰兩個開口剛架所得的同位置置 柱端彎矩疊加而得。柱端彎矩疊加而得。最后框架節點彎矩不平衡時，可對該結點不平衡最后框架節點彎矩不平衡時，可對該結點不平衡彎彎 矩進展一次分配，但不傳送。矩進展一次分配，但不傳送。p梁端彎矩下調的緣由梁端彎矩下調的緣由p現澆框架：現澆框架：(1)施工需求；施工需求；(2)梁端出現塑性鉸是允許的。梁端出現塑性鉸是

15、允許的。p裝配或裝配整體式框架：節點銜接本來就不是絕對剛裝配或裝配整體式框架：節點銜接本來就不是絕對剛性，實踐彎矩小于按彈性方法的計算值。故應將按剛性，實踐彎矩小于按彈性方法的計算值。故應將按剛性節點計算值給于下調。性節點計算值給于下調。p調幅系數：調幅系數：E梁端彎矩調幅梁端彎矩調幅00BBAAMMMM 現澆框架：=0.80.9裝配式框架：=0.70.8 調低梁端彎矩后，應按平衡條件計算跨中彎矩。E梁端彎矩調幅梁端彎矩調幅矩按簡支梁計算的跨中彎同時調幅后跨中002MMM注：彎矩調幅只對豎向荷載下的內力進展。注：彎矩調幅只對豎向荷載下的內力進展。 梁端彎矩應先進展調幅，然后再與風荷載、梁端彎矩

16、應先進展調幅，然后再與風荷載、地震作用下的彎矩進展組合。地震作用下的彎矩進展組合。13.6.2 13.6.2 程度荷載作用下的內力近似程度荷載作用下的內力近似計算方法計算方法程度荷載作用下框架的內力計算方法有反彎點法、D值法、門架法等。節點程度荷載作用下彎矩圖一、反彎點法一、反彎點法1 節點作用程度集中力時框架的受力特點1 各桿件的彎矩圖都是直線；1 各桿件上的彎矩均有一個0彎矩點反彎點。322反彎點法的要點2根本假定2在進展各柱剪力分配時，以為梁與柱的線剛度之比為無限大；2柱的反彎點高度：以為除底層柱以外，其他各層柱的反彎點均在柱的中點。底層柱在距支座 層高處。2梁的彎矩可由節點平衡條件求出

17、。3 同層各柱剪力Vji的求法取j層反彎點以上部分為隔離體,由力的平衡得：njiijFV mkjkjmjkjjVVVVV11由結力知：jj212uDuhiVjkjjkjk柱的抗側剛度:jkDj11juDVVmkjkmkjkmkjkDVu1jjnjiimkjkjkjkFiiV1也可以寫為jmkjkjkjjkjkVDDuDV1njiimkjkjkFDD1juDVjkjk柱端彎矩：各柱反彎點處剪力求得后，剪力乘以反彎點距柱上下端截面的間隔，便可求得柱上下截面彎矩，即底層柱其它層4框架梁柱彎矩計算3111hVMktkc32111hVMkbkc2jjkbcjktcjkhVMM梁端彎矩：梁端彎矩：可由節點

18、平衡求得：可由節點平衡求得：反彎點法的適用條件：框架節點梁柱線剛度之比3時。)(lcucrblblblbMMiiiM)(lcucrblbrbrbMMiiiM節點右側的梁端彎矩節點右側的梁的線剛度節點左側的梁的線剛度節點左側的梁端彎矩節點上下端柱彎矩二、二、D值法值法1 D值法的引入：值法的引入：1 當梁柱的線剛度之比不滿足當梁柱的線剛度之比不滿足3時，反時，反彎點法的梁柱線剛度比為無窮大的假設，將彎點法的梁柱線剛度比為無窮大的假設，將引起較大的計算誤差，以致于工程設計結果引起較大的計算誤差，以致于工程設計結果不能接受。故引入改良反彎點法又稱為不能接受。故引入改良反彎點法又稱為D值法。值法。計算

19、誤差表如今：柱的側向剛度按兩端固定柱計算不準確；柱的反彎點位置將遭到與之相關的上下梁、上下層的影響，不能簡單以為在柱的中央。修正柱的側修正柱的側移剛度，將移剛度，將212hi*記作D修正反彎點高度修正反彎點高度ABMAB21266lililiVBA2 改良后的柱側移剛度D212jchi*D =柱的側移剛度修正系數，反映梁柱線剛度比對側移剛度的影響，計算見表3.6.2。表3.6.2當梁柱的線剛度比無窮大時，=1.0。3 修正后的柱反彎點高度3柱的反彎點位置：取決于該柱上下兩端轉角的比值。3 反彎點偏向轉角較大的一端,亦即偏向約束剛度較小的一端。3影響柱兩端轉角的主要要素：3 梁柱線剛度比；柱上下

20、梁的線剛度比；3上層層高的變化；下層層高的變化；柱所在的層次等。3 修正后的柱反彎點高度一層橫梁剛度加大至無窮上層層高加大下層層高加大修正后的反彎點高度按下式計算：yh = (y0+y1+y2+y3)hy反彎點高度比；y0 規范反彎點高度比，由表3.6.3查得；y1 上下橫梁線剛度不同對反彎點高度的修正系數(表3.6.4)；y2 y3 上層、下層層高變化對反彎點高度的修正系數(表3.6.5)。D值法的計算步驟和計算內容與反彎點法一樣。3 修正后的柱反彎點高度D值法也是一種近似方法：雖然思索了節點轉角，但又假定同層值法也是一種近似方法：雖然思索了節點轉角，但又假定同層各節點轉角一樣，還做了一些其

21、他假設。各節點轉角一樣，還做了一些其他假設。13.7 多層框架的內力組合多層框架的內力組合找出各控制截面的最不利內力找出各控制截面的最不利內力內力組合內力組合1梁的控制截面及最不利內力梁的控制截面及最不利內力1 梁端柱邊緣：梁端柱邊緣：1 跨中：跨中：+maxMmaxMmaxV和梁端柱邊緣彎矩和剪力的計算：2)(bpgVV2bVMM2 柱的控制截面及最不利內力組合柱的控制截面及最不利內力組合2 控制截面：上、下端截面控制截面：上、下端截面2 最不利內力組合：最不利內力組合：3荷載效應組合荷載效應組合與第十二章排架構造的荷載效應組合方法一樣。13.8 框架構造側移計算框架構造側移計算剪切型變形彎

22、曲型變形主要由梁柱的彎曲變形呵斥的類似于懸臂柱的剪切變形主要由柱的軸向變形呵斥的類似于懸臂柱的彎曲變形多層框架以剪切型變形為主13.8 框架構造側移計算框架構造側移計算1 側移的近似計算1 用層間位移與層間剪力的關系可得：1 j層的層間位移 為：ju框架頂端總程度位移 u 為：m1kjkjjVDun1jjuu層數應滿足規范要求：huhujj HuHu注：對多框架當1式滿足時，2式普通均能滿足要求，可不用驗算。12過大能夠導致填充構件的開裂13.913.9框架構件設計不思索抗震框架構件設計不思索抗震13.9.1 13.9.1 框架柱的計算長度框架柱的計算長度 柱柱 偏壓構件。偏壓構件。柱計算長度

23、柱計算長度l0l0確定：確定：普通多層房屋的框架構造普通多層房屋的框架構造 現澆樓蓋：底層柱現澆樓蓋：底層柱 l0= 1.0Hl0= 1.0H；其他層；其他層柱柱 l0=1.25Hl0=1.25H； 裝配式樓蓋：底層柱裝配式樓蓋：底層柱 l0=1.25Hl0=1.25H；其他；其他層柱層柱 l0=1.5 Hl0=1.5 H 留意：留意： 我們在計算偏壓構件時，可仍按我們在計算偏壓構件時，可仍按lc即近似按柱的即近似按柱的實踐長度計算。實踐長度計算。 13.9.2 13.9.2 框架節點的構造要求框架節點的構造要求 非地震區，框架節點的承載才干普統非地震區，框架節點的承載才干普統統過采取適當的構

24、造措施來保證。統過采取適當的構造措施來保證。1.1.資料強度資料強度現澆框架節點區的砼等級：不低于柱的砼等級現澆框架節點區的砼等級：不低于柱的砼等級；裝配整體式框架的后澆節點的砼等級：比預制裝配整體式框架的后澆節點的砼等級：比預制柱提高柱提高5N/mm25N/mm2。2.2.截面尺寸截面尺寸 要求節點內配筋率不過大，可經過間接要求節點內配筋率不過大，可經過間接限制節點截面尺寸不過小來保證。要求滿足：限制節點截面尺寸不過小來保證。要求滿足：框架頂層端節點處，計算所需梁上部鋼筋的截面面積應滿足：ybccsfhbfA035. 0 3箍筋箍筋 在框架節點范圍內應設置程度箍筋，間距不宜大于在框架節點范圍

25、內應設置程度箍筋，間距不宜大于250mm。且應符合柱中箍筋的構造要求。對四邊均有。且應符合柱中箍筋的構造要求。對四邊均有梁與之相連的中間節點，節點內可只設矩形箍筋，而梁與之相連的中間節點，節點內可只設矩形箍筋，而不設復合箍筋。不設復合箍筋。復合箍筋復合箍筋 4梁柱縱筋在節點區的錨固梁柱縱筋在節點區的錨固1梁中間節點梁中間節點上部縱向鋼筋：框架中間節點梁上部縱向鋼筋應貫穿中間節點上部縱向鋼筋：框架中間節點梁上部縱向鋼筋應貫穿中間節點，該鋼筋自柱邊伸向跨中的截斷位置應根據梁端負彎矩確定。，該鋼筋自柱邊伸向跨中的截斷位置應根據梁端負彎矩確定。 當頂層端節點內設有梁上部縱筋和柱外側縱筋的搭接接頭時，節

26、點內程度箍筋的布置應按照縱筋搭接范圍內箍筋的布置要求確定。下部縱向鋼筋： 當計算中不利用鋼筋強度時，其伸入節點的錨固長度可按簡支梁V0.7ft bh0的情況取用。 柱截面較大時柱截面較小時或穿過節點，在M較小處搭接當計算中充分利用鋼筋的受拉強度時，其下部縱向鋼筋應伸入節點內錨固，并滿足受拉鋼筋的錨固長度la。如圖13-23(a)、(b)所示。1梁中間節點梁中間節點1.5h0(2)梁中間層端節點：梁中間層端節點：1梁中間節點梁中間節點b(3)柱筋：柱筋：頂層中間節點柱筋的錨固頂層中間節點柱筋的錨固中間層節點處：柱縱筋不宜在節點內截斷，接頭位中間層節點處：柱縱筋不宜在節點內截斷，接頭位置應盡量選在層高中間等彎矩較小的區域。置應盡量選在層高中間等彎矩較小的區域。la0.5lab0.5lab(4)框架頂層端節點：框架頂層端節點：8d1-1梁寬以外的柱縱筋的錨固11位于節點外側和梁端位于節點外側和梁端頂部的彎折搭接接頭頂部的彎折搭接接頭位于柱頂外側的直位于柱頂外側的直線搭接接頭線搭接接頭作業：用反