1、12多層框架構造房屋本章主要引見:多層及高層房屋的構造體系；構造的計算簡圖及荷載確定；簡單框架的內力計算；無抗震設防要求時框架構造構件設計；非抗震設計時框架節點的構造要求；構造施工圖平面整體表示方法。重點是施工圖的識讀。 本章提要多層與高層房屋之間沒有明確的界限，我國通常將8層及層以下的房屋稱為多層房屋，8層以上的房屋稱為高層房屋。鋼筋混凝土框架構造，是指由鋼筋混凝土橫梁、縱梁和柱等構件所組成的構造。墻體不承重，內、外墻只起分隔和圍護作用，見圖12.1。按施工方法的不同，框架可分為整體式、裝配式和裝配整體式三種。整體式框架也稱全現澆框架，其優點是整體性好，建筑布置靈敏，有利于抗震，但工程量大，

2、模板耗費多，工期長。裝配式框架的構件全部為預制，在施工現場進展吊裝和銜接。其優點是節約模板，縮短工期，有利于施工機械化。裝配整體式框架是將預制梁、柱和板現場安裝就位后，在構件銜接處澆搗混凝土，使之構成整體。其優點是，省去了預埋件，減少了用鋼量，整體性比裝配式提高，但節點施工復雜。 圖12.1框架構造圖 (a) 平面圖；(b) -剖面圖 本 章 內 容12.1 框架構造布置12.2 框架構造的計算簡圖及荷載12.3 豎向荷載作用下的內力近似計算分層法12.4 程度荷載作用下的內力和側移的近似計算反彎點法和D值法12.5 框架的內力組合12.6 現澆框架的普通構造12.1 框架構造布置1 構造平面

3、布置宜簡單、規那么和對稱。 2 建筑平面長寬比不宜過大，L/B宜小于6。 3 構造的豎向布置要做到剛度均勻而延續，防止剛度突變。 4 建筑物的高寬比不宜過大，H/B不宜大于5。5 房屋的總長度宜控制在最大伸縮縫間距以內，否那么需設伸縮縫或采取其它措施，以防止溫度應力對構造呵斥的危害。12.1.1 構造布置原那么6 在地基能夠產生不均勻沉降的部位及有抗震設防要求的房屋，應合理設置沉降縫和防震縫。 框架構造是由假設干個平面框架經過連系梁的銜接而構成的空間構造體系。在這個體系中，平面框架是根本的承重構造，按其布置方向的不同，框架體系可以分為以下三種：1 橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架

4、沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設置板和連系梁，見圖12.2 (a) 。 12.1.2 框架構造方案2 縱向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設置板和連系梁，見圖12.2 (b)。 3 縱橫向框架混合承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖12.2 (c)。 圖12.2框架體系的布置 (a) 橫向布置；(b) 縱向布置；(c) 縱橫雙向布置 1 工業廠房普通采用6m柱距，跨度那么隨柱網的布置方式不同分為內廊式和跨度組合式，見圖12.3。 廠房的層高普通根據車間的工藝設備、管道布置及通風采光等要素決議。常用的底層層高有4.2m、4.5m

5、、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。 2 民用建筑民用建筑類型較多，功能要求各有不同，柱網及層高變化也較大，尺度普通較工業廠房為小。柱網和層高通常按300mm進級。 12.1.3 柱網尺寸及層高圖12.3柱網的布置 (a) 內廊式；(b) 跨度組合式 變形縫分為伸縮縫和沉降縫，在地震設防區還需按的規定設置防震縫。伸縮縫是為了防止溫度應力和混凝土收縮應力使房屋產生過大伸縮變形或裂痕而設置的，伸縮縫僅將根底以上的房屋分開。鋼筋混凝土框架構造的伸縮縫最大間距如表12.1。沉降縫是為了防止地基不均勻沉降在房屋構件中產生裂痕而設置的，沉降縫必需將房屋連同根底一同分開。 12.1.4 變形

6、縫的設置在建筑物的以下部位宜設置沉降縫： 土層變化較大處； 地基根底處置方法不同處； 房屋在高度、分量、剛度有較大變化處； 建筑平面的轉機處； 新建部分與原有建筑的交界處。沉降縫由于是從根底斷開，縫兩側相鄰框架的間隔能夠較大，給運用帶來不便，此時可利用挑梁或擱置預制梁、板的方法進展建筑上的閉合處置，見圖12.4。表12.1鋼筋混凝土框架構造伸縮縫最大間距m) 環境條件框架類別室內或土中露天裝配式7550現澆式5535圖12.4沉降縫做法 (a) 設挑梁板；(b) 設預制板梁 12.2 框架構造的計算簡圖及荷載接受主要豎向荷載的框架主梁，其截面方式在全現澆的整體式框架中以T形見圖12.5(a)為

7、多；在裝配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花籃形見圖12.5(b)(g)等。不接受主要豎向荷載的連系梁，其截面方式常用T形、形、矩形、形、L形等，見圖12.6。 框架柱的截面方式普通為矩形或正方形。 12.2.1.1 截面的外形12.2.1 梁柱截面的選擇圖12.5框架橫梁截面方式 圖12.6框架連系梁截面方式 1 框架梁梁截面尺寸可參考受彎構件來初步確定。梁高hb普通可取(1/101/18)lb(lb為梁的計算跨度，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的寬度bb=(1/21/3)hb，普通不宜小于200mm。選擇梁截面尺寸還應符合規定的模數要求。2 框架柱柱截面的寬度bc和高度hc普通取1/1

8、51/20)層高。為了提高框架抗程度力的才干，矩形截面的hc/bc不宜大于3，柱截面的邊長不宜小于250mm。 12.2.1.2 截面尺寸為了簡化計算，作如下規定：1 對現澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩圖12.7(a)。2 對做整澆層的裝配整體式框架，中部框架梁I=1.5I0；邊框架梁I=1.2I0圖12.7(b)。3 對裝配式樓蓋，梁的慣性矩可按本身的截面計算，I=I0圖12.7(c)。12.2.1.3 梁截面的慣性矩圖12.7框架構造的剛度取值 框架構造是由橫向框架和縱向框架組成的空間構造。為了簡化計算，通常忽略它們之間的空間聯

9、絡，而將空間構造體系簡化為橫向和縱向平面框架計算，并取出單獨的一榀框架作為計算單元，該單元接受的荷載如圖12.8中陰影部分所示。在計算簡圖中，框架節點多為剛接，柱子下端在根底頂面，也按剛接思索。桿件用軸線表示，梁柱的銜接區用節點表示。等截面軸線取截面形心位置圖12.9(a)，當上下柱截面尺寸不同時，那么取上層柱形心線作為柱軸線圖12.9(b)。 12.2.2 框架構造的計算簡圖圖12.8框架的計算單元 圖12.9框架柱軸線位置 多層構造房屋普通遭到豎向荷載和程度荷載的作用。豎向荷載包括橫荷載、樓層運用活荷載、雪荷載及施工活荷載等。豎向荷載包括風荷載和程度地震作用。 1 樓面活荷載的折減在設計住

10、宅、宿舍、旅館、辦公樓等多層建筑的墻、柱和根底時，由于樓面活荷載在一切各層同時滿載的能夠性很小，所以作用于樓面上的運用活荷載應乘以表12.2所規定的折減系數。 12.2.3 框架上的荷載2 風荷載與單層工業廠房類似，作用在多層房屋外墻外表的風荷載規范值wk可按下式計算：wk=zszw0 表12.2樓面活荷載折減系數 墻、柱、基礎計算截面以上的樓層數 123456892020計算截面以上各樓層活荷載總和的折減系數 1.00 (0.90)0.850.700.650.600.5512.3 豎向荷載作用下的內力近似計算分層法多層多跨框構造在豎向荷載作用下，用位移法或力法等準確方法計算的結果闡明，框架的

11、側移是極小的，而且作用在某層橫梁的影響也很小，為了簡化計算，分層法假定：1 在豎向荷載作用下，框架的側移可忽略不計；2 每層梁上的荷載對其它各層梁的影響可忽略不計。12.3.1 分層法的計算假定根據上述假定，計算時可將各層梁及其上、下柱作為獨立的計算單元分層進展計算圖12.10)。分層計算所得梁彎矩即為最后彎矩，由于每一層柱屬于上、下兩層，所以柱的彎矩為上、下兩層計算彎矩相疊加。 圖12.10分層法的計算單元 12.3.2 計算步驟1 畫出構造計算簡圖，并標明荷載及軸線尺寸；2 按規定計算梁、柱的線剛度和相對線剛度，除底層柱外，其他各層柱的線剛度遍乘0.9的折減系數；3 用彎矩分配法自上而下分

12、層計算各計算單元的桿端彎矩；4 疊加柱端彎矩，得出最后桿端彎矩。如節點彎矩不平衡值較大，可在節點重新分配一次。5 根據靜力平衡條件繪出框架的內力圖?！纠?2.1】圖12.11所示一個兩層兩跨框架，用分層法作框架的彎矩圖，括號內數字表示每根桿線剛度的相對值。 【解】將第二層各柱線剛度遍乘0.9，分為兩層計算，各層計算單元如圖12.12和圖12.13所示。用彎矩分配法計算各桿端的彎矩，其計算過程見圖12.14。最后將圖12.14中的各桿端彎矩疊加并繪彎矩圖如圖12.15所示。 圖12.11例12.1計算簡圖 圖12.12例12.1二層計算單元 圖12.13例12.1底層計算單元 圖12.14 圖1

13、2.15M圖單位： kNm) 12.4 程度荷載作用下的內力和側移的近似計算反彎點法和D值法多層多跨框架所受程度荷載主要是風荷載及程度地震作用。普通可簡化為作用在框架節點上的集中荷載，其彎矩圖如圖12.16 (a)所示。它的特點是，各桿的彎矩圖都是直線形，每桿都有一個零彎矩點，稱為反彎點。框架在程度荷載作用下的變形情況如圖12.16(b)所示。 12.4.1.1 反彎點法根本假定12.4.1 反彎點法為了簡化計算，作如下假定：1 在進展各柱間的剪力分配時，假定梁與柱的線剛度之比為無窮大，即各柱上下兩端的轉角為零；2 在確定各柱的反彎點位置時，假定除底層柱以外的各層柱，受力后上下兩端將產生一樣的

14、轉角。圖12.16程度荷載下的框架彎矩圖和變形 1 反彎點高度確實定反彎點高度為反彎點至該層柱下端的間隔。對于上層各柱，根據假定2，各柱的上下端轉角相等，此時柱上下端彎矩也相等，因此反彎點在柱中央。對于底層柱，當柱腳為固定時，柱下端轉角為零，上端彎矩比下端彎矩小，反彎點偏離中央而向上挪動，通常假定y =2h/3。12.4.1.2 反彎點法的根本內容2 側移剛度d確實定側移剛度d表示柱上下兩端有單位側移時在柱中產生的剪力。根據假定1，梁柱線剛度之比無窮大，那么各柱端轉角為零，由構造力學的兩端無轉角但有單位程度位移時桿件的桿端剪力方程，柱的側移剛度d可寫成： 3同層各柱剪力確實定 設同層各柱剪力為

15、V1、V2、Vj、，根據層剪力平衡，有V1+V2+Vj+=P可得：于是有 4柱端彎矩確實定 根據各柱分配的剪力及反彎點位置，可確定柱端彎矩。底層柱 上端 Mj上=Vjhj/3 下端 Mj下=Vj2hj/3其它層柱上下端Mj上=Mj下=Vjhj/24梁端彎矩確實定柱端彎矩確定以后，根據節點平衡條件可確定梁的彎矩。對于邊柱節點圖12.17 (a)，有Mb=Mc1+Mc2對于中柱節點圖12.17(b)，有Mb1=ib1/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2Mb2=ib2/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2) 【例12.2】用反彎點法求圖12.18所示框架的彎矩圖。圖中括號內數字為各桿的相對線剛度。 【

16、解】1 計算柱的剪力當同層各柱h相等時，各柱剪力可直接按其線剛度分配。第3層：P=10kNVAD=3.33kNVBE=4.45kNVCF=2.22kN第2層：P=10+19=29kNVDG=9.67kNVEH=12.89kNVFI=6.44kN第1層：P=10+19+22=51kNVGJ=17kNVHK=20.4kNVIL=13.6kN(2) 計算柱端彎矩第3層MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMCF=MFC=4.44kNm第2層MDG=MGD=24.18kNmMEH=MHE=32.23kNmMFI=MIF=16.1kNm第1層MGJ=34kNmMJG=68kNmMHK

17、=40.8kNmMKH=81.6kNmMIL= 27.2kNmMLI=54.4kNm(3) 根據節點平衡條件算出梁端彎矩第3層MAB=MAD=6.66kNmMBA=3.42kNmMBC=5.48kNmMCB=MCF=4.44kNm第2層MDE= 30.84kNmMED=15.82kNmMEF=25.31kNmMFE=20.54kNm第1層MGH=58.18kNmMHG=28.09kNmMHI=44.94kNmMIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm根據以上結果，畫出M圖如圖12.19所示。圖12.17 節點桿端彎矩 圖12.18 圖12.19 M圖單位： kNm) 12.4.

18、2 D值法反彎點法是梁柱線剛度比大于3時，假定節點轉角為零的一種近似計算方法。 提出了修正框架柱的側移剛度和調整反彎點高度的方法，稱為“改良反彎點法或“D值法D值法的稱號是由于修正后的柱側移剛度用D表示。D值法計算簡便，精度又比反彎點法高。 如圖12.20所示，從框架中任取一柱AB，根據轉角位移方程，柱兩端剪力為：思索到上下梁線剛度及柱端約束條件的影響，修正后的柱側移剛度D值計算公式為表12.3給出了各種情況下的值計算公式，可直接選用。 12.4.2.1 修正后柱側移剛度D求得值后，代入式12.12)即可求得柱的側移剛度，同層各柱的剪力可按下式求得： 圖12.20 框架柱剪力計算圖式 表12.

19、3 值計算公式 當橫梁線剛度與柱的線剛度之比不很大時，柱的兩端轉角相差較大，尤其是最上層和最下幾層，其反彎點并不在柱的中央，它取決于柱上下兩端轉角：當上端轉角大于下端轉角時，反彎點移向柱上端；反之，那么移向柱下端。各層柱反彎點高度可一致按下式計算：y=yh=(y0+y1+y2+y3)h 12.4.2.2 柱的反彎點高度1 規范反彎點高度比y0規范反彎點高度比y0主要思索梁柱線剛度比及構造層數和樓層位置的影響，它可根據梁柱相對線剛度比表12.3)、框架總層數m、該柱所在層數n、荷載作用方式由表12.4查得。 2 上下層橫梁線剛度不同時的修正值y1當某層柱的上梁與下梁剛度不同，那么柱上下端轉角不同

20、，反彎點位置有變化，修正值為y1，見圖12.21。根據1和K值由表12.5查得y1 3 上下層層高變化時的修正值y2、y3當柱所在樓層的上下樓層層高有變化時，反彎點也將偏移規范反彎點位置，見圖12.22。令上層層高h上與本層層高h之比為2，即2=h上/h。由2和K從表12.6查得修正值y2。 【例12.3】用D值法求圖12.23所示框架的彎矩圖，圖中括號內數字為各桿的相對線剛度。【解】1求各柱所分配的剪力值V(kN)。計算過程及結果如表12.7所示。(2) 求各柱反彎點高度 (m)。計算過程及結果如表12.8所示。(3) 根據剪力和反彎點高度求柱端彎矩柱上端彎矩 M上=Vh-y)柱下端彎矩 M

21、下=Vy(4) 根據節點平衡條件求梁端彎矩(5) 繪彎矩圖如圖12.24所示。表12.4 規那么框架接受均布程度荷載作用時規范反彎點高度比y0 表12.5 上下層橫梁線剛度比對y0的修正值y1 圖12.21 橫梁剛度變化對反彎點位置的影響 圖12.22 層高變化對反彎點位置的影響 表12.6 上下層高變化對y0的修正值y2和y3 圖12.23 例12.3 表12.7 圖12.24 M圖單位： kNm) 表12.8 12.4.3 程度荷載作用下側移的計算框架的側移主要是由程度荷載引起，框架的側移包括兩部分：一是頂層最大位移，假設過大會影響正常運用；二是層間相對側移，過大會使填充墻出現裂痕。因此必

22、需對這兩部分側移加以限制?？蚣軜嬙煸诔潭群奢d作用下的側移，可以看做是梁柱彎曲變形圖12.25(a)和柱的軸向變形圖2.25(b)所引起的側移的疊加。圖12.25 框架在程度荷載作用下的變形 (a) 梁柱彎曲變形；(b) 柱的軸向變形 側移剛度的物理意義是柱兩端產生單位層間側移所需的層剪力。當知框架構造某一層一切柱的側移剛度D值和層剪力后，按照側移剛度的定義，可得第j層框架的層間相對側移uj應為框架頂點的總側移應為各層層間相對側移之和，即 12.4.3.1 用D值法計算框架的側移在程度荷載作用下框架構造層間相對側移u的限值要求是：(1)高度不大于150m的框架構造 uh/550(2) 高度等于或

23、大于250m的框架構造uh/500(3) 高度在150250m之間的框架構造按uh/550-uh/500線形插入12.4.3.2 側移限值12.5 框架的內力組合對于框架橫梁，其控制截面通常是兩個支座截面及跨中截面。梁支座截面是最大負彎矩及最大剪力作用的截面，在程度荷載作用下能夠出現正彎矩；而跨中控制截面經常是最大正彎矩作用的截面。在組合前應經過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力，見圖12.26。柱的控制截面為柱的上、下兩個端截面。 12.5.1 控制截面及最不利內力柱的最不利內力可歸納為以下三種類型：1|M|max及相應的N、V。2Nmax及相應的M、V。3Nmin及相應的M、V。圖12.26 梁

24、端控制截面彎矩及剪力 12.5.2 樓面活荷載的最不利布置作用于框架構造上的豎向荷載包括恒荷載和活荷載。恒荷載是長期作用在構造上的荷載，任何時候必需全部思索。在計算內力時，恒荷載必需滿布，如圖12.27。但是活荷載卻不同，它有時作用，有時不作用。各種不同的布置就會產生不同的內力，因此應該由最不利布置方式計算內力，以求得截面最不利內力。 可以不思索活荷載不利布置，與恒荷載一樣均按滿布方式計算內力，從而使計算任務量大為減少。 圖12.27 永久荷載分布 12.5.3 風荷載的布置風荷載能夠沿某方向的正、反兩個方向作用。在對稱構造中，只需進展一次內力計算，荷載在反向作用時，內力改動符號即可，如圖12.28所示。 圖12.28 風荷載作用彎矩圖 12.5.4 荷載組合應按的規定，根據各種荷載的特點取相應的組合系數，將某些荷載值適當降低。對于非地震區的多層框架，有以下荷載組合方式：1