3多層框架結構設計3

多層框架結構設計3.1多層框架的結構組成與結構布置3.2現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.3內力組合3.4現澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節點設計3.5多層框架結構的基礎3.1

多層框架的結構組成與結構布置3.1.1多層框架結構的組成

框架結構是由橫梁、立柱和基礎連接而成。

梁柱連接處稱為節點，一般為剛性連接，有時也為餃節點；柱子與基礎的連接一般是剛性的。

多層與高層房屋之間沒有明確的界限，我國通常將8層及８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。3.1

多層框架的結構組成與結構布置3.1.2多層框架結構的分類按施工方法不同，框架結構可分為：（1）現澆式框架結構：梁、柱、樓蓋均為現澆鋼筋混凝土。（2）半現澆式框架結構：梁、柱為現澆而樓板為預制；或柱為現澆而梁板為預制的結構。（3）裝配式框架：梁、柱、樓板均為預制，然后通過焊接拼裝連接成整體。（4）裝配整體式框架：梁、柱和板均為預制，在節點區焊接鋼筋、澆搗混凝土，使之形成整體。3.1

多層框架的結構組成與結構布置3.1.3多層框架的結構布置一.柱網布置應滿足生產工藝的要求（內廊式、等跨式、對稱不等跨式）；柱網布置應滿足建筑平面布置的要求（三跨框架和兩跨框架）；柱網布置要使結構受力合理；柱網布置應使施工方便。3.1

多層框架的結構組成與結構布置3.1.3多層框架的結構布置二.承重框架結構的布置方案按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種：①橫向框架承重方案②縱向框架承重方案③縱橫向框架混合承重方案主要承重框架沿房屋的橫向布置，沿房屋的縱向設置板和連系梁。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。由于房屋的橫向剛度較弱，一般不宜采用。

主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置。3.1

多層框架的結構組成與結構布置3.1.3多層框架的結構布置三.變形縫變形縫有沉降縫、伸縮縫、防震縫。伸縮縫沉降縫防震縫其設置主要與結構的長度有關。其設置主要與基礎承受的荷載及場地的地質條件有關。

非地震區的沉降縫，可兼作伸縮縫。地震區的廠房，其伸縮縫和沉降縫均應符合防震縫的要求。3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.2.1結構計算簡圖

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分析。但對于平面布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分析，取一榀中間框架作為計算單元。

當采用現澆樓蓋時，樓面活荷載一般可按角平分線傳至兩側的梁上。橫向框架上的梯形豎向分布荷載，常可簡化為均布豎向荷載。一.計算單元3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.2.1結構計算簡圖二.跨度與層高

在結構計算圖中，桿件用其軸線來表示。框架梁的跨度取柱子軸線之間的距離，柱以截面的形心線來確定。框架柱的長度以相應的建筑層高，而底層柱的長度取基礎頂面到二層樓板頂面之間的距離。對于不等跨框架，若各跨跨度相差不大于10%時，可簡化為等跨框架，簡化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。3.2.1結構計算簡圖三.框架梁截面抗彎剛度的計算

現澆樓板對框架梁截面和跨中截面抗彎剛度的影響：①在框架梁兩端節點處，梁受負彎矩，頂部的樓板受拉，樓板對梁的截面抗彎剛度影響較小；②在框架梁的跨中，梁受正彎矩，樓板處于受壓區形成T性截面梁，樓板對梁的截面抗彎剛度影響較大。對于調整梁的截面慣性矩，作如下規定：對現澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0；裝配整體式框架，中部框架梁I=1.5I0；邊框架梁I=1.2I0；裝配式樓蓋，梁的慣性矩可按本身的截面計算，I=I0（其中I0為矩形截面梁的慣性矩）。3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.2.1結構計算簡圖四.荷載的計算與簡化豎向荷載：結構的自重、使用的活荷載、雪荷載、屋面積灰荷載和施工檢

修荷載等。水平荷載：風荷載和地震作用等。

1.樓面活荷載

對于樓面梁，當其負荷面積大于25m2時，折減系數為0.9；

對于墻、柱、基礎，則需要根據計算截面以上樓層數的多少取不同的折減系數。2.風荷載

風荷載的計算方法與單層廠房相同，對于矩形平面的多層建筑，其風載體型系數取1.3。3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.2.2豎向荷載作用下的分層法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方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）框架無側移；（2）每一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。3.2.2豎向荷載作用下的分層法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法

（1）除底層以外，其他各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數。（2）除底層柱以外，其他各層柱的彎矩傳遞系數由1/2改為1/3。采用分層法計算時，應作以下修正：

用無側移框架的計算方法(彎矩分配法)計算各敞口框架的桿端彎矩，由此所得的梁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、下層計算所得的彎矩值相加。3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法1.原理

框架結構在水平方向作用下（如風荷載或者地震荷載作用），手算時可以將其簡化為框架受節點水平力作用，即將荷載集中于樓蓋和屋蓋位置。因此，各桿的彎矩圖均為直線形，每桿都有一個零彎矩點即反彎點。

先求出各柱反彎點處的剪力及反彎點的位置，即可進一步確定框架的內力。3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法2.適用情況

梁的線剛度與柱的線剛度比值超過3時。3.假定

橫梁的抗彎剛度無限大，各柱上、下端都不發生角位移，且水平位移相同；

除底層外各層上、下柱兩端轉角相同，反彎點位置固定不變。3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法4.計算步驟（1）確定反彎點高度

（反彎點處至該層柱下端距離）上層各柱：（上下端彎矩相等）底層柱：

（上端彎矩比下端彎矩小）反彎點位置圖3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法4.計算步驟（2）計算各柱側移剛度D（3）同層各柱剪力分配一般情況下i為柱的線剛度3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法（4）柱端彎矩計算反彎點位置及該點剪力確定后，j層柱端彎矩為：4.計算步驟3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法（5）梁端彎矩計算在求得柱端彎矩后，由節點彎矩平衡求梁端彎矩。*頂部邊節點：

*一般邊節點：4.計算步驟3.2.3水平荷載作用下的反彎點法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法（5）梁端彎矩計算中節點：按相對線剛度進行分配。4.計算步驟*頂部中節點*一般中節點3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法1.基本思想

（1）反彎點法認為柱的抗側剛度只與柱的線剛度和柱高有關，未考慮節點梁柱線剛度比的影響；

（2）反彎點法認為反彎點的位置是固定不變的，實際上它與梁柱線剛度之比、柱的位置、上下層梁的線剛度大小、上下層層高、框架的總層數等因素有關；

（3）當框架柱的線剛度比小于3時適用；

（4）通過對框架柱的側移剛度和反彎點高度進行修正以提高計算精度。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法2.與反彎點法相比相同之處：計算步驟相同。不同之處：考慮了上述因素的影響，對柱的抗側剛度和柱的反彎點位置進行了修正。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.修正后的柱側向剛度D式中，α——柱抗側移剛度修正系數，反映梁柱線剛度比對柱側向剛度的影響大小。與梁柱剛度比有關，按下表的公式計算。柱的部位及固定情況一般層底層，下面固支底層，下端鉸支αci1i2ici3i4i1i2ici1i2ic3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法3.修正后的柱側向剛度D影響D值的因素主要有：①該柱本身剛度，②上下梁的剛度，③上下層柱的高度，④上下層剪力(即水平荷載分布情況)，⑤柱所在層的位置。3.2.4水平荷載作用下的D值法3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法4.各樓層的反彎點位置y0——標準反彎點高度比；y1——因上、下層梁剛度比變化的修正值；y2——因上層層高變化的修正值；y3——因下層層高變化的修正值。柱端彎矩ViVi3.2.5水平荷載作用下側移的近似值3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法

框架在水平荷載作用下的側移由梁柱彎曲變形和柱的軸向變形產生。

一般情況下，可只考慮梁柱彎曲變形產生的側移（柱軸向變形引起的側移很小）。梁、柱彎曲變形產生的側移則是剪切型的，底層最大，向上逐漸減小。柱軸向變形產生的側移是彎曲型的，頂層層間變形最大，向下逐漸減小。3.2.5水平荷載作用下側移的近似值3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法一.由梁柱彎曲變形所引起的頂點側移u1

各樓層處的層間位移之和即是框架頂點的水平側移。

由抗側剛度D的物理意義，可近似的計算框架結構第j層由梁柱彎曲變形引起的層間側移為：3.2.5水平荷載作用下側移的近似值3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法二.由柱軸向變形所引起的頂點側移u2

在風荷載（水平荷載）作用下，對于一般框架，迎風面受拉，背風面受壓。中柱因兩邊梁的剪力相近，軸力很小。可假定除邊柱外，其他柱子軸力為0，只需考慮邊柱軸向變形產生的側移。這樣可大大簡化計算。由計算可得框架結構頂點由柱軸向變形引起的側移為如下公式：3.2.5水平荷載作用下側移的近似值3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法框架受頂點集中荷載作用時框架受倒三角形荷載作用時框架受均布水平荷載作用時房屋越高、越窄，則由柱軸向變形所引起的側移就越大。一般對50m或高寬比H/B大于4的房屋，由柱軸向變形產生的側移較大，需考慮。二.由柱軸向變形所引起的頂點側移u23.2.5水平荷載作用下側移的近似值3.2

現澆鋼筋混凝土框架結構內力與位移的近似計算方法三.彈性層間位移角限值

按彈性方法計算得到的框架層間水平位移除以層高，得彈性層間位移角的正切。框架結構的最大彈性層間位移△u與層高h之比不能超過其限值1/550，即：3.3

內力組合3.3.1控制截面框架柱的彎矩呈線性變化控制截面可取上下柱端截面；框架梁的彎矩呈拋物線變化控制截面可取兩端截面及跨間最大正彎矩截面（為簡化可取跨中截面）。3.3

內力組合3.3.2荷載效應組合框架結構設計時，荷載效應組合可采用與排架結構一樣的簡化方法。3.3.3最不利內力組合梁端截

面：+Mmax、-Mmin、Vmax梁跨中截面：+Mmax柱截面：

及相應的N、V

Nmax及相應的M

Nmin及相應的M3.3

內力組合3.3.4豎向活荷載的最不利位置作用于框架結構上的豎向荷載有恒荷載和活荷載。活荷載最不利布置的方法有：分跨計算組合法最不利荷載位置法分層組合法滿布荷載法3.3

內力組合3.3.5梁端彎矩調幅考慮到鋼筋混凝土結構的塑性內力重分布，允許在梁端出現塑性餃。

在進行框架結構設計時，一般均對梁端彎矩進行調幅，即人為地減少梁端負彎矩，減少節點附近梁頂面的配筋量。

設某框架梁AB在豎向荷載作用下，梁端最大負彎矩分別為MA0、MB0，梁跨中最大正彎矩為MC0，則調幅后梁端彎矩可取：

式中：β為彎矩調幅系數，對于現澆框架，取0.8~0.9，對于裝配式整體式框架，取0.7~0.8。3.3

內力組合3.3.5梁端彎矩調幅

梁端彎矩調幅后，在相應荷載作用下的跨中彎矩必將增加，這時應校核該梁的靜力平衡條件，即調幅后梁端的彎矩的平均值與跨中最大彎矩之和應大于按簡支梁計算的跨中彎矩值。

彎矩調幅只對豎向荷載作用下的內力進行，即水平荷載作用下產生的彎矩不參加調幅，因此，彎矩調幅應在內力組合之前進行。3.4

現澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節點設計3.4.1梁柱截面尺寸確定一.非抗震設計的框架橫梁一般取梁高，當有機床和機械設備時

，但不宜小于，l

為梁的跨度。梁寬；梁高也可按下列經驗公式取用：兩端無支托的橫梁，按彎矩（0.6~0.8）M0來估算梁高兩端有支托的橫梁，按彎矩（0.4~0.6）M0來估算梁高M0為梁簡支時的跨中最大彎矩。3.4

現澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節點設計3.4.1梁柱截面尺寸確定二.非抗震設計的框架柱確定框架柱截面尺寸時，不但要考慮強度要求，而且要考慮框架的側向剛度和延性的要求。梁與柱為剛接的鋼筋混凝土柱，其計算長度應根據框架側向的約束條件，荷載情況，并考慮柱的二階效應對柱截面設計的影響程度來確定。樓蓋類型柱的類別l0現澆樓蓋底層柱1.0H其余各柱1.25H裝配式樓蓋底層柱1.25H其余各柱1.5H框架結構各層柱的計算長度l0的取值表3.4

現澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節點設計3.4.2梁柱節點的構造要求一.材料強度框架節點區的混凝土強度等級應不低于柱子的砼強度等級，在裝配式整體框架中，應比預制柱的砼強度等級提高5N/mm2。二.截面尺寸3.4

現澆鋼筋混凝土框架梁、柱和節點設計3.4.2梁柱節點的構造要求三.箍筋在框架節點范圍內應設置水平箍筋，其布置應符合柱中箍筋的構造要求，且間距不