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《框架结构设计》课件课程目标：1. 了解框架结构的基本概念和特点；2. 掌握框架结构的设计原则和方法；3. 能够应用框架结构设计原理进行实际项目的框架设计。
第一部分：框架结构的基本概念和特点1.1 框架结构的基本概念1.1.1 框架的定义1.1.2 框架与传统的结构形式的区别1.1.3 框架结构的分类1.2 框架结构的特点1.2.1 空间刚度大1.2.2 抗震性能好1.2.3 框架结构自身的重量轻1.2.4 施工方便，施工周期短第二部分：框架结构的设计原则和方法2.1 框架结构的设计原则2.1.1 安全性原则2.1.2 经济性原则2.1.3 适用性原则2.2 框架结构的设计方法2.2.1 框架结构的平面设计2.2.2 框架结构的立面设计2.2.3 框架结构的剖面设计第三部分：框架结构设计的实际应用3.1 项目背景及设计要求3.1.1 项目背景3.1.2 设计要求3.2 框架结构设计流程3.2.1 初步设计阶段3.2.2 详细设计阶段3.2.3 设计评审阶段3.3 框架结构设计案例分析3.3.1 案例一：多层框架结构设计3.3.2 案例二：高层框架结构设计第四部分：框架结构设计注意事项及常见问题解析4.1 框架结构设计注意事项4.1.1 合理选择框架梁、柱的截面尺寸4.1.2 注意框架结构的连接节点设计4.1.3 考虑框架结构的抗震设计4.2 常见问题解析4.2.1 问题一：框架结构梁、柱节点钢筋锚固问题4.2.2 问题二：框架结构柱梁截面尺寸的确定方法4.2.3 问题三：框架结构柱的偏心加载问题第五部分：总结与展望5.1 总结5.2 展望科学性：1. 内容基于结构工程领域的公认原理和标准，如国际建筑规范和工程实践。
2. 使用最新研究和industry best practices 来确保信息的准确性和时效性。
3. 课件中的案例分析和问题解析基于实际工程项目，提供了具体的数据和解决方案。
4. 引用权威的参考资料和学术研究，以支持课件中的理论和设计方法。
第5章 框架结构设计[例5.4-1] 图5.4.12（a ）所示为两层两跨框架，图中括号内的数字表示杆件的相对线刚度值（i /108）。
试用D 值法计算该框架结构的内力。
[解]（1）按式（5.4.1）计算层间剪力V 2 = 100kN ；V 1 = 100+80 = 180kN （2）按式（5.4.4）计算各柱的侧向刚度，其中c α按式（5.4.5）（对第2层柱）或式（5.4.6）（对第1层柱）计算，K 按表5.4.1所列的相应公式计算。
计算过程及结果见表5.4.2。
（3）根据表5.4.2所列的D ij 及ΣD ij 值，按式（5.4.2）计算各柱的剪力值V ij 。
计算过程及结果见表5.4.3。
（4）按式（5.4.9）确定各柱的反弯点高度比，然后按式（5.4.14）计算各柱上、下端的弯矩值。
计算过程及结果见表5.4.3。
表5.4.2 柱侧向刚度计算表注：表中剪力的量纲为kN ；弯矩的量纲为kN ·m 。
根据图5.4.12（a ）所示的水平力分布，确定y n 时可近似地按均布荷载考虑；本例中y 1=0；对第1层柱，因8.05.4/6.32==α，所以y 2为负值，但由2α及表5.4.2中的相应K 值，查附表2.5得y 2=0；对第2层柱，因0.125.16.3/5.43>==α，所以y 3为负值，但由3α及表5.4.2中的相应K 值，查附表2.5得y 3=0。
由此可知，附表中根据数值大小及其影响，已作了一定简化。
（5）按式（5.4.15）计算梁端弯矩，再由梁端弯矩计算梁端剪力，最后由梁端剪力计算柱轴力。
计算过程及结果见表5.4.4。
框架弯矩图见图5.4.12（b ）。
表5.4.4 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表注：1. 表中梁端弯矩、剪力均以绕梁端截面顺时针方向旋转为正；柱轴力为以受压为正。
2. 本表中的lMb 及rbM系分别表示同一梁的左端弯矩及右端弯矩。
小结（1）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。
框架结构的设计步骤一、明确需求。
要设计框架结构呢，第一步肯定得先搞清楚需求呀。
就像你要盖房子，得知道这房子是用来住人呀，还是做仓库啥的。
是要盖个小别墅，还是高楼大厦呢？这需求不同，那框架结构的设计方向可就差远喽。
得和客户或者相关人员好好聊一聊，把功能需求、空间要求、预算之类的都摸个透。
二、确定结构体系。
知道需求了，就该琢磨用啥样的结构体系啦。
这就好比给房子选骨架呢。
是用纯框架结构呀，还是框架 - 剪力墙结构呢？这里面学问可大了。
要考虑建筑的高度、抗震要求、使用功能等好多因素。
如果是比较矮的建筑，纯框架可能就够啦，简单又实用。
要是高楼呢，可能就得加上剪力墙来增加稳定性，就像给房子的骨架加上一些加固的支撑一样。
三、初步布局。
好啦，结构体系定了，就可以开始初步布局啦。
这就像给房子的框架搭个大概的样子。
柱子放哪儿呢？梁又该怎么连呢？要根据建筑的平面形状、功能分区来安排。
比如说客厅的地方，柱子不能太影响空间的使用，要巧妙地布局，让空间看起来既宽敞又合理。
而且柱子和梁的布置也要考虑传力的合理性，就像接力赛一样，力要能顺利地从板传到梁，再传到柱子，最后到基础。
四、荷载计算。
接下来就是算荷载啦。
这就像知道房子要承受多少重量一样。
这里面有恒载，就是房子本身的重量，像楼板、墙这些的重量。
还有活载，就是人呀、家具呀这些可能变动的重量。
这可得算仔细喽，要是算少了，房子可能就会有危险；算多了呢，又可能会造成浪费。
就像给人做饭，不能做太多也不能做太少。
五、内力分析。
荷载算好了，就该分析内力啦。
这内力就像是房子框架内部的力量分配。
哪些地方受力大，哪些地方受力小，得搞清楚。
这时候就可以用一些计算软件或者手算的方法来分析。
就像给房子做个体检，看看它的骨架哪里压力大，哪里压力小，这样才能合理地设计构件的尺寸呢。
六、构件设计。
内力分析完了，就到构件设计啦。
根据内力的大小来确定柱子、梁、板的尺寸和配筋。
柱子要足够粗，梁要足够结实，板也要能承受住上面的重量。
第5章框架结构设计主要内容：z结构布置z框架结构的计算简图z竖向荷载作用下框架结构内力的简化计算z水平荷载作用下框架结构内力和侧移的简化计算z荷载效应组合和构件设计z框架结构的构造要求重点：z结构布置z框架结构的计算简图及荷载z反弯点法，D值法5.1 结构布置5.1.1 柱网和层高（1）工业建筑柱网尺寸和层高：根据生产工艺要求确定有内廊式和等跨式两种。
内廊式边跨跨度一般为6~8m，中间跨跨度为2~4m；等跨式的跨度一般为6~12m。
柱距通常为6m，层高为3.6m~5.4m。
（2）民用建筑柱网和层高：由使用功能确定小柱网：指一个开间为一个柱距，柱距为3.3m，3.6m，4.0m等；大柱网：指两个开间为一个柱距，柱距为6.0m，6.6m，7.2m等。
说明：①开间、进深、层高要符合模数。
②宾馆建筑多采用三跨框架。
③办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架5.1.2 框架结构的承重方案（1）横向框架承重主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。
房屋的横向刚度大，在实际结构中应用较多。
（2）纵向框架承重主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。
实际结构中应用较少。
（3）纵、横向框架承重纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。
5.2 框架结构的计算简图5.2.1 梁、柱截面尺寸 1．梁截面尺寸截面高度h b ：根据梁的计算跨度l b 、荷载大小等确定h b = (1/18~1/10)l b截面宽度b b ： b b = (1/3~1/2)h b ，且不宜小于200mm 。
高宽比（h b /b b ）：不宜大于4（保证梁的侧向稳定性）。
采用扁梁：为了降低楼层高度，b /h 不宜超过3。
采用加腋梁：当梁跨度较大时，为了节省材料和有利于建筑空间。
图5.2.1 加腋梁2．柱截面尺寸柱截面尺寸根据轴压比限值确定。
中柱：cf nf N A ][12)(25.1][25.1N c N c μμ×××==单柱受荷面积 边柱：cN c ][3.1f NA μ=， ][N μ对一级～三级框架分别取0.7，0.8，0.912kN/m 2为单位面积上的重力荷载代表值近似值，n 为楼层数； 1.25，1.3为考虑地震作用组合后柱轴力增大系数。
框架结构设计思路一、什么是框架结构设计1.1 框架的定义1.2 框架结构的意义二、框架结构设计原则2.1 单一责任原则2.2 开闭原则2.3 依赖倒置原则2.4 接口隔离原则2.5 迪米特法则三、框架结构设计步骤3.1 确定系统架构目标3.2 分析需求和问题3.3 划分功能模块3.4 设计模块之间的关系3.5 定义数据结构和接口3.6 确定流程设计和业务逻辑3.7 设计模块的组织结构3.8 制定开发规范和标准四、典型框架结构设计方法4.1 分层结构4.2 MVC模式4.3 插件化结构4.4 微服务架构五、框架结构设计的实践与总结5.1 优点5.2 风险与挑战5.3 实践案例分析5.4 总结和展望一、什么是框架结构设计1.1 框架的定义框架是指在某个特定领域中，提供了解决一类问题的基本结构、规范和工具的体系。
它是一种能够被复用的软件架构模板，用于解决特定领域的常见问题。
1.2 框架结构的意义框架结构的设计是软件开发过程中至关重要的一环。
好的框架结构设计可以提高开发效率、降低维护成本，同时能够保证系统的稳定性和可扩展性。
二、框架结构设计原则在进行框架结构设计时，需要遵循一些基本的设计原则，以确保框架的质量和稳定性。
2.1 单一责任原则单一责任原则要求一个类只负责一项职责，避免将多个职责耦合在一个类中。
2.2 开闭原则开闭原则要求软件实体（类、模块、函数等）对扩展开放，对修改关闭。
即应该通过扩展来实现系统的新功能，而不是直接修改已有代码。
2.3 依赖倒置原则依赖倒置原则要求高层模块不依赖于底层模块，而是通过抽象来实现对底层模块的依赖。
这样可以降低模块之间的耦合度，提高系统的灵活性和可维护性。
2.4 接口隔离原则接口隔离原则要求尽量使用多个专门的接口，而不是使用单一的总接口。
客户端应该仅依赖于其实际使用的接口。
2.5 迪米特法则迪米特法则要求模块之间的通信要尽量通过少数几个接口进行。
模块之间应该是松耦合的，不直接依赖于具体的实现细节。
第5章钢筋混凝土框架结构设计本章内容包括混凝土现浇楼盖设计、混凝土框架梁及次梁设计、框架柱和节点设计，内容主要涉及混凝土结构和建筑抗震设计的相关知识，是毕业设计中非常重要的部分。
本章将毕业设计框架设计中常用的相关资料进行汇编（不包括预应力混凝土构件），以方便学生在毕业设计时查阅使用。
5. 1 混凝土构件设计的一般要求5.1. 1 混凝土结构设计的基本规定1.重要性系数γ0(1）设计使用年限建筑结构和结构构件在正常设计、正常施工、正常使用和维护条件下所应达到的使用年限，一般按表5-1 确定。
若建设单位提出更高的要求，也可按建设单位的要求确定。
(2）建筑结构的安全等级根据建筑结构破坏后果的严重程度，建筑结构划分为三个安全等级。
所谓破坏后果是指危及人的生命、造成经济损失和产生的社会影响三个方面。
不同的安全等级是通过结构重要性系数体现的，设计时可根据具体情况，按表5-2 的规定选用。
2.实用设计表达式(1）承载能力极限状态的设计表达式γo S≤R（非抗震设计）S≤R/r RE（抗震设计）r o----结构重要性系数；S----承载能力极限状态的荷载效应组合值（内力hR----结构构件的承载力设计值；r RE-----承载力抗震调整系数。
(2）正常使用极限状态的设计表达式S≤RS----正常使用极限状态的荷载效应组合值；R-----结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝、振幅、加速度、应力的限值，按建筑结构有关设计规范、规程的规定采用。
3. 正常使用极限状态挠度限值及裂缝宽度控制的规定(1）受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响进行计算，其计算值不应超过表5-3规定的挠度限值。
注:①表中 Lo 为构件的计算跨度;②表中括号内的数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；③如果构件制作时预先起拱，则验算挠度时，口I将计算所得的挠度值减去起拱值；④计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度lo按实际悬臂长度的2倍使用。
第5章 框架结构设计
[例5.4-1] 图5.4.12（a ）所示为两层两跨框架，图中括号内的数字表示杆件的相对线刚度值（i /108）。
试用D 值法计算该框架结构的内力。
[解]（1）按式（5.4.1）计算层间剪力
V 2 = 100kN ；V 1 = 100+80 = 180kN （2）按式（5.4.4）计算各柱的侧向刚度，其中c α按式（5.4.5）（对第2层柱）或式（5.4.6）（对第1层柱）计算，K 按表5.4.1所列的相应公式计算。
计算过程及结果见表5.4.2。
（3）根据表5.4.2所列的D ij 及ΣD ij 值，按式（5.4.2）计算各柱的剪力值V ij 。
计算过程及结果见表5.4.3。
（4）按式（5.4.9）确定各柱的反弯点高度比，然后按式（5.4.14）计算各柱上、下端的弯矩值。
计算过程及结果见表5.4.3。
表5.4.2 柱侧向刚度计算表
注：表中剪力的量纲为kN ；弯矩的量纲为kN ·m 。
根据图5.4.12（a ）所示的水平力分布，确定y n 时可近似地按均布荷载考虑；本例中y 1=0；对第
1层柱，因8.05.4/6.32==α，所以y 2为负值，但由2α及表5.4.2中的相应K 值，查附表2.5得y 2=0；对第2层柱，因0.125.16.3/5.43>==α，所以y 3为负值，但由3α及表5.4.2中的相应K 值，查附
表2.5得y 3=0。
由此可知，附表中根据数值大小及其影响，已作了一定简化。
（5）按式（5.4.15）计算梁端弯矩，再由梁端弯矩计算梁端剪力，最后由梁端剪力计算柱轴力。
计算过程及结果见表5.4.4。
框架弯矩图见图5.4.12（b ）。
表5.4.4 梁端弯矩、剪力及柱轴力计算表
注：1. 表中梁端弯矩、剪力均以绕梁端截面顺时针方向旋转为正；柱轴力为以受压为正。
2. 本表中的l
M
b 及r
b
M系分别表示同一梁的左端弯矩及右端弯矩。
小结
（1）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。
结构设计时，需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸，确定结构计算简图，然后进行荷载计算、结构分析、内力组合和截面设计，并绘制结构施工图。
（2）竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法等近似方法计算。
分层法在分层计算时，将上、下柱远端的弹性支承改为固定端，同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数0.9，相应地柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3，底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。
弯矩二次分配法是先对各节点的不平衡弯矩都进行分配（其间不传递），然后对各杆件的远端进行传递。
分层法和弯矩二次分配法的计算精度较高，可用于工程设计。
（3）水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。
其中D值法的计算精度较高，当梁、柱线刚度比大于3时，反弯点法也有较好的计算精度。
（4）D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。
D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。
影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。
柱两端的约束刚度不同，相应的柱端转角也不相等，反弯点向转角较大的一端移动，即向约束刚度较小的一端移动。
D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。
（5）在水平荷载作用下，框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。
层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱（尤其是边柱）产生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。
当框架结构房屋较高或其高宽比较大时，宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。
思考题
（1）框架结构的承重方案有几种？各有何特点和应用范围？
（2）框架结构的梁、柱截面尺寸如何确定？应考虑哪些因素？
（3）怎样确定框架结构的计算简图？当各层柱截面尺寸不同且轴线不重合时应如何考虑？
（4）简述分层法和弯矩二次分配法的计算要点及步骤。
（5）D值的物理意义是什么？影响因素有哪些？具有相同截面的边柱和中柱的D值是否相同？具有相同截面及柱高的上层柱与底层柱的D值是否相同（假定混凝土弹性模量相同）？
（6）有一空间框架结构，假定楼盖的平面内刚度无穷大，用D值法分配层间剪力。
先将层间剪力分配给每一榀平面框架，再分配到各平面框架的每根柱；或者用每根柱的D值与层间全部柱的∑D的比值将层间剪力直接分配给每根柱。
这两种方法的计算结果是否相同？为什么？
（7）水平荷载作用下框架柱的反弯点位置与哪些因素有关？试分析反弯点位置的变化规律与这些因素的关系。
如果与某层柱相邻的上层柱的混凝土弹性模量降低了，该层柱的反弯点位置如何变化？此时如何利用现有表格对标准反弯点位置进行修正？
（8）水平荷载作用下框架结构的侧移由哪两部分组成？各有何特点？为什么要进行侧移验算？如何验算？
（9）如何确定框架结构梁、柱内力组合的设计值？
（10）框架梁、柱及节点各有哪些构造要求？
习题
1．习题1图所示框架结构，各跨梁跨中均作用竖向集中荷载P=100kN。
各层柱截面均为400mm ×400mm；各层梁截面相同：左跨梁300mm×700mm，右跨梁300mm×500mm。
各层梁、柱混凝土强度等级均为C25。
试分别用分层法和弯矩二次分配法计算该框架梁、柱的弯矩，并与矩阵位移法的计算结果进行比较。
矩阵位移法的计算结果标注在该图中各杆上，均标注在各截面受拉纤维一侧。
2．已知框架结构同习题1，试用D值法计算该框架在习题2图所示水平荷载作用下的内力及侧移，并与矩阵位移法的计算结果进行比较。
矩阵位移法的弯矩值计算结果标注在截面受拉纤维一侧，柱左、右侧的弯矩值分别表示该层柱上、下端的弯矩值。
