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高层 第四章框架结构设计

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高层建筑结构设计-第4章-结构设计基本规定

高层建筑结构设计-第4章-结构设计基本规定

高层建筑结构设计广西大学土木建筑工程学院贺盛第四章结构设计基本规定4.6 舒适度验算4.7 抗震设防类别4.8 抗震等级4.9 变形缝设置4.1 适用最大高度及高宽比4.2 结构布置的规则性4.3 承载力验算4.4 荷载效应组合4.5 变形验算本章重点➢掌握各类房屋的适用最大高度及高宽比➢掌握各类结构布置原则及规则性判别方法➢掌握荷载效应组合及承载力验算方法➢掌握变形验算方法➢了解舒适度验算方法➢掌握各类建筑抗震等级确定方法➢熟悉各种变形缝的类型及设置原则4.1 适用最大高度及高宽比结构设计首先需根据房屋高度、抗震设防、设防烈度等因素，确定一个与之匹配的、经济且合理的结构体系，以使结构效能得到充分发挥，材料强度得到充分利用。

《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高混规》）及《高层民用建筑钢结构设计规程》JGJ-2015（以下简称《高钢规》）规定了钢筋混凝土结构、钢结构及混合结构房屋建筑的最大适用高度。

将钢筋混凝土结构房屋划分为A与B级。

当房屋高度满足下表时，为A级。

当钢筋混凝土结构房屋高度不满足上表，但满足下表时，为B级。

当房屋高度不满足下表时，为超限高层建筑。

民用钢结构房屋的最大适用高度如下表所示。

表中筒体不包括钢筋混凝土筒。

混合结构房屋的最大适用高度如下表所示。

4.1.2 房屋建筑适用的高宽比房屋建筑适用的高跨比，是对结构刚度、整体稳定承载能力及经济合理性的宏观控制指标。

当结构设计满足承载力、稳定、抗倾覆、变形及舒适度等基本条件之后，仅从结构安全角度考虑，高宽比限值不是必须满足的。

高宽比主要影响结构设计的经济性。

钢筋混凝土结构房屋建筑的适用高宽比如下表。

4.1.2 房屋建筑适用的高宽比钢结构房屋建筑的适用高宽比如下表。

混合结构房屋建筑的适用高宽比如下表。

4.2 结构布置的规则性建筑平面可分为板式和塔式两大类。

高层建筑结构设计 第04章 高层框架结构内力计算

高层建筑结构设计 第04章 高层框架结构内力计算

4.2 竖向荷载作用下的内力计算
一、分层法 1．竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算
假定 （1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响； （2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内
力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽 略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力， 因为各层柱的轴力对下部均有较大影响，不能忽 略。
M EH

FQHE

h2 2

3.42kN
3.3 m 2

5.64
kN m
（反弯点位于h/2处）
M EB

FQBE

h1 3

10kN
• 柱截面尺寸
框架柱的截面形式常为矩形或正方形。 有时由于 建筑上的需要， 也可设计成圆形、 八角形、 Ｔ 形、 Ｌ 形、十字形等， 其中 Ｔ 形、 Ｌ 形、十 字形也称异形柱。构件的尺寸一般凭经验确定。 如果选取不恰当， 就无法满足承载力或变形限值 的要求， 造成设计返工。确定构件尺寸时， 首先 要满足构造要求， 并参照过去的经验初步选定尺 寸， 然后再进行承载力的估算， 并验算有关尺寸 限值。
9.53 3.79 12.77 3.79
1.61
2.固端弯矩
下柱 3.79 3.79 1.61 7.11 4.84 3.64
相对线刚 度总和 左梁 11.42 0.000 21.63 0.353 11.82 0.864 20.43 0.000 30.93 0.308 18.02 0.709
分配系数 右梁 上柱 0.668 0.000 0.472 0.000 0.000 0.000 0.466 0.185 0.413 0.123 0.000 0.089

高层办公楼-框架结构毕业设计计算书

高层办公楼-框架结构毕业设计计算书

摘要本设计为高层综合办公楼，其现实意义和迫切性不言而喻。

该设计结合现代的办公观念，突出“以人为核心”的设计理论，采用大面积自主布置、两端部设置交通核、环形布置房间等设计手法,在外观上将主体分为三大部分,努力创造高耸的视觉效果。

本结构采用使用部分的大空间布置,具有平面灵活，使用性强，安全合理等特点。

在满足近期使用功能的同时兼顾今后的改建，从结构上做到为用户创造方便舒适优美的办公休息空间。

在总平面的布置中采用主体建筑位于中心，四周布置娱乐休闲设施的方式，并保证了交通的合理性与防火要求。

高层建筑已经成为当今不可回避的生存方式之一，这是城市人口聚集的必然趋势,所以做好高层设计的意义重大。

关键词高层办公楼框架结构word文档可自由复制编辑AbstractThis graduation design is a high-rise office building, the realism meaning and the imminency are self-evident. This design is combined with the concept of modern official business work,giving prominence to the theory of “all for user”. It adopt the technique of large-area independence disposal、central communication、annular dispose room and so on.In the appearance,the principal part contains three parts, trying to create towering vision impression.This structure adopts the picket-foundation.Thus it has the advantages such as agility plane 、better using capability、safe and logical etc. It can fulfil the using function in the near future, at the same time, it gives attention to rebuild in the future, consequently it provides the consumers a convenient 、comfort and concinnity space. In the disposal of total plane, we adopt the fashion that the main construction lies in the centre with the entertainment establishment in the around, and it can also guarantee the rationality of traffic and the require of fireproofing.High-rise building has become one of the survival manners that can’t be evasive nowadays. This is the trend of population-assemble in the city, so it’s significant to design the high-rise building well.Keywords high-rise office building picket-foundationword文档可自由复制编辑目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (7)第2章设计任务书 (8)2.1 项目名称 (8)2.2 项目地点 (8)2.3 项目简介 (8)2.4 设计基本要求 (8)2.5 设计条件 (8)2.5.1 自然条件 (8)2.5.2 设备条件 (9)2.5.3 建筑层数与层高 (9)2.5.4 房间组成与面积要求 (9)2.6 设计内容 (10)2.6.1 建筑部分 (10)2.6.2 结构部分 (10)2.6.3 地基基础 (11)2.6.4 施工部分要求完成下列内容： (12)第3章建筑设计 (13)3.1 平面设计 (13)3.1.1 使用部分的平面设计 (13)3.1.2 辅助部分的平面设计 (13)3.1.3交通部分平面设计 (14)3.2 剖面设计 (14)3.2.1 层数 (14)3.2.2 层高 (14)3.2.3 剖面组合设计 (15)3.3 体型和立面设计 (15)3.3.1 体型设计 (15)3.3.2 立面设计 (15)word文档可自由复制编辑3.4 相关技术设计 (15)3.4.1 垂直交通设计 (15)3.4.2 防火疏散设计 (15)3.4.3 构造设计 (16)3.4.4 屋顶构造 (16)3.4.5 楼梯设计 (16)3.4.6 门窗构造 (16)3.5 工程做法 (17)3.5.1 散水 (17)3.5.2 室外平台、踏步 (17)3.5.3 地面 (17)3.5.4 楼面 (17)3.5.5 屋面 (18)第4章结构设计 (19)4.1 工程概况 (19)4.2 截面尺寸估算 (19)4.2.1 梁板截面尺寸估算 (19)4.2.2 柱的截面尺寸估算 (19)4.3 基本假定及计算简图 (21)4.3.1 结构柱网布置及计算简图 (21)4.3.2 结构的基本假定 (21)4.4 荷载汇集 (23)4.4.1 竖向荷载 (23)4.4.2 水平风荷载 (25)4.5 水平风荷载作用下框架内力及侧移计算 (26)4.5.1 计算在风荷载作用下各楼层节点上集中力及各层剪力 (26)4.5.2 计算各梁柱的线刚度b i和c i (28)4.5.3 计算各柱抗侧移刚度D (28)4.5.4 各柱剪力计算 (29)4.5.5 确定柱的反弯点高度比y (32)4.5.6 计算柱端弯矩 (32)4.5.7 计算梁端弯矩 (35)word文档可自由复制编辑4.5.8 计算梁支座剪力及柱轴力 (36)4.5.9 梁柱弯曲产生的侧移 (37)4.6 竖向荷载作用下框架梁上荷载计算 (38)4.6.1 计算轴线间框架梁的均布荷载 (39)4.6.2 计算柱的竖向集中荷载 (40)4.6.3 竖向荷载作用下框架计算简图 (43)4.7 竖向荷载作用下结构内力计算 (46)4.7.1 分层法计算结构内力 (46)4.7.2 框架内力计算 (46)4.8 水平地震作用下框架结构内力计算 (64)4.8.1 水平地震作用基本周期计算 (64)4.8.2 计算重力荷载代表值 (65)4.8.3 计算水平地震作用下各楼层节点上集中力及各层剪力 (66)4.8.4 水平地震作用下框架内力计算 (67)4.9 内力组合 (71)4.9.1 竖向荷载作用下梁弯矩调幅 (71)4.9.2 框架梁的弯矩组合 (71)4.9.3 框架梁的剪力组合 (71)4.9.4 框架柱的弯矩组合 (71)4.9.5 框架柱的轴力组合 (72)4.10 框架梁截面设计 (98)4.10.1 梁的正载面受弯承载力计算 (98)4.10.2 梁的斜截面受剪承载力计算 (99)4.11 框架柱截面设计 (100)4.11.1 框架柱截面验算 (100)4.11.2 柱的正截面承载力配筋计算 (102)4.11.3 柱的斜截面承载力计算 (107)4.12 楼板配筋计算 (108)4.12.1 楼板配筋设计方法 (108)4.12.2 支座最大弯矩的计算 (109)4.13 楼梯设计计算 (116)4.13.1 踏步板的计算 (117)4.13.2 楼梯斜梁计算 (118)word文档可自由复制编辑4.13.3 平台板计算 (119)4.13.4 平台梁计算 (120)4.14 基础设计 (122)4.14.1 验算箱形基础的尺寸及构造 (122)4.14.2 验算地基的强度及变形 (126)4.14.3 箱形基础的结构设计 (132)4.14.4 箱形基础的外墙计算 (135)4.14.5 箱形基础的内墙计算 (138)结论 (139)致谢 (140)参考文献 (141)附录1 (142)附录2 (143)word文档可自由复制编辑第1章绪论现代高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的，是商业化、工业化和城市化的结果。

第四章多高层钢结构

第四章多高层钢结构

结构受力
1）内部设置剪力墙式的内筒，与钢框架竖向构件
主要承受竖向荷载；
2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚
接，形成一个悬臂筒，以承受侧向荷载；
3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。
剪力滞后（Shear Lag）

在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的 剪切变形，即为剪力滞后。 为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力 过大，通常可采取两个措施： 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比

束筒结构

由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成(减缓框筒结构的剪力滞后效应) 可将各筒体在不同的高度中止 可较灵活地组成平面形式 密柱深梁的钢结构筒体 筒体

钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)
钢结构和有混凝土剪力墙的 钢结构高层建筑的适用高度（m）
抗震设防烈度
结构种类
结构体系
非抗震设防 6, 7


内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；
框筒柱距一般为1.5～3.0m，且不宜大于层高；
框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50％；
内外筒之间的进深一般控制在10～16m之间； 内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且 在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；
框筒结构布置时的注意事项（续）
低碳钢 低合金钢 低合金钢 低合金钢 低碳钢
SS50
SS55
284
401
490~608
≥540
19
17
2.0a
2.0a
低碳钢
低合金钢
构件截面 柱
焊接箱型截面 焊接H型截面 450
╳
450
厚度 42 — 19 宽度200 — 250

框架结构设计

框架结构设计
第四章 框架结构设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 框架结构体系 框架结构布置与计算简图 竖向荷载作用下的近似计算方法－分层法 水平荷载作用下的反弯点法 水平荷载作用下改进的反弯点法－D值法 水平荷载作用下框架结构侧移计算 框架结构内力组合 框架结构设计及构造
4.1 框架结构体系

节点简化
框架节点可以简化为刚接节点、铰接节点和半刚接节点。 现浇钢筋混凝土框架结构——刚接节点 装配式框架结构——铰接节点或半刚接节点 装配整体式框架结构——铰接节点 框架支座 现浇钢筋混凝土——刚接节点 预制柱杯形基础——刚接节点、铰接节点

截面尺寸估算

框架梁截面

梁高：承重 hb=(1/12～1/18) lb；非承重hb=(1/12 ～ 1/16)lb 梁宽：bb=(1/2 ～ 1/3) hb
节点平衡求梁端弯矩
节点平衡柱轴力
Vi1 Vi2
u=1
Vi3
Sum(Fi-n)=Sum(Vij) Vi1/di1=Vi2/di2 =… Vij=Sum(Fi-n) dij / Sum(dij)
d=12i/h2
习题1 试用反弯点法求图所示框架的弯矩图。图中括号内的数值 为该杆的线刚度比值。
37kN D 74kN C 80.7kN B (0.7)
=
0.5 K 2K
同层各柱剪力分配
求得修正后的柱抗侧刚度D后，与反弯点法类似，同层柱 按抗侧刚度分配剪力。
V jk ＝ Dk
D
l 1
m
F
i j
n
i
(4-5-2)
l
式中
V jk －第 j 层第 k 个柱子所承受的剪力；

高层建筑结构-框架结构设计

高层建筑结构-框架结构设计
--Mmax及相应的N、V Nmax及相应的M、V Nmin及相应的M、V Vmax及相应的M、N
梁端弯矩调幅
竖向荷载下框架梁端弯矩的调幅
在竖向荷载作用下，可以考虑梁端塑性变形内力重 分布，减小梁端负弯矩，相应增大梁跨中弯矩。
调幅后的支座弯矩为：
M' =βM 式中 M'—— 梁支座截面调幅后的弯矩；


1 2
iik iik
(i)
…3-9
基本步骤： 将框架分层 将除底层柱之外的所有层柱的线刚度均乘以0.9; 分层后的简单框架可用弯矩分配法计算。用不来将，
每一节点经过二次分配就足够了；
采用弯矩分配法的计算过程中，柱传递系数取1/3， 但对底层仍取1/2；
梁的弯矩为最后弯矩，柱的弯矩为上下层取代数和； 若节点处不平衡弯矩较大，在分配一次。
梁的纵向钢筋要求
沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向配筋，一、 二级抗震设计时钢筋直径不应小于14mm，且分别不应 小于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4； 三、四级抗震设计和非抗震设计时钢筋直径不应小于 12mm；
一、二级抗震等级的框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋 的直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸 的1/20；对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱 截面弦长的1/20。
箍筋间距不应大于表6.3.5的规定；在纵向受拉钢筋的搭接长 度范围内，箍筋间距尚不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不 应大于100mm；在纵向受压钢筋的搭接长度范围内，箍筋间距 尚不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm；
当梁的剪力设计值大于0.7ftbh0时，其箍筋面积配筋率应 符合下式要求：
控制截面 框架梁柱最不利内力组合 梁端弯矩调幅

框架结构抗震设计


二、梁的抗弯配筋 （正截面承载力计算 正截面承载力计算） 正截面承载力计算
• 梁的抗弯配筋数量将影响梁的塑性变形 能力。 • 试验表明：在受压区配置钢筋或者加大 混凝土受压区宽度（T形梁）都能使梁的 T 塑性变形阶段加长，改善延性。 • 影响梁延性的因素可以归纳为一点：相 对受压区高度 ，其中为截面名义 压区高度 ，为截面有效高度。
框架顶点水平位移是由各个杆件的变形形 成的。当各杆件都处于弹性阶段时， 成的。当各杆件都处于弹性阶段时，结构 变形是弹性的。当杆件屈服后， 变形是弹性的。当杆件屈服后，结构就出 现塑性变形。框架中， 现塑性变形。框架中，塑性铰可能出现在 梁上，也可能出现在柱上，因此，梁、柱 梁上，也可能出现在柱上，因此， 构件都应由良好的延性。 构件都应由良好的延性。构件的延性以构 件的变形或塑性铰转动能力来衡量， 件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为 构件位移延性比 或截面曲率延性 比
• 条件 条件：某三跨十层框架，边跨跨长（中-中）为5.7m， 柱宽500mm，梁宽b=250mm，梁高h=600mm，as=35mm， 混凝土C30，纵筋HRB335，箍筋HPB235。作用于梁上 的重力荷载值为52kN/m。在重力荷载和地震作用组 合下边跨一层梁上的弯矩值是： 边支座柱边的弯矩Mma=210kN-m，- Mma= -420kN-m 中支座柱边的弯矩Mma=175kN-m，- Mma= -360kN-m 跨中Mmax=180kN-m;边跨梁中的最大剪力Vma=230kN 要求：根据计算和构造要求配置钢筋。
• 塑性铰区范围外：梁的设计剪力取内力组合得到的 计算剪力，按设计剪力进行配置箍筋。 • 塑性铰区范围内：抗剪要求计算的箍筋往往比梁中 塑性铰区范围内： 部箍筋多，间距密，一般称为箍筋加密区。 部箍筋多，间距密，一般称为箍筋加密区。试验表 箍筋加密区长度不得小于2 一级抗震） 明，箍筋加密区长度不得小于2h（一级抗震）或 1.5h 四级抗震），同时也不得小于500mm。 ），同时也不得小于500mm 1.5h（二、三、四级抗震），同时也不得小于500mm。 同时，此范围内，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。 同时，此范围内，不仅有竖向裂缝，也有斜裂缝。 在地震作用下，构件反复受弯，会产生交叉斜裂缝， 在地震作用下，构件反复受弯，会产生交叉斜裂缝， 竖向裂缝可能贯通， 竖向裂缝可能贯通，混凝土骨料的咬合作用会渐渐 丧失，而主要依靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力， 丧失，而主要依靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力， 这是十分不利的。 这是十分不利的。

第四章 框架结构

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。 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。 3）纵、横向框架承重 房屋纵、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。
横向布置
特点
房屋横向刚度
大，侧移小；
横梁高度大，
室内有效净空 小。
框架结构的受力特点
在竖向荷载和水平荷载共同作用下，框架结构各构件 都将产生内力和变形。 框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起 的楼层剪力使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的 整体剪切变形 us （ shear deformation ） ；由水平力引起的 倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧 柱 压 缩 ） ， 形 成 框架 结 构 的整 体 弯 曲变 形 ub （ bending deformation）。
非抗震时使用
横向承重
纵向布置
特点：
连系梁截面较小，
框架梁截面尺寸 大，室内有效净 空小；
对纵向地基不均
匀沉降较有利；
房屋横向刚度小，
侧移大。 纵向承重
双向布置
特点：
整体性好，受
力好；
适用于整体性
要求较高和楼 面荷载较大的 情况；
抗震效果好，
双向承重 能有效抵抗双 向地震
对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线
可近似取至板底。
计算简图l0ຫໍສະໝຸດ 1l02实际结构
计算简图
变截面柱或者具有悬挑部分时 框架结构的计算简图
4、 框架结构上的荷载
恒载
框架自重；粉灰重； 板、次梁、墙体重。
垂直荷载
框 架 荷 载 水平荷载 地震作用 活载 风载

第四章框架结构计算分析与设计

第四章框架结构计算分析与设计一、结构布置框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。

1、柱网和层高工业建筑柱网尺寸和层高根据生产工艺要求确定。

常用的柱网有内廊式和等跨式两种。

内廊式的边跨跨度一般为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。

民用建筑柱网和层高根据建筑使用功能确定。

目前，住宅、宾馆和办公楼柱网可划分为小柱网和大柱网两类。

小柱网指一个开间为一个柱距，柱距一般为3.3m，3.6m，4.0m等；大柱网指两个开间为一个柱距，柱距通常为 6.0m，6.6m，7.2m，7.5m等。

常用的跨度（房屋进深）有：4.8m，5.4m，6.0m，6.6m，7.2m，7.5m等。

办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架，如图2.1.1(a),(b),(c)。

采用不等跨时，大跨内宜布置一道纵梁，以承托走道纵墙。

近年来，由于建筑体型的多样化，出现了一些非矩形的平面形状，如图2.1.1(d),(e),(f)所示。

这使柱网布置更复杂一些。

二、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。

由于竖向荷载主要由横向框架承受，横梁截面高度较大，因而有利于增加房屋的横向刚度。

这种承重方案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[图5.1.2(b)]。

这种方案对于地基较差的狭长房屋较为有利，且因横向只设置截面高度较小的连系梁，有利于楼层净高的有效利用。

但房屋横向刚度较差，实际结构中应用较少。

3、纵、横向框架承重。

房屋的纵、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。

当柱网平面为正方形或接近正方形、或当楼盖上有较大活荷载时，多采用这种承重方案。

以上是将框架结构视为竖向承重结构（verticalload-reitingtructure）来讨论其承重方案的。

4.2混凝土框架结构——框架结构的结构布置

4.2.5结构布置注意事项
满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致； 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行；
第四章 混凝土框架结构

结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；
平面
好
竖向布置
×
差
4.2框架结构的结构布置
4.2.1承重结构的布置原则
2.钢筋混凝土多高层建筑的适用高度和高宽比
第四章 混凝土框架结构
各种结构体系有其各自的优缺点，同时也有它的经济合理的适用范围。设计人员应根据建筑的用 途及功能、建筑高度、荷载情况、抗震等级和所具备的物质与施工技术条件等因素来确定结构形式和 结构体系类型。
钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比
4.2框架结构的结构布置
4.2.2框架结构方案
第四章 混凝土框架结构
框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。在这个体系中，平面框架 是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种： （1） 横向框架承重方案：主要承重框架沿房屋的横向布置，沿房屋的纵向设置板和连系梁。 （2） 纵向框架承重方案：主要承重框架沿房屋的纵向布置，沿房屋的横向设置板和连系梁。 （3） 纵横向框架混合承重方案：主要承重框架沿房屋的纵、横向布置。
第四章 混凝土框架结构
(a) 设挑梁（板）沉降缝
(b) 设预制板（梁）沉降缝
3. 防震缝 框架结构(包括设置少量抗震墙的框架结构)房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时不应小于 100mm；高度超过15m时，6度、7度、8度和9度分别每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。
4.2框架结构的结构布置
横向布置方案纵向布置方案纵横向混合布置方案42框架结构的结构布置423柱网尺寸及层高工业厂房一般采用6m柱距跨度则随柱网的布置方式不同分为内廊式和跨度组合式
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图4-18给出了柱反弯点位置和根据柱剪力及反弯点位置求 出的柱端弯矩、根据结点平衡平衡求出的梁端弯矩。弯矩 单位是kN· m。根据梁端弯矩中进一步求出梁剪力(图中未 给出)。
三、 水平荷载作用下侧移的近似计算 框架侧移主要由水平荷载引起，规范对层间位移的大小 有限制，故需要计算层间 位移以及顶点位移。 框架侧移主要由两部分 变形组成： 只考虑梁柱弯曲产生的侧 移，梁柱弯曲变形由VA、 VB引起，为剪切型变形曲 线。只考虑梁柱轴向变形 的侧移，柱轴向变形由NA 、 NB合成的M引起，为弯曲 图4-19 剪力和弯矩引起的侧移 型变形曲线。 框架总变形由弯曲变形和剪切变形两部分组成，层数不多 的框架，可以忽略轴向变形引起的弯曲变形，高度较大时 候，两者均要考虑。
Mb右=( Mc上+Mc下)
i b右 i b左 i b右
边柱：
Mb=Mc上+Mc下
例4-1：作图4-11所示框架 的弯矩图，图中括号内数 字为各杆的线刚度。 解：当同层各柱h相等时， 各柱抗侧刚度d=12ic/h2， 可直接用ic计算它们的分 配系数。这里只有第3层 中柱与同层其他柱高不同， 做如下变换，即可采用折 算线刚度计算分配系数。 折算线刚度 2/4.52)i =(4 i c =(16/20.3)×2=1.6 计算过程见图3-10， 最后弯矩图见图4-12
要解决问题： (1)如何确定抗侧力结构刚度，水平荷载分配与各片抗侧 力结构刚度有关，刚度越大结构单元所分配的荷载就大。 (2)如何确定每片抗侧力结构所分配到的水平荷载下的内 力以及位移。下面几章将进行详细讨论。 设计时应采用空间分析软件进行整体内力位移计算，同 时对结构分析软件的计算结果从力学概念和工程经验等方 面进行分析判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计 的依据。 二、 框架结构内力分析方法 框架结构的内力计算方法一般分三类：①精确法：力法 和位移法。其计算假定少，较为接近实际情况，需利用计 算机求解，如PKPM系列、ETABS等；②渐进法：弯矩分 配法、迭代法和无剪力分配法等；③近似法：分层法、反 弯点法、D值法。其引入假定较多，计算简单，易于掌握 和手算，适合于初步设计阶段的估算或对计算机计算结果
① 上层各柱线刚度乘以0.9加以修正。 ②除底层柱外，各柱传递系数修正为1/3。
图4-2 顶层计算简图
图4-3 底层计算简图
计算结果中结点上弯矩可能不平衡，但是误差不会太大， 可以不再计算，也可以为提高精度，再进行一次弯矩分配。
图4-4 顶层节点弯矩分配 图4-5 底层节点弯矩分配
图4-6给出了本节分层计算法的解
第四章 框架结构设计
【本章教学目标】
通过本章学习，掌握高层框架结构的计算简图； 掌握框架结构在竖向荷载下的分层计算法；掌握 框架结构在水平荷载下的反弯点法和D值法；掌 握框架结构侧移近似计算方法；熟悉高层框架构 件的设计要求和构造要求。
第一节 框架结构内力与位移计算
一、计算简图的确定 实际结构往往为复杂空间体系，实际荷载也很复杂，钢 结构也并非均质弹性结构，故对高层建筑结构作精确计算 十分困难，在设计时必须进行简化计算。 计算简图是对实际结构抓住主要因素加以抽象简化使计 算结果与实际情况足够接近而得到的力学模型。计算简图 选定后，还应在设计中采取相适应的构造措施使实际结构 能实现计算简图的要求。 1、结构体系的简化 任何结构都为一个空间结构，但是对于框架、剪力墙、 框架——剪力墙结构而言，大多数可以简化为平面结构， 使计算大大简化。 简化时作了以下三个假定： （1）、平面结构假定：一片框架或者墙可以抵抗本身 平面内的侧向力，而在平面外刚度很小，可以忽略。
的验证。 1、 竖向荷载作用下的内力近似计算(分层计算法) 在一般竖向荷载下，框架侧 移比较小可以按照弯矩分配 法进行内力分析 两层，6个角位移 20层，60个角位移，分配一 次计算量大，必须加以简化。 精确分析表明：荷载只对同 层杆件内力影响很大，而对 其他层影响很小。 图4-1框架结构计算简图 假定：(1) 、无侧移 (2) 、各层荷载对其他各层杆件内力无影响 计算时候，假定上下柱远端均为固定，实际上 除了底 层柱外，其他均为弹性支撑，故 为了减小误差，特意作 如下修正：
12i c 6(i 1 i 2 ) 12i c h
θ=
12i c 2 2 i i 12i c 6(i1 i 2 ) h 2 1 2 h 2 k h ic
i1 i 2 K ic
再来看
12i c 6i c V21= h 2 2 h (1 2 ) 12i 2c ( h ) h
同理：
M23=
6i c 3 4i c 2 2i c 3 h3
M24= 4i1 2 2i1 2 6i1 2 M25=6 i1 2 θ 1=θ 2=θ 3=θ ΣM2=0
(
δ 1=δ 2=δ 3=δ
6i c 6i c 2 3 ) +(6i +6i +8i )θ +2i (θ +θ )=0 1 2 c 2 c 1 3 h2 h3

表4-1 α 计算公式表
当k→∞， →1，当K较小时候， <1 有了D值后，按照反弯点法步骤进行计算，只是将反弯点 12i c 法中的d= 2 换成了： h

D=

12i c × h2
二、柱反弯点高度比的确定 主要因素是柱上、下端的约束条件：
图4-15 反弯点位置
若θ1=θi-1，则Mi=Mi-1反弯点在中点。 若θ1≠θi-1，则M≠Mi-1反弯点移向弯矩较小的一端。 约束越小，弯矩越小，极端情况下为铰接点，反弯点与 该端重合。
D21=

V21
12i c 12i c h h 2 (1 ) (1 ) 2 2 h h 2k h


12i c k 12i c h2 2 k h2
其中：
柱刚度修正系数， —— 见表3-1梁柱刚度比对柱刚度的影响
k 2k i1 i 2 K i c ——梁柱线刚度比
V

由假定(2)，同层各柱柱端水平位移均为Δ ，则： 同层各柱剪力： Vj= P d d
j
12i c h2
由假定(3)，柱端弯矩：Mj下= Mj上= j y j )
图4-10 节点弯矩平衡
i b左 中柱：Mb左=( Mc上+Mc下) i i b左 b右
计算步骤： 1、确定柱侧移刚度D值，按照反弯点法计算各柱剪力。 2、确定柱反弯点高度，求出各杆端弯矩。 一、柱侧移刚度D值 δ 1= Δ 1 δ 2=Δ 2-Δ 1 δ 3=Δ 3-Δ 2 假定：1、各层层间位移δ 相等 2、各层梁、柱转角θ 相等 3、上下层柱线刚度相等 4、上下层柱高相等 1、2杆可看作有δ 2相对位移，再 加上1端和2端的转角θ 1和θ 2 6i c 2 4i c 2 2i c1 M21= h2
故整个结构可以划分为若干个平面结构，共同抵抗与平 面结构平行的荷载，垂直该方向的结构不参与受力。 （2）、刚性楼板假定：连结各个抗侧力结构间的楼板 在自身平面内很大，平面外很小，可不考虑。 （3）、弹性假定：假定材料处于线弹性阶段，规范按 弹性方法进行内力计算。 2、结构构件简化 计算简图中，结构构件用其轴线表示，结构构件的连接 长度用刚性节点表示，构件长度以节点间距离表示，荷载 作用点转移到轴线上。 3、结构荷载简化 可按内力等效原则，将构件上荷载改造为集中荷载、均 布荷载等。 实际风荷载以及地震作用方向是随意不定的，结构计算 常常假定水平作用在结构主轴方向，对互相正交的主轴进 行内力分析。
2、上下梁刚度变化时反弯点高度比修正值y1 某柱上下梁刚度不等时，导致柱上下结点转角不同， 修正值为y1。 当(i1+i2)<(i3+i4)时 令α1=(i1+i2)/(i3+i4) 从表4-2可以查出y1，取正值
表4-2 上下梁相对刚度变化时修正值y1
当(i1+i2)<(i3+i4)时，α1=(i3+i4)/(i1+i2) 从表4-2可以查出y1，但取负值。 当上下梁的刚度相等时，α1=1，表中y1=0，也即无需 修正底层，不考虑y1修正。 3、上下层高度变化时，反弯点高度比修正值y2和y3。
图4-8框架变形图
图4-9框架弯矩图
反弯点法 为了方便地求出各柱的剪力和反弯点的位置，根据框架 结构的受力特点，假定： (1)梁的线刚度与柱的线刚度之比为无穷大（大于等于3） ，各柱上下两端角位移θ 为零。 (2)不考虑框架梁柱的轴向变形，同一层各节点水平位移 相等。 (3)底层柱反弯点在距底端高度处2h/3处，其余各层反弯 点均在h/2处。其原因在于底层柱下端转角为零而上端不 12i c 6i c 为零。 1 1 2 h 由假定(1)，根据转角位移方程：V1= h 可得侧移刚度系数：d=
图4-6 整体计算弯矩图
图4-7给出了精确解，带括号为不考虑结点线位移弯矩，不带括 号为考虑结点线位移弯矩，梁上误差不大，柱上弯矩误差稍大。
图4-7计算弯矩图与精确解的比较
2. 水平荷载作用下的内力近似计算 A. 反弯点法：
框架所受水平荷载主要是风荷载和地震作用 将在每个楼层上的总风力和总地震力分配给各个框架，将结构分 析简化为平面框架分析。 平面分析时，可以采用反弯点法以及D值法，按柱的抗侧刚度 将总水平荷载直接分配到柱，再根据反弯点求出柱各端的弯矩 M=Vy，然后由结点平衡求出梁端弯矩与剪力。 反弯点定义：柱上弯矩为0的点，注意反弯点可能在柱上，也可 能在柱外。
例4-2：图4-17为3层框架结构给出了楼层高处的总水平力 及各杆线刚度相对值，要求用D值法分析内力。
图4-17 框架计算简图
解：根据表4-1计算各层柱D值如表4-4。所有柱刚度之
和为ΣD。由刚度计算每根柱分配到的剪力见下表
由表4-2、4-3查反弯点高度比如下表