多層及高層鋼筋混凝土房屋-框架結構

2024/3/19.2框架結構2024/3/11．框架結構的組成框架結構是指鋼筋混凝土梁和柱連接而形成的承重結構體系,框架既作為豎向承重結構,同時又承受水平荷載。普通框架的梁和柱的節(jié)點連接處一般為剛性連接,框架柱與基礎通常為固接?？蚣芰汉涂蚣苤侵饕某兄貥嫾?。為使框架結構具有良好的受力性能，框架梁宜拉通、對直，框架柱宜上下對中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內(nèi)。

9.2.1框架結構的組成與分類2024/3/1

1．框架結構的布置

1)結構布置原則

(1)房屋的開間、進深宜盡可能統(tǒng)一，使房屋中構件類型、規(guī)格盡可能減少，以便于工程設計和施工。

(2)房屋平面應力求簡單、規(guī)則、對稱及減少偏心，以使受力更合理。

(3)房屋的豎向布置應使結構剛度沿高度分布比較均勻、避免結構剛度突變。同一樓面應盡量設置在同一標高處，避免結構錯層和局部夾層。

2024/3/1(4)為使房屋具有必要的抗側移剛度，房屋的高寬比不宜過大，一般宜控制H/B≤4～5。

(5)當建筑物平面較長，或平面復雜、不對稱，或各部分剛度、高度、重量相差懸殊時，應設置必要的變形縫。

2)柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)是豎向承重構件的定位軸線在平面上所形成的網(wǎng)格，是框架結構平面的“脈絡”。2024/3/1(1)柱網(wǎng)布置應滿足生產(chǎn)工藝的要求跨度組合式適用于生產(chǎn)要求有較大空間，便于布置生產(chǎn)流水線，隨著輕質材料的發(fā)展，內(nèi)廊式有被跨度組合式所代替的趨勢?？缍冉M合式柱網(wǎng)常用跨度為6m、7.5m、9.0m和12.0m四種，柱距常采用6m。多層廠房的層高一般為3.6m、3.9m、4.5m、4.8m、5.4m，民用房屋的常用層高為3.0m、3.6m、3.9m和4.2m。柱網(wǎng)和層高通常以300mm為模數(shù)。2024/3/1(2)柱例布置應滿足建筑平面布置的要求

(3)柱網(wǎng)布置要使結構受力合理

(4)柱網(wǎng)布置應便于施工

2024/3/1圖9.6框架結構的柱網(wǎng)布置(a)內(nèi)廊式；(b)跨度組合式

2024/3/13)承重框架的布置

(1)橫向框架承重方案主要承重框架由橫向主梁與柱構成，樓板沿縱向布置，支承在主梁上，縱向連系梁將橫向框架連成一空間結構體系，如圖9.7(a)所示。

2024/3/1(2)縱向框架承重方案主要承重框架由縱向主梁與柱構成，樓板沿橫向布置，支承在縱向主梁上，橫向連系梁將縱向框架連成一空間結構體系，如圖9.7(b)所示。

(3)縱橫向框架混合承重方案縱橫向框架混合承重方案是沿房屋縱、橫兩個方向均布置框架主梁以承擔樓面荷載，如圖9.7(c)、(d)所示。(2024/3/1圖9.7承重框架布置方案(a)橫向布置；(b)縱向布置；(c)縱、橫向布置(預制板)；(d)縱、橫向布置(現(xiàn)澆板)2024/3/19.2.2框架結構的內(nèi)力分析1．框架結構的計算簡圖框架結構是由橫向框架和縱向框架組成的空間受力體系。在工程設計中為簡化計算，常忽略結構的空間聯(lián)系，將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進行分析，如圖9.8(a)所示。取出來的平面框架承受按圖9.8(b)所示計算單元范圍內(nèi)的水平荷載，而豎向荷載則需按樓蓋結構的布置方案確定。對于現(xiàn)澆整體式框架，將各節(jié)點視為剛接節(jié)點，認為框架柱在基礎頂面處為固定支座。橫向框架和縱向框架的計算簡圖，分別如圖9.8(c)、(d)所示。2024/3/1圖9.8框架結構的計算簡圖2024/3/12．框架結構的內(nèi)力計算多層多跨框架結構的內(nèi)力(M、V、N)和位移計算，目前多采用電算求解。而手算是設計人員的基本功，內(nèi)力分析時，一般采用近似計算方法。如計算豎向荷載作用下的內(nèi)力時，通常有彎矩一次分配法和分層法等；在計算水平荷載作用下的內(nèi)力時，有反彎點法和修正反彎點法(D值法)。這些方法采用的假設不同，計算結果有所差異，但一般都能滿足工程設計要求的精度。

1)豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計算方法——分層法

2024/3/1(1)忽略框架在豎向荷載作用下的側移和由它引起的側移彎矩；

(2)忽略每層橫梁上的荷載對其他各層橫梁及其他柱內(nèi)力的影響。

2024/3/1圖9.9分層法的計算思路與計算簡圖

在分層計算時，均假定上、下柱的遠端為固定端，而實際的框架柱除在底層基礎處為固定端外，其余各柱的遠端均有轉角產(chǎn)生，介于鉸支承與固定支承之間。為消除由此所引起的誤差，分層法計算時應做如下修正：①將底層柱除外的所有各層柱的線剛度ic均乘以0.9的折減系數(shù)；②彎矩傳遞系數(shù)除底層柱為1/2外，其余各層柱均為1/3。2024/3/1

2)水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算方法多層框架所承受的水平荷載是風荷載或水平地震作用，這兩種荷載一般均簡化為在框架節(jié)點處的水平集中力。經(jīng)力學分析可知，框架各桿的彎矩圖形均為直線，每桿均有一個零彎矩點，即反彎點，該點只產(chǎn)生剪力。2024/3/1

如能確定各柱反彎點處的剪力及其反彎點的位置，則各柱端彎矩就可算出，進而可求出梁端彎矩及整個框架的其他內(nèi)力。所以對水平荷載作用下的框架內(nèi)力近似計算，需解決兩個主要問題：①確定各層柱中反彎點處的剪力；②確定各層柱的反彎點位置。

(1)反彎點法為便于求得反彎點位置和反彎點處的剪力，特作如下假定：①在確定各柱側移剛度時，假定梁與柱的線剛度比無限大，即認為各柱端無轉角，且在同一層柱中各柱端的水平位移相等；②在確定各柱反彎點位置時，認為框架底層柱的反彎點位置在距柱底2/3高度處，其他各層柱的反彎點位置均位于柱高的中點；③梁端彎矩可由節(jié)點平衡條件求出，并按節(jié)點左右梁的線剛度進行分配。2024/3/1

根據(jù)上述假定，不難確定出反彎點高度、柱側移剛度、反彎點處剪力以及桿端彎矩。首先求出同層每根框架柱的抗側移剛度D＝，式中ic＝稱為柱的線剛度，h為層高。柱的抗側移剛度D表示柱端產(chǎn)生單位水平位移時，在柱端所需施加的水平力大小。2024/3/1

設多層框架共有，n層，每層有m個柱子，則第i層的樓層總剪力為Vi，將框架沿第i層各柱的反彎點處切開以示該層柱剪力，按水平力平衡條件得：

Vi＝

(9-1)式中Fi——作用于第i層節(jié)點的水平集中荷載。則第i層各柱在反彎點處的剪力Vij為：

Vij＝

(9-2)式中Vij——第i層第j根柱子的剪力；

Dij——第i層第j根柱子的抗側移剛度。求出第i層各柱的剪力后，根據(jù)已知各柱的反彎點位置，即可求出該層各柱的柱端彎矩。2024/3/1

求出所有柱端彎矩后，根據(jù)節(jié)點彎矩平衡條件即可求得各節(jié)點的梁端彎矩。

(2)修正反彎點法(D值法)

①框架柱的抗側移剛度。反彎點法認為框架柱的抗側移剛度僅與柱本身的線剛度有關，但實際上柱的抗側移剛度還與梁的線剛度有關，應對反彎點法中框架柱的抗側移剛度進行修正。2024/3/11．框架結構在水平荷載作用下的變形框架結構在水平荷載作用下的變形特點如圖9.12所示，框架結構的側移由兩部分組成，即總體剪切變形和總體彎曲變形。第一部分側移由框架梁和柱的彎曲變形所引起，稱為總體剪切變形(圖9.12(b))。第二部分側移由框架柱中的軸向變形所引起,為總體彎曲變形(圖9.12(c))。9.2.3框架結構的側移驗算2024/3/1圖9.12框架結構在水平荷載作用下的變形(a)計算簡圖；(b)總體剪切變形；(c)總體彎曲變形

對于層數(shù)不多的框架，側移主要是以總體剪切變形為主，柱軸向變形引起的側移很小，可以忽略不計，故框架結構的側移計算通常只需考慮由梁柱的彎曲變形所引起的側移。2024/3/1

2．框架結構側移計算及限值在正常作用條件下，框架結構基本處于彈性受力狀態(tài)，應具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結構的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。⑴層間側移計算層間側移是指第i層柱上、下節(jié)點間的相對位移，其計算公式為：(9-3)2024/3/1式中

Vi——第i層的樓層剪力標準值，Vi＝

Pk——作用于第i層節(jié)點的水平集中荷載標準值；

∑Dij——第i層所有柱的抗側移剛度Dij值的總和。⑵框架結構層間側移的限值

《高規(guī)》（JGJ3—2010)是通過限制框架結構層間最大彈性位移的方法來控制，即△i/h≤1/550(9-4)式中△i——按彈性法計算所得樓層層間最大水平位移；h——建筑物層高。2024/3/1框架結構在豎向荷載和水平風荷載作用下的內(nèi)力確定以后，要對各構件進行內(nèi)力組合，以便求出各構件控制截面的最不利內(nèi)力，并以此作為框架梁、柱配筋計算的依據(jù)。1．框架梁、柱的控制截面及內(nèi)力組合控制截面通常是指結構構件中內(nèi)力最大或截面尺寸改變處，并按控制截面的內(nèi)力進行配筋計算的截面。9.2.4框架梁、柱的截面設計2024/3/1框架梁、柱控制截面上的內(nèi)力有彎矩M、剪力V和軸力N。在不同的內(nèi)力組合下，控制截面的配筋是不一樣的。1)框架梁框架梁的內(nèi)力主要是彎矩M和剪力V。故框架梁控制截面的最不利內(nèi)力組合有以下幾種：2024/3/1①梁端支座截面：－Mmax、+Mmax和Vmax②梁跨中截面：+Mmax、－Mmax（可能出現(xiàn)）

2)框架柱框架柱的內(nèi)力主要是彎矩M和軸力N。對于框架柱，彎矩最大值在柱的兩端，軸力最大值在柱的下端。因此，框架柱的控制截面在每層柱的上、下端截面。2024/3/1同一柱端截面在不同內(nèi)力組合時，有可能出現(xiàn)正彎矩或負彎矩，考慮到框架柱一般采用對稱配筋，組合時只需選擇絕對值最大的彎矩?？蚣苤刂平孛娴淖畈焕麅?nèi)力組合有以下幾種：①|Mmax|及相應的N、V；②Nmax及相應的M、V；③Nmin及相應的M、V；

2024/3/12．框架結構的設計步驟框架結構構件的設計一般按非抗震設計和抗震設計兩種情況分別進行。在框架內(nèi)力組合并確定梁、柱控制截面的最不利內(nèi)力后，對梁、柱進行截面設計?？蚣芰菏鞘軓潣嫾?，其截面設計與一般受彎梁的設計基本相同，也是按受彎構件正截面受彎承載力計算所需要的縱筋數(shù)量，按斜截面受剪承載力計算所需要的箍筋數(shù)量，并采取相應的構造措施。框架柱是偏心受壓構件，一般情況下，由于柱端有正負彎矩的作用，因此框架柱通常為對稱配筋。柱中縱筋數(shù)量應按正截面受壓承載力計算。一根柱上下兩端的組合內(nèi)力一般有很多組，應從中挑選取出最不利的一組進行配筋計算?？蚣苤墓拷顢?shù)量按偏壓構件的斜截面受剪承載力計算。在具體計算中，軸向壓力N應取與Vmax相應的值。2024/3/11．框架梁、柱的截面形狀與尺寸

1)框架梁

框架梁的截面高度可根據(jù)梁的跨度、約束條件及荷載大小，按下式估算?，F(xiàn)澆式框架：hb＝(1/10～1/12)l

(l為框架梁的跨度)裝配式框架：hb＝(1/8～1/10)l

9.2.5現(xiàn)澆框架的構造要求2024/3/1

框架梁的截面寬度可取bb=(1/2～1/3)hb，為了使端部節(jié)點傳力可靠，梁寬bb不宜小于柱寬的1/2，且不宜小于200mm。2)框架柱框架柱一般采用矩形或正方形截面，其截面尺寸可參考同類建筑確定或由柱所承受的軸力估算，也可近似取柱截面高度hc＝(1/10～1/15)H(H為層高)，且不宜小于400mm；柱截面寬度可取bc＝(1～1/1.5)hc，且不宜小于300mm。為避免柱發(fā)生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比宜大于4。2024/3/12．現(xiàn)澆框架的一般構造要求(1)鋼筋混凝土框架的混凝土等級不宜低于C25，高層框架柱可提高到C30～C50。為了保證梁柱節(jié)點的承載力和延性，要求現(xiàn)澆框架節(jié)點區(qū)的混凝土強度等級，應不低于同層柱的混凝土強度等級。由于施工過程中，節(jié)點區(qū)的混凝土與梁同時澆筑，因此要求梁柱混凝土強度等級相差不宜大于5MPa。(2)梁