多高層框架結(jié)構(gòu)

本章重點(diǎn)了解框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和適用范圍；

熟悉框架結(jié)構(gòu)的布置原則與方法；掌握框架結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算方法；掌握框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合原則與方法；熟悉框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移驗(yàn)算方法；熟悉梁、柱的配筋計(jì)算和構(gòu)造要求。1§13.1概述房屋按高度和層數(shù)分類低層多層高層 1~2層 3~10層

10層或28m1.多高層房屋的定義22.多高層房屋的結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)3框架結(jié)構(gòu)：是由橫向框架和縱向框架組成的空間結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)

北京長(zhǎng)城飯店456優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)輕巧；整體性好；可形成大空間；施工方便；較為經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)抵抗水平荷載能力差；側(cè)向剛度小，側(cè)移大；受地基的不均勻沉降影響大。7剪力墻結(jié)構(gòu)：利用建筑外墻和內(nèi)隔墻位置布置鋼筋混（結(jié)構(gòu)墻）土結(jié)構(gòu)墻當(dāng)房屋的層數(shù)更高時(shí)，橫向水平荷載已對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起控制作用，宜采用剪力墻結(jié)構(gòu)，即全部采用縱橫布置的剪力墻組成，剪力墻不僅承受水平荷載，亦用來承受垂直荷載。剪力墻結(jié)構(gòu)因剪力墻的存在，其空間分隔固定，建筑布置極不靈活，所以一般用于住宅、旅館等建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)廣州白云賓館

8框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：在框架結(jié)構(gòu)中的部分跨間布置剪力墻，或把剪力墻結(jié)構(gòu)中的部分剪力墻抽掉改成框架承重?？颍艚Y(jié)構(gòu)廣州中天大廈9筒體結(jié)構(gòu)：由一個(gè)或多個(gè)筒體作承重結(jié)構(gòu)的高層建筑體系。適用于層數(shù)較多的高層建筑。筒式結(jié)構(gòu)的形式框筒體系核心筒體系筒中筒體系束筒體系桁架筒體系多重筒體系10深圳華聯(lián)大廈框筒體系：指內(nèi)芯由剪力墻構(gòu)成，周邊為框架結(jié)構(gòu)。11筒中筒體系：當(dāng)周邊的框架柱布置較密時(shí)，可將周邊框架視為外筒，而將內(nèi)芯的剪力墻視為內(nèi)筒，則構(gòu)成筒中筒體系。廣東國(guó)際大廈12桁架筒體系：在筒體結(jié)構(gòu)中，增加斜撐來抵抗水平荷載，以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)承受水平荷載的能力，增加體系的剛度。這種結(jié)構(gòu)體系稱為桁架筒體系。香港中銀大廈

13成束筒體系：由多個(gè)筒體組成的筒體結(jié)構(gòu)。最典型的成束筒體系的建筑應(yīng)為美國(guó)芝加哥的西爾斯塔樓（1974）。西爾斯塔樓14§13.2結(jié)構(gòu)布置方法13.2.1結(jié)構(gòu)布置的一般原則滿足使用要求，并盡可能與建筑的平、立剖面劃分相一致；滿足人防、消防要求，使水、暖、電各專業(yè)的布置能有效地進(jìn)行；結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單、規(guī)則、均勻、對(duì)稱，構(gòu)件類型少；15平面布置好差16豎向布置好差17妥善地處理溫度、地基不均勻沉降以及地震等因素對(duì)建筑的影響；施工簡(jiǎn)便；經(jīng)濟(jì)合理。1813.2.2框架結(jié)構(gòu)布置橫向布置

橫向承重特點(diǎn)房屋橫向剛度大，側(cè)移小；橫梁高度大，室內(nèi)有效凈空小。非抗震時(shí)使用19縱向布置

縱向承重特點(diǎn)：連系梁截面較小，框架梁截面尺寸大，室內(nèi)有效凈空高；對(duì)縱向地基不均勻沉降較有利；房屋橫向剛度小，側(cè)移大。20雙向布置

雙向承重特點(diǎn)：整體性好，受力好；適用于整體性要求較高和樓面荷載較大的情況。2113.2.3變形縫的設(shè)置變形縫伸縮縫沉降縫防震縫在非地震區(qū)沉降縫可兼作伸縮縫；在地震區(qū)，伸縮縫和沉降縫應(yīng)符合防震縫的要求，可“三縫合一”。

在多高層建筑結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡量少設(shè)縫或不設(shè)縫。22§13.3截面尺寸估算13.3.1框架梁框架梁截面尺寸估算一般情況下：梁凈跨與截面高度之比不宜小于4梁的截面寬度不宜小于200mml0——梁的計(jì)算跨度；hb——梁的截面高度；bb——梁的截面寬度。23框架梁線剛度Ec——混凝土彈性模量；I——框架梁截面慣性矩；l——框架梁的跨度。式中：24框架梁慣性矩取值樓板類型邊框架梁中框架梁現(xiàn)澆樓板I=1.5I0I=2.0I0裝配整體式樓板I=1.2I0I=1.5I0裝配式樓板I=I0I=I0注：I0為梁按矩形截面計(jì)算的慣性矩，。2513.3.2框架柱框架柱截面尺寸估算多層建筑：矩形柱的截面邊長(zhǎng)不宜小于250mm，圓柱的截面直徑不宜小于350mm，剪跨比宜大于2截面的高寬比不宜大于3Hi——第i層層高；hc——柱截面高度；bc——柱截面寬度。26高層建筑：N=（1.1~1.2）Nv

N——柱中軸向力。Nv——柱支承的樓面荷載面積上豎向荷載產(chǎn)生的軸向力設(shè)計(jì)值。可近似將樓面板沿柱軸線之間的中線劃分，恒載和活載的分項(xiàng)系數(shù)均取1.25，或近似取12~14kN/m2進(jìn)行計(jì)算。fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。27框架柱線剛度Ec——混凝土彈性模量；I——框架柱截面慣性矩。28§13.4計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定計(jì)算單元的選取橫向框架計(jì)算單元相鄰樓面間的距離基礎(chǔ)頂面至二層樓面的距離跨度跨度跨度取軸線間的距離縱向框架計(jì)算單元29計(jì)算簡(jiǎn)圖實(shí)際結(jié)構(gòu)l01l02計(jì)算簡(jiǎn)圖30§13.5荷載計(jì)算框架荷載垂直荷載水平荷載恒載活載地震作用框架自重；粉灰重；板、次梁、墻體重。人群、家具、設(shè)備等荷載，取值見《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，可折減。風(fēng)載31水平荷載按圖示陰影范圍計(jì)算,一般將水平荷載（風(fēng)或地震）簡(jiǎn)化成作用于節(jié)點(diǎn)的水平集中力豎向荷載按樓蓋的形式確定，對(duì)活荷載還應(yīng)作適當(dāng)折減樓面活荷載為等效均布荷載32§13.6內(nèi)力計(jì)算13.6.1豎向荷載下的內(nèi)力計(jì)算

樓面荷載分配原則當(dāng)采用裝配式或裝配整體式樓蓋時(shí)，板上荷載通過預(yù)制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用現(xiàn)澆樓蓋時(shí)，樓面上的恒載和活載根據(jù)每個(gè)區(qū)格板兩個(gè)方向的邊長(zhǎng)比，沿單向或雙向傳遞，區(qū)格板長(zhǎng)邊/短邊>3時(shí)沿單向傳遞，長(zhǎng)邊/短邊≤3時(shí)沿雙向傳遞。33現(xiàn)澆樓蓋荷載傳遞示意圖34豎向活載最不利布置（1）逐跨布置法

恒載一次布置，樓屋面活載逐跨單獨(dú)作用在各跨上，分別算出內(nèi)力，再對(duì)各控制截面組合其可能出現(xiàn)的最大內(nèi)力。恒載一次布置活載分跨布置35（2）最不利荷載布置法

恒載一次布置，樓屋面活載根據(jù)影響線，直接確定產(chǎn)生某一指定截面最不利內(nèi)力的活載布置。此法用手算方法進(jìn)行計(jì)算很困難。最不利荷載的布置36（3）分層布置法或分跨布置法

恒載一次布置，為簡(jiǎn)化計(jì)算，當(dāng)活載與恒載的比值不大于3時(shí)，可近似將活載一層或一跨做一次布置，分別進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行最不利內(nèi)力組合。qqqqqq分層布置法分跨布置法37（4）滿布荷載法

當(dāng)活載與恒載的比值不大于1時(shí)，可不考慮活載的最不利布置，把活載同時(shí)作用于所有的框架上，這樣求得的支座處的內(nèi)力可直接進(jìn)行內(nèi)力組合。但求得的梁跨中彎矩應(yīng)乘以1.1~1.2的系數(shù)予以增大。38豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算方法結(jié)構(gòu)的側(cè)移幾乎為零可采用彎矩分配法或迭代法39（1）分層法基本假定忽略垂直荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移；每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上、下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱上產(chǎn)生內(nèi)力。40進(jìn)行彎矩分配后疊加，疊加后的不平衡彎矩再分配但不傳遞41注意事項(xiàng)：由于除底層外上層各柱的柱端實(shí)際為彈性固定，計(jì)算簡(jiǎn)圖中假定為完全嵌固，為減少計(jì)算誤差，除底層柱外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。線剛度修正42考慮除支座外，框架各節(jié)點(diǎn)為彈性固定，因此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/3；傳遞系數(shù)修正43分層法計(jì)算的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎矩為與各柱相連的兩層計(jì)算彎矩疊加；在內(nèi)力與位移計(jì)算中，所有構(gòu)件均可采用彈性剛度。梁固端彎矩梁柱桿端彎矩（節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩分配）梁柱桿端剪力柱軸力將各層框架還原為整體框架計(jì)算步驟：44框架還原：梁、柱彎矩同位疊加，并對(duì)框架節(jié)點(diǎn)處得不平衡彎矩進(jìn)行重分配；梁柱剪力由其兩端彎矩和承擔(dān)的其它荷載根據(jù)平衡條件求得;柱軸力最后計(jì)算，為與其相連上層各梁剪力之和。45例題：[3.79][3.79][1.61]46力學(xué)知識(shí)回顧

轉(zhuǎn)動(dòng)剛度——對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的抵抗能力。桿端的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度以S表示等于桿端產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角時(shí)需要施加的力矩。固端彎矩方向

+順時(shí)針為“+”47傳遞系數(shù)分配系數(shù)48計(jì)算過程

最終結(jié)果：分層計(jì)算的梁端彎矩為最終彎矩上下層所得同一根柱子內(nèi)力疊加，得到柱得最終彎矩節(jié)點(diǎn)會(huì)不平衡，誤差不大。如誤差較大，可將節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩再進(jìn)行一次分配根據(jù)彎矩M——剪力V——軸力N494.785.986.735.181.831.720.871.393.370.860.7915.860.9713.6215.0518.921.8850（2）彎矩二次分配法計(jì)算步驟計(jì)算各桿件的線剛度、桿端彎矩分配系數(shù)和由豎向荷載引起的桿端彎矩。對(duì)所有節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配。將所有桿端的分配彎矩同時(shí)向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)與普通彎矩分配法相同。將各節(jié)點(diǎn)因傳遞彎矩而再次形成的不平衡彎矩作第二次分配，使各節(jié)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，則整個(gè)分配、傳遞過程即完成。將各桿端的固端彎矩、第一次分配彎矩、傳遞彎矩及第二次分配彎矩疊加求出桿端最終彎矩。51上柱下柱右梁0.3560.644上柱下柱右梁0.2020.3410.4570.8510.149左梁上柱下柱0.7020.0980.200左梁上柱下柱0.1910.463左梁上柱下柱右梁0.3460.1910.463左梁上柱下柱右梁0.346左梁上柱下柱右梁0.3460.1540.408左梁上柱下柱右梁0.3040.134-13.1313.13-7.327.32-17.8117.81-8.898.894.678.46-2.01-1.11-2.69-6.23-1.093.606.078.14-2.71-1.20-1.37-3.64-6.24-0.87-1.784.23-1.35-1.01-3.12-3.12-1.824.07-1.362.341.800.60-0.56-0.55-0.44-0.20-0.33-0.45-0.12-0.05-0.06-0.161.660.230.47-0.28-0.51-0.59-0.33-0.791.520.276.19-6.1914.76-0.84-13.92

1.26-1.265.745.74-11.48

19.05-1.81-1.43-15.812.49-1.19-1.312.87-0.72-0.661.801.801.801.80-1.0