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1、框架结构设计框架结构设计1 1 框架结构的受力特点框架结构的受力特点l一般情况下，框架底部柱M、N、V最大，往上逐渐减小，底部柱多属于小偏心受压构件，顶部几层可能为大偏心受压构件。l当荷载条件大致相同时，各层框架梁M、V较为接近，变化不大。l框架结构的水平侧移由两部分组成：剪切变形：这是由框架整体受剪，梁柱杆件发生弯曲变形而产生的水平位移，一般底层层间变形最大，向上逐渐减小。弯曲变形：这是由框架在抵抗倾覆弯矩时发生的整体弯曲，由柱子的拉伸和压缩而产生的水平位移。当框架结构高宽比不大于4时，框架水平侧移中弯曲变形部分所占比例很小，位移曲线一般呈剪切型。2 2框架结构设计应注意的几个问题框架结构设
2、计应注意的几个问题n框架结构的适用范围框架结构的适用范围n单跨框架的规定单跨框架的规定n框架结构砌体填充墙框架结构砌体填充墙n混合承重混合承重n框架结构与框架框架结构与框架-剪力墙结构的选择剪力墙结构的选择框架结构的适用范围框架结构的适用范围l非抗震设计时的多层及高层建筑l抗震设计时的多层及小高层建筑（7度区以下）l高烈度区不宜采用纯框架结构l一般8度区高度超过20m采用框架结构不经济，因此6层以上的建筑结构宜采用框架-剪力墙结构或壁式框架单跨框架的规定单跨框架的规定抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。因为单跨框架的耗能能力较弱，超静定次数少，一旦柱子出现塑性铰（在强震时不可避免），出现连续倒
3、塌的可能性很大。框架结构砌体填充墙框架结构砌体填充墙高层规程规定，框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体。抗震设计时，框架结构如采用砌体填充墙，其布置应符合下列要求：1 避免形成上下层刚度变化过大2 避免形成短柱3 减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。混合承重混合承重高层规程规定，框架结构按抗震设计时，不应部分采用由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的倒塌机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。框架结构与框架框架结构与框架-剪力墙结构的选择剪力墙结构的选择高层规程规定，抗震设计的框架结构中，当仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算时应考虑剪力墙与框架的
4、协同工作。如楼、电梯间位置较偏而产生较大的刚度偏心时，宜将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用，并宜增加与剪力墙相连的柱子配筋。3 3框架结构计算简图的确定框架结构计算简图的确定n计算单元的选取计算单元的选取计算单元选取计算单元选取n计算简图计算简图实际结构实际结构l01l02计算简图计算简图4 4 框架结构的内力计算框架结构的内力计算竖向荷载作用下的框架结构内力计算竖向荷载作用下的框架结构内力计算分层法分层法弯矩二次分配法弯矩二次分配法水平荷载作用下的框架结构内力计算水平荷载作用下的框架结构内力计算反弯点法反弯点法D D值法值法1竖向荷载作用下的框架结构
5、内力计算竖向荷载作用下的框架结构内力计算分层法分层法 忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱 上产生内力。上产生内力。根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环2次。次。分层法计算示意图分层法计算示意
6、图 由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱外，上层各柱的线刚度乘以外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。的修正系数。线刚度修正线刚度修正 考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因此底层柱的弯矩传递系数取此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯，其他各层柱的弯矩传递系数取矩传递系数取1/3；传递系数修正传递系数修正 分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯矩为
7、与各柱相连的两层计算弯矩叠加；矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加；在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。3-921 ik 将框架分层将框架分层 将除底层柱之外的所有层柱的线刚度均乘以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，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；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；梁
8、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。若节点处不平衡弯矩较大，在分配一次。弯矩二次分配法弯矩二次分配法 首先计算框架各构件的刚度和分配系数；首先计算框架各构件的刚度和分配系数；计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩；计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩；计算框架各节点的不平衡弯矩，并将每一节点的不计算框架各节点的不平衡弯矩，并将每一节点的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数仍平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数仍为为1/2；进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）；进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）；水平荷载作用下
9、的框架结构内力计算水平荷载作用下的框架结构内力计算n反弯点法反弯点法 适用于梁柱线刚度比不小于适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构；的框架结构；常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用 下的弯矩值。下的弯矩值。弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以EI梁梁=为前题）。为前题）。反弯点位置图反弯点位置图 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的抗侧移刚度为：抗侧移刚度为：EIci 第第i根柱的刚度；根柱的刚度；hi 第第i根柱的柱高。根柱的柱高。3-16Di2c6
10、iihEI2c6iihEI3c12iiihEID 以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作用下框架的内力。用下框架的内力。u 顶层顶层因此各柱的剪力为：因此各柱的剪力为：3-173-18u 第二第二层层各柱的剪力为：各柱的剪力为：3-19u 第一第一层层各柱的剪力为：各柱的剪力为：3-20 柱端弯矩：柱端弯矩：已知反弯点处的剪力值便可以求出每一已知反弯点处的剪力值便可以求出每一根柱各截面的弯矩。根柱各截面的弯矩。梁端弯矩：梁端弯矩：分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。分边柱节点和中间柱节点两种情况处理。边节点：边节点：c2c1bMMM cbMM 中节点：
11、中节点：c2c1b2b1b1b1MMiiiM c2c1b2b1b2b2MMiiiM cb2b1b1b1MiiiM cb2b1b2b2MiiiM n D值法值法（1）反弯点法的问题）反弯点法的问题 柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考柱的抗侧刚度只考虑了柱的线刚度和柱高，未考虑节点梁柱线刚度比的影响；虑节点梁柱线刚度比的影响；认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁认为反弯点的位置是固定不变的，实际上它与梁柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度大柱线刚度之比、柱的位置、上下层梁的线刚度大小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。小、上下层层高、框架的总层数等因素有关。（2）D值法的基本思
12、想值法的基本思想与反弯点法相比：与反弯点法相比：相同之处相同之处 先确定反弯点位置先确定反弯点位置 不同之处不同之处 考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧考虑了上述因素的影响，对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行了修正。刚度和柱的反弯点位置进行了修正。因此，因此，D值法又称为修正的反弯点法，适用于梁值法又称为修正的反弯点法，适用于梁柱线刚度比小于柱线刚度比小于3的情况。的情况。（3）柱的抗侧刚度）柱的抗侧刚度 式中，式中，c 柱抗侧移刚度修正系数，按下表柱抗侧移刚度修正系数，按下表的公式计算。的公式计算。柱的部位及固定情况一般层底层，下面固支底层，下端铰支cc43212iiiiii ii 2c c2
13、1iiii ii 25.0c c21iiii ii215.0c i1i2ici3i4i1i2ici1i2ic3-21（4）修正的反弯点高度）修正的反弯点高度式中式中 y0标准反弯点高度比；标准反弯点高度比；y1因上、下层梁刚度比变化因上、下层梁刚度比变化 的修值；的修值；y2因上层层高变化的修正值；因上层层高变化的修正值；y3因下层层高变化的修正值。因下层层高变化的修正值。hyVMyhVMiABiBA 1柱端弯矩柱端弯矩ViVi3-225 5 框架结构的最不利内力及内力组合框架结构的最不利内力及内力组合控制截面控制截面框架梁柱最不利内力组合框架梁柱最不利内力组合梁端弯矩调幅梁端弯矩调幅控制截面
14、控制截面控制截面控制截面梁：跨中、支座截面梁：跨中、支座截面柱：柱顶、柱底截面柱：柱顶、柱底截面梁控制截面梁控制截面柱控制柱控制截面截面框架梁柱最不利内力组合框架梁柱最不利内力组合梁跨中截面：梁跨中截面：+Mmax及相应的及相应的V（正截面设计）（正截面设计）梁支座截面：梁支座截面：-Mmax及相应的及相应的V（正截面设计）（正截面设计）Vmax及相应的及相应的M （斜截面设计）斜截面设计）柱柱 截截 面：面：+Mmax及相应的及相应的N、V -Mmax及相应的及相应的N、V Nmax及相应的及相应的M、V Nmin及相应的及相应的M、V Vmax及相应的及相应的M、N梁端弯矩调幅梁端弯矩调幅
15、n竖向荷载下框架梁端弯矩的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。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：调幅后的支座弯矩为：=M式中式中 梁支座截面调幅后的弯矩；梁支座截面调幅后的弯矩；M 梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩；梁支座调幅前按弹性方法计算的弯矩；调幅系数，现浇框架：调幅系数，现浇框架：0.80.9 装配式框装配式框 架：架：0.70.8。MM 截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩
16、之半。如为均布荷载，则计算的跨中弯矩之半。如为均布荷载，则 2161lqgM 中中 竖向荷载产生的梁的弯矩应先调幅，再与风荷载竖向荷载产生的梁的弯矩应先调幅，再与风荷载和水平地震作用产生的弯矩进行组合。和水平地震作用产生的弯矩进行组合。调幅后的跨中弯矩为：调幅后的跨中弯矩为：21RLCMMMMMM MMLMRM6 6 框架梁设计框架梁设计n框架梁承载力计算框架梁承载力计算n框架梁的构造要求框架梁的构造要求框架梁承载力计算框架梁承载力计算自学自学框架梁的构造要求框架梁的构造要求框架结构的主梁截面高度框架结构的主梁截面高度h hb b可按可按（1/101/101/181/18）l lb b确定，确定，l lb b为主梁计算跨度；为主梁计算跨度；梁净跨与截面高度之比不宜小于梁净跨与截面高度之比不宜小于4 4。梁的截面宽。梁的截面宽度不宜小于度不宜小于200mm200mm，梁截面的高宽比不宜大于，梁截面的高宽比不宜大于4 4。梁的截面高度梁的纵向钢筋要求n沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向配筋，一、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二级抗震设计时
