12 多层框架结构房屋

1. 12　多层框架结构房屋 本章提要 　　本章主要介绍:多层及高层房屋的结构体系；结构的计算简图及荷载确定；简单框架的内力计算；无抗震设防要求时框架结构构件设计；非抗震设计时框架节点的构造要求；结构施工图平面整体表示方法。重点是施工图的识读。

2. 10.1概述 • 1 .结构布置原则 • （1） 结构平面布置宜简单、规则和对称。 • （2） 建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。 • （3） 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变。 • （4） 建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5。 • （5） 房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应力对结构造成的危害。 • （6） 在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋，应合理设置沉降缝和防震缝。

3. 2 框架结构方案 • 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 • 　　在这种布置方案中，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，见图10。1 (a) 。

4. （2）纵向框架承重方案 • 　　在这种布置方案中，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，见图10.1 (b)。 • （3）纵横向框架混合承重方案 • 　　在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置，见图10.1 (c)。

5. 图10.1　框架体系的布置 (a) 横向布置；(b) 纵向布置；(c) 纵横双向布置

6. 10.2 框架结构的计算简图 一、计算单元的选取 • 框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。 • 　　为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图10.2中阴影部分所示。

7. 图10.8　框架的计算单元

8. 图10.3　框架柱轴线位置

9. 二、计算模型的确定 • 杆件：轴线表示 • 节点：刚接节点 • 计算模型确定 柱高：层高 • 底层柱：基顶到一层梁顶 • 其它层柱：各层梁顶间距离 • 跨度：柱轴线间距 • 等跨框架：各跨相差≯ 10% 在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置（图10.3(a)），当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线（图10.3(b)）。

10. 三、梁、柱截面形式及尺寸 1. 框架梁的截面形式及尺寸 • 主梁 全现浇：T形框架梁 • 形式承重 装配式：T形、倒L形、矩形、花篮形 • 连系梁：T形、倒L形 • 尺寸 高度：hb=(1/10~1/14)lb，hb≯1/4 ln，≮500mm • 宽度：bb=(1/2~1/3)hb，且bb≮1/4hb，≮200mm

11. 2.框架柱的截面形式和尺寸 • 形式：矩形、正方形 • 框架柱 高度：hc＝(1/10~1/15)H， • 尺寸 且≮350mm宜,Hn/ hc＞4,小于4按短柱处理 • 宽度：bc＝(1/1.5~1) hc，且≮300mm • 柱截面面积估算 非抗震：A≥(1.2～1.4)N／fc • 抗震：N/fcA≤0.7、0.8、0.9（一、二、三级）

12. 四、材料强度等级 • ⑴混凝土强度等级（现浇框架） • 非抗震设计：不应低于C20 • 抗震设计 ： 一级：不宜低于C30 • 二～四级：不应低于C20 • 大荷载混凝土柱：宜采用高强度的混凝土 • ⑵钢筋级别 纵筋：HRB400 （ Ⅲ级）或HRB335（Ⅱ级 ） • 箍筋：HRB335（Ⅱ级）或HPB235（Ⅰ级 ） • ⑶梁柱节点混凝土：≥柱混凝土等级

13. 10.3 荷载的简化与计算 一、多高层建筑结构荷载的分类及特点 恒荷载 1、竖向荷载 楼面活荷载 屋面均布活荷载 风荷载 2、水平荷载 水平地震作用

14. 二、竖向荷载 • 作用形式：均匀分布 • 集中荷载：位置可略调整，但≯ 1/20 • 次梁传至主梁荷载： • 按简支次梁计算（不考虑连续性） • 楼面活荷载 楼面梁负荷面积＞25m2时： • 折减0.9 • 墙、柱、基础：≥2层时， • 折减0.85～0.55 竖向荷载

15. 三、水平荷载 • ①风荷载：折算成水平集中力作用于框架节点上，并合并于迎风面一侧； • 水平地震作用： • 简化为节点上水平集中力 • 竖向地震作用： • 8度以上大跨、高耸结构 ②地震作用

16. 10.4多层框架的内力和侧移计算简介 一、梁柱线刚度和相对线刚度 • 框架梁柱的线刚度 梁线刚度：ib=EIb／l • 柱线刚度：ic=EIc／h • Ib值计算 现浇楼盖：中框梁 Ib=2.0Io、边框梁 Ib=1.5Io • 装配整体式：中框梁Ib=1.5Io、边框梁 Ib=1.2Io • 装配式楼盖 ：Ib＝Io • 其中：Io＝bh3/12 • 考虑因素：部分楼板与梁的共同工作。 • Ic值计算：按实际截面尺寸进行。（Io＝bh3/12）

17. 二、内力计算方法 1.竖向荷载作用下的内力 1）近似计算方法——分层法、弯矩二次分配法※ 适用范围：∑ib/∑ic≥5，且结构与荷载沿高度较均匀多层框架。 计算假定 忽略框架在竖向荷载作用下的侧移； 忽略每层横梁上荷载对其它层横梁的影响。

18. 内力计算方法 • 计算方法： • 多层多跨框架 分层 多个单层多跨开口框架 弯矩二次分配法 • →各开口框架内力 →叠加 梁内力——各层横梁的内力 • 柱内力——同层同柱号内力叠加 • 原因：假定柱远端为固定端，实际远端有转角产生， • 计算误差 介于铰与固定端之间（底层基础处除外）。 • 修正 ①各层柱（底柱除外）线刚度ic乘系数0.9； • ②柱弯矩传递系数为1/3（底层柱为1/2）。

19. 计算步骤： • ①画出框架计算简图； • ②计算梁、柱的线刚度及相对线刚度（除底层柱外，其他层柱应乘以系数0.9）； • ③计算各节点处的弯矩分配系数，用弯矩分配法从上至下分层计算各计算单元的杆端弯矩； • ④叠加有关杆端弯矩，得最后弯矩图（M图）； • ⑤按静力平衡条件求其他内力图（N、V图）。 • 注意：由于计算的近似性，框架节点处的最终弯矩不平衡，可对不平衡弯矩作一次弯矩分配，予以修正。

20. 2）竖载作用下的内力特点 框架梁——呈抛物线形分布，跨中截面 +Mmax，支座截面-Mmax； M图 框架柱——呈线性分布，柱上下端弯矩 最大。 框架梁——呈线性变化，梁端支座截面 Vmax； V图 框架柱——沿层柱高均匀分布。 N图：框架柱截面还产生轴向压力， “－”表示柱受压。

21. 竖向荷载作用下计算简图 M图 V图 N图

22. 2.水平荷载作用下的内力 1）近似计算方法——D值法、反弯点法 各杆弯矩均为直线 弯矩图 有一个零弯矩点位于柱中点（该点具有剪力） 特点 水平位移：同层内各节点的侧向位移基本相同 角位移：角位移的大小与节点∑ib/∑ic值有关， ∑ib愈大，节点角位移愈小。 变位图 反弯点：弯曲方向相反，位于柱中点附近 ①确定各层柱反弯点处的剪力； 需解决问题 ②确定各层柱的反弯点位置。

23. 反弯点法： • 适用范围：结构沿高度比较均匀，∑ib/∑ic≥3的多层框架。 • 计算假定： • ①假定梁线刚度无限大ib＝∞—— 节点无角位移（转角）； • ②认为各层柱上下端节点转角相同（底层除外） • ——各柱反弯点位于柱中点，底层柱位于距柱底2/3层高处。 • ③不考虑横梁的轴向变形 —— 同一横梁处各柱顶侧移相同

24. D值法（改进反弯点法） • 反弯点法误差： • ①假定：ib/ic＝∞，节点无转角位移； • 实际：∑ib/∑ic有限，框架变形后节点有转角产生。 • ②假定：各层柱上下端节点转角相同，反弯点高度在柱中点； • 实际：反弯点高度与该柱上下端转角大小有关，反弯点靠近转角较 • 大一端，即反弯点向横梁刚度较小、层高较大的一端移动

25. D值法（改进反弯点法） 与自身刚度有关 修正柱的侧移刚度 与上下层梁线刚度有关 解决办法 与ib/ic比值有关 调整反弯点高度 与上、下层间横梁线刚度有关 与上、下层层高有关 适用范围：∑ib/∑ic＜3

26. 2）竖载作用下的内力特点 M图：框架梁、柱截面弯矩均呈线性变化，梁、柱支座端部截面分别 产生±Mmax。 V图：在框架梁各跨、框架柱层高内均呈均匀分布。 N图：部分框架柱内受拉，部分框架柱内受压。 水平集中力还可能反方向作用。当水平集中力的方向改变时，相应的弯矩、剪力以及轴力的方向也随之变化。

27. 四、内力组合 1.控制截面 控制截面——结构构件中需按其内力进行配筋计算的截面。 2.内力组合 内力组合——寻求最不利内力，作为配筋依据。 +Mmax：确定梁端底部纵筋 ⑴框架梁 端部支座截面 -Mmax：确定梁端顶部纵筋 Vmax：确定箍筋及弯起筋 +Mmax：确定梁下部纵筋 跨中截面 －Mmax：确定跨中可能的顶部纵筋 注：梁端支座截面指柱外缘处梁截面

28. │Mmax│及相应的N、V ⑵框架柱：柱端 Nmin及相应的M、V