5章钢筋混凝土结构设计.pps

5 框架结构,5.1 概述 5.1.1框架结构 框 架：由梁、柱组成的结构单元称为框架 框架结构：全部竖向荷载和侧向荷载由框架承受的结构体 系，称为框架结构 框架为平面抗侧力单元，只能抵抗自身平面内的侧向力，必 须在两个正交的主轴方向布置框架，形成空间结构，以抵抗各 方向的侧向力 1）框架结构的优缺点 优点： ①空间大，平面布置灵活；②延性好；③减轻自重，造价稍低缺点： ①承载力低；②刚度小(柔性结构)；③侧移大； ④非结构构件破坏重，维修费用高；⑤缺少二道防 线；⑥震区建筑物≥8层时不宜采用； ⑦ P-Δ效 应显著（二阶效应） 框架结构适用于多层及小高层 异型柱框架（适用于住宅、旅馆） 异型柱：异形截面柱的简称 截面几何形状为L形、T形和十形 截面各肢的肢高肢厚比不大于4 不规则框架 不完全贯通： 柱不完全贯通 梁、柱都不完全贯通,2）承重方式：横向承重，纵向承重，纵横双向承重 3）受力特点：平面抗侧力结构，只能在自身平面内抵抗侧 向力 框架结构刚度小，适用高度比较低的房屋， 可以设计成延性好的抗震结构 4）变形特点：框架在侧向力的作用下，其侧移由两部分组成 ①整体剪切型位移——梁、柱弯曲变形产生的侧移； ②整体弯曲型位移——柱的轴向变形产生的位移。

第一部分是主要的，所以侧移曲线以剪切变型为主剪切型位移曲线+弯曲型位移曲线→剪切型位移曲线 剪切型位移曲线特点：层间位移自下而上逐层减小,5.1.2 框架结构平面布置,5.1.2.1结构平面布置 （1）柱网的布置 布置原则：除应满足建筑功能和生产工艺要求外，应使结构受力合理所以，柱网应规则、整齐、传力体系明确平面布置宜均匀、对称，具有良好的整体性 柱距：可以采用4—5m的小柱距，可以采用6—9m的大柱距，柱距可采用300mm为模数，当采用预应力楼盖或钢梁—混凝土组合楼盖时，柱距可以更大 要求：高层框架结构不应采用单跨框架，多层框架结构不宜采用单跨框架在地震作用下，结构纵横两个方向要分别承受相近的地震作用，要求纵横两个方向的抗侧能力相近图5.2框架柱网布置举例,（2）变形缝的设置,变形缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝三种平面面积较大的框架结构和形状不规则的结构，应根据有关规定适当设缝但对于多层和高层结构，则应尽量少设或不设缝，这可以简化构造、方便施工、降低造价、增强结构的整体性和空间刚度在设计中，应通过调整平面形状、尺寸、体型、选择节点连接方式、配置构造钢筋等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素引起的结构和非结构的破坏。

5.1.2.2 结构竖向布置,竖向布置是指结构沿竖向的变化情况在满足建筑功能要求的同时，应尽可能规则简单常见的结构沿竖向的变化有 （1）沿竖向的基本不变化，这是常用的且受力合理的形式 （2）局部抽柱：如底层或顶层大空间 （3）结构上部逐层收进或挑出 为了有利于结构受力，在平面上，框架梁宜拉通对直，在竖向，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内5.1.3一般规定,5.1.3.1关于单跨框架 单跨框架结构是指整栋建筑全部或绝大部分采用单跨框架的结构由于单跨框架超静定次数少，耗能能力弱，一旦柱子出现塑性铰，结构出现连续倒塌的可能性很大因此，《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）规定：甲﹑乙类建筑以及高度大于24米的丙类建筑，不应采用单跨框架结构；高度不大于24米的丙类建筑，不宜采用单跨框架结构5.1.3.2 楼梯间的抗震设计要求,发生地震时，楼梯间是重要的紧急竖向逃生通道，楼梯间（包括楼梯板）的破坏会延误人员撤离及救援工作，从而造成重大伤亡，因此，楼梯间应具有足够的抗倒塌能力，楼梯构件的组合内力设计值应包括与地震作用效应的组合，楼梯梁柱的抗震等级应与框架结构本身相同 框架结构楼梯构件与主体整浇时，楼梯板起到斜支撑的作用，对结构的刚度﹑承载力﹑规则性影响较大。

若楼梯间布置不当会造成结构平面不规则，抗震设计时应尽量避免出现这种现象因此，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）对抗震设计时框架结构的楼梯间作如下规定：,（1）楼梯间的布置应尽量减小其造成的结构平面不规则 （2）宜采用现浇钢筋混凝土楼梯，楼梯结构应有足够的抗倒塌能力 （3）宜采取措施减小楼梯对主体结构的影响 （4）当钢筋混凝土楼梯与主体结构整体连接时，应考虑楼梯对地震作用及其效应的影响，并应对楼梯构件进行抗震承载力验算5.1.3.2 楼梯间的抗震设计要求,框架梁﹑柱中心线宜重合当梁﹑柱中心线不重合时，在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱的偏心影响 框架梁﹑柱中心线之间的偏心距，9度抗震设计时不应大于柱截面在该方向宽度的1／4；非抗震设计和6—8度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1／4，如偏心距大于该方向柱宽的1／4，可采取增设水平加腋的方法，能明显改善梁柱节点承受反复荷载性能梁水平加腋的尺寸的具体要求详见第5.6.4节5.1.3.3框架梁对框架柱的偏心处理,框架结构和砌体结构是两种截然不同的结构体系，其抗侧刚度、变形能力等相差很大，这两种结构在同一建筑物中混合使用，对建筑物的抗震性能将产生很不利的影响，甚至造成严重破坏。

因此，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）规定：框架结构抗震设计时，不应采用部分有砌体墙承重之混合形式框架结构中的楼梯间、电梯间及局部出屋面的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重5.1.3.4关于混合承重问题,由于框架结构的填充墙是非结构构件，填充墙是由建筑专业布置，并表示在建筑图上，结构专业图上不予表示，经常被结构设计人员所忽略国内外皆有由于填充墙布置不当而造成震害的例子 震害情况之一，框架结构上部若干层填充墙布置较多，而底部墙体较少，形成竖向刚度突变例如某一旅馆为5层框架结构，底层为大堂﹑餐厅等，隔墙较少刚度较小，2—5层为客房，填充墙较多，刚度较大在地震中，底层全部破坏，上部4层落下来压在底层，损失很大 震害情况之二，在外墙柱子之间，有通长整开间的窗台墙，嵌固在柱子间，使柱子净高减少很多，形成短柱，地震时，墙以上的柱形成交叉裂缝而破坏 此外，当两根柱子之间嵌砌有刚度较大的砌体填充墙时，由于墙体会吸收较多的地震作用，使墙两端的柱子受力加大 震害情况之三，填充墙的布置偏于平面一侧，形成较大的刚度偏心，地震时由于扭转而产生的附加内力，设计中并未考虑，因而造成破坏。

5.1.3.5框架填充墙,因此，为防止砌体填充墙对结构设计的不利影响，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）规定： 框架结构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，其布置应符合下列规定： （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而造成的结构扭转5.1.3.5框架填充墙,抗震设计时，为保证砌体填充墙自身的稳定性，应符合下列规定： （1）砌体砂浆强度等级不应低于M5，当采用砖及混凝土砌块时，砌块的强度等级不应低于MU5，当采用轻质砌块时，砌块的强度等级不应低于MU2.5墙顶应与框架梁或楼板密切结合 （2）砌体填充墙应沿框架柱全高每隔500mm左右设置2根直径6mm的拉筋，6度时拉筋宜沿墙全长贯通，7﹑8﹑9度时拉筋应沿墙全长贯通 （3）墙长大于5m时，墙顶与梁（板）宜有钢筋拉结；墙长大于8m或层高2倍时，宜设置间距不于于4m的钢筋混凝土构造柱；墙高超过8m时，墙体半高处（或门洞上皮）宜设置与柱相连且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁 （4）楼梯间采用砌体填充墙时，应设置间距不大于层高且不大于4m的钢筋混凝土构造柱，并应采用钢丝网砂浆面层加强。

5.1.3.5框架填充墙,5.2.1基本假定 实际的框架结构处于空间受力状态，应采用空间框架的分析 方法，进行框架结构的内力计算但当框架较规则，荷载和刚 度分布较均匀时，可不考虑框架的空间工作影响，按以下基本 假定，将框架结构划分成纵横两个方向的平面框架进行计算 基本假定： （1）每榀框架只承受与自身平面平行的水平荷载，框架平面外刚度很小可忽略 （2）联系各榀框架的楼板在自身平面内刚度很大，平面外刚度很小，可以忽略每榀框架在楼板处的侧移值相同5.2 框架结构计算简图,图5.3框架计算单元的选取,,,,,5.2.2计算简图,5.2.2.1计算单元的确定,,,计算简图的形状、尺寸以梁柱轴线为基准，梁的跨度取柱轴线之间的距离， 底层柱高近似取从基础顶面算起到一层楼板板底的距离 其余各层的层高取相邻两楼盖板底到板底的距离5.2.2.2跨度与柱高的确定,在设计计算中，一般仍假定梁截面惯性矩I沿轴线不变 梁的截面惯性矩的近似计算方法： 对现浇楼盖：两边有楼板 I=2.0 I0 一边有楼板 I=1.5 I0 对装配整体式楼盖： 两边有楼板 I=1.5 I0 一边有楼板 I=1.2 I0,5.2.2.3构件截面抗弯刚度计算,5.2.2.4 荷载计算,水平荷载：（风和地震作用）一般简化为作用于框架节点的水 平集中力，每片平面框架分担的水平荷载与它们的 抗侧刚度有关。

竖向荷载：按平面框架的负荷面积分配给各片平面框架，负荷 面积按梁板布置情况确定横向,纵向,5.3 框架在竖向荷载作用下的近似计算,5.3.1计算假定 （1）忽略框架在竖向荷载作用下的侧移 （2）作用在某一层梁上的竖向荷载只对本层梁以及与本层梁相连的柱产生弯矩和剪力，而对其他层的梁和隔层的柱不产生弯矩和剪力分层法就是依据计算假定，是将一个n层框架分解成n个单层框架，每个单层框架用力矩分配法计算杆件内力1层,2层,3层,顶层,5.3.2分层法,应将除底层柱外的其它层柱的线刚度乘以0.9折减系数，并将传递系数取为1/3底层柱的传递系数仍为1/25.3.2分层法,5.3.2.1用力矩分配法计算各单层框架内力 （1）将框架分层以后，各单层框架柱的远端视为固定端 （2）计算各单层框架在竖向荷载作用下的梁固端弯矩 （3）计算梁柱的线刚度和弯矩分配系数梁线刚度为：,,柱的线刚度为：,除底层柱外的其它层柱的线刚度乘以0.9折减系数，并将 传递系数取为1/3，底层柱为1/25.3.2.2框架内力,（1）用力矩分配法算得的各单层框架梁上的弯矩，即为所求框架梁的弯矩将相邻两个单层框架中同一根柱的弯矩叠加，即得框架柱弯矩。

此时，节点上的弯矩可能不平衡，必要时可将节点不平衡弯矩再分配一次 （2）根据杆端弯矩及梁上荷载求出框架剪力和轴力计算梁、柱端剪力 如框架梁上作用均布荷载时： Vb=1/2·ql +（Mbl+Mbr）/ l Vc=（Mct+Mcb）/ h 计算柱轴力 Ni=Ni+1+Vi,例5.1 分层法计算框架弯矩（括号内数值为杆件线刚度）,1)求各节点的梁柱弯矩分配系数,,解：,计算结果见表5.1,2)固端弯矩计算 3)分层法计算各节点弯矩 见下图,顶层计算,底层计算,,书上错位,0.97,同一层柱的柱端弯矩叠加后的弯矩图,4)画弯矩图,0.97,,书上有误,最后结点的不平衡弯矩再进行分配，使节点达到平衡 4）计算梁、柱端剪力 Vb=1/2ql +（Mbl+Mbr）/ l Vc=（Mct+Mcb）/ h 5）计算柱轴力 Ni=Ni+1+Vi,5.3.3弯矩二次分配法（结构力学的方法）,计算步骤 1）计算固端弯矩 2）计算弯矩分配系数 3）利用力矩分配法计算梁柱端弯矩 4）计算梁、柱端剪力， 5）计算柱轴力,例5.2 利用弯矩二次分配法计算框架弯矩,注：柱的线刚度不乘以折减系数0.9，楼层柱弯矩传递系数均为1/2。

上柱,左梁,上柱,下柱,下柱,下柱,下柱,下柱,下柱,左梁,左梁,左梁,右梁,右梁,右梁,右梁,,-13.13 4.67 8.46 1.80 -1.01 -0.28 -0.52 6.19 -6.19,-17.81 3.60 6.。