《建筑结构设计》东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件教案.ppt

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1、建筑结构设计东南大学邱洪兴 第四章 多层框架结构课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望24.1.1 多层框架结构的种类4.1 多层框架结构的种类及布置按所用材料按所用材料混凝土框架混凝土框架钢框架钢框架组合框架组合框架梁组合形式梁组合形式内置型钢，称型钢混凝土内置型钢，称型钢混凝土钢梁混凝土翼板钢梁混凝土翼板柱组合形式柱组合形式内置型钢内置型钢钢管内浇注混凝土钢管内浇注混凝土建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学

2、邱洪兴3框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类种类按节点连接方式按节点连接方式铰接（排架结构）铰接（排架结构）刚接（刚架结构）刚接（刚架结构）灌缝预埋钢板(a)砼框架铰接节点(b)砼框架刚接节点1111高强螺栓连接角钢(c)钢框架铰接节点T形连接件加劲肋(d)钢框架刚接节点混凝土框架按施工方法混凝土框架按施工方法 现浇现浇装配式装配式装配整体式装配整体式建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴4叠合梁焊接焊接后加负筋预制柱带榫头预制柱叠合梁箍筋后加箍筋后浇砼现浇柱叠合梁钢模板叠合梁带空腔预制柱构架式支承加强筋混凝土装配整体式框架混凝土装配整

3、体式框架建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴54.1.2 框架结构布置框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置一、柱网布置原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工方便施工。工作区交通区工作区内廊式等跨式建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴6框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置客房与卫生间客房与卫生间走道客房客房走道与卫生间二、承重框架布置对于多层房屋，竖向荷载是主要荷载，如何承受竖向荷载是结构对于多层

4、房屋，竖向荷载是主要荷载，如何承受竖向荷载是结构布置时重点考虑的问题布置时重点考虑的问题。根据重力荷载的传递路径，框架结构有横向框架承重，纵向框架根据重力荷载的传递路径，框架结构有横向框架承重，纵向框架承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴7框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置布置纵向框架梁横向连系梁次梁(b)纵向框架承重纵向连系梁横向框架梁次梁(a)横向框架承重纵向框架梁横向框架梁次梁(c)纵横向框架承重纵向布置连系梁；纵向布置连系梁；横向抗

5、侧刚度大；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。有利采光和通风。横向布置连系梁；横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；横向抗侧刚度小；有利获得较高净空。有利获得较高净空。两个方向均有较两个方向均有较好的抗侧刚度。好的抗侧刚度。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴8三、框架的规则性平面不规则框架(a)缺柱(b)缺梁(c)凹凸(a)抽梁(b)抽柱(c)内收(d)外挑(e)错层竖向不规则框架建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴94.1.3 框

6、架构件选型与截面尺寸估算一、框架柱选型混凝土框架柱常用矩形或正方形，有时因建混凝土框架柱常用矩形或正方形，有时因建筑要求做成圆形或八角形；在多层住宅中不希筑要求做成圆形或八角形；在多层住宅中不希望柱突出墙面，用望柱突出墙面，用T形、十字形等异型柱形、十字形等异型柱；钢框架柱最常用的截面有钢框架柱最常用的截面有H形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚度时，可以采用格构式柱；度时，可以采用格构式柱；型钢混凝土柱外形常用矩形，内置型钢常用的截面有型钢混凝土柱外形常用矩形，内置型钢常用的截面有H形、十字形、十字形、箱形、圆形等实腹式型钢以及由角钢或槽钢组成的格构式型钢形、箱形

7、、圆形等实腹式型钢以及由角钢或槽钢组成的格构式型钢 建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴10框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型二、框架梁选型混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇混凝土楼盖中框架梁呈混凝土楼盖中框架梁呈T形或倒形或倒L形；形；在装配式楼盖中框架梁设计成十字形在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；或花篮形；预制板预制板花篮形十字形钢框架梁最常用截面是钢框架梁最常用截面是H形或工字形，形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在边梁或较小的梁也有采用槽形；当

8、存在较大扭矩时，箱形截面较为合适较大扭矩时，箱形截面较为合适；型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式H形形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢型钢以及由角钢组成的空腹式型钢。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴11p混凝土梁混凝土梁框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型三、构件截面尺寸估算一般情况下，截面高度一般情况下，截面高度hb可以取跨度的可以取跨度的1/121/8；截面宽度；截面宽度bb可以可以取截面高度的取截面高度的1/31/2，且不宜小于，且不宜小于200mm。也可根据竖向荷载来

9、确定。首先取也可根据竖向荷载来确定。首先取Mmax=(0.6-0.8)M0、Vmax=V0，然后验算下列条件：然后验算下列条件：Mmaxsfcbh02Vmax0.235fcbh0 s对于一级抗震等级取对于一级抗震等级取0.22；对二、三级抗震等级取；对二、三级抗震等级取0.29。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴12p混凝土柱混凝土柱bc可近似取层高可近似取层高1/181/12，hc=(12)bc；首先根据首先根据负荷面积负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力，估算柱在竖向荷载下的轴力Nc（可近似取荷（可近似取荷载基本组合值载基本组合值12kN/m2

10、18kN/m2）；然后取）；然后取N=(1.21.4)Nc，按，按N=Acfc+Acfy（为配筋率，可取为配筋率，可取1%）估算截面面积；）估算截面面积；对于抗震设防区，柱的截面面积一般由对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比轴压比限值控制。对于抗限值控制。对于抗震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85和和0.9，即要求，即要求（抗震等级四级）（抗震等级四级）（抗震等级二级）（抗震等级二级）（抗震等级一级）（抗震等级一级）（抗震等级三级）（抗震等级三级）建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东

11、南大学邱洪兴东南大学邱洪兴13p钢柱钢柱估算轴力，乘以估算轴力，乘以1.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。倍按轴心受压构件估算截面尺寸。定计算长度、假定长细比定计算长度、假定长细比(60100)；计算回转半径：计算回转半径：ix=lox/，iy=loy/;根据近似关系根据近似关系:ix=1h，iy=2b 确定截面轮廓高度和宽度；确定截面轮廓高度和宽度；框架结构4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.3选型选型p钢梁钢梁钢梁截面尺寸估算方法可参考第钢梁截面尺寸估算方法可参考第2章章。根据钢材类别、截面类别和根据钢材类别、截面类别和查表得稳定系数查表得稳定系数；由公式由

12、公式A=N/f 确定截面积确定截面积A；由由A、b、h选择截面尺寸。选择截面尺寸。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴14(l1+l2)/2横向框架计算单元(l3+l4)/2纵向框架计算单元4.2.1 框架分析模型一、计算单元一、计算单元对于两个方向正交的对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向多层框架结构，纵横向可以分别计算；可以分别计算；4.2 多层框架结构内力与侧移的近似分析l1l2l3l4当结构均匀、荷载均当结构均匀、荷载均匀时，可以取图示阴影匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横部分的面积作为纵、横向的计算单元。向的计算单元。建筑结构设计

13、建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴15二、计算简图结构形式结构形式柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。刚接两种。轴线尺寸轴线尺寸跨度：等截面柱，截面形心线；变截面跨度：等截面柱，截面形心线；变截面柱，较小部分截面形心。柱，较小部分截面形心。层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）截面特征截面特征钢柱、砼柱：钢柱、砼柱：EI=EI0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和梁：考虑楼板的作用。梁：考虑楼板的作用。l1l2l3h1h2h3h4框架结构4.1 种类与

14、布置4.2.1分析模型分析模型4.2 结构分析结构分析建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴16三、荷载竖向荷载竖向荷载永久荷载永久荷载楼面可变荷载楼面可变荷载水平荷载水平荷载风荷载风荷载地震作用地震作用楼面荷载楼面荷载对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，长跨方向梁承受梯形分布荷载；长跨方向梁承受梯形分布荷载；对于单向板仅短跨方向的梁承受均布荷载；对于单向板仅短跨方向的梁承受均布荷载；如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。水平荷载等效为节点荷载水平荷载等

15、效为节点荷载种类种类建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴17ijklmn4.2.2 竖向荷载下的多层刚架的分层法MiMj1/21/2MikMjlMljMki一、基本假定刚架没有侧移；刚架没有侧移；每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层梁及与本层梁相连的刚架柱产生弯矩和梁及与本层梁相连的刚架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。二、简化计算模型二、简化计算模型0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i刚度系数：刚度系数：传递系数：传递系数：两端固支两端固支一端固

16、支一端铰支一端固支一端铰支一端固支一端弹性抗转一端固支一端弹性抗转iiiiiiii建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴18多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口刚架进行计算。口刚架进行计算。除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以0.90.9的折减系数，弯矩传的折减系数，弯矩传递系数取为递系数取为1/31/3。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法分层法建筑结构设计建筑结构设计课件课件2013

17、2013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴19三、计算方法用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需将开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需将相邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；相邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传递。递。梁、柱弯矩梁、柱弯矩框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法分层法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013

18、版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴20梁剪力梁剪力框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法分层法lMbrMblVblVbrq建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴21假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。柱轴力柱轴力框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法分层法柱负荷范围建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴224.2.3 水平荷载下多层刚架的反弯点法MABMBA

19、反弯点反弯点假定：刚架梁的线刚度相对假定：刚架梁的线刚度相对刚架柱的线刚度为无限大。刚架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零。况下，节点的转角为零。根据转角根据转角位移方程：位移方程：杆件中点的弯矩为零，称为杆件中点的弯矩为零，称为反弯点反弯点。在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面2/32/3柱高处；其余柱高处；其余各层柱的反弯点取为柱高的中点。各层柱的反弯点取为柱高的中点。一、简化分析模型框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法反弯

20、点法ABABhuAB建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴23二、计算方法FnFjVj1VjkVjm将刚架在某一层将刚架在某一层的反弯点处切开的反弯点处切开根据几何条件（忽略梁轴向变形）根据几何条件（忽略梁轴向变形）求柱剪力求柱剪力根据平衡条件，有根据平衡条件，有框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法反弯点法FnFjF1Vj1VjkVjm建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴24对于对于j j层第层第k k柱，其层间侧移为柱，其层间侧移为u u

21、jkjk ，相应的剪力可表示为，相应的剪力可表示为物理条件物理条件根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得jk为为j j层层k k柱的剪力分配系数；柱的剪力分配系数；为水平荷载在为水平荷载在j j层产生层产生的层间剪力。的层间剪力。V Vjkjk=D=Djkjku ujkjk当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：，抗侧刚度抗侧刚度12ic/h2建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴25逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后

22、，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩可以求出柱上、下端的弯矩底层柱：底层柱：Vj1VjkVjmVj1hj/2Vj1hj/2Vjkhj/2Vjkhj/2Vjmhj/2Vjmhj/2其余层柱：其余层柱：求柱端弯矩求柱端弯矩框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法反弯点法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴26MctMcbMbrMbl求梁端弯矩求梁端弯矩求梁端剪力求梁端剪力框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法反弯点法l

23、VbMbrMblVb建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴27三、计算步骤三、计算步骤在各层反弯在各层反弯点处切开点处切开柱反弯点柱反弯点处的剪力处的剪力剪力分配剪力分配柱端柱端弯矩弯矩梁端梁端弯矩弯矩利用节点力利用节点力矩平衡条件矩平衡条件梁端梁端剪力剪力柱轴柱轴力力节点竖向力节点竖向力平衡条件平衡条件VlbnVrbnNnkNnkNn-1,kVlb,n-1Vrb,n-1求柱轴力求柱轴力从上到下利用节点竖向力平衡条件。从上到下利用节点竖向力平衡条件。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴284.2.4 水平

24、荷载下多层刚架的修正反弯点法(值法)对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程为：程为：在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚度只与柱本身有关。度只与柱本身有关。可见反弯点位置与可见反弯点位置与 A、B 有关；同样，柱的抗侧刚度也与有关；同样，柱的抗侧刚度也与A B 有关。有关。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法值法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版

25、.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴29一、修正抗侧刚度一、修正抗侧刚度柱柱ABAB两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于；柱柱ABAB及与其上下相邻柱的弦转角均为及与其上下相邻柱的弦转角均为=u uj j/h hj j；柱柱ABAB及与其上下相邻柱的线刚度均为及与其上下相邻柱的线刚度均为ic c。假定假定ujBACDEFGHicicici1i2i3i4hjABCDEFGHhji1i2i3i4ic建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴30其中：与与的关系的关系ujABCDEFGHhj建筑结构设计建筑结构设计课件课件

26、20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴31柱柱ABAB剪力：剪力：柱柱ABAB抗侧刚度：抗侧刚度：反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于1 1的一的一个系数。当个系数。当K 时，时，1，即为反弯点法采用的抗侧刚度。，即为反弯点法采用的抗侧刚度。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法值法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴32二、修正反弯点高度作如下假定：作如下假定：同层各节点的转角相等同层各节点的转角相等

27、横梁反弯点在跨中横梁反弯点在跨中横梁中点无竖向位移横梁中点无竖向位移各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素有：有：总层数总层数、柱子所在层柱子所在层、梁柱线刚度比梁柱线刚度比及及上下层层高变化上下层层高变化。横梁跨中简化横梁跨中简化为可动铰支座为可动铰支座建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴33梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响 假定梁的线刚度、柱的线假定梁的线刚度、柱的线刚度和层高沿框架高度不变，刚度和层高沿框架高度不变

28、，按图示计算简图可求出各层按图示计算简图可求出各层柱的反弯点高度柱的反弯点高度y0h ，称为，称为标准反弯点高度标准反弯点高度。上下层梁线刚度比对反弯点的影响上下层梁线刚度比对反弯点的影响 当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯点不同于标准反弯点，修正值用点不同于标准反弯点，修正值用y1h表示。表示。ichicicicichhhhy0hi2i2i2i2i2ichicicicichhhh(y0+y1)hi2i2i2i4i4建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴34层高变化对反弯点高度的影响层高变化对反弯点高度的影响 上上层

29、层层层高高变变化化，反反弯弯点点高高度度的的变变化化值值用用y2h表表示示；下下层层层层高高变变化化，反弯点高度的变化值用反弯点高度的变化值用y3h表示。表示。顶层柱没有顶层柱没有y2h修正值；修正值；底层柱没有底层柱没有y3h修正值。修正值。经过各项修正后，柱反弯点高度：经过各项修正后，柱反弯点高度：yh=(y0+y1+y2+y3)hici2hi2i2i2icicicichh2hi22h(y0+y2)hici2hi2i2i2icicicic3hhhi23h(y0+y3)h建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴354.2.5 刚架结构侧移的近似计算及

30、限值u1uj刚刚架架结结构构水水平平荷荷载载下下的的侧侧移移由由两两部部分分组组成成：梁梁柱柱弯弯曲曲变变形形引引起起的侧移和的侧移和柱轴向变形柱轴向变形引起的侧移。引起的侧移。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算侧移计算uN建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴36一、梁柱弯曲变形引起的侧移顶点侧移：顶点侧移：层间侧移：层间侧移：框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.

31、2.5侧移计算侧移计算二、柱轴向变形引起的侧移建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴37水水平平荷荷载载作作用用下下，外外侧侧柱柱子子的的轴轴力力大大，内内侧侧柱柱子子的的轴轴力力小小。为为简简化化，忽略内柱的轴力。忽略内柱的轴力。BHzBHz框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算侧移计算建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴38近似取外侧柱轴力：近似取外侧柱轴力：单位力作用下单位力作用下H-zNzNzBHz1

32、y-zNzNzBHzydy水平外荷载作用下水平外荷载作用下建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴39V V0 0是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。对对于于高高度度不不大大于于50m或或高高宽宽比比H/B4的的混混凝凝土土刚刚架架办办公公楼楼，柱柱轴轴向变形引起的顶点位移约占向变形引起的顶点位移约占5%11%。刚刚架架结结构构除除了了要要保保证证梁梁的的挠挠度度不不超超过过规规定定值值外外，尚尚应应验验算算结结构构的的侧侧向向位位移移。结结构构侧侧向向位位移移的的验验算算包包括括层层间间位位移移和和顶顶点点位位移移

33、，要要求分别满足：求分别满足：三、侧移的限值(4-2-14)建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴404.2.6 框架分析模型讨论框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.6模型讨论模型讨论二、复式框架一、框架侧移特性三、框架结构的二阶效应几何非线性 二阶效应含义二阶效应含义 作用在结构上的重力或构件中的轴作用在结构上的重力或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起的附压力在变形后的结构或构件中引起的附加内力和附加变形。加内力和附加变形。二阶效应包括受压构件的挠曲效应

34、（二阶效应包括受压构件的挠曲效应（P-效效应应）和重力二阶效应（）和重力二阶效应（P-效效应应）ePP-效应效应Pe建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴41水水平平荷荷载载下下结结构构产产生生侧侧移移，将将使使重重力力荷荷载载P P产产生生附附加加内内力力和和变变形形，这种现象称为这种现象称为P效应效应。PPPPP-效应在构件设计时考虑；效应在构件设计时考虑；P效应在结构分析时考虑。在结构分析时考虑。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.6模型讨论模型讨论PP线

35、性分析一阶分析非线性分析二阶分析建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴42剪切型剪切型(节点转角为节点转角为0)结构结构 P效应的近似计算方法效应的近似计算方法 设某层层间剪力为设某层层间剪力为V0、侧向刚度为、侧向刚度为D，则一阶层间位移，则一阶层间位移0=V0/D；V0V0M0M0=V0hj/20hjM0+N0/2V0V00NNM0+N0/2柱轴力柱轴力N由此侧移引起的附加柱端力矩由此侧移引起的附加柱端力矩:N0/2其其等效附加层间剪力等效附加层间剪力:V1=N0/hj0+1V0+V1M0+N0/2M0+N0/2V0+V1由此新增的层间位移由此新

36、增的层间位移:1=V1/D=0N/(Dhj)建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴43如此迭代下去，最终的层间位移可以表示为下列无穷级数之和：如此迭代下去，最终的层间位移可以表示为下列无穷级数之和：柱轴力柱轴力N在此新增层间位移下的柱端附加力矩为在此新增层间位移下的柱端附加力矩为N1/2，由此新增的，由此新增的层间位移层间位移2=N1/(Dhj)=0N2/(Dhj)2；框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.6模型讨论模型讨论当当N/(Dhj)1h0，或，或x/11

37、h0：xa 2h0，或，或x/1b bh h0 0，属小偏，属小偏压压，取，取建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴77xxafa1h02h0 Nawfafa当当x/11 h0、x/12 h0时，中和轴在型钢腹板外，(4.3.24a)(4.3.24b)框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件4.3.4型钢混凝土构件型钢混凝土构件78框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.3.1设计内力4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件4.3.4型钢混凝土构

38、件型钢混凝土构件斜截面限制条件同型钢混凝土梁。斜截面限制条件同型钢混凝土梁。2、斜截面承载力、斜截面承载力:框架柱计算剪跨比，可取框架柱计算剪跨比，可取，N：框架柱轴力设计值，当：框架柱轴力设计值，当时，取三、框架节点建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴79柱内型钢梁内型钢柱纵筋梁纵筋箍筋贯通孔水平加劲肋柱箍筋梁箍筋建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴804.4.1 基础类型及其选型4.4 多层房屋基础设计柱下独立基础墙下条形基础柱下条形基础十字形基础梁板式筏形基础平板式筏形基础桩基础一、基础类型箱形基

39、础建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴81框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计二、基础选型考虑考虑因素因素工程地质情况工程地质情况上部结构情况上部结构情况现场施工条件现场施工条件(土的承载力、压缩性能和土层的均匀性)(荷载大小、对不均匀沉降的敏感程度)(场地大小、设备进出、技术水平)不同基础类型的承载能力大小不同基础类型的承载能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础筏形基础筏形基础不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小独立基础独立基础条形基

40、础条形基础梁板式筏形基础梁板式筏形基础箱形基础箱形基础建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴824.4.2 基础分析模型 基础分离模型。基础分离模型。必须满足上部结构与基础、基础与地基之间的力的平衡和变形协调条件。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型一、基础分析模型的种类一、基础分析模型的种类地基、基础和上部结构的整体模型。地基、基础和上部结构的整体模型。可以考虑地基变形（不均匀沉降）对上部结构的影响；以及上部结构刚度对地基附加应力和变形的影响。地基和基础的组

41、合模型。地基和基础的组合模型。可以考虑基础刚度对地基附加应力和变形的影响；以及地基变形对基础内力的影响。基础处于上部结构和地基的之间，基础的受力性能既与上部结构基础处于上部结构和地基的之间，基础的受力性能既与上部结构有关，又受到地基的影响。有关，又受到地基的影响。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴83二、地基模型文克勒地基模型地基上任一点所受的压力强度地基上任一点所受的压力强度p与与该点该点的地基沉降的地基沉降s成正比，成正比，k称为基床系数。称为基床系数。某点沉降与其他点上作用的压力无关，可以将地基看成一个个独某点沉降与其他点上作用的压力无关，

42、可以将地基看成一个个独立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。立的土柱，类似一根根弹簧，该模型又称为弹簧地基模型。按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩按照这一模型，地基沉降只发生在基地范围内，附加应力不会扩散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地散。比较适用土层厚度不超过梁或板的短边宽度一半的薄压缩层地基。基。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型pks建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴84半空间地基模型 弹

43、性半空间表面作用竖向集中荷载弹性半空间表面作用竖向集中荷载P时，任一点地基表面的沉降可时，任一点地基表面的沉降可表示为表示为该模型的扩散范围往往超过实际情况。该模型的扩散范围往往超过实际情况。压缩层地基模型 该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型(布辛奈斯克解)建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱

44、洪兴东南大学邱洪兴85(a)整体模型刚性基础文克勒地基柱抗弯刚度为0pmaxpmin(b)地基的剥离上部结构刚性上部结构柔性三、基础分离模型文克勒地基上的刚性基础模型文克勒地基上的刚性基础模型刚性基础的含义？上部结构刚性的含义？上部结构柔性的含义？pmaxpmin(c)上部结构的剥离pmaxpmin(d)倒梁法模型pmaxpmin(e)静力法模型与上部结构模型柱底固接相对应建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴86四、地基、基础组合模型文克勒地基上的弹性基础模型文克勒地基上的弹性基础模型无限长基础梁中点受集中力无限长基础梁中点受集中力框架结构4.1

45、种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型分析模型其中xsP0p弹性梁的挠度曲线微分方程：截面弯矩与分布荷载的关系：（4.4.1）上式的解（4.4.2）建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴87由于对称，由于对称，x=0处，挠度处，挠度 曲线曲线 的斜率为的斜率为 零，即零，即x、s0C1=C2=0 x=0处截面剪力等于地基总反力的一半-P0/2(4.4.3)集中力作用点的沉降：集中力作用点的沉降：建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴88llP

46、0 xsC2=1-C4；C3=1+C1；=sinl、=cosl、=el 地基线反力p=Bks 取基础梁半长l=6m、宽度B=2.5m、基床系数k=4000kN/m3，基础梁抗弯刚度分别取EI1=1.7106kNm2、EI2=0.85106kNm2、EI3=3.4106kNm2、EI4=6.8106kNm2，则1=0.1958m-1、2=0.2328m-1、3=0.1646m-1、4=0.1385m-1 有限长基础梁中点受集中力有限长基础梁中点受集中力建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴89刚性基础梁基础梁刚度越大、基底反力越均匀，当基础梁刚度趋于无

47、限大，基础梁刚度越大、基底反力越均匀，当基础梁刚度趋于无限大，即基础为刚性时，基底反力即基础为刚性时，基底反力p=F/(2l)=F/12；基础梁刚度越小，沉降；基础梁刚度越小，沉降差越大。差越大。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴90建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴91随着基础梁刚度的减小，反力向荷载作用点集中，基础梁的弯矩随着基础梁刚度的减小，反力向荷载作用点集中，基础梁的弯矩和剪力减小。当基础为刚性时，弯矩和剪力达到最大。简化计算时，和剪力减小。当基础为刚性时，弯矩和剪力达到最大。简化计算时，

48、对基础而言，刚性基础的假定是偏于安全的。对基础而言，刚性基础的假定是偏于安全的。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴924.4.3 条形基础设计一、内力分析确定基底反力和基础底面尺寸确定基底反力和基础底面尺寸B11框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础N1M1NiMiL11（4.4.4）（4.4.5）建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴93静力法基础梁受柱子传来的力和地基净反力，用截面法可求出任一

49、截面的基础梁受柱子传来的力和地基净反力，用截面法可求出任一截面的弯矩和剪力。弯矩和剪力。倒梁法按连续梁计算。按连续梁计算。支座反力可能与柱子轴力不相等。支座反力可能与柱子轴力不相等。如何处理？如何处理？将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各1/31/3跨度范围内作为基底反力的调整值，再跨度范围内作为基底反力的调整值，再进行连续梁分析，直至两者基本吻合。进行连续梁分析，直至两者基本吻合。框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.1种类与选型4.3 构件设计4.4 基础设计基础设计4.4.2分析模型4.4.3条形基础条形基础建筑结构设计建筑结构设计课件课件

50、20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴94静力法与倒梁法的比较除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的除非用倒梁计算出的支座反力未经调整刚好等于柱轴力，两者的结果才会一致。结果才会一致。上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒梁上部结构刚度较小时，静力法较适用；上部结构刚度较大时，倒梁法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进行法较适用；必要时可参考上述两种简化计算结果的内力包络图进行截面设计。截面设计。静力法通过将柱端内力直接作用于基础来满足力的平衡；柱子自动静力法通过将柱端内力直接作用于基础来满足力的平衡；柱子自动具有与接触点基础梁