多层及高层框架结构设计.ppt

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1、第第3 3章章 多层和高层框架结构设计多层和高层框架结构设计混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图：则和构造详图：1.现浇混凝土框架、剪力墙、框架现浇混凝土框架、剪力墙、框架-剪力墙、框剪力墙、框支剪力墙结构（支剪力墙结构（11G101-1）2.现浇混凝土板式楼梯（现浇混凝土板式楼梯（11G101-2）3.现浇混凝土楼面与屋面（现浇混凝土楼面与屋面（11G101-4）4.独立基础、条形基础、桩基承台（独立基础、条形基础、桩基承台（11G101-3）造价者网造价者网1.了解框架结构的特点和适用范围。了解框架结构的特点和适用范围。2.熟悉框架结构的

2、布置原则与方法。熟悉框架结构的布置原则与方法。3.熟悉梁、柱截面尺寸及框架结构计算简熟悉梁、柱截面尺寸及框架结构计算简4.图的确定方法。图的确定方法。4.掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下掌握框架结构在竖向和水平荷载作用下的内力计算方法。的内力计算方法。5.掌握框架结构的内力组合原则。掌握框架结构的内力组合原则。6.熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移熟悉框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方法。验算方法。7.熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。熟悉梁、柱的配筋计算和构造要求。学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：难难 点：框架结构的内力组合方法和梁、柱、节点的点：框架结构的内力组合方法和梁、柱、节

3、点的 配筋构造配筋构造 框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。框架结构平面布置和剖面示意图框架结构平面布置和剖面示意图3.1概述概述按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。装配整体式三种。1.框架结构的受力特点框架结构的受力特点在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组

4、成：力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组成：（1）由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲）由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，愈到上部层间变形愈小，使整个结构的呈现剪切变形变形，愈到上部层间变形愈小，使整个结构的呈现剪切变形us；（2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），愈到底部层间变形愈小，使（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），愈到底部层间变形愈小，使整个结构的呈现弯曲变形整个结构的呈现弯曲变形ub。当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为

5、整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。切变形，整体弯曲变形的影响很小。框架结构的侧移框架结构的侧移剪切变形剪切变形弯曲变形弯曲变形2.框架结构体系的优缺点框架结构体系的优缺点（1）建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也可按需要做成小房间；场、餐厅等），也可按需要做成小房间；（2）建筑立面容易处理；结构自重较轻；）建筑立面容易处理；结构自重较轻；（3）计算理论比较成熟；）计算理论比较成熟；（4）在一定高度范围内造价较低。）在一定高度范围内造价较低。（5）框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较）框架结构的侧向刚度较小，水平荷载

6、作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。严重。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。我国高层建筑混凝土结构技术规程将我国高层建筑混凝土结构技术规程将10层及层及10层以层以上或房屋高度大于上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及房屋高度大于的住宅建筑，以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构房屋，称之为高层建筑。的其他高层民用建筑混凝土结构房屋，称之为高层建筑。

7、非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6度度7度度8度度9度度高度限制（高度限制（m）7060504024高宽比限制高宽比限制5432表表框架结构房屋的最大适用高度和最大高宽比框架结构房屋的最大适用高度和最大高宽比框架结构适用于非抗震时的多层及高层建筑，抗震设计时的框架结构适用于非抗震时的多层及高层建筑，抗震设计时的多层及小高层建筑（多层及小高层建筑（7度区以下）。度区以下）。7度区以下、小于等于度区以下、小于等于3层的多层的多层建筑可不采用框架结构。层建筑可不采用框架结构。一般一般8度区高度超过度区高度超过20m采用框架结构不经济，因此采用框架结构不经济，因此6层以上层以上的建筑结构宜

8、采用框架的建筑结构宜采用框架剪力墙结构或剪力墙结构。剪力墙结构或剪力墙结构。高层建筑承受的荷载比多层建筑大，刚度比多层建筑小，高层建筑承受的荷载比多层建筑大，刚度比多层建筑小，水平荷载对高层建筑的影响比对多层建筑的影响大。因此，水平荷载对高层建筑的影响比对多层建筑的影响大。因此，对高层建筑，特别是高层结构框架建筑的整体性要求，比对对高层建筑，特别是高层结构框架建筑的整体性要求，比对多层框架结构建筑要高。多层框架结构建筑要高。从设计计算而言，高层框架结构除风荷载取值、楼面活从设计计算而言，高层框架结构除风荷载取值、楼面活荷载布置等与多层框架结构略有不同，水平荷载下应补充侧荷载布置等与多层框架结构

9、略有不同，水平荷载下应补充侧移验算外，在结构布置、计算简图的确定、竖向和水平荷载移验算外，在结构布置、计算简图的确定、竖向和水平荷载下的内力计算方法、内力组合原则、截面配筋计算及构造要下的内力计算方法、内力组合原则、截面配筋计算及构造要求等方面，二者基本相同。求等方面，二者基本相同。框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。3.2结构布置方法结构布置方法结

10、构布置的一般原则结构布置的一般原则（1）满足使用要求，尽可能地与建筑的平、立、剖面划）满足使用要求，尽可能地与建筑的平、立、剖面划分相一致。分相一致。（2）满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置）满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行。能有效地进行。（3）结构应尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型）结构应尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少。少。（4）妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素）妥善地处理温度、地基不均匀沉降以及地震等因素对建筑的影响。对建筑的影响。（5）施工简便。）施工简便。（6）经济合理。）经济合理。1.平面布置平面布置应采用纵横双向刚接的抗

11、侧力结构体系；应采用纵横双向刚接的抗侧力结构体系；柱网的开间和进深，应根据建筑使用功能要求，结合柱网的开间和进深，应根据建筑使用功能要求，结合受力的合理性、方便施工、经济等因素确定。受力的合理性、方便施工、经济等因素确定。2.竖向布置（结构侧移刚度宜下大上小）竖向布置（结构侧移刚度宜下大上小）柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，避柱子布置应均匀、对称，同层各柱截面尺寸宜相同，避免短柱，应使各柱抗侧力刚度大致相同，防止在地震作用下由免短柱，应使各柱抗侧力刚度大致相同，防止在地震作用下由于各柱抗侧力刚度相差悬殊而被各个击破导致结构破坏。于各柱抗侧力刚度相差悬殊而被各个击破导致结构破坏。框

12、架沿高度方向各层平面柱网布置尺寸宜相同。上下楼框架沿高度方向各层平面柱网布置尺寸宜相同。上下楼层柱子截面变化时，尽可能使柱中心对齐，或上下仅有较小的层柱子截面变化时，尽可能使柱中心对齐，或上下仅有较小的偏心。偏心。3.2.2结构布置方法结构布置方法1）横向框架承重）横向框架承重房屋抗侧移刚度好；这种布置有利于房屋室内的采光和通房屋抗侧移刚度好；这种布置有利于房屋室内的采光和通风。风。2）纵向框架承重）纵向框架承重有利于设备管线的穿行；在房屋开间方向需要较大空间时，有利于设备管线的穿行；在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高；当基础土的物理力学性能在房屋纵向有可获得较高的室内净高；当

13、基础土的物理力学性能在房屋纵向有明显差异时，可利用纵向框架的刚度来调整房屋的的不均匀沉降。明显差异时，可利用纵向框架的刚度来调整房屋的的不均匀沉降。但房屋横向刚度较差。但房屋横向刚度较差。3）纵、横向框架承重）纵、横向框架承重房屋的纵、横向都布置承重框架房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。这种承重方案整体性好，有利于抗震。井字梁楼盖。这种承重方案整体性好，有利于抗震。抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重、部分由框架承重抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重、部分由框架承重的混合承重形式。的混合承重形式。3.平面框架的承重方案平面框架的承重方案采

14、用采用预制预制板板图图3.2.1框架结构的布置框架结构的布置连系梁一就是联系结构构件之间的系梁，作用是增加结构连系梁一就是联系结构构件之间的系梁，作用是增加结构的整体性。的整体性。连系梁主要起连接单榀框架的作用，以增大建筑物的横向连系梁主要起连接单榀框架的作用，以增大建筑物的横向或纵向刚度；连系梁除承受自身重力荷载及上部的隔墙荷载作或纵向刚度；连系梁除承受自身重力荷载及上部的隔墙荷载作用外，不再承受其他荷载作用。用外，不再承受其他荷载作用。连系梁是结构受力构件之间连接的一种形式，它一般不参连系梁是结构受力构件之间连接的一种形式，它一般不参与结构计算，往往是根据规定或经验设定的。与结构计算，往往

15、是根据规定或经验设定的。次梁在主梁的上部，主要起传递荷载的作用。次梁在主梁的上部，主要起传递荷载的作用。次梁在主梁和次梁的交接处，可以把主梁看成是次梁的支次梁在主梁和次梁的交接处，可以把主梁看成是次梁的支座（固定支座）。次梁的钢筋伸入主梁的长度只要满足锚固长座（固定支座）。次梁的钢筋伸入主梁的长度只要满足锚固长度的要求即可。钢筋的锚固长度与梁的跨度无关，只与钢筋的度的要求即可。钢筋的锚固长度与梁的跨度无关，只与钢筋的抗拉设计强度、混凝土的抗拉设计强度及钢筋的直径和外形有抗拉设计强度、混凝土的抗拉设计强度及钢筋的直径和外形有关。关。在框架结构布在框架结构布置中，梁、柱轴线置中，梁、柱轴线宜重合，

16、如梁须偏宜重合，如梁须偏心放置时，梁、柱心放置时，梁、柱中心线之间的偏心中心线之间的偏心距不宜大于柱截面距不宜大于柱截面在该方面宽度的在该方面宽度的1/4（即梁宽不宜小（即梁宽不宜小于柱宽的于柱宽的1/2）。如）。如偏心距大于该方向偏心距大于该方向柱宽的柱宽的1/4时，可增时，可增设梁的水平加腋。设梁的水平加腋。图图3.2.2水平加腋梁水平加腋梁梁水平加腋后，改善了梁柱节点的受力性能，故节点有梁水平加腋后，改善了梁柱节点的受力性能，故节点有效宽度效宽度bj宜按下列规定取值：宜按下列规定取值：当当x=0时，时，bj按下式计算：按下式计算：当当x0时，时，bj取下列二式计算的较大值：取下列二式计算

17、的较大值：且应满足且应满足bjbb+0.5hc，其中，其中hc为柱截面高度。为柱截面高度。bjbb+bxbjbb+bx+xbjbb+2xbx/lx1/2，bx/bb2/3，bb+bx+xbc/2梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列要求：列要求：4.柱网布置柱网布置（1）柱网布置需满足生产工艺的要求）柱网布置需满足生产工艺的要求图图多层厂房柱网布置多层厂房柱网布置（2）柱网布置需满足建筑平面布置的要求）柱网布置需满足建筑平面布置的要求图图旅馆横向柱列布置旅馆横向柱列布置图图办公室横向柱列布置办公室横向柱列布置（3）柱网布置需使受力合理

18、）柱网布置需使受力合理图图框架弯矩图框架弯矩图图图纵向柱列布置纵向柱列布置4）柱网布置应便与施工）柱网布置应便与施工5）柱网布置应符合抗震要求）柱网布置应符合抗震要求主梁的跨度一般为主梁的跨度一般为58m，次梁一般为，次梁一般为47m。从使用的。从使用的角度出发，希望柱网尺寸能够大一些。但是，随着柱网的加角度出发，希望柱网尺寸能够大一些。但是，随着柱网的加大，楼板厚度以及梁、柱截面尺寸增大，材料用量增多，可大，楼板厚度以及梁、柱截面尺寸增大，材料用量增多，可能不经济，这些都是进行结构布置时需要综合考虑的。能不经济，这些都是进行结构布置时需要综合考虑的。5.变形缝变形缝（1）伸缩缝）伸缩缝（2）

19、沉降缝）沉降缝（3）抗震缝）抗震缝结构布置情况是用图纸来表达的。结构布置图上要结构布置情况是用图纸来表达的。结构布置图上要将房屋中每一结构构件的类型、编号、平面和空间的位将房屋中每一结构构件的类型、编号、平面和空间的位置等明确地加以表示，它不但是结构设计人员用以进行置等明确地加以表示，它不但是结构设计人员用以进行设计计算的依据，而且是施工人员进行施工时必不可少设计计算的依据，而且是施工人员进行施工时必不可少的。的。结构布置图主要包括基础平面图、各层结构平面结构布置图主要包括基础平面图、各层结构平面布置图及屋面结构平面布置图。进行结构构件设计计算布置图及屋面结构平面布置图。进行结构构件设计计算之

20、前，先要将结构布置简图绘出。只有在结构布置简图之前，先要将结构布置简图绘出。只有在结构布置简图绘出之后，才能了解有多少结构构件需要设计计算、各绘出之后，才能了解有多少结构构件需要设计计算、各结构构件的相互关系如何等。结构构件的相互关系如何等。常用构件代号见附录常用构件代号见附录13.框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。3.3截面尺寸估算截

21、面尺寸估算 hb=(1/181/8)lb，bb=(1/41/2)hb在选用高度在选用高度hb时，上限仅适用于荷载很大的情况，对于时，上限仅适用于荷载很大的情况，对于一般民用建筑的荷载，以选接近下限为宜。为了防止梁发生一般民用建筑的荷载，以选接近下限为宜。为了防止梁发生剪切脆性破坏，剪切脆性破坏，hb不宜大于不宜大于1/4净跨。净跨。截面宽度不宜小于截面宽度不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于）不宜大于4。（对于一般民用建筑，。（对于一般民用建筑，以选用下限为宜）。以选用下限为宜）。3.3.1框架梁框架梁当一根

22、框架梁的各跨跨度相差较大时，这种框架梁各跨当一根框架梁的各跨跨度相差较大时，这种框架梁各跨的截面宽度应该相同，以利于梁内上部纵筋的贯通和下部纵的截面宽度应该相同，以利于梁内上部纵筋的贯通和下部纵筋的锚固，但梁各跨的截面高度应该取不同值。筋的锚固，但梁各跨的截面高度应该取不同值。为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按较小的扁梁，扁梁的截面高度可按(1/251/18)lb估算。估算。扁梁的截面宽度扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度（肋宽）与其高度h的比值的比值b/h不宜超过不宜超过3。表表3.3.1框架梁惯性矩取值框架梁

23、惯性矩取值楼板类型楼板类型边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁现浇楼板现浇楼板装配整体式楼板装配整体式楼板装配式楼板装配式楼板1.5I01.2I0I02I01.5I0I0梁截面惯性矩梁截面惯性矩3.3.2框架柱框架柱在多层建筑中，柱截面尺寸可直接凭经验确定：在多层建筑中，柱截面尺寸可直接凭经验确定：式中式中Hi第第i层层高；层层高；bc柱截面高度；柱截面高度；hc柱截面宽度。柱截面宽度。在高层框架中，可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，在高层框架中，可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即式中，式中，考虑地震作用组合后

24、柱的轴向压力增考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数，角柱取大系数，角柱取1.51.6，其它柱取，其它柱取1.31.5；F按简支状态计算的柱的负载面积；按简支状态计算的柱的负载面积；gE折算在单位建筑面积上的重力荷载代折算在单位建筑面积上的重力荷载代表值，近似取表值，近似取1215kN/m2；n总层数；总层数；框架柱的边长，四级或不超过框架柱的边长，四级或不超过2层时不宜小于层时不宜小于300mm，一、，一、二、三级且超过二、三级且超过2层时不宜小于层时不宜小于400mm；圆柱截面直经不宜小；圆柱截面直经不宜小于于350mm，柱截面高宽比不宜大于，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，

25、。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于，或柱的剪跨比宜大于2。柱的。柱的剪跨比不大于剪跨比不大于2时，应按短柱处理。时，应按短柱处理。当上、下层框架柱截面高度不相同时，边柱一般为外侧当上、下层框架柱截面高度不相同时，边柱一般为外侧平齐、上层柱内侧缩小；中柱为两侧同时缩小，使上、下层平齐、上层柱内侧缩小；中柱为两侧同时缩小，使上、下层柱形心线保持重合。柱边长每次缩小的尺寸宜为柱形心线保持重合。柱边长每次缩小的尺寸宜为100150mm。N 框架柱轴压比限值。非抗震设计和四级抗震设框架柱轴压比限值。非抗震设计和四级抗震设计时取计时取0.90

26、.95，一、二、三级抗震等级时，一、二、三级抗震等级时，分别取分别取0.7、0.8、0.9。3.4计算简图的确定计算简图的确定计算单元计算单元 框架结构的计算单元及计算模型框架结构的计算单元及计算模型框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。行分析，每榀平面框架为一计算单元。就承受竖向荷

27、载而言，当横向（纵向）框架承重，且在就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。纵、横向框架共用承担。框架结构计算简图框架结构计算简图在框架结构的计算简图

28、中，梁、柱用其轴线表示，梁与在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨示，由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取

29、至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室，且地下室结构的楼层侧向刚度不有整体刚度很大的地下室，且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构倍时，可取至地下室结构的顶板处。的顶板处。在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。当上、轴重合时，其计算简图与各层

30、柱截面不变时的相同。当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行的力矩。此力矩应视为外荷

31、载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。框架内力分析。变截面柱框架结构的计算简图变截面柱框架结构的计算简图l03l01l01l04l02l02 H1H2 Hi Hn H1H2 Hi Hn3.5荷载计算荷载计算作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载、雪荷载，水荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载、雪荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。平荷载包括风荷载和水平地震作用。1.竖向荷载竖向荷载（1）平面框架上所承受的楼板传来的竖向荷载的大小）平面框架上所承受的楼板传来的竖向荷载的大小和分布与平面框架的承

32、重方案有关。和分布与平面框架的承重方案有关。（2）整体式楼盖，一般为纵横向承重方案。板上竖向）整体式楼盖，一般为纵横向承重方案。板上竖向荷载的传递方式取决于每个板区格是单向板还是双向板。荷载的传递方式取决于每个板区格是单向板还是双向板。（3）由于每根框架柱同时属于一榀横向平面框架和一）由于每根框架柱同时属于一榀横向平面框架和一榀纵向平面框架，因此，用于配筋计算的框架柱轴力为两榀纵向平面框架，因此，用于配筋计算的框架柱轴力为两方向平面框架算得的柱轴力之和。方向平面框架算得的柱轴力之和。（4）荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调）荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活

33、荷载标准值，且是以楼板的等效均查资料所得到的等效均布活荷载标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。布活荷载作为楼面活荷载。（5）当竖向活荷载与恒荷载之比小于）当竖向活荷载与恒荷载之比小于1时，可以不考虑活时，可以不考虑活荷载的不利布置。工程中常用满布荷载法，即当活荷载作用相荷载的不利布置。工程中常用满布荷载法，即当活荷载作用相对较小时，把活荷载作用于框架所有的梁上，该法支座弯矩足对较小时，把活荷载作用于框架所有的梁上，该法支座弯矩足够准确，跨中弯矩须乘以够准确，跨中弯矩须乘以1.11.2的调整系数。此法常用活荷的调整系数。此法常用活荷载载1.52.0kN/m2。（6）当框架梁、柱中心

34、线不重合时，在计算时应考虑偏）当框架梁、柱中心线不重合时，在计算时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，以及梁荷载对柱偏心的影响。计算楼面活荷载作用下的内力时可不考虑。偏心的影响。计算楼面活荷载作用下的内力时可不考虑。2.水平荷载水平荷载（1）风荷载）风荷载取一榀平面框架作为结构计算单元，其受荷范围为所取一榀平面框架作为结构计算单元，其受荷范围为所计算平面框架两侧各半个柱距的宽度；计算平面框架两侧各半个柱距的宽度；z的取值：对多层框架结构，每一楼层取该层半高处的取值：对多层框架结构，每一楼层取该层半高处的高度确定的高度确定 z，近

35、似认为风荷载在一层高度范围内均匀分布，近似认为风荷载在一层高度范围内均匀分布，最后再将框架节点上、下各半层范围内两部分均布荷载的合最后再将框架节点上、下各半层范围内两部分均布荷载的合力作为节点水平集中力；力作为节点水平集中力；风振系数风振系数 z：对钢筋混凝土高层建筑结构，当高度大：对钢筋混凝土高层建筑结构，当高度大于于30m，且高宽比，且高宽比H/B大于大于1.5时，考虑动力反应影响。时，考虑动力反应影响。水平荷载均化为节点水平集中力后进行框架内力分析和水平荷载均化为节点水平集中力后进行框架内力分析和水平侧移计算。水平侧移计算。s的取值的取值计算主体结构的风荷载效应时，可按下列计算：计算主体

36、结构的风荷载效应时，可按下列计算：（a）高宽比）高宽比H/B不大于不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3；（b）下列建筑取）下列建筑取1.4：V形、形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面形、弧形、双十字形、井字形平面建筑；建筑；L形、槽形和高宽比形、槽形和高宽比H/B大于大于4的十字形平面建筑；高宽比的十字形平面建筑；高宽比H/B大于大于4，长宽比，长宽比L/B不大于不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。的矩形、鼓形平面建筑。节点水平集中力沿框架高度方向近似为均匀分布。节点水节点水平集中力沿框架高度方向近似为均匀分布。节点水平集中力按下式计算：平集中力按下式计算：

37、式中，式中，hi下层柱高；下层柱高；hj上层柱高；对顶层为女儿墙高度的上层柱高；对顶层为女儿墙高度的2倍；倍；B柱距。柱距。（2）水平地震作用）水平地震作用6度时建造于度时建造于类场地上较高的高层建筑，类场地上较高的高层建筑，7度和度和7度以上的建筑结构，应计算地震作用；度以上的建筑结构，应计算地震作用；计算单元：取一个独立的防震缝单元，按整体计算计算单元：取一个独立的防震缝单元，按整体计算其总水平地震作用，再按平面框架的抗侧移刚度分配到每其总水平地震作用，再按平面框架的抗侧移刚度分配到每一榀平面框架；一榀平面框架；节点水平地震作用取值沿框架高度方向呈上大下小节点水平地震作用取值沿框架高度方向

38、呈上大下小的倒三角形分布。的倒三角形分布。一榀平面框架上的水平荷载及其分布示意图见图。一榀平面框架上的水平荷载及其分布示意图见图。框架结构在水平荷载作用下的计算简图框架结构在水平荷载作用下的计算简图图图 框架结构平面图框架结构平面图轴框架在竖向荷载轴框架在竖向荷载作用下的计算简图作用下的计算简图轴框架在水平荷载轴框架在水平荷载作用下的计算简图作用下的计算简图3.6.1竖向荷载作用下的内力计算竖向荷载作用下的内力计算在竖向荷载作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、在竖向荷载作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采用手算，可位移法等结构力学方法计算。工程

39、设计中，如采用手算，可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。计算。（1）分层法）分层法竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。3.6内力计算内力计算竖向荷载作用下分层计算示意图竖向荷载作用下分层计算示意图应当

40、指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。略。分层法只有当框架的层数较多，且中间若干层的分层分层法只有当框架的层数较多，且中间若干层的分层框架相同时，应用起来比较方便。当框架梁线刚度比柱子框架相同时，应用起来比较方便。当框架梁线刚度比柱子线刚度大很多时，分层框架计算简图比较符合实际。线刚度大很多时，分层框架计算简图比较符合实际。分层法计算要点：分层法计算要点：1）计算各层梁上竖向荷载和固端弯矩；）计算各层梁上竖向荷载和固端弯矩；2）将多层

41、框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同；作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同；3）计算梁、柱的线刚度；（有现浇板的梁，宜考虑）计算梁、柱的线刚度；（有现浇板的梁，宜考虑楼板的作用）楼板的作用）4）计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数）计算和确定梁、柱弯矩分配系数和传递系数除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这

42、样将使柱的弯曲变形有便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数的线刚度乘以修正系数0.9。如用力矩分配法计算各框架的杆端弯矩，在计算每个节如用力矩分配法计算各框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱，其他各层柱的传递系数改用的传递系数改用1/3。5）用力矩分配法计算梁、柱弯矩）用

43、力矩分配法计算梁、柱弯矩计算各框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最计算各框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。6）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力）在杆端弯矩求出后，可用静力平

44、衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。（2）弯矩二次分配法）弯矩二次分配法具体计算步骤：具体计算步骤：1）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。弯矩二次分配法为无侧移框架的弯矩分配法。为简化计弯矩二次分配法为无侧移框架的弯矩分配法。为简化计算，将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递

45、，并以两次分算，将各节点的不平衡弯矩同时作分配和传递，并以两次分配为限。弯矩二次分配法所得结果与精确法相比较，相差甚配为限。弯矩二次分配法所得结果与精确法相比较，相差甚小，其计算精度已满足工程设计要求。当分层框架各不相同小，其计算精度已满足工程设计要求。当分层框架各不相同时，采用整体框架计算简图的弯矩二次分配法比分层法更加时，采用整体框架计算简图的弯矩二次分配法比分层法更加简单。简单。朱彦鹏混凝土结构设计朱彦鹏混凝土结构设计2）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。衡弯矩同时进行第一次分配（

46、其间不进行弯矩传递）。3）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取框架，传递系数均取1/2）。）。4）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。二次分配，使各节点处于平衡状态。至此，整个弯矩分配至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。和传递过程即告结束。5）将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，）将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。即得各杆端弯矩。6）由静力平衡条件求梁的跨中弯矩，梁柱剪力及柱轴）由静力平衡条件求

47、梁的跨中弯矩，梁柱剪力及柱轴力。力。（3）系数法（系数法（Approximateanalysisbycoefficients）采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，需首先确定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。系数需首先确定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。系数法是一种更简单的方法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度法是一种更简单的方法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度和支承情况，就可很方便地计算出框架梁、柱各控制截面内和支承情况，就可很方便地计算出框架梁、柱各控制截面内力。力。此法是统一建筑规范（此法是统一建筑规范（Uniform

48、BuildingCode）中）中介绍的方法，在国际上被广泛采用。介绍的方法，在国际上被广泛采用。当框架结构满足下列条件时可以按照系数法求内力当框架结构满足下列条件时可以按照系数法求内力：1)两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的两个相邻跨的跨长相差不超过短跨跨长的20%；2）活载与恒载之比不大于）活载与恒载之比不大于3；3）荷载均匀布置；）荷载均匀布置；4）框架梁截面为矩形。）框架梁截面为矩形。框架结构的内敛以下方法近似计算：框架结构的内敛以下方法近似计算：框架梁内力框架梁内力（a）弯矩）弯矩式中式中 弯矩系数，查表；弯矩系数，查表；wu框架梁上恒载与活荷载设计值之和；框架梁上恒载与活荷载设计值

49、之和；ln净跨跨长，求支座弯矩时用相邻两跨净跨跨长的净跨跨长，求支座弯矩时用相邻两跨净跨跨长的平均值。平均值。（b）剪力）剪力式中式中 剪力系数，按图查表。剪力系数，按图查表。0.50.5750.50.50.5图图3.6.5框架梁剪力系数框架梁剪力系数 正正弯弯矩矩端部无约束时端部无约束时端部有约束时端部有约束时负负弯弯矩矩内支座：内支座：两跨时两跨时两跨以上时两跨以上时内支座（极跨数在内支座（极跨数在3跨和跨和3跨以上，跨以上，跨长不大于跨长不大于3.048m或柱刚度与梁或柱刚度与梁刚度之比大于刚度之比大于8的梁）：的梁）：外支座：外支座：梁支承时梁支承时柱支承时柱支承时表表3.6.1弯矩系

50、数弯矩系数 表表框架柱内力框架柱内力（a）轴力）轴力按系数法，框架柱的轴力可以按楼面单位面积上的恒载按系数法，框架柱的轴力可以按楼面单位面积上的恒载与活荷载设计值之和乘以该柱的负荷面积计算，此时，可近与活荷载设计值之和乘以该柱的负荷面积计算，此时，可近似地将楼面板沿柱轴线之间的中线划分，且活荷载值可以按似地将楼面板沿柱轴线之间的中线划分，且活荷载值可以按荷载规范规定折减。荷载规范规定折减。（b）弯矩）弯矩框架柱在竖向荷载作用下的弯矩，可以按节点处框架梁框架柱在竖向荷载作用下的弯矩，可以按节点处框架梁的端弯矩最大差值平均分配给上柱和下柱的柱端。当横梁不的端弯矩最大差值平均分配给上柱和下柱的柱端。