1、1,4.3 框架结构构件设计,第4章 多层框架结构,4.1 多层框架结构的种类及布置,4.2 多层框架内力和侧移的计算,4.4 多层房屋基础设计,2,4.1 多层框架结构的种类及布置,梁组合形式,内置型钢，称型钢混凝土,钢梁混凝土翼板,柱组合形式,内置型钢,钢管内浇注混凝土,框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。,3,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,按节点连接方式,铰接,刚接,(c)钢框架铰接节点,(d)钢框架刚接节点,4,混凝土装配整体式框架,5,4.1.2 框架结构布置,框架结构,4.1
2、 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,一、柱网布置,原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。,6,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,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，纵向框架承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。,7,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,纵向布置连系梁；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。,横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；有利设备管线的穿行。,两个方向均有较好的抗侧刚度。,承重框架的布置与楼盖的布置
3、方案密切相关。,8,三、框架的规则性,平面不规则框架,(a)缺柱,(b)缺梁,(c)凹凸,9,4.1.3 框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T形、十字形等异型柱 ；,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H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,10,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,二、框架梁选型,混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇
4、混凝土楼盖中框架梁呈T形或倒L形；在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；,预制板,预制板,花篮形,十字形,钢框架梁最常用截面是H形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在较大扭矩时，箱形截面较为合适 ；,型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式H形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢 。,11,混凝土梁,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,三、构件截面尺寸估算,一般情况下，截面高度hb可以取跨度的1/121/8；截面宽度bb可以取截面高度的1/41/2，且不宜小于200mm。,12,混凝土柱,bc可近似取层高1/181/12，hc=(12) bc；,首先根据负
5、荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力Nc（可近似取荷载基本组合值12kN/m218kN/m2）；然后取N=(1.21.4)Nc，按N=Acfc+Acfy（为配筋率，可取1%）估算截面面积；,对于抗震设防区，柱的截面面积一般由轴压比限值控制。对于抗震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85和0.9，即要求,（抗震等级四级）,（抗震等级二级）,（抗震等级一级）,（抗震等级三级）,13,钢柱,估算轴力，乘以1.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。,定计算长度、假定长细比(60100)；,计算回转半径：ix=lox/， iy=loy/;,根据近似关系:ix=1h， iy
6、= 2b 确定截面轮廓高度和宽度；,框架结构,4.1 种类与布置,4.1.1种类,4.1.2布置,4.1.3选型,钢梁,钢梁截面尺寸估算方法可参考楼盖系统梁板结构中的梁尺寸 。,根据钢材类别、截面类别和查表得稳定系数；,由公式A=N/(f) 确定截面积A ；,由A、b、h选择截面尺寸。,14,4.2.1 框架分析模型,一、计算单元,对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向可以分别计算；,4.2 多层框架结构内力与侧移的计算,l1,l2,l3,l4,当结构均匀、荷载均匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横向的计算单元。,15,二、计算简图,结构形式 柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。
7、,轴线尺寸,跨度：等截面柱，截面形心线；不等截面柱，较小截面形心线,层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）,截面特征,钢柱、砼柱：EI=EI0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和,梁：考虑楼板的作用,框架结构,4.1 种类与布置,4.2.1分析模型,4.2 结构分析,16,计算假定 ： 平面框架抵抗自身平面内的水平荷载 ，平面外抗侧刚度忽略不计； 楼板自身平面内的刚度无穷大 ，同一标高处楼板的侧移相等。,框架结构计算简图,17,变截面柱框架结构的计算简图,18,由于现浇楼板可作为框架的有效翼缘，为了简便，设计时采用如下方法计算混凝土框架梁的截面抗弯刚度。,边框架梁,中框架梁,整体装配式框架,现浇框架
8、,19,三、荷载,竖向荷载,永久荷载,楼面可变荷载,水平荷载,风荷载,地震作用,楼面荷载,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；,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。,水平荷载等效为节点荷载,种类,20,21,在层高范围内，框架柱是等截面的，每个截面具有相同的抗力；框架柱的弯矩、轴力沿柱高线性变化（层高范围内剪力相等），因而上、下端截面为控制截面。,4.3.1 设计内力,4.3 多层框架结构构件设计,一、控制截面,框架梁两端的剪力和负弯矩最大，跨中正弯矩最大，因而控制截面有三个：左右端截面和跨中截面。,22,内力分
9、析得到的梁端弯矩、剪力是指轴线处的，设计时可取梁端柱边的弯矩和剪力：,二、设计内力的修正,(4.3.1),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,23,三、梁端弯矩调幅,当梁端截面首先出现塑性时，将发生内力重分布；另外，对于装配式框架和装配整体式框架，节点并非完全刚性。,为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。,调幅系数 可取：现浇框架0.80.9；装配整体式框架0.70.8。,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,为了方便施工，可对竖向荷载下的梁端弯矩进行调幅。,24,框架结构,4.1 种类
10、与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,24,四、内力组合,框架梁属受弯构件，最不利内力组合有：,梁端截面的最大弯矩及最大剪力；,梁跨中截面的最大弯矩。,框架柱属偏心受力构件：,混凝土柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩，最小轴力及相应弯矩；钢柱：最大弯矩及相应轴力，最大轴力及相应弯矩,25,1.2永久载标准值+1.4楼面可变载标准值+1.4风载组合值,1.2 重力荷载标准值+1.3地震作用标准值,对抗震设防区尚需考虑地震作用效应组合,五、荷载组合,1.2永久载标准值+1.4风载标准值 +1.4楼面可变载组合值,可变荷载控制,永久荷载控制,框架结构,4.1 种类与
11、布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,1.35永久载标准值+1.4风载组合值+1.4楼面可变载组合值,26,一、框架梁、柱,框架梁截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面受弯承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度和挠度验算。,4.3.2 混凝土构件设计,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,4.3.2混凝土构件,框架柱截面计算内容包括：承载能力极限状态的正截面承载力计算和斜截面承载力计算；正常使用极限状态的裂缝宽度。,27,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
12、设计,4.3.2混凝土构件,二、框架节点,对于非抗震设防区，节点承载力可通过构造措施来保证。,一般要求,节点混凝土强度：对于现浇框架与柱相同；对于装配整体式框架比预制构件高一级；,节点内水平箍筋：一般情况同柱：如纵筋搭接头位于节点内应符合搭接范围内的箍筋设置要求；,节点截面尺寸：一般情况与柱相同,28,柱纵筋在节点区的锚固,29,梁纵筋在节点区的锚固,上部钢筋锚固,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,4.3.2混凝土构件,30,梁上部纵筋与柱外侧纵筋在顶层边节点的搭接,下部钢筋锚固,31,4.3.3 钢构件设计,一、框架梁、柱,框架结构,4.1
13、 种类与布置,4.2 结构分析,4.3.1设计内力,4.3 构件设计,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,当多层框架采用混凝土楼板并与钢梁有可靠连接时，可不考虑轴力的影响，按受弯构件设计钢梁；,框架梁进行承载能力极限状态的强度计算、局部稳定计算和正常使用极限状态的挠度验算。,框架柱按压弯构件，进行承载能力极限状态的强度计算、整体稳定计算、局部稳定计算 ；,32,二、框架节点,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,4.3.2混凝土构件,4.3.3钢构件,框架结构梁与柱刚性连接时，需要进行连接部位在弯矩和剪力作用下的承载力、节点域抗剪强度和局部稳
14、定计算以及梁上下翼缘标高处柱水平加劲肋或隔板的厚度验算。,33,4.4.1 基础类型及其选型,4.4 多层房屋基础设计,一、基础类型,34,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,二、基础选型,考虑因素,工程地质情况,上部结构情况,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,独立基础,条形基础,筏形基础,不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小,独立基础,条形基础,梁板式筏形基础,箱形基础,35,4.4.2 基础分析模型,基
15、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,4.4.2分析模型,一、基础分析模型的种类,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有关，又受到地基的影响。,36,二、地基模型,文克勒地基模型,地基上任一点所受的压力强度p与
16、该点的地基沉降s成正比，,k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。,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,4.4.2分析模型,pks,37,刚性基础,文克勒地基,柱抗弯刚度为0,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,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？,与上部结构模型
17、柱底固接相对应,38,4.4.3 条形基础设计,一、内力分析,确定基底反力和基础底面尺寸,B,11,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,4.4.2分析模型,4.4.3条形基础,N1,M1,Ni,Mi,L,1,1,（4.4.4）,（4.4.5）,：修正后的地基承载力特征值,39,静力法,倒梁法,支座反力可能与柱子轴力不相等。如何处理？,将两者的差值均匀分布在相应支座两侧各1/3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。,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
18、设计,4.4 基础设计,4.4.2分析模型,4.4.3条形基础,40,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。,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,4.4.2分析模型,4.4.3条形基础,41,二、截面设计,冲切面,冲切面,肋梁冲切,翼板冲切,肋梁,受弯承载力,受剪承载力,抗冲切承载力,翼板,受弯承载力,抗冲切承载力,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,4.4.2分析模型,4.4.3条形基础,
