1、研制單位：湖南大學,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 (第3章電子教案),進入,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,第3章 多層和高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,本章重點,了解框架結(jié)構(gòu)的特點和適用范圍； 熟悉框架結(jié)構(gòu)的布置原則與方法； 掌握框架結(jié)構(gòu)在豎向和水平荷載作用下的內(nèi)力計算方法； 掌握框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合原則與方法； 熟悉框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移驗 算方法； 熟悉梁、柱的配筋計算和構(gòu)造要求。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,12層 39層 10層或28m,1、房屋按高度和層數(shù)分類 高規(guī)10層和10層以上或高度超過28米的鋼筋混凝土房屋，稱為高層建筑。,低層,多層,高層,2、房屋的高寬比 高度：室外地面至主要屋面

2、高度，不包括局部突出屋面的水箱電梯間等的高度。 高寬比是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定性、承載能力、經(jīng)濟合理性的宏觀控制。,3、按建筑物的結(jié)構(gòu)類型和使用的材料分： 磚木結(jié)構(gòu)（磚、石、木材） 磚混結(jié)構(gòu)（磚、石、混凝土） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（鋼筋、混凝土） 鋼結(jié)構(gòu)（鋼材） 多層:磚混、鋼混 高層：鋼混、鋼、鋼鋼混 鋼混材料是主要的材料。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,優(yōu)點 結(jié)構(gòu)輕巧； 整體性好； 可形成大空間； 施工方便； 較為經(jīng)濟。,4、鋼混材料的結(jié)構(gòu)體系： 1）框架結(jié)構(gòu) 梁柱是主要構(gòu)件。外墻、內(nèi)墻、隔墻，起分割維護作用，不承重。,框架結(jié)構(gòu)受力變形動畫,缺點 抵抗水平荷載能力差； 側(cè)向剛度小，側(cè)移大 ； 受地基的不

3、均勻沉降影響大 。 抗震性能差，高度受限制,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,2）剪力墻結(jié)構(gòu) 優(yōu)點：剛度大，整體性好，抗震性好，高度可較高 缺點：墻的間距小，空間小，使用受限。,3）框架剪力墻結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置適量的剪力墻 互補 優(yōu)點：結(jié)合兩種體系的優(yōu)點，應用廣泛。,結(jié)構(gòu)體系 非抗震設(shè)計 地震烈度,6 7 8 9,框架 70 55 框剪 130 120 剪力墻 140 120 筒中筒 180 150,現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的最大高度,4）筒體結(jié)構(gòu) 由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體。 主要類型：框架筒體、筒中筒、多重筒 優(yōu)點：與剪力墻相比，空間剛度更大，抗震性能更好，高度可 更好。,5、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋,1）

4、全框架結(jié)構(gòu) 房屋的豎向荷載全部由框架承擔，內(nèi)外墻只起填充維護作用。 分類： 現(xiàn)澆整體式框架 裝配式框架 裝配整體式框架,2）內(nèi)框架結(jié)構(gòu) 內(nèi)部：梁柱組成的框架承重 外部：磚墻承重 缺點：鋼混，磚墻E不一致，剛度不協(xié)調(diào)，整體性和抗震性差,3）底層框架磚房 底層:框架抗震墻 創(chuàng)造大空間 柔 上層：磚墻、鋼混樓板 節(jié)約造價 剛,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.2.1 結(jié)構(gòu)布置的一般原則,滿足使用要求，并盡可能與建筑的平、立剖面劃分相一致； 滿足人防、消防要求，使水、暖、電各專業(yè)的布置能有效地進行 結(jié)構(gòu)盡可能簡單、規(guī)則、均勻、對稱，構(gòu)件類型少； 平面長寬比不宜過大，L/B宜小于6，高寬比不宜過大，H/B不宜

5、大于5，豎向剛度均勻而連續(xù)，不宜突變。,妥善地處理溫度、地基不均勻沉降以及地震 等因素對建筑的影響； 施工簡便； 經(jīng)濟合理。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,豎向布置,平面布置,柱網(wǎng)布置 （1） 工業(yè)廠房 一般采用6m柱距。廠房的層高一般根據(jù)車間的工藝設(shè)備、管道布置及通風采光等因素決定。常用的底層層高有4.2m、4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。 （2） 民用建筑 民用建筑類型較多，功能要求各有不同，柱網(wǎng)及層高變化也較大，尺度一般較 工業(yè)廠房為小。柱網(wǎng)和層高通常按300mm進級。,(a) 內(nèi)廊式；(b) 跨度組合式,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.2.2 結(jié)構(gòu)布置方法,特點 房屋

6、橫向剛度大，側(cè)移?。?橫梁高度大，室內(nèi)有效凈空小。 非抗震時使用,橫向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,特點： 連系梁截面較小，框架梁截面尺寸大，室內(nèi)有效凈空高； 對縱向地基不均勻沉降較有利； 房屋橫向剛度小，側(cè)移大。,縱向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,特點： 整體性好，受力好； 適用于整體性要求 較高和樓面荷載較 大的情況。,雙向布置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.3.1 框架梁,3-1,框架梁截面尺寸估算,l0 梁的計算跨度； hb 梁的截面高度； bb 梁的截面寬度。,一般情況下：,梁凈跨與截面高度之比不宜小于4,梁的截面寬度不宜小于200mm,3-2,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,表3.3.1 框

7、架梁慣性矩取值,注： I0為梁按矩形截面計算的慣性矩，,框架梁線剛度,3-3,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,多層建筑：,Hi 第i層層高； hc 柱截面高度； bc 柱截面寬度。,高層建筑：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,N 柱中軸向力。 Nv 柱支承的樓面荷載面積上豎向荷載產(chǎn)生的軸向 力設(shè)計值?？山茖敲姘逖刂S線之間的中 線劃分，恒載和活載的分項系數(shù)均取1.25，或 近似取1214 kN/m2進行計算。 fc 混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值。,框架柱線剛度,3-7,Ec 混凝土彈性模量； I 框架柱截面慣性矩。,3-8,框架結(jié)構(gòu)是由橫向框架和縱向框架組成的空間結(jié)構(gòu)。 為了簡化計算，通常忽略它們之間的空間聯(lián)

8、系，而將空間結(jié)構(gòu)體系簡化為橫向和縱 向平面框架計算，并取出單獨的一榀框架作為計算單元，該單元承受的荷載為陰影 部分所示。在計算簡圖中，框架節(jié)點多為剛接，柱子下端在基礎(chǔ)頂面，也按剛接考慮。 桿件用軸線表示，梁柱的連接區(qū)用節(jié)點表示。等截面軸線取截面形心位置，當上下柱 截面尺寸不同時，則取上層柱形心線作為柱軸線。,計算單元的選取,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,框架柱軸線位置,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,計算簡圖,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,框架荷載,垂直荷載,水平荷載,恒載,活載,風載,地震作用,框架自重；粉灰重；板、次梁、墻體重。,人群、家具、設(shè)備等荷載，取值見建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，可折減。,樓面活荷載的折減 在設(shè)

9、計住宅、宿舍、旅館、辦公樓等多層建筑的墻、柱和基 礎(chǔ)時，由于樓面活荷載在所有各層同時滿載的可能性很小，所以 作用于樓面上的使用活荷載應乘以表3.2所規(guī)定的折減系數(shù)。,樓面活荷載折減系數(shù),混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.6.1 豎向荷載下的內(nèi)力計算,樓面荷載分配原則,當采用裝配式或裝配整體式樓蓋時，板上荷載通過預制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)； 當采用現(xiàn)澆樓蓋時，樓面上的恒載和活載根據(jù)每個區(qū)格板兩個方向的邊長比，沿單向或雙向傳遞，區(qū)格板長邊/短邊3時沿單向傳遞，長邊/短邊3時沿雙向傳遞。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,豎向活載最不利布置,（1）逐跨布置法,恒載一次布置，樓屋面活載逐跨單獨作用在各跨上，分別算

10、出內(nèi)力，再對各控制截面組合其可能出現(xiàn)的最大內(nèi)力。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（2）最不利荷載布置法,恒載一次布置，樓屋面活載根據(jù)影響線，直接確定產(chǎn)生某一指定截面最不利內(nèi)力的活載布置。此法用手算方法進行計算很困難。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（3）分層布置法或分跨布置法,恒載一次布置，為簡化計算，當活載與恒載的比值不大于3時，可近似將活載一層或一跨做一次布置，分別進行計算，然后進行最不利內(nèi)力組合。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（4）滿布荷載法,當活載與恒載的比值不大于1時，可不考慮活載的最不利布置，把活載同時作用于所有的框架上，這樣求得的支座處的內(nèi)力可直接進行內(nèi)力組合。但求得的梁跨中彎矩應乘以1.11.

11、2的系數(shù)予以增大。,豎向荷載作用下的內(nèi)力計算方法,（1）彎矩二次分配法 （最簡單最實用，課程設(shè)計畢業(yè)設(shè)計中常用） 首先復習一下結(jié)構(gòu)力學中的彎矩分配法 。 基本假定：當豎向荷載作用下，節(jié)點側(cè)移可以忽略時，對工程實際中的復雜結(jié)構(gòu)：可以采用改進的方法。 定義：是對彎矩分配法的進一步簡化，將各節(jié)點的不平衡彎矩同時進行分配和傳遞，并以二次分配為限。 步驟：計算每一跨梁在豎向荷載作用下的固端彎矩 計算每一個節(jié)點的分配系數(shù) 將各節(jié)點不平衡力矩同時分配并向遠端傳遞后，再分配一次。 結(jié)束。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（2）分層法,基本假定 忽略垂直荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移； 每層梁上的荷載只在本層梁及與其相連的上

12、、下層柱產(chǎn)生內(nèi)力，不在其他層梁和其他層柱上產(chǎn)生內(nèi)力。,根據(jù)以上假定，多、高層框架可分層作為若干個彼此互不關(guān)連的且柱端為完全固定的簡單剛架近似計算。簡單剛架可用彎矩分配法計算，一般循環(huán)2次。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,注意事項： 由于除底層外上層各柱的柱端實際為彈性固定，計算簡圖中假定為完全嵌固，為減少計算誤差，除底層柱外，上層各柱的線剛度乘以0.9的修正系數(shù)。,考慮除支座外，框架各節(jié)點為彈性固定，因此底層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/2，其他各層柱的彎矩傳遞系數(shù)取1/3；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,分層法計算的各梁彎矩為最終彎矩，各柱的最終彎矩為與各 柱相連的兩層計算彎矩疊加； 在內(nèi)力與位移計算中，所有構(gòu)

13、件均可采用彈性剛度。,3-9,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（2）迭代法（不考慮框架側(cè)移）,計算荷載作用下各桿端產(chǎn)生的固端彎矩Mgik，并 寫在相應的各桿端部，求出匯交于每一節(jié)點的各桿固端彎矩之和MFik，把它寫在該節(jié)點的內(nèi)框中；,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,按下式計算每一桿端的最后彎矩值，即 或 根據(jù)算得的各桿端彎矩值，作最后的彎矩圖并求得相應的剪力圖和軸力圖。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,系數(shù)法是UNIFORM BUILDING CODE（統(tǒng)一 建筑規(guī)范）中介紹的方法。當框架結(jié)構(gòu)滿足下列條 件時可按系數(shù)法計算框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力： 兩個相鄰跨的跨長相差不超過短跨跨長的20%； 活載與恒載之比不大于3； 荷載均

14、勻布置； 框架梁截面為矩形。,（4）系數(shù)法,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,框架梁內(nèi)力,（1）彎矩 式中， 彎矩系數(shù) 框架梁上恒載與活載設(shè)計值之和； 凈跨跨長，求支座彎矩時用相鄰兩跨凈跨跨長的均值。,（2）剪力,3-14,式中 剪力系數(shù)，查下圖。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,表3.6.1 彎矩系數(shù)表,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,(1)軸力 框架柱的軸力= puA 式中 pu 樓面單位面積上恒載與活載設(shè)計值之和； A 柱的負荷面積。 (2)彎矩,框架柱內(nèi)力,當橫梁不在立柱形心線上時，要考慮由于偏心引起的不平衡彎矩，并將這個彎矩也平均分配給上、下柱柱端。,3-15,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,豎向荷載下框架梁端彎矩的

15、調(diào)幅,在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布，減小梁端負彎矩，相應增大梁跨中彎矩。 調(diào)幅后的支座彎矩為： =M 式中 梁支座截面調(diào)幅后的彎矩； M 梁支座調(diào)幅前按彈性方法計算的彎矩； 調(diào)幅系數(shù)，現(xiàn)澆框架：0.80.9 裝配式框 架：0.70.8。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.6.2 水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算方法,反彎點法 快，但不精確,適用于梁柱線剛度比不小于3的框架結(jié)構(gòu)； 常用于在初步設(shè)計中估算梁和柱在水平荷載作用 下的彎矩值。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（1）反彎點位置 彎矩為零的點（反彎點）的位置按下圖取值（以 EI梁=為前題）。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3

16、章,（2）反彎點處的剪力計算 柱的剪力按同層柱的抗側(cè)移剛度之比分配。柱的 抗側(cè)移剛度為：,EIci 第i根柱的剛度； hi 第i根柱的柱高。,3-16,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,以三層框架為例，用反彎點法計算水平荷載作 用下框架的內(nèi)力。 頂層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,第二層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,第一層,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（3）彎矩圖繪制 柱端彎矩：已知反彎點處的剪力值便可以求出每一 根柱各截面的彎矩。 梁端彎矩：分邊柱節(jié)點和中間柱節(jié)點兩種情況處理。 邊節(jié)點：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,中節(jié)點：,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,D值法 （計算較麻煩，但精度較高）,（1）反彎點法的問題,柱的抗側(cè)剛度

17、只考慮了柱的線剛度和柱高，未考慮節(jié)點梁柱 線剛度比影響； 認為反彎點的位置是固定不變的，實際上它與梁柱線剛度之比、 柱位置、上下層梁的線剛度大小、上下層層高、框架的總層數(shù)等因素 有關(guān)。,（2）D值法的基本思想 與反彎點法相比：,相同之處 先確定反彎點位置 不同之處 考慮了上述因素的影響，對柱的抗側(cè)剛度和柱的反彎點位 置進行了修正。 D值法又稱為修正的反彎點法，適用于梁柱線剛度比小于3的情況。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（3）柱的抗側(cè)剛度,式中，c 柱抗側(cè)移剛度修正系數(shù)，按下表的公式計算。,3-21,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,（4）修正的反彎點高度,式中 y0標準反彎點高度比； y1因上、下層梁剛度

18、比變化 的修值； y2因上層層高變化的修正值； y3因下層層高變化的修正值。,3-22,橫梁剛度變化對反彎點位置的影響,上下層橫梁線剛度比對y0的修正值y1,層高變化對反彎點位置的影響,表3.6 上下層高變化對y0的修正值y2和y3,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,門架法,（1）基本假定,梁柱的反彎點位于它們的中點處； 柱中點處的水平剪力按各柱支承框架梁的長度與框架總寬度之比進行分配。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,3.7.1 控制截面,梁：跨中、支座截面共三個。 柱：柱頂、柱底截面共兩個。,控制截面：在桿件幾個主要截面的內(nèi)力求出后，按此內(nèi)力進行桿件配筋，可以保證此桿有足夠的可靠度。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章

19、,3.7.2 控制截面最不利內(nèi)力類型,梁跨中截面：+Mmax及相應的V（正截面設(shè)計） 梁支座截面：-Mmax及相應的V （正截面設(shè)計） Vmax及相應的M （ 斜截面設(shè)計） 柱 截 面：+Mmax及相應的N、V -Mmax及相應的N、V Nmax及相應的M、V Nmin及相應的M、V Vmax及相應的M、N,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,由圖可見： 對于大偏壓，M相等或相近時，N越小越不利； 對于小偏壓，M相等或相近時，N越大越不利； 無論大小偏壓，當N相等或相近時，M越大越不利。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,2. 由永久荷載效應控制的組合,由,3.7.3 控制截面最不利內(nèi)力計算 框架結(jié)構(gòu)的基本組合可采用簡化規(guī)則， 并應按下列組合值中取最不利值確定： 1. 由可變荷載效應控制的組合,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,彈性變形驗算是指對其在正常使用條件下的側(cè)移驗算。主要是風和水平地震作用的驗算。 框架在水平荷載作用下的側(cè)移由梁柱彎曲變形和柱的軸向變形產(chǎn)生。一般情況下，可只考慮由于梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計,第3章,框架梁、柱的正截面和斜截面的配筋計算可按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原 理中