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1、12多層框架結構房屋,本章主要介紹:多層及高層房屋的結構體系；結構的計算簡圖及荷載確定；簡單框架的內力計算；無抗震設防要求時框架結構構件設計；非抗震設計時框架節(jié)點的構造要求；結構施工圖平面整體表示方法。重點是施工圖的識讀。,本章提要,多層與高層房屋之間沒有明確的界限，我國通常將8層及層以下的房屋稱為多層房屋，8層以上的房屋稱為高層房屋。 鋼筋混凝土框架結構，是指由鋼筋混凝土橫梁、縱梁和柱等構件所組成的結構。墻體不承重，內、外墻只起分隔和圍護作用，見圖12.1。 按施工方法的不同，框架可分為整體式、裝配式和裝配整體式三種。,整體式框架也稱全現(xiàn)澆框架，其優(yōu)點是整體性好，建筑布置靈活，有利于抗震，但
2、工程量大，模板耗費多，工期長。 裝配式框架的構件全部為預制，在施工現(xiàn)場進行吊裝和連接。其優(yōu)點是節(jié)約模板，縮短工期，有利于施工機械化。 裝配整體式框架是將預制梁、柱和板現(xiàn)場安裝就位后，在構件連接處澆搗混凝土，使之形成整體。其優(yōu)點是，省去了預埋件，減少了用鋼量，整體性比裝配式提高，但節(jié)點施工復雜。,圖12.1框架結構圖,(a) 平面圖；(b) -剖面圖,本 章 內 容,12.1 框架結構布置 12.2 框架結構的計算簡圖及荷載 12.3 豎向荷載作用下的內力近似計算分層法 12.4 水平荷載作用下的內力和側移的近似計算反彎點法和D值法 12.5 框架的內力組合 12.6 現(xiàn)澆框架的一般構造,12.
3、1 框架結構布置,（1） 結構平面布置宜簡單、規(guī)則和對稱。 （2） 建筑平面長寬比不宜過大，L/B宜小于6。 （3） 結構的豎向布置要做到剛度均勻而連續(xù)，避免剛度突變。 （4） 建筑物的高寬比不宜過大，H/B不宜大于5。 （5） 房屋的總長度宜控制在最大伸縮縫間距以內，否則需設伸縮縫或采取其它措施，以防止溫度應力對結構造成的危害。,12.1.1 結構布置原則,（6） 在地基可能產生不均勻沉降的部位及有抗震設防要求的房屋，應合理設置沉降縫和防震縫。,框架結構是由若干個平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結構體系。 在這個體系中，平面框架是基本的承重結構，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三
4、種： （1） 橫向框架承重方案 在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。 沿房屋的縱向設置板和連系梁，見圖12.2 (a) 。,12.1.2 框架結構方案,（2） 縱向框架承重方案 在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設置板和連系梁，見圖12.2 (b)。 （3） 縱橫向框架混合承重方案 在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖12.2 (c)。,圖12.2框架體系的布置,(a) 橫向布置；(b) 縱向布置；(c) 縱橫雙向布置,（1） 工業(yè)廠房 一般采用6m柱距，跨度則隨柱網的布置方式不同分為內廊式和跨度組合式，見圖12.3。 廠房的層高一般根
5、據車間的工藝設備、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，柱網及層高變化也較大，尺度一般較工業(yè)廠房為小。柱網和層高通常按300mm進級。,12.1.3 柱網尺寸及層高,圖12.3柱網的布置,(a) 內廊式；(b) 跨度組合式,變形縫分為伸縮縫和沉降縫，在地震設防區(qū)還需按建筑抗震設計規(guī)范的規(guī)定設置防震縫。 伸縮縫是為了避免溫度應力和混凝土收縮應力使房屋產生過大伸縮變形或裂縫而設置的，伸縮縫僅將基礎以上的房屋分開。鋼筋混凝土框架結構的伸縮縫最大間距如表12.1。 沉降
6、縫是為了避免地基不均勻沉降在房屋構件中產生裂縫而設置的，沉降縫必須將房屋連同基礎一起分開。 ,12.1.4 變形縫的設置,在建筑物的下列部位宜設置沉降縫： 土層變化較大處； 地基基礎處理方法不同處； 房屋在高度、重量、剛度有較大變化處； 建筑平面的轉折處； 新建部分與原有建筑的交界處。 沉降縫由于是從基礎斷開，縫兩側相鄰框架的距離可能較大，給使用帶來不便，此時可利用挑梁或擱置預制梁、板的方法進行建筑上的閉合處理，見圖12.4。,表12.1鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距（m),圖12.4沉降縫做法,(a) 設挑梁（板）；(b) 設預制板（梁）,12.2 框架結構的計算簡圖及荷載,承受主要豎向荷
7、載的框架主梁，其截面形式在全現(xiàn)澆的整體式框架中以T形（見圖12.5(a)）為多；在裝配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花籃形（見圖12.5(b)(g)）等。 不承受主要豎向荷載的連系梁，其截面形式常用T形、形、矩形、形、L形等，見圖12.6。 框架柱的截面形式一般為矩形或正方形。,12.2.1.1 截面的形狀,12.2.1 梁柱截面的選擇,圖12.5框架橫梁截面形式,圖12.6框架連系梁截面形式,（1） 框架梁 梁截面尺寸可參考受彎構件來初步確定。梁高hb一般可取(1/101/18)lb(lb為梁的計算跨度），梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的寬度bb=(1/21/3)hb，一般不宜小于20
8、0mm。 選擇梁截面尺寸還應符合規(guī)定的模數(shù)要求。 （2） 框架柱 柱截面的寬度bc和高度hc一般?。?/151/20)層高。為了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的hc/bc不宜大于3，柱截面的邊長不宜小于250mm。,12.2.1.2 截面尺寸,為了簡化計算，作如下規(guī)定： （1） 對現(xiàn)澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩（圖12.7(a))。 （2） 對做整澆層的裝配整體式框架，中部框架梁I=1.5I0；邊框架梁I=1.2I0（圖12.7(b))。 （3） 對裝配式樓蓋，梁的慣性矩可按本身的截面計算，I=I0（圖12.7(c)）。,12.
9、2.1.3 梁截面的慣性矩,圖12.7框架結構的剛度取值,框架結構是由橫向框架和縱向框架組成的空間結構。 為了簡化計算，通常忽略它們之間的空間聯(lián)系，而將空間結構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，該單元承受的荷載如圖12.8中陰影部分所示。 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（圖12.9(a)），當上下柱截面尺寸不同時，則取上層柱形心線作為柱軸線（圖12.9(b)）。,12.2.2 框架結構的計算簡圖,圖12.8框架的計算單元,圖12.9框架柱軸線位置,多層結構房屋一
10、般受到豎向荷載和水平荷載的作用。豎向荷載包括橫荷載、樓層使用活荷載、雪荷載及施工活荷載等。豎向荷載包括風荷載和水平地震作用。 （1） 樓面活荷載的折減 在設計住宅、宿舍、旅館、辦公樓等多層建筑的墻、柱和基礎時，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12.2所規(guī)定的折減系數(shù)。,12.2.3 框架上的荷載,（2） 風荷載 與單層工業(yè)廠房類似，作用在多層房屋外墻表面的風荷載標準值wk可按下式計算： wk=zszw0,表12.2樓面活荷載折減系數(shù),12.3 豎向荷載作用下的內力近似計算分層法,多層多跨框結構在豎向荷載作用下，用位移法或力法等精確方法計算的結果
11、表明，框架的側移是極小的，而且作用在某層橫梁的影響也很小，為了簡化計算，分層法假定： （1） 在豎向荷載作用下，框架的側移可忽略不計； （2） 每層梁上的荷載對其它各層梁的影響可忽略不計。,12.3.1 分層法的計算假定,根據上述假定，計算時可將各層梁及其上、下柱作為獨立的計算單元分層進行計算（圖12.10)。分層計算所得梁彎矩即為最后彎矩，由于每一層柱屬于上、下兩層，所以柱的彎矩為上、下兩層計算彎矩相疊加。,圖12.10分層法的計算單元,12.3.2 計算步驟,（1） 畫出結構計算簡圖，并標明荷載及軸線尺寸； （2） 按規(guī)定計算梁、柱的線剛度和相對線剛度，除底層柱外，其余各層柱的線剛度遍乘0
12、.9的折減系數(shù)； （3） 用彎矩分配法自上而下分層計算各計算單元的桿端彎矩； （4） 疊加柱端彎矩，得出最后桿端彎矩。如節(jié)點彎矩不平衡值較大，可在節(jié)點重新分配一次。 （5） 根據靜力平衡條件繪出框架的內力圖。,【例12.1】圖12.11所示一個兩層兩跨框架，用分層法作框架的彎矩圖，括號內數(shù)字表示每根桿線剛度的相對值。 【解】將第二層各柱線剛度遍乘0.9，分為兩層計算，各層計算單元如圖12.12和圖12.13所示。 用彎矩分配法計算各桿端的彎矩，其計算過程見圖12.14。 最后將圖12.14中的各桿端彎矩疊加并繪彎矩圖如圖12.15所示。,圖12.11例12.1計算簡圖,圖12.12例12.1二
13、層計算單元,圖12.13例12.1底層計算單元,圖12.14,圖12.15M圖（單位： kNm),12.4 水平荷載作用下的內力和側移的近似計算反彎點法和D值法,多層多跨框架所受水平荷載主要是風荷載及水平地震作用。一般可簡化為作用在框架節(jié)點上的集中荷載，其彎矩圖如圖12.16 (a)所示。它的特點是，各桿的彎矩圖都是直線形，每桿都有一個零彎矩點，稱為反彎點?？蚣茉谒胶奢d作用下的變形情況如圖12.16(b)所示。,12.4.1.1 反彎點法基本假定,12.4.1 反彎點法,為了簡化計算，作如下假定： （1） 在進行各柱間的剪力分配時，假定梁與柱的線剛度之比為無窮大，即各柱上下兩端的轉角為零；
14、（2） 在確定各柱的反彎點位置時，假定除底層柱以外的各層柱，受力后上下兩端將產生相同的轉角。,圖12.16水平荷載下的框架彎矩圖和變形,（1） 反彎點高度的確定 反彎點高度為反彎點至該層柱下端的距離。對于上層各柱，根據假定（2），各柱的上下端轉角相等，此時柱上下端彎矩也相等，因而反彎點在柱中央。 對于底層柱，當柱腳為固定時，柱下端轉角為零，上端彎矩比下端彎矩小，反彎點偏離中央而向上移動，通常假定y =2h/3。,12.4.1.2 反彎點法的基本內容,,（2） 側移剛度d的確定 側移剛度d表示柱上下兩端有單位側移時在柱中產生的剪力。根據假定（1），梁柱線剛度之比無窮大，則各柱端轉角為零，由結構力
15、學的兩端無轉角但有單位水平位移時桿件的桿端剪力方程，柱的側移剛度d可寫成：,（3）同層各柱剪力的確定 設同層各柱剪力為V1、V2、、Vj、，根據層剪力平衡，有 V1+V2++Vj+=P 可得： 于是有,（4）柱端彎矩的確定 根據各柱分配的剪力及反彎點位置，可確定柱端彎矩。 底層柱 上端 Mj上=Vjhj/3 下端 Mj下=Vj2hj/3 其它層柱 上下端Mj上=Mj下=Vjhj/2,（4）梁端彎矩的確定 柱端彎矩確定以后，根據節(jié)點平衡條件可確定梁的彎矩。 對于邊柱節(jié)點（圖12.17 (a)），有 Mb=Mc1+Mc2 對于中柱節(jié)點（圖12.17(b))，有 Mb1=ib1/(ib1+ib2)(
16、Mc1+Mc2） Mb2=ib2/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2),【例12.2】用反彎點法求圖12.18所示框架的彎矩圖。圖中括號內數(shù)字為各桿的相對線剛度。 【解】（1） 計算柱的剪力 當同層各柱h相等時，各柱剪力可直接按其線剛度分配。 第3層： P=10kN VAD=3.33kN VBE=4.45kN VCF=2.22kN,第2層： P=10+19=29kN VDG=9.67kN VEH=12.89kN VFI=6.44kN 第1層： P=10+19+22=51kN VGJ=17kN VHK=20.4kN VIL=13.6kN,(2) 計算柱端彎矩 第3層 MAD=MDA=6.66kN
17、m MBE=MEB=8.9kNm MCF=MFC=4.44kNm 第2層 MDG=MGD=24.18kNm MEH=MHE=32.23kNm MFI=MIF=16.1kNm,第1層 MGJ=34kNm MJG=68kNm MHK=40.8kNm MKH=81.6kNm MIL= 27.2kNm MLI=54.4kNm (3) 根據節(jié)點平衡條件算出梁端彎矩 第3層 MAB=MAD=6.66kNm,MBA=3.42kNm MBC=5.48kNm MCB=MCF=4.44kNm 第2層 MDE= 30.84kNm MED=15.82kNm MEF=25.31kNm MFE=20.54kNm 第1層
18、MGH=58.18kNm,MHG=28.09kNm MHI=44.94kNm MIH=MIF+MIL=16.1+27.2=43.3kNm 根據以上結果，畫出M圖如圖12.19所示。,圖12.17 節(jié)點桿端彎矩,圖12.18,圖12.19 M圖（單位： kNm),12.4.2 D值法,反彎點法是梁柱線剛度比大于3時，假定節(jié)點轉角為零的一種近似計算方法。 提出了修正框架柱的側移剛度和調整反彎點高度的方法，稱為“改進反彎點法”或“D值法”（D值法的名稱是由于修正后的柱側移剛度用D表示）。D值法計算簡便，精度又比反彎點法高。,如圖12.20所示，從框架中任取一柱AB，根據轉角位移方程，柱兩端剪力為：
19、考慮到上下梁線剛度及柱端約束條件的影響，修正后的柱側移剛度D值計算公式為 表12.3給出了各種情況下的值計算公式，可直接選用。 ,12.4.2.1 修正后柱側移剛度D,求得值后，代入式（12.12)即可求得柱的側移剛度，同層各柱的剪力可按下式求得：,圖12.20 框架柱剪力計算圖式,表12.3 值計算公式,當橫梁線剛度與柱的線剛度之比不很大時，柱的兩端轉角相差較大，尤其是最上層和最下幾層，其反彎點并不在柱的中央，它取決于柱上下兩端轉角：當上端轉角大于下端轉角時，反彎點移向柱上端；反之，則移向柱下端。 各層柱反彎點高度可統(tǒng)一按下式計算： y=yh=(y0+y1+y2+y3)h ,12.4.2.2
20、 柱的反彎點高度,,（1） 標準反彎點高度比y0 標準反彎點高度比y0主要考慮梁柱線剛度比及結構層數(shù)和樓層位置的影響，它可根據梁柱相對線剛度比（表12.3)、框架總層數(shù)m、該柱所在層數(shù)n、荷載作用形式由表12.4查得。 （2） 上下層橫梁線剛度不同時的修正值y1 當某層柱的上梁與下梁剛度不同，則柱上下端轉角不同，反彎點位置有變化，修正值為y1，見圖12.21。 根據1和K值由表12.5查得y1,,（3） 上下層層高變化時的修正值y2、y3 當柱所在樓層的上下樓層層高有變化時，反彎點也將偏移標準反彎點位置，見圖12.22。 令上層層高h上與本層層高h之比為2，即2=h上/h。由2和K從表12.6
21、查得修正值y2。,【例12.3】用D值法求圖12.23所示框架的彎矩圖，圖中括號內數(shù)字為各桿的相對線剛度。 【解】（1）求各柱所分配的剪力值V(kN)。計算過程及結果如表12.7所示。 (2) 求各柱反彎點高度 (m)。計算過程及結果如表12.8所示。 (3) 根據剪力和反彎點高度求柱端彎矩 柱上端彎矩 M上=V（h-y) 柱下端彎矩 M下=Vy (4) 根據節(jié)點平衡條件求梁端彎矩 (5) 繪彎矩圖如圖12.24所示。,,,表12.4 規(guī)則框架承受均布水平荷載作用 時標準反彎點高度比y0,表12.5 上下層橫梁線剛度比對y0的修正值y1,圖12.21 橫梁剛度變化對反彎點位置的影響,圖12.2
22、2 層高變化對反彎點位置的影響,表12.6 上下層高變化對y0的修正值y2和y3,圖12.23 例12.3,表12.7,圖12.24 M圖（單位： kNm),表12.8,12.4.3 水平荷載作用下側移的計算,框架的側移主要是由水平荷載引起，框架的側移包括兩部分：一是頂層最大位移，若過大會影響正常使用；二是層間相對側移，過大會使填充墻出現(xiàn)裂縫。因而必須對這兩部分側移加以限制。 框架結構在水平荷載作用下的側移，可以看做是梁柱彎曲變形（圖12.25(a)）和柱的軸向變形（圖2.25(b)）所引起的側移的疊加。,圖12.25 框架在水平荷載作用下的變形,(a) 梁柱彎曲變形；(b) 柱的軸向變形,側
23、移剛度的物理意義是柱兩端產生單位層間側移所需的層剪力。當已知框架結構某一層所有柱的側移剛度D值和層剪力后，按照側移剛度的定義，可得第j層框架的層間相對側移uj應為 框架頂點的總側移應為各層層間相對側移之和，即,12.4.3.1 用D值法計算框架的側移,在水平荷載作用下框架結構層間相對側移u的限值要求是： (1)高度不大于150m的框架結構 uh/550 (2) 高度等于或大于250m的框架結構 uh/500 (3) 高度在150250m之間的框架結構 按uh/550-uh/500線形插入,12.4.3.2 側移限值,12.5 框架的內力組合,對于框架橫梁，其控制截面通常是兩個支座截面及跨中截面
24、。梁支座截面是最大負彎矩及最大剪力作用的截面，在水平荷載作用下可能出現(xiàn)正彎矩；而跨中控制截面常常是最大正彎矩作用的截面。 在組合前應經過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力，見圖12.26。 柱的控制截面為柱的上、下兩個端截面。,12.5.1 控制截面及最不利內力,柱的最不利內力可歸納為以下三種類型： （1）|M|max及相應的N、V。 （2）Nmax及相應的M、V。 （3）Nmin及相應的M、V。,圖12.26 梁端控制截面彎矩及剪力,12.5.2 樓面活荷載的最不利布置,作用于框架結構上的豎向荷載包括恒荷載和活荷載。恒荷載是長期作用在結構上的荷載，任何時候必須全部考慮。在計算內力時，恒荷載必須滿布
25、，如圖12.27。但是活荷載卻不同，它有時作用，有時不作用。各種不同的布置就會產生不同的內力，因此應該由最不利布置方式計算內力，以求得截面最不利內力。 可以不考慮活荷載不利布置，與恒荷載一樣均按滿布方式計算內力，從而使計算工作量大為減少。,圖12.27 永久荷載分布,12.5.3 風荷載的布置,風荷載可能沿某方向的正、反兩個方向作用。在對稱結構中，只需進行一次內力計算，荷載在反向作用時，內力改變符號即可，如圖12.28所示。,圖12.28 風荷載作用彎矩圖,12.5.4 荷載組合,應按荷載規(guī)范的規(guī)定，根據各種荷載的特點取相應的組合系數(shù)，將某些荷載值適當降低。對于非地震區(qū)的多層框架，有下列荷載組
26、合形式： （1） 橫載+活荷載； （2） 橫載+風荷載； （3） 橫載+0.9(活荷載+風荷載）。,12.5.5 框架梁及柱的截面配筋,（1） 框架梁設計 梁的配筋計算包括正截面抗彎和斜截面抗剪配筋，一般按受彎構件進行?？v向受拉鋼筋應滿足配筋率及裂縫寬度的要求?？v筋的彎起和截斷位置，應根據彎矩包絡圖確定。 （2） 框架柱設計 框架柱屬偏心受壓構件，一般采用對稱配筋，在中間軸線上的框架柱，按單向偏心受壓考慮，邊柱按雙向偏心受壓考慮，框架平面外尚按軸心受壓構件驗算。,12.6 現(xiàn)澆框架的一般構造,現(xiàn)澆框架的連接主要是指梁與柱及柱與柱之間的配筋構造。 （1） 梁與柱連接 現(xiàn)澆框架的梁柱節(jié)點，一般做成
27、剛性節(jié)點。 圖12.29表示頂層屋面梁與邊柱的剛性連接。 圖12.30表示樓面梁與邊柱的連接。 圖12.31表示樓面梁與中柱的連接。,12.6.1 連接構造,（2） 上下柱連接 上下柱的鋼筋的連接宜采用焊接，也可采用搭接。 當柱每邊鋼筋不多于4根時，可在一個水平面上接頭；當柱每邊鋼筋為58根時，可在兩個水平面上接頭；當柱每邊鋼筋為912根時，可在三個水平面上接頭，見圖12.32。 下柱伸入上柱搭接鋼筋的根數(shù)及直徑應滿足上柱要求。 如圖12.33 。,圖12.29 頂層梁與柱現(xiàn)澆節(jié)點,圖12.30 樓面梁與邊柱現(xiàn)澆節(jié)點,圖12.31 樓面梁與中柱現(xiàn)澆節(jié)點,圖12.32 上下柱鋼筋接頭,（a) 每邊鋼筋4根；（b) 每邊鋼筋58根；(c) 每邊鋼筋912根,圖12.33 上下柱截面不等時的鋼筋接頭,(a) b/a1/6時；(b) b/a1/6且h2.5m時；(c) b/a1/6且h2.5m時,12.6.2 一般要求,（1） 鋼筋混凝土框架的混凝土強度等級一般不低于C20，縱向受力鋼筋宜采用HRB335和HRB400鋼筋。 （2） 框架梁柱截面尺寸除滿足承載力要求外，還應保證結構有足夠的整體剛性。 （3） 框架梁柱應分別滿足受彎構件和受壓構件的各種構造要求。 （4） 框架柱一般采用對稱配筋，配筋率應滿足規(guī)范要求。,
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