框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)2023/5/311第一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日第五章內(nèi)容提要5.1概述5.2抗震設(shè)計(jì)的一般要求5.3框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算5.4框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)5.5框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)步驟5.6框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)例題2023/5/312第二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.1概述5.1.1多層與高層1.對(duì)于多層建筑與高層建筑的劃分，全世界至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在不同國家，不同年代，其規(guī)定不盡相同。美國規(guī)定：高度在22~25m以上或7層以上的建筑為高層建筑。英國規(guī)定：高度24.3m以上的建筑為高層建筑。2023/5/313第三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日多層與高層法國規(guī)定：居住建筑高度50m以上，其他建筑高度為28m以上的建筑為高層建筑。日本規(guī)定：高度超過31m或8層以上的建筑為高層建筑，30層以上的住宅規(guī)定為超高層建筑。2023/5/314第四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日多層與高層2.聯(lián)合國科教文組織所屬的世界高層建筑委員會(huì)建議，將高層建筑劃分為以下四類：第一類高層建筑：9~16層（高度≤50m）第二類高層建筑：17~25層（高度≤75m）第三類高層建筑：26~40層（高度≤100m）第四類高層建筑：40層以上（高度＞100m）2023/5/315第五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日多層與高層3.我國其他有關(guān)規(guī)范中規(guī)定：?《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ45-82）中規(guī)定10層及10層以上的住宅和建筑高度超過24m的其他民用建筑為高層建筑。?《鋼筋砼高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JBJ3-90）中規(guī)定10層和10層以上的民用建筑為高層建筑。此規(guī)定僅限于鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其高度不超過200m。2023/5/316第六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)體系5.1.2多層及高層建筑結(jié)構(gòu)體系1.框架結(jié)構(gòu)體系2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系3.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系4.筒體結(jié)構(gòu)體系2023/5/317第七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)體系——典型的平面圖2023/5/318第八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日剪力墻結(jié)構(gòu)平面圖(a)(b)(c)(d)(e)(f)2023/5/319第九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架—剪力墻結(jié)構(gòu)平面圖2023/5/3110第十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日筒體（筒中筒）結(jié)構(gòu)平面圖及樓板布置2023/5/3111第十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日筒體結(jié)構(gòu)系2023/5/3112第十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日筒體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層2023/5/3113第十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)震害5.1.3框架結(jié)構(gòu)的震害及其分析1.柱端彎剪破壞。因柱端彎矩、剪力、軸力都較大。2.柱身剪力破壞。由剪力、扭矩復(fù)合作用引起。2023/5/3114第十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)震害3.角柱破壞。當(dāng)房屋發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，角柱受剪最大；同時(shí)又因雙向受彎。所以震害比內(nèi)柱重。4.短柱破壞。長(zhǎng)細(xì)比<4或柱高與短邊之比<4時(shí)為短柱短柱剛度大，分配到的地震剪力也大，常發(fā)生剪切破壞。2023/5/3115第十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)震害5.梁柱節(jié)點(diǎn)破壞因箍筋不足，在剪壓作用下節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞。6.梁端縱筋錨固不足，產(chǎn)生錨固破壞。7.梁端剪切破壞。8.填充墻破壞因框架層間位移較大，而磚砌體的極限變形很小。這樣，在地震作用下填充墻容易產(chǎn)生裂縫，甚至倒塌。2023/5/3116第十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日

5.2抗震設(shè)計(jì)的一般要求5.2.1結(jié)構(gòu)體系選擇5.2.2結(jié)構(gòu)布置5.2.3結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)2023/5/3117第十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)體系選擇5.2.1結(jié)構(gòu)體系選擇1.房屋最大適用高度《抗震規(guī)范》在考慮地震烈度、場(chǎng)地土、抗震性能、使用要求、經(jīng)濟(jì)效果等因素，并在總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的適用高度給出了規(guī)定，見表5-1。對(duì)于平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造與Ⅳ類場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)，適用最大高度應(yīng)適當(dāng)降低。2023/5/3118第十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日房屋適用的最大高度表5-1現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度結(jié)構(gòu)類型地震烈度6度7度8度9度框架60554525框架-抗震震分框支抗震墻12010080不應(yīng)采用框架-核心中柱-抗震墻403530不應(yīng)采用2023/5/3119第十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日房屋的最大高寬比2.高層建筑的最大高寬比高層建筑的高寬比一般不宜超過下表（表5-2）的限值。結(jié)構(gòu)類型非抗震設(shè)計(jì)地震烈度6、7度8度9度框架、板柱-抗震墻4432框架-抗震墻5543抗震墻6654筒體66542023/5/3120第二十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日基礎(chǔ)的選擇3.選擇合理的基礎(chǔ)形式及埋置深度埋置深度，我國《高層規(guī)程》規(guī)定：采用天然地基時(shí)，可不小于建筑高度的1/15；采用樁基時(shí)，可不小于建筑高度的1/18，樁的長(zhǎng)度不計(jì)入基礎(chǔ)埋置深度。當(dāng)基礎(chǔ)落在基巖上時(shí)，埋深可根據(jù)工程具體情況確定，可不設(shè)地下室，但應(yīng)采取地錨等措施。2023/5/3121第二十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日基礎(chǔ)的選擇常用的基礎(chǔ)形式獨(dú)立基礎(chǔ)；條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)；筏板基礎(chǔ)：梁板式、平板式；箱形基礎(chǔ)：由底板、頂板及縱橫墻體構(gòu)成；樁基礎(chǔ)（深基礎(chǔ)）：磨擦樁、端承樁；獨(dú)立基礎(chǔ)2023/5/3122第二十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日基礎(chǔ)的形式筏板基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)十字形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)2023/5/3123第二十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日基礎(chǔ)的形式樁基礎(chǔ)樁承臺(tái)2023/5/3124第二十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.2.2結(jié)構(gòu)布置1.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)布置的基本原則是：①結(jié)構(gòu)平面布置平面布置力求簡(jiǎn)單規(guī)則；結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)對(duì)稱均勻布置；盡量使結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心重合。2023/5/3125第二十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)布置②結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)使其質(zhì)量沿高度方向均勻分布；避免結(jié)構(gòu)剛度突變；應(yīng)盡可能降低建筑物的重心，以利結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。③合理地設(shè)置防震縫（P.85-86）④加強(qiáng)樓屋蓋的整體性2023/5/3126第二十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)體系2.框架結(jié)構(gòu)種類按照施工方法不同分為：整體式——現(xiàn)澆框架。整體性好，抗震能力強(qiáng)。裝配式——梁、柱等構(gòu)為預(yù)制。施工速度快，整體性差。裝配整體式——部分構(gòu)件預(yù)制，其余部分現(xiàn)澆。工程中常見的是柱子現(xiàn)澆，梁、板預(yù)制，做整體澆筑層。2023/5/3127第二十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置3.框架結(jié)構(gòu)布置按照結(jié)構(gòu)布置不同，框架結(jié)構(gòu)可分為三種布置方案：橫向承重方案縱向承重方案縱橫向承重方案2023/5/3128第二十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日橫向承重框架縱向承重框架縱橫向承重框架2023/5/3129第二十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置(1)為抵抗不同方向的地震作用，承重框架宜雙向設(shè)置。常見框架的柱網(wǎng)形式有方格式與內(nèi)廊式兩類，見圖5-3。

方格式柱網(wǎng)內(nèi)廊式柱網(wǎng)2023/5/3130第三十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置框架結(jié)構(gòu)剖面圖多層多跨框架復(fù)式框架（缺梁）2023/5/3131第三十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置(2)樓電梯間不宜設(shè)在結(jié)構(gòu)單元的兩端及拐角處。因?yàn)閱卧遣颗まD(zhuǎn)應(yīng)力大，受力復(fù)雜，容易造成破壞。(3)框架剛度沿高度不宜突變，以免造成薄弱層。(4)

宜將框架梁設(shè)置在同一標(biāo)高處，盡可能不采用復(fù)式框架，避免出現(xiàn)錯(cuò)層和夾層，造成短柱破壞2023/5/3132第三十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置(5)出屋面小房間不要做成磚混結(jié)構(gòu)，可將框架柱延伸上去或做鋼木輕型結(jié)構(gòu)，以防鞭端效應(yīng)造成結(jié)構(gòu)破壞。(6)梁與柱的軸線宜重合，不能重合時(shí)其最大偏心距不宜大于柱寬的1/4。(7)框架結(jié)構(gòu)中填充墻的要求①非承重墻體的材料應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)墻體材料。2023/5/3133第三十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)布置②剛性非承重墻體的布置，在平面和豎向的布置宜均勻?qū)ΨQ，避免形成薄弱層或短柱。③墻體與結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有可靠的連接或拉結(jié)，應(yīng)能適應(yīng)不同方向的層間位移。④砌體填充墻宜與梁柱軸線位于同一平面內(nèi)。2023/5/3134第三十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日抗震縫布置4.抗震縫布置對(duì)于體形復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實(shí)際需要在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫。防震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況，留有足夠的寬度。當(dāng)設(shè)置伸縮縫和沉降縫時(shí)，其寬度應(yīng)符合防震縫的要求。2023/5/3135第三十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日《抗震規(guī)范》規(guī)定，防震縫最小寬度應(yīng)符合下列要求：1.框架結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15m時(shí)可采用70mm；超過15m時(shí)度、7度、8度和9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm。2.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，其防震縫寬度可采用框架結(jié)構(gòu)房屋規(guī)定數(shù)值的70％，但不宜小于70mm。3.防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí)，防震縫寬度按不利體系考慮，并按低的房屋高度計(jì)算縫寬?？拐鹂p布置2023/5/3136第三十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)單獨(dú)基礎(chǔ)連系梁的布置框架結(jié)構(gòu)單獨(dú)基礎(chǔ)有下列情況之一時(shí)，宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)連系梁：(1)一級(jí)框架和Ⅳ類場(chǎng)地的二級(jí)框架。(2)各柱基承受的重力荷載代表值差別較大。基礎(chǔ)連系梁布置2023/5/3137第三十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日基礎(chǔ)連系梁布置(3)基礎(chǔ)埋置較深，或各基礎(chǔ)埋置深度差別較大。(4)地基主要受力層范圍內(nèi)存在軟弱粘土層、液化土層和嚴(yán)重不均勻土層。(5)樁基承臺(tái)之間。

2023/5/3138第三十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.2.3結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特點(diǎn)（1）地震作用越大房屋的抗震要求越高。

不同的設(shè)防烈度和場(chǎng)地上，同樣結(jié)構(gòu)所具有的實(shí)際抗震能力會(huì)有較大的差別。因此，對(duì)于不同設(shè)防烈度和場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)抗震要求應(yīng)加以區(qū)別。2023/5/3139第三十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)（2）結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于抗側(cè)力構(gòu)件的性能，主、次要抗側(cè)力構(gòu)件的抗震要求應(yīng)有所區(qū)別。例如：框架結(jié)構(gòu)中的框架抗震要求應(yīng)高于框架-抗震墻中的框架?？蛑Y(jié)構(gòu)的框架抗震要求更高?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻抗震要求應(yīng)高于剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻。（3）房屋越高，地震反應(yīng)越大，其抗震要求應(yīng)越高。2023/5/3140第四十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)

《抗震規(guī)范》根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度等主要因素，將結(jié)構(gòu)劃分成4個(gè)抗震等級(jí)，見表5-3。2023/5/3141第四十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日表5-3丙類多層及高層現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)結(jié)構(gòu)類型設(shè)防烈度6度7度8度9度框架結(jié)構(gòu)高度（m）≤30>30≤30>30≤30>30≤25框架四三三二二一一劇場(chǎng)體育館等大跨公共建筑三二二一框架-抗震墻結(jié)構(gòu)高度（m）≤60>60≤60>60≤60>60≤50框架四三三二二一一抗震墻三二一一抗震墻結(jié)構(gòu)高度（m）≤80>80≤80>80≤80>80≤60一般抗震墻四三三二二一一部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)落地抗震墻底部加強(qiáng)部位三二二一不應(yīng)采用不應(yīng)采用框支層框架二二一一筒體結(jié)構(gòu)框架-核心筒框架三二一一核心筒二二一一筒中筒內(nèi)筒三二一一外筒三二一一板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)板柱的柱三二一不應(yīng)采用抗震墻二二二第四十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日關(guān)于確定結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的說明1.表5-3中的抗震等級(jí)是按丙類建筑劃分的。對(duì)于甲、乙、丁類建筑應(yīng)先確定抗震構(gòu)造措施所要求的設(shè)防烈度，再按表5-3確定抗震等級(jí)。2.部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)中，抗震墻加強(qiáng)部位以上的一般部位，應(yīng)允許按抗震墻結(jié)構(gòu)確定其抗震等級(jí)。3.建筑為Ⅰ類場(chǎng)地時(shí)，除6度外可按降低一度對(duì)應(yīng)的抗震等級(jí)采取構(gòu)造措施，但相應(yīng)的計(jì)算要求不降低。4.接近或等于高度分界時(shí)，應(yīng)結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場(chǎng)地、地基條件確定抗震等級(jí)。5.框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中，當(dāng)取基本振型計(jì)算地震作用時(shí)，如抗震墻底部承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，則框架部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定。2023/5/3143第四十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日關(guān)于確定結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的說明——續(xù)6.裙房與主樓相連，除應(yīng)按裙房本身確定外，不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)。主樓結(jié)構(gòu)在裙房屋面及上下各一層應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施。裙房與主樓分離時(shí)，應(yīng)按裙房本身結(jié)構(gòu)確定抗震等級(jí)。7.當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同。地下二層以下（包括地下二層）的抗震等級(jí)可以降低，可按三級(jí)或更低等級(jí)。地下室中無上部結(jié)構(gòu)的部分，可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或更低等級(jí)。9度時(shí)應(yīng)專門研究。2023/5/3144第四十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計(jì)算5.3.1框架結(jié)構(gòu)的水平地震作用計(jì)算

5.3.2水平地震作用下框架內(nèi)力的計(jì)算5.3.3豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算5.3.4內(nèi)力組合5.3.5框架結(jié)構(gòu)位移驗(yàn)算2023/5/3145第四十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.1框架結(jié)構(gòu)的水平地震作用計(jì)算1.水平地震作用的計(jì)算方法（1）底部剪力法（注意適用范圍）（2）振型分解反應(yīng)譜法2023/5/3146第四十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.1框架結(jié)構(gòu)的水平地震作用計(jì)算2.結(jié)構(gòu)自振周期的計(jì)算一般可采用頂點(diǎn)位移法計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的自振周期。公式如下：式中：T—周期折減系數(shù)。當(dāng)采用實(shí)砌填充墻時(shí)取T＝0.6~0.7；當(dāng)采用輕質(zhì)或外掛墻板時(shí)取T＝0.8。uT—假設(shè)以各樓層出的重力荷載Gi為水平荷載，按彈性方法求出主體結(jié)構(gòu)頂部的位移（m）。2023/5/3147第四十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖3.空間結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)由橫向框架和縱向框架組成的空間結(jié)構(gòu)。2023/5/3148第四十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日平面計(jì)算單元4.平面計(jì)算單元為了簡(jiǎn)化，計(jì)算內(nèi)力時(shí)可以忽略框架的空間作用，簡(jiǎn)化為若干個(gè)橫向平面框架和縱向平面框架來分別計(jì)算。風(fēng)荷載風(fēng)荷載2023/5/3149第四十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日荷載或作用力5.各榀平面框架承擔(dān)的荷載或作用力豎向荷載（恒載、活載）：根據(jù)荷載傳遞路徑，分別由橫向框架、縱向框架承擔(dān)。風(fēng)荷載：每榀框架只承擔(dān)計(jì)算單元范圍內(nèi)的風(fēng)荷載值。水平地震作用：每榀框架承擔(dān)的水平力按各榀框架的側(cè)向剛度分配。2023/5/3150第五十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日荷載傳遞（單向板）1m寬板帶框架梁框架柱框架梁框架梁集中荷載負(fù)荷面積2023/5/3151第五十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日荷載傳遞（雙向板）框架梁框架柱2023/5/3152第五十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算簡(jiǎn)圖6.計(jì)算簡(jiǎn)圖在平面框架計(jì)算簡(jiǎn)圖中，框架桿件用軸線表示。2023/5/3153第五十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算簡(jiǎn)圖底層柱固定端取在基礎(chǔ)頂面。除底層外，各層高度取層高?？缍劝粗S線位置確定。豎向荷載和風(fēng)荷載下的計(jì)算簡(jiǎn)圖風(fēng)荷載或地震作用基礎(chǔ)頂面2023/5/3154第五十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算簡(jiǎn)圖梁柱剛度確定梁截面慣性矩計(jì)算，考慮現(xiàn)澆樓板作用：一邊有樓板：Ib=1.5I0兩邊有樓板：Ib=2.0I0I0按梁的矩形截面b×h計(jì)算。柱截面慣性矩計(jì)算：按照柱子實(shí)際截面尺寸確定Ic2023/5/3155第五十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算簡(jiǎn)圖框架上的荷載有：永久荷載、可變荷載、風(fēng)荷載、地震作用；按照前面所述荷載傳遞方式計(jì)算確定：荷載分布形式和荷載數(shù)值；永久荷載和可變荷載分開計(jì)算；先計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值，然后計(jì)算框架內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值，最后內(nèi)力組合時(shí)再考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)得內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值。2023/5/3156第五十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.2水平荷載下框架內(nèi)力計(jì)算1.計(jì)算機(jī)分析方法：采用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。(1)中國建筑科學(xué)研究院研制的程序PK和PM、TBSA等可用于計(jì)算多高層建筑結(jié)構(gòu)。(2)由美國加州大學(xué)伯克利分校土木系E.L.Wilson教授等研制的ETABS和Super-ETABS，是計(jì)算三維高層建筑結(jié)構(gòu)的專用程序。2023/5/3157第五十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算機(jī)程序簡(jiǎn)介——續(xù)(3)大型結(jié)構(gòu)分析程序系統(tǒng)SAP(如SAP2000)，堪稱世界最有影響的著名程序之一。由美國加州大學(xué)伯克利分校土木系E.L.Wilson教授等研制。程序的主要功能：二維和三維桁架、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析；二維和三維框架結(jié)構(gòu)分析；平面應(yīng)力和平面應(yīng)變問題分析；彈性力學(xué)空間問題分析；板殼應(yīng)力分析；結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力分析等。2023/5/3158第五十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟2.手算方法：①采用反彎點(diǎn)法（用于初步設(shè)計(jì)估算）②D值法（改進(jìn)的反彎點(diǎn)法，精度較好）3.用D值法計(jì)算水平荷載下框架內(nèi)力的步驟(1)計(jì)算各層柱的側(cè)移剛度D計(jì)算柱子的線剛度：2023/5/3159第五十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)計(jì)算第i層第j根柱子的側(cè)移剛度：其中：h為層高；為修正系數(shù)，查表5.4（P.106）。一般層底層梁的線剛度2023/5/3160第六十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(2)

計(jì)算各根柱所分配的剪力已知第i層層間地震剪力：Vi計(jì)算第i層第j根柱子的剪力：其中，表示第i層所有柱子側(cè)移剛度之和。2023/5/3161第六十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(3)確定柱子反彎點(diǎn)高度y柱子的反彎點(diǎn)高度：y=(y0+y1+y2+y3)h(5-9)y0—標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)高度比，查表5.5；根據(jù)框架總層數(shù)m、柱所在層n和平均線剛度比查表5.5（見P.107）。2023/5/3162第六十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日修正系數(shù)：y1、y2、y3K1+K2<K3+K4K1+K2>K3+K4上下層梁剛度不同的修正系數(shù)y1，查表5.6（注意正負(fù)號(hào)）。上、下層層高與本層層高不同的修正系數(shù)y2

和y3查表5.7。2023/5/3163第六十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(4)計(jì)算柱端彎矩Mc柱子上端彎矩：柱子上端彎矩：h-yyh2023/5/3164第六十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(5)計(jì)算梁端彎矩Mb由節(jié)點(diǎn)平衡條件得：2023/5/3165第六十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(6)計(jì)算梁端剪力Vb(7)計(jì)算柱子的軸力N柱子軸力為各層梁端剪力的代數(shù)和：N=∑Vbi邊柱中柱2023/5/3166第六十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日用D值法計(jì)算框架內(nèi)力的步驟——續(xù)(8)畫出水平荷載下框架的內(nèi)力圖①彎矩圖②軸力圖③剪力圖2023/5/3167第六十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.3豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算1.計(jì)算方法（1）分層法①按本層梁和上下柱組成的計(jì)算單元，將整個(gè)框架分成若干個(gè)開口框架；②然后按彎矩分配法計(jì)算各單元框架；③最后再將柱端彎矩疊加，形成整體框架的彎矩圖。2023/5/3168第六十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)（2）彎矩二次分配法①計(jì)算各節(jié)點(diǎn)分配系數(shù)和固端彎矩；②對(duì)各節(jié)點(diǎn)的不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配，并向遠(yuǎn)端傳遞（系數(shù)為1/2）；③再將因傳遞彎矩而產(chǎn)生的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配，整個(gè)計(jì)算過程即告結(jié)束，畫出彎矩圖。2023/5/3169第六十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)2.分層法計(jì)算步驟(1)逐層取出開口框架計(jì)算簡(jiǎn)圖2023/5/3170第七十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)(2)計(jì)算出梁、柱的線剛度或相對(duì)線剛度。對(duì)柱線剛度作出調(diào)整：底層柱線剛度不變，傳遞系數(shù)為1/2；其余層柱線剛度乘以系數(shù)0.9，傳遞系數(shù)為1/3。2023/5/3171第七十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)(3)用彎矩分配法計(jì)算各開口框架彎矩。(4)把計(jì)算結(jié)果桉節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)迭加，即得整個(gè)框架彎矩。(5)如果節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩值較大，可重新分配一次，但不再傳遞。2023/5/3172第七十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日彎矩二次分配法計(jì)算步驟3.彎矩二次分配法計(jì)算步驟(1)根據(jù)各桿件的線剛度計(jì)算各節(jié)點(diǎn)桿端彎矩分配系數(shù)；(2)計(jì)算豎向荷載下各跨梁的固端彎矩；(3)對(duì)各節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配；(4)將所有桿端的分配彎矩向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)1/2；(5)對(duì)因傳遞彎矩而產(chǎn)生的不平衡彎矩進(jìn)行第二次分配；(6)將桿端的固端彎矩、分配彎矩和傳遞彎矩相加得最終桿端彎矩。（下面舉例）2023/5/3173第七十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架的內(nèi)力計(jì)算——彎矩二次分配法舉例2023/5/3174第七十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架計(jì)算簡(jiǎn)圖采用彎矩二次分配法計(jì)算圖示框架的彎矩圖。圖中i為桿件相對(duì)線剛度：i=1.0i=1.0i=1.0i=1.0i=1.242i=1.2422023/5/3175第七十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日桿端轉(zhuǎn)動(dòng)剛度和彎矩傳遞系數(shù)桿端的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：遠(yuǎn)端固定：S=4i；傳遞系數(shù)C=0.5遠(yuǎn)端滑動(dòng)：S=i；傳遞系數(shù)C=－1遠(yuǎn)端鉸支：S=3i；傳遞系數(shù)C=0遠(yuǎn)端自由：S=02023/5/3176第七十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的桿端彎矩分配系數(shù)設(shè)桿端近端為A，遠(yuǎn)端為j桿端分配系數(shù)為：

—匯交于A節(jié)點(diǎn)的各桿轉(zhuǎn)動(dòng)剛度之和。SAj—匯交于A節(jié)點(diǎn)的Aj桿的A端轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。2023/5/3177第七十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算各桿固端彎矩均布荷載下的固端彎矩（順時(shí)針為正）：兩端固定：一端固定另一端滑動(dòng)支座：2023/5/3178第七十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算圖形利用對(duì)稱性，取半個(gè)框架計(jì)算，計(jì)算圖形如圖。2023/5/3179第七十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日固端彎矩和分配系數(shù)標(biāo)注到圖上120.6固端彎矩2023/5/3180第八十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日將節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩進(jìn)行第一次分配78.5-98.4紅框內(nèi)是第一次分配的彎矩不平衡彎矩-120.696.2120.62023/5/3181第八十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日將分配后的彎矩向遠(yuǎn)端傳遞將傳遞來的彎矩寫在線下面柱下端柱下端2023/5/3182第八十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日進(jìn)行第二次分配-3.5藍(lán)框內(nèi)是第二次分配的彎矩23.7-13.111.8不平衡彎矩2023/5/3183第八十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日最后，計(jì)算桿端彎矩紅框內(nèi)是桿端最終彎矩值2023/5/3184第八十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日整個(gè)計(jì)算圖計(jì)算完畢，畫出彎矩圖，整個(gè)框架彎矩圖見下頁2023/5/3185第八十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下的框架彎矩圖(kN·m)2023/5/3186第八十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)4.梁端的彎矩調(diào)幅由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性內(nèi)力重分布性能，在豎向荷載作用下可以考慮適當(dāng)降低梁端彎矩，即進(jìn)行彎矩調(diào)幅。調(diào)幅系數(shù)如下：(1)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)：

=0.8-0.9(2)裝配整體式框架：

=0.7-0.8豎向荷載下的彎矩先調(diào)幅，再與其它荷載下的彎矩組合。2023/5/3187第八十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日豎向荷載下框架內(nèi)力的計(jì)算——續(xù)調(diào)幅后跨中彎矩為：梁端彎矩調(diào)幅后，跨中彎矩應(yīng)相應(yīng)增加，并且調(diào)幅后的跨中彎矩不應(yīng)小于簡(jiǎn)支情況下跨中彎矩的50%。調(diào)幅后調(diào)幅前2023/5/3188第八十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日活荷載的不利布置5.關(guān)于活荷載的不利布置(1)逐跨布置法將活荷載逐層逐跨單獨(dú)作用在結(jié)構(gòu)上，分別計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，在對(duì)控制截面疊加出最不利內(nèi)力。例如：圖示三跨四層框架。2023/5/3189第八十九頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日活荷載的不利布置圖示三跨四層框架。有12種布置下的框架內(nèi)力計(jì)算，然后還要對(duì)控制截面進(jìn)行內(nèi)力疊加組合，從中找出最不利內(nèi)力?？梢?，計(jì)算工作量巨大。2023/5/3190第九十頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日活荷載的不利布置(2)最不利位置法對(duì)每一控制截面由影響線確定最不利荷載布置，然后進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。圖示為荷載下的框架桿件變形曲線，圓點(diǎn)表示受拉一側(cè)。2023/5/3191第九十一頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日活荷載的不利布置A2B2梁跨中最不利正彎矩A2B2梁的B2端最不利負(fù)彎矩B2C2梁的B2端最不利負(fù)彎矩2023/5/3192第九十二頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日活荷載的不利布置(3)滿跨布置當(dāng)活荷載不很大(≯5kN/m2)時(shí)，可以按滿跨布置。當(dāng)活荷載按滿跨布置時(shí)，支座彎矩接近最不利布置值；但跨中彎矩偏小，為了安全，可將跨中彎矩乘以1.1-1.2的增大系數(shù)。2023/5/3193第九十三頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.4框架的內(nèi)力組合1.控制截面(1)梁：兩端截面及跨中截面。(2)柱：原則上選擇每層柱的上、下端作為控制截面。層數(shù)不多時(shí)，整根柱配筋相同。層數(shù)較多時(shí)，分段配筋。2023/5/3194第九十四頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日§5.3.4框架的內(nèi)力組合——續(xù)2.內(nèi)力組合（組合內(nèi)力設(shè)計(jì)值）（1）1.2恒+1.4活——可變荷載控制的組合（2）1.35恒+0.7×1.4活——永久荷載控制的組合（3）1.2（恒+0.5活）+1.3震——有地震作用的組合組合時(shí)采用表格計(jì)算。恒——恒載下的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值活——活載下的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值2023/5/3195第九十五頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日§5.3.4框架的內(nèi)力組合——續(xù)3.選取最不利內(nèi)力用于配筋計(jì)算(1)梁的最不利內(nèi)力①兩端最大正負(fù)彎矩和剪力（考慮地震左、右作用）。②跨中最大正彎矩，有時(shí)也可能出現(xiàn)負(fù)彎矩。③梁端截面取柱邊緣內(nèi)力組合值用作配筋計(jì)算。④配筋計(jì)算：當(dāng)層數(shù)不多時(shí)，各層梁可統(tǒng)一配筋。當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，可按幾層為一段統(tǒng)一配筋。2023/5/3196第九十六頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日按構(gòu)件邊緣內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算。2023/5/3197第九十七頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日§5.3.4框架的內(nèi)力組合——續(xù)(2)柱的最不利內(nèi)力①考慮結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向分別組合。②進(jìn)行柱子兩端內(nèi)力組合，并考慮地震左、右作用。③考慮以下幾組組合：最大彎矩、及相應(yīng)的剪力和軸力最大軸力、及相應(yīng)的彎矩和剪力最小軸力、及相應(yīng)的彎矩和剪力④按柱凈高兩端內(nèi)力組合值進(jìn)行配筋計(jì)算：層數(shù)不多時(shí)，整根柱配筋相同。當(dāng)層數(shù)較多時(shí)，分段配筋。2023/5/3198第九十八頁，共一百一十頁，編輯于2023年，星期日5.3.