框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算

結(jié)構(gòu)布置（structuralconfiguration）

框架結(jié)構(gòu)布置主要是確定柱在平面上的排列方式（柱網(wǎng)布置）和選擇結(jié)構(gòu)承重方案，這些均必須滿足建筑平面及使用要求，同時也須使結(jié)構(gòu)受力合理，施工簡單。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(jìn)行；結(jié)構(gòu)盡可能簡單、規(guī)則、均勻、對稱，構(gòu)件類型少；結(jié)構(gòu)布置框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)平面布置舉例BackBack框架結(jié)構(gòu)平面布置框架結(jié)構(gòu)透視圖

考慮因素：生產(chǎn)工藝使用要求，建筑、結(jié)構(gòu)及施工條件等；采用預(yù)制構(gòu)件，符合模數(shù)制；柱網(wǎng)尺寸應(yīng)力求簡單規(guī)則，受力合理及有利于施工工業(yè)化。民用建筑柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置

好

差與分隔墻協(xié)調(diào)，柱通常設(shè)在縱橫墻交叉點上，以減小對建筑功能的影響，柱距一般在6-9m之間。而且要考慮結(jié)構(gòu)在荷載作用下受力合理，各構(gòu)件材料強(qiáng)度能充分發(fā)揮。3梁柱截面尺寸的初步確定框架梁：梁高：框架梁計算跨度梁寬：注意：現(xiàn)澆框架梁是T形截面，裝配或裝配整體式位矩形或花籃形截面框架柱—截面尺寸為方形或矩形—按非抗震設(shè)計時柱組合軸壓力設(shè)計值一級抗震二級抗震三級抗震一般宜取而且要求按抗震設(shè)計時4變形縫的設(shè)置

變形縫是伸縮縫、沉降縫、抗震縫的統(tǒng)稱。在多高層建筑結(jié)構(gòu)中，盡量少設(shè)或不設(shè)變形縫，可以簡化構(gòu)造方便施工，而且可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性或空間剛度。

措施：在建筑設(shè)計時，調(diào)整平面形狀、尺寸、體型等；結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選擇節(jié)點連接方式、配置構(gòu)造鋼筋、設(shè)置剛性層等；施工時，分段施工、設(shè)置后澆帶、做好保溫隔熱層等措施防止收縮、不均勻沉降等因素引起的損壞。但當(dāng)建筑平面狹長或體型復(fù)雜、不對稱，部分剛度、高度、重量相差懸殊，且上述措施無法解決時，應(yīng)設(shè)置變形縫。(1)、伸縮縫

僅將基礎(chǔ)頂面以上的結(jié)構(gòu)分開，寬度一般為20—40mm。作用：避免由于溫度變化和混凝上收縮而使房屋產(chǎn)生裂縫。設(shè)置：伸縮縫的設(shè)置主要與施工方法和房屋長度有關(guān)。(2)、沉降縫

沉降縫將基礎(chǔ)至屋頂全部分開。作用：避免因房屋產(chǎn)生過大的不均勻沉降而導(dǎo)致基礎(chǔ)、地面、墻體、樓面、屋面拉裂。設(shè)置沉降縫：

1)地質(zhì)條件變化較大處；

2)地基基礎(chǔ)處理方法不同處；

3)房屋平面形狀變化的凹角處；

4)房屋高度、重量、剛度有較大變化處：

5)新建部分與原有建筑的結(jié)合處。(2)、沉降縫

處理地基不均勻沉降的方法有三種：第一種是“放”，設(shè)沉降縫讓建筑物各部分自由沉降互不影響；第二種是“抗”，采用剛度較大的基礎(chǔ)，利用本身的剛度來抵抗沉降差，不需設(shè)沉降縫；第三種是“調(diào)”，施工過程中，沉降縫位置的基礎(chǔ)到樓(屋)蓋結(jié)構(gòu)的梁板不斷開，鋼筋連續(xù)，設(shè)約800mm寬的后澆段，待沉降基本完成后再連成整體，不設(shè)永久性的沉降縫。需同時設(shè)伸縮縫和沉降縫時，應(yīng)二縫合一，以使整個房屋的縫數(shù)減少，縫寬度不小于50mm，當(dāng)房屋高度超過10m時，縫寬應(yīng)不小于70mm。(2)、沉降縫

沉降縫設(shè)置方法：挑梁或擱置預(yù)制板、預(yù)制梁(3)、抗震縫

震害表明，建筑物造型復(fù)雜，質(zhì)量和剛度分布差異顯著，地質(zhì)條件變化較大時，在地震作用下，由于結(jié)構(gòu)各部位產(chǎn)生的變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)一些部位破壞。在這種情況下，設(shè)置抗震縫，將基礎(chǔ)頂面以上的結(jié)構(gòu)斷開，把房屋分成若干個獨(dú)立的單元體，使其在地震作用下互不影響，地震作用明確?！兑?guī)范》要求下列情況宜設(shè)抗震縫：

1)平面形狀復(fù)雜而無加強(qiáng)措施；

2)房屋有較大錯層；

3)各部分結(jié)構(gòu)的剛度或荷載相差懸殊。當(dāng)需要同時設(shè)置伸縮纏、沉降續(xù)和抗震縫時，應(yīng)三縫合一。寬度：詳見《建設(shè)計規(guī)范》。兩棟房屋的沉降縫處理柱軸線錯位兩棟房屋的沉降縫處理懸臂挑出人群、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?？蚣芎奢d垂直荷載水平荷載恒載活載風(fēng)載地震作用框架自重；粉灰重；板、次梁、墻體重。荷載計算傳力路線明確①豎向荷載：恒載：自重、面層重、永久設(shè)備梁承擔(dān)的豎向荷載：活荷載（角平分線分配荷載）按面積分配

當(dāng)采用裝配式或裝配整體式樓蓋時，板上荷載通過預(yù)制板的兩端傳遞給它的支承結(jié)構(gòu)；當(dāng)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。

樓面荷載分配原則現(xiàn)澆樓蓋荷載傳遞示意圖

某3層框架結(jié)構(gòu)平面布置與截面尺寸如下圖所示，縱向框架主梁截面尺寸為300mm×800mm；橫向框架主梁截面尺寸為300mm×700mm，走道框架主梁截面尺寸為300mm×500mm；框架的次梁截面尺寸為300mm×700mm。柱子1層截面尺寸為600mm×600mm，計算高度為5.13m；2~3層截面尺寸為500mm×500mm，柱子計算高度為4.2m。梁、板采用C30混凝土（Ec=3.0×104N/mm2），柱子采用C35混凝土（Ec=3.15×104N/mm2）；各樓面荷載設(shè)計值為3.06KN/m2

。橫向框架結(jié)構(gòu)計算簡圖ABBCCC橫向框架結(jié)構(gòu)荷載計算區(qū)域示意圖q1=3.06×3=9.18KN/m

(A區(qū));P1=(3.06×3×7.5/2)×2=68.85KN

(B區(qū))P2=(3.06×3×7.5/2)×2+3.06×3/2×9=110.16KN

(C區(qū))縱向框架計算簡圖如下

縱向框架結(jié)構(gòu)荷載計算區(qū)域示意圖q2=3.06×1.5=4.59KN/m

(D區(qū));P3=3.06×1.5×7.5/2=17.21KN

(E區(qū))P4=3.06×3×7.5/2=34.425KN

(F區(qū))DEF

對六層以下無側(cè)移的框架，此法較為方便。具體步驟：（1）首先計算框架各桿件的線剛度及分配系數(shù)；（2）計算框架各層梁端在豎向荷載作用下的固定端彎矩；（3）計算框架各節(jié)點處的不平衡彎矩，并將每一節(jié)點處的不平衡彎矩同時進(jìn)行分配并向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)為1/2；（4）進(jìn)行兩次分配后結(jié)束（僅傳遞一次，但分配兩次）。彎矩二次分配法

彎矩二次分配法例題：某教學(xué)樓為四層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。梁的截面尺寸為250mmx600mm，混凝土采用C20；柱的截面尺寸為450mmx450mm，混凝土采用C30，現(xiàn)澆梁、柱，結(jié)構(gòu)剖面圖及計算簡圖見右圖，試用彎矩二次分配法繪該框架的彎矩圖。兩邊有樓板一邊有樓板現(xiàn)澆樓面Ib=2.0I0Ib=1.5I0裝配整體式樓面Ib=1.5I0Ib=1.2I0框架梁截面慣性矩增大系數(shù)

為了簡化計算,本例框架梁截面慣性矩增大系數(shù)均采用1.2。半邊結(jié)構(gòu)（４）彎矩分配與傳遞首先將各節(jié)點的分配系數(shù)填在相應(yīng)方框內(nèi)，將梁的固端彎矩填寫在框架橫梁相應(yīng)的位置上。第一次分配：放松節(jié)點，把各節(jié)點不平衡彎矩“同時”進(jìn)行分配。（４）彎矩分配與傳遞第一次分配

傳遞假定：遠(yuǎn)端固定進(jìn)行傳遞；右（左）梁分配彎矩向左（右）梁傳遞；上（下）柱分配彎矩向下（上）柱傳遞（傳遞系數(shù)均為1/2）；（４）彎矩分配與傳遞第一次分配傳遞第二次分配：放松節(jié)點，把各節(jié)點不平衡彎矩“同時”進(jìn)行分配。(5)作彎矩圖三、框架梁在豎向荷載作用下彎矩的調(diào)幅

框架梁在豎向荷載作用下，梁端負(fù)彎矩允許考慮塑性變形內(nèi)力重分布予以適當(dāng)降低，可采用調(diào)幅系數(shù)

對于現(xiàn)澆框架

對于裝配整體式框架

為計算方便，在求梁固端彎矩值時先可乘以調(diào)幅系數(shù)值，然后再進(jìn)行框架彎矩分配計算。三、框架梁在豎向荷載作用下彎矩的調(diào)幅相應(yīng)簡支梁彎矩框架梁端的彎矩調(diào)幅只在豎向荷載作用下進(jìn)行，水平力作用下梁端彎矩不允許調(diào)幅。因此，必須先對豎向荷載作用下梁端彎矩按調(diào)幅計算后的各桿彎矩再與水平力作用下的各桿彎矩進(jìn)行組合，而不應(yīng)采用豎向荷載作用下與水平力作用下計算所得彎矩組合后再對梁端彎矩進(jìn)行調(diào)幅。三、框架梁在豎向荷載作用下彎矩的調(diào)幅

豎向荷載作用下，框架梁跨中計算所得的彎矩值小于按簡支梁計算的跨中彎矩的50%時，則至少按簡支梁計算的跨中彎矩的50%進(jìn)行截面配筋。三、框架梁在豎向荷載作用下彎矩的調(diào)幅

梁端彎矩調(diào)幅方法－減少梁端豎向荷載

作用下彎矩值計算值內(nèi)力組合之前調(diào)幅調(diào)幅范圍調(diào)幅系數(shù)＝0.8～0.9（現(xiàn)澆框架）；＝0.7～0.8（裝配式整體框架）調(diào)幅的依據(jù)–

混凝土結(jié)構(gòu)塑性內(nèi)力重分布x≦0.35h0

保證各跨的內(nèi)力平衡水平荷載作用下的D值法3）柱端剪力計算層間剪力

柱端剪力4）確定修正后柱的反彎點位置

不再是定值，而是與柱的上下端的剛度有關(guān)，反彎點偏向剛度小的一端。主要影響因素：水平荷載的形式柱與梁的線剛度比上下層梁的線剛度比上下層的層高總層數(shù)及計算層所在位置于是，框架各層柱經(jīng)過修正后的反彎點位置可由下式計算得到：各層柱標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比?？紤]上下層梁剛度不同時的修正值，可根據(jù)上下橫梁線剛度比和梁柱線剛度比K從表中查得?？紤]上下層層高不同時的修正系數(shù)。是在各層等高、各跨相等、各層梁和柱線剛度都不改變的多層框架在水平荷載作用下求得的反彎點高度比。PP底層柱時PP頂層柱時底層柱時5）柱端彎矩計算

6）梁端彎矩計算根據(jù)節(jié)點彎矩的平衡計算梁端彎矩按梁剛度分配節(jié)點兩端的彎矩3

框架結(jié)構(gòu)側(cè)移計算及限值1）側(cè)移的近似計算梁柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移：剪切型變形層間側(cè)移頂部側(cè)移側(cè)移的特點：層間側(cè)移上部小，下部大。如在均布荷載或倒三角形荷載作用下，層間剪力是逐層累加，越靠底層，剪力越大2）彈性層間位移限值

結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移曲線地震作用

地震作用計算時用到地震反應(yīng)譜曲線——由255條地震加速度紀(jì)錄經(jīng)計算整理得到。地震影響系數(shù)曲線2、地震影響系數(shù)結(jié)構(gòu)自振周期場地特征周期地震影響系數(shù)最大值直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù)(一般情況取0.2)阻尼調(diào)整系數(shù)(一般情況取1.0)衰減指數(shù)(一般情況取0.9)抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度值的對應(yīng)關(guān)系抗震設(shè)防烈度6７８９設(shè)計基本地震加速度值0.05g0.10(0.15)g0.20(0.30)g0.40g水平影響系數(shù)最大值1.400.90(1.20)0.50(0.72)——0.320.16(0.24)0.08(0.12)0.049度8度7度6度多遇地震地震影響罕遇地震特征周期設(shè)計地震分組場地類別ⅠⅡⅢⅣ第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90注：括號中數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)1）水平地震作用計算3、地震作用的計算方法我國《抗震規(guī)范》規(guī)定：抗震設(shè)計——設(shè)防烈度在6度以上的建筑物必須進(jìn)行；地震作用計算——設(shè)防烈度在7、8、9度的建筑物；

6度Ⅳ類場地上的較高建筑物。計算方法——反應(yīng)譜底部剪力法反應(yīng)譜振型分解法時程分析法——作補(bǔ)充計算（1）反應(yīng)譜底部剪力法對于重量、剛度沿高度分布比較均勻、高度不超過40m，以剪切變形為主的多層和高層建筑結(jié)構(gòu)，采用此法計算水平地震作用。這時各樓層僅取一個自由度。結(jié)構(gòu)的總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響數(shù)值結(jié)構(gòu)等效總重力荷載：單質(zhì)點取總重力荷載代表值；多質(zhì)點取總重力荷載代表值的85%?？傊亓奢d代表值：建筑的總重力荷載代表值應(yīng)按下列規(guī)定采用：1、恒荷載——取100%2、雪荷載——取50%3、樓面活荷載——按實際情況計算時取100%；按等效均布活荷載計算時，藏書庫、檔案室、庫房取80%，一般民用建筑取50%。4、屋面活荷載——不考慮結(jié)構(gòu)等效總重力荷載：例1：某三層框架的結(jié)構(gòu)計算簡圖及恒載圖、活載圖如圖所示。按8度設(shè)防，第一組，Ⅱ類場地土。兩跨梁的總長為12m。均布荷載的單位為

，集中荷載的單位為要求：計算總重力荷載代表值及等效總重力荷載代表值。5090解：1、計算各層重力荷載代表值2、計算總重力荷載代表值及等效總重力荷載代表值各樓層的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為：頂部附加水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為：

頂部附加地震作用系數(shù)頂部附加地震作用系數(shù)結(jié)構(gòu)基本自振周期

抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任意樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下列要求：第i層對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力。剪力系數(shù)，不應(yīng)小于下表規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)，對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。樓層最小剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于3.5s的結(jié)構(gòu)0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s的結(jié)構(gòu)0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注：1、基本周期介于3.5s和5s之間的結(jié)構(gòu)，可插入取值；

2、括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g

和0.30g的地區(qū)。例2：某工程為8層框架結(jié)構(gòu)，梁柱現(xiàn)澆，樓板預(yù)制，設(shè)防烈度為7度，第一組，場地為Ⅲ類場地土，特征周期為，水平地震影響系數(shù)最大值為，現(xiàn)已計算出結(jié)構(gòu)自振周期為，集中在樓蓋和屋蓋的恒載為頂層5400kN，2-7層5000kN，底層6000kN，活載為1-7層1000kN，頂層雪荷載600kN