1、14.3 4.3 框架结构构件设计框架结构构件设计第4章 多层框架结构4.1 4.1 多层框架结构的种类及布置多层框架结构的种类及布置4.2 4.2 多层框架内力和侧移的近似分析多层框架内力和侧移的近似分析4.4 4.4 多层房屋基础设计多层房屋基础设计建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴24.1.1 多层框架结构的种类4.1 多层框架结构的种类及布置按所用材料按所用材料混凝土框架混凝土框架钢框架钢框架组合框架组合框架梁组合形式梁组合形式内置型钢，称型钢混凝土内置型钢，称型钢混凝土钢梁混凝土翼板钢梁混凝土翼板柱组合形式柱组合形式内置型钢内置型钢钢管
2、内浇注混凝土钢管内浇注混凝土建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴3框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.14.1.1种类种类按节点连接方式按节点连接方式铰接（排架结构）铰接（排架结构）刚接（刚架结构）刚接（刚架结构）灌缝预 埋 钢板(a)砼框架铰接节点(b)砼框架刚接节点1111高强螺栓连接角钢(c)钢框架铰接节点T形连接件加劲肋(d)钢框架刚接节点混凝土框架按施工方法混凝土框架按施工方法 现浇现浇装配式装配式装配整体式装配整体式建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴4叠合梁焊接焊接后加负筋
3、预制柱带榫头预制柱叠合梁箍筋后加箍筋后浇砼现浇柱叠合梁钢模板叠合梁带空腔预制柱构架式支承加强筋混凝土装配整体式框架混凝土装配整体式框架建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴54.1.2 框架结构布置框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.24.1.2布置布置一、柱网布置原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。原则：满足建筑功能要求；结构受力合理；方便施工。工作区交通区工作区内廊式等跨式建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴6框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1
4、.1种类4.1.24.1.2布置布置客房与卫生间客房与卫生间走道客房客房走道与卫生间二、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。承重和纵横向框架混合承重等三种布置方案。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴7框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2
5、4.1.2布置布置纵向框架梁横向连系梁次梁(b)纵向框架承重纵向连系梁横向框架梁次梁(a)横向框架承重纵向框架梁横向框架梁次梁(c)纵横向框架承重纵向布置连系梁；纵向布置连系梁；横向抗侧刚度大；横向抗侧刚度大；有利采光和通风。有利采光和通风。横向布置连系梁；横向布置连系梁；横向抗侧刚度小；横向抗侧刚度小；有利获得较高净空。有利获得较高净空。两个方向均有较两个方向均有较好的抗侧刚度。好的抗侧刚度。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。承重框架的布置与楼盖的布置方案密切相关。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴8三、框架的规则性平面不规则框架(a)缺
6、柱(b)缺梁(c)凹凸(a)抽梁(b)抽柱(c)内收(d)外挑(e)错层竖向不规则框架建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴94.1.3 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，用望柱突出墙面，用T T形、十字形等异型柱形、十字形等异型柱 ；钢框架柱最常用的截面有钢框架柱最常用的截面有H H形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚形和箱形；当要求柱有很大的侧向刚度时，可以采用格构式柱；度时，
7、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型钢混凝土柱外形常用矩形，内置型钢常用的截面有H H形、十字形、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 建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴10框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.34.1.3选型选型二、框架梁选型混凝土框架梁常用的是矩形；在现混凝土框架梁常用的是矩形；在现浇混凝土楼盖中框架梁呈浇混凝土楼盖中框架梁呈T T形或倒形或倒L L形；形；在装配式楼盖中
8、框架梁设计成十字形在装配式楼盖中框架梁设计成十字形或花篮形；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钢框架梁最常用截面是H H形或工字形，形或工字形，边梁或较小的梁也有采用槽形；当存在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型钢混凝土梁内置型钢常用实腹式H H形形型钢以及由角钢组成的空腹式型钢型钢以及由角钢组成的空腹式型钢 。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴11p混凝土梁混凝土梁框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布
9、置4.1.34.1.3选型选型三、构件截面尺寸估算一般情况下，截面高度一般情况下，截面高度h hb b可以取跨度的可以取跨度的1/121/81/121/8；截面宽度；截面宽度b bb b可以可以取截面高度的取截面高度的1/31/21/31/2，且不宜小于，且不宜小于200mm200mm。也可根据竖向荷载来确定。首先取也可根据竖向荷载来确定。首先取MMmaxmax=(0.6-0.8)=(0.6-0.8)MM0 0、V Vmaxmax=V V0 0，然后验算下列条件：然后验算下列条件：Mmaxsfcbh02Vmax0.235fcbh0 s s对于一级抗震等级取对于一级抗震等级取0.220.22；对
10、二、三级抗震等级取；对二、三级抗震等级取0.29 0.29。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴12p混凝土柱混凝土柱b bc c可近似取层高可近似取层高1/181/121/181/12，h hc c=(12)=(12)b bc c；首先根据负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力首先根据负荷面积，估算柱在竖向荷载下的轴力N Nc c（可近似取荷（可近似取荷载基本组合值载基本组合值12kN/m12kN/m2 218kN/m18kN/m2 2）；然后取）；然后取N N=(1.21.4)=(1.21.4)N Nc c，按，按N N=A Ac cf fc c+
11、A Ac cf fy y（为配筋率，可取为配筋率，可取1%1%）估算截面面积；）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，轴压比限值分别为震等级为一、三、三、四级的框架，轴压比限值分别为0.650.65、0.750.75、0.850.85和和0.90.9，即要求，即要求 65.075.085.09.0ccfAN（抗震等级四级）（抗震等级四级）（抗震等级二级）（抗震等级二级）（抗震等级一级）（抗震等级一级）（抗震等级三级）（抗震等级三级）建筑结构设计建筑结构设计课件课件201320
12、13版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴13p钢柱钢柱估算轴力，乘以估算轴力，乘以1.21.31.21.3倍按轴心受压构件估算截面尺寸。倍按轴心受压构件估算截面尺寸。定计算长度、假定长细比定计算长度、假定长细比(60100)(60100)；计算回转半径：计算回转半径：i ix x=l loxox/，i iy y=l loyoy/;根据近似关系根据近似关系:i ix x=1 1h h，i iy y=2 2b b 确定截面轮廓高度和宽度；确定截面轮廓高度和宽度；框架结构4.1 4.1 种类与布置种类与布置4.1.1种类4.1.2布置4.1.34.1.3选型选型p钢梁钢梁钢梁截面尺寸估算方法可参考第钢
13、梁截面尺寸估算方法可参考第2 2章章。根据钢材类别、截面类别和根据钢材类别、截面类别和 查表得稳定系数查表得稳定系数；由公式由公式A A=N N/f f 确定截面积确定截面积A A；由由A A、b b、h h选择截面尺寸。选择截面尺寸。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴14(l1+l2)/2横向框架计算单元(l3+l4)/2纵向框架计算单元4.2.1 框架分析模型一、计算单元一、计算单元对于两个方向正交的对于两个方向正交的多层框架结构，纵横向多层框架结构，纵横向可以分别计算；可以分别计算；4.2 多层框架结构内力与侧移的近似分析l1l2l3l4当
14、结构均匀、荷载均当结构均匀、荷载均匀时，可以取图示阴影匀时，可以取图示阴影部分的面积作为纵、横部分的面积作为纵、横向的计算单元。向的计算单元。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴15二、计算简图结构形式结构形式柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和柱固接于基础顶面；梁、柱节点分铰接和刚接两种。刚接两种。轴线尺寸轴线尺寸跨度：等截面柱，截面形心线；变截面跨度：等截面柱，截面形心线；变截面柱，较小部分截面形心。柱，较小部分截面形心。层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）截面特征截面特征钢柱、砼柱：钢柱、砼柱：EIEI=EIE
15、I0 0；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和；型钢砼柱：取型钢和砼抗弯刚度之和梁：考虑楼板的作用。梁：考虑楼板的作用。l l1 1l l2 2l l3 3h h1 1h h2 2h h3 3h h4 4框架结构4.1 种类与布置4.2.14.2.1分析模型分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴16三、荷载竖向荷载竖向荷载永久荷载永久荷载楼面可变荷载楼面可变荷载水平荷载水平荷载风荷载风荷载地震作用地震作用楼面荷载楼面荷载对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载，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
16、受梯形分布荷载；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；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。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水平荷载等效为节点荷载种类种类建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴17ijklmn4.2.2 竖向荷载下的多层刚架的分层法MiMj1/21/2MikMjlMljMki一、基本假定刚架没有侧移；刚架没有侧移；每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层每一层刚架梁上的竖向荷载只对本层梁及与本层梁相连的刚架柱产生弯矩和梁及与本层梁相连的刚
17、架柱产生弯矩和剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。剪力，忽略对其它各层梁、柱的影响。二、简化计算模型二、简化计算模型0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i刚度系数：刚度系数：传递系数：传递系数：两端固支两端固支一端固支一端铰支一端固支一端铰支一端固支一端弹性抗转一端固支一端弹性抗转)41(4ii)475.0(3iii 49.02/103/1iiiiiiii建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴18多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开多层刚架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解为一系列开口刚架进行计算。
18、口刚架进行计算。除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以除底层柱子外，其余各层柱的线刚度乘以0.90.9的折减系数，弯矩传递的折减系数，弯矩传递系数取为系数取为1/31/3。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.24.2.2分层法分层法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴19三、计算方法用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；用弯矩分配法计算各开口刚架的内力；开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需开口刚架梁的内力即为原刚架相应层的内力；原刚架柱的内力需将相邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；将相
19、邻两个开口刚架中相同柱号的内力叠加；内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不内力叠加后对于不平衡弯矩较大的节点，可再作一次分配，但不传递。传递。梁、柱弯矩梁、柱弯矩框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.24.2.2分层法分层法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴20lMMqlVlbrbrb2lMMqlVlbrblb2梁剪力梁剪力框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.24.2.2分层法分层法lMbrMblVblVbrq建筑结构设计建筑结构设计课
20、件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴21假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。假定梁与柱铰接，于是柱轴力等于简支梁的支座反力。柱轴力柱轴力框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.24.2.2分层法分层法柱负荷范围建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴224.2.3 水平荷载下多层刚架的反弯点法MABMBA反弯点反弯点假定：刚架梁的线刚度相对假定：刚架梁的线刚度相对刚架柱的线刚度为无限大。刚架柱的线刚度为无限大。则在忽略柱子轴向变形的情则在忽略柱子轴向变形的情况下，节点的转角为零
21、。况下，节点的转角为零。根据转角根据转角位移方程：位移方程：huiMhuiMABBAABAB66杆件中点的弯矩为零，称为杆件中点的弯矩为零，称为反弯点反弯点。在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面在工程设计中，底层柱的反弯点取为距基础顶面2/32/3柱高处；其余柱高处；其余各层柱的反弯点取为柱高的中点。各层柱的反弯点取为柱高的中点。一、简化分析模型框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.34.2.3反弯点法反弯点法ABABhuAB建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴23二、计算方法Fn
22、FjVj1VjkVjm将刚架在某一层将刚架在某一层的反弯点处切开的反弯点处切开根据几何条件（忽略梁轴向变形）根据几何条件（忽略梁轴向变形）jjkjjuuuu21求柱剪力求柱剪力mkjknjiiVF1根据平衡条件，有根据平衡条件，有框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.34.2.3反弯点法反弯点法FnFjF1Vj1VjkVjm1 jujkujmu建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴24对于对于j j层第层第k k柱，其层间侧移为柱，其层间侧移为 u ujk jk ，相应的剪力可表示为，相应
23、的剪力可表示为物理条件物理条件FjjkFjmljljkFjmljljkjkVViiVDDV11根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得根据平衡条件、几何条件和物理条件，可求得njiiFjFV jk jk为为j j层层k k柱的剪力分配系数；柱的剪力分配系数；为水平荷载在为水平荷载在j j层产生的层产生的层间剪力。层间剪力。V Vjk jk=D=Djk jk u ujk jk当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：当杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：ABBAABABuhihMMV212，抗侧刚度，抗侧刚度1212i ic c/h h2 2建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学
24、邱洪兴东南大学邱洪兴25逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，逐层取脱离体，利用上式求得各柱剪力后，根据各层反弯点位置，可以求出柱上、下端的弯矩可以求出柱上、下端的弯矩323111111hVMhVMkbkcktkc底层柱：底层柱：Vj1VjkVjmVj1hj/2Vj1hj/2Vjkhj/2Vjkhj/2Vjmhj/2Vjmhj/22jjkbcjktcjkhVMM其余层柱：其余层柱：求柱端弯矩求柱端弯矩框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.34.2.3反弯点法反弯点法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013
25、版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴26MctMcbMbrMbl)()(tcbcrblbrbrbtcbcrblblblbMMiiiMMMiiiM求梁端弯矩求梁端弯矩bctcrblbMMMMrblbrblbiiMM4:4:求梁端剪力求梁端剪力lMMVrblbb框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.34.2.3反弯点法反弯点法lVbMbrMblVb建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴27三、计算步骤三、计算步骤在各层反弯在各层反弯点处切开点处切开柱反弯点柱反弯点处的剪力处的剪力剪力分配剪力分配
26、柱端柱端弯矩弯矩)323(2jjjjkhhhV、梁端梁端弯矩弯矩利用节点力利用节点力矩平衡条件矩平衡条件梁端梁端剪力剪力lMMVrblbb柱轴柱轴力力节点竖向力节点竖向力平衡条件平衡条件VlbnVrbnNnkNnkNn-1,kVlb,n-1Vrb,n-1求柱轴力求柱轴力从上到下利用节点竖向力平衡条件。从上到下利用节点竖向力平衡条件。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴284.2.4 水平荷载下多层刚架的修正反弯点法(值法)对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方对于两端同时存在转角位移和相对线位移的杆件，其转角位移方程为：程为：在反
27、弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚在反弯点法中，各层柱的反弯点位置是一个定值，各柱的抗侧刚度只与柱本身有关。度只与柱本身有关。huiiiMhuiiiMABBABAAB624624可见反弯点位置与可见反弯点位置与 A A 、B B 有关；同样，柱的抗侧刚度也与有关；同样，柱的抗侧刚度也与 A A B B 有有关。关。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D4.2.4D值法值法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴29一、修正抗侧刚度一、修正抗侧刚度柱柱A
28、BAB两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于两端节点及上下、左右相邻节点的转角全等于；柱柱ABAB及与其上下相邻柱的弦转角均为及与其上下相邻柱的弦转角均为 =u uj j/h hj j；柱柱ABAB及与其上下相邻柱的线刚度均为及与其上下相邻柱的线刚度均为i ic c。假定假定ujBACDEFGHicicici1i2i3i4hjABCDEFGHhji1i2i3i4ic建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴30)(6)(6)(6)(6624cBDcACcBAccccABiMiMiMiiiiM432111666624iMiMiMiiiMAGAEBHBF0
29、0BDBHBABFACAGABAEMMMMMMMM012)2(6012)2(62143cccciiiiiiiiKiiiiiicc22444321ciiiiiK24321其中：0AM0BM 与与 的关系的关系ujABCDEFGHhj建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴31柱柱ABAB剪力：剪力：)(12jcjBAABABhihMMVjjcjjjcjcABuhiKKhuhiKhiV212)222(12)22(12212jcjABABhiuVD柱柱ABAB抗侧刚度：抗侧刚度：KK2 反映了梁柱线刚度比对柱抗侧刚度的影响，它是小于反映了梁柱线刚度比对柱抗侧
30、刚度的影响，它是小于1 1的一个的一个系数。当系数。当K K 时，时，1 1，即为反弯点法采用的抗侧刚度。，即为反弯点法采用的抗侧刚度。K22框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D4.2.4D值法值法建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴32二、修正反弯点高度作如下假定：作如下假定：同层各节点的转角相等同层各节点的转角相等横梁反弯点在跨中横梁反弯点在跨中横梁中点无竖向位移横梁中点无竖向位移各柱的反弯点高度与该柱上下端的转角比值有关。影响转角的因素各柱的反弯点高度与该柱
31、上下端的转角比值有关。影响转角的因素有：总层数、柱子所在层、梁柱线刚度比及上下层层高变化。有：总层数、柱子所在层、梁柱线刚度比及上下层层高变化。横梁跨中简化横梁跨中简化为可动铰支座为可动铰支座建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴33梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响梁柱线刚度比及层数、层次对反弯点高度的影响 假定梁的线刚度、柱的线假定梁的线刚度、柱的线刚度和层高沿框架高度不变，刚度和层高沿框架高度不变，按图示计算简图可求出各层按图示计算简图可求出各层柱的反弯点高度柱的反弯点高度y y0 0h h ，称为，称为标准反弯点高度。标准反弯点高度。
32、上下层梁线刚度比对反弯点的影响上下层梁线刚度比对反弯点的影响 当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯点当某层柱的上下横梁刚度不同时，反弯点不同于标准反弯点，修正值用不同于标准反弯点，修正值用y y1 1h h表示。表示。ichicicicichhhhy0hi2i2i2i2i2ichicicicichhhh(y0+y1)hi2i2i2i4i4建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴34层高变化对反弯点高度的影响层高变化对反弯点高度的影响 上层层高变化，反弯点高度的变化值用上层层高变化，反弯点高度的变化值用y y2 2h h表示；下层层高变化，表示；下层层高变
33、化，反弯点高度的变化值用反弯点高度的变化值用y y3 3h h表示。表示。顶层柱没有顶层柱没有y y2 2h h修正值；底层柱没有修正值；底层柱没有y y3 3h h修正值。修正值。经过各项修正后，柱反弯点高度：经过各项修正后，柱反弯点高度：yhyh=(=(y y0 0+y y1 1+y y2 2+y y3 3)h hici2hi2i2i2icicicichh2hi22h(y0+y2)hici2hi2i2i2icicicic3hhhi23h(y0+y3)h建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴354.2.5 刚架结构侧移的近似计算及限值u1uj刚架结
34、构水平荷载下的侧移由两部分组成：梁柱弯曲变形引起刚架结构水平荷载下的侧移由两部分组成：梁柱弯曲变形引起的侧移和柱轴向变形引起的侧移。的侧移和柱轴向变形引起的侧移。框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.54.2.5侧移计算侧移计算uN建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴36一、梁柱弯曲变形引起的侧移njjMuu1mkjkFjjkjkjDVDVu1顶点侧移：顶点侧移：层间侧移：层间侧移：框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构
35、分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.54.2.5侧移计算侧移计算二、柱轴向变形引起的侧移HFNdzEANNu01建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴37水平荷载作用下，外侧柱子的轴力大，内侧柱子的轴力小。为简化，水平荷载作用下，外侧柱子的轴力大，内侧柱子的轴力小。为简化，忽略内柱的轴力。忽略内柱的轴力。BHzBHz框架结构4.1 种类与布置4.2.1分析模型4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.54.2.5侧移计算侧移计算建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版
36、版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴38BMNzz近似取外侧柱轴力：近似取外侧柱轴力：单位力作用下单位力作用下BzHN)(11H-zNzNzBHz1y-zNzNzBHz)(yqydy水平外荷载作用下水平外荷载作用下HzzzydyyqM)()(BzydyyqNHzF)()(建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴39（倒三角分布荷载）（均匀分布荷载）顶点集中荷载）230230230301141(32EABHVEABHVEABHVuNV V0 0是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。是水平外荷载在框架底面产生的总剪力。对于高度不大于对于高度不大于50m50m或高
37、宽比或高宽比H/B4H/B4的混凝土刚架办公楼，柱轴的混凝土刚架办公楼，柱轴向变形引起的顶点位移约占向变形引起的顶点位移约占5%11%5%11%。刚架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外，尚应验算结构刚架结构除了要保证梁的挠度不超过规定值外，尚应验算结构的侧向位移。结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移，要的侧向位移。结构侧向位移的验算包括层间位移和顶点位移，要求分别满足：求分别满足：三、侧移的限值/huhuHuHu(4-2-14)建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴404.2.6 框架分析模型讨论框架结构4.1 种类与布置4.2 4.2 结构分
38、析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.64.2.6模型讨论模型讨论二、复式框架一、框架侧移特性三、框架结构的二阶效应几何非线性 二阶效应含义二阶效应含义 作用在结构上的重力或构件中的轴作用在结构上的重力或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起的附压力在变形后的结构或构件中引起的附加内力和附加变形。加内力和附加变形。二阶效应包括受压构件的挠曲效应（二阶效应包括受压构件的挠曲效应（P-P-效应效应）和重力二阶效应（）和重力二阶效应（P-P-效应效应）ePP-P-效应效应Pe建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学
39、邱洪兴41水平荷载下结构产生侧移水平荷载下结构产生侧移，将使重力荷载，将使重力荷载P P产生附加内力和变产生附加内力和变形，这种现象称为形，这种现象称为P效应效应。PPPPP-P-效应在构件设计时考虑；效应在构件设计时考虑；P效应在结构分析时考虑。在结构分析时考虑。框架结构4.1 种类与布置4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.64.2.6模型讨论模型讨论PP线性分析一阶分析非线性分析二阶分析建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴42剪切型剪切型(节点转角为节点转角为0)0)结构结
40、构 PP 效应的近似计算方法效应的近似计算方法 设某层层间剪力为设某层层间剪力为V V0 0、侧向刚度为、侧向刚度为D D，则一阶层间位移，则一阶层间位移 0 0=V V0 0/D D；V0V0M0M0=V0hj/20hjM0+N0/2V0V00NNM0+N0/2柱轴力柱轴力N N由此侧移引起的附加柱端力矩由此侧移引起的附加柱端力矩:NN0 0/2/2其等效附加层间剪力其等效附加层间剪力:V V1 1=N N0 0/h hj j0+1V0+V1M0+N0/2M0+N0/2V0+V1由此新增的层间位移由此新增的层间位移:1 1=V=V1 1/D=/D=0 0N N/(DhDhj j)建筑结构设计
41、建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴43如此迭代下去，最终的层间位移可以表示为下列无穷级数之和：如此迭代下去，最终的层间位移可以表示为下列无穷级数之和：柱轴力柱轴力N N在此新增层间位移下的柱端附加力矩为在此新增层间位移下的柱端附加力矩为NN1 1/2/2，由此新增，由此新增的层间位移的层间位移 2 2=N N1 1/(DhDhj j)=)=0 0N N2 2/(DhDhj j)2 2；框架结构4.1 种类与布置4.2 4.2 结构分析结构分析4.2.2分层法4.2.3反弯点法4.2.4D值法4.2.5侧移计算4.2.64.2.6模型讨论模型讨论210201j
42、jDhNDhN201jjsDhNDhNjsDhN11当当N N/(DhDhj j)1)1 1h h0 0，或，或x x/1 1 1 1h h0 0：x xa a 2 2h h0 0，或，或x x/1 1 x b bh h0 0，属小偏压，取，属小偏压，取建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴77xxafa1h02h0 Nawfafa0102hh2/)(0102010hhhh2/)(01020hhhawawfthN012)(awawawfhthfthM202122120120122/)()(2/)(1)(当当x x/1 1 1 1 h h0 0、x x
43、/1 1 2 h0时，中和轴在型钢腹板外，(4.3.24a)(4.3.24b)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 4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件4.3.44.3.4型钢混凝土构件型钢混凝土构件78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 4.3 构件设计构件设计4.3.2混凝土构件4.3.3钢构件4.3.44.3.4型钢混凝土构件型钢混凝土构件斜截面限制条件同型钢混凝土梁。斜截面限制条件同型钢混凝土梁。2 2、斜截面承载力、斜截面承载力NhtfhsAfbhfVVwwacsvyvcuc07.058.05.12
44、0.000ccAfN3.0:框架柱计算剪跨比，可取框架柱计算剪跨比，可取02/hHn，31N N：框架柱轴力设计值，当：框架柱轴力设计值，当时，取ccAfN3.0三、框架节点建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴79柱内型钢梁内型钢柱纵筋梁纵筋箍筋贯通孔水平加劲肋柱箍筋梁箍筋建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴804.4.1 基础类型及其选型4.4 多层房屋基础设计柱下独立基础墙下条形基础柱下条形基础十字形基础梁板式筏形基础平板式筏形基础桩基础一、基础类型箱形基础建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132
45、013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴81框架结构4.1 种类与布置4.2 结构分析4.4.14.4.1种类与选型种类与选型4.3 构件设计4.4 4.4 基础设计基础设计二、基础选型考虑考虑因素因素工程地质情况工程地质情况上部结构情况上部结构情况现场施工条件现场施工条件(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不同基础类型的承载能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础筏形基础筏形基础 不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小不同基础类型抵抗不均匀沉降的能力大小独立基础独立基础条形基础条形基础梁板式筏形基础
46、梁板式筏形基础 箱形基础箱形基础 建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴824.4.2 基础分析模型 基础分离模型。基础分离模型。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 4.4 基础设计基础设计4.4.24.4.2分析模型分析模型一、基础分析模型的种类一、基础分析模型的种类地基、基础和上部结构的整体模型。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
47、模型。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。有关，又受到地基的影响。建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴83二、地基模型文克勒地基模型地基上任一点所受的压力强度地基上任一点所受的压力强度p p与该点的地基沉降与该点的地基沉降s s成正比，成正比，k k称为基床系数。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某点沉降与其他点上作用的
48、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。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。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 4.4 基础设计基础设计4.4.24.4.2分析模型分析模型p pksks建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴
49、东南大学邱洪兴84半空间地基模型 弹性半空间表面作用竖向集中荷载弹性半空间表面作用竖向集中荷载P P时，任一点地基表面的沉降可时，任一点地基表面的沉降可表示为表示为222)1()0,(yxEPyxws该模型的扩散范围往往超过实际情况。该模型的扩散范围往往超过实际情况。压缩层地基模型 该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到该模型能较好地反映地基土扩散应力和应变的能力，容易考虑到土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。土层沿深度和平面上的变化及非匀质性。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 4.4 基础设计基础设计4.4.24.4.2分
50、析模型分析模型(布辛奈斯克解)建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴85(a)整体模型刚性基础文克勒地基柱抗弯刚度为0pmaxpmin(b)地基的剥离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？pmaxpmin(c)上部结构的剥离pmaxpmin(d)倒梁法模型pmaxpmin(e)静力法模型与上部结构模型柱底固接相对应建筑结构设计建筑结构设计课件课件20132013版版.东南大学邱洪兴东南大学邱洪兴86四、地基、基础组合模型文克勒地基上的弹性基础
