07-第4章 混凝土框架结构.pptx

第1页：第四章混凝土框架结构封面

房屋混凝土结构设计——第四章 混凝土框架结构

第2页：第四章章节内容

第四章 混凝土框架结构 章节内容

• 4.1 多高层建筑混凝土结构概述
• 4.2 框架结构的结构布置
• 4.3 框架结构的计算简图
• 4.4 竖向荷载作用下框架结构内力计算
• 4.5 水平荷载作用下框架结构内力和侧移计算
• 4.6 荷载效应组合及构件设计
• 4.7 框架结构的构造要求
• 4.8 框架结构房屋基础

第3页：4.1概述小节内容

4.1 多高层建筑混凝土结构概述

• 4.1.1 结构类型
• 4.1.2 结构体系
• 4.1.3 结构总体布置
• 4.1.4 结构设计要求

第4页：房屋按高度和层数分类

房屋按高度和层数分类

第5页：房屋按建筑材料分类

房屋按建筑材料分类：目前多、高层建筑混凝土结构类型主要有钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和混合结构等。

• 钢筋混凝土结构多、高层建筑
• 型钢混凝土或钢管混凝土高层建筑
• 混合结构高层建筑

第6页：框架结构体系

1、框架结构：由梁和柱组成的空间结构体系，常用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑。在水平荷载作用下，表现出刚度小、水平侧移大的特点，水平侧移呈剪切型。异形柱框架的柱截面宽度与填充墙厚度相同，使用功能良好。

第7页：剪力墙结构体系

2、剪力墙结构：利用房屋墙体作为竖向承重和抗侧力结构的体系称为剪力墙结构，剪力墙上可开洞口，洞口越大越接近于框架，剪力墙的高度一般与整个房屋高度相同，其自重较大、建筑平面布置局限性大。

• 在垂直荷载作用下，剪力墙是一个受压薄壁柱。
• 在水平荷载作用下，剪力墙则是一个底部固定、顶端自由的竖向悬臂梁。
• 剪力墙在荷载作用下将承受轴力、弯矩和剪力，对它进行内力和位移分析时应考虑轴向变形和剪切变形的影响。

第8页：筒体结构体系

3、筒体结构：将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体，以此来承受房屋大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体系称为筒体结构体系。筒体可看成固定于基础上的箱形薄壁悬臂梁。水平力作用下，平行和垂直于水平力方向的墙体或框架共同受力，所以筒体比单片剪力墙或框架具有更大的承载力和抗侧刚度，同时还有很好的抗扭刚度。

第9页：框架-剪力墙与框架-筒体结构

4、组合结构

框架-剪力墙结构

由框架和剪力墙共同承受竖向和水平荷载的结构体系。在整个结构体系中，剪力墙负担绝大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主，分工合理、物尽其用；剪力墙克服了框架抗侧刚度低的缺点，框架弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足，普遍应用于宾馆和办公楼等公用建筑。

框架-筒体结构

将框架-剪力墙结构中的剪力墙相对集中组成封闭的筒体，竖向荷载主要由框架和筒体共同承担，水平荷载主要由筒体承担。

第10页：框架-剪力墙结构示意图

本页图示框架-剪力墙结构中剪力墙与框架的协同布置方式。

第11页：结构总体布置原则

4.1.3 结构总体布置：综合考虑房屋的使用要求、建筑美观、结构合理以及便于施工。多高层建筑的结构平面布置，应有利于抵抗水平荷载和竖向荷载，尽量避免结构扭转和局部应力集中，做到简单规则、均匀对称、刚心与质心重合。竖向布置应要求结构的侧向刚度和承载力自下而上逐渐减小，变化均匀、连续、不突变，避免出现柔软层或薄弱层。

第12页：结构设计要求

4.1.4 结构设计要求

1. 承载力要求
2. 刚度的要求
3. 延性要求
4. 整体稳定、和抗倾覆要求

第13页：4.2小节内容

4.2 框架结构的结构布置

• 4.2.1 框架结构的组成及特点
• 4.2.2 结构布置的一般原则
• 4.2.3 柱网布置
• 4.2.4 框架结构的承重方案
• 4.2.4 梁柱相交位置

第14页：框架结构的定义

1、框架结构的定义：框架结构是由梁、柱以刚接或铰接相连而构成的承受竖向和水平荷载的承重体系。

第15页：框架按施工方法的分类

框架：由梁和柱所组成的杆系结构，可用于 50 m 以下的多层房屋中。按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。

• 现浇式：整体性能好，抗震性能好，现场工作量大，费模板。
• 装配式：标准化、工厂化生产，施工速度快，整体性能差，抗震性能弱。
• 装配整体式：兼有现浇式和装配式两者的优点。

第16页：框架结构的受力与侧移特点

2、框架结构的受力特点

• 在竖向荷载和水平荷载共同作用下，框架结构各构件都将产生内力和变形。
• 框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力使梁、柱构件产生弯曲变形，形成整体剪切变形 us；由水平力引起的倾覆力矩使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸、另一侧柱压缩），形成整体弯曲变形 ub。
• 当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小（框架结构的变形型式为剪切型）。

第17页：框架结构的侧移图

本页图示框架结构的侧移组成，包括整体剪切变形与整体弯曲变形。

第18页：框架结构的优缺点

3、框架结构的优缺点

优点

结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。

缺点

抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小、侧移大；受地基的不均匀沉降影响大。

第19页：结构布置的一般原则

4.2.2 结构布置的一般原则

• 满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致。
• 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行。
• 结构应尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少。
• 传力体系明确：板 → 次梁 → 框架梁 → 框架柱 → 基础。
• 妥善处理温度、地基不均匀沉降和地震等因素影响。
• 施工简便，经济合理。

第20页：柱网布置与承重方案

4.2.3 柱网布置：柱距 3.3~7.2 m，梁跨 4.5~7.0 m。框架结构承重方案分为横向布置、纵向布置与纵横向布置三种。

第21页：横向框架承重方案

1）横向框架承重：主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。房屋横向刚度大、侧移小；横梁高度大，室内有效净空小，非抗震时使用。

第22页：纵向框架承重方案

2）纵向框架承重：主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高；对纵向地基不均匀沉降较有利；房屋横向刚度差、侧移大。

第23页：纵横向框架承重方案

3）纵、横向框架承重：房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。整体性好、受力好，适用于整体性要求较高和楼面荷载较大的情况。

第24页：工业与民用建筑柱网布置

工业建筑与民用建筑柱网布置：工业建筑柱网尺寸和层高根据工艺生产要求确定，常用的柱网有内廊式和等跨式两种。民用建筑柱网尺寸和层高根据建筑使用功能来确定，目前有小柱网和大柱网两类；宾馆建筑多采用三跨框架布置方案，办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架布置方案。

第25页：梁柱相交位置与水平加腋

4.2.4 梁柱相交位置：在框架结构布置中，梁、柱轴线宜重合；如梁须偏心放置时，梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该方向宽度的 1/4。如偏心距大于该方向柱宽的 1/4 时，可增设梁的水平加腋。试验表明，此法能明显改善梁柱节点承受反复荷载的性能。梁水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足 bx/lx ≤ 1/2、bx/bb ≤ 2/3、bb + bx + x ≥ bc/2。

第26页：节点有效宽度的取值

梁水平加腋后改善了梁柱节点的受力性能，故节点有效宽度 bj 宜按下列规定取值：当 x = 0 时，bj 按相应公式计算；当 x ≠ 0 时，bj 取 bj ≤ bb + bx、bj ≤ bb + bx + x、bj ≤ bb + 2x 三式计算的较大值，且应满足 bj ≤ bb + 0.5hc（hc 为柱截面高度）。

第27页：4.3小节内容

4.3 框架结构的计算简图

• 4.3.1 梁、柱截面尺寸
• 4.3.2 框架结构的计算简图
• 4.3.3 框架结构上的荷载

第28页：梁截面尺寸的确定

4.3.1 梁、柱截面尺寸：框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定，初步设计时通常由经验或估算先选定截面尺寸，再进行承载力、变形等验算。

1、梁截面尺寸确定

• 框架梁的截面高度 hb 可根据梁的计算跨度 lb、活荷载大小等，按 hb = (1/18~1/10)lb 确定。
• 为防止梁发生剪切脆性破坏，hb 不宜大于 1/4 净跨；主梁截面宽度可取 bb = (1/3~1/2)hb，且不宜小于 200 mm。
• 为保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于 4。

第29页：扁梁与加腋梁

为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按 (1/18~1/15)lb 估算，扁梁的截面宽度 b（肋宽）与其高度 h 的比值 b/h 不宜超过 3。当梁的跨度较大时，为了节省材料和有利于建筑空间，可将梁设计成加腋形式。

第30页：柱截面尺寸的估算

2、柱截面尺寸：柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响，即 Ac ≥ (1.1~1.2)N/fc，N = 1.25Nv。式中 Ac 为柱截面面积，N 为柱所承受的轴向压力设计值，Nv 为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值，1.25 为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按 (12~14) kN/m² 计算，fc 为混凝土轴心抗压强度设计值。

第31页：柱截面尺寸的构造要求

框架柱的截面宽度和高度均不宜小于 300 mm，圆柱截面直径不宜小于 350 mm，柱截面高宽比不宜大于 3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于 4，或柱的剪跨比宜大于 2。

第32页：梁截面惯性矩的取值

3、梁截面惯性矩：在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的 6 倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于 6 倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。设计中为简化计算，也可按相应公式近似确定梁截面惯性矩 I。

第33页：框架结构的计算单元

4.3.2 框架结构的计算简图 1、计算单元

• 框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。
• 对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。
• 就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由该方向框架承担，不考虑另一方向框架的作用；当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，此时竖向荷载通常由纵、横向框架共同承担。

第34页：框架计算单元示意图

本页图示框架结构的计算单元，展示由空间结构截取平面框架的范围。

第35页：等截面框架的计算简图

2、计算简图——等截面情况

• 梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示。
• 框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外柱的计算高度即为各层层高。
• 对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。
• 对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的 2 倍时，可取至地下室结构的顶板处。

第36页：框架计算简图（等截面）图

本页图示等截面框架的计算简图，标注梁柱轴线、节点与计算跨度、层高的关系。

第37页：变截面框架的计算简图

变截面情况：框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时相同。当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线；各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩，此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。

第38页：框架计算简图（变截面）图

本页图示变截面框架的计算简图，标注上下层柱形心轴不重合时的轴线取法。

第39页：节点刚接的补充说明

3、补充说明：现浇钢筋混凝土框架结构，将梁、柱节点视为刚接。装配整体式框架中的焊接或搭接，并在现场浇筑部分混凝土使节点成为整体的亦可视为刚接节点，但这种节点不如现浇框架的好；在竖向荷载作用下，相应梁端实际负弯矩小于计算值，而跨中实际正弯矩则大于计算值，截面设计时应予以调整。

第40页：框架柱与基础的连接

框架柱与基础的连接亦有刚接和铰接两种：当框架柱与基础现浇为整体且基础具有足够的转动约束作用时，柱与基础的连接应视为刚接，相应的支座为固定支座。对于装配式框架，如果柱插入基础杯口有一定的深度并用细石混凝土与基础浇捣成整体，则柱与基础的连接可视为刚接；如用沥青麻丝填实，则预制柱与基础的连接可视为铰接。

第41页：框架结构上的荷载与楼面活荷载

4.3.3 框架结构上的荷载：竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。

1、楼面活荷载：作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按《荷载规范》取用。《荷载规范》规定的楼面活荷载值是根据大量调查资料所得的等效均布活荷载标准值，且以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载；设计楼板时可以直接取用，设计梁、墙、柱及基础时应按规定乘以相应的折减系数。

第42页：风荷载的计算要点

2、风荷载：当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值按相应公式计算。

1. 基本风压应按《荷载规范》的规定采用。
2. 根据建筑物的形状，按规定取相应的风荷载体型系数。
3. 当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，这时宜考虑风力相互干扰的群体效应。
4. 对高度大于 30 m 且高宽比大于 1.5 的框架结构房屋，应采用风振系数来考虑风压脉动对结构产生顺风向风振影响。

第43页：风荷载体型系数取值

风荷载体型系数

• 圆形平面建筑取 0.8。
• 高宽比 H/B 不大于 4 的矩形、方形、十字形平面建筑取 1.3。
• V 形、Y 形、弧形、双十字形、井字形平面建筑，L 形、槽形和高宽比大于 4 的十字形平面建筑，以及高宽比 H/B 大于 4、长宽比 L/B 不大于 1.5 的矩形、鼓形平面建筑，均取 1.4。
• 正多边形及截三角形平面建筑由相应公式计算。

第44页：风振系数的适用条件

风振系数：对于高度大于 30 m 且高宽比大于 1.5 的框架结构房屋，应采用风振系数来考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。

第45页：竖向荷载作用下内力计算方法

4.4 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算：在竖向荷载作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中如采用手算，可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。

第46页：分层法的计算假定

4.4.1 分层法 1、竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定

1. 不考虑框架结构的侧移对其内力的影响。
2. 每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。

应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。

第47页：分层法的计算要点（一）

2、分层法计算要点

1. 将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱，梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。
2. 除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束；为便于计算均将其处理为固定端，这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数 0.9。

第48页：分层法的计算要点（二）

分层法计算要点（续）

3. 用无侧移框架的计算方法计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。上、下层柱端弯矩相加后将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。
4. 如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时应采用修正后的柱线刚度计算；底层柱和各层梁的传递系数均取 1/2，其他各层柱的传递系数改用 1/3。
5. 在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。

第49页：弯矩二次分配法的思路

4.4.2 弯矩二次分配法

计算假定

假定某一节点的不平衡弯矩只对与该节点相交的各杆件的远端有影响，而对其余杆件的影响忽略不计。

基本思路

先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配并向远端传递（传递系数均取 1/2），再将因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，整个弯矩分配和传递过程即告结束。注意：弯矩分配两次，传递一次。

第50页：弯矩二次分配法的计算步骤

具体计算步骤

1. 根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。
2. 计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。
3. 将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取 1/2）。
4. 将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态，至此整个弯矩分配和传递过程即告结束。
5. 将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。

第51页：4.5小节内容

4.5 水平荷载作用下框架内力和侧移的近似计算

• 4.5.1 水平荷载作用下框架结构的受力及变形特点
• 4.5.2 反弯点法
• 4.5.3 D 值法
• 4.5.4 门架法
• 4.5.5 框架结构侧移的近似计算
• 4.5.6 框架结构的水平位移控制

第52页：水平荷载作用下的受力特点

4.5.1 水平荷载作用下框架结构受力及变形特点

• 框架结构在水平荷载（如风载、水平地震）作用下，一般都可等效为受节点水平力的作用。
• 确定层间剪力在各柱间的分配。
• 确定各柱的反弯点位置。

第53页：反弯点法的基本假定

4.5.2 反弯点法

1、关键问题：确定各柱内的剪力及反弯点的位置；求各柱的柱端弯矩；由节点平衡条件求梁端弯矩及整个框架结构的其他内力。

2、基本假定

1. 假定各柱上下端都不发生角位移，即除底层外各层上、下柱两端转角相同（梁柱刚度比假定为无限大）。
2. 在确定反弯点位置时，假定除底层柱以外各层柱的反弯点位于层高的中点；对于底层柱则假定其反弯点位于距支座 2/3 层高处。
3. 梁端弯矩由节点平衡条件求出，按节点左右梁的线刚度进行分配。
4. 不考虑框架横梁的轴向变形。

第54页：反弯点法的思路

3、反弯点法的思路：先确定反弯点位置，再求反弯点处柱剪力，进而求柱端弯矩，最后由节点平衡求梁端弯矩。

第55页：顶层反弯点以上的隔离体

（1）将顶层反弯点以上部分作为一隔离体加以分析，如图，对其进行受力分析并列出平衡方程。

第56页：顶层隔离体计算图

本页图示顶层反弯点以上部分的隔离体与平衡关系。

第57页：柱的抗侧刚度

柱的抗侧刚度为：按相应公式由柱的线刚度与层高确定。

第58页：第2层柱剪力计算

（2）沿第 2 层各柱的反弯点处取隔离体，如图，第 2 层反弯点处各柱剪力如下式。

第59页：底层柱剪力计算

（3）沿第 1 层各柱的反弯点处取隔离体，如图，第 1 层反弯点处各柱剪力如下式。

第60页：框架弯矩计算

4、框架弯矩计算

（1）各柱弯矩

• A、顶层柱弯矩：M柱顶 = V3j·h/2；M柱底 = V3j·h/2。
• B、第 2 层柱弯矩：M柱顶 = V2j·h/2；M柱底 = V2j·h/2。
• C、底层柱弯矩：M柱顶 = V1j·h/3；M柱底 = V1j·2h/3。

（2）各梁端弯矩：A、顶部边节点 Mb = Mc；一般边节点 Mb = Mc1 + Mc2。

第61页：中节点梁端弯矩的分配

B、中节点：中间节点梁端弯矩可将该节点柱端不平衡弯矩按梁相对线刚度进行分配。

第62页：反弯点法弯矩图与计算步骤

计算得到最终弯矩图如图所示。反弯点法计算步骤：① 确定反弯点位置；② 计算反弯点处剪力；③ 先求柱端弯矩，再由节点弯矩平衡求梁端弯矩。

第63页：反弯点法的缺陷

5、反弯点法的缺陷：适用于梁、柱线刚度之比 ib/ic ≥ 3 的情形。房屋层数较多时，通常柱截面较大，梁柱线刚度之比也就较小，结点转角较大，用反弯点法计算的内力误差较大，应采用 D 值法计算水平荷载下框架的内力。

第64页：D值法的适用范围

4.5.3 D 值法：D 值法为改进后的反弯点法，是对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行修正后计算框架内力的一种方法。D 值法适用于梁柱线刚度比小于 3 的框架结构、高层结构和有抗震要求的框架结构。

第65页：层间剪力在各柱间的分配

1、层间剪力在各柱间的分配：柱端剪力计算公式中，Dij 为框架结构第 i 层第 j 柱的侧向刚度。该式即为层间剪力 Vi 在各柱间的分配公式，适用于整个框架结构同层各柱之间的剪力分配，每根柱分配到的剪力值与其侧向刚度成比例。

第66页：剪力分配示意图

本页图示同层各柱按侧向刚度比例分配层间剪力的关系。

第67页：框架柱的侧向刚度D值

2、框架柱的侧向刚度——D 值（一般规则框架中的柱）：柱的侧向刚度按相应公式计算。

第68页：侧向刚度修正系数αc

式中 αc 称为柱的侧向刚度修正系数，它反映了节点转动降低了柱的侧向刚度，而节点转动的大小取决于梁对节点转动的约束程度，这表明梁线刚度越大，对节点的约束能力越强，节点转动越小，柱的侧向刚度越大。现讨论底层柱的 D 值；同理，当底层柱的下端为铰接时，可得相应表达式。

第69页：各种情况下柱的D值

综上所述，各种情况下柱的侧向刚度 D 值中系数 αc 及梁柱线刚度比按下表所列公式计算。

第70页：柱高不等及有夹层的柱

本页图示柱高不等的柱与夹层柱的计算模型，其 D 值按相应规则计算。

第71页：柱的反弯点高度

3、柱的反弯点高度 yh：柱的反弯点高度 yh 是柱中反弯点至柱下端的距离，其中 y 称为反弯点高度比。在单层框架中，反弯点高度比 y 主要与梁柱线刚度比有关。

第72页：反弯点高度比的计算式

框架各柱的反弯点高度比 y 可用下式表示：y = yn + y1 + y2 + y3。式中 yn 表示标准反弯点高度比；y1 表示上、下层横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值；y2、y3 表示上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值。对于多、高层框架结构，可以认为柱的反弯点位置主要与柱两端的约束刚度有关，影响柱端约束的主要因素除梁柱线刚度比外，还有结构总层数及该柱所在的楼层位置、上层与下层梁线刚度比、上下层高度变化以及作用于框架上的荷载形式等。

第73页：标准反弯点高度比yn

（1）标准反弯点高度比 yn：承受的荷载情况有均布水平荷载、倒三角形分布水平荷载、顶点集中水平荷载。不同荷载作用下框架柱的反弯点高度比主要与梁柱线刚度比、结构总层数以及该柱所在的楼层位置有关。yn 是指规则框架的反弯点高度比，可查课本附表7。

第74页：上下横梁线刚度变化的修正值y1

（2）上、下横梁线刚度变化时反弯点高度比的修正值 y1：按上下横梁线刚度比值查表确定修正值。

第75页：上下层层高变化的修正值y2和y3

（3）上、下层层高变化时反弯点高度比的修正值 y2 和 y3：按上层层高与本层层高之比、下层层高与本层层高之比分别查表确定。

第76页：门架法的思路与基本假定

4.5.4 门架法：门架法是国际上通用的计算框架在水平荷载作用下内力的近似方法。相比较于反弯点法和 D 值法，该方法更为简单，可以在不预知构件线刚度的情况下进行计算。

1、计算思路：与反弯点法、D 值法一样，即确定框架柱反弯点高度、计算反弯点处水平剪力、计算每层柱的柱端弯矩、利用节点弯矩平衡计算梁端弯矩。

2、基本假定：（1）梁柱的反弯点高度处于它们的中点处；（2）柱反弯点的剪力值按各柱承载面积进行分配。

第77页：门架法的计算步骤

3、计算步骤

1. 画出框架结构计算简图，并在各层柱反弯点处标出该层水平总剪力。
2. 求顶层各柱剪力。
3. 计算顶层各柱弯矩：M柱顶 = V3j·h/2，M柱底 = V3j·h/2。
4. 计算顶层各梁弯矩。
5. 计算顶层各梁剪力。
6. 重复以上各步骤，由上至下依次求得各层梁、柱内力。

第78页：框架结构侧移的组成

4.5.5 框架结构侧移的近似计算：水平荷载作用下框架结构的侧移，可以看作由梁、柱弯曲变形引起的侧移和由柱轴向变形引起的侧移的叠加。前者是由水平荷载产生的层间剪力引起的，后者主要是由水平荷载产生的倾覆力矩引起的。框架结构的层间位移与梁、柱的线刚度有关。

第79页：侧移的分布特点

1、梁、柱弯曲变形引起的侧移：层间相对位移为下大上小。2、柱轴向变形引起的侧移：主要由倾覆力矩引起。

第80页：框架结构的水平位移控制

4.5.6 框架结构的水平位移控制：框架结构的侧向刚度过小、水平位移过大将影响正常使用；侧向刚度过大、水平位移过小虽满足使用要求但不经济。因此框架结构的侧向刚度宜合适，一般以使结构满足层间位移限值为宜。我国《高层规程》规定，按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比 Δu/h 宜小于其限值 [Δu/h]，对框架结构取 1/550（h 为层高）。

由于变形验算属正常使用极限状态的验算，计算 Δu 时各作用分项系数均应采用 1.0，混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度；另外，楼层层间最大位移 Δu 以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。

第81页：控制截面及最不利内力

4.6 荷载效应组合及构件设计 4.6.1 荷载效应组合 1、控制截面及最不利内力

• 梁：跨中、支座截面。
• 柱：柱顶、柱底截面。为了简化计算，可采用轴线处内力值。

第82页：各类截面的最不利内力组合

1、控制截面及最不利内力（续）

• 梁跨中截面：+Mmax 及相应的 V（正截面设计）。
• 梁支座截面：－Mmax 及相应的 V（正截面设计）；Vmax 及相应的 M（斜截面设计）。
• 柱截面：+Mmax 及相应的 N、V；－Mmax 及相应的 N、V；Nmax 及相应的 M、V；Nmin 及相应的 M、V；Vmax 及相应的 M、N。

计算柱正截面受压承载力以确定纵向受力钢筋数量，计算斜截面受剪承载力以确定箍筋数量。

第83页：梁端的控制截面

梁端的控制截面：由结构分析所得内力是构件轴线处的内力值，而梁支座截面的最不利位置是柱边缘，设计时应作相应换算。

第84页：荷载的不利布置

2、荷载的不利布置：永久荷载是长期作用于结构上的竖向荷载，活荷载是随机作用的竖向荷载，需确定其位置。布置原则：分层分跨组合法、最不利荷载布置法。

第85页：活荷载最不利布置图

本页图示框架结构活荷载最不利荷载布置法，展示活荷载隔跨布置的方式。

第86页：荷载效应组合公式

3、荷载效应组合：对于高层框架结构，荷载效应组合的设计值应按下式确定。式中分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数：当永久荷载效应起控制作用时应分别取 0.7 和 0.0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取 1.0 和 0.6，或 0.7 和 1.0。

第87页：荷载效应组合（续）

本页继续给出框架结构荷载效应组合的取值说明与最不利组合的选取方式。

第88页：框架梁与框架柱的构件设计

4.6.2 构件设计

1、框架梁

框架梁属于受弯构件，应按正截面受弯承载力计算所需纵筋数量，按斜截面受剪承载力计算所需箍筋数量，并采取相应的构造措施。为避免梁支座处抵抗负弯矩的钢筋过分拥挤，以及在抗震结构中形成梁铰破坏机构增加结构延性，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。

2、框架柱

框架柱一般为偏心受压构件，通常采用对称配筋。柱中纵筋数量应按偏心受压构件的正截面受压承载力计算确定；箍筋数量应按偏心受压构件的斜截面受剪承载力计算。

第89页：强柱弱梁强剪弱弯强节点

4.7 框架结构的构造要求

• 强柱弱梁：设计时应保证在框架结构中塑性铰首先出现在梁的端部，而不是框架柱先破坏（保证框架柱的抗弯能力大于框架梁）。
• 强剪弱弯：设计时应保证框架结构在使用过程中，避免在梁发生弯曲破坏之前发生构件的剪切破坏。
• 强节点弱构件：设计时应保证框架结构中避免节点破坏发生在构件破坏之前。

第90页：框架梁的构造要求

4.7.1 框架梁

1、梁纵向钢筋的构造要求

梁纵向受拉钢筋的数量除按计算确定外，还必须考虑温度、收缩应力所需要的钢筋数量，以防止梁发生脆性破坏和控制裂缝宽度，并满足最小配筋百分率和最大配筋率要求。沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，钢筋直径不应小于 12 mm。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

2、梁箍筋的构造要求

应沿框架梁全长设置箍筋，箍筋的直径、间距及配筋率等要求与一般梁相同。

第91页：框架柱的构造要求

4.7.2 框架柱

1、柱纵向钢筋的构造要求

框架结构受到的水平荷载可能来自正反两个方向，故柱的纵向钢筋宜采用对称配筋。为改善框架柱的延性，保证柱在屈服时有较大的变形能力，要求纵向钢筋的配筋率不小于相应的规定限值。柱纵向钢筋的间距不宜大于 350 mm，净距不应小于 50 mm；柱的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。

2、柱箍筋的构造要求

柱内箍筋形式通常有普通箍筋和复合箍筋两种，当柱每边纵筋多于 3 根时应设置复合箍筋；复合箍筋的周边箍筋应为封闭式，内部箍筋可为矩形封闭箍筋或拉筋；柱箍筋的间距及配箍率应符合相关规定。

第92页：柱子箍筋形式图

本页图示框架柱的箍筋形式，包括普通箍筋与复合箍筋的布置。

第93页：梁柱节点构造

4.7.3 梁柱节点

1）现浇梁柱节点

梁柱节点处于剪压复合受力状态，为保证节点具有足够的受剪承载力、防止节点产生剪切脆性破坏，必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节点内的箍筋除应符合框架柱箍筋的构造要求外，其箍筋间距不宜大于 250 mm；对四边有梁与之相连的节点，可仅沿节点周边设置矩形箍筋。

2）装配整体式梁柱节点

节点设计是这种结构设计的关键环节。设计时应保证节点的整体性，应进行施工阶段和使用阶段的承载力计算；在保证结构整体受力性能的前提下，连接形式力求简单、传力直接、受力明确，应安装方便、误差易于调整，并且安装后能较早承受荷载，以便于上部结构的继续施工。

第94页：钢筋的连接和锚固

4.7.4 钢筋的连接和锚固：本页图示框架结构中钢筋的连接和锚固构造要求。

第95页：基础类型的选择

4.8 框架结构房屋基础：房屋建筑中常用的基础类型有柱下独立基础、条形基础、十字交叉条形基础、筏型基础、箱形基础和桩基础。设计时应根据场地的工程地质和水文地质条件、上部结构的层数和荷载大小、上部结构对地基土不均匀沉降以及倾斜的敏感程度、施工条件等因素，选择合理的基础形式。

第96页：基础类型示意图

本页图示房屋建筑常用的各类基础形式。

第97页：十字交叉基础节点类型

本页图示十字交叉条形基础在柱下的节点类型与构造。

第98页：第四章结束致谢页

感谢聆听，第四章混凝土框架结构内容结束。