框架结构的构造设计
框架结构课程设计(1)
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水平荷载作用下的D值法 六、梁剪力、柱轴力等 同用分层法进行竖向荷载下内力计算，即：
取各梁为隔离体，由平衡关系 求得梁端剪力。
15.81kN 27.39kN 31.77kN 22.33kN
A2
15.81kN
B2
59.16kN
C2
22.33kN
29.01kN 20.89kN
72.36kN 33.11kN 38.67kN
35.53kN 28.83kN
A1
49.9kN
B1
144.14kN
C1
64.36kN
竖向荷载作用下的分层法
框架在竖向荷载作用下的计算简图：
双 向 板
双向板
单
向
板
用分层法进行竖向荷载作用下框架的内力计算。
框架在水平荷载（风载）作用下的计算简图：
视为均匀分布，风压高度变 化系数按框架顶部标高确定。
进一步将均布荷载简化为作 用在梁柱节点上的水平集中力。
框架在水平荷载（风载）作用下的计算简图：
用反弯点法或D值法进行水平荷载作用下框架的内力计算。
梁端截面: M max、 M max、Vmax
跨中截面: M max
M max 及相应的N和V
Nmax及相应的M和V
N min及相应的M和V
六、框架结构的结构构件设计
1、排架柱的计算长度l0（见教材表13-2） 2、框架节点的构造要求
A2 15.81
B2 59.16
C2 22.33
框架结构
框架结构摘要框架结构（frame structure）框架结构是指由梁、柱组成的纯框架结构。
其主要优点是建筑平面布置灵活，能够较大程度地满足建筑使用的要求。
但框架结构的侧移刚度小，水平作用下抵抗变形的能力较差，在强震下结构顶点水平位移与层间相对水平位移都较大。
为了同时满足承载能力和侧移刚度的要求，柱子截面往往很大，很不经济，也减少了使用面积。
所以在地震区的框架结构不宜太高。
目录1特点2抗震构造措施3设计的要点和过程4与框剪结构的区别特点分类房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、钢筋混凝土框架、预应力混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。
受力特点水平方向仍然是楼板，然后楼板应该搭在这个梁上，梁支撑在两边的柱子上，这就把重量递给了柱子，沿着高度方向传到基础的部分，即梁、板、柱构成的承重体系。
框架结构的特点非常突出：所有的墙都不承重跟厂房的承重没有关系，那个承重，是板搭在梁上，梁传给了柱子，墙都是后坐上去的用于其他的轻质材料，墙都不会承重，应用的时候都很灵活，如想要大房间不要墙，就要大房间，不想要大房间，想要小的，就可以在其中用其它的轻质材料来进行房间的划分，房间划分成若干个小房间，因此它的墙不承重，及起着一个划分空间的作用，仅起着一个保温，隔热，隔声的部分。
注意：框架结构：指梁、板、柱的承重体系。
框架建筑的主要优点是空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；同时具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；同时框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期。
框架结构体系的缺点为：①框架节点应力集中显著；②框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；③对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理。
结构设计说明 (3)
结构设计（框架结构）1.结构方案设计①确定抗震设防类别及相应的抗震设防标准。
详见《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223-2008。
②确定结构的抗震等级。
详见《混凝土结构构造手册》（以后简称《构造手册》）第一章。
③初步确定框架柱的截面尺寸。
根据柱子所受的总压力依据轴压比的要求确定框架柱的截面尺寸。
详见《构造手册》第五章。
cc f N A A f N *≥⇒≤轴压比限值轴压比限值 其中：一根柱的受力面积荷载设计值楼层数**=)(n N荷载设计值可取15KN/m 2④初步确定框架梁的截面尺寸。
详见《构造手册》第三、五章。
⑤初步确定板的截面尺寸。
详见《构造手册》第二章。
⑥确定结构平面布置。
根据建筑图的要求，合理布置框架柱（为满足经济性，不可太密），框架柱之间布置框架梁，框架梁上有需要时可布置次梁（板块短跨超过5m ；上面有200mm 以上厚墙时；楼板上开有大洞口时，需设置次梁进行结构补强，如电梯间及楼梯间处的大洞口四周均需要设置次梁）。
⑦确定荷载。
楼面或者屋面的建筑做法自定，可选择相关图集11ZJ001等。
楼屋面恒载=建筑做法重量+楼板自重，楼屋面荷载为面荷载。
梁上的墙体重量需要计算线荷载，且为恒载。
楼屋面活载根据房间功能取值，详见《建筑结构荷载规范》。
具体算法可参见“荷载统计表格”。
注意：楼梯间因为踏板厚度未知，恒载可取10KN/m 2。
结构方案确定后，用探索者绘制成图，具体表达方法详见“结构方案图”。
2.PKPM 电算（2010版）PKPM 软件大家已经在上个学期学习过了，具体操作这里不再累述，下面仅说明特别需要注意的地方。
电算部分包括数据输入、结构计算和结果输出三大部分。
以下是各部分的设计要点及参数设置：2.1 数据输入（PM-CAD）①恒载中结构混凝土板的自重可在“建筑模型与荷载输入”里的“恒活设置”中选取“自动计算现浇楼板自重”选项即可。
②电梯间处的楼板板块采取开洞口的方式设置。
③楼梯间处的楼板板块不采用开洞口的方法，而将此板块厚度设置为0，并为此板块选取面荷载：恒载—10.0kN/m2，活载—3.5kN/m2，这样设置是为了PKPM能够传导楼梯间梯板的荷载到框架梁及框架柱上。
框架结构设计
第5章框架结构设计主要内容：z结构布置z框架结构的计算简图z竖向荷载作用下框架结构内力的简化计算z水平荷载作用下框架结构内力和侧移的简化计算z荷载效应组合和构件设计z框架结构的构造要求重点：z结构布置z框架结构的计算简图及荷载z反弯点法，D值法5.1 结构布置5.1.1 柱网和层高（1）工业建筑柱网尺寸和层高：根据生产工艺要求确定有内廊式和等跨式两种。
内廊式边跨跨度一般为6~8m，中间跨跨度为2~4m；等跨式的跨度一般为6~12m。
柱距通常为6m，层高为3.6m~5.4m。
（2）民用建筑柱网和层高：由使用功能确定小柱网：指一个开间为一个柱距，柱距为3.3m，3.6m，4.0m等；大柱网：指两个开间为一个柱距，柱距为6.0m，6.6m，7.2m等。
说明：①开间、进深、层高要符合模数。
②宾馆建筑多采用三跨框架。
③办公楼常采用三跨内廊式、两跨不等跨或多跨等跨框架5.1.2 框架结构的承重方案（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。
房屋的横向刚度大，在实际结构中应用较多。
（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。
实际结构中应用较少。
（3）纵、横向框架承重纵、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。
5.2 框架结构的计算简图5.2.1 梁、柱截面尺寸 1．梁截面尺寸截面高度h b ：根据梁的计算跨度l b 、荷载大小等确定h b = (1/18~1/10)l b截面宽度b b ： b b = (1/3~1/2)h b ，且不宜小于200mm 。
高宽比（h b /b b ）：不宜大于4（保证梁的侧向稳定性）。
采用扁梁：为了降低楼层高度，b /h 不宜超过3。
采用加腋梁：当梁跨度较大时，为了节省材料和有利于建筑空间。
图5.2.1 加腋梁2．柱截面尺寸柱截面尺寸根据轴压比限值确定。
中柱：cf nf N A ][12)(25.1][25.1N c N c μμ×××==单柱受荷面积 边柱：cN c ][3.1f NA μ=， ][N μ对一级～三级框架分别取0.7，0.8，0.912kN/m 2为单位面积上的重力荷载代表值近似值，n 为楼层数； 1.25，1.3为考虑地震作用组合后柱轴力增大系数。
钢框架结构设计
2、建筑高宽比限值
1.2.2、“抗震规范”（GB 50011－ 2023）旳要求
1、合用高度
高层民用建筑钢构造多种类型旳最大合用高度 应符合规范要求。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地旳钢构造，其高度应合适降低。
2、建筑高宽比限制
第二篇 钢框架旳构造布置 2.1、按照承重方案旳不同划分为三种:
N Mx My f
An xWnx yWny
➢ 强轴平面内稳定：
N
mx M x
ty M y f
x A
xW1 x
(1
0.8
N N 'Ex
)
byW1 y
➢ 弱轴平面内稳定：
N
my M y
tx M x f
yA
yW1 y
(1
0.8
N N ' Ey
)
bxW1 x
截面抗震验算
S R RE
在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生 较大旳剪切变形（图1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”要求，应计入其影响）；对内力旳影响在10% 以内（可不计其影响）。
4.2.2、钢框架构造侧移要求
➢ 框架构造在水平荷载作用下旳变形由总体 剪切变形和总体弯曲变形两部分构成。
➢ 基本假定：
(1)在剪力分配时, 以为梁旳线刚度与柱旳线 刚度之比为无限大,两端无转角;
(2) 拟定各柱旳反弯点位置时,以为除底层外 其他各层柱上下两端旳转角相同;
(3) 不考虑柱旳轴向变形,同一层各节点旳水 平位移相等。
同层柱旳剪力分配
柱旳侧移刚度: 第i层旳总剪力:
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钢结构框架的设计原理与构造要点
钢结构框架的设计原理与构造要点钢结构框架是一种重要的结构形式，广泛应用于建筑工程、桥梁等领域。
其设计原理与构造要点是工程师在进行设计时需要重点考虑的因素。
本文将介绍钢结构框架的基本原理和设计要点。
一、钢结构框架的设计原理1.1 强度与稳定性钢结构框架的设计首先要保证足够的强度和稳定性。
在设计中，要考虑结构的受力情况、材料的强度和稳定性以及荷载等因素，选取合适的截面形状和尺寸，确保结构在各种力作用下能够保持稳定。
1.2 刚度与变形钢结构框架要能够满足一定的刚度要求，并在受力下尽量减小变形。
在设计中，要合理确定构件的截面尺寸和布置，通过采用适当的刚连接来提高结构的整体刚度，同时考虑材料的塑性变形，使得结构在荷载作用下变形较小。
1.3 功能要求钢结构框架的设计需根据实际使用要求，考虑其功能性。
如建筑工程中，需满足室内空间需求，保证结构的稳定性与美观性；桥梁工程中，需考虑通行要求，包括承载能力、抗风、抗震性能等。
二、钢结构框架的构造要点2.1 材料选择钢结构框架的材料选择至关重要。
一般选用高强度钢材，如Q345、Q420等，以满足设计要求。
同时，还需考虑钢材的抗腐蚀性，可以采用防腐涂层或不锈钢材料。
2.2 截面设计钢结构框架的截面设计是决定结构强度和稳定性的关键因素。
截面形状的选择应根据受力情况和结构要求进行合理设计，常见的截面形式有工字形、H形和管状等。
在设计中要考虑构件的弯曲承载能力、抗压能力和抗剪能力等。
2.3 节点连接钢结构框架的节点连接应具备足够的刚度和强度，保证节点的承载能力。
可采用焊接、螺栓连接等方式，具体选择要根据设计要求和现场施工条件来确定。
2.4 防火设计钢结构框架的防火设计是重要的安全要求。
可通过在钢材表面覆盖防火涂层或采用阻燃材料进行包覆等方式来提高结构的防火性能。
2.5 施工工艺与质量控制钢结构框架的施工工艺和质量控制是保证结构质量的关键。
采用先进的施工工艺，严格控制构件的制造和安装质量，确保结构的加工精度和连接质量。
详解框架结构设计原理
详解框架结构设计原理框架结构是多层建筑物最经常使用的结构形式之一，该结构以其传力明确而简捷的特点，被结构发明家所青睐。
主塔的构件受力形式以受弯为主，杆件可以采用各种延性材料，形成钢框架、钢筋混凝土框架、劲性混凝土框架、木框架等多种框架形式。
不论哪一种，其宏观剪应力状况是相同的。
在这里，以钢筋铸铁框架为例，阐述框架结构的各种特点。
框架结构房屋的在结构上组成框架结构的组合成包括梁、板、柱、以及基础。
梁与柱的节点为从刚节点，个别情况下做成半铰节点。
柱的基础多为刚性节点基础，有时做成铰节点。
框架结构属于超静定结构，在力学计算中，通常称之为刚架。
柱基座是框架的主要承重构件、抗侧向力构件，是框架的关键性构件。
框架结构的柱多为矩形，从室内看，一般突出于墙面。
近几年，随着计算技术的发展，也随着入们对于室内空间要求的提高，异型柱逐渐流行，“L”、“T”、“十”状的柱也有使用。
在一些大型建筑中，圆形柱也有采用。
梁梁在框架中起着双重作用，一方面梁承接着板的荷载，并将其传递至柱上所，并进而通过柱联结至基础；另一方面，梁也在协调着柱的内力，与柱共同承担竖向与发展水平荷载，这在框架各种荷载作用下的弯矩与剪上能，可以清楚地看到。
框架与框架之间的梁称为联系梁，理论上联系汪不承担荷载，仅仅连接框架。
实际上，联系梁也要调整框架不均匀的受力光滑作用，促使框架受力愈加均衡。
同时部分联系梁也着板所传来的荷载。
板瓦片板是不仅直接承担垂直荷载的构件，而且对于水平荷载，板所起到的作用也是十分重要的。
板是重要的确保板框架结构空间刚度的构件——板的平面内刚度极大，甚至可以被普遍认为是无穷大，因此可以起到对于各个柱所承担的侧向进行整体协调的作用，还可以有效平衡各个框架之间的受力不均匀。
在楼梯间处，由于没有连续的梁柱，生活空间刚度大大折减，要靠四角的存储空间柱来稳固这一不利空间，因此很多技术人员将楼梯间楼梯间四角的柱设计成相对较大的尺度。
梁与板一般采用钢筋混凝土整体钢筋，才能保证这些空间刚度，环保楼板不能满足要求，因此对于抗震地区，现浇楼板是必须的。
框架结构设计
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 框架结构体系 框架结构布置与计算简图 竖向荷载作用下的近似计算方法－分层法 水平荷载作用下的反弯点法 水平荷载作用下改进的反弯点法－D值法 水平荷载作用下框架结构侧移计算 框架结构内力组合 框架结构设计及构造
4.1 框架结构体系
节点简化
框架节点可以简化为刚接节点、铰接节点和半刚接节点。 现浇钢筋混凝土框架结构——刚接节点 装配式框架结构——铰接节点或半刚接节点 装配整体式框架结构——铰接节点 框架支座 现浇钢筋混凝土——刚接节点 预制柱杯形基础——刚接节点、铰接节点
截面尺寸估算
框架梁截面
梁高：承重 hb=(1/12～1/18) lb；非承重hb=(1/12 ～ 1/16)lb 梁宽：bb=(1/2 ～ 1/3) hb
节点平衡求梁端弯矩
节点平衡柱轴力
Vi1 Vi2
u=1
Vi3
Sum(Fi-n)=Sum(Vij) Vi1/di1=Vi2/di2 =… Vij=Sum(Fi-n) dij / Sum(dij)
d=12i/h2
习题1 试用反弯点法求图所示框架的弯矩图。图中括号内的数值 为该杆的线刚度比值。
37kN D 74kN C 80.7kN B (0.7)
=
0.5 K 2K
同层各柱剪力分配
求得修正后的柱抗侧刚度D后，与反弯点法类似，同层柱 按抗侧刚度分配剪力。
V jk ＝ Dk
D
l 1
m
F
i j
n
i
(4-5-2)
l
式中
V jk －第 j 层第 k 个柱子所承受的剪力；
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框架结构的构造设计
框架结构的构造分为非抗震构造和抗震构造，而抗震构造又与框架结构的抗震等级有关。
框架结构梁柱的有关构造规定在《混凝土结构设计规范》GB500102002、《建筑抗震设计规范》GB500112002、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ32002以及《全国民用建筑工程设计技术措施》结构篇中有非常严格和详尽的表述。
其中有相当多的条款属于强制性条文。
在本节中不作重复，仅对几个有关的概念作如下阐述：
（1）在框架梁的水平加腋：规范规定框架梁柱中心线宜重合，否则应考虑偏心对梁柱节点核心区和结构的不利影响，以及对柱的偏心影响。
非抗震及6至8度抗震设计时，梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱在该方向宽度的1/4，否则可采取水平加腋措施。
（2）抗震结构中，框架梁沿梁全长顶面和底面至少应配置各两根纵向钢筋。
主要是考虑在水平地震作用时，楼面可能无活荷载，而梁端弯矩变号点比有活荷载时向跨中延伸；非抗震时，考虑活荷载不利布置时梁端弯矩变号点也会向跨中延伸。
（3）框架梁不设弯起钢筋，全部剪力由箍筋和混凝土承担。
（4）框架柱轴压比及限值：柱轴压比Nμ指柱考虑地震作用组合的轴力设计值（N）与柱全截面面积（cA）和混凝土轴心抗压强度设计值乘积（cf）的比值：框架结构在抗震设计结构中的柱轴压比限值见表4-12.四级抗震以及非抗震时一般采用1.05.
（5）框架梁、柱节点在非抗震设计和抗震设计时的构造。
式中：al为非抗震时受拉钢筋最小锚固长度。
aEl抗震设计时受拉钢筋最小锚固长度，按下式采用：①一、二级抗震等级：aEl=1.15al②三级抗震等级：aEl=1.05al③四级抗震等级：aEl=1.0al当梁、柱配筋率较高时，顶层端节点处的梁上部钢筋和柱外侧纵向钢筋的搭接也可以沿柱外边设置。
（6）框架梁、柱的纵向受拉钢筋最大、最小配筋率非抗震设计的框架梁，纵向受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.2和45，取二者中的较大值，最大配筋率按相对受压界限值确定（详见《混凝土结构设计原理》相关章节）。
抗震设计的框架梁，梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率为2.5%，最小配筋率按抗震等级分别取值。
框架柱的全截面全部纵向钢筋的配筋率在非抗震时不应大于6%，抗震设计时不应大于5%；最小配筋率按表4-14采用，且柱每一侧的纵向钢筋配筋率不应小于0.2%.
（7）柱的体积配筋率vρ是指单位体积核心区混凝土内所含箍筋的比例。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
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