§13.1 框架结构的分类和布置
第十三章 多层框架结构
13.1 结构体系及布置
3 框架结构的布置
沉降缝的设置 主要与基础受到的上部荷载及场地地质条件有 关。当上部荷载差异较大，则应设沉降缝；沉降缝可利用挑梁或 搁置预制板、梁等方法做成。 伸缩缝与沉降缝的宽度一般大于55mm。 防震缝的设置 主要与建筑平面形状、高差、刚度、质量分布 等因素有关。设置防震缝后，应使各结构单元简单规则，刚度和 质量分布均匀，以避免地震作用下的扭转效应。 为避免各单元之间互相碰撞，防震缝宽度不得小于70mm，同 时对于框架结构房屋，当高度超过15m时，6度、7度、8度和9度 相应每增加高度5m、4m、3m和2m，防震缝宽度宜加宽20mm。
6框架结构最不利内力组合5222最不利荷载位置法最不利荷载位置法为求某一截面的最不利内力可以根据影响线方法直接确为求某一截面的最不利内力可以根据影响线方法直接确定产生此最不利内力的活荷载布置其详细过程见定产生此最不利内力的活荷载布置其详细过程见图由由图图可见只要对整个框架进行两次棋盘形活荷载布置便可见只要对整个框架进行两次棋盘形活荷载布置便可以求得整个框架中所有梁的可以求得整个框架中所有梁的跨中最大正弯矩跨中最大正弯矩
13.1 结构体系及布置
3 框架结构的布置
1）框架结构布置的原则 ①柱网应规则、整齐、间距合理，传力体系合理；减少开间、 进深的类型。 柱网尺寸指的是建筑的 开间和进深（或称跨 度）。框架结构柱网平 面布置多采用跨度组合 式，也采用内廊式。(a)、 (b)、(d)为典型的跨度组 合式, (e)为典型的内廊 式。
13.1 结构体系及布置
3 框架结构的布置
3)承重框架的布置 （2）纵向框架承重方案(图13-2b) 这种框架特点是楼板（预制板）放在纵向框架梁上，房屋 的横向布置连系梁。当为大开间柱网时可考虑采用此方案。 采用该方案时，横向连系梁必须与柱子刚接，且截面不能 太小，以保证房屋横向刚度。由于在横向仅设置截面高度较 小的连系梁，有利于楼层净高的有效利用，可设置较多的架 空管道，适用于工业厂房。该方案的缺点是横向刚度差，进 深尺寸受到限制。
工学多层框架结构房屋
• 装配整体式框架：梁、柱、板预制，构件就位后，焊接 或绑扎节点区钢筋，浇筑节点区混凝土，形成整体结构。 兼具上述两种框架结构优点，但是，其节点区现场混凝 土施工复杂。
• 另外，有一段时间用到梁柱现浇、预制板式框架结构， 有人称之为半现浇、半整体式结构。
13.1.2 框架结构的布置
按照承重方案的不同划分为三种: 横向承重、纵 向承重和纵横向双向承重。
利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上
钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距（m)
环境条件 框架类别
装配式 现浇式
室内或土中
75 55
露天
50 35
图 沉降缝做法
(a) 设挑梁（板）；(b) 设预制板（梁）
• 伸缩缝的设置主要与结构长度相关。当结构的长度超过规范规定 的容许值时，应验算温度应力并采取相应的构造措施。
• 9、框架结构设计中值得注意的问题
•
复杂平面：扭转问题、应力集中
•
沿高度侧向刚度突变
•
避免错层与夹层
•
梁柱及节点的抗震细部构造
•
设变形缝(三缝的设置）
•
三维地震作用的组合
一、结构的形式和布置
1. 结构形式布置
框架结构综述精品PPT课件
1/2 1/2
1/2
1/2
1/2
3. 将各杆端弯矩叠加并绘弯矩图 及不平衡力矩计算
不平衡力矩再次分配后： -4.430-1.149×0.668=-5.198
再作一次弯矩分配，但不再传递
不平衡力矩再次分配后： 5.579-1.149×0.332=5.198
对杆端而言，弯矩以顺时针为正，反之为负。
三、框架内力分析-水平荷载作用
M
A
1 12
ql
2
M
B
1 12
ql
2
反符号分配：
12.1880.3328.142
1/2
1/2
1/2
1/2
(1.1 28 4.8 07 6.1 79 2.5 9)306 .472
1/3
3.081
1/3
1/3
对结点而言，则以逆时针为正，反之为负。
1/3
底 层 计 算 过 程：
1/2 1/2
1/3
1/3
第 13 章 多层框架结构
主要内容：
结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算
荷载效应组合和构件设计 框架结构的构造要求
重点：
结构组成和结构布置
框架结构的计算简图及荷载 分层法、反弯点法，Ｄ值法
13.1 多层框架结构组成及布置
度之比无限大，各柱上下两端均不发生角位移，或转角近 似为0； （2）确定各柱的反弯点位置时，认为除底层柱以外的其余各 层柱反弯点位于层高的中点； （3）不考虑梁的轴线变形，同一层各节点的水平位移相等。
当梁的线刚度比柱的线刚度大很多时（例如ib/ic>3）， 梁柱节点的转角很小。否则，该方法误差较大。
框架结构设计
总 体 弯 曲 变 形
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• 13.4.1由框架梁柱弯曲变形引起的位移
j Vj
D
i 1
m
ji
•13.4.2由轴线变形引起的位移Δ
• 在确定框架的计算简图时，梁的跨度取柱轴线之间的距离；底层
的层高从基础顶面算起倒二层板底的距离，其余各层的层高取相 邻两层楼盖板底倒板底的距离。
• 13.1.3.3构件截面抗弯刚度的确定
• 计算框架梁截面惯性矩I时应考虑楼板的影响。 • 对现浇楼盖梁，中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0.。
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建筑结构
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第十三章 框架结构设计
• 13.1框架的结构形式和布置原则
• 13.1.1框架结构的组成特点
横向框架承重
纵向框架承重
纵横向混合承重（预制板、现浇板）
纵横向混合承重（井式楼盖）
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• 13.1.2.2竖向布置
• 框架结构竖向布置是指确定结构沿竖向的变化情况，在满足建筑
功能要求的同时，应尽可能使其规则简单。
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多层框架结构解析
Sn
三、荷载
竖向荷载 水平荷载
自重 楼面活荷载 风荷载 地震作用
楼面竖向荷载
对于单向板则仅短跨方向的梁承受均布荷载； 对于双向板，短跨方向梁承受三角形分布荷载， 长跨方向梁承受梯形分布荷载； 如果存在次梁，框架梁承受次梁传来的集中荷载。
水平荷载简化为节点荷载
一、基本假定 框架没有侧移 每一层框架梁上的竖向荷载只对
2、当杆件两端发生单位侧移时，杆件内的剪力称为抗侧刚度，
用 D 表示。如果杆件两端没有转角，杆件内的剪力为：
VAB
M AB
M BA h
12i h2
u AB
抗侧刚度 D
为：
D
12ic h2
对于j层第k柱，其侧移为 u jk ，相应的剪力可表示为 V jk D jk u jk （物理条件）
3、根据平衡条件、几何条件和物理条件，若层高相同，可求得
一端固定一端弹簧铰
0.9 4i
1/ 3
多层框架在各层竖向荷载同时作用下的内力，可以分解 为一系列开口框架进行计算
因实际上柱端是有转角的，所以：除底层柱子外，其 余各层柱的线刚度乘以0.9的折减系数，弯矩传递系数 取为1/3。
。。
三、计算方法
梁柱弯矩
1、用弯矩分配法计算各开口框架的内力； 2、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
横向框架
二、结构形式、轴线尺寸及截面特征
h4
•结构形式：梁柱刚接，柱固接于基础 h3
顶面。
h2
h1
•轴线尺寸
l1
l2
l3
跨度：等截面柱，截面形心线；变截面柱，较小部分截面形心。
层高：横梁形心线（也可取楼板顶面）
建筑结构第13章 多层框架结构
框架结构平面布置
13.1 多高层建筑结构体系简介
13.1.2 多高层建筑的结构体系
2. 剪力墙结构体系
剪力墙结构是由一系列横向和纵向的剪力墙体组成的受力体系，剪力墙体一 般采用钢筋混凝土现浇施工。因而剪力墙结构的整体性好、刚度大、承载力高， 尤其在水平力作用下的侧向变形较小、加之抗震性能好，是高层建筑中常见的一 种结构形式。但剪力墙结构受楼板等构件跨度的限制，剪力墙的间距一般为3～8m， 因而多用于高层小空间房屋，如高层和小高层住宅、高层旅馆建筑等，为满足公 共建筑大空间的使用要求，工程中也有用底层框架替代剪力墙，以获得底层大空 间的剪力墙结构体系，但这样组合的结构体系一般具有下柔上刚的特点，对房屋 抗震极为不利。
13.1 多高层建筑结构体系简介
13.1.2 多高层建筑的结构体系
4. 筒体结构体系 筒体结构体系是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建 筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙组成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架 围成的框筒等。筒体结构是一种空间受力性能较好的结构体系，它比框架 结构或剪力 闭箱形悬臂构件，具有良好的抗弯抗扭性能，因而适应于更大高度的建筑 物。
13.2 多层框架的结构布置
13.2.1 多层框架结构的组成
多层框架由横梁和立柱组成。梁柱交接处的框架节点通常为刚接， 有时也将部分节点做成铰接或半铰接。柱底一般为固定支座，必要时也 设计成铰支座。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完 全相同；有时因工艺和使用要求，也可以做成在某层缺柱或某跨缺梁的 形式。
第13章 多层框架结构
13.1 多高层建筑结构体系简介
13.1.1 多高层建筑结构的概念
目前，世界各国对多层和高层建筑的划分标准尚不统一。我国《高层 建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定：10层及10层以上或房屋 高度大于28m的建筑物，称为高层建筑；9层及9层以下或房屋高度不超过 28m的建筑物，称为多层建筑。 随着社会生产力的发展和建筑科学技术的进步以及人们生活水平的提 高，高层建筑迅速发展。高层建筑具有节约用地、减少市政基础设施投资、 美化城市环境等优点。但随着建筑物高度增加，结构在水平力作用下的内 力与侧移增大，工程造价提高，对建筑科学与技术水平的要求也越来越高。 我国上海于1998年建成的金茂大厦，建筑面积28.7万m2，88层，总高 度412.5m，3～50层为办公室，53～85层为五星级酒店，88层为公众的观 光层。此结构系筒体结构，建筑平面尺寸53.4m×53.4m，内筒27m×27m。 辅楼有商场、会展中心、会议中心等。这幢具有强烈时代感和地方特色的 塔式建筑，已成为上海浦东金融贸易区的重要标志建筑之一。
建筑结构选型之框架结构体系
目录
• 框架结构的定义与特点 • 框架结构的类型与分类 • 框架结构的优缺点分析 • 框架结构的选型依据 • 框架结构的抗震性能分析 • 框架结构的工程实例
01 框架结构的定义与特点
定义
01
框架结构是指由梁和柱以刚接或 铰接相连接而成构成承重体系的 结构形式。
02
框架结构的梁和柱可以是方形、 矩形、三角形、圆形或其他形状 ，但必须满足结构稳定性要求。
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建筑外观
框架结构的梁和柱通常暴露在外 ，适合设计现代化的外观，满足 建筑美学要求。
地质条件
地基承载力
框架结构的自重较轻，对地基承载力 要求较低，适用于地质条件较差的地 区。
抗震性能
框架结构的抗震性能较好，适用于地 震多发区的建筑。
施工条件
施工队伍技术水平
框架结构的施工需要一定的技术水平，适合技术水平较高的 施工队伍。
混凝土框架
以混凝土为主要受力构件， 适用于高层、大跨度、大 荷载的建筑。
不同类型框架结构的比较
木框架
轻便、灵活，但承载能力 较低，易受腐蚀和虫蛀。
钢框架
承载能力强，自重轻，但 易受腐蚀，需要定期维护。
混凝土框架
承载能力强，耐久性好， 但自重大，施工周期长。
03 框架结构的优缺点分析
优点
灵活性高
框架结构适用于地震区的建筑，能够满足 抗震要求。
适用于工业厂房和仓库
适用于地质条件较为稳定的地区
框架结构适用于工业厂房和仓库等需要大 空间的建筑。
框架结构适用于地质条件较为稳定的地区 ，对地基要求较高。
04 框架结构的选型依据
框架结构体系
• （２）刚度方面：随着房屋高度的增加，在水平荷载作用下， 框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。
• 要满足强度和刚度的要求，就必须增大构件的截面尺寸，太 大不经济，甚至不合理。
等跨式柱网：常用跨度为6米、7.5米、9米、12米 开间方向柱距：6m
适用范围：厂房、仓库、商店
对称不等跨式柱网
框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合
一、框架带悬挑与建筑艺术的有效结合
底层收进：立面效果 底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩
连续梁端部适当悬 挑有利于减少跨中 弯矩
•框架两端纵横两向 同时悬挑 •外形对称减少侧移 •角柱受力合理 •建筑造型合理协调
框架梁的截面形式： 1.矩形——一般情况 2.T型\L型——楼板为现浇（楼板的一部分作为框架梁的翼缘） 3.十字形\花篮形——预制板楼盖，为减少楼盖结构高度，增加建筑净空 框架柱的截面形式： 1.矩形、正方形——一般情况 2.圆形、多边形——设计要求
框架结构的特点、优点和分类
一、特点 １受力特点 ２框架结构的变形特征 二、框架结构的优缺点 三、适用范围
越简单规则整齐对结构越有利，经济效果越好 建筑艺术的效果：周边复杂的形式 在复杂的建筑平面上力求简单的框架柱网布置
框架结构的受力特点
一、框架结构的受力特点 • 框架结构是由梁和柱相互刚接而成的,框架的承
载能力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节 点刚度。
1.竖向荷载
框架层数的增加而框架的变形和弯矩没有显著的变化 框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系
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第13章多层框架结构房屋
学习目标
（1）掌握框架结构的布置与计算简图、内力组合；
（2）理解框架在水平和竖向荷载作用下的内力计算，框架结构的侧移计算；
（3）了解框架结构的构造要求。
§13.1 框架结构的分类和布置
一、框架结构分类
钢筋混凝土框架结构按施工方法不同可分为现浇整体式、装配式和装配整体式等。
二、框架结构布置
1.框架结构布置的原则
（1）结构平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。
（2）尽量统一柱网及层高，减少构件种类规格，简化设计及施工。
（3）提高结构总体刚度，以减小水平荷载作用下的侧移，非地震区房屋高宽比一般不宜超过5。
（4）应考虑地基不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等影响。
①对于装配式框架，当房屋长度超过75 m；现浇整体式框架，房屋长度超过55 m时，应设置伸缩缝，将房屋划分为两段或若干段，缝宽不小于50 mm。
②当同一建筑物中，因基础类型、埋深不一致或土层变化很大，以及房屋层数、荷载相差悬
殊时，应设沉降缝将相邻部分分开，沉降缝不但应贯通上部结构，而且应贯通基础本身，缝宽应大于100 mm。
2.柱网与层高
框架结构的柱网尺寸，即平面框架的柱距（开间）与跨度（进深），主要由生产工艺、使用要求决定，并应符合一定的模数要求。
其原则是力求做到柱网平面简单规则，有利于装配化、定型化和施工工业化。
3.框架的布置
可把空间框架结构看成纵横两个方面的平面框架，平行于建筑物短轴（宽度）方向的框架称为横向框架，平行于建筑物长轴（长度）方向的框架称为纵向框架，横向框架和纵向框架是基本的承重结构。
（1）横向框架承重方案
在这种布置方案中，框架承重梁沿房屋横向布置，连系梁沿纵向布置。
一般房屋长向柱列的柱数较多，无论是强度还是刚度都比宽度方向强一些，而房屋的横向（宽度方向）相对较弱，采用横向框架承重增大了房屋在横向的抗侧移刚度，室内的采光和通风较好，因而，常被广泛选用。
（2）纵向框架承重方案
在这种布置方案中，框架承重梁沿房屋纵向布置，连系梁沿横向布置。
由于横向连系梁截面高度较小，有利于楼层净高的有效利用以及设备管线的穿行；当地基土的物理力学性能在房屋纵向有明显差异时，可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降。
但纵向框架承重房屋横向刚度较差，进深尺寸受预制板长度的限制，一般民用建筑很少采用这种结构方案。
（3）纵、横向框架混合承重方案
在这种布置方案中，框架承重梁沿房屋的横向和纵向布置，房屋在两个方向上均有较大的抗侧移刚度，具有较大的抗水平力的能力，整体工作性能好，这种布置方案一般采用现浇整体式框架，用于柱网呈方形或接近方形的大面积房屋中，如仓库、购物中心、厂房等建筑。
三、框架梁、柱截面尺寸及材料强度
1.框架梁柱截面形式及尺寸
（1）框架梁
T形和倒L形。
在装配式框架中可采用矩形、T形、梯形和花篮形。
框架梁截面尺寸可参考受弯构件初步确定，主要承重框架梁按“主梁”估算截面，一般取梁高h =（1/8～1/12 ）l，当楼面上有较重设备或活荷载较大时（如工业厂房）， h =（1/7～1/10 ）l，式中l为梁的跨度。
非主要承重框架梁可按“次梁”要求选择截面尺寸，一般取梁高h = （1/12～1/18 ）l，截面宽度b = （1/2～1/3）h，且不应小于200 mm ，一般梁的截面宽度取50 mm的倍数，梁的截面高度取100 mm的倍数。
梁的混凝土强度等级不宜低于C20 ，预制梁可提高到C30～C50。
（2）框架柱
柱子的截面形式一般采用正方形或矩形，由于建筑要求，也可设计成圆形、正多边形等。
柱子截面尺寸的确定方法，一般是根据柱的轴向压力设计值估算。
按非抗震设计时： N/Afc≤（0.9～0.95）
式中 A ———柱的截面面积；
fc ———混凝土轴心抗压强度设计值；
N———柱的轴向压力设计值，可按该柱受荷面积大小，根据竖向荷载的经验数据估算。
一般柱截面宽度取50 mm的倍数，柱截面高度取100 mm的倍数。
根据经验，框架柱截面不能太小，一般取h≥400 mm， b≥350 mm ，且柱净高与截面长边之比宜大于4。
柱子所用的混凝土不宜低于C20 ，高层框架结构低层受力很大，为减小柱截面尺寸，提高柱子承载能力，往往对低层逐渐提高混凝土强度等级至C30 ， C40以至C50。
§13.2 框架结构的计算简图
一、计算单元的确定
将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。
横向平面框架可以选取一个有代表性的典型区段作为计算单元。
纵向平面框架的计算单元常有中列柱和边列柱的区别，中列柱纵向框架的计算宽度可取为两侧跨距的一半，边列柱纵向框架的计算宽度可取为一侧跨距的一半。
二、节点的简化
按平面框架进行结构分析时，框架节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰接节点。
现浇框架结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，应简化为刚接节点。
而装配式框架结构的节点可简化成铰接节点或半铰接节点。
装配整体式框架结构中，梁（柱）中的钢筋在节点处或为焊接或为搭接，并将现场浇筑部分混凝土，节点左右梁端可有效地传递弯矩，因此可认为是刚接节点，当然这种节点的刚性不如现浇式框架好。
框架支座可分为固定支座和铰支座。
当为现浇钢筋混凝土柱时，一般按固定支座考虑；当为预制柱杯形基础时，则应视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。
三、跨度与层高的确定
框架的层高即框架柱的长度可取相应的建筑层高，但底层的层高则应取基础顶面到一层楼盖顶面之间的距离，当基础标高未能确定时，可近似取底层的层高加1.0m。
对于倾斜的或折线形横梁，当其坡度小于1/ 8时，可简化为水平直杆。
对于不等跨框架，当各跨跨
度相差不大于10%时，可简化为等跨框架，简化后的跨度取原框架各跨跨度的平均值。
四、框架梁、柱的截面惯性矩
框架梁截面惯性矩的计算，应考虑楼板与梁的共同作用，并按下列取值计算：
（1）现浇整体式框架
中框架梁（为T形截面梁）： Ib=2I0边框架梁（为倒L形截面梁）： Ib =1.5I0
式中 Ib ———框架梁截面惯性矩；
I0———按矩形截面梁计算的截面惯性矩。
（2）装配整体式框架
中框架梁：Ib=1.5 I0边框架梁：Ib=1.2 I0
五、荷载计算
作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。
竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载，一般为分布荷载，有时也有集中荷载。
水平荷载包括风荷载和水平地震作用，一般可简化成作用于框架节点的水平集中力。
【例13.1】某校教学楼为五层现浇框架结构，柱网尺寸为（6.80 + 3.00 + 6.80） m ×3.60 m，层高为3.90 m，楼盖为预制空心板，横向框架承重，无抗震设防要求，图13.8为结构平面布置
图。
要求：（1）确定梁柱截面尺寸及刚度计算；（2）进行横向框架的荷载计算（取中部框架一榀）。
【解】：
1.框架计算简图及梁柱截面估算
（1）计算简图
（2）框架梁、柱截面估算
（3）梁、柱刚度计算
2. 荷载计算
（1）屋盖梁荷载
①屋盖荷载标准值
②屋盖梁自重（包括梁侧粉刷）
③屋盖梁的线荷载
（2）标准层楼盖梁荷载
①楼盖荷载标准值
②楼盖梁自重与屋盖梁相同
③楼盖梁线荷载
（3）风荷载计算。