高层建筑结构-框架结构设计
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高层建筑结构-框架结构设计
2框架结构设计应注意的几个问题
框架结构的适用范围 单跨框架的规定 框架结构砌体填充墙 混合承重 框架结构与框架-剪力墙结构的选择
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构的适用范围
非抗震设计时的多层及高层建筑 抗震设计时的多层及小高层建筑（7度区以下） 高烈度区不宜采用纯框架结构 一般8度区高度超过20m采用框架结构不经济，因此6层 以上的建筑结构宜采用框架-剪力墙结构或壁式框架
框架结构设计
高层建筑结构-框架结构设计
1 框架结构的受力特点
一般情况下，框架底部柱M、N、V最大，往上逐渐减小，底部 柱多属于小偏心受压构件，顶部几层可能为大偏心受压构件。
当荷载条件大致相同时，各层框架梁M、V较为接近，变化不大。
框架结构的水平侧移由两部分组成： ➢剪切变形：这是由框架整体受剪，梁柱杆件发生弯曲变形 而产生的水平位移，一般底层层间变形最大，向上逐渐减小。 ➢弯曲变形：这是由框架在抵抗倾覆弯矩时发生的整体弯曲， 由柱子的拉伸和压缩而产生的水平位移。 ➢当框架结构高宽比不大于4时，框架水平侧移中弯曲变形部 分所占比例很小，位移曲线一般呈剪切型。
高层建筑结构-框架结构设计
混合承重
《高层规程》规定，框架结构按抗震设计时，不应部 分采用由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼、 电梯间及局部突出屋顶的倒塌机房、楼梯间、水箱间 等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构与框架-剪力墙结构的选择
《高层规程》规定，抗震设计的框架结构中，当仅布置少 量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算时应考虑剪力墙与 框架的协同工作。如楼、电梯间位置较偏而产生较大的刚 度偏心时，宜将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配 置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用，并宜增加与 剪力墙相连的柱子配筋。
V3 j
D3 j
3
F3
D3 j
j1
…3-17 …3-18
高层建筑结构-框架结构设计
第二层
各柱的剪力为：
V2 j
D2 j
3
F3 F2
D2 j
j1
…3-19
高层建筑结构-框架结构设计
第一层
各柱的剪力为：
V1j
D1j
3
F3 F2 F1
D1j
j1
…3-20
高层建筑结构-框架结构设计
高层建筑结构-框架结构设计
单跨框架的规定
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。因为单跨框架 的耗能能力较弱，超静定次数少，一旦柱子出现塑性铰 （在强震时不可避免），出现连续倒塌的可能性很大。
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构砌体填充墙
《高层规程》规定，框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻 质墙体。抗震设计时，框架结构如采用砌体填充墙，其 布置应符合下列要求： 1 避免形成上下层刚度变化过大 2 避免形成短柱 3 减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。
高层建筑结构-框架结构设计
1竖向荷载作用下的框架结构内力计算
分层法 基本假定 ➢ 忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；
➢ 每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、 下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱 上产生内力。
高层建筑结构-框架结构设计
根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干 个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近 似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环 2次。
EIci—— 第i根柱的刚度； hi —— 第i根柱的柱高。
高层建筑结构-框架结构设计
以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作 用下框架的内力。 顶层
X 0 V31V32V33 F3
V31 D31Δ3 V32 D32Δ3 V33 D33Δ3
3
D3
1
F3 D32
D3
3
F3
3
D31
j1
因此各柱的剪力为：
传递系数修正
高层建筑结构-框架结构设计
➢ 分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯 矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加； ➢ 在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。
i'k
1 2
' ik
1 2
iik iik
(i)
…3-9
高层建筑结构-框架结构设计
基本步骤： ➢ 将框架分层 ➢ 将除底层柱之外的所有层柱的线刚度均乘以0.9; ➢ 分层后的简单框架可用弯矩分配法计算。用不来将，
高层建筑结构-框架结构设计
3框架结构计算简图的确定 计算单元的选取
计算单元选取
高层建筑结构-框架结构设计
计算简图
l01
l02
实际结构
计算简图
高层建筑结构-框架结构设计
Βιβλιοθήκη Baidu
4 框架结构的内力计算
竖向荷载作用下的框架结构内力计算 ➢分层法 ➢弯矩二次分配法
水平荷载作用下的框架结构内力计算 ➢反弯点法 ➢D值法
平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数仍 为1/2； ➢ 进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）；
高层建筑结构-框架结构设计
水平荷载作用下的框架结构内力计算 反弯点法
➢ 适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构； ➢ 常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用
下的弯矩值。
高层建筑结构-框架结构设计
（1）反弯点位置 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以
EI梁=∞为前题）。
反弯点位置图
高层建筑结构-框架结构设计
（2）反弯点处的剪力计算 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的
抗侧移刚度为：
Di 6EIci hi2
Di
12EIci hi3
…3-16
Di 12EcIi hi3 6EIci hi2
每一节点经过二次分配就足够了； ➢ 采用弯矩分配法的计算过程中，柱传递系数取1/3，
但对底层仍取1/2； ➢ 梁的弯矩为最后弯矩，柱的弯矩为上下层取代数和； ➢ 若节点处不平衡弯矩较大，在分配一次。
高层建筑结构-框架结构设计
弯矩二次分配法
➢ 首先计算框架各构件的刚度和分配系数； ➢ 计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩； ➢ 计算框架各节点的不平衡弯矩，并将每一节点的不
分层法计算示意图
高层建筑结构-框架结构设计
注意事项： ➢ 由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计 算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱 外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。
线刚度修正
高层建筑结构-框架结构设计
➢ 考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因 此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯 矩传递系数取1/3；
2框架结构设计应注意的几个问题
框架结构的适用范围 单跨框架的规定 框架结构砌体填充墙 混合承重 框架结构与框架-剪力墙结构的选择
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构的适用范围
非抗震设计时的多层及高层建筑 抗震设计时的多层及小高层建筑（7度区以下） 高烈度区不宜采用纯框架结构 一般8度区高度超过20m采用框架结构不经济，因此6层 以上的建筑结构宜采用框架-剪力墙结构或壁式框架
框架结构设计
高层建筑结构-框架结构设计
1 框架结构的受力特点
一般情况下，框架底部柱M、N、V最大，往上逐渐减小，底部 柱多属于小偏心受压构件，顶部几层可能为大偏心受压构件。
当荷载条件大致相同时，各层框架梁M、V较为接近，变化不大。
框架结构的水平侧移由两部分组成： ➢剪切变形：这是由框架整体受剪，梁柱杆件发生弯曲变形 而产生的水平位移，一般底层层间变形最大，向上逐渐减小。 ➢弯曲变形：这是由框架在抵抗倾覆弯矩时发生的整体弯曲， 由柱子的拉伸和压缩而产生的水平位移。 ➢当框架结构高宽比不大于4时，框架水平侧移中弯曲变形部 分所占比例很小，位移曲线一般呈剪切型。
高层建筑结构-框架结构设计
混合承重
《高层规程》规定，框架结构按抗震设计时，不应部 分采用由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼、 电梯间及局部突出屋顶的倒塌机房、楼梯间、水箱间 等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构与框架-剪力墙结构的选择
《高层规程》规定，抗震设计的框架结构中，当仅布置少 量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算时应考虑剪力墙与 框架的协同工作。如楼、电梯间位置较偏而产生较大的刚 度偏心时，宜将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配 置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用，并宜增加与 剪力墙相连的柱子配筋。
V3 j
D3 j
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D3 j
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高层建筑结构-框架结构设计
第二层
各柱的剪力为：
V2 j
D2 j
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F3 F2
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高层建筑结构-框架结构设计
第一层
各柱的剪力为：
V1j
D1j
3
F3 F2 F1
D1j
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…3-20
高层建筑结构-框架结构设计
高层建筑结构-框架结构设计
单跨框架的规定
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。因为单跨框架 的耗能能力较弱，超静定次数少，一旦柱子出现塑性铰 （在强震时不可避免），出现连续倒塌的可能性很大。
高层建筑结构-框架结构设计
框架结构砌体填充墙
《高层规程》规定，框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻 质墙体。抗震设计时，框架结构如采用砌体填充墙，其 布置应符合下列要求： 1 避免形成上下层刚度变化过大 2 避免形成短柱 3 减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。
高层建筑结构-框架结构设计
1竖向荷载作用下的框架结构内力计算
分层法 基本假定 ➢ 忽略垂直荷载作用下框架结构的侧移；
➢ 每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、 下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱 上产生内力。
高层建筑结构-框架结构设计
根据以上假定，多、高层框架可分层作为若干 个彼此互不关连的且柱端为完全固定的简单刚架近 似计算。简单刚架可用弯矩分配法计算，一般循环 2次。
EIci—— 第i根柱的刚度； hi —— 第i根柱的柱高。
高层建筑结构-框架结构设计
以三层框架为例，用反弯点法计算水平荷载作 用下框架的内力。 顶层
X 0 V31V32V33 F3
V31 D31Δ3 V32 D32Δ3 V33 D33Δ3
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因此各柱的剪力为：
传递系数修正
高层建筑结构-框架结构设计
➢ 分层法计算的各梁弯矩为最终弯矩，各柱的最终弯 矩为与各柱相连的两层计算弯矩叠加； ➢ 在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度。
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(i)
…3-9
高层建筑结构-框架结构设计
基本步骤： ➢ 将框架分层 ➢ 将除底层柱之外的所有层柱的线刚度均乘以0.9; ➢ 分层后的简单框架可用弯矩分配法计算。用不来将，
高层建筑结构-框架结构设计
3框架结构计算简图的确定 计算单元的选取
计算单元选取
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计算简图
l01
l02
实际结构
计算简图
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4 框架结构的内力计算
竖向荷载作用下的框架结构内力计算 ➢分层法 ➢弯矩二次分配法
水平荷载作用下的框架结构内力计算 ➢反弯点法 ➢D值法
平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数仍 为1/2； ➢ 进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）；
高层建筑结构-框架结构设计
水平荷载作用下的框架结构内力计算 反弯点法
➢ 适用于梁柱线刚度比不小于3的框架结构； ➢ 常用于在初步设计中估算梁和柱在水平荷载作用
下的弯矩值。
高层建筑结构-框架结构设计
（1）反弯点位置 弯矩为零的点（反弯点）的位置按下图取值（以
EI梁=∞为前题）。
反弯点位置图
高层建筑结构-框架结构设计
（2）反弯点处的剪力计算 柱的剪力按同层柱的抗侧移刚度之比分配。柱的
抗侧移刚度为：
Di 6EIci hi2
Di
12EIci hi3
…3-16
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每一节点经过二次分配就足够了； ➢ 采用弯矩分配法的计算过程中，柱传递系数取1/3，
但对底层仍取1/2； ➢ 梁的弯矩为最后弯矩，柱的弯矩为上下层取代数和； ➢ 若节点处不平衡弯矩较大，在分配一次。
高层建筑结构-框架结构设计
弯矩二次分配法
➢ 首先计算框架各构件的刚度和分配系数； ➢ 计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固端弯矩； ➢ 计算框架各节点的不平衡弯矩，并将每一节点的不
分层法计算示意图
高层建筑结构-框架结构设计
注意事项： ➢ 由于除底层外上层各柱的柱端实际为弹性固定，计 算简图中假定为完全嵌固，为减少计算误差，除底层柱 外，上层各柱的线刚度乘以0.9的修正系数。
线刚度修正
高层建筑结构-框架结构设计
➢ 考虑除支座外，框架各节点为弹性固定，因 此底层柱的弯矩传递系数取1/2，其他各层柱的弯 矩传递系数取1/3；