钢筋混凝土第十三章多层框架结构.doc

第十二章 多层框架结构
一、填空题：
1、常用的多、高层建筑结构体系 、 、 、 、几种类型。
2、框架结构是由 、 组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系。
3、框架的结构按施工方法的不同，可分为 、 、 三种类型。
4、框架结构中，梁的截面惯性矩应根据梁与板的连接方式而定。对于现浇整体式框架梁，中框架梁 ；边框架梁 。
5、框架结构中，梁的截面惯性矩应根据梁与板的连接方式而定：对于装配整体式框架梁，中框架梁 ；边框架梁 。
6、框架梁、柱的线刚度计算公式分别为： 、 。
7、多层框架在竖向荷载作用下的内力近似计算方法有： 、 、
。
8、弯矩二次分配法的三大要素是： 、 、 。
9、多层框架在水平荷载作用下内力的计算方法有 、 两种。
10、框架结构在水平荷载作用下，其侧移由 、 两部分变形组成。
二、判断题：
1、框架结构中，梁的截面惯性矩应根据梁与板的连接方式而定（ ）。
2、框架结构布置原则中，尽可能增加开间、进深的类型，以使结构布置更趋于灵活机动合理。（ ）
3、弯矩二次分配法适用于层数较少竖向对称荷载作用的情况（ ）。
4、弯矩二次分配法，各杆件的传递系数为（ ）。
5、用分层法计算竖向荷载作用下的内力时，要对线刚度和弯矩传递系数进行调整如下：将各柱乘调整系数0.9折减系数；弯矩传递系数改取为1/3。（ ）。
6、分层法适用于节点梁柱线刚度比大于或等于4，结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多层、高层框架的内力计算。（ ）。
7、一般多层框架房屋，其侧移主要是由梁、柱弯曲变形所引起的。柱的轴向变形所引起的侧移值甚微，可忽略不计。因此，多层框的侧移只需考虑梁、柱的弯曲变形，可用D值法计算。（ ）
三、选择题：
1、地震区的承重框架布置方式宜采用（ ）框架。
A纵向承重 B横向承重和纵横向承重 C横向承重 D纵横向承重
2、框架结构中，梁的截面惯性矩应根据梁与板的连接方式而定。对于现浇整体式框架梁，中框架梁、边框架梁的截面惯性矩应为（ ）。
A、 B、 C 、 D、
3、框架结构中，梁的截面惯性矩应根据梁与板的连接方式而定。对于装配整体式框架梁，中框架梁、边框架梁的截面惯性矩应为（ ）。
A、 B、 C 、
4、弯矩二次分配法，各杆件的传递系数为（ ）。
A各杆件均取 B首层，其它层 C各杆件均取 D首层，其它层
5、用分层法计算竖向荷载作用下的内力时，要对线刚度和弯矩传递系数进行调整如下：将上层各柱乘调整系数0.9折减系数；各柱的弯矩传递系数改取为1/3。（ ）
A将各柱乘调整系数0.9折减系数；弯矩传递系数改取为1/3。 B将上层各柱（底层除外）乘调整系数0.9折减系数；各柱（底层除外）的弯矩传递系数改取为1/3。 C将各柱乘调整系数0.85折减系数；各柱的弯矩传递系数改取为1/4。 D将各柱乘调整系数0.9折减系数，；各柱的弯矩传递系数改取为1/2。
6、分层法适用于节点梁柱线刚度比大于或等于（ ），结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多层、高层框架的内力计算。
A3 B4 C5 D6
7 、框架结构竖向活荷载最不利布置的下列几种方法考虑的计算原则中，（ ）有误。
A满布荷载法 B分层组合法 C最不利荷载位置法 D逐跨施荷法
四、简答题：
1、常用的多、高层建筑结构体系有哪几种？
2、什么是框架结构？有何特点？
框架结构布置原则是什么？
4、框架结构的承重方式有哪几种？特点如何？
5、如何估算框架梁、柱截面尺寸？
6、在确定框架结构的计算简图时，如何利用结构和荷载的对称性？
7、多层框架结构在荷载作用下（竖向荷载和水平荷载）的内力和侧移计算，采用的方法有哪些？
8、多层框架在竖向荷载作用下的计算方法有哪几种？
9、何谓弯矩二次分配法？如何计算的？ 三大要素是什么？
10、用弯矩分配法计算多层框架在竖向荷载作用下的内力时，其三大要素是什么？
11、何谓梁、柱转动刚度S？如何计算？
12、用弯矩二次分配法计算多层框架在竖向荷载作用下的内力时，如何对弯矩进行分配？
13、用弯矩二次分配法计算多层框架在竖向荷载作用下的内力时，如何确定传递系数？
14、用分层法计算竖向荷载作用下的内力时，各有何基本假定条件？适合什么情况下采用？
15、用分层法计算竖向荷载作用下的内力时，为何要对线刚度和弯矩传递系数进行调整？
16、什么叫反弯点？反弯点的位置是如何确定的？
17、用反弯点法计算水平荷载作用下框架结构的内力时，有哪些基本假定？
18、什么叫柱的抗侧移刚度（抗侧刚度）？如何确定Dij
19、什么叫D值法？它对反弯点法修正了什么？
20、设计规范对框架结构位（侧）移限值如何？
21、在进行框架结构设计时，为何要对梁端弯矩进行调幅？如何调幅？
22、内力组合时，如何考虑框架结构竖向活荷载最不利布置？
参考答案
一、填空题：
1、框架结构体系 剪力墙结构体系 框架-剪力墙结构体系 筒体结构体系
2、梁 柱
3、现浇整体式 装配式 装配整体式
4、
5、
6、
7、弯矩分配法 分层法 迭代法等
8、弯矩分配系数 因端弯矩 传递系数
9、反弯点法 D值法（修正反弯点法）
10、剪切变形 弯曲变形。
二、判断题：
1、√ 2、× 3、√ 4、× 5、× 6、× 7、√
三、选择题：
1、B 2、C 3、A 4、A 5、B 6、A 7 、B
四、简答题：
1、（1）框架结构体系
（2）剪力墙结构体系
（3）框架-剪力墙结构体系
（4）筒体结构体系
2、是由梁、柱组成的框架作为竖向承重和抗水平作用的结构体系。
框架结构主要优点：建筑平面布置灵活，可形成较大的空间，且在立面处理上，易于表现建筑艺术的要求，因而很适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多、高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅等建筑。
其缺点是：框架结构在水平荷载作用下则表现出刚度小、水平位移大的特点，故亦称柔性结构。由于它的构件截面小，抗震性能较差，所以高度受限制，非地震区最大高度为60m，地震区为7度设防为55m。
3、房屋结构布置是否合理，对结构的安全性、适用性、经济性影响很大。因此，需根据房屋的高度、荷载情况及建筑的使用要求和造型要求，确定一个合理的结构布置方案。
（1）尽可能减少开间、进深的类型；柱网应规则、整齐、间距合理，传力明确；
（2）房屋平面宜尽可能规整、均匀对称，体型力求简单，以使结构受力合理；
（3）提高结构总体刚度，减小位移。房屋高宽比不宜过大，一般不超过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。
4、（1）横向框架承重
横向布置框架承重梁，楼面竖向荷载由横向梁传至柱而在纵向布置连系梁。
由于横向框架往往跨数较少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向刚抗侧刚度，对抗震有利。而纵向框架往往仅按构造要求布置较小的连系梁，这也有利于房屋室内的采光和通风。
（2）纵向框架承重
在纵向布置承重梁，在横向布置连系梁。当为大开间柱网时，可考虑采用此种方案。
横向刚度差，对抗震不利。布置时，横向连系梁必须与柱子刚接，且截面不能太小，以保证房屋的横向刚度。对抗震不利，地震区不宜采用。
（3）纵横向框架承重
该方案两个方向的梁均要承担楼板的荷传来的竖向荷载，梁的截面均较大，房屋的双向刚度较大。故下列情况下宜采用：
①当房屋的尺寸接近于方形；
②两个方向柱列数接近时。
此时，楼盖采用双向板。此外，对抗震设防有要求的房屋，宜采用此种方案。因为沿房屋两个方向的地震作用大体相等，要求房屋在两个方向都要具有较大的抗侧刚度和抗震承载力。
5、（1）梁的截面尺寸
①梁的截面高度h
现浇整体式：
装配式：
②梁的截面宽度
，且宜
（2）柱的截面尺寸
柱截面尺寸的确定方法，一般是根据柱的轴向力设计估算，建议：
一般要求柱截面高度不小于400mm，截面宽度不小于300mm。
N—轴向力设计值，一般民用建筑竖向荷载标准值可取14~15，初步估算柱截面面积。
6、无论电算还是手算，利用结构和荷载的对称性确定的计算简图，可使计算工作量大为减少。因此，在确定计算简图时，应充分利用结构的对称性。
由结构力学知，对称结构在对称荷载作用下，可简化为半边结构：
（1）正对称荷载作用下：
①奇数跨时：由于结构中的内力和变形均匀对称，位于对称轴截面上的梁跨中截面的剪力只能为零，但有弯矩和垂直挠度（位移）发生，故可简化为如图所示的计算简图如图12-1所示。
在对称轴上的梁截面设置定向支座，可上下滑动，无支座反力（剪力为零），但能承受弯矩。

图12-1 偶数跨时半边结构计算简图 图 12-2 奇数跨时半边结构计算简图
此时，中间跨的线刚度或相对线刚度为原来的2倍，因为跨度变为原来的1/2。
②偶数跨时：由于结构中的内力和变形均对称，对称截面处不发生任何转和位移，对称截面处相当于固定支座（中间跨度的线刚度同原来），计算简图如图12-2所示。
（2）反对称荷载作用下：
其内力和变形具有反对称的性质，对称轴上梁截面不可能出现弯矩和垂直挠度（位移）故可简化为如图12-3所示的计算简图。

图12-3 反对称荷载作用下半边结构的简化
7、有电算和手算方法，目前多采用电算方法。
电算利用结构矩阵位移法编程，然后根据框架的计算简图，将框架的几何尺寸、荷载、约束参数输入，则框架的内力、侧移、配筋都可输出，非常方便，各设计部门目前都采用电算方法。
手算时引入一些基本假定，采用近似计算方法。由于各种计算方法的计算假定不同，计算结果精确度也有所差异，但一般满足设计所要求的精度。
对初学者来说，利用手算，掌握计算基本原理和结构受力特征是极为重要的。
8、多层框架在竖向荷载作用下的内力近似计算方法有：弯矩分配法、分层法、迭代法等。它们由于假定的条件不同，计算精度也不一样，但基本都能满足设计精确度的要求。
9、弯矩二次分配法是对弯矩分配法的进一步简化。计算假定：
（1）忽略竖向荷载作用下框架节点侧移；
（2）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，而对其余各杆件的影响忽略不计。
适用于层数较少的恒荷载情况下。
计算时，先对各节点不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端传递（传递系数为），再将因传递弯矩产生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。
10、三大要素为：弯矩分配系数；因端弯矩；传递系数。
11、（1）转动刚度：使近端转动单位转角时所需施加的力矩，称为转动刚度，是表示杆端抵抗转动能力的物理量；
（2）确定方法：与杆件的线刚度和两端支座的支承条件有关，结构力学中给出：
①两端为固定端时：
②一端固定，一端滑动时：
③一端固定，一端铰支杆时：
12、作用于某节点的力矩，将按汇交于该节点各杆的转动刚度的比例分配给各杆端（近端），用来表示。即：
13、（1）两端固定为：1/2；
（2）一端固定，一端铰支为0；
（3）一端固定，一端滑动：-1。
14、将多层框架要分解成若干个彼此互不关连的、且柱端为固端的简单刚架来近似计算（划整为零）竖向荷载作用下的框架内力的方法。
（1）基本假定：
在竖向荷载作用下的多层框架，用力学精确解法结果表明，不仅框架节点的侧移值很小，而且每层横梁上的荷载对上下各层的影响也很小。为进一步简化，可假定：
①在竖向荷载作用下，节点的侧移可以忽略；
②每层横梁上的荷载对其他层横梁的内力影响很小，也可以忽略。
（2）适用范围：
适用于节点梁柱线刚度比大于或等于3，结构与竖向荷载沿高度分布比较均匀的多层、高层框架的内力计算。
15、由于实际的框架柱，除底层基础处为固定外，其余各柱端因有节点转角，实际为弹性约束。所以，在分层计算时，须做如下调整：
（1）将上层各柱（底层除外）的线刚度予以调整，乘调整系数0.9折减系数，以减少计算误差；
（2）各柱（底层柱除外）的弯矩传递系数改取为1/3。
分层后的各简单刚架一般也用弯矩二次分配法计算。
16、（1）作用于多层框架上的水平荷载主要有风载及地震荷载（二者不同时考虑，取大者）。为简化计算，一般将其化为节点集中荷载，如图所示。因节间无荷载，所以梁、柱的弯矩图都是直线形，都有一个弯矩为零（0）的点，称反弯点。
（2）适用于各层结构比较均匀（各层层高变化不大，梁的线刚度变化不大）、节点梁柱线刚度比较大（）的多层框架，否则误差较大。
17、基本假定：为了便于求得柱反弯点的位置和该点的剪力，作如下假定：
（1）将水平荷载化为节点水平集中的荷载；
（2）不考虑框架横梁的轴向变形，不考虑节点转角，认为梁、柱线刚度比很大；
（3）框架底层各柱反弯点在距柱底2/3高度处，上层各柱的反弯点位置在层高的1/2处；
（4）梁端弯矩可由节点平衡条件求出。

18、 根据计算假定（2）可得，同层各柱顶的侧移相等，则各柱剪力与柱的抗侧刚度Dij成正比。
（1）柱的抗侧刚度Dij的概念：
是表示柱顶产生单位水平侧移（）时，在该柱柱顶所需施加的水平集中力，用Dij表示。
（2）柱的抗侧刚度的确定：由结构力学知：

19、当框架柱的线刚度较大；上、下层层高变化大；上、下层梁线刚度变化较大时，用反弯点法计算将会产生较大的误差，因而提出了D值法，即修正反弯点法。考虑了框架节点转动对柱的抗侧刚度和反弯点位置的影响。
（1）各柱抗侧刚度D值的修正：
（2）各柱反弯点高度修正：
20、房屋在水平风力或地震作用下，侧移过大，人的感觉就不舒服；层间位移过大，会影响建筑装饰并层致填充墙开裂。因此，为满足正常使用要求，应控制框架结构的位移。
（1）层间位移与层高之比：
采用轻质隔墙时：
采用砌体填充墙时：
（2）顶点位移与总高之比：
采用轻质隔墙时：

采用砌体填充墙时，
21、（1）调幅原因：
①按照框架结构的合理破坏形式，在梁端出现塑性铰是允许的，以在抗震结构设计中在梁端正出现塑性铰的强度柱弱梁延性框架，利于抗震。
②为了防止支座处梁钢筋过于拥挤，便于浇捣混凝土（便于施工），也往往希望梁的支座负弯矩筋放得少些；
③对于装配式或装配整体式框架，节点并非绝对刚性，梁端实际弯矩将小于其弹性计算值。
因此在进行框架结构设计进，一般均对梁端弯矩进行调幅，即人为的减小梁端负弯矩，减少节点附近梁顶面的配筋量，用调幅系数表示，其调整幅度为：
（2）调幅系数：
① 现浇框架：可取
②对于装配整体式框架。
22、活荷载其作用位置是可变的，对于每一根构件的不同的截面或同一截面的不同种类组合，相当有不同的活荷载最不利布置。工程设计中，有三种处理方法。
（1）最不利活荷载位置法：根据影响线确定其最不利的活荷载位置，然后进行内力分析，可直接求出某截面在活载作用下的最大内力，但计算工作量太大，一般不采用；
（2）逐跨施法荷：将活荷载单逐跨单独地作用于各跨上，分别计算框架内力，然后根据所指定的控制截面，叠加不利内力。简单、明了，计算工作量少于前者。目前电算程序一般采用此法，但对于手算，仍很较烦，很少采用；
（3）满布荷载法：将活载同时作用于框架梁上，不考虑活荷载的不利位置。这种简化的计算与考虑活载不利位置计算比较表明，支座截面内力较为接近，精度一般能满足工程要求；但跨中弯矩却明显偏小，应予调整。为此将跨中弯矩乘以1.1~1.3的调整系数，予以加大。
手算通常采用此法。

主要参考文献
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