12 多层框架结构房屋本章主要介绍:多层及高层房屋的结构体系；结构的计算简图及荷载确定；简单框架的内力计算；无抗震设防要求时框架结构构件设计；非抗震设计时框架节点的构造要求；结构施工图平面整体表示方法。重点是施工图的识读。 本章提要多层与高层房屋之间没有明确的界限，我国通 常将8层及层以下的房屋称为多层房屋，8层以上的房屋称为高层房屋。钢筋混凝土框架结构，是指由钢筋混凝土横梁 、纵梁和柱等构件所组成的结构。墙体不承重，内 、外墙只起分隔和围护作用，见图12.1。按施工方法的不同，框架可分为整体式、装配 式和装配整体式三种。整体式框架也称全现浇框架，其优点是整体性 好，建筑布置灵活，有利于抗震，但工程量大，模 板耗费多，工期长。装配式框架的构件全部为预制，在施工现场进 行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有 利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装 就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体 。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体 性比装配式提高，但节点施工复杂。 图12.1 框架结构图 (a) 平面图；(b) -剖面图 本 章 内 容12.1 框架结构布置12.2 框架结构的计算简图及荷载12.3 竖向荷载作用下的内力近似计算分层法12.4 水平荷载作用下的内力和侧移的近 似计算反弯点法和D值法12.5 框架的内力组合12.6 现浇框架的一般构造12.1 框架结构布置（1） 结构平面布置宜简单、规则和对称。 （2） 建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。 （3） 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续， 避免刚度突变。 （4） 建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5 。（5） 房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以 内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应 力对结构造成的危害。12.1.1 结构布置原则（6） 在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋，应合理设置沉降缝和防震缝。 框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接 而形成的空间结构体系。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按 其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：（1） 横向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向 布置。沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图12.2 (a) 。 12.1.2 框架结构方案（2） 纵向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向 布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见图12.2 (b)。 （3） 纵横向框架混合承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、 横向布置，见图12.2 (c)。 图12.2 框架体系的布置 (a) 横向布置；(b) 纵向布置；(c) 纵横双向布置 （1） 工业厂房一般采用6m柱距，跨度则随柱网的布置方式不同 分为内廊式和跨度组合式，见图12.3。 厂房的层高一般根据车间的工艺设备、管道布置 及通风采光等因素决定。常用的底层层高有4.2m、 4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。 （2） 民用建筑民用建筑类型较多，功能要求各有不同，柱网及 层高变化也较大，尺度一般较工业厂房为小。柱网和 层高通常按300mm进级。 12.1.3 柱网尺寸及层高图12.3 柱网的布置 (a) 内廊式；(b) 跨度组合式 变形缝分为伸缩缝和沉降缝，在地震设防区还需按建筑抗震设计规范的规定设置防震缝。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的，伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝 最大间距如表12.1。沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。 12.1.4 变形缝的设置在建筑物的下列部位宜设置沉降缝： 土层变化 较大处； 地基基础处理方法不同处； 房屋在高度 、重量、刚度有较大变化处； 建筑平面的转折处； 新建部分与原有建筑的交界处。沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距 离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁 置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理，见图 12.4。表12.1 钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距（m) 环境条件 框架类别室内或土中露天装配式7550 现浇 式5535图12.4 沉降缝做法 (a) 设挑梁（板）；(b) 设预制板（梁） 12.2 框架结构的计算简图及荷载承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在 全现浇的整体式框架中以T形（见图12.5(a)）为多； 在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮形（ 见图12.5(b)(g)）等。不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常 用T形、形、矩形、形、L形等，见图12.6。 框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。 12.2.1.1 截面的形状12.2.1 梁柱截面的选择图12.5 框架横梁截面形式 图12.6 框架连系梁截面形式 （1） 框架梁梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb 一般可取(1/101/18)lb(lb为梁的计算跨度），梁净跨 与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度bb=(1/21/3)hb ，一般不宜小于200mm。选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。（2） 框架柱柱截面的宽度bc和高度hc一般取（1/151/20)层 高。为了提高框架抗水平力的能力，矩形截面的hc/bc 不宜大于3，柱截面的边长不宜小于250mm。 12.2.1.2 截面尺寸为了简化计算，作如下规定：（1） 对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0 ；边框架梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩（ 图12.7(a)。（2） 对做整浇层的装配整体式框架，中部框架 梁I=1.5I0；边框架梁I=1.2I0（图12.7(b)。（3） 对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截 面计算，I=I0（图12.7(c)）。12.2.1.3 梁截面的惯性矩图12.7 框架结构的刚度取值 框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结 构。为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系， 而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算， 并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的 荷载如图12.8中阴影部分所示。在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在 基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的 连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置（图 12.9(a)），当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形 心线作为柱轴线（图12.9(b)）。 12.2.2 框架结构的计算简图图12.8 框架的计算单元 图12.9 框架柱轴线位置 多层结构房屋一般受到竖向荷载和水平荷载的作 用。竖向荷载包括恒荷载、楼层使用活荷载、雪荷载 及施工活荷载等。水平荷载包括风荷载和水平地震作 用。 （1） 楼面活荷载的折减在设计住宅、宿舍、旅馆、办公楼等多层建筑的 墙、柱和基础时，由于楼面活荷载在所有各层同时满 载的可能性很小，所以作用于楼面上的使用活荷载应 乘以表12.2所规定的折减系数。12.2.3 框架上的荷载（2） 风荷载与单层工业厂房类似，作用在多层房屋外墙表面 的风荷载标准值wk可按下式计算：wk=zszw0 表12.2 楼面活荷载折减系数 墙墙、柱、基础计础计 算 截面以上的楼层层 数 123456892020计计算截面以上各楼层层 活荷载总载总 和的折 减系数 1.00 (0. 90)0.850.700.650.600.5512.3 竖向荷载作用下的内力近似计算分 层法多层多跨框结构在竖向荷载作用下，用位移法或力法等精确方法计算的结果表明，框架的侧移是极小的，而且作用在某层横梁的影响也很小，为了简化计算，分层法假定：（1） 在竖向荷载作用下，框架的侧移可忽略不计；（2） 每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。12.3.1 分层法的计算假定根据上述假定，计算时可将各层梁及其上、下 柱作为独立的计算单元分层进行计算（图12.10)。分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩，由于每一层柱属于上、下两层，所以柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相叠加。 图12.10 分层法的计算单元 12.3.2 计算步骤（1） 画出结构计算简图，并标明荷载及轴线尺 寸；（2） 按规定计算梁、柱的线刚度和相对线刚度 ，除底层柱外，其余各层柱的线刚度遍乘0.9的折减系 数；（3） 用弯矩分配法自上而下分层计算各计算单 元的杆端弯矩；（4） 叠加柱端弯矩，得出最后杆端弯矩。如节 点弯矩不平衡值较大，可在节点重新分配一次。（5） 根据静力平衡条件绘出框架的内力图。【例12.1】图12.11所示一个两层两跨框架，用分层法作框 架的弯矩图，括号内数字表示每根杆线刚度的相对值。 【解】将第二层各柱线刚度遍乘0.9，分为两层计算，各层 计算单元如图12.12和图12.13所示。用弯矩分配法计算各杆端的弯矩，其计算过程见图 12.14。最后将图12.14中的各杆端弯矩叠加并绘弯矩图如图 12.15所示。图12.11 例12.1计算简图 图12.12 例12.1二层计算单元 图12.13 例12.1底层计算单元 图12.14 图12.15 M图（单位： kNm) 12.4 水平荷载作用下的内力和侧 移的近似计算反弯点法和D值法多层多跨框架所受水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。一般可简化为作用在框架节点上的集 中荷载，其弯矩图如图12.16 (a)所示。它的特点是，各杆的弯矩图都是直线形，每杆都有一个零弯矩点，称为反弯点。框架在水平荷载作用下的变形情况 如图12.16(b)所示。 12.4.1.1 反弯点法基本假定12.4.1 反弯点法为了简化计算，作如下假定：（1） 在进行各柱间的剪力分配时，假定梁与柱的线刚度之比为无穷大，即各柱上下两端的转角为 零；（2） 在确定各柱的反弯点位置时，假定除底层柱以外的各层柱，受力后上下两端将产生相同的转 角。图12.16 水平荷载下的框架弯矩图和变形 （1） 反弯点高度的确定反弯点高度为反弯点至该层柱下端的距离。对 于上层各柱，根据假定（2），各柱的上下端转角相等，此时柱上下端弯矩也相等，因而反弯点在柱中 央。对于底层柱，当柱脚为固定时，柱下端转角为 零，上端弯矩比下端弯矩小，反弯点偏离中央而向 上移动，通常假定y =2h/3。12.4.1.2 反弯点法的基本内容（2） 侧移刚度d的确定侧移刚度d表示柱上下两端有单位侧移时在柱中 产生的剪力。根据假定（1），梁柱线刚度之比无穷大，则各柱端转角为零，由结构力学的两端无转角 但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程，柱的侧 移刚度d可写成：（3）同层各柱剪力的确定 设同层各柱剪力为V1、V2、Vj、，根据层剪力平衡，有V1+V2+Vj+=P可得：于是有 （4）柱端弯矩的确定 根据各柱分配的剪力及反弯点位置，可确定柱 端弯矩。底层柱上端 Mj上=Vjhj/3下端 Mj下=Vj2hj/3其它层柱上下端 Mj上=Mj下=Vjhj/2（4）梁端弯矩的确定柱端弯矩确定以后，根据节点平衡条件可确定 梁的弯矩。对于边柱节点（图12.17 (a)），有Mb=Mc1+Mc2对于中柱节点（图12.17(b)，有Mb1=ib1/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2）Mb2=ib2/(ib1+ib2)(Mc1+Mc2)【例12.2】用反弯点法求图12.18所示框架的弯矩图。图中括号内数字为各杆的相对线刚度。 【解】（1） 计算柱的剪力当同层各柱h相等时，各柱剪力可直接按其线刚度分配。第3层：P=10kNVAD=3.33kNVBE=4.45kNVCF=2.22kN第2层：P=10+19=29kNVDG=9.67kNVEH=12.89kNVFI=6.44kN第1层：P=10+19+22=51kNVGJ=17kNVHK=20.4kNVIL=13.6kN(2) 计算柱端弯矩第3层MAD=MDA=6.66kNmMBE=MEB=8.9kNmMC