多层框架结构复习.doc

12多层框架结构复习
一、砖混结构形式（掌握）
(一)砖混结构建筑物的构造 砖混结构建筑物主要由以下部分构成：
1．屋盖(屋顶) ：砖混结构建筑物的屋盖是安装在墙体上，起两种作用，一承受屋顶上的荷载，如雪荷载。二起围护作用，一般在屋面板上做加气混凝土块保温层和油毡防水层来实现防雨雪、保温隔热功能。
2．砖墙：砖墙按所处位置分为内墙、外墙。外墙与室外接触，受风雨浸蚀，起围护作用。内墙起分隔作用。砖墙又分承重墙和自承重墙。承重墙支撑楼板传递的荷载。
3．钢筋混凝土楼盖板：楼盖板将家具重量、人的重量等楼层荷载传给墙体。
4．楼梯：是楼层间的重要通道。
5．砖基础：砖混结构建筑物的基础多为条形砖基础，承担由墙体下来的荷载，并把荷载传给地基。
6．门窗及其他：组成砖混结构建筑物的还有门、窗、阳台、雨篷、台阶、散水等。
墙体承重的砖混结构建筑建筑平面布置较单一，房间使用面积较小，建筑层数不多(一般只五六层)。
(二)砖混结构建筑物的结构特征
砖混结构建筑物是由屋盖、墙体、楼板、过梁、砖基础构成的承重结构体系。主要特征是结构荷载是通过屋盖、楼板传到承重墙上，再由承重墙传到基础。其传力方向为板一墙一基础，或为板一梁一墙一基础。因此承重墙砌筑质量的好坏、砌体强度的大小直接关系到砖混结构建筑物的质量和寿命。基础不均匀下沉，承重墙体出现裂缝，将意味着砖混结构建筑物的整体破坏。
二、排架结构建筑物（掌握）
单层工业厂房等，要求室内有一个完整的大空间来满足功能上的需要，常采用柱和屋架构成的排架结构作为其承重骨架。这类建筑物称为排架结构建筑物。
(一)排架结构建筑物的构成 排架结构建筑物（单层厂房）主要由以下部分组成：
1．屋盖：起围护和承重双重作用。包括屋面板、天窗架、屋架等。屋面板安装在天窗架和屋架上，天窗架安装在屋架上，屋架安装在柱顶上。屋面板是厂房上部承重及围护结构，承受屋面雪荷载，并通过屋架、柱向下传递。屋面还起防风、雨和保温作用。天窗的作用是便于厂房通风与采光。
2．吊车梁：吊车梁位于吊车轨道下部，支承在牛腿上，承受吊车荷载(起吊重物、吊车运行时的移动集中竖向荷载，及吊车制动时产生的纵和横向水平荷载)并传至柱子，再通过柱子把吊车荷载传到基础。
3．柱子：是排架建筑的主要承重构件，它承受屋盖传来的荷载、吊车梁上传来的荷载、墙梁传来的上部墙体重量等荷载以及外墙传来的风荷载。
4．基础：基础由杯形基础和基础梁组成。杯形基础用以支撑柱子和基础梁，并把荷载传给地基。基础梁两端安装在杯形基础上，并把梁上部托着的外墙重量传给杯形基础。
5．支撑：包括屋架支撑、天窗架支撑、柱间支撑。它的主要作用是加强厂房结构的空间刚度和稳定性；同时起传递风荷载和吊车水平荷载的作用，在地震区尚能传递纵向地震作用力。
6．围护结构：主要指外墙，还有与外墙连在一起的抗风柱及外墙的圈梁。
墙(纵墙和山墙)：通常为砖砌的自承重墙。砖墙下部支承在基础梁或带形基础上。墙承受风荷载并传给柱子。在某些大型厂房，也有采用预制墙板代替人工砌筑的砖墙。
墙 梁：加强厂房的纵向刚度。当为连系梁时，承受外墙重量，并把它传给柱子和基础；当为圈梁时，外墙重量则通过基础梁传给基础。
抗 风 柱：承受山墙传来的风荷载，并把它传给屋盖和基础。
(二)排架结构建筑物承受的主要荷载及其传递
1．排架结构建筑物承受的主要荷载：排架建筑结构在使用和施工期间，承受的主要荷载有下列几种：
(1)恒载：如各种构件和墙体的自重，以及管道等生产工艺设备的重量。(2)活荷载：活荷载是作用在厂房结构上的可变荷载，包括：吊车竖向荷载、吊车水平荷载、雪荷载、风荷载和施工荷载等，此外，还可能有某些特殊作用，如：地震作用，温度作用等。图3—55是作用于排架结构厂房的主要荷载示意图。
2．荷载的传递：单层排架结构建筑物的荷载传递线路如图3—56所示：
3．单层排架结构建筑物的结构特征：由以上分析可知，单层排架结构建筑物所承受的各种荷载，基本上都是通过柱子再传递到基础、地基的，因此，柱子是结构中的主要承重构件，它的强度与稳定性是决定寿命的重要因素，而其外墙墙体仅起围护作用。
三、框架结构建筑物（掌握）
框架结构建筑物是以柱、梁、板组成的空间结构体系作为骨架的建筑物。
(一)框架结构建筑物的构成，由以下部分组成：
1．屋盖与楼板：屋盖在建筑物顶部，既起承受屋面荷载作用，又起防雨雪、保温的围护作用。楼板承担着楼层荷载，并向下传递。
2．框架梁：框架结构的梁，分主梁与次梁，承受楼板、屋面板传来的荷载。
3．框架柱：梁和柱是刚性连接在一起的。梁上荷载由柱传到基础。
4．柱基础：框架结构柱基础多为钢筋混凝土独立基础。
5．框架墙：框架结构的外墙及内墙是用普通砖或轻质砖在柱间砌筑的墙体。这些墙只起围护作用，砖墙的重量通过梁、板传给柱。
以梁柱体系为承重骨架的框架结构房屋中，墙体只起围护作用，因此可以形成较大的空间和比较灵活的平面布置。此外，框架建筑与砖混建筑相比还具有强度大、延性好，能承受较大荷载，抗震能力强等优点，便于减轻结构自重，有利于向高层发展。 因此，框架结构一般应用于：
(1)使用荷载较大，振动较强，设备管道较多的多层工业厂房；(2)要求有较大空间的工业与民用建筑如办公楼、多高层旅馆等；(3)五层及五层以上的多层及高层建筑如高层住宅等；(4)有特殊要求的建筑物及大型公共建筑。
(二)框架结构建筑物的结构特征
框架结构建筑物的特点是：由钢筋混凝土主梁、次梁和柱形成的框架作为建筑物的骨架，梁和柱之间的连接为刚性结点。屋盖、楼板上的荷载通过梁柱传到基础。框架结构建筑物的墙体全部为自承重墙，只起分隔和围护作用，墙体越轻越好。框架结构的房间布置灵活，不受楼板跨度的限制，因此，这种结构适用于建造办公楼、商店和轻工业厂房。

二、简答题复习
1、常用的多、高层建筑结构体系有哪几种？
答：（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、什么是框架结构？有何特点？答：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。
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、框架结构布置原则是什么？答：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、框架结构的承重方式有哪几种？特点如何？
（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横向抗侧刚度，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，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、如何估算框架梁、柱截面尺寸？
（1）梁的截面尺寸：①梁截面高度h：现浇整体式： ；装配式：
②梁截面宽度b： ，且宜
（2）柱的截面尺寸：柱截面尺寸一般是根据柱的轴向力设计估算确定，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、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？ 答：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、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？
答：有电算和手算方法，目前多用电算方法。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，利用手算，掌握计算基本原理和结构受力特征极为重要。
8、多层框架在竖向荷载作用下的计算方法有哪几种？答：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、何谓弯矩二次分配法？如何计算的？ 三大要素是什么？ 答：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远端有影响，而忽略对其余各杆件的影响。
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、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？
答：三大要素为：弯矩分配系数；因端弯矩；传递系数。
11、何谓梁、柱转动刚度S？如何计算？ 答：（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、用弯矩二次分配计算多层框架在竖向荷载作用下内力时，如何进行弯矩分配？答：作用于某节点的力矩，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、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？
答：（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、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？
答：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、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？
答：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、什么叫反弯点？反弯点的位置是如何确定的？答：（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、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？答：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、什么叫柱的抗侧移刚度（抗侧刚度）？如何确定Dij？ 答：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、什么叫D值法？它对反弯点法修正了什么？答：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、设计规范对框架结构位（侧）移限值如何？ 答：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、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？
（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、内力组合时，如何考虑框架结构竖向活荷载最不利布置？
答：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。

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