《框架结构设计》课件

框架结构设计欢迎学习《框架结构设计》课程，这是高等土木工程专业的核心专业课程本课程全面介绍结构设计的原理与实践，内容基于十四五规划教材编排框架结构作为现代建筑的主要承重体系，其设计理论与方法对于土木工程师至关重要本课程将带领大家深入理解框架结构的设计原理、计算方法和实际应用，培养专业的结构设计能力通过系统学习，您将掌握从基础理论到实际工程案例的全面知识，为今后的工程实践打下坚实基础让我们一起探索框架结构设计的精彩世界！课程概述学习目标掌握框架结构的基本理论与计算方法，能够进行高层建筑结构方案选择与设计，具备框架结构设计与分析的专业能力课程内容包括框架结构基础理论、受力分析、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构分析、计算机辅助分析、构件设计、特殊结构设计、设计案例及新技术应用等十大部分评估方式平时作业（30%）、设计作业（30%）、期末考试（40%），注重理论与实践结合的综合能力评估学习资源教材、参考书籍、在线课程视频、结构设计软件及实验室资源，全方位支持学习需求第一部分框架结构基础理论1概念定义与发展历史框架结构是由梁、柱等线性构件通过刚性或柔性节点连接而成的承重结构体系从早期的木框架到现代的钢筋混凝土框架，历经数百年发展演变2框架结构的基本类型包括纯框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构等多种类型，各有特点和适用范围不同类型适应不同建筑功能需求和高度要求3框架结构在建筑中的应用广泛应用于住宅、办公、商业、工业建筑等，是现代建筑最常见的结构形式之一其灵活性和经济性使其成为结构工程师的首选方案框架结构概念与类型框架结构的定义与特点框架结构主要类型框架结构是由梁、柱构成的承重体系，通过刚性节点连接形成整•纯框架结构仅由梁柱组成，适用于低层和多层建筑体受力结构其主要特点是构件排列规则，空间开敞，使用功能•框架-剪力墙结构框架与剪力墙协同工作，提高侧向刚度灵活，适用于多种建筑类型•框架-核心筒结构外围框架与中心核心筒结合，适用于高层建筑框架结构主要依靠梁柱弯曲变形和节点刚度来抵抗水平力和竖向荷载，结构整体性好，可靠性高•框架-支撑结构框架内增设支撑，提高抗侧刚度和承载力框架结构的优缺点优点缺点•空间利用灵活，平面布置自由度高•纯框架抗侧刚度有限，高度受限•结构整体性好，内力分布合理•梁柱截面较大，占用建筑使用空间•节点连接可靠，抗震性能良好•自重较大，基础造价相对较高•适用性广，可与其他结构形式组合•对材料质量和施工质量要求高•施工技术成熟，工艺相对简单•节点设计复杂，施工难度较大与其他结构形式比较•比剪力墙结构空间更灵活，但抗侧刚度较小•比钢结构自重大、造价低，但施工周期长•比筒体结构适用范围广，但高度受限•通过与其他结构组合可克服单一结构的不足框架结构的历史发展1早期框架结构19世纪前最早的框架结构可追溯到古代的木结构建筑，如中国的榫卯木构架和欧洲的哥特式木框架建筑这些早期框架主要依靠木材的受力特性，通过精巧的连接方式形成整体结构2钢框架兴起19世纪末-20世纪初工业革命后，钢材生产技术的发展促使钢框架结构兴起1885年芝加哥的Home InsuranceBuilding成为世界上第一座钢框架高层建筑，开创了现代3钢筋混凝土框架发展20世纪初-中期高层建筑的先河20世纪初，钢筋混凝土技术成熟，框架结构进入快速发展期法国工程师François Hennebique的钢筋混凝土框架专利系统广泛应用，显著提高了建4现代框架结构20世纪后期至今筑的耐火性和耐久性计算机技术和新材料的应用推动了框架结构向更高、更轻、更强发展框架-剪力墙、框架-核心筒等混合结构体系使超高层建筑成为可能，如上海中心、迪拜哈利法塔等第二部分框架结构受力分析荷载分析与结构力学基础框架结构受力分析首先需要确定各类荷载及其组合包括恒载结构自重与固定设备、活载人员与移动设备、风荷载、地震作用等分析中需要应用结构力学基本原理，如变形协调条件、平衡条件和本构关系等内力分布规律框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下有不同的内力分布规律竖向荷载主要由梁传递给柱，产生弯矩和剪力；水平荷载则使整个框架侧移变形，产生附加内力了解这些规律有助于结构设计和优化位移计算方法框架结构位移计算是设计中的重要环节，常用的方法包括力法、位移法和矩阵位移法等现代结构分析主要采用有限元方法，结合计算机程序进行大型框架的位移和内力分析，提高计算效率和精度框架结构受力特点抗弯、抗剪、抗扭机制框架节点刚度与变形特性框架结构主要通过构件的抗弯性能抵抗外力作用梁承受弯节点是框架结构的关键部位，矩和剪力，柱则承受轴力、弯其刚度直接影响整体结构的侧矩和剪力的组合作用结构的向刚度刚性节点能够传递弯抗扭性能在不规则平面布置时矩和剪力，形成有效的侧向抵尤为重要，直接影响结构的整抗体系；而半刚性节点则介于体稳定性刚性和铰接之间，影响结构的内力分布和变形能力竖向与水平荷载传递路径竖向荷载通过楼板传递到梁，再由梁传递到柱和基础；水平荷载则使框架整体变形，通过各层梁柱的弯曲变形和节点刚度共同抵抗，最终传递到基础明确荷载传递路径有助于优化结构设计荷载分析与荷载组合恒载分析活载分析恒载包括结构自重和固定设备重量，是长期活载是指由人员、家具、临时设备等引起的作用的永久荷载计算时需考虑实际材料密可变荷载根据建筑功能不同，活载取值差度和构件尺寸，准确估算结构自重永久性异较大如住宅楼面活载一般为隔墙、楼面装修层、屋面保温层等也属于恒

2.0kN/m²，而商场、图书馆等公共建筑则载范畴需取更高值，通常为

3.5-

5.0kN/m²地震作用分析风荷载分析地震作用是根据场地类别、设计地震分组和风荷载与建筑高度、形状、所在地风压和地结构特性等因素确定的需通过反应谱法或形条件密切相关计算时需确定基本风压，时程分析法计算地震作用下的结构响应，评并考虑高度变化系数、体型系数和风振系数估结构的抗震性能等多种影响因素，合理确定风荷载分布荷载组合需考虑各类荷载同时作用的可能性，按照规范要求进行最不利组合，确保结构安全常见组合包括基本组合、特殊组合和偶然组合等竖向荷载作用下的框架分析分层计算方法原理竖向荷载分析常采用分层计算方法，自上而下逐层计算各构件内力该方法基于弹性理论，考虑节点的转动和位移，可准确反映框架在竖向荷载下的受力状态内力分布规律竖向荷载主要产生梁的弯矩和剪力，以及柱的轴力梁弯矩在跨中和支座处达到极值，柱轴力自上而下逐层累加，底层柱轴力最大框架梁受力特点框架梁与简支梁不同，由于节点刚接，跨中弯矩减小而支座弯矩增大对于等跨情况，内跨梁正弯矩小于端跨梁，而负弯矩分布则相对均匀在实际分析中，通常采用平面框架简化模型，将空间结构分解为正交方向的平面框架进行计算对于轴对称和规则结构，可进一步简化为单榀框架进行分析，提高计算效率水平荷载作用下的框架分析侧向荷载作用机理水平荷载如风荷载和地震作用使框架产生整体侧移，引起构件附加内力框架的抗侧力性能主要取决于梁柱构件的弯曲刚度和节点连接刚度，表现为剪切型变形特征节点刚度与变形特性刚性节点是框架抵抗侧向荷载的关键节点刚度越大，框架整体侧向刚度越高节点处梁柱相对转角决定了内力分配比例，影响结构的整体性能和变形能力内力分布规律水平荷载使框架柱产生弯矩和剪力，框架梁端部产生附加弯矩柱弯矩分布随高度变化，底部柱弯矩最大在多层框架中，水平荷载主要由底部几层抵抗，高层框架需采取加强措施计算模型与简化方法水平荷载分析常用的简化方法包括等值梁法、等值斜撑法和反弯点法等这些方法通过简化假定，将复杂的框架分析转化为简单问题，在工程初步设计中应用广泛反弯点法计算原理反弯点概念与理论基础反弯点位置反弯点是构件弯矩为零的点，弯矩图在此处由正转负或由负转在水平荷载作用下，框架柱的反弯点位置通常位于柱高的中点附正反弯点法基于假定荷载作用下构件的反弯点位置固定，将连近对于均匀框架，可假定:续体系简化为若干简单构件的组合•内柱反弯点在柱高

0.5h处该方法的理论基础是叠加原理和变形协调条件，通过引入反弯点•外柱反弯点在柱高

0.6h至

0.7h处简化计算，特别适用于水平荷载作用下的框架分析•梁的反弯点一般在跨度的

0.1L至

0.15L处实际反弯点位置受框架几何尺寸、刚度分布和荷载性质的影响，可通过精确计算确定反弯点法计算步骤主要包括确定反弯点位置，将框架分解为简单构件，建立平衡方程和变形协调方程，求解内力和位移，最后进行内力组合这种方法在手算框架内力分布时非常有效，可作为计算机分析的校核手段值法计算原理D1D值法基本概念D值法是一种分析多层框架水平荷载作用下内力和位移的简化方法其核心是引入刚度分配系数D，将框架层间剪力按照各柱的相对刚度进行分配，简化了计算过程2适用条件D值法适用于平面多层框架分析，特别是规则框架结构要求框架各层高度和各跨度相近，梁柱刚度分布比较均匀，且平面和竖向布置规则，不存在明显的薄弱层或软层3计算步骤首先确定各层水平力，计算各柱的相对刚度和D值系数，然后分配层间剪力，计算各柱的弯矩、剪力和位移最后进行变形验算，确保结构满足规范要求4D值物理含义D值反映了柱相对于梁的刚度比，值越大表明柱的相对刚度越大，分担的水平荷载越多D值的大小影响框架的变形模式和内力分布，是框架设计优化的重要参数框架结构侧移计算位移控制标准规范限值与功能要求计算方法刚度矩阵法与简化计算影响因素材料、构件、节点和荷载特性控制措施增加刚度与减小变形框架结构的侧移是指在水平荷载作用下结构的水平位移，是评价框架刚度和服务性能的重要指标过大的侧移会导致结构构件和非结构构件损坏，影响建筑的正常使用侧移计算主要考虑弹性变形和二阶效应的影响弹性变形通过有限元方法或简化公式计算；二阶效应则通过P-Δ分析或放大系数法考虑常用控制措施包括增大构件截面、优化构件布置、设置支撑或剪力墙等规范对框架结构的侧移有明确限值要求，如《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，多层和高层框架在罕遇风荷载或多遇地震作用下，层间位移角不应大于1/550，总位移不应超过高度的1/250第三部分剪力墙结构分析剪力墙作为重要的抗侧力构件，常与框架结合形成混合结构体系本部分将介绍剪力墙的基本概念、力学性能和分析方法，为后续框架-剪力墙结构分析奠定基础剪力墙结构是由钢筋混凝土墙板承担主要承重和抗侧力作用的结构形式，具有较高的整体刚度和抗侧能力了解剪力墙的受力特性和分析方法，对于设计高效、安全的高层建筑结构至关重要剪力墙结构特点抗侧刚度与承载力特性变形特性与失效模式剪力墙具有很高的平面内刚度和承载力，是抵抗水平荷载的高效剪力墙的变形特性与其高宽比密切相关高宽比大于2的高耸墙构件其抗侧刚度远高于框架结构，尤其适用于高层建筑剪力主要表现为弯曲变形，失效模式为底部弯曲破坏；高宽比小于2墙的承载力主要取决于混凝土强度、配筋率和墙体几何尺寸的低矮墙则主要表现为剪切变形，失效模式为斜向剪切破坏在水平荷载作用下，剪力墙主要通过弯曲变形和剪切变形两种方剪力墙的延性与配筋方式密切相关合理设置边缘构件和分布钢式抵抗侧向力低矮墙以剪切变形为主，高耸墙则以弯曲变形为筋，可显著提高剪力墙的延性和抗震性能现代设计更注重墙体主，实际工程中通常是两种变形共同作用的延性变形能力，通过特殊构造措施防止脆性破坏与框架结构相比，剪力墙结构具有更高的侧向刚度，变形小，抗震性能好，但空间布置灵活性差两种结构的合理组合可充分发挥各自优势，形成性能更优的混合结构体系剪力墙内力计算方法弯曲变形分析剪力墙的弯曲变形分析基于梁理论，将墙体视为竖向悬臂梁在水平荷载作用下，剪力墙产生弯矩、剪力和轴力弯矩沿高度呈抛物线分布，底部最大；剪力则随高度线性变化弯曲变形计算需考虑材料非线性和几何非线性的影响剪切变形分析剪切变形在低矮墙和开洞墙中尤为重要剪切变形分析基于平面应力理论，考虑墙体在平面内的应力分布剪应力在墙截面内呈抛物线分布，中部最大常用Timoshenko梁理论考虑剪切变形的影响，特别是对于高宽比小于2的剪力墙轴力-弯矩相互作用剪力墙同时承受轴力和弯矩的组合作用，形成所谓的轴力-弯矩相互作用轴压力增加了墙体的抗弯承载力，但过大的轴压力会降低延性墙体的轴压比是重要的设计控制参数，一般不宜超过

0.4，以保证足够的延性和抗震性能在实际工程中，根据剪力墙的复杂程度和计算精度要求，可选用不同的简化计算模型，如平面杆系模型、微段法、板壳单元法等现代设计普遍采用有限元方法，通过计算机软件进行墙体内力和变形的精确分析第四部分框架剪力墙结构-40%25-30刚度提升适用层数相比纯框架结构侧向刚度提高幅度框架-剪力墙结构的典型适用范围70%水平荷载分担剪力墙在低层区域分担的水平荷载比例框架-剪力墙结构是将框架和剪力墙两种不同类型的结构单元组合在一起的混合结构体系在这种结构中，框架和剪力墙通过楼板连接成整体，共同抵抗外部荷载由于两种结构单元具有不同的刚度和变形特性，它们之间存在复杂的协同工作关系框架-剪力墙结构充分发挥了框架空间布置灵活和剪力墙抗侧刚度高的优点，是高层建筑中最常用的结构形式之一本部分将详细介绍其协同工作原理、刚度特征值分析和内力分配规律，为实际工程设计提供理论指导框架剪力墙协同工作原理-刚度特性差异变形协调作用剪力墙刚度大，变形以弯曲为主；框架刚度楼板连接使两者变形协调，产生内力重分布小，变形以剪切为主内力传递机制优化结构性能框架向剪力墙传递荷载，形成框架支撑剪力合理布置提高整体性能，克服单一结构缺点墙效应在框架-剪力墙结构中，由于剪力墙和框架的变形特性不同，水平荷载作用下两者协同工作，产生内力重分布现象低层区域，刚度较大的剪力墙承担大部分水平荷载；高层区域，框架对剪力墙产生支撑作用，分担更多水平荷载这种协同工作效果受多种因素影响，包括剪力墙与框架的相对刚度、布置位置、高宽比以及连接方式等优化这些因素可以提高结构的整体性能，使框架和剪力墙的材料强度得到充分利用，实现经济合理的设计框架剪力墙铰结体系计算-铰结体系的特点与假定内力分析与计算方法铰结体系是框架与剪力墙连接的一种理想模型，假定框架梁与剪铰结体系计算通常采用分离计算法力墙之间为铰接这种假定简化了计算过程，但与实际情况有一

1.将框架与剪力墙分离，独立计算各自在竖向荷载作用下的内定差距力主要特点包括

2.计算水平荷载作用下剪力墙的弯矩和剪力

1.剪力墙仅承受水平荷载产生的弯矩和剪力

3.考虑剪力墙弯曲变形，计算各层位移

2.框架仅承受竖向荷载产生的弯矩和剪力

4.检验层间位移角是否满足规范要求

3.框架柱不承受水平荷载产生的弯矩这种方法计算简便，但可能低估框架的抗侧作用，在一些情况下

4.剪力墙轴力仅由竖向荷载直接作用产生显得过于保守铰结体系计算适用于初步设计阶段，可以快速评估剪力墙的截面尺寸和配筋需求但在细部设计阶段，仍需考虑框架和剪力墙的实际连接方式，采用更精确的刚结体系计算方法框架剪力墙刚结体系计算-刚结体系特点框架梁与剪力墙刚性连接，两者完全协同工作变形协调原理框架与剪力墙在每层楼面高度处位移相等内力分配比例根据刚度比确定框架与剪力墙的水平力分配计算方法选择根据结构复杂程度选择适当的分析模型刚结体系是框架-剪力墙结构的真实工作状态，框架梁与剪力墙刚性连接，形成整体协同工作的结构体系在这种体系中，框架和剪力墙共同抵抗水平荷载，内力分配取决于各自的相对刚度刚结体系计算方法主要包括等效刚度法、转换层剪力法、振型分解法和有限元法其中等效刚度法将框架和剪力墙简化为等效刚度的悬臂梁，适用于规则结构的初步计算；而有限元法则可以更精确地模拟复杂结构的实际工作状态，是现代结构设计的主流方法刚度特征值分析第五部分筒体结构分析筒体结构概述筒体结构是一种将建筑物外围构成封闭筒体的高效抗侧力结构体系，特别适用于超高层建筑它通过框架筒、剪力墙筒或框架-剪力墙筒等形式形成封闭的抗侧力系统，使结构具有极高的抗弯和抗扭能力筒体结构类型筒体结构主要包括外筒、内筒、筒中筒以及束筒结构等多种类型外筒由紧密排列的外围柱和深梁组成；内筒通常由核心筒形成；筒中筒结合了内外筒的优点；而束筒则是将多个筒体通过连接桁架组合在一起筒体结构受力特点筒体结构在水平荷载作用下，主要表现为整体弯曲和剪切变形其受力特点类似于悬臂梁，底部产生最大弯矩和剪力封闭筒体形式赋予结构极高的抗扭刚度，特别适合不规则平面的高层建筑分析方法筒体结构分析方法包括连续介质法、等效框架法和有限元法等连续介质法将筒体视为连续的薄壁管；等效框架法简化为平面框架进行分析；而有限元法则能最精确地模拟筒体的实际工作状态筒体结构基本概念框架筒结构筒中筒结构由外围紧密排列的柱和深梁组成封闭筒由外围框架筒和内部核心筒组成的双筒体，形成类似圆筒的抗侧力体系优点体系外筒主要抵抗水平荷载产生的弯是平面开敞、视野良好，适用于办公建矩，内筒则主要抵抗剪力两个筒体通筑；缺点是随高度增加，筒壁剪切滞后过楼板连接，共同工作，充分发挥各自效应明显，抗侧效率降低优势•适用高度30-60层•适用高度60-100层•典型案例芝加哥威利斯大厦、纽•典型案例上海环球金融中心、纽约世贸中心约帝国大厦改造束筒结构由多个小筒体组合成的大型筒体结构，各小筒体通过刚性连接或转换层连接成整体这种结构形式极大提高了建筑的抗侧刚度和承载力，是超高层建筑的主要结构形式之一•适用高度100层以上•典型案例迪拜哈利法塔、上海中心大厦筒体结构计算方法等效连续介质法将框架筒、剪力墙筒等离散结构简化为连续的薄壁管，应用连续介质力学理论进行分析这种方法适合规则的筒体结构，可以快速计算整体变形和内力分布，但对局部应力难以准确反映2等效框架法将筒体结构简化为平面框架或空间框架，应用框架分析方法计算内力和变形这种方法考虑了节点刚度和构件实际尺寸的影响，计算精度较高，适用于各类筒体结构的初步设计分析有限元分析法建立筒体结构的精确有限元模型，考虑材料非线性、几何非线性和边界条件的影响，进行全面详细的分析这种方法计算精度最高，但计算量大，通常用于复杂结构的最终验证分析简化计算法针对特定类型的筒体结构，开发专门的简化计算方法，如束筒结构的模态分析法、筒中筒结构的等效模型法等这些方法结合了理论分析和经验公式，在保证精度的同时提高计算效率第六部分高层结构计算机分析随着计算机技术的发展，高层建筑结构分析已经从传统的手算方法转向计算机辅助分析计算机分析不仅提高了计算效率，还能考虑更复杂的因素，如材料非线性、几何非线性、动力响应等，使分析结果更加接近结构的真实工作状态本部分将介绍高层结构计算机分析的基本原理和方法，包括有限元方法基础、建模技术、参数设置以及主流结构分析软件的应用通过掌握计算机分析方法，可以更全面、更精确地评估高层建筑结构的性能，为安全、经济的结构设计提供可靠依据高层结构计算模型杆系模型与简化分析最基本的结构分析模型，将框架梁柱简化为线性杆件，节点连接方式根据实际情况设置为刚接或铰接这种模型计算简便，适用于规则结构的初步分析，但难以反映剪力墙、楼板和局部构件的真实工作状态平面框架模型将空间结构简化为互相垂直的几个平面框架，分别计算各方向的内力和变形，最后进行组合这种模型可以考虑节点刚度、构件非线性等因素，计算精度较高，但对空间效应的考虑不够全面，适用于平面规则的多、高层建筑空间整体有限元模型最精确的计算模型，将建筑所有承重构件都纳入同一个三维模型中进行整体分析框架构件采用梁元；剪力墙、楼板采用壳元；复杂节点可采用实体元这种模型可以全面考虑结构的空间效应，反映结构的真实工作状态在实际工程中，计算模型的选择应根据结构类型、复杂程度和设计阶段来确定初步设计可采用简化模型快速评估；详细设计则需要建立精确的空间模型进行全面分析；特殊结构还需要建立局部精细模型进行深入研究常用有限元分析方法静力分析动力分析分析结构在静荷载作用下的响应，包括线性静力分析研究结构在动荷载下的响应，包括振型分析、反应谱和非线性静力分析分析和时程分析特殊分析非线性分析包括稳定性分析、施工阶段分析和风振舒适度分析等考虑材料非线性和几何非线性，更准确反映结构真实专项研究行为静力分析是结构设计的基础，主要研究结构在恒载、活载、风荷载等静态作用下的内力和变形对于高层建筑，需要考虑P-Δ效应等二阶效应的影响，通常采用几何非线性分析方法动力分析是高层建筑抗震设计的关键，包括基于振型分解的反应谱分析和直接积分的时程分析反应谱分析计算简便，适用于大多数规则结构；时程分析则更精确，适用于重要结构和不规则结构在实际工程中，还需考虑砌体填充墙对框架的影响填充墙虽然是非结构构件，但会显著增加框架的侧向刚度，影响结构的动力特性通常采用等效斜撑模型来模拟填充墙的作用计算参数选取材料参数截面特性•混凝土弹性模量通常取•框架梁需考虑翼缘效应，T形截面或矩

3.0×10⁴~

3.5×10⁴MPa形截面•混凝土泊松比通常取

0.2•框架柱按实际尺寸和配筋确定刚度•钢材弹性模量

2.06×10⁵MPa•剪力墙考虑开裂影响，剪切刚度取

0.7GA•材料密度需考虑附加质量如装修、隔墙等•楼板可选用壳元或面元建模，或考虑刚性楼板假定•考虑混凝土开裂的影响，梁弯曲刚度取

0.35EI，柱弯曲刚度取

0.7EI•等效构件核心筒可简化为框架-剪力墙等效模型边界条件与荷载•基础约束考虑地基类型选择固定、弹性或土-结构相互作用•节点刚度根据实际连接方式确定节点刚接或半刚接•荷载分布面荷载应转化为构件线荷载或节点荷载•荷载组合按规范要求确定最不利组合情况•施工阶段考虑分步施工对内力分布的影响主要控制指标控制指标类别具体指标规范限值控制意义位移控制层间位移角多遇地震≤1/550防止非结构构件损坏位移控制顶点水平位移≤H/500保证结构整体稳定周期要求基本周期经验值H/100~H/80避免共振，保证舒秒适度周期要求周期比T₂/T₁≥

0.85防止扭转效应过大振型要求有效质量系数累计≥90%保证动力分析精度结构薄弱部位刚度比相邻层≥

0.8防止软弱层形成结构薄弱部位强度比相邻层≥

0.8防止薄弱层破坏结构设计中，需要严格控制这些指标，确保结构满足安全性、适用性和耐久性要求特别是对于高层建筑，位移控制尤为重要，过大的位移会导致非结构构件损坏，影响建筑正常使用常用结构设计软件PKPM软件系列国产主流结构设计软件，包括SATWE结构分析、PMWin施工图等模块特点是符合中国规范，操作简便，设计流程完整适合各类混凝土结构设计，特别是框架、剪力墙结构建模方式以轴线定义为主，结果输出齐全，广泛应用于国内设计院ETABS软件美国CSI公司开发的专业建筑结构分析软件，全球广泛应用特点是建模灵活、分析功能强大，特别适合高层和超高层建筑分析提供丰富的单元类型和分析方法，支持复杂的非线性分析界面直观，结果可视化程度高，但需要用户具备扎实的理论基础MIDAS系列软件韩国MIDAS公司开发的结构分析软件，包括MIDAS Gen、Building等特点是界面友好，功能全面，既适用于常规结构，也适用于特殊结构分析提供丰富的模板和向导，简化建模过程分析方法齐全，结果展示直观，在国内外工程中应用广泛第七部分结构构件设计构件设计原则安全性、经济性与施工便捷性统一主要构件类型框架梁、框架柱、剪力墙、连梁与节点设计内容截面尺寸、配筋计算与构造措施设计方法强度、刚度、稳定性综合验算抗震要求延性构造与性能目标控制结构构件设计是将整体分析结果转化为具体构件设计的关键环节设计过程需要考虑构件承载力、变形能力和施工可行性，确保构件能够安全可靠地承担设计荷载，并满足使用功能要求框架结构的主要构件包括框架梁、框架柱、剪力墙、连梁和节点等每种构件都有其特定的受力特点和设计要点，需要根据内力分析结果进行针对性设计，合理确定截面尺寸和配筋方案特别是在抗震设计中，需要满足强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的基本原则，确保结构具有良好的延性和耗能能力框架梁设计受力特点与内力组合配筋计算与构造要求框架梁主要承受弯矩和剪力作用，在竖向荷载下产生跨中正弯矩框架梁配筋计算主要包括受弯配筋和受剪配筋两部分和支座负弯矩；水平荷载则产生附加弯矩，与竖向荷载产生的弯

1.受弯配筋根据计算弯矩确定配筋面积，通常采用对称或近矩进行组合需考虑最不利组合情况，通常包括似对称配筋•最大正弯矩组合

1.3恒载+

1.5活载

2.受剪配筋计算剪力作用下的箍筋面积和间距，确保剪力承•最大负弯矩组合

1.3恒载+

1.5活载±

1.3水平荷载载能力•最大剪力组合

1.3恒载+

1.5活载±

1.3水平荷载

3.构造要求纵筋锚固、接头位置、最小配筋率、箍筋加密区等框架梁的梁高与跨度比宜取1/10~1/12，截面宽高比宜取1/2~1/3，确保足够的刚度和承载力在抗震设计中，框架梁还需满足一系列特殊要求，如加密区箍筋间距不大于100mm，纵筋采用连续通长布置，梁端部设置可靠的纵筋锚固措施等这些措施旨在提高梁的延性和抗震性能，确保在地震作用下形成预期的塑性铰机制框架柱设计受力分析框架柱承受轴力、弯矩和剪力的复合作用，需考虑偏心受压状态截面设计根据轴压比和弯矩需求确定截面形状与尺寸，控制轴压比不超过限值配筋计算采用小偏心或大偏心计算方法，确定纵筋面积和箍筋配置方案抗震构造设置加密箍筋区，确保柱具有足够的延性和抗剪能力框架柱的设计中，轴压比是关键控制参数，直接影响柱的延性和抗震性能《高规》要求

一、二级抗震等级框架柱轴压比不宜大于

0.7，

三、四级不宜大于

0.8轴压比过高会导致柱的脆性破坏，降低结构的抗震能力柱的截面尺寸应根据轴压比和刚度要求确定，一般柱的截面尺寸不宜小于400mm×400mm配筋率应在1%~5%之间，常用配筋率为2%左右柱顶柱底设置箍筋加密区，加密区长度不小于柱截面大边长度、柱净高的1/6和500mm三者的最大值剪力墙设计墙肢设计考虑轴力、弯矩、剪力共同作用，控制轴压比和配筋率边缘构件提高墙端部延性和承载力，确保弯曲性能和约束效果洞口处理合理设置洞口位置和尺寸，加强洞口周边配筋和构造连梁设计配置斜筋或普通配筋，提高墙体整体性和延性变形能力剪力墙的设计首先要确定墙厚，一般不小于160mm，高层建筑的底部剪力墙厚度可达300mm甚至更大墙体配筋包括水平分布筋、竖向分布筋和构造边缘构件分布筋一般采用双层配置，最小配筋率为

0.25%；墙端部的边缘构件需要设置加密箍筋，提高延性在抗震设计中，需要特别注意剪力墙的抗剪承载力和变形能力墙的高宽比、轴压比和配筋率是影响其性能的关键因素对于高宽比大于2的高耸墙，应重点控制底部弯曲性能；对于高宽比小于2的低矮墙，则应加强抗剪设计不规则墙体还需进行特殊处理，确保应力传递路径明确、连续连梁设计连梁的作用与类型受力特性与内力分析连梁是连接两片剪力墙的水平构件，是连梁在水平荷载作用下主要承受剪力和剪力墙结构中的重要耗能构件根据跨弯矩，表现出剪切型受力特性深连高比的不同，连梁可分为深连梁梁的剪力变形占主导地位，应按深梁理l₀/h≤2和普通连梁l₀/h2连梁的论计算；普通连梁则可按一般梁的理论主要作用是传递两片墙体之间的剪力，计算连梁的刚度与强度直接影响剪力提高整体结构的侧向刚度和承载力墙的整体性能斜筋连梁设计对于跨高比小于或等于2的深连梁，宜采用斜筋配置斜筋配置能显著提高连梁的抗剪承载力和延性，斜筋应成对对称布置，倾角一般为45°左右斜筋应穿过连梁全长，并伸入墙内至少

1.5倍锚固长度连梁的设计需要特别注意抗震构造要求对于斜筋连梁，每组斜筋应设置箍筋约束，箍筋间距不大于100mm；对于普通配筋连梁，应在全长范围内设置加密箍筋，间距不大于100mm，且在梁两端各1/4跨度范围内，箍筋加密间距不大于75mm框架节点设计节点类型与受力特点设计计算与配筋方法框架节点是梁柱相交的区域，是力的传递枢纽，其类型包括内节节点设计主要包括以下步骤点、外节点和角节点节点区域承受复杂的受力状态，包括

1.计算节点核心区剪力V_j=αA_s f_y-N_c-V_c

2.验算核心区混凝土抗剪强度V_j≤f_v b_j h_j•来自梁端的弯矩和剪力

3.配置节点水平箍筋A_sv=V_j/f_yv h_0•来自柱的轴力、弯矩和剪力

4.确定箍筋间距和排布方式•节点核心区的剪切力对于高层建筑和高烈度区，可能需要在节点核心区设置附加斜向节点的受力特点与相交构件的数量、尺寸比例和荷载性质密切相钢筋，以增强节点的抗剪能力和延性关节点核心区的剪力是节点设计的关键控制因素框架节点的构造细节对结构的抗震性能至关重要节点区箍筋间距不应大于100mm，且不宜大于纵向钢筋直径的4倍梁纵筋应可靠锚固到节点内部或通过节点，锚固长度不小于规范要求对于外节点，通常需要设置弯折钩或加长锚固长度等特殊措施，确保梁端塑性铰形成时钢筋不发生滑移或拔出抗震性能提高措施强柱弱梁设计原则延性设计方法强柱弱梁是抗震设计的基本原则，延性设计强调结构在非弹性阶段的要求节点处柱的抗弯承载力之和大变形能力和能量耗散能力具体措于梁的抗弯承载力之和的

1.2倍这施包括合理选择结构体系，控制一原则旨在确保地震作用下塑性铰轴压比和配筋率，优化构件尺寸和首先出现在梁端而非柱端，避免形配筋方案，采用高延性钢材，确保成软层机制，保证结构的整体稳定钢筋的连续性和锚固可靠性等性构造措施与细节处理良好的构造细节是保证抗震性能的关键主要措施包括框架柱和剪力墙边缘构件设置密集箍筋，增强约束效果；连梁采用斜筋配置，提高剪切承载力；节点区加强配筋，确保力传递连续；避免纵筋在塑性区接头，防止薄弱区形成除了传统抗震设计方法外，现代抗震技术还包括基础隔震和结构消能两大类基础隔震通过在建筑与基础之间设置隔震装置，降低输入地震作用；结构消能则通过在结构中设置专门的消能装置，如阻尼器、屈曲约束支撑等，增加结构阻尼比，减小地震响应第八部分特殊结构设计随着建筑高度不断增加和功能需求日益复杂，常规框架结构已难以满足要求，各种特殊结构体系应运而生本部分将介绍几种典型的特殊结构形式，包括钢-混凝土混合结构、型钢混凝土与钢管混凝土、巨型结构与外伸桁架等这些特殊结构形式通过充分发挥不同材料的优势，形成高效的承重体系，能够满足超高层建筑、大跨度建筑和异形建筑的特殊需求了解这些先进结构体系的特点和设计方法，对于拓展结构设计思路、提高设计水平具有重要意义钢支撑设计支撑类型选择截面设计1根据建筑功能和结构需求选择合适的支撑形考虑屈曲稳定性确定支撑截面形状和尺寸式构造要求节点连接满足抗震和耐火性能的特殊构造要求设计可靠的支撑与框架的连接节点钢支撑是提高框架结构抗侧刚度的有效措施，常见的支撑形式包括X形支撑、V形支撑、人字形支撑、K形支撑和偏心支撑等支撑的布置应考虑平面和竖向的均匀性，避免产生扭转效应和薄弱层在抗震设计中，普通支撑主要依靠支撑的屈曲和屈服来耗散能量，其延性较差；而屈曲约束支撑则通过特殊构造措施防止支撑屈曲，可以同时发挥拉压两种工作状态，具有良好的延性和耗能能力，是现代抗震设计中的优选方案型钢混凝土设计组成与类型材料优势互补计算方法型钢混凝土是将型钢完全或部型钢具有较高的抗拉、抗压和型钢混凝土构件的计算包括强分埋入混凝土中形成的组合构抗弯性能，混凝土具有良好的度计算和变形计算两部分强件，包括型钢混凝土柱、型钢抗压和耐火性能两种材料结度计算采用叠加原理，考虑型混凝土梁和型钢混凝土剪力墙合后，能够充分发挥各自优钢和混凝土的共同贡献；变形等多种类型型钢通常采用工势，形成承载力高、刚度大、计算则采用等效刚度的方法，字钢、箱形钢或十字形钢延性好的复合构件考虑两种材料的协同工作效应构造要求型钢混凝土构件的关键构造要点包括确保型钢与混凝土的共同工作，保证混凝土浇筑质量，设置合理的箍筋约束，处理好型钢与框架节点的连接，考虑防火和耐久性要求等钢管混凝土设计基本概念受力特点钢管混凝土是将混凝土浇筑在钢管内形钢管混凝土的核心优势在于钢管对混凝成的复合构件，钢管既作为承重构件，土的约束效应和混凝土对钢管的支撑作又作为混凝土的模板和约束构件常见用钢管的约束使混凝土处于三向压应的截面形式包括圆形、方形和矩形等力状态，显著提高了混凝土的承载力和钢管混凝土广泛应用于高层建筑的柱、延性；混凝土的填充则防止了钢管的局支撑和桥梁的墩柱等部屈曲，提高了整体稳定性设计方法钢管混凝土设计主要包括轴压承载力计算、轴压弯曲承载力计算和变形验算等计算时需考虑约束效应的影响，通常采用统一强度理论或修正的叠加原理进行分析设计中应控制钢管的直径厚度比或宽厚比，确保足够的约束效果钢管混凝土构件的施工需要特别注意混凝土的浇筑质量对于高度较大的构件，应采取压力浇筑或分段浇筑措施，防止混凝土出现离析、收缩和空洞等缺陷在抗震设计中，应加强钢管混凝土构件与相邻构件的连接节点设计，确保力的有效传递巨型结构与外伸桁架巨型结构概念外伸桁架系统巨型结构是超高层建筑通常超过300米的主要结构形式，其特外伸桁架是超高层建筑中常用的增强侧向刚度的结构系统，由设点是将建筑物视为一个整体巨型构件来设计，而非传统的逐层设置在核心筒与周边柱之间的刚性桁架组成外伸桁架的主要作用计方法巨型结构通常由巨型柱、巨型梁、巨型支撑和巨型框架是等大尺度构件组成，形成高效的荷载传递体系

1.将核心筒与外围柱连接成整体，提高整体抗侧刚度巨型结构的典型形式包括巨型框架-核心筒结构、束筒结构、菱

2.减小结构顶部位移和层间位移角形网格巨型结构等这些结构形式能够有效应对超高层建筑的强

3.实现内力重分配，提高结构受力效率风荷载和地震作用，保证结构的安全性和舒适性

4.减小核心筒底部的弯矩，降低基础造价外伸桁架的布置数量和位置直接影响其工作效率，通常在建筑高度的1/3~2/3位置设置最为有效钢混凝土混合结构-结构形式钢-混凝土混合结构是将钢结构和混凝土结构在同一建筑中结合使用的结构体系常见形式包括钢框架-混凝土核心筒结构、下部混凝土上部钢结构、转换层结构等这种结构形式能够充分发挥钢材和混凝土各自的材料优势协同工作原理钢-混凝土混合结构的关键在于确保两种材料系统的协同工作这通常通过刚性连接节点、剪力连接件、嵌入式钢构件或后张拉预应力等方式实现良好的连接设计能确保荷载的有效传递和内力的合理分配设计要点混合结构设计的关键包括考虑两种材料的变形协调性，处理好接触面的力传递，考虑温度效应和收缩徐变的影响，确保施工过程中的结构安全，以及特殊节点的设计与计算等方面特殊性能要求钢-混凝土混合结构需要特别关注钢结构的防火、防腐和混凝土的收缩徐变等问题同时，由于使用不同材料，施工工序复杂，需要制定详细的施工方案，确保质量和进度第九部分框架结构设计案例实际工程案例是理论知识与工程实践的桥梁，通过分析典型案例可以更深入地理解框架结构设计的原理和方法本部分将介绍三类典型框架结构的设计案例多层框架结构、高层框架-剪力墙结构和框架-核心筒结构这些案例涵盖了从方案选择、荷载分析、计算模型建立、内力分析到构件设计的完整过程，展示了不同类型框架结构的设计特点和关键控制指标通过案例学习，可以掌握框架结构设计的实际操作方法，提高工程实践能力多层框架结构设计流程结构布置与初步设计首先进行结构平面和竖向布置，确定柱网尺寸、层高和构件初始截面多层框架结构一般采用规则的柱网布置，柱距通常为6~8m，层高为

3.6~

4.2m初步确定框架梁尺寸（跨度的1/10~1/12）和框架柱尺寸（满足轴压比要求）计算分析与方案优化建立结构计算模型，考虑竖向荷载和水平荷载的组合作用，进行内力分析和变形计算检查层间位移角是否满足规范要求（通常为1/550），验证各构件的承载力和稳定性根据计算结果优化构件尺寸和布置，平衡安全性和经济性构件设计与构造详图根据内力分析结果，进行框架梁、框架柱和节点的具体设计，确定配筋方案和构造措施特别注意框架节点的设计，确保梁柱连接可靠绘制构造详图，包括配筋图、节点详图和连接构造图，为施工提供明确指导设计文件编制与审核编制完整的设计文件，包括设计说明、计算书、图纸和清单等进行内部审核和外部审查，确保设计满足规范要求和业主需求根据审查意见进行修改和完善，最终形成指导施工的正式设计文件高层框架剪力墙结构案例-工程概况计算分析要点某28层住宅楼，建筑高度

87.5m，标准层高

3.0m，底层为商业采用PKPM-SATWE软件建立空间整体模型进行分析计算结果裙房，层高

4.5m采用框架-剪力墙结构体系，抗震设防烈度7显示结构基本周期为

2.82s，框架和剪力墙的刚度比值合理，度，设计使用年限50年地上结构采用C35混凝土，地下采用各层层间位移角最大值为1/837，小于规范限值1/550，结构整体C40防水混凝土性能良好1234结构方案特点关键构件设计剪力墙主要布置在电梯井和楼梯间周围形成核心筒，外围为框架剪力墙底部区域轴压比控制在

0.35以下，设置了构造边缘构件，结构，提供良好的平面使用灵活性剪力墙厚度为250mm，框竖向分布筋采用HRB400级钢筋，配筋率为

0.6%框架柱采用对架柱截面为600mm×600mm，框架梁截面为称配筋，纵筋配筋率约为

1.5%，满足强柱弱梁要求250mm×600mm，楼板厚度为120mm框架核心筒结构案例-42180m层数建筑高度超高层办公楼总层数从基础到结构顶部的总高度度81/780抗震烈度最大层间位移角设计地震作用水平多遇地震下的计算结果该工程采用框架-核心筒结构体系，核心筒由剪力墙组成，位于建筑中部，围绕电梯井和设备间布置，厚度为400-600mm；外围为大跨度框架结构，柱距为

8.4m×

9.0m，框架柱截面为700mm×700mm至1000mm×1000mm，框架梁截面为500mm×900mm结构分析采用ETABS软件建立三维有限元模型，考虑了风荷载和地震作用的组合效应为控制风振舒适度，在第25层和第38层设置了调谐质量阻尼器（TMD）结构设计中特别注意了核心筒墙体的抗剪承载力和变形能力，在底部加强区采用了高强度混凝土和密集配筋该项目的难点在于核心筒开洞较多，影响结构整体性，设计中通过加强连梁设计和优化洞口布置解决了这一问题同时，为解决大跨度楼板的挠度控制问题，采用了后张预应力技术，显著提高了使用性能第十部分新技术应用BIM技术应用新材料应用装配式框架结构建筑信息模型BIM技术已广泛高性能混凝土HPC、超高性能装配式框架结构通过工厂预应用于框架结构设计中，实现混凝土UHPC、高强钢筋等新制、现场安装的方式，实现了了设计、分析、施工和运维的型材料的应用，显著提高了框建筑工业化生产预制框架全过程信息集成BIM技术能够架结构的承载力和耐久性纤柱、预制框架梁和预制楼板等提前发现设计冲突，优化构件维增强复合材料FRP在结构加构件采用高精度生产，现场通布置，提高设计质量和效率，固和抗震设计中的应用，为框过可靠的连接节点形成整体结并为后续施工提供精确的三维架结构提供了更多优化方案构，具有施工速度快、质量可可视化指导控、环境友好等优势智能结构监测基于物联网技术的结构健康监测系统，能够实时监测框架结构的动态响应和性能变化通过安装振动传感器、倾角传感器和应变传感器等，收集结构运行数据，评估结构状态，为维护决策提供科学依据总结与展望创新驱动发展新理论、新技术与新材料推动结构设计革新多目标优化2安全、经济、功能与环保的综合平衡工程实践理论与实践相结合，不断积累工程经验持续学习终身学习理念，跟踪行业最新发展本课程系统介绍了框架结构设计的基本理论、计算方法和工程实践，从基础概念到复杂结构体系，从受力分析到构件设计，全面涵盖了框架结构设计的各个方面通过学习，您应已掌握框架结构的受力特点、内力分析方法和设计要点，能够进行各类框架结构的方案选择和设计计算未来，框架结构设计将朝着更高、更轻、更强、更绿色的方向发展性能化设计理念将逐步取代传统的规范设计；数字化、智能化技术将进一步提高设计效率和精度；新型结构体系和材料将不断涌现，为工程实践提供更多可能性作为未来的结构工程师，需要不断学习新知识、掌握新技术，才能在快速发展的行业中保持竞争力。