結(jié)構(gòu)概念和體系第4章1

1、第四章第四章 結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical System of Structure)緒論緒論(Introduction ) 第一章第一章 一些重要的結(jié)構(gòu)概念一些重要的結(jié)構(gòu)概念(Some Important Concepts of Structure) 第二章第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計中的總體問題結(jié)構(gòu)設(shè)計中的總體問題(The General Problems in Structural Design )第三章第三章 結(jié)構(gòu)的水平體系結(jié)構(gòu)的水平體系(The Horizontal Systems of Structure)第五章第五章 工程實例簡介工程實例簡介(Introduction

2、 to Engineering Examples )第四章第四章 結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure)要求有足夠的承載能力要求有足夠的承載能力和足夠的抗側(cè)移剛度和足夠的抗側(cè)移剛度豎向體系的豎向體系的作用是承受作用是承受豎向豎向荷載荷載水平水平荷載荷載第四章第四章 結(jié)構(gòu)豎向體系結(jié)構(gòu)豎向體系 ( Vertical Structural System )必須滿足承載力極限狀態(tài)必須滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)傳給基礎(chǔ)傳給基礎(chǔ)芝加哥（芝加哥（Chicago）湖點大廈湖點大廈（Lake point tower） 抗側(cè)移

3、剛度不足，風(fēng)抗側(cè)移剛度不足，風(fēng)荷載作用下下層層間位移荷載作用下下層層間位移過大，造成許多玻璃幕墻過大，造成許多玻璃幕墻破碎。破碎。第四章第四章 結(jié)構(gòu)豎向體系結(jié)構(gòu)豎向體系( (Vertical Structural System )4.1 框架作用框架作用(Frame Action) 結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure) 4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用”的推理（的推理（Discussion on Frame Action）4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（So

4、me Effective Ways to Improve the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）4.1 框架作用框架作用(Frame Action) 4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future) 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(The Major Styles and Characteristics of the Vertical Structural System ) 當(dāng)柱頂與橫梁當(dāng)

5、柱頂與橫梁鉸接鉸接時時稱為稱為排架排架(Bent Frame)4.1 4.1 框架作用框架作用 ( Frame Action ) （1） 結(jié)構(gòu)的豎向體系可以由結(jié)構(gòu)的豎向體系可以由柱、排架、框架、結(jié)構(gòu)墻或筒柱、排架、框架、結(jié)構(gòu)墻或筒體結(jié)構(gòu)等體結(jié)構(gòu)等組成，也可由上述幾種結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)合組成組成，也可由上述幾種結(jié)構(gòu)構(gòu)件聯(lián)合組成 。 當(dāng)柱頂和橫梁當(dāng)柱頂和橫梁剛接剛接時，時，稱為稱為框架框架(Frame) 排架排架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件間均為鉸支，受力明確，設(shè)計計算和節(jié)點結(jié)構(gòu)，構(gòu)件間均為鉸支，受力明確，設(shè)計計算和節(jié)點構(gòu)造相對簡單，對房屋變形的影響不敏感。在單層工業(yè)廠房中構(gòu)造相對簡單，對房屋變形的影響不敏感。在單層工業(yè)廠

6、房中，吊車是很大的集中荷載，常會引起廠房較大的局部變形，從，吊車是很大的集中荷載，常會引起廠房較大的局部變形，從而引起復(fù)雜的內(nèi)力重分布。所以，而引起復(fù)雜的內(nèi)力重分布。所以，單層工業(yè)廠房往往采用排架單層工業(yè)廠房往往采用排架，使結(jié)構(gòu)受力明確。，使結(jié)構(gòu)受力明確。 框架框架柱和橫梁連成整體，荷載柱和橫梁連成整體，荷載下變形一致，柱的變形會迫使橫梁下變形一致，柱的變形會迫使橫梁變形，他們共同工作，抵抗外荷。變形，他們共同工作，抵抗外荷。一般說來，框架受力比排架合理，一般說來，框架受力比排架合理，剛度也較大。剛度也較大。 下面對獨立柱下面對獨立柱(Cantilever Column )、排架和框架在荷載作

7、、排架和框架在荷載作用下的工作特點作一簡單比較。用下的工作特點作一簡單比較。 假設(shè)各柱截面完全相同。獨立柱的承載力和柱的計假設(shè)各柱截面完全相同。獨立柱的承載力和柱的計算長度有關(guān)，根據(jù)力學(xué)知識，桿件的計算長度相當(dāng)于荷算長度有關(guān)，根據(jù)力學(xué)知識，桿件的計算長度相當(dāng)于荷載下桿件彈性變形曲線的半波長。獨立柱的計算長度載下桿件彈性變形曲線的半波長。獨立柱的計算長度L01 = 2h。4.1 4.1 Frame Action 一、豎向荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較一、豎向荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 排架在房屋中由于屋蓋系統(tǒng)的聯(lián)系，各柱的側(cè)向變形要協(xié)排架在房屋中由于屋蓋系統(tǒng)的聯(lián)系，各柱的側(cè)向變形要協(xié)

8、調(diào)，在豎向荷載作用下排架的側(cè)向變形很小，可以忽略不計，調(diào)，在豎向荷載作用下排架的側(cè)向變形很小，可以忽略不計，這在計算簡圖上相當(dāng)于加上一個水平連桿支座，此時的柱相當(dāng)這在計算簡圖上相當(dāng)于加上一個水平連桿支座，此時的柱相當(dāng)于下端嵌固，上端為無側(cè)移于下端嵌固，上端為無側(cè)移( (允許豎向變形允許豎向變形) )鉸支座，柱的計算鉸支座，柱的計算長度長度 L02 = 0.7 h,由于計算長度減小，柱不易失穩(wěn)，承載力將略由于計算長度減小，柱不易失穩(wěn)，承載力將略有提高。有提高。 對于柱頂與橫梁剛性連接的框架，柱頂?shù)霓D(zhuǎn)動要受到橫梁對于柱頂與橫梁剛性連接的框架，柱頂?shù)霓D(zhuǎn)動要受到橫梁剛度的約束。橫梁剛度為零時，橫梁對柱

9、沒有約束，此時柱的剛度的約束。橫梁剛度為零時，橫梁對柱沒有約束，此時柱的變形與在排架中完全一樣；當(dāng)橫梁剛度無窮大時，柱頂不能有變形與在排架中完全一樣；當(dāng)橫梁剛度無窮大時，柱頂不能有一點轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于兩端嵌固，此時柱的計算長度一點轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于兩端嵌固，此時柱的計算長度L03 = 0.5 h?？伞？梢?，在框架中，橫梁剛度將影響柱的計算長度，減小柱的失穩(wěn)見，在框架中，橫梁剛度將影響柱的計算長度，減小柱的失穩(wěn)趨勢，在一定程度上，提高柱的抗壓承載力。趨勢，在一定程度上，提高柱的抗壓承載力。P/2PPh反彎點反彎點012Lh020.7Lh030.7Lha)獨立柱b)排架c)框架EIEI=0=04.1 4.1

10、 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 為了便于比較，取各柱截面剛度均為為了便于比較，取各柱截面剛度均為EIEI，每個柱頂作用的，每個柱頂作用的水平力都為水平力都為H/2。獨立柱象一根懸臂梁一樣工作，排架柱頂為。獨立柱象一根懸臂梁一樣工作，排架柱頂為鉸接，對柱的側(cè)移沒有約束，故其固端彎矩和柱頂側(cè)移和獨立鉸接，對柱的側(cè)移沒有約束，故其固端彎矩和柱頂側(cè)移和獨立柱完全相同。根據(jù)力學(xué)知識，柱完全相同。根據(jù)力學(xué)知識，固端彎矩固端彎矩: :M 1=M2=(H/2) h ; ; 柱頂側(cè)移柱頂側(cè)移: :1= 2 = ( H/

11、2 ) h3 / 3EI 框架框架柱在水平力作用下，柱頂?shù)霓D(zhuǎn)角受到橫梁剛度的約柱在水平力作用下，柱頂?shù)霓D(zhuǎn)角受到橫梁剛度的約束，橫梁在約束柱頂轉(zhuǎn)動的同時，柱對橫梁作用一個力矩，束，橫梁在約束柱頂轉(zhuǎn)動的同時，柱對橫梁作用一個力矩，此力矩將在橫梁中形成彎矩和剪力此力矩將在橫梁中形成彎矩和剪力; ;同時，橫梁對柱有一個反同時，橫梁對柱有一個反向力矩，橫梁剛度越大，此反向力矩也越大。柱受到反向力向力矩，橫梁剛度越大，此反向力矩也越大。柱受到反向力矩作用，將在柱內(nèi)形成反彎點矩作用，將在柱內(nèi)形成反彎點(Opposite Flexural point )，從，從而減小了柱的計算長度。而減小了柱的計算長度。12

12、H/2hHH3EIM反彎點反彎點12HMh22HMh31()2MHhVdVa)a)獨立柱獨立柱b)b)排架排架c)c)框架框架柱頂水平力作用下獨立柱、排架和框架比較柱頂水平力作用下獨立柱、排架和框架比較d4.1 4.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 由反彎點以上橫梁的平衡由反彎點以上橫梁的平衡 可以看出，橫梁剪力將引起柱可以看出，橫梁剪力將引起柱的軸向力的軸向力V，左柱受拉，右柱受壓，形成力矩，左柱受拉，右柱受壓，形成力矩Vd 。從總體上。從總體上看看, , 力矩力矩Vd 與外荷與外荷H H引起的傾覆

13、力矩方向相反，可以抵消一引起的傾覆力矩方向相反，可以抵消一部分傾覆力矩，從而減小柱的固端彎矩。若把反彎點部分傾覆力矩，從而減小柱的固端彎矩。若把反彎點(Opposite Flexural Point )以下部分取為割離體，反彎點處彎矩為零，只以下部分取為割離體，反彎點處彎矩為零，只有剪力有剪力H/2。 由于反彎點高度由于反彎點高度 h1 h，則框架固端彎矩，則框架固端彎矩: : M 3 = H /2 h 1 M1 =M 2 = H /2 hh hHH/2H/2VVVH/2VH/2反彎點EIEIH/2H/2VVa)從梁柱節(jié)點切開的框架隔離體b)從反彎點切開的框架隔離體框架作用框架作用14.1 4

14、.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 橫梁剛度越大，橫梁內(nèi)的剪力橫梁剛度越大，橫梁內(nèi)的剪力( (也即柱內(nèi)豎向軸力也即柱內(nèi)豎向軸力) )也越大，也越大，可以抵消更多的傾覆力矩。當(dāng)可以抵消更多的傾覆力矩。當(dāng) EI =，柱頂沒有轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于一，柱頂沒有轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于一個可以側(cè)移的嵌固端，柱的反彎點位于柱高中點。由圖可見，此個可以側(cè)移的嵌固端，柱的反彎點位于柱高中點。由圖可見，此時柱的固端彎矩時柱的固端彎矩 M 4 =(H/2)h/2 ，僅為獨立柱或排架柱固端彎矩，僅為獨立柱或排架柱固端彎矩的一半。柱頂側(cè)移相當(dāng)于

15、被反彎點分開的兩段懸臂短柱側(cè)移的總的一半。柱頂側(cè)移相當(dāng)于被反彎點分開的兩段懸臂短柱側(cè)移的總和，即柱頂側(cè)移和，即柱頂側(cè)移: 4 = 2(H/ 2) (h/ 2)3/ 3EI = 1 /4 = 2 /4 可以看出，這里所指的橫梁剛度實質(zhì)上是指橫梁對節(jié)點轉(zhuǎn)動可以看出，這里所指的橫梁剛度實質(zhì)上是指橫梁對節(jié)點轉(zhuǎn)動的約束，而節(jié)點上不僅有橫梁還有立柱，節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度是橫梁的約束，而節(jié)點上不僅有橫梁還有立柱，節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度是橫梁和立柱在節(jié)點處轉(zhuǎn)動剛度的總和。所謂橫梁比較和立柱在節(jié)點處轉(zhuǎn)動剛度的總和。所謂橫梁比較“剛剛”，是指在，是指在節(jié)點總轉(zhuǎn)動剛度中橫梁所占比例較大。節(jié)點總轉(zhuǎn)動剛度中橫梁所占比例較大。桿件在節(jié)

16、點處的轉(zhuǎn)動剛度桿件在節(jié)點處的轉(zhuǎn)動剛度與桿件截面抗彎剛度與桿件截面抗彎剛度EIEI成正比，與桿件長度成反比成正比，與桿件長度成反比( (還與桿件遠(yuǎn)還與桿件遠(yuǎn)端的邊界條件有關(guān)端的邊界條件有關(guān)) )，通常用線剛度，通常用線剛度 i = EI/L 來表達(dá)。來表達(dá)。H4HEI=EI=4M4M4V4VdH/2H/2h/2h/2h2Hhd2HhdH/2H/22Hhd2HhdMHh/2Hh/2完全框架作用完全框架作用min2HhMmin2HhVmaxV4.1 4.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 我們可以用橫梁和柱的

17、線剛度我們可以用橫梁和柱的線剛度（i = EI/ L）比比 = ib / ic來描述它們對節(jié)點轉(zhuǎn)動的約束程度。來描述它們對節(jié)點轉(zhuǎn)動的約束程度。值越大，值越大，橫梁對框架節(jié)點轉(zhuǎn)動的約束也越大。由于這種影響橫梁對框架節(jié)點轉(zhuǎn)動的約束也越大。由于這種影響是通過框架的剛性節(jié)點來實現(xiàn)的，所以稱為是通過框架的剛性節(jié)點來實現(xiàn)的，所以稱為“框架框架作用作用”(Frame Action ) 。工程中。工程中44時時 ，可近似，可近似認(rèn)為橫梁已能可靠地約束節(jié)點轉(zhuǎn)動，即上述認(rèn)為橫梁已能可靠地約束節(jié)點轉(zhuǎn)動，即上述EI=情 況 ， 稱 為情 況 ， 稱 為 “ 完 全 框 架 作 用完 全 框 架 作 用 ( ( F u

18、l l y F r ame Action )” )”。完全框架作用將使柱內(nèi)彎矩減半，使完全框架作用將使柱內(nèi)彎矩減半，使框架的抗側(cè)移剛度提高到獨立柱的四倍框架的抗側(cè)移剛度提高到獨立柱的四倍，效益十分，效益十分顯著。顯著。 實際上工程中既無絕對剛接，也無絕對鉸接。實際上工程中既無絕對剛接，也無絕對鉸接。4.1 4.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較美國美國 紐約紐約 框架作用應(yīng)用在索橋立柱中框架作用應(yīng)用在索橋立柱中剛性橫梁剛性橫梁剛性橫梁剛性橫梁4.1 4.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷二、

19、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較載作用下獨立柱、排架和框架的比較 框架作用的概念具框架作用的概念具有普遍意義。有普遍意義。例如右例如右圖圖, ,將框架轉(zhuǎn)將框架轉(zhuǎn)90o，利，利用用“框架作用框架作用”提高提高懸挑結(jié)構(gòu)的剛度。懸挑結(jié)構(gòu)的剛度。樓面結(jié)構(gòu)水平懸挑構(gòu)件水平懸挑構(gòu)件樓面結(jié)構(gòu)水平懸挑構(gòu)件水平懸挑構(gòu)件框架框架4.1 4.1 Frame Action 二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較二、在柱頂水平荷載作用下獨立柱、排架和框架的比較 “框架作用框架作用”和和“完全框架作用完全框架作用”的概念對設(shè)計人員非常重要，在高層的概念對設(shè)計人員非常重要，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常要用

20、到它，希望建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常要用到它，希望大家認(rèn)真體會，加深理解，應(yīng)用到工大家認(rèn)真體會，加深理解，應(yīng)用到工程設(shè)計中去，有效提高結(jié)構(gòu)的剛度和程設(shè)計中去，有效提高結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。承載力。4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用”的推理（的推理（Discussion on Frame Action）結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure)4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用”的推理（的推理（Discussion on Frame Action）4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施

21、（Some Effective Ways to Improve the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）4.1 框架作用框架作用(Frame Action ) 4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future) 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(The Major Styles and Characteristics of The Vertical Structural System) 4.2

22、4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用( (Frame Action) ” ”的推理的推理 上一節(jié)我們討論了雙列柱框上一節(jié)我們討論了雙列柱框架的內(nèi)力和變形，工程中框架的架的內(nèi)力和變形，工程中框架的形式較多，隨房屋高度的增加，形式較多，隨房屋高度的增加，如何進(jìn)一步提高框架的抗側(cè)移剛?cè)绾芜M(jìn)一步提高框架的抗側(cè)移剛度顯得十分重要。度顯得十分重要。下面我們來討下面我們來討論還有哪些措施可以把框架的剛論還有哪些措施可以把框架的剛度和承載力再提高一些。度和承載力再提高一些。4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用( (Frame Action) ” ”的推理的推理一、增設(shè)框架內(nèi)柱的影響一、增設(shè)框架內(nèi)柱的影響

23、如果條件允許，增設(shè)內(nèi)柱，不僅增加了如果條件允許，增設(shè)內(nèi)柱，不僅增加了抵抗荷載的柱數(shù)，還減小了橫梁的跨度，相抵抗荷載的柱數(shù)，還減小了橫梁的跨度，相對提高了橫梁的線剛度，增強了框架作用，對提高了橫梁的線剛度，增強了框架作用，甚至可能達(dá)到甚至可能達(dá)到“完全框架作用完全框架作用”。 增加內(nèi)柱后，總柱數(shù)為增加內(nèi)柱后，總柱數(shù)為m，則每柱剪力為，則每柱剪力為H/m。若能達(dá)到。若能達(dá)到“完全框架作用完全框架作用”，反彎點在柱高中點，則柱根處彎矩為：，反彎點在柱高中點，則柱根處彎矩為： Mm = (H/m)(h/2) = (1/m)(Hh/2) M1 ;柱頂側(cè)移為柱頂側(cè)移為: : m =2 (H/m)(h/2)

24、 3 /(3EC IC ) 1 ; 可見，增加柱數(shù)對減小柱根彎矩和減小框架側(cè)移是有效的。可見，增加柱數(shù)對減小柱根彎矩和減小框架側(cè)移是有效的。121 HhH/2H/22HhVd4HhM V增加內(nèi)柱的影響增加內(nèi)柱的影響EI=h/2h/2H/mH/m1V2V3V4V5V10HhM 2mHhMmm-柱數(shù) 從圖從圖b)b)可以看出，與立柱可以看出，與立柱鉸接鉸接的連系梁對框架的變形沒有的連系梁對框架的變形沒有任何約束作用，兩根立柱的變形曲線與獨立柱的變形曲線完全任何約束作用，兩根立柱的變形曲線與獨立柱的變形曲線完全相同。相同。 若橫梁與立柱若橫梁與立柱剛接剛接，見圖，見圖c)c)，情況就完全不同了，為簡

25、化，情況就完全不同了，為簡化分析，這里以分析，這里以“完全框架作用完全框架作用”為例，設(shè)為例，設(shè)n為層數(shù)，即橫梁總數(shù)。為層數(shù)，即橫梁總數(shù)。顯然立柱剪力沒有變，仍為顯然立柱剪力沒有變，仍為H/2，但此時立柱可以看成是由，但此時立柱可以看成是由2n段段長為長為h/2n的小柱組成，其框架頂端側(cè)移的小柱組成，其框架頂端側(cè)移n n為為2n根懸臂柱側(cè)移的根懸臂柱側(cè)移的總和。即總和。即：n =2n(H/2)(h/2n) 3 3 /3ECIC =(1/4n2 2) 14.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用(Frame Action) ” ”的推理的推理二、增設(shè)框架橫梁的影響二、增設(shè)框架橫梁的影響 請注意，

26、這里請注意，這里n與層數(shù)與層數(shù)( (或橫梁數(shù)或橫梁數(shù)) ) n 的平方成反比的平方成反比，可見，可見增加剛性橫梁可大大減小框架側(cè)移，尤其當(dāng)增加剛性橫梁可大大減小框架側(cè)移，尤其當(dāng) n 很大時，效果就很大時，效果就尤為明顯。這樣，我們就不難理解金門大橋高高的立柱上為什么尤為明顯。這樣，我們就不難理解金門大橋高高的立柱上為什么要設(shè)置多道剛性橫梁了。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，多層框架的作用也要設(shè)置多道剛性橫梁了。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，多層框架的作用也類似。沿房屋短方向布置框架，承重的框架橫梁截面要比連系梁類似。沿房屋短方向布置框架，承重的框架橫梁截面要比連系梁大，可以有效提高大，可以有效提高“框架作用框架作用”，

27、增強房屋沿短方向的抗側(cè)移剛，增強房屋沿短方向的抗側(cè)移剛度。所以設(shè)計人員都喜歡沿房屋的短方向布置主框架。度。所以設(shè)計人員都喜歡沿房屋的短方向布置主框架。121 HH1n hHEI=反彎點反彎點a)單層框架b)加鉸接橫梁c)加剛接橫梁增加橫梁的影響增加橫梁的影響4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用(Frame Action) ” ”的推理的推理二、增設(shè)框架橫梁的影響二、增設(shè)框架橫梁的影響框架作用在懸索橋立柱中的應(yīng)用實例框架作用在懸索橋立柱中的應(yīng)用實例4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用(Frame Action) ” ”的推理的推理二、增設(shè)框架橫梁的影響二、增設(shè)框架橫梁的影響 這里還應(yīng)

28、指出，增加橫這里還應(yīng)指出，增加橫梁后柱的計算長度短了。節(jié)梁后柱的計算長度短了。節(jié)點處梁柱線剛度比將減小，點處梁柱線剛度比將減小，有可能不足以實現(xiàn)有可能不足以實現(xiàn)“完全框完全框架作用架作用”。盡管如此，增加。盡管如此，增加橫梁的作用還是很明顯的。橫梁的作用還是很明顯的。4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“Frame Action”的推理的推理三、加大框架梁、柱截面高度的影響三、加大框架梁、柱截面高度的影響 框架抗側(cè)移剛度與柱截面剛度框架抗側(cè)移剛度與柱截面剛度EcIc直接有關(guān)，而慣性矩直接有關(guān)，而慣性矩Ic= bchc3 /12，即，即剛度與柱截面高度剛度與柱截面高度hc的三次方成正比的三次方成正比，可見，

29、可見增加柱截面高度對提高房屋抗側(cè)移是很有效的。當(dāng)然，柱截增加柱截面高度對提高房屋抗側(cè)移是很有效的。當(dāng)然，柱截面尺寸的確定與許多因素有關(guān)，必須考慮它對平面布置和使面尺寸的確定與許多因素有關(guān)，必須考慮它對平面布置和使用功能的影響，這里只作為方案分析來討論。對于兩列柱的用功能的影響，這里只作為方案分析來討論。對于兩列柱的框架，由于外墻不能外移，所以柱的最大截面高度框架，由于外墻不能外移，所以柱的最大截面高度hc max d/2 必須注意，此時柱的有效中心距必須注意，此時柱的有效中心距ded，并且由，并且由于柱剛度的增大，于柱剛度的增大，框架作用框架作用將減弱。因此，必要時將減弱。因此，必要時還要相應(yīng)

30、增加框架梁的截面高度還要相應(yīng)增加框架梁的截面高度hb。d121 hHHH/2 H/2H/2H/22HhVd4HhM ddeM2HhVde加大梁柱截面高度的影響加大梁柱截面高度的影響a)b)4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“Frame Action”的推理的推理四、同時采用以上幾種措施的討論四、同時采用以上幾種措施的討論 在此基礎(chǔ)上如在此基礎(chǔ)上如果加大梁和柱的截果加大梁和柱的截面尺寸，則剩下可面尺寸，則剩下可供開窗洞的尺寸就供開窗洞的尺寸就越來越小，最后洞越來越小，最后洞口為零時，就成了口為零時，就成了一片實墻。在結(jié)構(gòu)一片實墻。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，把這種抵設(shè)計中，把這種抵抗側(cè)力的鋼筋混凝抗側(cè)力的鋼筋混凝土墻稱

31、為結(jié)構(gòu)墻。土墻稱為結(jié)構(gòu)墻。 上述三種措施都可以有效提高框架的抗側(cè)移剛度。設(shè)想上述三種措施都可以有效提高框架的抗側(cè)移剛度。設(shè)想如果同時增設(shè)內(nèi)柱和橫梁，如下圖所示如果同時增設(shè)內(nèi)柱和橫梁，如下圖所示, , 實際上就形成了多實際上就形成了多層多跨框架結(jié)構(gòu)。層多跨框架結(jié)構(gòu)。e)加大梁柱截面a)框架b)加柱c)加梁d)加柱和梁(框筒)開孔率不宜大于50%f)無開孔墻(筒體)框架框架- -剪力墻剪力墻( (筒體筒體) )的相互轉(zhuǎn)化的相互轉(zhuǎn)化4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“Frame Action”的推理的推理四、同時采用以上幾種措施的討論四、同時采用以上幾種措施的討論(a)整體墻整體墻 其工作狀態(tài)其工作狀態(tài)就象一

32、片懸臂深就象一片懸臂深梁；若在結(jié)構(gòu)墻梁；若在結(jié)構(gòu)墻上開一些小洞，上開一些小洞，則其工作狀態(tài)仍則其工作狀態(tài)仍是結(jié)構(gòu)墻，只在是結(jié)構(gòu)墻，只在洞口局部有一些洞口局部有一些應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中現(xiàn)象。(b)整體小開口墻整體小開口墻洞口開大洞口開大4.2 4.2 關(guān)于關(guān)于“Frame Action”的推理的推理四、同時采用以上幾種措施的討論四、同時采用以上幾種措施的討論（c） 聯(lián)肢墻聯(lián)肢墻(d)組合整體墻組合整體墻(e)壁式框架壁式框架 當(dāng)梁柱都當(dāng)梁柱都較寬，節(jié)點處較寬，節(jié)點處形成一個剛性形成一個剛性區(qū)域時，設(shè)計區(qū)域時，設(shè)計中應(yīng)考慮剛域中應(yīng)考慮剛域的影響。的影響。洞口開大洞口開大再開大再開大再開大再開大剪

33、力墻-框架的相互轉(zhuǎn)化剛域剛域4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(The Major Styles and Characteristics of The Vertical Structural System )結(jié)構(gòu)的豎向體系結(jié)構(gòu)的豎向體系(The Vertical Systems of Structure )4.2 關(guān)于關(guān)于“框架作用框架作用”的推理（的推理（Discussion on Frame Action）4.4 提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施提高高層結(jié)構(gòu)體系整體承載力和抗側(cè)移能力的有效措施（Some Effective Ways to Im

34、prove the Carrying Capacity and Stiffness of High-rise Building Structure）4.1 框架作用框架作用 (Frame Action) 4.5 未來超高層建筑結(jié)構(gòu)未來超高層建筑結(jié)構(gòu)(High-rise Building Structure in Future) 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(The Major Styles and Characteristics of The Vertical Structural Systems )一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 (

35、Vertical Structural System of Mixed Structure )一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 ( Vertical Structural System of Mixed Structure )二、排架體系二、排架體系 (Bent Frame System )四、結(jié)構(gòu)墻體系四、結(jié)構(gòu)墻體系 ( Shear Wall System) 五、框架五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系結(jié)構(gòu)墻體系 (FrameShear Wall System) 三、框架體系三、框架體系 (Frame System) 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點(Th

36、e Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System )六、筒體六、筒體 ( ( Tube ) )七、巨型框架體系七、巨型框架體系 ( (Giant Frame System) ) 九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系九、蒙皮結(jié)構(gòu)體系 ( ( Shin Plate Structure ) )十、其他組合體系十、其他組合體系 ( (Other Mixed Structural Systems ) )八、巨型桁架體系八、巨型桁架體系 ( (Giant Truss System ) )4.3 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主

37、要類型和特點( (The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System) ) 4.3 4.3 一、一、the Vertical Structural System of Mixed Structure 混合結(jié)構(gòu)房屋墻體自重大，強混合結(jié)構(gòu)房屋墻體自重大，強度低，幾乎不能承受拉力，抗震能度低，幾乎不能承受拉力，抗震能力差，通常適用于力差，通常適用于八層以下民用房八層以下民用房屋屋。燒制粘土磚需大量占用農(nóng)田，。燒制粘土磚需大量占用農(nóng)田，國家已嚴(yán)格限制粘土磚的使用。利國家已嚴(yán)格限制粘土磚的使用。利用工業(yè)廢料生產(chǎn)的砌塊品種很

38、多，用工業(yè)廢料生產(chǎn)的砌塊品種很多，為混合結(jié)構(gòu)房屋砌體提供了新的材為混合結(jié)構(gòu)房屋砌體提供了新的材料來源。料來源。 近年來開發(fā)的高強混凝土空心近年來開發(fā)的高強混凝土空心砌塊，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的砌塊，以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的在空心砌塊中設(shè)置配筋芯柱和圈梁在空心砌塊中設(shè)置配筋芯柱和圈梁的新型配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)體系的新型配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)體系，自，自重輕，強度高，芯柱和圈梁形成的重輕，強度高，芯柱和圈梁形成的“區(qū)格區(qū)格”大大提高了砌體的整體性大大提高了砌體的整體性，承載力和抗震性能好。配筋砌塊，承載力和抗震性能好。配筋砌塊混合結(jié)構(gòu)房屋正在逐漸向中高層發(fā)混合結(jié)構(gòu)房屋正在逐漸向中高層發(fā)展。展。 混合結(jié)構(gòu)房

39、屋多以墻體為主要混合結(jié)構(gòu)房屋多以墻體為主要承重結(jié)構(gòu)，有時也用一些磚柱或鋼承重結(jié)構(gòu)，有時也用一些磚柱或鋼筋混凝土柱，以減小樓蓋的跨度。筋混凝土柱，以減小樓蓋的跨度。橫墻承重橫墻承重房屋的抗側(cè)移剛度很大，房屋的抗側(cè)移剛度很大，但房間劃分受到限制；但房間劃分受到限制；縱墻承重縱墻承重方方案開間劃分較靈活，可設(shè)較大開間案開間劃分較靈活，可設(shè)較大開間的房間，但它的橫向剛度差，有時的房間，但它的橫向剛度差，有時也可適當(dāng)布置一些橫隔墻以提高房也可適當(dāng)布置一些橫隔墻以提高房屋抗側(cè)移剛度。在采用鋼筋混凝土屋抗側(cè)移剛度。在采用鋼筋混凝土預(yù)制板作樓蓋預(yù)制板作樓蓋( (或屋蓋或屋蓋) )時，若時，若橫墻橫墻間距小于間

40、距小于32 m，房屋的側(cè)移很小，房屋的側(cè)移很小，設(shè)計中可以忽略不計，在靜力分析設(shè)計中可以忽略不計，在靜力分析中稱為剛性方案。中稱為剛性方案。a) a)橫墻承重橫墻承重b)b)縱墻承重縱墻承重c) c)設(shè)內(nèi)柱設(shè)內(nèi)柱( (內(nèi)框架內(nèi)框架) )混合結(jié)構(gòu)墻體布置方案混合結(jié)構(gòu)墻體布置方案4.3 4.3 一、一、 the Vertical Structural System of Mixed Structure新型配筋砌體結(jié)構(gòu)體新型配筋砌體結(jié)構(gòu)體系系二、排架體系二、排架體系 （Bent Frame System）一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系 （The Vertical Structu

41、ral Systems of Mixed Structure ）二、排架體系二、排架體系 （Bent Frame System） 四、結(jié)構(gòu)墻體系四、結(jié)構(gòu)墻體系 （ Shear Wall System ）五、框架五、框架-結(jié)構(gòu)墻體系結(jié)構(gòu)墻體系 （FrameShear Wall System）三、框架體系三、框架體系 （Frame System） 4.3 結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點結(jié)構(gòu)豎向體系的主要類型和特點（The Major Styles and Characteristics of Vertical Structural System ）4.3 4.3 Vertical Structura

42、l SystemVertical Structural System 二、二、Bent Frame System 排架排架主要用在單層工業(yè)廠房中，排架柱與屋架主要用在單層工業(yè)廠房中，排架柱與屋架( (或屋面大或屋面大梁梁) )鉸接，對支座沉降或吊車荷載引起的廠房局部變形不敏感，鉸接，對支座沉降或吊車荷載引起的廠房局部變形不敏感，施工安裝也比較方便。施工安裝也比較方便。排架在自身平面內(nèi)的承載力和剛度都排架在自身平面內(nèi)的承載力和剛度都較大，但在出平面方向相對較弱較大，但在出平面方向相對較弱，因此，因此, , 除屋蓋支撐系統(tǒng)外，除屋蓋支撐系統(tǒng)外，還需設(shè)置柱間支撐和縱向系桿，以承受縱向水平力還需設(shè)置柱間支撐和縱向系桿，以承受縱向水平力( (吊車縱向吊車縱向制動力和山墻傳來的縱向風(fēng)荷載等制動力和山墻傳來的縱向風(fēng)荷載等) )和提高廠房的縱向剛度。和提高廠房的縱向剛度。在有吊車廠房，吊車梁本身也是很好的縱向系桿。在有吊車廠房，吊車梁本身也是很好的縱向系桿。柱間支撐柱間支撐三、框架體系三、框架體系 (Frame System) 一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系一、混合結(jié)構(gòu)房屋的豎向體系（The Vertical Structural Systems of Mixed Str