多高層三大傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

1、多高層三大傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系 一、框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)體系是指豎向承重結(jié)構(gòu)全由框架所組成的房屋結(jié)構(gòu)體系。框架由梁、柱、基礎(chǔ)這三種構(gòu)件形成承重結(jié)構(gòu)?？蚣芘c框架之間由聯(lián)系梁及樓面結(jié)構(gòu)聯(lián)成整體。橫向框架體系 縱向框架體系二、框架結(jié)構(gòu)的分類 按框架構(gòu)件組成劃分梁板式結(jié)構(gòu)是由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成，廣泛用于多層及高層房屋建筑上。無梁式結(jié)構(gòu)由板和柱子組成，實質(zhì)是一種無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，由于它的柱子與樓板整體連接，柱子除受軸向力外，柱端彎矩按“代替框架法”進行計算（“柱上板帶”作為框架橫梁來考慮）。從結(jié)構(gòu)選型的角度來說，無梁樓蓋本不是骨架體系，但由于起內(nèi)力分析類似框架結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)的受力角度看，它也是框架結(jié)構(gòu)的一種，廣泛

2、用于冷藏庫，倉庫等建筑物。 按施工方法劃分現(xiàn)澆式框架全部在現(xiàn)場澆注，故其整體性好，抗震性能好。但是現(xiàn)場施工的工作量大，工期長，并需要大量的模板。裝配式框架是指梁、柱、樓板均為預(yù)制，然后通過焊接拼裝連接成整體的框架結(jié)構(gòu)。可實現(xiàn)標準化、工廠化、機械化生產(chǎn)?，F(xiàn)場施工速度快，但現(xiàn)場的運輸和吊裝工作量大且整體性差，抗震能力弱，不宜在震區(qū)使用裝配式整體框架是指梁、柱、樓板均為預(yù)制，在吊裝就位后，焊接后綁扎節(jié)點區(qū)鋼筋，通過澆搗混凝土，形成框架節(jié)點并使各構(gòu)件連成整體的框架結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既具有良好的整體性和抗震性能，又采用預(yù)制構(gòu)件，兼具前兩種形式的優(yōu)點。 按承重結(jié)構(gòu)劃分全框架是房屋的（屋）面荷載全部由框架承擔(dān)，

3、外墻僅起維護作用。它具有良好的整體性和抗震性。內(nèi)框架的房屋內(nèi)部由梁柱組成的框架承重，外圍由磚墻承重，樓（屋）面荷載由框架和磚墻共同承擔(dān)。因其力學(xué)計算簡圖形如龍骨，也稱之為“龍骨架”。（如圖）這種房屋由于鋼筋混凝土與磚兩種材料的彈性模量不同，兩者剛度不協(xié)調(diào)，房屋的整體性和總體剛度都比較差。 三、框架結(jié)構(gòu)的特點及優(yōu)缺點框架結(jié)構(gòu)的受力特點：在豎向荷載作用下，梁主要承受彎矩和剪力，軸力較??；立柱主要承受軸力和彎矩，剪力較小，受力合理。當房屋層數(shù)不多時，風(fēng)荷載的影響一般較小，豎向荷載對結(jié)構(gòu)起著控制作用。在水平荷載作用下，表現(xiàn)出剛度小、水平側(cè)移大的特點，水平側(cè)移呈剪切型。房屋高度增加時，其受力特點的變化是

4、由豎向荷載為主變?yōu)槭軅?cè)向荷載為主?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的受力特點還在于“剛節(jié)點”。以門式剛架為例，它是幾何不變體系，剛節(jié)點對桿件的轉(zhuǎn)動具有約束作用，因而承受豎向荷載時，剛架橫梁的正彎矩得以減少。門式剛架 框架結(jié)構(gòu)的變形特點： 水平荷載作用下，桿件的變形是以彎曲為主，但框架整體的變形卻是剪切型的?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 強度高、自重輕、整體性和抗震性好。建筑平面布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)室、教室等。需要時，可用隔板分割成小空間，或拆除隔斷成大空間，使用靈活。特別是它的外墻用非承重構(gòu)件，可使立面設(shè)計靈活多變。框架結(jié)構(gòu)的缺點： 框架抗側(cè)剛度主要取決于梁柱的截面尺寸。通常梁柱的截面慣性矩小，

5、側(cè)向變形較大，這是框架結(jié)構(gòu)的主要缺點，限制了它的使用高度。此外，框架結(jié)構(gòu)層間變形大，容易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞。四、結(jié)構(gòu)布置及選型平面布置（1）柱網(wǎng)布置 所謂柱網(wǎng)，就是柱子在平面圖上的位置，因其常形成矩形網(wǎng)格而得名。 民用建筑的柱距常為3.37.2m,梁跨為4.57.0m，層高為2.84.2m，通常以300mm為模數(shù)。 柱網(wǎng)布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺寸應(yīng)符合經(jīng)濟原則和模數(shù)。（2）承重框架的布置橫向框架承重方案 在橫向布置主梁、縱向布置次梁或聯(lián)系梁。有利于提高結(jié)構(gòu)的橫向抗側(cè)剛度?？v向框架承重方案 在縱向布置主梁、橫向布置次梁或聯(lián)系梁?？色@得較高的室內(nèi)凈高，還可調(diào)整該方向的不均勻沉降?；旌峡蚣?/p>

6、承重方案 在縱橫兩個方向均布置主梁；樓面荷載較大、樓面有開洞或柱網(wǎng)布置成方形時常采用；整體工作性能好。橫向框架豎向布置豎向布置是指確定結(jié)構(gòu)沿豎向的變化情況。在滿足建筑功能要求的同時，應(yīng)盡可能規(guī)則、簡單。常見的結(jié)構(gòu)沿豎向的變化有：沿豎向基本不變化，這是常用的且受力合理的形式。底層大空間，如底層為商場等。頂層大空間，如頂層為觀光室、會議室等。其他。例如上部（逐層）收進、上部（逐層）挑出，等等。對豎向較規(guī)則的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)布置主要是平面布置。當結(jié)構(gòu)在豎向很不規(guī)則時，就應(yīng)分層布置。為有利于結(jié)構(gòu)受力，在平面上，框架梁宜拉通、對直；在豎向，框架柱宜上下對中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內(nèi)。五、構(gòu)件選型構(gòu)件形式 梁

7、截面一般為矩形；現(xiàn)澆板樓蓋時為T或L形；預(yù)制板樓蓋，常為十字型或花籃形；也可用疊合梁。柱截面為矩形或正方形構(gòu)件尺寸 過大的梁斷面會增加層高，不經(jīng)濟 ，對抗震也不利。柱斷面的尺寸要根據(jù)所受的軸力和彎矩確定。在震區(qū)，柱斷面受軸壓比限制，尺寸不能過小。 框架橫梁截面：h=(1/8-1/12)L ， b=(1/2-1/3)h 框架柱截面的寬與高 (1/15-1/20) 層高 框架橫梁截面按（0.5-0.7）M0初步估算（ M0簡支梁跨中彎矩） 框架柱梁截面按（1.2-1.4）N初步估算（ N軸向壓力）六、節(jié)點設(shè)計和構(gòu)造要求節(jié)點設(shè)計節(jié)點的重要性一般大于構(gòu)件的重要性。構(gòu)件失效引起的破壞可能是局部的，而節(jié)點

8、失效引起的破壞往往是大范圍的，造成的后果很嚴重。節(jié)點設(shè)計應(yīng)保證節(jié)點的安全可靠、經(jīng)濟合理且便于施工。對裝配式框架的節(jié)點，還需保證節(jié)點的整體性，使節(jié)點受力明確、構(gòu)造簡單、安裝方便，又易于調(diào)整，在構(gòu)件連接后能盡早地承受部分或全部設(shè)計荷載，使上部結(jié)構(gòu)得以繼續(xù)安裝。盡管大量的試驗證實節(jié)點區(qū)周圍的梁、屋面板以及其上、下方的柱都會對節(jié)點產(chǎn)生約束作用，使得節(jié)點區(qū)的承載力有一定的潛力。但是我國目前通行的設(shè)計方法仍是節(jié)點區(qū)的混凝土強度等級不低于混凝土柱的強度等級?，F(xiàn)澆框架節(jié)點一般均為剛接。柱節(jié)點構(gòu)造應(yīng)滿足規(guī)范要求。裝配整體式框架節(jié)點的構(gòu)造方式很多。對現(xiàn)澆柱、預(yù)制梁的裝配整體式框架，如采用工具式非承重柱模，預(yù)制主梁

9、的梁端一般深入柱內(nèi)70mm，縱向連梁由電焊與事先焊在柱縱向受力鋼筋上的小角鋼或撐筋相連。采用工具式承重柱模時，預(yù)制主梁的梁端深入柱內(nèi)20mm，預(yù)制梁與縱向連梁均直接支承在柱模上。此外，常見的幾種方式如下： 梁與柱的接頭 暗牛腿剛接方式；明牛腿剛接方式 柱與柱的接頭方式榫式焊接連接 梁與板的接頭方式疊合梁式（詳見下圖）a)梁、柱暗牛腿剛性連接點 b) 梁、柱明牛腿剛性連接點 c)柱與柱榫式焊接連接點 d)梁、板連接點裝配式框架接點圖 構(gòu)造要求（1）現(xiàn)澆框架的構(gòu)造要求 現(xiàn)澆框架的構(gòu)造應(yīng)使得構(gòu)件的各截面一方面能有效地承受設(shè)計內(nèi)力，另一方面具有合理的強度儲備。這就要求鋼筋有合理的搭接和錨固，并滿足最小

10、配筋率的要求。 規(guī)范給出了具體的構(gòu)造要求。（2）裝配式與裝配整體式框架的梁柱接頭布置 裝配式與裝配整體式框架的預(yù)制單元的確定，應(yīng)使結(jié)構(gòu)受力合理、構(gòu)造簡單、施工方便，還要考慮到預(yù)制單元的生產(chǎn)、運輸和吊裝的可行性。預(yù)制單元的劃分通常有以下幾種形式：單梁短柱式梁按跨度、柱按層高劃分成單個構(gòu)件。這種方案的優(yōu)點是構(gòu)件小，便于制作、堆放、運輸和吊裝；但接頭數(shù)量多且位于節(jié)點處，不利于受力。單梁長柱式梁按跨度劃分，柱子每兩層或數(shù)層為一個預(yù)制構(gòu)件。減少了接頭數(shù)量和吊裝次數(shù)，提高房屋的整體性。但運輸?shù)跹b困難，增加配筋。框架式把整個框架劃分為若干個小框架。接頭位置可在節(jié)點、彎矩較小的梁跨中或柱的層高中點。減少預(yù)制構(gòu)

11、件數(shù)量，提高整體性；但預(yù)制構(gòu)件大而復(fù)雜，制作、運輸、吊裝困難。b)長柱單梁式 a)短柱單梁式c)組合單元式 框架構(gòu)件單元劃分抗震設(shè)防區(qū)框架體系房屋體型和結(jié)構(gòu)布置的要求房屋的平、立面宜用簡單的體型平、立面不規(guī)則的體型，在水平荷載下作用下，受力復(fù)雜，應(yīng)盡量避免部分突出及剛度突變。若不能避免時，應(yīng)在結(jié)構(gòu)布置上局部加強。 局部加強 鞭端效應(yīng) 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)盡可能使房屋的剛度中心與地震合力作用線接近或重合。如果二者相距較遠，在地震力作用下會有扭矩產(chǎn)生使房屋扭轉(zhuǎn)變形，并在柱中引起附加內(nèi)力。扭矩MT作用 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)使房屋中各部分的剛度均勻，不過分懸殊。相差懸殊時，剛性部分和柔性部分之間會產(chǎn)生差異

12、較大的水平力，它們之間還會出現(xiàn)剪力和彎矩 ，受力復(fù)雜。在工業(yè)廠房中此問題都發(fā)生在框架結(jié)構(gòu)的廠房附有混合結(jié)構(gòu)的附屬用房，宜用防震縫使兩者隔開。剪力和彎矩防震縫在烈度較高的抗震設(shè)防區(qū)、樓、電梯間不宜布置在結(jié)構(gòu)單元的兩端和拐角部位。因為結(jié)構(gòu)單元的兩端兩端扭轉(zhuǎn)效應(yīng)最大，拐角部位受力復(fù)雜，而各層樓板在樓、電梯間處要中斷，受力不利。應(yīng)注意控制房屋的側(cè)向變位和層間相對變位，并對填充墻采取適當?shù)募訌姶胧ㄔ谔畛鋲?nèi)設(shè)置輕鋼或鋼筋混凝土骨架等）各層樓板應(yīng)盡量設(shè)置在同一標高上，盡可能不采用復(fù)式框架。側(cè)向變位和層間相對變位 復(fù)式框架 房屋高低層不宜用牛腿連接，宜用防震縫分開。柱子的凈高與截面長邊的比值宜大于4。震害

13、和實驗研究表明，柱子的凈高與截面長邊的比值小于4時，柱子通常發(fā)生脆性的剪切破壞。牛腿破壞 七、框架結(jié)構(gòu)的適用層數(shù)與高寬比在豎向荷載下，框架的變形和彎矩與框架的層數(shù)沒有太大的關(guān)系。這是框架的優(yōu)越性。框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱相互剛接而成的，框架的承載能力和結(jié)構(gòu)效能主要依賴于梁與柱的強度和接點剛度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在豎向力和側(cè)向力作用下的反應(yīng)是完全不同的。在豎向荷載作用下，梁主要承受彎矩和剪力，軸力較??；立柱主要承受軸力和彎矩，剪力較小，受力合理。當房屋層數(shù)不多時，風(fēng)荷載的影響一般較小，豎向荷載對結(jié)構(gòu)起著控制作用。在水平荷載作用下，表現(xiàn)出剛度小、水平側(cè)移大的特點，水平側(cè)移呈剪切型。在側(cè)向荷載下，框架的變形和彎矩與

14、框架的層數(shù)有很大的關(guān)系。層數(shù)越多，變形越大。 框架房屋高度增加時，側(cè)向力作用的重要性急劇增加。建筑物達到一定高度時，側(cè)向位移會很大，甚至控制設(shè)計。框架的優(yōu)越性就表現(xiàn)不出來了。實踐表明，框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)是6-15層，最經(jīng)濟是10層左右。一般跨高比為5-7。當有變形性能良好的輕質(zhì)隔斷及外墻材料時，鋼筋混凝土框架可建造到30層左右。在我國目前情況下，框架結(jié)構(gòu)建造高度不宜過高，以1520層為宜。在北京已建成了高18層，局部22層的現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)長城飯店。它是我國震區(qū)最高的框架結(jié)構(gòu)，采用了延性設(shè)計方法，并采用輕鋼龍骨石膏作隔斷墻，外墻采用玻璃幕墻。八、框架結(jié)構(gòu)的運用和建筑藝術(shù)技巧的配合框架帶懸臂與建筑藝

15、術(shù)的有效結(jié)合在復(fù)雜的建筑平面體形上進行簡單的框架柱網(wǎng)布置框架柱網(wǎng)布置與建筑平面布局的融合構(gòu)思美國的框架結(jié)構(gòu)框架帶懸臂與建筑藝術(shù)的有效結(jié)合把建筑底層以上的室內(nèi)空間向周邊延伸是現(xiàn)代建筑常用的一種設(shè)計形式。這種懸挑形式可不必割斷柱子的連續(xù)性而達到“底層收進”的效果，使立面上下形成強烈對比。并且利于減少跨中彎矩。由底層的樓蓋懸挑出很厚的周邊雨罩也是現(xiàn)代建筑常用的一種設(shè)計形式。它使高層建筑立面給人以高中有寬，聳而不危，周邊開闊舒坦的感覺。這兩種設(shè)計方法都是對懸挑的絕妙應(yīng)用在復(fù)雜的建筑平面體形上進行簡單的框架柱網(wǎng)布置框架柱網(wǎng)布置越簡單、規(guī)則、整齊，對結(jié)構(gòu)受力越有利；而建筑藝術(shù)效果則要求復(fù)雜的形式。因此在復(fù)

16、雜的建筑平面形式與簡單的矚望布置之間要有一個很好的配合。在現(xiàn)代建筑中已有多種典型的布置方法。框架柱網(wǎng)布置與建筑平面布局的融合構(gòu)思在盡可能簡單規(guī)矩的柱網(wǎng)上，配以布局富于變化的建筑空間，是現(xiàn)代建筑藝術(shù)創(chuàng)新的一條途徑?；咀龇ǎ涸诮y(tǒng)一的規(guī)則柱網(wǎng)中，結(jié)合人流流線和使用要求，靈活地劃分廳室空間和穿插各種構(gòu)圖要素，以此來打破廳室空間的單調(diào)感，給人以美的享受。（見下圖幾種形式） 建造于1961年的芝加哥20層哈特福德公司大樓，是第一批結(jié)構(gòu)完全外露的大型混凝土建筑實例之一(Khan,1972)。哈特福德大樓的玻璃墻設(shè)置在從鋼筋混凝土框架邊后退約1.8m(6ft)處。因而，結(jié)構(gòu)就成為立面。在外觀上框架就清晰地呈

17、現(xiàn)了它的功能以及框架柱和樓面板之間的相互關(guān)系。樓板是加腋的，它的厚度在與柱連接處有所增加，為的是想要適應(yīng)該處傳遞給柱子的較大荷裁。這種增加板厚的做法不但在結(jié)構(gòu)上是有效的，而且由于提供了板柱間平滑過渡的連接，也增添了形象上的趣味性(這種做法與梅拉特所設(shè)計的板柱體系相似)。上面幾層處的柱，由于不需要承受過大的荷載因而隨高度遞增其截面可逐漸減小。 建于1966午的芝加哥不倫瑞克大樓是另一幢外露鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的實例(Grube and Sctlulze，1977)。這幢38層大樓比哈待福德公司大樓尺度大得多。這個混凝土框架的構(gòu)件比較細小，它們只少許地突出于窗口，使混凝土框架具有輕快的外貌，其效果像

18、一個玻璃盒子外面套著一個構(gòu)架。框架和窗間墻連在一起，形成一個簡明輕巧的結(jié)構(gòu)外型，而不是那種突突出框架作用的粗獷結(jié)構(gòu)外型。正如不倫瑞克大樓的底座與其對面市政中心大間距柱子相反映那樣德威特大樓纖細的框架卻與鄰近湖濱公寓類似的輕型結(jié)構(gòu)相共鳴。這個混凝土框架的構(gòu)件比較細小，它們只少許地突出于窗口，使混凝土框架具有輕快的外貌，其效果像一個玻璃盒子外面套著一個構(gòu)架。框架和窗間墻連在一起，形成一個簡明輕巧的結(jié)構(gòu)外型，而不是那種突突出框架作用的粗獷結(jié)構(gòu)外型。正如不倫瑞克大樓的底座與其對面市政中心大間距柱子相反映那樣德威特大樓纖細的框架卻與鄰近湖濱公寓類似的輕型結(jié)構(gòu)相共鳴。建成于1970年的紐約羅切斯特的內(nèi)地海事銀行，是另一個表現(xiàn)將上層很多柱子的豎向荷載轉(zhuǎn)換到底層少數(shù)大間距柱子的外露鋼筋混凝土框架建筑的實例(Khan，1972)。這幢20層大樓的荷載轉(zhuǎn)換在立面的平面內(nèi)外都會發(fā)生，使形成一種波浪起伏的效果。德威特大樓的混凝土框架的構(gòu)件比較細小，它們只少許地突出于窗口，使混凝土框架具有輕快的外貌，其效果像一個玻璃盒子外面套著一個構(gòu)架?？蚣芎痛伴g墻連在一起，形成一個簡明輕巧的結(jié)構(gòu)外型，而不是那種突突出框架作用的粗獷結(jié)構(gòu)外型。正如不倫瑞克大樓的底座與其對面市政中心大間距柱子相反映那樣德威特大樓纖細的框架