第三章框架結(jié)構(gòu)

第三章框架結(jié)構(gòu)第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1概述我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》GJ3-2002中將10層和10層以上或高度超過28m的民用建筑劃為高層建筑。鋼筋混凝土高層建筑常用的結(jié)構(gòu)體系有：1.框架結(jié)構(gòu)體系：優(yōu)點(diǎn)：建筑平面布置靈活、易于設(shè)置較大房間、使用方便構(gòu)件類型少，易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化；可以采用預(yù)制構(gòu)件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，有時(shí)還可采用現(xiàn)澆柱及預(yù)制梁板的半現(xiàn)澆半預(yù)制結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應(yīng)優(yōu)先采用。缺點(diǎn)：抗側(cè)剛度低，抗震性能較差，適用于２０層以下建筑適用范圍：辦公樓、餐廳、車間、營業(yè)室、教室和實(shí)驗(yàn)室等第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月概念利用建筑物墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。2、剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)平面圖第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn):整體性好，剛度大，在水平荷載作用下側(cè)向變形小，承載力(強(qiáng)度)要求也容易滿足，房間內(nèi)無梁柱外露。缺點(diǎn):剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的使用要求,結(jié)構(gòu)自重往往也較大。剪力墻的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月房屋剛度比框架-剪力墻體系更好，適用的層數(shù)更高，層數(shù)超過25層的房屋宜采用全部剪力墻結(jié)構(gòu)理論上可達(dá)100~150層，但墻體太厚，不經(jīng)濟(jì)，以40層以下為宜適用范圍：較小開間的住宅及旅館建筑。第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月１概念：為了充分發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活和剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的特點(diǎn)，當(dāng)建筑物需要有較大空間，且高度超過了框架結(jié)構(gòu)的合理高度時(shí)，可采用框架和剪力墻共同工作的結(jié)構(gòu)體系。２特點(diǎn)：以框架結(jié)構(gòu)為主，以剪力墻為輔助補(bǔ)救框架結(jié)構(gòu)的不足的半剛性結(jié)構(gòu)。剪力墻承擔(dān)大部分的水平荷載，框架以負(fù)擔(dān)豎向荷載為主。3、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月３受力變形特點(diǎn)４、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的適用范圍適用范圍：１５～２５層，H/B不宜大于4~5第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月適用范圍：25層以下的房屋，最高不宜超過30層地震區(qū)的五層以上的工業(yè)廠房由于剪力墻的存在，一定程度上限制了建筑平面布置的靈活性，這種體系用于旅館、公寓、住宅等建筑最為適宜兼有框架和剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，比框架結(jié)構(gòu)的水平承載力和側(cè)向剛度都有很大提高，比剪力墻結(jié)構(gòu)布置靈活，通?？蓱?yīng)用于10～20層的辦公樓、教學(xué)樓、醫(yī)院和賓館等建筑中。第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、筒體結(jié)構(gòu)1、概念與特點(diǎn)：將剪力墻集中到房屋的內(nèi)部或外部形成封閉的筒體筒體在水平荷載作用下好像一個(gè)豎向懸臂空心柱體，結(jié)構(gòu)空間剛度極大，抗扭性能也好剪力墻集中布置不妨礙房屋的使用空間，建筑平面布置靈活，適用于各種高層公共建筑和商業(yè)建筑第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)腹筒框筒桁架筒筒中筒2、筒體的基本形式第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、筒體結(jié)構(gòu)的類型根據(jù)建筑高度不同，可采用不同筒體結(jié)構(gòu)形式

內(nèi)筒體：將電梯井、樓梯井、管道井、服務(wù)間等集中成為一個(gè)核心筒體。

外筒體：四周外墻由密排窗框諸與窗間墻梁組成---多孔墻體。建筑物內(nèi)部可不設(shè)剪力墻。

筒中筒：內(nèi)筒體與外筒體相結(jié)合

多筒體組合：根據(jù)建筑平面要求可采用：多重套筒，組合筒---幾個(gè)筒體由樓板聯(lián)合束筒---若干個(gè)筒體成束狀結(jié)構(gòu)，筒體可錯(cuò)落不齊。第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月筒體結(jié)構(gòu)屬于空間受力體系（1）變形特點(diǎn)框筒側(cè)向變形仍以剪切型為主，而核心筒通常則是以彎曲型變形為主（2）受力特點(diǎn)框筒結(jié)構(gòu)是具有箱形截面的懸臂構(gòu)件，柱子分為受拉和受壓柱，形成受拉翼緣框架和受壓翼緣框架。將筒的四壁做成桁架，就形成桁架筒。桁架為軸向受力，與框架相比，更節(jié)省材料4、筒體的主要特點(diǎn)第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2框架結(jié)構(gòu)的組成與布置3.2.1框架結(jié)構(gòu)的組成與分類3.2.1.1框架結(jié)構(gòu)的組成框架結(jié)構(gòu)由梁和柱連接而成的。梁、柱連接處一般為剛性連接，也可以為鉸接連接，當(dāng)為鉸接連接時(shí)我們通常稱為排架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)一般要求框架梁宜連通，框架柱在縱橫兩個(gè)方向應(yīng)有框架梁連接，梁、柱中心線宜重合，框架柱宜縱橫對(duì)齊、上下對(duì)中等。第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月按框架的施工方法劃分（１）全現(xiàn)澆式框架：梁、板、柱均工地現(xiàn)澆優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)整體性及抗震性能好，節(jié)省鋼材；缺點(diǎn)：現(xiàn)場工作量大，模板消耗多，施工周期較長。（2）半現(xiàn)澆式框架：梁、柱現(xiàn)澆、板預(yù)制優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約模板、降低了成本缺點(diǎn)：整體及抗震性能不如全現(xiàn)澆式框架（3）裝配式框架：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，質(zhì)量容易保證，施工現(xiàn)場的工作量較少，比現(xiàn)澆框架節(jié)省模板并能縮短工期；缺點(diǎn)：增加了框架的節(jié)點(diǎn)連接，用鋼量大整體性較差。（4）裝配整體式框架其梁板柱可以在工廠預(yù)制，在施工現(xiàn)場將構(gòu)件吊裝就位，再用現(xiàn)澆混凝土將框架連接成整體，因而這種框架兼?zhèn)淞巳F(xiàn)澆式和裝配式框架的優(yōu)點(diǎn)。3.2.1.2框架的類型第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2框架結(jié)構(gòu)的布置3.2.2.1框架柱的布置（一）基本要求：１框架的柱網(wǎng)布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、整齊２要滿足生產(chǎn)工藝和建筑功能的要求３要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便４柱網(wǎng)尺寸應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)原則和盡量符合模數(shù)（二）柱網(wǎng)分類內(nèi)廊式柱網(wǎng)、等跨式柱網(wǎng)、對(duì)稱不等跨式柱網(wǎng)第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)稱三跨。

房間進(jìn)深：6m、6.6m、6.9m

走廊跨度：2.4m、2.7m、3.0m

開間方向柱距：3.6~8m

適用范圍：旅館、教學(xué)樓、辦公樓、醫(yī)院內(nèi)廊式第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月客房與衛(wèi)生間客房與衛(wèi)生間走道7500200075003900第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3900500050007000第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6000400050002000700060004000第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月教室走道6000600039002400走道6000600078002400教室第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月等跨式柱網(wǎng)：常用跨度為6米、7.5米、9米、12米開間方向柱距：6m適用范圍：廠房、倉庫、商店等跨式柱網(wǎng)第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)稱不等跨式柱網(wǎng)第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：無論是工業(yè)或民用建筑的柱網(wǎng)布置，當(dāng)房屋長度較大（55米）時(shí)，均需設(shè)置伸縮縫，在縫的兩側(cè)應(yīng)各自設(shè)置框架第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2.2、承重（豎向荷載）框架的布置橫向框架承重方案縱向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度大。有利采光和通風(fēng)。縱向框架承重方案橫向布置連系梁。橫向抗側(cè)剛度小。有利獲得較高凈空。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月縱橫向框架承重方案兩個(gè)方向均有較好的抗側(cè)剛度?？蚣艹兄胤桨概c樓蓋布置有關(guān)單向板樓蓋雙向板樓蓋第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2.3變形縫的設(shè)置當(dāng)建筑物縱向太長、立面高差太大、體型比較復(fù)雜時(shí)，為使受力合理我們應(yīng)對(duì)建筑物設(shè)置變形縫。變形縫種類：伸縮縫、沉降縫、防震縫伸縮縫也叫溫度縫，其設(shè)置主要與結(jié)構(gòu)的長度有關(guān)沉降縫：主要與基礎(chǔ)受到的上部荷載及場地的地質(zhì)條件有關(guān)防震縫：與建筑平面形狀、質(zhì)量分布、剛度、地理位置等有關(guān)第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3抗震設(shè)防區(qū)框架體系

房屋設(shè)計(jì)我國是一個(gè)多地震的國家，因此我們所設(shè)計(jì)的房屋應(yīng)該考慮地震的影響，對(duì)于房屋的抗震設(shè)計(jì)，不僅僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，我們應(yīng)該在進(jìn)行建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到抗震設(shè)計(jì)，這對(duì)于設(shè)計(jì)好一棟建筑是非常重要的。3.3.1框架結(jié)構(gòu)房屋最大適用高度根據(jù)國內(nèi)外大量震害調(diào)查和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為了達(dá)到即安全又經(jīng)濟(jì)合理的要求，多層與高層鋼筋混凝土房屋高度不宜太高。水平荷載對(duì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起主要控制作用，而豎向荷載對(duì)設(shè)計(jì)已失去控制作用，框架結(jié)構(gòu)優(yōu)越性就不能表現(xiàn)出來，層數(shù)越多，就越不優(yōu)越?？蚣芙Y(jié)構(gòu)不適宜高層和高寬比大的建筑原因：第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)度方面：由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力要相應(yīng)加大，尤其是水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力增加的更快。

剛度方面：隨著房屋高度增加，高寬比也逐漸增加，在水平荷載作用下，水平位移成為重要的控制因素。

綜上分析框架結(jié)構(gòu)高度增加時(shí)，側(cè)向力作用的重要性急劇增長。框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下，表現(xiàn)出“抗側(cè)剛度小，水平位移大”的弱點(diǎn)，是一種柔性結(jié)構(gòu)體系，房屋層數(shù)越多其弱點(diǎn)越明顯?？蚣芙Y(jié)構(gòu)合理層數(shù)是6-15層，最經(jīng)濟(jì)是10層左右。框架結(jié)構(gòu)一般的高寬比為3-5，房屋最大適用高度與烈度、場地類別等因素有關(guān)。我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002)規(guī)定了框架結(jié)構(gòu)最大適用高度不超過表3.2的規(guī)定。

表3.2房屋最大適用高度（m）

第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)房屋設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度，將框架結(jié)構(gòu)和框架-抗震墻結(jié)構(gòu)劃分為一、二、三和四級(jí)并規(guī)定不同抗震等級(jí)的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施?？蚣芸拐鸬燃?jí)可查表3.3表3.3框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.3規(guī)則結(jié)構(gòu)和不規(guī)則結(jié)構(gòu)區(qū)別規(guī)則結(jié)構(gòu)和不規(guī)則結(jié)構(gòu)的目的，是為了在抗震設(shè)計(jì)中予以區(qū)別對(duì)待。對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的不利地位，應(yīng)采取有效措施，以提高其抗震能力；對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)則應(yīng)按《規(guī)范》的一般規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)平面布置要求：（1）平面宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱、減少偏心；（2）平面長度不宜過長，突出部分長度l不宜過大，L、l等值宜滿足表3.4的要求。（3）不宜采用腳部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)豎向布置要求：

（1）豎向體系宜規(guī)則、均勻、對(duì)稱、避免過大的外挑和內(nèi)收；

（2）結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外面的高度與房屋高度之比大于0.2時(shí)，上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸不宜小于下部樓層水平尺寸的0.75倍；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對(duì)于下部樓層外挑時(shí)，下部樓層的水平尺寸不宜小于上部樓層水平尺寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m

當(dāng)不能滿足上述各項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整建筑平、立面尺寸和剛度沿房屋平面和高度的分布，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，避免設(shè)置防震縫。

3.3.4框架結(jié)構(gòu)的布置要求

在抗震設(shè)防區(qū)，框架體系房屋的建筑體型以及結(jié)構(gòu)布置應(yīng)注意如下要求：

（1）房屋的平面、立面宜簡單、規(guī)則第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）樓、電梯間不宜布置在結(jié)構(gòu)單元的兩端和拐角部位

（3）各層樓板應(yīng)盡量設(shè)置在同一標(biāo)高上，盡可能不采用復(fù)式框架。

（4）房屋高低層不宜用牛腿相連，宜用縫分開。第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面尺寸3.4.1框架梁截面尺寸框架梁截面形狀常采用的有矩形、T形和花籃形。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)建筑功能及結(jié)構(gòu)形式確定梁截面形狀。確定框架梁截面尺寸可參考同類房屋已有的設(shè)計(jì)資料確定，也可按下列方法估算：框架梁：梁高h(yuǎn)=(1/8~1/12)l梁跨且梁高≥400mm梁寬b=(1/2~1/3)h梁高，且梁寬≥200mm第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月框架連系梁或次梁：梁高h(yuǎn)=(1/12~1/18)l梁跨梁寬b=(1/2~1/3)h梁高，且梁寬≥200mm框架梁寬與梁高均以50為模數(shù)，為了統(tǒng)一模板尺寸便于施工，對(duì)于梁寬建議采用120mm，150mm，180mm，200mm，250mm，300mm，350mm等尺寸，梁高建議采用250mm，300mm，350mm，400mm，…，750mm，800mm，900mm，1000mm等尺寸。為了降低樓層高度，也為了比較容易實(shí)現(xiàn)延性框架要求的強(qiáng)柱弱梁措施，有時(shí)要設(shè)計(jì)寬度較大的扁梁。這時(shí)可根據(jù)樓板傳來的荷載及跨度情況，保證該梁的撓度不致過大，以滿足剛度要求。一般可取梁高為梁跨度的1/15-1/18.在一般荷載作用下，滿足上述要求的梁可不進(jìn)行撓度計(jì)算。第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2框架柱截面尺寸估算1、最小構(gòu)造尺寸矩形截面柱：hc/bc≤3；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，bc≥300mm；非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，bc≥250mm；bc≥(1/15~1/20)h；hc≥400mm。hc≥(1/15~1/20)h（h為層高）。圓形截面柱：dc≥350mm。2、滿足軸壓比限制軸壓比：柱的平均軸向壓應(yīng)力與混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度fc的比值（或指柱考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值）。即

μN(yùn)=N/(Acfc)≤[μN(yùn)]第36頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月軸