結(jié)構(gòu)選型3-框架結(jié)構(gòu)1

交通學(xué)院路橋工程系2012-09建筑結(jié)構(gòu)選型

——框架結(jié)構(gòu)

1.概念

框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱組成的框架作為豎向承重和抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系。

3框架結(jié)構(gòu)3.1框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)圖3.1框架結(jié)構(gòu)體系(a)橫向框架體系；(b)縱向框架體系■梁板柱結(jié)構(gòu)建筑施工工藝示意2.特點(diǎn)將承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)、分隔構(gòu)件完全分開，墻只起圍護(hù)、分隔作用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在水平荷載下表現(xiàn)出抗側(cè)移剛度小，水平位移大的特點(diǎn)，屬于柔性結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活，能夠滿足生產(chǎn)工藝和使用功能的要求

3.應(yīng)用廣泛應(yīng)用于多層工業(yè)廠房及多高層辦公樓、醫(yī)院、旅館、教學(xué)樓、住宅等。框架結(jié)構(gòu)的適用高度為6～15層，非地震區(qū)也可建到15～20層。鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)高層住宅

武 鋼 新 辦 公 樓辦公樓、高層住宅、教學(xué)樓、賓館、寫字樓、多層廠房等中高層建筑常采用框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式

紐約帝國(guó)大廈

高381m，共102層，全鋼框架結(jié)構(gòu)，1931年建成，曾雄踞世界最高建筑寶座達(dá)40年之久。在建筑史上創(chuàng)造了每周修建4層半、410天建成的施工紀(jì)錄紀(jì)錄。

3.3框架結(jié)構(gòu)（1）按構(gòu)件組成劃分

梁板式結(jié)構(gòu)（由梁、板、柱組成的骨架結(jié)構(gòu)）無(wú)梁式結(jié)構(gòu)（由板和柱子組成的骨架結(jié)構(gòu)）3.2框架結(jié)構(gòu)的類型框架結(jié)構(gòu)類型全現(xiàn)澆式框架裝配式裝配整體式

全部構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)澆注優(yōu)點(diǎn)：整體性好、抗震性好、剛度大、預(yù)埋鐵少、平面布置靈活……缺點(diǎn)：耗模板量大、工期長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)量大、冬施需防凍……全部構(gòu)件預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)裝配連接優(yōu)點(diǎn)：省模板、工期短、構(gòu)件可標(biāo)準(zhǔn)定型化……缺點(diǎn)：預(yù)埋件多、整體性差、抗震性差、用鋼量大、

……

預(yù)制構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)安裝就位，在連接處現(xiàn)澆混凝土形成整體。優(yōu)點(diǎn)：省模板、預(yù)埋件少、工期短、用鋼量少、抗震整體性好……缺點(diǎn)：施工復(fù)雜、增加了現(xiàn)場(chǎng)混凝土二次澆注工作量

……（2）按施工方法劃分組成梁基礎(chǔ)柱剛性節(jié)點(diǎn)固定連接3.3框架結(jié)構(gòu)的布置、柱網(wǎng)尺寸及構(gòu)件截面尺寸3.3.1框架結(jié)構(gòu)組成框架的立面布置規(guī)則框架內(nèi)收外挑缺梁抽柱錯(cuò)層1、一般要求框架梁宜連通，梁、柱中心線宜重合2、特殊要求由于使用功能或造型要求，框架結(jié)構(gòu)可做成抽梁、內(nèi)收、外挑等形式。結(jié)構(gòu)布置原則開間、進(jìn)深盡可能統(tǒng)一：構(gòu)件類型規(guī)格盡可能少平面應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱：盡可能使受力合理剛度沿高度分布均勻：避免突變、錯(cuò)層、局部夾層控制房屋高寬比H/B≤4：保證必要的抗側(cè)移剛度

設(shè)置必要的變形縫3.3.2框架結(jié)構(gòu)的布置柱網(wǎng)布置生產(chǎn)工藝要求建筑平面布置要求結(jié)構(gòu)受力合理方便施工布置方式：內(nèi)廊式、跨度組合式柱網(wǎng)應(yīng)與建筑分隔墻體布置相協(xié)調(diào)使豎載下結(jié)構(gòu)內(nèi)力均勻分布合理易施工：進(jìn)度快、造價(jià)低、保質(zhì)量3.3.2框架結(jié)構(gòu)的布置1、柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置典型的柱網(wǎng)有內(nèi)廊式、等跨式和不等跨式。內(nèi)廊式等跨式對(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

內(nèi)廊式適用范圍：旅館、教學(xué)、辦公、醫(yī)院客房與衛(wèi)生間客房與衛(wèi)生間走道750024007500420039005400540066006000420054002400720060004200教室走道6000600039002400走道6000600078002400教室結(jié)構(gòu)受力合理（均勻、對(duì)稱、對(duì)直、貫通，盡量避免缺梁抽柱）

承重框架布置橫向框架承重縱向框架承重縱橫向混合承重（預(yù)制板、現(xiàn)澆板）縱橫向混合承重（井式樓蓋）橫向框架承重：橫向剛度大、有利于抵抗橫向水平荷載，縱向連系梁較小，利于房屋采光、通風(fēng)?？v向框架承重：橫向連系梁較小，利于設(shè)備管線穿行，開間布置靈活，但橫向剛度差。縱橫向混合承重：縱橫向梁截面均較大(剛度大)，整體性能好，采用較多。2、梁格布置●晝夜溫差引起的變形不均勻沉降引起的變形●地震可能引起的變形如果足以引起建筑物結(jié)構(gòu)破壞應(yīng)在變形的敏感部位或其它必要的部位將建筑物沿全高斷開，令各部分成為獨(dú)立的單元，或分為簡(jiǎn)單、規(guī)則、均一的段，并在其中設(shè)縫，以利變形需要，這就是變形縫3、變形縫的設(shè)置伸縮縫(溫度縫)—晝夜溫差引起的變形沉降縫——不均勻沉降引起的變形防震縫——地震可能引起的變形建筑物不同的變形情況，變形縫分為：伸縮縫沉降縫抗震縫1、設(shè)制條件：根據(jù)建筑物的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)類型和屋蓋剛度以及屋面有否設(shè)保溫或隔熱層來(lái)考慮。

2、構(gòu)造要求

1）基礎(chǔ)可不斷開

2）從基礎(chǔ)頂面至屋頂沿結(jié)構(gòu)斷開伸縮縫項(xiàng)次結(jié)構(gòu)類型室內(nèi)或土中露天1排架結(jié)構(gòu)裝配式100702框架結(jié)構(gòu)裝配式

現(xiàn)澆式75

6550

353剪力墻結(jié)構(gòu)裝配式

現(xiàn)澆式65

4540

304擋土墻及地下墻壁等結(jié)構(gòu)裝配式

現(xiàn)澆式40

3030

20鋼筋砼房屋伸縮縫的最大間距防止建筑物因地基不均勻沉降引起破壞而設(shè)置的縫隙。沉降縫把建筑物分成若干個(gè)整體剛度較好，自成沉降體系的結(jié)構(gòu)單元，以適應(yīng)不均勻的沉降。1、設(shè)置條件①平面形狀復(fù)雜、高度變化較大、連接部位比較薄弱；②同一建筑相鄰部分層數(shù)相差兩層以上或?qū)痈呦嗖畛^(guò)10米；③建筑物相鄰部位荷載差異較大；④建筑物相鄰部位結(jié)構(gòu)類型不同；⑤地基土壓縮性有明顯差異處⑥房屋或基礎(chǔ)類型不同處⑦房屋分期建造的交接處。沉降縫2、構(gòu)造要求（1）斷開部位：從基礎(chǔ)到屋頂全部斷開。（2）設(shè)縫位置：3、沉降縫的寬度地基情況建筑物高度沉降縫寬度（mm）一般地基H<5m30H=5～10m50H=10～15m70

軟弱地基2～3層50～804～5層80～1205層以上>120濕陷性黃土地基

≥30～70（三）抗震縫針對(duì)地震時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起建筑物結(jié)構(gòu)斷裂，發(fā)生破壞的部位而設(shè)置的縫。1、設(shè)置條件：對(duì)以下情況，需要考慮設(shè)置抗震縫。

a、建筑平面復(fù)雜，有較大突出部分時(shí)；

b、建筑物立面高差在6米以上時(shí)；

c、建筑物有錯(cuò)層且樓板高差較大；

d、相鄰部分的結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量相差較大時(shí)。2、構(gòu)造要求

1）基礎(chǔ)以上斷開，基礎(chǔ)可不斷開。

2）縫的兩側(cè)設(shè)置墻體或雙柱或，一柱一墻，使各部分封閉并具有較好的剛度。

3）防震縫應(yīng)同伸縮縫和沉降縫協(xié)調(diào)布置，做到一縫多用。

3、縫寬在多層磚混結(jié)構(gòu)建筑中，防震縫寬50～70mm。多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，最小寬度應(yīng)符合下列要求：1）當(dāng)高度不超過(guò)15m時(shí)，可采用70mm；2）高度超過(guò)15m，按不同設(shè)防烈度增加縫寬：

6度地區(qū)，建筑每增加5m，縫寬增加20mm7度地區(qū)，建筑每增加4m，縫寬增加20mm;8度地區(qū)，建筑每增加3m，縫寬增加20mm;9度地區(qū)，建筑每增加2m，縫寬增加20mm;

框－結(jié)構(gòu)，取上述值50%，均不宜小于70mm?？拐鹂p兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同，宜按較大一側(cè)確定縫寬。本節(jié)小結(jié)⑴框架結(jié)構(gòu)的類型：整體式、裝配式、裝配整體式，應(yīng)了解各類型特點(diǎn)；⑵框架結(jié)構(gòu)布置原則：建筑方案的確定應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性，宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、均勻。⑶承重框架的布置方案：橫向、縱向、縱橫向承重，各方案的利弊應(yīng)了解。注意：承重方案與框架類型的區(qū)別！思考題3.3.3框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸及構(gòu)件截面尺寸（1）多層廠房的柱網(wǎng)尺寸柱距：一般6m跨度內(nèi)廊式柱網(wǎng)：6.0m+2.4m+6.0m或6.9m+3.0m+6.9m等跨式柱網(wǎng)：6、7.5、9、12600060002400

框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)由柱距和跨度組成。框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸和層高主要由使用功能的要求決定，并符合建筑模數(shù)，便于布置柱網(wǎng)一般以300mm為模數(shù)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(cāng)庫(kù)、商店3.3.3框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸及構(gòu)件截面尺寸（2）、多層民用房屋的柱網(wǎng)尺寸柱距：3.3m~6m跨度:6m~12m（從經(jīng)濟(jì)角度不宜超過(guò)9m）1、框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)尺寸9000900030007800框架橫梁截面梁高h(yuǎn)=(1/8-1/12)l梁跨框架柱截面的寬與高=(1/15-1/20)Hｉ層高2、構(gòu)件截面尺寸梁寬b=(1/2-1/3)h梁高框架橫梁截面也可按（0.5~0.7）M0進(jìn)行初步估算，（M0

—簡(jiǎn)支梁計(jì)算的跨中彎矩）截面尺寸的估算根據(jù)柱的負(fù)荷面積，估算柱在豎向荷載下的軸力取按軸壓構(gòu)件估算截面積抗震設(shè)計(jì)時(shí)，取要求滿足：（抗震等級(jí)三級(jí)）（抗震等級(jí)二級(jí)）（抗震等級(jí)一級(jí)）3.4框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用與建筑藝術(shù)技巧的配合3.4.1框架懸挑與建筑藝術(shù)的有效結(jié)合連續(xù)梁端部適當(dāng)懸挑有利于減少跨中彎矩，把建筑底層以上的室內(nèi)空間向周邊延伸。設(shè)計(jì)思想起源于：意圖以“底層收進(jìn)”使立向上下強(qiáng)烈對(duì)比的愿望。采用懸挑框架梁，不必打斷柱子的豎向連續(xù)性而取得底層收進(jìn)的設(shè)計(jì)做法，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)有利，且擴(kuò)大了建筑使用面積，同時(shí)室內(nèi)空間藝術(shù)處理也有新意。影響彎矩大小的因素是：荷載情況，內(nèi)梁跨度和外伸長(zhǎng)度之間的多種關(guān)系。外伸長(zhǎng)度應(yīng)多少不能絕對(duì)地一概而論。一般地，均布荷載作用情況下，外伸長(zhǎng)度不應(yīng)大于二分之一內(nèi)跨長(zhǎng)度，也不宜小于四分之一內(nèi)跨長(zhǎng)度，比較合適的是約為三分之一內(nèi)跨長(zhǎng)度左右且一般小于2.1米。

3.4.2在復(fù)雜的平面體型上進(jìn)行簡(jiǎn)單的框架柱網(wǎng)布置框架柱網(wǎng)網(wǎng)布置越簡(jiǎn)單、規(guī)則、整齊對(duì)結(jié)構(gòu)就越有利，經(jīng)濟(jì)效果就越好。但是，從建筑角度出發(fā)，高層建筑常常采用周邊復(fù)雜的型式以提高建筑藝術(shù)的效果。因此，在復(fù)雜的建筑平面型式上，力求簡(jiǎn)單的框架柱網(wǎng)布置，這是一個(gè)重要的建筑、結(jié)構(gòu)配合問(wèn)題。

3.5框架結(jié)構(gòu)的適用層數(shù)和高寬比要求3.5.1框架結(jié)構(gòu)房屋最大適用高度根據(jù)國(guó)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)到既安全又經(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。首先，從強(qiáng)度方面來(lái)看，高度增加，豎向荷載和水平荷載(風(fēng)力、地震作用)產(chǎn)生的內(nèi)力都要相應(yīng)加大。其次，從剛度方面來(lái)看，框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，隨著房屋高度增加，高寬比也逐漸增大，在水平荷載作用下，水平位移成為重要的控制因素。因此，當(dāng)層數(shù)較高時(shí)，如果要滿足強(qiáng)度和剛度的要求，框架下部的梁、柱截面尺寸就會(huì)增大到不經(jīng)濟(jì)甚至不合理的地步。框架結(jié)構(gòu)是一種柔性的結(jié)構(gòu)體系，隨著房屋高度的增加，側(cè)向力作用的效應(yīng)更為顯著。在水平荷載作用下，房屋層數(shù)越多，框架結(jié)構(gòu)“抗側(cè)剛度小，水平位移大”的弱點(diǎn)越明顯，對(duì)框架越不利?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的合理層數(shù)為6～15層，最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右，一般高寬比為3～5。結(jié)構(gòu)體系烈度6度7度8度9度框架結(jié)構(gòu)605545253.5.2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)劃分為四個(gè)抗震等級(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。框架抗震等級(jí)可查表。結(jié)構(gòu)體系與類型設(shè)防烈度框架結(jié)構(gòu)烈度6789高度(m)≤30＞30≤30＞30≤30＞30≤25框架四三三二二一一劇場(chǎng)、體育館等大跨度公共建筑三二一一四川汶川地震1976年唐山地震7月28日3時(shí)42分54秒地震的一些概念震源震中等震線震中距震源巖石圈內(nèi)發(fā)生震動(dòng)的地方。震中震源在地面的垂直投影。震源深度震中到震源的距離。地震震級(jí)地震能量的量度。地震烈度地震對(duì)地面及建筑物的破壞程度震中距從觀測(cè)點(diǎn)(如地震臺(tái))到震中的距離。地震按震源深度可以分為：淺源地震——深度0—70km中源地震——深度70—100km深源地震——深度超過(guò)300km3.5.3規(guī)則結(jié)構(gòu)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)地震震害調(diào)查表明，在抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)如未采取妥善處理，則會(huì)給建筑帶來(lái)不利影響甚至造成嚴(yán)重震害。對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的不利部位，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)。根據(jù)理論分析和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，框架結(jié)構(gòu)和框架—抗震墻結(jié)構(gòu)，平面、立面尺寸和剛度沿房屋平面和高度變化符合下列各項(xiàng)要求時(shí)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和鞭鞘效應(yīng)都較小，同時(shí)，樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)沿房屋高度分布也比較均勻。因此，可以認(rèn)為是規(guī)則結(jié)構(gòu)。設(shè)防烈度

L／B

l／Bmax

l/b

6、7度≤6.O≤O.35≤2.O

8、9度≤5.0≤0.30≤l.5結(jié)構(gòu)平面要求：(1)平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心；(2)平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，突出部分長(zhǎng)度不宜過(guò)大。(3)不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。建筑立面布置不利的建筑立面良好的建筑立面（a）大底盤建筑；（b）階梯形建筑我國(guó)《高層規(guī)程》規(guī)定：建筑的豎向體形宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收。上部收進(jìn)時(shí),當(dāng)H１/H>0.2時(shí),B1/B≥0.75;當(dāng)上部外挑時(shí),B/B1≥0.9且a≤4m。

結(jié)構(gòu)豎向收進(jìn)和外挑示意

建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對(duì)抗震能力的重要影響的認(rèn)識(shí)始自若干現(xiàn)代建筑在地震中的表現(xiàn)。最為典型的例子是1972年2月23日南美洲的馬那瓜地震。馬那瓜有相距不遠(yuǎn)的兩幢高層建筑，一幢為十五層高的中央銀行大廈，另一幢為18層高的美洲銀行大廈。當(dāng)?shù)氐卣鹆叶裙烙?jì)為8度。一幢破壞嚴(yán)重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復(fù)使用。馬那瓜中央銀行大廈試問(wèn)：那一幢破壞嚴(yán)重呢？馬那瓜美洲銀行大廈

1）平面不規(guī)則4個(gè)樓梯間偏置塔樓西端，西端有填充墻。

2）豎向不規(guī)則塔樓上部（4層樓面以上），北、東、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4層樓板水平處的過(guò)渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（間距9.4m）。上下兩部分嚴(yán)重不均勻，不連續(xù)。主要破壞：第4層與第5層之間(豎向剛度和承載力突變),周圍柱子嚴(yán)重開裂