第三章框架結(jié)構(gòu)

第三章框架結(jié)構(gòu)第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.1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：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：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、教室和實驗室等第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四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)平面圖第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四優(yōu)點: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: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)缺點及適用范圍第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四房屋剛度比框架-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。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四１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，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，可采用框架和剪力墻共同工作的結(jié)構(gòu)體系。２特點：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)第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四３受力變形特點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第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四適用范圍：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，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。第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四4、筒體結(jié)構(gòu)1、概念與特點：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)建筑第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四

實腹筒框筒桁架筒筒中筒2、筒體的基本形式第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3、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---幾個筒體由樓板聯(lián)合束筒---若干個筒體成束狀結(jié)構(gòu)，筒體可錯落不齊。第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四筒體結(jié)構(gòu)屬于空間受力體系（1）變形特點框筒側(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、筒體的主要特點第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.2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)為鉸接連接時我們通常稱為排架結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)一般要求框架梁宜連通，框架柱在縱橫兩個方向應(yīng)有框架梁連接，梁、柱中心線宜重合，框架柱宜縱橫對齊、上下對中等。第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四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：結(jié)構(gòu)整體性及抗震性能好，節(jié)省鋼材；缺點：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：節(jié)約模板、降低了成本缺點：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：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：增加了框架的節(jié)點連接，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。3.2.1.2框架的類型第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.2.2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)、對稱不等跨式柱網(wǎng)第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四對稱三跨。

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)廊式第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四客房與衛(wèi)生間客房與衛(wèi)生間走道7500200075003900第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3900500050007000第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四6000400050002000700060004000第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四教室走道6000600039002400走道6000600078002400教室第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四等跨式柱網(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)第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四對稱不等跨式柱網(wǎng)第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四注意：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，均需設(shè)置伸縮縫，在縫的兩側(cè)應(yīng)各自設(shè)置框架第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.2.2.2、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)?？v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。第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四縱橫向框架承重方案兩個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二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.2.2.3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，為使受力合理我們應(yīng)對建筑物設(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)第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.3抗震設(shè)防區(qū)框架體系

房屋設(shè)計我國是一個多地震的國家，因此我們所設(shè)計的房屋應(yīng)該考慮地震的影響，對于房屋的抗震設(shè)計，不僅僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容，我們應(yīng)該在進(jìn)行建筑方案設(shè)計時就考慮到抗震設(shè)計，這對于設(shè)計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)計經(jīng)驗，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。水平荷載對框架結(jié)構(gòu)設(shè)計起主要控制作用，而豎向荷載對設(shè)計已失去控制作用，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。框架結(jié)構(gòu)不適宜高層和高寬比大的建筑原因：第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四強(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，側(cè)向力作用的重要性急劇增長?？蚣芙Y(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，是一種柔性結(jié)構(gòu)體系，房屋層數(shù)越多其弱點越明顯?？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?？蚣芙Y(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）

第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.3.2框架結(jié)構(gòu)抗震等級《建筑抗震設(shè)計規(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、三和四級并規(guī)定不同抗震等級的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施?？蚣芸拐鸬燃壙刹楸?.3表3.3框架結(jié)構(gòu)的抗震等級第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.3.3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)計中予以區(qū)別對待。對不規(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。結(jié)構(gòu)平面布置要求：（1）平面宜簡單、規(guī)則、對稱、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。第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四結(jié)構(gòu)豎向布置要求：

（1）豎向體系宜規(guī)則、均勻、對稱、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，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)樓層相對于下部樓層外挑時，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)不能滿足上述各項要求時，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)則第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四（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。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.4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第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四框架連系梁或次梁：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，也為了比較容易實現(xiàn)延性框架要求的強(qiáng)柱弱梁措施，有時要設(shè)計寬度較大的扁梁。這時可根據(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)行撓度計算。第三十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四3.4.2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)計時，bc≥300mm；非抗震設(shè)計時，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)計值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值乘積的比值）。即

μN=N/(Acfc)≤[μN]第三十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期四