《多层框架结构》PPT课件.ppt

11 多层框架结构体系,11.1 框架结构的类型 11.2 框架结构的布置 11.3 抗震设防区框架结构的布置 11.4 框架结构的运用与建筑艺术技巧,11 多层框架结构体系,定义 梁和柱为主要构件，组成 是高层建筑结构的常用形式之一。 框架结构方案的优点 建筑平面布置灵活，能形成较大的空间（如商场、餐厅等），可以根据生产工艺和建筑使用功能要求比较灵活地布置柱网开间、进深梁尺寸及选定层高；建筑立面也容易处理； 结构自重较轻，在一定的高度范围内造价较低； 结构整体性和抗震性好。,11 多层框架结构体系,框架结构方案的缺点 本身的柔性较大，抗侧刚度较小，在风荷载作用下水平位移较大，在地震作用下，非结构构件破坏比较严重。宜采用重量轻且又能承受较大变形的隔墙材料。 在高烈度地区，由于层间位移和顶点位移的限制，建筑较高时将难以满足要求，或虽能满足但梁柱截面尺寸过大，配筋也较多，不够经济； 梁柱节点构造复杂，在装配式框架结构中更为突出。,11 多层框架结构体系,应用范围： 框架结构不宜用于层数较多的高层建筑，一般多用于办公楼、教学楼、旅馆及工业厂房等多层建筑中； 一般在非地震区，钢筋混凝土框架结构可用于15层以下建筑； 在一般地震区则以不超过1012层为宜， 8度及8度以上烈度的地震区，一般以8层以下为最佳。 框架结构采用钢结构或型钢-混凝土结构时，层数可不受此限制。,11.1 框架结构的类型,按框架构件组成分类 梁板式结构 由梁、板、柱三种基本构件组成。这种骨架形式的框架结构，广泛用于多层与高层房屋建筑上，是典型的框架结构型式。 本章讨论的主要是这种框架结构型式。 无梁式结构 由板、柱组成，实质是无梁楼盖结构。 柱与楼板整体连接（板柱的连接刚度比梁柱的连接刚度小），柱除承受轴向力外，柱端弯矩按“等代框架法”进行计算。 从结构选型的角度来说，无梁楼盖不是骨架体系。 从结构受力角度看，其内力分析与框架结构类似，也是框架结构的一种。,3.1 框架结构的类型,按框架的施工方法 现浇整体式框架 构件均在现场浇注成整体，整体性和抗震性好， 构件尺寸不受限制。对使用功能的适用性大。 装配式框架 框架构件采取预制安装，施工进度快，工业化程度高。 构件节点连接构造应达到刚性节点的要求。 节点连接构造的作法仍在不断研究改进中。 现在未普及应用。,11.1 框架结构的类型,按框架的施工方法 半现浇框架 梁柱现浇、楼板预制；或现浇柱、预制梁板。 节点构造简单，比全现浇框架可节约模板20左右 比全装配框架可以节约钢材和水泥20左右。 结构整体性强，抗震能力高。 装配整体式框架 将预制梁、柱装配就位后，通过局部现浇混凝土使构件联结成整体的框架。 保证了节点的刚接，结构整体性好，可省去连接件，但增加了现场浇捣混凝土的工作量， 更适合于地震区采用。,11.1 框架结构的类型,按框架的承重结构 全框架（纯框架） 楼、屋面荷载全部由框架承担； 外墙仅起围护作用； 整体性和抗震性好；属于纯框架。 内框架（半框架、龙骨架） 楼、屋面荷载由框架和外墙共同承担； 计算简图形象如龙骨，故也称之为“龙骨架” ； 房屋层数不多且外墙足够厚时，可采用内框架； 两种材料刚度不协调，整体性和总体刚度比较差。 有抗震要求的房屋不宜采用。,11.2 框架结构的布置,概述 框架本身是平面结构，由框架组成的网格式的房屋，属于空间结构体系； 纵横两向框架都作为主要承重框架，考虑它的空间作用，在力学计算时按空间结构分析； 近似计算时，按平面结构分析； 有抗震设防要求时，房屋两个方向的受力相差较小，两个方向的框架都应具有足够的强度与刚度； 框架纵横向均应采用刚接节点。 铰接节点只能承受压力及剪力，而不能承受弯矩，节点处梁柱杆件间不发生相对位移，可产生相对转动； 现浇框架节点，梁柱在节点处不能产生相对转动，节点处弯矩也不为零，故按刚性节点考虑。,11.2.1 柱网尺寸,柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合经济原则，尽量符合模数； 柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求，施工条件及材料设备等各方面因素来确定。 房屋长度较大时，需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂，因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构申无，所以在缝的两侧应各自设置框架。,11.2.1 柱网尺寸,A 多层工业厂房 既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 生产工艺的要求是厂房平面设计的主要依据。 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式、对称不等跨式,11.2.1 柱网尺寸,A 多层工业厂房 内廊式 内廊式柱网常为对称三跨（A+B+A）： A边跨跨度（房间进深）常为6m、6.6 m、6.9m， B中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m。 开间方向，柱距为6m。 等跨式 等跨式柱网适用于厂房、仓库 进深常为6m、7.5m、9 m、12m，从经济考虑不宜超过9m。 开间方向的柱距常为6m。 对称不等跨式 常用于建筑平面宽度较大的厂房,11.2.1 柱网尺寸,B 多层民用建筑 民用房屋种类繁多，功能要求各有不同，难以硬性统一 一般情况下，柱网尺寸的适宜范围为： 柱距，3.38m； 跨度：612m（从经济考虑不宜超过9m）。 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式,11.2.1 柱网尺寸,B 多层民用建筑 内廊式 常用于旅馆、办公楼、宿舍、教室、医院，为对称三跨（A+B+A）： A边跨跨度（房间进深）常为6m、6.6 m、6.9m， B中间跨为走廊，跨度常为2.4m、2.7m、3.0m。 开间方向，柱距一般为两个开间的宽度。 等跨式 适用于商场，开敞式办公楼 进深和开间方向的柱距常为6m、7.5m、9 m、12m， 从经济考虑不宜超过9m。,11.2.2 构件截面尺寸,构造尺寸 考虑强度与刚度的需要 框架梁高h1/81/12 l， l为梁跨； 框架梁宽b=1/21/3h； 框架柱截面的尺寸b（ h ）=1/151/20 H，H为层高。 计算尺寸 框架梁截面尺寸可按(0.50.7)M0进行初步估算；M0为简支梁跨中弯矩。 框架柱截面的尺寸可按(1.21.4)N进行初步估算； N为柱轴向压力。,11.2.3 层高,工业建筑 需根据吊车起重高度、管道布置、采光通风及设备尺寸等来确定， 一般底层中，因有较大设备，故其高度也较楼层为高。 民用建筑 应注意梁的高度和梁下的净高尺寸， 应结合楼梯布置及门窗高度的要求， 有暖气及通风管道的建筑物，在确定层高时还应考虑到管道尺寸和管道互相交叉时所占空间。 也要照顾到室内吊顶高度。,11.2.4 适用层数与高宽比,每一种结构体系都有其适用范围 框架的适用层数较多，但框架的层数多到一定程度后，经济上就不一定可取。 结构受力特点 框架结构是由梁与柱相互刚接而成的，框架的承载能力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节点刚度。 框架结构在竖向荷载与水平荷载作用下的反应是完全不同的。,11.2.4 适用层数与高宽比,结构受力特点变形,A）竖向荷载作用下框架的变形 B）水平荷载作用下框架的变形,11.2.4 适用层数与高宽比,结构受力特点竖向荷载作用下的弯矩,11.2.4 适用层数与高宽比,结构受力特点水平荷载作用下的弯矩,11.2.5荷载作用下框架结构反应分析,竖荷载作用下 框架的变形或弯矩与框架的层数多少没有太大的关系； 即随着框架层数的增加，框架的变形或弯矩无显著的变化。 从这个意义上说，框架的优越性是非常明显的。,11.2.5荷载作用下框架结构反应分析,水平荷载作用下 变形或弯矩与层数多少有极大的关系； 框架层数越多，水平位移越大，内力也随层数的增加而迅速增长； 层数超过一定程度时，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力，这时，水平荷载对设计起主要控制作用，而竖向荷载对设计已失去控制作用，框架结构的优越性就不能表现出来。 框架的适用层数，就是从这意义上提出的。,11.2.5荷载作用下框架结构反应分析,当房屋的层数更多或高宽比更大时 从强度方面来看；由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平力（风荷载、地震作用）产生的内力都要相应加大。特别是水平荷载产生的内力，当高度达到一定数值后，在框架内将产全相当可观的内力。 从刚度方面来看；随着层数的增加，高宽比也在逐渐增大；在水平荷载作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。 因此，当层数较高时，如果要满足强度和刚度要求，框架下面几层的梁、柱截面尺寸就会增大到不经济甚至不合理的地步。,11.2.5荷载作用下框架结构反应分析,结论 框架房屋高度增加时，侧向作用力急剧地增长。建筑物达到一定高度时，侧向位移将很大，因而是水平荷载控制设计，是刚度控制设计。框架的结构优越性表现不出来。 框架结构合理层数是615层，最经济是10层左右。 框架结构的一般高宽比约为57。 水平荷载作用下，框架结构是一种柔性结构体系 抗侧力刚度小，水平位移大，层数越多越明显； 高层建筑必须立足于提高抗侧力刚度。 房屋刚度大小主要取决于结构体系形式，而特定体系的效能与材料消耗量有直接关系，因而结构的最优化设计应以最小的材料消耗量获得最大的房屋刚度。,11.3 抗震设防区框架结构的布置,钢筋混凝土框架结构一般抗侧刚度较差，节点受压、受剪等应力状态复杂，在烈度较高的地震作用下，框架梁柱节点均易于产生各种破坏， 在方案及选型设计时，框架结构体系的建筑体型及结构布置应符合抗震构造要求。,11.3.1房屋体型,建筑的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。 体型复杂、平立面特别不规则的框架结构可按实际需要，在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。 平面不规则和竖向不规则类型如下,11.3.1房屋体型,平面不规则类型,11.3.1房屋体型,竖向不规则类型,11.3.1房屋体型,建筑体型在平面及立面上尽量避免部分突出及刚度突变。不能避免时，则应在结构布置上局部加强。 平面和竖向不规则的体型，在水平荷载作用下，由于体型突变，受力比较复杂。 平面上有突出部分的房屋，应考虑到突出部分在地震力作用下由局部振动引起的内力，在沿突出部分两侧的框架梁、柱要适当加强。平面拐用处的楼板，应尽量避免开洞。 立面上有局部突出和刚度突变的阶形建筑，应考虑地震力作用下突变部分局部摆动的影响。突出部分的体型愈细长，则摆动影响放大，鞭端效应明显；因此，房屋顶部不宜有局部突出和刚度突变，不能避免时，突出部分应逐步收小，使刚度不发生突变 突出部分不宜采用砌体结构。,11.3.1房屋体型,抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震力合力作用线接近或重合。 如房屋刚度中心与地震力合力作用线相距较远，则在地震力作用下，房屋还要受到一个附加扭矩的作用，使房屋产生扭转变形，并在框架柱中产生由于扭矩而引起的附加内力。 在地震烈度较高时，即使通过计算增加柱子配筋，但仍合可能使一些构件破坏，特别是非结构构件，如填充墙、门窗等。,11.3.1房屋体型,抗侧力结构的布置应使房屋中各部分的刚度均匀，不应过分悬殊。 在地震力作用下，结构作为一个整体而工作，地震力按刚度分配到各个部分。当各部分的刚度相差悬殊时，在柔性部分和刚性部分之间回产生较大的内力差异，并在它们之间出现剪力和弯矩，增加了结构受力的复杂性。 在烈度较高的抗震设防区、楼、电梯间不宣布置在结构单元的两端和拐角部位。 在地震力作用下，由于结构单元的两端扭转效应最大，拐角部位受力更是复杂，而各层楼板在楼、电梯间处都要中断，致使受力不利，容易发生震害。如果楼、电梯间必须布置在两端或拐角处，则应采取加强措施。,复式框架,侧向变形 层间相对变位,11.3.1房屋体型,各层楼板应尽量设置在同一标高上，尽可能不采用复式框架。 复式框架因楼板中断，柱子刚度又相差过大，容易引起震害。,11.3.1房屋体型,高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开。 由于高低层相连，高度和重量相差悬殊，振动时频率不同，必然互相推拉挤压，使牛腿连接处产生很大的应力集中，在反复的拉力、压力作用下，容易引起牛腿破坏。,牛腿破坏,11.3.2 框架结构的选型分析,框架结构一般承受竖向荷载及水平荷载，竖向荷载包括结构的恒载，使用荷载（活荷）及雪荷载等，水平 荷载及地震作用。 在多层及高层建筑中，由于层数及高度的增加，竖向荷载及水平荷载产生的内力都相应增大。当建筑层数较少时，一般竖向荷载起控制作用，但当层数逐渐增多时，水平力常起控制作用。 随着建筑高度的增加，建筑物的高宽比也将增大，水平荷载作用下产生的层间侧向位移和顶点位移，也常易于超过控制比值。 基于上述因素，在框架结构中构件尺寸的确定遵循以下规则：,梁截面形式和尺寸,梁宽不宜小于200mm，且不宜小于柱宽的1/2； 节点要求，联结紧密； 梁截面的高宽比小于4； 抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能； 梁净跨与截面高度之比宜大于4； 避免形成深梁，以抗剪为主，脆性破坏。 考虑强度与刚度的需要，取值如下： 框架梁高h1/81/14 l， l为梁跨；通常取1/10 l； 框架梁宽b=1/21/3h；一般不小于300mm。,柱截面构造尺寸,柱的截面高度不宜小于300mm； 小于时其承载力需做20%的折减， 一般采用方形柱，不用变截面柱，只改变混凝土标号。以此来初步确定柱的截面尺寸。 纵横两个方向上不宜相差过大。 矩形柱边长比不宜超过1.5。 柱净高与截面高度之比不宜小于4。 小于4，变形能力要求较高，因为短柱刚度大易剪坏，需设全长加密箍筋。 层高与柱截面高度之比不宜大于15 经验数值，大于15时不易满足水平侧移要求。,柱截面计算尺寸,柱的截面尺寸估算（按轴压比）,c：允许轴压比，三级0.9,二级0.8,一级0.7。 N:竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值。 rG：分项系数，取为1.2； w：单位面积重量，取为1214kN/m2； S：柱承载楼面面积； n：柱设计截面以上楼层数； 1：一、二级抗震设计角柱为1.3，其余为1.0 2：水平力使轴力增大的系数，7度1.05，8度1.1，9度1.2。,11.4框架结构的运用与建筑艺术技巧,能够运用和发挥框架结构，塑造富有艺术的建筑造型，两者相得益彰，收到建筑与结构共同的良好效果。,室内空间向周边延伸,周边雨罩,11.4.1 框架带悬挑与建筑艺术的结合,室内空间向周边延伸 根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨中弯矩的原理，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸。 “底层收进”使立面上下产生强烈对比， 偏移底层外柱，将产生柱子打破竖向连续的结构问题。 悬挑设计，不必割断柱的连续性而取得底层收进的效果。 对结构有利，而且扩大了建筑使用面积。 周边雨罩 底层楼盖悬挑出很厚的周边雨罩，使高层建筑立面给人以高中有宽，耸而不危，周边开阔舒坦的感觉,悬挑长度的确定,框架的悬挑长度，首先要先讲比例，但悬挑长度不能单从建筑美学的比例来考虑，还要从力学结构上的经济合理来考虑。 从力学结构的角度来说，悬臂外伸越长（跨中弯短减少），悬臂的挠度也就越大（因挠度随跨度的四次方增长），故悬挑太长，就不一定能达到结构的节省。 在截面不因挠度影响特别大的前提下，经济合理的悬挑长度应以悬臂弯矩与内梁跨中弯矩的大小接近为宜。 影响弯矩大小的因素是： 荷载情况，内梁跨度、柱距和外伸长度等，所以，外伸长度不能绝对地一概而论。,悬挑长度的确定,一般来说，均布荷载作用情况下，外伸长度不应大于1/2内梁跨度，也不宜小于1/4内梁跨度，比较合适的是约为1/3内梁跨度左右。 外伸长度绝对值不大于3.0m。,均布荷载作用下框架悬挑外伸长度,框架悬挑的特点,框架的悬挑，最好是框架的两端同时挑出，这样，结构可以维持框架外形的对称而减少侧移。 框架的悬挑，最好是纵横两向框架同时悬挑，这样，对框架角柱的受力与建筑造型更能合理协调。,11.4.2复杂平面上的简单柱网,框架柱网布置越简单、规则、整齐对结构就越有利，经济效果就越好。 从建筑的角度出发，高层建筑常常采用周边复杂的形式以提高建筑的艺术效果。 在复杂的建筑平面上，力求简单的框架柱网布置，是一个很重要的配合问题。 典型的房屋平面布置形式和柱网布置方法以及现代建筑中的几个实例。,11.4.2复杂平面上的简单柱网,