框架结构汇总ppt讲义

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,框架结构,框架结构体系,是指由,梁和柱刚接而成,承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。,房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材等材料砌筑或装配而成。,框架结构的主要优点：,空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料；,具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；,采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。,框架结构的主要缺点：,框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；,框架结构的主要缺点：,不适宜建造高层建筑， 框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的，其总体水平位移上大下小，但相对与各楼层而言，层间变形上小下大。,当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过,15,层的房屋。,框架结构的应用范围：,框架结构是多层房屋常用的结构形式， 广泛用于办公楼、住宅、学校、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。一般在,15,层以下。,*,现浇式：整体性能好，抗震性能好，现场工作量大，费模板,结构形式,-,按施工方法分,*,装配式：标准化、工厂化生产，施工速度快，整体性能差，抗震性能弱,*,装配整体式：兼有现浇式和装配式两者的优点,框架结构的结构布置,1,承重框架布置方案,在框架体系中，主要承受楼面和屋面荷载的梁称为框架梁，另一方向的梁称为连系梁。框架梁和柱组成主要承重框架，连系梁和柱组成非主要承重框架。若采用双向板，则双向框架都是承重框架。承重框架有以下三种布置方案：,（,1,）横向布置方案,1),概念：框架梁沿房屋横向布置，连系梁和楼（屋）面板沿纵向布置。,2),特点：房屋纵向刚度较富裕，而横向刚度较弱。采用这种布置方案有利于增加房屋的横向刚度，提高抵抗水平作用的能力，因此在实际工程中应用较多。缺点是由于主梁截面尺寸较大，当房屋需要较大空间时，其净空较小。,下一页,结构布置,*,柱网的布置：柱距：,3.37.2m,，梁跨：,4.57.0m,*,承重框架的布置,横向布置,纵向布置,纵横向布置,（,2,）纵向布置方案,1),概念：框架梁沿房屋纵向布置，楼板和连系梁沿横向布置（图,6.2.2,）。,2),特点：房间布置灵活，采光和通风好，利于提高楼层净高，需要设置集中通风系统的厂房常采用这种方案。但因其横向刚度较差，在民用建筑中一般采用较少。,（,3,）纵横向布置方案,1),概念：沿房屋的纵向和横向都布置承重框架。,2),特点：,采用这种布置方案，可使两个方向都获得较大的刚度，因此，柱网尺寸为正方形或接近正方形，地震区多层框架房屋，以及由于工艺要求需双向承重的厂房常用这种方案。,2,柱网布置和层高,(1),民用建筑,其柱网尺寸和层高一般按,300mm,进级。常用跨度是,4.8m,、,6.4m,、,6m,、,6.6m,等，常用柱距为,3.9m,、,4.5m,、,4.8m,、,6.1m,、,6.4m,、,6.7m,、,6m,。采用内廊式时，走廊跨度一般为,2.4m,、,2.7m,、,3m,。常用层高为,3.0m,、,3.3m,、,3.6m,、,3.9m,、,4.2m,。,(2),工业建筑,其典型的柱网布置形式有内廊式、等跨式、对称不等跨式等。,采用内廊式布置时，常用跨（房间进深）为,6m,、,6.6m,、,6.9m,，走廊宽度常用,2.4m,、,2.7m,、,3m,，开间方向柱距为,3.68m,。等跨式柱网的跨度常用,6m,、,7.5m,、,9m,、,12m,，柱距一般为,6m,。对称不等跨柱网一般用于建筑平面宽度较大的厂房，常用柱网尺寸有（,5.8m,6.2m+6.2m+5.8m,）,6.0m,、（,8.0m+12.0m+8.0m,）,6.0m,、（,7.5m+7.5m+12.0m+7.5m+7.5m,）,6.0m,等。,工业建筑底层往往有较大设备和产品，甚至有起重运输设备，故底层层高一般较大。底层常用层高为,4.2m,、,4.5m,、,4.8m,、,5.4m,、,6.0m,、,7.2m,、,8.4m,，楼层常用层高为,3.9m,、,4.2m,、,4.5m,、,4.8m,、,5.6m,、,6.0m,、,7.2m,等。,3.,变形缝,变形缝包括伸缩缝、沉降缝、防震缝。,钢筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距见表,6.2.1,。,结构类别,室内或土中,露天,装配式框架,75,50,装配整体式,现浇式框架,55,35,表,6.2.1,钢筋混凝土框架结构伸缩缝的最大间距（,m,）,(1),沉降缝设置原则,钢筋混凝土框架结构的沉降缝一般设置在地基土层压缩性有显著差异，或房屋高度或荷载有较大变化等处。,当建筑平面过长、高度或刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，钢筋混凝土框架结构应考虑设置防震缝。,(2),防震缝的最小宽度,当高度不超过,15m,时可采用,70mm,；超过,15m,时，,6,度每增加,5m,，,7,度每增加,4m,，,8,度每增加,3m,，,9,度每增加,2m,宜加宽,20mm,。,防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。,图,12.4,沉降缝做法,(a),设挑梁（板）；,(b),设预制板（梁）,当结构不同部位荷载差异较大地基土压缩性有显著差异,沉降缝,当平面形状复杂、高度方向有高差、质量分布不均匀,抗震缝,当房屋过长或过宽时,伸缩缝,变形逢的设置,缝宽,50mm,缝宽,70mm,竖向布置,在满足建筑功能要求的同时，尽量避免收进、挑出、抽梁、抽柱；层高为：,2.84.2m,框架结构的受力特点,1.,作用,框架结构承受的作用包括竖向荷载、水平荷载和地震作用。,竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载，一般为分布荷载，有时有集中荷载。水平荷载为风荷载、地震作用。,框架结构是一个空间结构体系，沿房屋的长向和短向可分别视为纵向框架和横向框架。纵、横向框架分别承受纵向和横向水平荷载。,结构计算简图和荷载计算,横向框架计算单元,纵向框架计算单元,跨度,跨度,跨度,取轴线间的距离,相邻楼板板底间的距离,基础顶面至一层楼板底间的距离,节点：视构造情况可以是刚节,点也可以是铰接点,2.,竖向荷载传递路线,现浇平板楼（屋）盖主要向距离较近的梁上传递， 预制板楼盖传至支承板的梁上。,3.,受力分析,(1),在多层框架结构中，影响结构内力的主要是竖向荷载，而结构变形则主要考虑梁在竖向荷载作用下的挠度，一般不必考虑结构侧移对建筑物的使用功能和结构可靠性的影响。随着房屋高度增大，增加最快的是结构位移，弯矩次之。,1.,竖向荷载下的内力分析,分层法,认为某层框架梁上的荷载只给本层梁及与本层梁相连的框架产生剪力和弯矩,进行弯矩分配后叠加，叠加后的不平衡弯矩再分配但不传递,框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力图,(2),框架结构在水平荷载作用下。其侧移由两部分组成：第一部分侧移由柱和梁的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点，形成侧向变形。框架下,部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈到上部层间变形愈小；第二部分侧移由柱的轴向变形产生。在水平力作用下，柱的拉伸和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大，愈到底部层间变形愈小。在两部分侧移中第一部分侧移是主要的，随着建筑高度加大，第二部分变形比例逐渐加大。,受力特点,水平荷载作用下结构整体呈,剪切型变形,，单个构件以,弯曲变形,为主,2.,水平荷载下的内力分析,反,弯点法,反弯点，此处只有剪力无弯矩,*,弯矩为,0,点,=,反弯点,*,假定：,1,）底层反弯点在距基础顶,2/3,柱高处,2,）其它层柱的反弯点在,1/2,柱高处,反弯点法,V,jk,V,jk,h,j,/2,，,or,2V,jk,h,j,/3,h,j,第,j,层,h,j,V,jk,jk,i,jk,平衡条件,梁的抗弯刚度“无穷大”,假定梁的线刚度“无穷大”,框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力图,(3),除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚接节点，柱固结于基础顶面，所以框架结构多为高次超静定结构。,3.,框架柱采用对称配筋的原因,(1),竖向活荷载具有不确定性。梁、柱的内力将随竖向活荷载的位置而变化。,(2),风荷载也具有不确定性。梁、柱可能受到反号的弯矩作用，所以框架柱一般采用对称配筋。,构件的选型,在装配式或装配整体式楼盖中，梁的截面形式有如下几种（可以增大净空，减小总高度）：,十字截面梁,花篮形截面梁,叠合梁,柱截面的形式一般为矩形和方形，也可为,T,形或圆形。先按轴压估计柱的截面尺寸，在乘以,1.21.5,的放大系数,4.,框架的侧移计算及限值,侧移计算,柱轴向变形引起的侧移,假定内部中柱的轴力为,0,外柱轴力为：,上部水平荷载在计算截面引起的弯矩,外柱轴线间的距离,单位力法：,单位水平力作用在框架顶引起的柱中轴力,1,外载引起的柱中轴力,在水平荷载作用下框架结构层间相对侧移,u,的限值要求是：,(1),高度不大于,150m,的框架结构,u,h/550,(2),高度等于或大于,250m,的框架结构,u,h/500,(3),高度在,150250m,之间的框架结构,按,u,h/550-,u,h/500,线形插入,侧移限值,框架结构的抗震设计与连接构造,一、结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层,震害及其分析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(mm),层,1,3,5,6,7,9,11,13,40,80,120,在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象，不能发挥整体的抗震能力,。,1976,年唐山大地震中，位于天津塘沽区的天津碱厂十三层蒸吸塔框架，该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成,6,层和,11,层的弹塑性变形集中，导致,6,层以上全部倒塌。,右图为该结构输入地震波的弹塑性分析结果。,二、框架梁、柱的震害,梁柱变形能力不足，构件过早发生破坏。一般是梁轻柱重，柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。,1,、柱顶,柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。,主要原因：节点处弯矩、剪力、轴力都较大，受力复杂，箍筋配置不足，锚固不好等。,破坏不易修复。,2,、柱底,与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。,3,、短柱,当柱高小于,4,倍柱截面高度（,H/b60,60,60,60,60,60,高度（,m),一,剧场,体育馆等大跨度公共建筑,一,一,二,二,三,三,四,框架,25,30,30,30,30,30,30,高度（,m),框架,-,抗,震墙,结构,框架,结构,结 构 类 型,烈 度,6,8,7,9,三,二,一,三,二,现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,注：,1.,建筑场地为,类时，除,6,度外可按表内降低一度所对应的,抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低；,2.,接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场,地、地基条件确定抗震等级。,1,、甲、乙、丁类建筑应按抗震设防标准中的抗震措施所要求的设防烈度按上表确定抗震等级。,2,、当框架,-,抗震墙结构有足够的抗震墙时,其框架部分是次要抗侧力构件,可按框架,-,抗震墙结构中的框架确定抗震等级。否则按框架结构确定等级。区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的,50%,。,框架承受的地震倾覆力矩可按下式计算：,-,框架,-,抗震墙结构在基本振型地震作用下框架部分承受的地震倾,覆力矩；,-,结构层数；,-,框架,i,层柱的根数；,-,第,i,层,j,根框架柱的计算地震剪力；,-,第,i,层层高。,3,、裙房与主楼的等级,c,c,c,c,c1,c,c,裙房顶部上下各一层应提高抗震措施,4,、多层与高层建筑的地下室,一层以下根据具体情况按三级或按更低等级。,9,度时应专门研究。,图中,c,为抗震等级,三、建筑结构布置宜规则,四、合理设计结构破坏机制,框架结构为了充分发挥整个结构的抗震能力，较合理的地震破坏机制应为节点基本不破坏，梁比柱的屈服能早发生、多发生；同一层中，各柱两端屈服历程越长越好；底层柱底的塑性铰宜最晚发生。梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散。,五、构件在极限破坏前不发生明显的脆性破坏,主要抗侧力的钢筋混凝土构件的极限破坏应以构件弯曲时主筋受拉屈服破坏为主，应避免变形性能差的混凝土首先压溃或剪切破坏，以及钢筋锚固失效和粘接破坏。,延性破坏和脆性破坏两者的变形性能差别很大，与其相关的因素有：抗剪和抗弯承载力之比、剪跨比、剪压比、轴压比、主筋率、配筋率、箍筋形式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等。,规范中许多规定都属于这方面的要求。,当建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度和刚度相差过大以及各结构单元的地基条件有较大差异时，应考虑设防震缝。其最小宽度应符合下面要求：,高层建筑宜选用合理的建筑结构方案，不设防震缝。,1,、防震缝,（,1,）钢筋混凝土框架房屋的防震缝宽度，当高度不超过,15m,时可采用,70mm,，超过,15m,时，,6,、,7,、,8,、,9,度相应每增加高度,5m,、,4m,、,3m,、,2m,，宜加宽,20mm,。,六、防震缝与抗撞墙,（,2,）框架,-,抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架规定数值的,50%,，且不宜小于,70mm,。,（,3,）防震缝两侧结构类型不,同时，按不利体系考虑，,并按低的房屋高度计算,缝宽。,t,h,框架,框架,-,抗震墙,8,、,9,度设防的钢筋混凝土框架房屋防震缝两侧的结构，当结构高度、刚度或层高相差较大时，可在防震缝两侧房屋的尽端设垂直于防震缝的抗撞墙。,2,、抗撞墙,层高不同,高度、刚度相差较大,每一侧的数量不应少于两道。宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距。,内力应按考虑和不考虑抗撞墙两种情况进行分析，按不利情况取值。,抗撞墙的端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密。,2,、钢筋混凝土框架的梁、柱构件应避免剪切破坏,“,强剪弱弯,”,构件弯曲破坏形成的极限剪力应小于构件斜截面的极限剪力。,七、钢筋混凝土框架的结构体系,1,、钢筋混凝土框架结构宜对称布置,3,、钢筋混凝土框架的梁、柱构,件之间应设置成,“,强柱弱梁,”,4,、梁柱节点的承载力宜大于梁、柱构件的承载力。,“,更强的节点,”,钢筋混凝土,框架的抗震设计,1,、梁与柱的弯曲延性,实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。,N,为组合轴压力设计值；,b,、,h,为截面的短长边；,fc,为混凝土抗压强度设计值。,轴压比：,柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比，即,它是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土先达到其极限压应变的主要指标。,配筋率对延性影响也很大。,截面中配置受压钢筋可以改善构件的弯曲延性。,2,、受剪构件的剪跨比及破坏特征,h,0,为截面有效高度。,剪跨比,：,构件在弯矩和剪力共同作用下,受剪破坏与剪跨比有关,.,当 或构件为超配箍时,发生斜压型破坏；,当 且构件为低配箍时,发生斜拉型破坏；,脆性破坏,当 且配筋箍适量时,发生剪压破坏；,延性破坏,在水平地震作用下，梁柱的剪跨比可以直接通过梁的跨高比和柱的高厚比表示。,设反弯点在构件中央,对于梁,对于柱,1,）平面或楼层有局部薄弱环节，不能发挥整体抗震能力。,3,、震坏房屋在设计上存在的问题,2,）梁柱变形能力不足，构件过早破坏；,3,）梁柱节点箍筋不足，节点受震破坏，梁柱失去了相互,之间的联系；,4,）砌体添充墙破坏；,5,）其他。,1,）框架塑性效应较多地发生在梁端，底层柱的塑性效应,较晚形成；,4,、框架结构抗震设计的正确指导思想,2,）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其它形式破坏，如剪切,破坏、粘结破坏等；,3,）在梁、柱破坏之前，节点应有足够的强度即变形能力；,4,）重视非结构构件设计。,强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件,强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的实现,框架梁强剪弱弯的实现,强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的实现,强柱弱梁的实现,强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的实现,强节点的实现,强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的实现,强节点的实现,节点箍筋加密,现浇框架的连接,主要是指梁与柱及柱与基础之间的配筋构造。,（,1,） 梁与柱连接,现浇框架的梁柱节点，一般做成刚性节点。,图,12.29,表示顶层屋面梁与边柱的刚性连接。,图,12.30,表示楼面梁与边柱的连接。,图,12.31,表示楼面梁与中柱的连接。,框架连接构造,（,2,） 上下柱连接,上下柱的钢筋的连接宜采用焊接，也可采用搭接。,当柱每边钢筋不多于,4,根时，可在一个水平面上接头；当柱每边钢筋为,58,根时，可在两个水平面上接头；当柱每边钢筋为,912,根时，可在三个水平面上接头，,见图,12.32,。,下柱伸入上柱搭接钢筋的根数及直径应满足上柱要求。,如图,12.33,。,图,12.29,顶层梁与柱现浇节点,图,12.30,楼面梁与边柱现浇节点,梁柱节点,图,12.31,楼面梁与中柱现浇节点,图,12.32,上下柱钢筋接头,（,a),每边钢筋,4,根；（,b),每边钢筋,58,根；,(c),每边钢筋,912,根,图,12.33,上下柱截面不等时的钢筋接头,(a) b/a1/6,时；,(b) b/a,1/6,且,h2.5m,时；,(c) b/a,1/6,且,h,2.5m,时,其他构造一般要求,（,1,）,钢筋混凝土框架的混凝土强度等级一般不低于,C20,，纵向受力钢筋宜采用,HRB335,和,HRB400,钢筋。,（,2,）,框架梁柱截面尺寸除满足承载力要求外，还应保证结构有足够的整体刚性。,（,3,）,框架梁柱应分别满足受弯构件和受压构件的各种构造要求。,（,4,）,框架柱一般采用对称配筋，配筋率应满足规范要求。,