淺談框架結(jié)構(gòu)體系

1、    淺談框架結(jié)構(gòu)體系    蒙敏捷【摘要】 從建筑藝術(shù)與結(jié)構(gòu)受力方面簡單論述框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍【關(guān)鍵詞】 框架結(jié)構(gòu)；框架布置；框架結(jié)構(gòu)與建筑藝術(shù)；高寬比1.框架結(jié)構(gòu)類型1.1按框架構(gòu)件組成劃分（1）梁板式結(jié)構(gòu)這種框架是由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成骨架形式的框架結(jié)構(gòu)，廣泛用于多層與高層房屋建筑上，是一種典型的框架結(jié)構(gòu)型式。（2）無梁式結(jié)構(gòu)這種由板和柱子組成的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)是無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)廣泛用于車庫，冷藏庫，倉庫等凈高要求較高的建筑物中。1.2按框架施工方法劃分（1）現(xiàn)澆整體式框架這種框架全部構(gòu)件均采用現(xiàn)場現(xiàn)澆成整體，整體性和抗震性好，構(gòu)件尺寸

2、不受標(biāo)準(zhǔn)所限制，對房屋各種使用功能的適用性大。（2）裝配式框架這種框架構(gòu)件采取預(yù)制安裝，可加速施工進(jìn)度和提高建筑工業(yè)化程度，不過，這種框架的構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造應(yīng)達(dá)到剛節(jié)點(diǎn)的要求，目前節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的作法仍在不斷研究改進(jìn)中，故這種施工方法現(xiàn)在還未普及應(yīng)用。2.框架的布置。柱網(wǎng)尺寸及構(gòu)件截面尺寸的初步確定2.1 框架的布置根據(jù)承重框架布置方向的不同框架的布置可有以下三種：（1）承重框架橫向布置這種布置以橫向框架作為主要承重框架，所以橫向的梁即為框架主梁，縱向的梁為次梁。一般房屋平面寬度比長度短很多，從房屋的總體幾何形狀而言，縱向剛度易于保證，而橫向剛度顯得薄弱，故通常把承重框架沿橫向布置，可以有效地提高房

3、屋橫向的抗側(cè)力強(qiáng)度和剛度。這種布置不僅結(jié)構(gòu)上合理而且建筑上有利于立面處理和室內(nèi)采光，因而一般工業(yè)與民用房屋多采用此種結(jié)構(gòu)布置。（2）承重框架縱向布置這種布置以縱向框架作為主要承重框架，框架主梁沿縱向布置，橫向的梁即為此梁。這種布置由于橫向連系梁截面高度較小，對于有集中通風(fēng)要求的廠房，可便于通風(fēng)管道沿縱向通過而不致于減小樓層的凈高，有利于樓層凈高的有效利用。此外，房間的使用劃分也比較靈活，但這種房屋的橫向剛度很差，一般只能用于層數(shù)不多的無抗震要求的廠房。（3）承重框架縱橫兩向布置這種布置的縱橫兩向框架都作為主要承重框架。這種布置主要考慮受力的需要。當(dāng)房屋平面接近正方形，或者當(dāng)房屋有抗震設(shè)防要求時(shí)

4、，房屋兩個(gè)方向的受力相差較小，兩個(gè)方向的框架都應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，另外，對于樓面有沉重設(shè)備或樓面有大開洞的廠房框架不能只在一個(gè)方向布置，而需要縱橫兩向布置。2.2 柱網(wǎng)尺寸框架的柱網(wǎng)布置應(yīng)力求做到簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺寸應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)原則和盡量符合模數(shù)。2.2.1多層廠房的柱網(wǎng)尺寸（1）內(nèi)廊式柱網(wǎng)常用跨度為6.0+2.4+6.0（m）或6.9+3.0+6.9（m）（2）等跨式柱網(wǎng)常用跨度為6m，7.5m，9m，12m（從經(jīng)濟(jì)性考慮不宜超過9m）2.2.2多層民用房屋的柱網(wǎng)尺寸因民用房屋種類繁多，功能要求亦各不相同，柱網(wǎng)尺寸難以硬性統(tǒng)一，但從一般情況考慮，柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍是：柱距3.36m（

5、旅館建筑時(shí)它往往等于兩個(gè)客房的寬度，故常為68m），跨度612m（從經(jīng)濟(jì)性考慮不宜超過9m）。2.3構(gòu)件截面尺寸框架結(jié)構(gòu)是由梁與柱子相互剛接而成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的承載能力主要梁和柱子的強(qiáng)度，框架房屋的剛度又直接與梁柱的構(gòu)件剛度有關(guān)，所以考慮強(qiáng)度與剛度的需要，根據(jù)實(shí)際工程與理論結(jié)合分析，框架橫梁及柱截面尺寸可參照下列數(shù)字取值，框架梁截面梁高h(yuǎn)=（1/81/12）梁跨，梁寬b=（1/21/3）h。框架柱的寬與高（1/151/20）層高。2.4抗震設(shè)防區(qū)框架體系房屋體型和結(jié)構(gòu)布置的要求（1）房屋的平立面宜采用簡單的體型。（2）抗側(cè)力構(gòu)件的布置應(yīng)盡量可能使房屋的剛度中心與地震力合力作用線接近或者重合。（3）

6、抗側(cè)力構(gòu)件的布置應(yīng)使房屋中各部分的剛度均勻，不應(yīng)過分懸殊。（4）在烈度較高的抗震設(shè)防區(qū)，樓梯與電梯間不宜布置在結(jié)構(gòu)單元的兩端和拐角部位。（5）應(yīng)注意控制房屋的側(cè)向變位和層間相對變位，并對填充墻采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施。（6）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。（7）房屋高低層不宜用牛腿相連，宜用防震縫分開。（8）柱子的凈高與截面長邊的比值宜大于4。3.框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用于建筑藝術(shù)技巧的配合3.1框架帶懸挑與建筑藝術(shù)的有效結(jié)合根據(jù)連續(xù)梁端部適當(dāng)懸挑有利于減少跨度中彎矩的原理，把建筑底層以上的室內(nèi)空間向周邊延伸，這種設(shè)計(jì)手法不僅對結(jié)構(gòu)有利，而且擴(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

7、意。一般來說懸挑的長度不應(yīng)大于二分之一內(nèi)跨長度也不宜小于四分之一內(nèi)跨長度，三分之一內(nèi)跨長度最為合適?？蚣艿膽姨糇詈檬强蚣艿膬啥送瑫r(shí)挑出，這樣結(jié)構(gòu)上可以維持框架外形的對稱而減少側(cè)移。而且最好是縱橫兩向框架同時(shí)懸挑，這樣對框架角柱的受力與建筑造型更能達(dá)到合理協(xié)調(diào)。3.2框架柱網(wǎng)布置與建筑平面布局的融合構(gòu)思框架柱網(wǎng)布置越簡潔單一對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就越有利。采用尺寸變化最少的矩形柱網(wǎng)或者方形柱網(wǎng)，不但構(gòu)件尺寸可以趨近劃一，而且有利于荷載均勻分布的整體剛度的提高。因此，在盡可能簡單規(guī)矩的結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)上，配以布置富于變化的建筑空間，這是現(xiàn)代建筑藝術(shù)創(chuàng)新的一條卓有成效的途徑。4.框架結(jié)構(gòu)的適用層數(shù)與高寬比框架結(jié)構(gòu)是由梁

8、柱相互剛接而成的，框架的承載能力和結(jié)構(gòu)效能主要依賴于梁柱的強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)的剛度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在豎向力與側(cè)向力作用下的反應(yīng)兩者是完全不同的。從4-1a及4-2a圖看來，在豎向荷載作用下，框架的變形或彎矩與框架的層數(shù)的多少?zèng)]有太大的關(guān)系，也就是說，框架的層數(shù)增加而框架的變形或彎矩沒有顯著的變化。但從4-1b及4-2b圖看來，在水平荷載作用下，框架的變形或者彎矩與框架的層數(shù)多少有極大的關(guān)系：右圖可以看出，框架層數(shù)越多，產(chǎn)生的水平位移越大，框架的內(nèi)力也隨層數(shù)的增加而迅速增長，層數(shù)超過一定程度時(shí)，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，這時(shí)水平荷載對設(shè)計(jì)起主要控制作用而豎向荷載對設(shè)計(jì)已失去控制作用，框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就不能表現(xiàn)出來，層數(shù)越多就越不利。當(dāng)房屋向更多層數(shù)發(fā)展或更大的高寬比發(fā)展時(shí)，采用框架體系將會(huì)產(chǎn)生不少的矛盾。首先，從強(qiáng)度方面來看，由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平荷載長生的內(nèi)力都相應(yīng)加大，特別是水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力增加得更快。因此，當(dāng)高度達(dá)到一定數(shù)值后，在框架內(nèi)將產(chǎn)生可觀的內(nèi)力。其次，從剛度方面來看，隨著房屋高度增加，高寬比也逐漸增大，在水平荷載作用下，框架本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。工程實(shí)