結(jié)構(gòu)選型7 框架結(jié)構(gòu)課件

1.概述美國(guó)紐約帝國(guó)大廈1929-1931建成鋼框架結(jié)構(gòu)等間距柱網(wǎng)5.4mX7m在中央電梯區(qū)縱橫向都設(shè)置了鋼斜支撐102層,總高度381m世界七大工程奇跡之一1931-1972年，世界最高建筑鋼結(jié)構(gòu)外包了爐渣混凝土，使得其側(cè)向剛度是裸露框架結(jié)構(gòu)的4.8倍HomerG.Balcom

(1870-1938)

B.E.,CornellUniversity,1890

H.G.BalcomandAssociates,19081934建成1930年代亞洲最先進(jìn)的酒店24層,地下2層，總高度83.8m當(dāng)時(shí)亞洲最高建筑建筑師拉斯洛·鄔達(dá)克鋼框架結(jié)構(gòu)《建筑結(jié)構(gòu)的奧秘：力的傳遞與形式》川口衛(wèi)清華大學(xué)2012《建筑結(jié)構(gòu)的奧秘：力的傳遞與形式》川口衛(wèi)清華大學(xué)2012框架結(jié)構(gòu)的組成

框架結(jié)構(gòu)是指由梁、柱組成的橫向及縱向框架，能同時(shí)承受豎向和水平荷載的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)強(qiáng)度高、自重輕、整體性和抗震性好。梁柱節(jié)點(diǎn)剛接，減少了梁的跨中彎矩。建筑平面布置靈活，可獲得較大的使用空間，并方便墻體開(kāi)洞等。柔性結(jié)構(gòu)。豎向分系統(tǒng)構(gòu)件（框架柱）的數(shù)量和截面面積都很少，導(dǎo)致

其抗側(cè)剛度較小，在水平荷載作用（風(fēng)荷載、地震力）下位移

較大。因此，其適用高度有所限制。但是與剪力墻結(jié)構(gòu)相比，它具有更大的延性。框架結(jié)構(gòu)的適用范圍Ⅰ、框架結(jié)構(gòu)高度與設(shè)防烈度的關(guān)系按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議》

設(shè)防烈度現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裝配結(jié)構(gòu)

9度25米不用

8度45米25米

7度55米35米

6度60米50米非震區(qū)60米50米Ⅱ、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)≤20層

Ⅲ、鋼結(jié)構(gòu)≤30層

多用于辦公樓，醫(yī)院、商店、學(xué)校、住宅。

2.框架結(jié)構(gòu)的類型框架結(jié)構(gòu)的類型（1）按構(gòu)件組成劃分有梁板式結(jié)構(gòu)（由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成的骨架結(jié)構(gòu)）和無(wú)梁式結(jié)構(gòu)（由板和柱子組成的骨架結(jié)構(gòu)）兩種類型。（2）按框架的施工方法劃分

①現(xiàn)澆整體式框架框架全部構(gòu)件均在現(xiàn)場(chǎng)澆注成整體，具有整體性和抗震性能好、構(gòu)件尺寸不受標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件限制的特點(diǎn)。

②裝配式框架框架全部構(gòu)件采用預(yù)制裝配，具有可加快施工進(jìn)度、提供建筑工業(yè)化程度的特點(diǎn)，但節(jié)點(diǎn)構(gòu)造剛性差，抗震性差?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的類型

③半現(xiàn)澆框架梁、柱現(xiàn)澆，樓板預(yù)制或現(xiàn)澆，預(yù)制梁板，具有梁柱整體性好、可節(jié)約模板的特點(diǎn)。④裝配整體或框架預(yù)制梁、柱，裝配時(shí)通過(guò)局部現(xiàn)澆混凝土使構(gòu)件連接成整體，結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性介于現(xiàn)澆和裝配式構(gòu)件之間，保證了節(jié)點(diǎn)的剛度，比全現(xiàn)澆節(jié)省模板，加快了施工進(jìn)度，但增加了后澆混凝土的工序。

3.框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置3.1布置原則

①建筑平面形狀和立面體型宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，使各部分剛度均勻?qū)ΨQ。

②控制結(jié)構(gòu)的高寬比（一般高寬比設(shè)為5～7），減少結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移。

③房屋的總長(zhǎng)度宜控制在最大伸縮縫間距內(nèi)，減少溫度裂縫。

④框架梁宜拉通、對(duì)直，框架柱宜上下對(duì)中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內(nèi)。

⑤盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)及層高，以減少構(gòu)件種類規(guī)格，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)及施工。

框架結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)由柱距和跨度組成?？蚣芙Y(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)，力求柱網(wǎng)平面簡(jiǎn)單規(guī)則，便于布置模板。①民用建筑的柱網(wǎng)及層高

民用建筑的類型多，功能要求各不相同，因此柱網(wǎng)和層高的變化也大，但對(duì)于一般民用建筑可以做到定型化。

柱距：3.3~8m

跨度：6~12m

（從經(jīng)濟(jì)考慮不宜超過(guò)9m）3.2柱網(wǎng)

框架柱網(wǎng)布置簡(jiǎn)單、規(guī)則、整齊，對(duì)結(jié)構(gòu)是非常有利的，經(jīng)濟(jì)效果也好。但有些建筑平面采用周邊復(fù)雜的形式來(lái)表示建筑藝術(shù)的效果，這就出現(xiàn)了在復(fù)雜的建筑平面形式上力求簡(jiǎn)單的柱網(wǎng)布置的協(xié)調(diào)問(wèn)題。下圖是幾種典型的平面形式及柱網(wǎng)布置方法。3.2柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)平面布置舉例框架結(jié)構(gòu)特殊柱網(wǎng)3.3梁格布置①橫向框架承重布置這種布置以橫向框架作為主要承重框架，橫向的梁為框架主梁，縱向的梁為連系梁，具有結(jié)構(gòu)合理，利于立面處理和屋內(nèi)采光等特點(diǎn)，但只適用于非地震區(qū)。傳力路徑：板荷載-框架橫梁-框架柱-基礎(chǔ)-地基②縱向框架承重布置

這種布置以縱向框架作為主要承重框架，縱向的梁為框架主梁，橫向的梁為連系梁，有利于樓層凈高的有效利用，同時(shí)房間的劃分比較靈活，但橫向剛度差，不適用于地震區(qū)。傳力路徑：板荷載-框架縱梁-框架柱-基礎(chǔ)-地基3.3梁格布置③主要承重框架縱橫兩個(gè)方向布置

當(dāng)房屋平面為正方形（或接近正方形）或房屋有抗震設(shè)防要求時(shí)，兩個(gè)方向的受力相差較小，此時(shí)兩個(gè)方向的框架都應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，故應(yīng)采用縱橫兩個(gè)方向的框架作為主要承重框架，這種布置適用于地震區(qū)。傳力路徑：板荷載-框架橫梁或縱梁-框架柱-基礎(chǔ)-地基3.3梁格布置3.4變形縫的設(shè)置變形縫分為伸縮縫和沉降縫，地震區(qū)還需按規(guī)定設(shè)置防震縫。一、伸縮縫為了避免溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力使房屋產(chǎn)生裂縫而設(shè)置的。一般是上部結(jié)構(gòu)斷開(kāi)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距見(jiàn)下表。環(huán)境條件室內(nèi)或土中露天現(xiàn)澆框架5535裝配式框架75503.4變形縫的設(shè)置二、沉降縫為了避免地基不均勻沉降在房屋構(gòu)件中產(chǎn)生裂縫而設(shè)置的。從基礎(chǔ)到屋頂全部分開(kāi)。設(shè)置沉降縫的位置有：（1）土層變化較大處；（2）地基基礎(chǔ)處理方法不同處；（3）房屋平面形狀變化的凹角處；（4）房屋高度、重量、剛度有較大變化處；（5）新建部分與原有建筑的結(jié)合處。沉降縫可以用挑梁或擱置預(yù)制板（梁）的方法代替。3.4變形縫的設(shè)置三、防震縫

目的是使不規(guī)則平面、剛度變化大的部分通過(guò)設(shè)縫形成簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)型式單元。避免在地震作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在既需設(shè)置伸縮縫又需設(shè)置沉降縫時(shí)，伸縮縫應(yīng)與沉降縫合并；當(dāng)房屋處于抗震區(qū)時(shí)，所有的縫都應(yīng)符合防震縫的要求。宜“三縫合一”設(shè)置。縫寬一般不小于70mm，當(dāng)房屋高度超過(guò)10m或處于抗震區(qū)時(shí)縫寬應(yīng)不小于100mm。

4.框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力框架結(jié)構(gòu)房屋是空間結(jié)構(gòu)體系，一般應(yīng)按三維空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。但對(duì)于平面布置較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)房屋，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常將實(shí)際的空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為若干個(gè)橫向或縱向平面框架進(jìn)行分析，每榀平面框架為一計(jì)算單元。就承受豎向荷載而言，當(dāng)橫向（縱向）框架承重，且在截取橫向（縱向）框架計(jì)算時(shí)，全部豎向荷載由橫向（縱向）框架承擔(dān)，不考慮縱向（橫向）框架的作用。當(dāng)縱、橫向框架混合承重時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)豎向荷載按樓蓋的實(shí)際支承情況進(jìn)行傳遞，這時(shí)豎向荷載通常由縱、橫向框架共用承擔(dān)。4.1概述計(jì)算單元

框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算單元及計(jì)算模型4.1概述4.2框架內(nèi)力框架結(jié)構(gòu)同時(shí)承受豎向荷載（恒載、活載）和水平荷載（地震荷載和風(fēng)荷載）的作用。單榀平面框架的彎矩圖如下：框架柱為偏心受壓構(gòu)件，同時(shí)抵抗軸向力、彎矩與水平剪力?？蚣芰簽槭軓潣?gòu)件，同時(shí)抵抗剪力與彎矩。

5.框架截面尺寸估算5.1柱截面尺寸估算可按靜力分配的原則估算梁、柱、墻上的荷載。—對(duì)柱（或墻）按中到中劃分，荷載按承力面積計(jì)算而

不考慮板的連續(xù)性。求得柱子的荷載標(biāo)準(zhǔn)值后，再乘以設(shè)計(jì)值轉(zhuǎn)換系數(shù)1.26得到

柱的設(shè)計(jì)荷載N。根據(jù)軸壓比的限值來(lái)估算柱子的截面尺寸。例題1中柱長(zhǎng)邊中柱短邊中柱角柱底層短邊中柱承受的豎向荷載是多少kN？根據(jù)柱子的豎向荷載，便可依據(jù)軸壓比限值估算柱子的截面

尺寸。柱網(wǎng)8mX8m，軸壓比0.9條件下的經(jīng)驗(yàn)柱子截面尺寸表如下5.2框架梁截面尺寸估算5.2框架梁截面尺寸估算5.2梁布置時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)人口大堂頂部完整空間內(nèi)不宜露梁。特殊情況設(shè)梁時(shí)，梁高應(yīng)盡可能小。公共空間盡可能不露梁。戶內(nèi)梁布置時(shí)，梁不應(yīng)穿越客廳、餐廳、住房，以保證各功能空間完整及美觀；梁不宜穿越廚房、廁所、陽(yáng)臺(tái)，如確有必須穿越的梁，梁高應(yīng)盡可能小。戶內(nèi)梁不露出梁角線的優(yōu)先順序：

客廳>餐廳>主臥>次臥>內(nèi)走道>其他空間戶內(nèi)衛(wèi)生間做沉箱時(shí)，周邊梁高仍按普通梁考慮。當(dāng)周邊梁

對(duì)房間內(nèi)空間無(wú)影響時(shí)，梁高也可統(tǒng)一取500mm，即周邊次

梁梁底平沉箱板底。

6.框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的估算框架的變形特點(diǎn)：

Ⅰ、框架側(cè)移以整體剪切變形為主

Ⅱ、層間側(cè)移自上而下逐層增大6.1概述框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移框架的側(cè)移可以按照下式估算

6.2框架側(cè)移計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)和變形允許值結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)，指的是結(jié)構(gòu)受力后的變形必須滿足

正常使用極限狀態(tài)的條件。H建筑物總高度h層高結(jié)構(gòu)的變形允許值Ea

7.其他需注意的幾個(gè)要點(diǎn)7.1底層大空間框架中間柱的軸向力通過(guò)轉(zhuǎn)換梁傳給兩側(cè)的落地柱。轉(zhuǎn)換梁梁高較大。底層落地柱由于數(shù)量少，側(cè)向荷載激增，所以應(yīng)適當(dāng)增加落地柱的剛度。還應(yīng)適當(dāng)增強(qiáng)樓蓋結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)剛度。7.2錯(cuò)層框架錯(cuò)層框架對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，在地震作用下，由于兩側(cè)橫梁的標(biāo)高不一致而形成短柱，易發(fā)生脆性的剪切破壞。設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量避免。錯(cuò)層削弱了樓蓋在維系結(jié)構(gòu)整體性和協(xié)同性方面的作用。在傳力路徑上出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，容易引起應(yīng)力集中。位于錯(cuò)層處的框架柱的抗震等級(jí)應(yīng)該提高一級(jí)。7.2錯(cuò)層框架上圖所示的框架梁應(yīng)該配置抗扭縱筋和箍筋，提高梁的抗扭能力。7.3結(jié)構(gòu)豎向收進(jìn)與外挑豎向體形宜規(guī)則、均勻、對(duì)稱，避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜上、下連續(xù)貫通。B1大于75%B。a小于4m。7.4框架懸挑最好兩端同時(shí)挑出，則結(jié)構(gòu)上可以維持框架外形的對(duì)稱而減少了側(cè)移。常規(guī)設(shè)計(jì)中，外挑不應(yīng)大于0.5L，也不宜小于0.25L。約0.3L最合適。

8.框架結(jié)構(gòu)實(shí)例

8.1實(shí)例1：某小學(xué)設(shè)計(jì)

8.2實(shí)例2：某住宅設(shè)計(jì)

作業(yè)2建筑平面如上圖虛線所示，33.36mX10.92m,層高3.6米，共4層?？蚣芸拐鸬燃?jí)為一級(jí)，混凝土采用C30。問(wèn)題1.考慮縱橫向框架共同承重方案或縱向框架承重方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置。

1）確定柱子尺寸，框架梁尺寸，次梁（如有）尺寸和板的厚度。

2）繪結(jié)構(gòu)布置圖（A4或A3），標(biāo)注梁柱的定位尺寸。

3）在結(jié)構(gòu)布置圖中標(biāo)明板的傳力方向。