結構選型7 框架結構課件

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

(1870-1938)

B.E.,CornellUniversity,1890

H.G.BalcomandAssociates,19081934建成1930年代亞洲最先進的酒店24層,地下2層，總高度83.8m當時亞洲最高建筑建筑師拉斯洛·鄔達克鋼框架結構《建筑結構的奧秘：力的傳遞與形式》川口衛(wèi)清華大學2012《建筑結構的奧秘：力的傳遞與形式》川口衛(wèi)清華大學2012框架結構的組成

框架結構是指由梁、柱組成的橫向及縱向框架，能同時承受豎向和水平荷載的結構系統(tǒng)?？蚣芙Y構的特點強度高、自重輕、整體性和抗震性好。梁柱節(jié)點剛接，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，并方便墻體開洞等。柔性結構。豎向分系統(tǒng)構件（框架柱）的數(shù)量和截面面積都很少，導致

其抗側剛度較小，在水平荷載作用（風荷載、地震力）下位移

較大。因此，其適用高度有所限制。但是與剪力墻結構相比，它具有更大的延性?？蚣芙Y構的適用范圍Ⅰ、框架結構高度與設防烈度的關系按《高層建筑結構設計建議》

設防烈度現(xiàn)澆結構裝配結構

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、鋼筋混凝土結構≤20層

Ⅲ、鋼結構≤30層

多用于辦公樓，醫(yī)院、商店、學校、住宅。

2.框架結構的類型框架結構的類型（1）按構件組成劃分有梁板式結構（由梁、板、柱三種基本構件組成的骨架結構）和無梁式結構（由板和柱子組成的骨架結構）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件均在現(xiàn)場澆注成整體，具有整體性和抗震性能好、構件尺寸不受標準構件限制的特點。

②裝配式框架框架全部構件采用預制裝配，具有可加快施工進度、提供建筑工業(yè)化程度的特點，但節(jié)點構造剛性差，抗震性差?？蚣芙Y構的類型

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

3.框架結構的結構布置3.1布置原則

①建筑平面形狀和立面體型宜簡單、規(guī)則，使各部分剛度均勻對稱。

②控制結構的高寬比（一般高寬比設為5～7），減少結構在水平荷載下產生的側移。

③房屋的總長度宜控制在最大伸縮縫間距內，減少溫度裂縫。

④框架梁宜拉通、對直，框架柱宜上下對中，梁柱軸線宜在同一豎向平面內。

⑤盡量統(tǒng)一柱網及層高，以減少構件種類規(guī)格，簡化設計及施工。

框架結構的柱網由柱距和跨度組成?？蚣芙Y構的柱網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)，力求柱網平面簡單規(guī)則，便于布置模板。①民用建筑的柱網及層高

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

柱距：3.3~8m

跨度：6~12m

（從經濟考慮不宜超過9m）3.2柱網

框架柱網布置簡單、規(guī)則、整齊，對結構是非常有利的，經濟效果也好。但有些建筑平面采用周邊復雜的形式來表示建筑藝術的效果，這就出現(xiàn)了在復雜的建筑平面形式上力求簡單的柱網布置的協(xié)調問題。下圖是幾種典型的平面形式及柱網布置方法。3.2柱網框架結構柱網平面布置舉例框架結構特殊柱網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，具有結構合理，利于立面處理和屋內采光等特點，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-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-地基3.3梁格布置③主要承重框架縱橫兩個方向布置

當房屋平面為正方形（或接近正方形）或房屋有抗震設防要求時，兩個方向的受力相差較小，此時兩個方向的框架都應具有足夠的強度和剛度，故應采用縱橫兩個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-地基3.3梁格布置3.4變形縫的設置變形縫分為伸縮縫和沉降縫，地震區(qū)還需按規(guī)定設置防震縫。一、伸縮縫為了避免溫度應力和混凝土收縮應力使房屋產生裂縫而設置的。一般是上部結構斷開，鋼筋混凝土框架結構的伸縮縫最大間距見下表。環(huán)境條件室內或土中露天現(xiàn)澆框架5535裝配式框架75503.4變形縫的設置二、沉降縫為了避免地基不均勻沉降在房屋構件中產生裂縫而設置的。從基礎到屋頂全部分開。設置沉降縫的位置有：（1）土層變化較大處；（2）地基基礎處理方法不同處；（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合處。沉降縫可以用挑梁或擱置預制板（梁）的方法代替。3.4變形縫的設置三、防震縫

目的是使不規(guī)則平面、剛度變化大的部分通過設縫形成簡單、規(guī)則、對稱的結構型式單元。避免在地震作用下發(fā)生扭轉效應。在既需設置伸縮縫又需設置沉降縫時，伸縮縫應與沉降縫合并；當房屋處于抗震區(qū)時，所有的縫都應符合防震縫的要求。宜“三縫合一”設置?？p寬一般不小于70mm，當房屋高度超過10m或處于抗震區(qū)時縫寬應不小于100mm。

4.框架結構的內力框架結構房屋是空間結構體系，一般應按三維空間結構進行分析。但對于平面布置較規(guī)則的框架結構房屋，為了簡化計算，通常將實際的空間結構簡化為若干個橫向或縱向平面框架進行分析，每榀平面框架為一計算單元。就承受豎向荷載而言，當橫向（縱向）框架承重，且在截取橫向（縱向）框架計算時，全部豎向荷載由橫向（縱向）框架承擔，不考慮縱向（橫向）框架的作用。當縱、橫向框架混合承重時，應根據(jù)結構的不同特點進行分析，并對豎向荷載按樓蓋的實際支承情況進行傳遞，這時豎向荷載通常由縱、橫向框架共用承擔。4.1概述計算單元

框架結構的計算單元及計算模型4.1概述4.2框架內力框架結構同時承受豎向荷載（恒載、活載）和水平荷載（地震荷載和風荷載）的作用。單榀平面框架的彎矩圖如下：框架柱為偏心受壓構件，同時抵抗軸向力、彎矩與水平剪力?？蚣芰簽槭軓潣嫾?，同時抵抗剪力與彎矩。

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。—對柱（或墻）按中到中劃分，荷載按承力面積計算而

不考慮板的連續(xù)性。求得柱子的荷載標準值后，再乘以設計值轉換系數(shù)1.26得到

柱的設計荷載N。根據(jù)軸壓比的限值來估算柱子的截面尺寸。例題1中柱長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8mX8m，軸壓比0.9條件下的經驗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梁布置時應注意事項人口大堂頂部完整空間內不宜露梁。特殊情況設梁時，梁高應盡可能小。公共空間盡可能不露梁。戶內梁布置時，梁不應穿越客廳、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、陽臺，如確有必須穿越的梁，梁高應盡可能小。戶內梁不露出梁角線的優(yōu)先順序：

客廳>餐廳>主臥>次臥>內走道>其他空間戶內衛(wèi)生間做沉箱時，周邊梁高仍按普通梁考慮。當周邊梁

對房間內空間無影響時，梁高也可統(tǒng)一取500mm，即周邊次

梁梁底平沉箱板底。

6.框架結構側移的估算框架的變形特點：

Ⅰ、框架側移以整體剪切變形為主

Ⅱ、層間側移自上而下逐層增大6.1概述框架結構的側移框架的側移可以按照下式估算

6.2框架側移計算結構的變形設計和變形允許值結構的變形設計，指的是結構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層高結構的變形允許值Ea

7.其他需注意的幾個要點7.1底層大空間框架中間柱的軸向力通過轉換梁傳給兩側的落地柱。轉換梁梁高較大。底層落地柱由于數(shù)量少，側向荷載激增，所以應適當增加落地柱的剛度。還應適當增強樓蓋結構的平面內剛度。7.2錯層框架錯層框架對結構抗震不利，在地震作用下，由于兩側橫梁的標高不一致而形成短柱，易發(fā)生脆性的剪切破壞。設計中應該盡量避免。錯層削弱了樓蓋在維系結構整體性和協(xié)同性方面的作用。在傳力路徑上出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，容易引起應力集中。位于錯層處的框架柱的抗震等級應該提高一級。7.2錯層框架上圖所示的框架梁應該配置抗扭縱筋和箍筋，提高梁的抗扭能力。7.3結構豎向收進與外挑豎向體形宜規(guī)則、均勻、對稱，避免過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化?？拐鹪O計時，結構豎向抗側力構件宜上、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挑出，則結構上可以維持框架外形的對稱而減少了側移。常規(guī)設計中，外挑不應大于0.5L，也不宜小于0.25L。約0.3L最合適。

8.框架結構實例

8.1實例1：某小學設計

8.2實例2：某住宅設計

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?？蚣芸拐鸬燃墳橐患?，混凝土采用C30。問題1.考慮縱橫向框架共同承重方案或縱向框架承重方案，進行結構布置。

1）確定柱子尺寸，框架梁尺寸，次梁（如有）尺寸和板的厚度。

2）繪結構布置圖（A4或A3），標注梁柱的定位尺寸。

3）在結構布置圖中標明板的傳力方向。