第三章 框架结构

1、n-1 框架结构的组成、特点、发展、优点和适用 范围 n-2 框架的类型 n-3 框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸 n-4 框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合 n-5 框架结构的受力特点与适用层数和高宽比 一、结构组成一、结构组成 二、特点二、特点 受力特点受力特点 一、结构组成 n竖直方向的柱与水平方向的梁，板 （一）结构特点 1、把承重骨架利用来围护和分隔空间的帘幕式的 墙面明确的分离开来。 材料各自有自己的力学性能和特点，有的适宜做支 撑物件而不宜防风避雨，有的适宜于遮蔽空间而不 宜于支撑重量，利用材料各自特性，形成围护与承 重分开的框架结构。 2、梁柱交接处为刚性连接，节点为刚节点

2、 （二）受力特点：刚结点， 受力性能好（梁、柱） 三、框架结构的发展 1、木框架 中国木框架传力体系墙倒屋不塌 （1）屋顶举折坡度曲线平缓 （2）斗拱 承托檐口梁重，过渡构件 保护基础和结构，形成 挑檐，出檐深远。 （3）灵活多变的建筑形式：厅、堂、杆、亭、榭、廊 （4）空廊、空门、空窗、漏窗、透空屏风格扇，轻巧淡雅、 玲珑活泼 北欧木框架建筑： 半木建筑 框架露明 北美殖民地式建筑 柱间加斜撑 木框架建筑特点： 由于木材便于加工，富有弹力和韧性，可做成各种形式的接 榫，制做，整体 性较强 2、砖石框架 n13-15世纪在欧州风行一时的高直式建筑所采 用的尖拱拱肋结构，将拱面上的荷重分别集 中

3、在若干根拱肋上，再通过这些交叉的拱肋 把重力汇集于平面的四角为克服拱肋的水平 推力，分别在建筑物两侧设宽大的飞扶壁， 形成向上的动势 n石材整体刚性很差,所以梁柱之间的节点不是 刚节点,砖石框架不是纯粹意义上的框架结构 3、砼框架 n 是由砼梁和柱刚性连接的骨架结构，其结构特 点就在于“刚节点”形成几何不变体 ，约束杆 件转动，减少横梁正弯矩。 n (重力传递集中在若干点上，本身并不形成 任何空间为空间提供一个骨架，从而按功能与 空间艺术处理需要灵活分隔。) n 对近现代建筑的发展起了很大的推动作用。 如果说西方古典建筑的辉煌成就是建立在砖石 结构的基础上；中国古典建筑的辉煌成就建立 在木框架

4、结构的基础上的；西方近现代建筑的 辉煌成就就是建立在砼或钢框架基础上。 n法国(生于瑞士)建筑师柯布西耶现代建筑开创者 1926年提出 n (1)底层独立支柱 (2)屋顶花园 (3)自由的平面 (4)横向长窗 (5)自由的力面 n 深刻揭示出近代框架结构给予建筑创作所开拓的新 可能性。现代西方建筑打破了传统六面体空间观念的 束缚，创造出“流动空间”概念，少就是多。 n 如：密斯凡德罗。德国1929年巴塞罗那博览会德 国馆八根十字形断面的铜柱。 n “空间”概念的树立:平面图案化不等于空间宜人 n对自然的约束与操纵从而妨碍了万物共生的亲切自然 n 凡尔塞宫与江南园林之比较 n优点： n建筑平面布

5、置灵活、易于设置较大房间、使用方便 n构件类型少，易于标准化、定型化； n可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇 结构，有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预 制结构。 n现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先 采用。 ：抗侧刚度低，层以下建筑 n适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实 验室等 1.按框架构件组成划分 （1）梁板式结构(多层和高层) （2）无梁式结构（仓库、冷藏 库） n（）现浇整体式框架：工地现浇 优点：结构整体性及抗震性能好，节省钢材； 缺点：现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。 n（）装配式框架： 优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工

6、现场的工 作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期； 缺点：增加了框架的节点连接，用钢量大整体性较差。 n（）装配整体式框架 其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，再 用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前 两种框架的优点。 装配式混凝土框架 预制长柱 预制主梁 预制槽形板 预制卡板 装配整体式混凝土框架 预制短柱 迭合梁 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 预制长柱 钢框架铰接 连接角钢 柱 梁 1 1 11 钢框架刚接 T形连接件 （1）全框架 （2）内框架：降低房屋造价 缺点：钢筋混凝土和砖墙刚度不 协调，房屋整体性和总体刚度 差，抗震 性能差 装配（整体

7、）式 n（1）短柱单梁式：制作、运输、安装方便，但接头多，施 工复杂 n（2）长柱单梁式：减少柱子接头，增加了结构的整体性； 但柱子长，运输困难，吊装内力大，长度不宜超过米 n（3）组合单元式：接头少，增加了结构的整体性；构件制 作复杂，运输困难，起重吨位大 1.梁与柱的接头 n暗牛腿刚接方式 n明牛腿刚接方式 2.柱与柱的接头方式-焊接连接 3.梁与板的接头方式-迭合梁式 n按承重框架布置方向分为三种： 1.主要承重框架横向布置 2.主要承重框架纵向布置 3.主要承重框架纵横两向布置 一、框架的布置 特点：横向梁为主梁， 纵向梁为次梁（连系梁） 优点： 承重框架横向布置 可有效提高纵房屋 横

8、向的抗侧力强度 和刚度； 有利于立面处理和 室内采光 特点：纵向梁为主梁， 横向梁为次梁（连系 梁） 优点：有利于楼层 净高的有效利用， 房屋的使用划分比 较灵活； 缺点：横向很差刚 度； 适用范围：层数不 多的无抗震要求的 厂房 实例 承重（竖向荷载）框架的布置 横向框架承重方案 纵向布置连系梁。横向抗侧 刚度大。有利采光和通风。 纵向框架承重方案 横向布置连系梁。横向抗侧 刚度小。有利获得较高净空。 框架设计 3.1 组成与布置组成与布置3.1 .1种类 3.1 .2组成 3.1 .3布置布置 纵横向框架承重方案 两个方向均有较好的抗侧刚度。 框架承重方案与楼盖布置有关 单向板楼盖双向板楼

9、盖 n（一）基本要求： n框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐 n要满足生产工艺和建筑平面布置的要求 n要使结构受力合理，施工方便 n柱网尺寸应符合和尽量符合模数 n（二）分类 内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨式柱网 结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱） 方便施工 对称、三跨。 房间进深：6m、6.6m、6.9m 走廊跨度：2.4m、2.7m、3.0m 开间方向柱距：3.68m 客房与卫生间 客房与卫生间 走道 7500 2000 7500 3900 3900 5000 5000 7000 6000 4000 5000 2000 7000 6000 4000 教室 走道

10、6000 6000 3900 2400 走道 6000 6000 7800 2400 教室 等跨式柱网：常用跨度为6米、7.5米、9米、12米 开间方向柱距：6m 对称不等跨式柱网 n注意： n无论是工业或民用建筑的柱网布置，当 房屋长度较大（55米）时，均需设置伸 缩缝，在缝的两侧应各自设置框架 三、构件截面尺寸 n框架横梁截面： n梁高h=(1/81/12)l梁跨 n梁宽b=(1/21/3)h梁高 n框架柱截面的宽与高 1.结构平面布置简单、规则、对齐、对称，有利于抵抗水平荷载 n平面形状：板式、塔式 n板式是指房屋宽度较小，而长度较大的建筑 n为了增加板式结构的侧向刚度和稳定，避免“一字

11、形”建筑， 可以做成折板式或曲线式。 n塔式则是指平面的长度和宽度相接近的建筑 n在塔式建筑中，常用圆形、方形、长宽比较小的矩形、Y形、 井形、三角形或其他各种形状。 （一）结构（一）结构平面平面布置的原则布置的原则 图例：增大房屋等效厚度（图例：增大房屋等效厚度（1） 图例：增大房屋等效厚度（图例：增大房屋等效厚度（2） 北京国际饭店： . 尽量避免部分突出及刚度突变 .控制房屋的 长宽比 L/B不宜超过 4.0 图例：抗震建筑平面图例：抗震建筑平面 图例：不利抗震建筑平面图例：不利抗震建筑平面 图例：日本建议的建筑平面图例：日本建议的建筑平面 抗侧力结构 的布置应尽可能 使房屋的刚度中 心

12、与地震力合力 作用线接近或重 合 图例：不利抗震的结构布置图例：不利抗震的结构布置 .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 .在烈度较高的抗震设防区、 楼、电梯间不宜布置在结构 单元的两端和拐角部位 1. 沿房屋的竖向高度刚度和质量分布均匀，不要发 生过大的突变，尽量避免夹层、错层、抽柱现象 （二）结构（二）结构立面立面布置的原则布置的原则 图例：结构薄弱层反应图例：结构薄弱层反应 n2 各层楼板应尽可能设置 在同一标高上，尽可能 不采用复式框架 图例：长、短柱共存现象图例：长、短柱共存现象 3 下刚顶柔结构，容易出现“鞭梢”效应。震害调 查表明：房屋顶部突出结构震害

13、严重 n南开大学主楼 突出部分的体型越细长，则摆动影响越大，鞭梢效 应越明显，当突出部分高度小于下部高度的1/5时， 其摆动影响可不考虑 4 房屋顶部不宜 有局部突出和刚 度突变，如不能 避免，突出部分 应逐步收小，并 需作抗震验算 竖向规则建筑： 立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺 寸的25%； 楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%， 且连续三层的总刚度下降不超过50%。 n底柔上刚结构，底部容易破坏 H是指建筑物地面到檐口高度 B是指建筑物平面的短方向总宽 抗抗 震震 设设 计计 结结 构构 类类 型型非非 抗抗 震震 设设 计计 6、 7度度8度度9度度 框框 架架5542 框框 架架 剪剪

14、 力力 墙墙 （ 筒筒 体体 ）5543 剪剪 力力 墙墙6654 筒筒 中中 筒筒 、 成成 束束 筒筒6654 、控制结构高宽比、控制结构高宽比HB 、合理地设置变形缝 高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算 n7 注意控制房屋的侧向变位和层间相对变位， 并对填充墙采取适当的加强措施（在填充墙内 设轻钢或钢筋混凝土骨架并与框架连接等） 控制房屋的侧向变位和层间相对 变位的作用： （1）防止竖向荷载引起的附加 弯矩的加剧 （2）防止填充墙的装修材料的 破坏 （3）避免相邻房屋的相互碰撞 （4）减轻摇晃的感觉 n房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开 柱子净高与截面长边的比值宜大于4（避

15、免短柱） 底层收进：立面效果 底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩 框架两端纵横两向 同时悬挑 外形对称减少侧移 角柱受力合理 建筑造型合理协调 连续梁端部适当悬 挑有利于减少跨中 弯矩 n从力学结构角度，悬臂外伸越长，悬臂的挠度越大， 不经济 n经济合理的悬臂外伸长度以悬臂弯矩与内梁跨中弯 矩的大小差不多为宜 n一般，均布荷载作用情况下，悬臂外伸长度不应大 于1/2内跨长度，也不应小于1/4内跨长度，约为1/3 内跨长度比较合适 框架悬挑的外伸长度 二、在复杂的建筑平面体型上进行简单的框架柱网布置二、在复杂的建筑平面体型上进行简单的框架柱网布置 越简单规则整齐对结构越有利，经济效果越好 建筑艺术的

16、效果：周边复杂的形式 在复杂的建筑平面上力求简单的框架柱网布置 3-5 框架结构的受力特点与适用层数和高宽比框架结构的受力特点与适用层数和高宽比 一、框架结构的受力特点 n框架结构是由梁和柱相互刚接而成的,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。 1.竖向荷载竖向荷载 框架层数的增加而框架的变形和弯矩没有显著的变化 框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系 n2.水平荷载水平荷载 框架的层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力 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大于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。 n框架结构层数较少时，竖向荷载起控制作用，框架结构比 较经济。 n当房屋向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾： n（