结构选型7 框架结构课件

1.概述美国纽约帝国大厦1929-1931建成钢框架结构等间距柱网5.4mX7m在中央电梯区纵横向都设置了钢斜支撑102层,总高度381m世界七大工程奇迹之一1931-1972年，世界最高建筑钢结构外包了炉渣混凝土，使得其侧向刚度是裸露框架结构的4.8倍HomerG.Balcom

(1870-1938)

B.E.,CornellUniversity,1890

H.G.BalcomandAssociates,19081934建成1930年代亚洲最先进的酒店24层,地下2层，总高度83.8m当时亚洲最高建筑建筑师拉斯洛·邬达克钢框架结构《建筑结构的奥秘：力的传递与形式》川口卫清华大学2012《建筑结构的奥秘：力的传递与形式》川口卫清华大学2012框架结构的组成

框架结构是指由梁、柱组成的横向及纵向框架，能同时承受竖向和水平荷载的结构系统。框架结构的特点强度高、自重轻、整体性和抗震性好。梁柱节点刚接，减少了梁的跨中弯矩。建筑平面布置灵活，可获得较大的使用空间，并方便墙体开洞等。柔性结构。竖向分系统构件（框架柱）的数量和截面面积都很少，导致

其抗侧刚度较小，在水平荷载作用（风荷载、地震力）下位移

较大。因此，其适用高度有所限制。但是与剪力墙结构相比，它具有更大的延性。框架结构的适用范围Ⅰ、框架结构高度与设防烈度的关系按《高层建筑结构设计建议》

设防烈度现浇结构装配结构

9度25米不用

8度45米25米

7度55米35米

6度60米50米非震区60米50米Ⅱ、钢筋混凝土结构≤20层

Ⅲ、钢结构≤30层

多用于办公楼，医院、商店、学校、住宅。

2.框架结构的类型框架结构的类型（1）按构件组成划分有梁板式结构（由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构）和无梁式结构（由板和柱子组成的骨架结构）两种类型。（2）按框架的施工方法划分

①现浇整体式框架框架全部构件均在现场浇注成整体，具有整体性和抗震性能好、构件尺寸不受标准构件限制的特点。

②装配式框架框架全部构件采用预制装配，具有可加快施工进度、提供建筑工业化程度的特点，但节点构造刚性差，抗震性差。框架结构的类型

③半现浇框架梁、柱现浇，楼板预制或现浇，预制梁板，具有梁柱整体性好、可节约模板的特点。④装配整体或框架预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体，结构的整体性和抗震性介于现浇和装配式构件之间，保证了节点的刚度，比全现浇节省模板，加快了施工进度，但增加了后浇混凝土的工序。

3.框架结构的结构布置3.1布置原则

①建筑平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称。

②控制结构的高宽比（一般高宽比设为5～7），减少结构在水平荷载下产生的侧移。

③房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距内，减少温度裂缝。

④框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。

⑤尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。

框架结构的柱网由柱距和跨度组成。框架结构的柱网尺寸和层高主要由使用功能的要求决定，并符合建筑模数，力求柱网平面简单规则，便于布置模板。①民用建筑的柱网及层高

民用建筑的类型多，功能要求各不相同，因此柱网和层高的变化也大，但对于一般民用建筑可以做到定型化。

柱距：3.3~8m

跨度：6~12m

（从经济考虑不宜超过9m）3.2柱网

框架柱网布置简单、规则、整齐，对结构是非常有利的，经济效果也好。但有些建筑平面采用周边复杂的形式来表示建筑艺术的效果，这就出现了在复杂的建筑平面形式上力求简单的柱网布置的协调问题。下图是几种典型的平面形式及柱网布置方法。3.2柱网框架结构柱网平面布置举例框架结构特殊柱网3.3梁格布置①横向框架承重布置这种布置以横向框架作为主要承重框架，横向的梁为框架主梁，纵向的梁为连系梁，具有结构合理，利于立面处理和屋内采光等特点，但只适用于非地震区。传力路径：板荷载-框架横梁-框架柱-基础-地基②纵向框架承重布置

这种布置以纵向框架作为主要承重框架，纵向的梁为框架主梁，横向的梁为连系梁，有利于楼层净高的有效利用，同时房间的划分比较灵活，但横向刚度差，不适用于地震区。传力路径：板荷载-框架纵梁-框架柱-基础-地基3.3梁格布置③主要承重框架纵横两个方向布置

当房屋平面为正方形（或接近正方形）或房屋有抗震设防要求时，两个方向的受力相差较小，此时两个方向的框架都应具有足够的强度和刚度，故应采用纵横两个方向的框架作为主要承重框架，这种布置适用于地震区。传力路径：板荷载-框架横梁或纵梁-框架柱-基础-地基3.3梁格布置3.4变形缝的设置变形缝分为伸缩缝和沉降缝，地震区还需按规定设置防震缝。一、伸缩缝为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生裂缝而设置的。一般是上部结构断开，钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距见下表。环境条件室内或土中露天现浇框架5535装配式框架75503.4变形缝的设置二、沉降缝为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的。从基础到屋顶全部分开。设置沉降缝的位置有：（1）土层变化较大处；（2）地基基础处理方法不同处；（3）房屋平面形状变化的凹角处；（4）房屋高度、重量、刚度有较大变化处；（5）新建部分与原有建筑的结合处。沉降缝可以用挑梁或搁置预制板（梁）的方法代替。3.4变形缝的设置三、防震缝

目的是使不规则平面、刚度变化大的部分通过设缝形成简单、规则、对称的结构型式单元。避免在地震作用下发生扭转效应。在既需设置伸缩缝又需设置沉降缝时，伸缩缝应与沉降缝合并；当房屋处于抗震区时，所有的缝都应符合防震缝的要求。宜“三缝合一”设置。缝宽一般不小于70mm，当房屋高度超过10m或处于抗震区时缝宽应不小于100mm。

4.框架结构的内力框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。4.1概述计算单元

框架结构的计算单元及计算模型4.1概述4.2框架内力框架结构同时承受竖向荷载（恒载、活载）和水平荷载（地震荷载和风荷载）的作用。单榀平面框架的弯矩图如下：框架柱为偏心受压构件，同时抵抗轴向力、弯矩与水平剪力。框架梁为受弯构件，同时抵抗剪力与弯矩。

5.框架截面尺寸估算5.1柱截面尺寸估算可按静力分配的原则估算梁、柱、墙上的荷载。—对柱（或墙）按中到中划分，荷载按承力面积计算而

不考虑板的连续性。求得柱子的荷载标准值后，再乘以设计值转换系数1.26得到

柱的设计荷载N。根据轴压比的限值来估算柱子的截面尺寸。例题1中柱长边中柱短边中柱角柱底层短边中柱承受的竖向荷载是多少kN？根据柱子的竖向荷载，便可依据轴压比限值估算柱子的截面

尺寸。柱网8mX8m，轴压比0.9条件下的经验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梁布置时应注意事项人口大堂顶部完整空间内不宜露梁。特殊情况设梁时，梁高应尽可能小。公共空间尽可能不露梁。户内梁布置时，梁不应穿越客厅、餐厅、住房，以保证各功能空间完整及美观；梁不宜穿越厨房、厕所、阳台，如确有必须穿越的梁，梁高应尽可能小。户内梁不露出梁角线的优先顺序：

客厅>餐厅>主卧>次卧>内走道>其他空间户内卫生间做沉箱时，周边梁高仍按普通梁考虑。当周边梁

对房间内空间无影响时，梁高也可统一取500mm，即周边次

梁梁底平沉箱板底。

6.框架结构侧移的估算框架的变形特点：

Ⅰ、框架侧移以整体剪切变形为主

Ⅱ、层间侧移自上而下逐层增大6.1概述框架结构的侧移框架的侧移可以按照下式估算

6.2框架侧移计算结构的变形设计和变形允许值结构的变形设计，指的是结构受力后的变形必须满足

正常使用极限状态的条件。H建筑物总高度h层高结构的变形允许值Ea

7.其他需注意的几个要点7.1底层大空间框架中间柱的轴向力通过转换梁传给两侧的落地柱。转换梁梁高较大。底层落地柱由于数量少，侧向荷载激增，所以应适当增加落地柱的刚度。还应适当增强楼盖结构的平面内刚度。7.2错层框架错层框架对结构抗震不利，在地震作用下，由于两侧横梁的标高不一致而形成短柱，易发生脆性的剪切破坏。设计中应该尽量避免。错层削弱了楼盖在维系结构整体性和协同性方面的作用。在传力路径上出现薄弱环节，容易引起应力集中。位于错层处的框架柱的抗震等级应该提高一级。7.2错层框架上图所示的框架梁应该配置抗扭纵筋和箍筋，提高梁的抗扭能力。7.3结构竖向收进与外挑竖向体形宜规则、均匀、对称，避免过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。B1大于75%B。a小于4m。7.4框架悬挑最好两端同时挑出，则结构上可以维持框架外形的对称而减少了侧移。常规设计中，外挑不应大于0.5L，也不宜小于0.25L。约0.3L最合适。

8.框架结构实例

8.1实例1：某小学设计

8.2实例2：某住宅设计

作业2建筑平面如上图虚线所示，33.36mX10.92m,层高3.6米，共4层。框架抗震等级为一级，混凝土采用C30。问题1.考虑纵横向框架共同承重方案或纵向框架承重方案，进行结构布置。

1）确定柱子尺寸，框架梁尺寸，次梁（如有）尺寸和板的厚度。

2）绘结构布置图（A4或A3），标注梁柱的定位尺寸。

3）在结构布置图中标明板的传力方向。