第三章框架结构

第三章框架结构第1页，课件共38页，创作于2023年2月3.1概述我国《高层建筑混凝土结构技术规程》GJ3-2002中将10层和10层以上或高度超过28m的民用建筑划为高层建筑。钢筋混凝土高层建筑常用的结构体系有：1.框架结构体系：优点：建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便构件类型少，易于标准化、定型化；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。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。缺点：抗侧刚度低，抗震性能较差，适用于２０层以下建筑适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等第2页，课件共38页，创作于2023年2月概念利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构。2、剪力墙结构剪力墙结构平面图第3页，课件共38页，创作于2023年2月优点:整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力(强度)要求也容易满足，房间内无梁柱外露。缺点:剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求,结构自重往往也较大。剪力墙的优缺点及适用范围第4页，课件共38页，创作于2023年2月房屋刚度比框架-剪力墙体系更好，适用的层数更高，层数超过25层的房屋宜采用全部剪力墙结构理论上可达100~150层，但墙体太厚，不经济，以40层以下为宜适用范围：较小开间的住宅及旅馆建筑。第5页，课件共38页，创作于2023年2月１概念：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作的结构体系。２特点：以框架结构为主，以剪力墙为辅助补救框架结构的不足的半刚性结构。剪力墙承担大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主。3、框架-剪力墙结构第6页，课件共38页，创作于2023年2月３受力变形特点４、框架－剪力墙结构的适用范围适用范围：１５～２５层，H/B不宜大于4~5第7页，课件共38页，创作于2023年2月适用范围：25层以下的房屋，最高不宜超过30层地震区的五层以上的工业厂房由于剪力墙的存在，一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性，这种体系用于旅馆、公寓、住宅等建筑最为适宜兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，通常可应用于10～20层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。第8页，课件共38页，创作于2023年2月4、筒体结构1、概念与特点：将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体筒体在水平荷载作用下好像一个竖向悬臂空心柱体，结构空间刚度极大，抗扭性能也好剪力墙集中布置不妨碍房屋的使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各种高层公共建筑和商业建筑第9页，课件共38页，创作于2023年2月

实腹筒框筒桁架筒筒中筒2、筒体的基本形式第10页，课件共38页，创作于2023年2月3、筒体结构的类型根据建筑高度不同，可采用不同筒体结构形式

内筒体：将电梯井、楼梯井、管道井、服务间等集中成为一个核心筒体。

外筒体：四周外墙由密排窗框诸与窗间墙梁组成---多孔墙体。建筑物内部可不设剪力墙。

筒中筒：内筒体与外筒体相结合

多筒体组合：根据建筑平面要求可采用：多重套筒，组合筒---几个筒体由楼板联合束筒---若干个筒体成束状结构，筒体可错落不齐。第11页，课件共38页，创作于2023年2月筒体结构属于空间受力体系（1）变形特点框筒侧向变形仍以剪切型为主，而核心筒通常则是以弯曲型变形为主（2）受力特点框筒结构是具有箱形截面的悬臂构件，柱子分为受拉和受压柱，形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架。将筒的四壁做成桁架，就形成桁架筒。桁架为轴向受力，与框架相比，更节省材料4、筒体的主要特点第12页，课件共38页，创作于2023年2月3.2框架结构的组成与布置3.2.1框架结构的组成与分类3.2.1.1框架结构的组成框架结构由梁和柱连接而成的。梁、柱连接处一般为刚性连接，也可以为铰接连接，当为铰接连接时我们通常称为排架结构。框架结构一般要求框架梁宜连通，框架柱在纵横两个方向应有框架梁连接，梁、柱中心线宜重合，框架柱宜纵横对齐、上下对中等。第13页，课件共38页，创作于2023年2月按框架的施工方法划分（１）全现浇式框架：梁、板、柱均工地现浇优点：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。（2）半现浇式框架：梁、柱现浇、板预制优点：节约模板、降低了成本缺点：整体及抗震性能不如全现浇式框架（3）装配式框架：优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工现场的工作量较少，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。（4）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全现浇式和装配式框架的优点。3.2.1.2框架的类型第14页，课件共38页，创作于2023年2月3.2.2框架结构的布置3.2.2.1框架柱的布置（一）基本要求：１框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐２要满足生产工艺和建筑功能的要求３要使结构受力合理，施工方便４柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数（二）柱网分类内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨式柱网第15页，课件共38页，创作于2023年2月对称三跨。

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：3.6~8m

适用范围：旅馆、教学楼、办公楼、医院内廊式第16页，课件共38页，创作于2023年2月客房与卫生间客房与卫生间走道7500200075003900第17页，课件共38页，创作于2023年2月3900500050007000第18页，课件共38页，创作于2023年2月6000400050002000700060004000第19页，课件共38页，创作于2023年2月教室走道6000600039002400走道6000600078002400教室第20页，课件共38页，创作于2023年2月等跨式柱网：常用跨度为6米、7.5米、9米、12米开间方向柱距：6m适用范围：厂房、仓库、商店等跨式柱网第21页，课件共38页，创作于2023年2月对称不等跨式柱网第22页，课件共38页，创作于2023年2月注意：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第23页，课件共38页，创作于2023年2月3.2.2.2、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。第24页，课件共38页，创作于2023年2月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盖第25页，课件共38页，创作于2023年2月第26页，课件共38页，创作于2023年2月3.2.2.3变形缝的设置当建筑物纵向太长、立面高差太大、体型比较复杂时，为使受力合理我们应对建筑物设置变形缝。变形缝种类：伸缩缝、沉降缝、防震缝伸缩缝也叫温度缝，其设置主要与结构的长度有关沉降缝：主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关防震缝：与建筑平面形状、质量分布、刚度、地理位置等有关第27页，课件共38页，创作于2023年2月3.3抗震设防区框架体系

房屋设计我国是一个多地震的国家，因此我们所设计的房屋应该考虑地震的影响，对于房屋的抗震设计，不仅仅是结构设计的内容，我们应该在进行建筑方案设计时就考虑到抗震设计，这对于设计好一栋建筑是非常重要的。3.3.1框架结构房屋最大适用高度根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到即安全又经济合理的要求，多层与高层钢筋混凝土房屋高度不宜太高。水平荷载对框架结构设计起主要控制作用，而竖向荷载对设计已失去控制作用，框架结构优越性就不能表现出来，层数越多，就越不优越。框架结构不适宜高层和高宽比大的建筑原因：第28页，课件共38页，创作于2023年2月强度方面：由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载产生的内力要相应加大，尤其是水平荷载产生的内力增加的更快。

刚度方面：随着房屋高度增加，高宽比也逐渐增加，在水平荷载作用下，水平位移成为重要的控制因素。

综上分析框架结构高度增加时，侧向力作用的重要性急剧增长。框架结构在水平荷载作用下，表现出“抗侧刚度小，水平位移大”的弱点，是一种柔性结构体系，房屋层数越多其弱点越明显。框架结构合理层数是6-15层，最经济是10层左右。框架结构一般的高宽比为3-5，房屋最大适用高度与烈度、场地类别等因素有关。我国《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002)规定了框架结构最大适用高度不超过表3.2的规定。

表3.2房屋最大适用高度（m）

第29页，课件共38页，创作于2023年2月3.3.2框架结构抗震等级《建筑抗震设计规范》根据房屋设防烈度、结构类型和房屋高度，将框架结构和框架-抗震墙结构划分为一、二、三和四级并规定不同抗震等级的结构应符合相应的计算和构造措施。框架抗震等级可查表3.3表3.3框架结构的抗震等级第30页，课件共38页，创作于2023年2月3.3.3规则结构和不规则结构区别规则结构和不规则结构的目的，是为了在抗震设计中予以区别对待。对不规则结构的不利地位，应采取有效措施，以提高其抗震能力；对规则结构则应按《规范》的一般规定进行设计。结构平面布置要求：（1）平面宜简单、规则、对称、减少偏心；（2）平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大，L、l等值宜满足表3.4的要求。（3）不宜采用脚部重叠的平面图形或细腰形平面图形。第31页，课件共38页，创作于2023年2月结构竖向布置要求：

（1）竖向体系宜规则、均匀、对称、避免过大的外挑和内收；

（2）结构上部楼层收进部位到室外面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75倍；当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m

当不能满足上述各项要求时，应调整建筑平、立面尺寸和刚度沿房屋平面和高度的分布，选择合理的建筑结构方案，避免设置防震缝。

3.3.4框架结构的布置要求

在抗震设防区，框架体系房屋的建筑体型以及结构布置应注意如下要求：

（1）房屋的平面、立面宜简单、规则第32页，课件共38页，创作于2023年2月（2）楼、电梯间不宜布置在结构单元的两端和拐角部位

（3）各层楼板应尽量设置在同一标高上，尽可能不采用复式框架。

（4）房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用缝分开。第33页，课件共38页，创作于2023年2月3.4框架结构的构件截面尺寸3.4.1框架梁截面尺寸框架梁截面形状常采用的有矩形、T形和花篮形。设计者应根据建筑功能及结构形式确定梁截面形状。确定框架梁截面尺寸可参考同类房屋已有的设计资料确定，也可按下列方法估算：框架梁：梁高h=(1/8~1/12)l梁跨且梁高≥400mm梁宽b=(1/2~1/3)h梁高，且梁宽≥200mm第34页，课件共38页，创作于2023年2月框架连系梁或次梁：梁高h=(1/12~1/18)l梁跨梁宽b=(1/2~1/3)h梁高，且梁宽≥200mm框架梁宽与梁高均以50为模数，为了统一模板尺寸便于施工，对于梁宽建议采用120mm，150mm，180mm，200mm，250mm，300mm，350mm等尺寸，梁高建议采用250mm，300mm，350mm，400mm，…，750mm，800mm，900mm，1000mm等尺寸。为了降低楼层高度，也为了比较容易实现延性框架要求的强柱弱梁措施，有时要设计宽度较大的扁梁。这时可根据楼板传来的荷载及跨度情况，保证该梁的挠度不致过大，以满足刚度要求。一般可取梁高为梁跨度的1/15-1/18.在一般荷载作用下，满足上述要求的梁可不进行挠度计算。第35页，课件共38页，创作于2023年2月3.4.2框架柱截面尺寸估算1、最小构造尺寸矩形截面柱：hc/bc≤3；抗震设计时，bc≥300mm；非抗震设计时，bc≥250mm；bc≥(1/15~1/20)h；hc≥400mm。hc≥(1/15~1/20)h（h为层高）。圆形截面柱：dc≥350mm。2、满足轴压比限制轴压比：柱的平均轴向压应力与混凝土的轴心抗压强度fc的比值（或指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值）。即

μN=N/(Acfc)≤[μN]第36页，课件共38页，创作于2023年2月轴