房屋建筑概论第三讲框架结构体系

28十二月2023房屋建筑概论第三讲框架结构体系本课程主要内容大跨度建筑屋盖结构单层刚架结构体系桁架结构体系拱式结构体系网架结构体系薄壁空间结构网壳结构悬索结构建筑结构选型砌体结构体系框架结构体系剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒体结构体系巨型框架结构体系多层与高层建筑结构绪论什么是建筑结构建筑结构选型的原则建筑结构与建筑设计的关系建筑结构的组成与分类SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity第二章框架结构体系2.1框架结构体系的特点和应用范围2.2框架的类型2.3框架结构布置及截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity2.1框架结构体系的特点和应用范围1框架结构体系的概念刚性连接框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity节点铰接2.1框架结构体系的特点和应用范围SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity装配式框架的铰节点框架柱与基础的连接2.1框架结构体系的特点和应用范围SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity2框架结构体系的特点和应用范围优点2.1框架结构体系的特点和应用范围框架结构所用的钢筋混凝土或型钢有很好的抗压和抗弯能力，因此，可以加大建筑物的空间和高度。可以减轻建筑物的重量。有较好的抗震能力。有较好的延性。有较好的整体性。SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity缺点2.1框架结构体系的特点和应用范围框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性；框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity一般不超过15层的房屋，适用于多层和高度不超过60m的高层建筑使用范围2.1框架结构体系的特点和应用范围SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity框架结构填充墙2.1框架结构体系的特点和应用范围SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity梁板式结构：由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构无梁式结构：由板和柱子组成的骨架结构2.2框架结构体系的类型1按构件组成分SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。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。2.2框架结构体系的类型2按施工方法分SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。2.2框架结构体系的类型2按施工方法分SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。2.2框架结构体系的类型SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity2.2框架结构体系的类型SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。装配整体式框架：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。2.2框架结构体系的类型SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity（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。1框架结构的承重布置方式2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity框架结构横向承重方案2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity（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。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity框架结构纵向承重方案2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity(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。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity框架结构纵横向承重方案2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。2框架结构体系的层高、柱网尺寸2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity柱网:一般以300mm为模数，如住宅、旅馆的框架结构柱网尺寸，柱距可采用6.3m、6.6m和6.9m，

跨度可采用4.8m、5.1m、6.0m、6.6m和6.9m，层高:3.0m、3.3m、3.6m、3.9m和4.2m。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity民用建筑框架柱网布置2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity②工业建筑的柱网及层高

工业建筑的柱网布置可分为内廊式和跨度组合式两种。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity内廊式柱网常用尺寸：柱距为6.0m，跨度一般采用6.0m、6.6m和6.9m，走廊宽一般为2.4m、2.7m和3.0m。跨度组合式柱网的常用尺寸：柱网采用6.0m，跨度采用6.0m、7.5m、9.0m和12m。层高一般为3.6m、3.9m、4.5m、4.8m和5.4m。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity梁、柱截面形状梁截面形状

*282.3框架结构体系的布置、截面尺寸3框架结构体系的构件截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity柱截面形状

一般为矩形或正方形，也有圆形或其它异形*292.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity梁、柱截面尺寸的确定步骤*30框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸；再进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适；若截面尺寸不合适，需要重新选择并验算，直到满足要求。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity梁截面尺寸确定截面高度选择的依据：梁的跨度约束条件荷载大小一般情况框架梁：h=（1/8~1/10）L次梁：h=（1/12～1/18）L截面宽度：一般b=（1/2~1/3）h，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。*312.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity

为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按(1/18～1/15)lb估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。注意：变量需要进行正常使用验算。加腋梁2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity*33柱截面尺寸确定按轴压比估算A≥N/（λfC）式中：A-柱全截面面积N-柱轴压力，按柱的负荷面积估算，再取1.2-1.4放大系数。λ-柱轴压比限值fC–混凝土轴心抗压强度设计值按层高估算，柱截面高度h一般取层高的1/15~1/20。柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity一般的框架柱，估算时重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（12~14）kN/m2计算；柱轴压比限值按表取值*34类别抗震等级一二三框架柱0.70.80.9框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm；圆柱截面直经不宜小于350mm；柱截面高宽比不宜大于3；为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity（1）布置原则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。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。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框架结构体系的平面布置方式2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。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。2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity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。

2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity框架结构柱网平面布置举例2.3框架结构体系的布置、截面尺寸SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity概念设计：根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程称为概念设计。概念设计的内容：建筑场地选择建筑选型与结构布置设置多道抗震防线2.4结构抗震概念设计SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity避开地震危险地段地震危险地段：地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段，以及震中烈度为8度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。地震危险地段包括：断层陡峭的山区存在液化或润滑夹层的坡地大面积采空区2.4结构抗震概念设计1场地选择SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity对建筑抗震有利的地段：开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土。对建筑抗震不利的地段：条状突出的山嘴，孤立的山包和山梁的顶部，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，河岸和边坡的边缘软弱土、宜液化土、故河道、断层破碎带、暗埋塘浜沟谷或半挖半填地基在平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的地段选择有利抗震的场地2.4结构抗震概念设计SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity平面宜简单、规则、对称，减少偏心；质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；平面长度不过长，突出部分长度不过大；不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。2建筑平面布置2.4结构抗震概念设计SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层平面不规则类型2.4结构抗震概念设计SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity2.4结构抗震概念设计SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity竖向体型规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。2.4结构抗震概念设计3建筑立面布置SouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversitySouthwestJiaotongUniversity不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻