《多層框架結構》PPT課件.ppt

《《多層框架結構》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《多層框架結構》PPT課件.ppt（44頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、11 多層框架結構體系,11.1 框架結構的類型 11.2 框架結構的布置 11.3 抗震設防區(qū)框架結構的布置 11.4 框架結構的運用與建筑藝術技巧,11 多層框架結構體系,定義 梁和柱為主要構件，組成 是高層建筑結構的常用形式之一。 框架結構方案的優(yōu)點 建筑平面布置靈活，能形成較大的空間（如商場、餐廳等），可以根據(jù)生產(chǎn)工藝和建筑使用功能要求比較靈活地布置柱網(wǎng)開間、進深梁尺寸及選定層高；建筑立面也容易處理； 結構自重較輕，在一定的高度范圍內造價較低； 結構整體性和抗震性好。,11 多層框架結構體系,框架結構方案的缺點 本身的柔性較大，抗側剛度較小，在風荷載作用下水平位移較大，在地震作用下，非

2、結構構件破壞比較嚴重。宜采用重量輕且又能承受較大變形的隔墻材料。 在高烈度地區(qū)，由于層間位移和頂點位移的限制，建筑較高時將難以滿足要求，或雖能滿足但梁柱截面尺寸過大，配筋也較多，不夠經(jīng)濟； 梁柱節(jié)點構造復雜，在裝配式框架結構中更為突出。,11 多層框架結構體系,應用范圍： 框架結構不宜用于層數(shù)較多的高層建筑，一般多用于辦公樓、教學樓、旅館及工業(yè)廠房等多層建筑中； 一般在非地震區(qū)，鋼筋混凝土框架結構可用于15層以下建筑； 在一般地震區(qū)則以不超過1012層為宜， 8度及8度以上烈度的地震區(qū)，一般以8層以下為最佳。 框架結構采用鋼結構或型鋼-混凝土結構時，層數(shù)可不受此限制。,11.1 框架結構的類型

3、,按框架構件組成分類 梁板式結構 由梁、板、柱三種基本構件組成。這種骨架形式的框架結構，廣泛用于多層與高層房屋建筑上，是典型的框架結構型式。 本章討論的主要是這種框架結構型式。 無梁式結構 由板、柱組成，實質是無梁樓蓋結構。 柱與樓板整體連接（板柱的連接剛度比梁柱的連接剛度小），柱除承受軸向力外，柱端彎矩按“等代框架法”進行計算。 從結構選型的角度來說，無梁樓蓋不是骨架體系。 從結構受力角度看，其內力分析與框架結構類似，也是框架結構的一種。,3.1 框架結構的類型,按框架的施工方法 現(xiàn)澆整體式框架 構件均在現(xiàn)場澆注成整體，整體性和抗震性好， 構件尺寸不受限制。對使用功能的適用性大。 裝配式框架

4、 框架構件采取預制安裝，施工進度快，工業(yè)化程度高。 構件節(jié)點連接構造應達到剛性節(jié)點的要求。 節(jié)點連接構造的作法仍在不斷研究改進中。 現(xiàn)在未普及應用。,11.1 框架結構的類型,按框架的施工方法 半現(xiàn)澆框架 梁柱現(xiàn)澆、樓板預制；或現(xiàn)澆柱、預制梁板。 節(jié)點構造簡單，比全現(xiàn)澆框架可節(jié)約模板20左右 比全裝配框架可以節(jié)約鋼材和水泥20左右。 結構整體性強，抗震能力高。 裝配整體式框架 將預制梁、柱裝配就位后，通過局部現(xiàn)澆混凝土使構件聯(lián)結成整體的框架。 保證了節(jié)點的剛接，結構整體性好，可省去連接件，但增加了現(xiàn)場澆搗混凝土的工作量， 更適合于地震區(qū)采用。,11.1 框架結構的類型,按框架的承重結構 全框架

5、（純框架） 樓、屋面荷載全部由框架承擔； 外墻僅起圍護作用； 整體性和抗震性好；屬于純框架。 內框架（半框架、龍骨架） 樓、屋面荷載由框架和外墻共同承擔； 計算簡圖形象如龍骨，故也稱之為“龍骨架” ； 房屋層數(shù)不多且外墻足夠厚時，可采用內框架； 兩種材料剛度不協(xié)調，整體性和總體剛度比較差。 有抗震要求的房屋不宜采用。,11.2 框架結構的布置,概述 框架本身是平面結構，由框架組成的網(wǎng)格式的房屋，屬于空間結構體系； 縱橫兩向框架都作為主要承重框架，考慮它的空間作用，在力學計算時按空間結構分析； 近似計算時，按平面結構分析； 有抗震設防要求時，房屋兩個方向的受力相差較小，兩個方向的框架都應具有足夠

6、的強度與剛度； 框架縱橫向均應采用剛接節(jié)點。 鉸接節(jié)點只能承受壓力及剪力，而不能承受彎矩，節(jié)點處梁柱桿件間不發(fā)生相對位移，可產(chǎn)生相對轉動； 現(xiàn)澆框架節(jié)點，梁柱在節(jié)點處不能產(chǎn)生相對轉動，節(jié)點處彎矩也不為零，故按剛性節(jié)點考慮。,11.2.1 柱網(wǎng)尺寸,柱網(wǎng)布置應力求做到簡單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺小應符合經(jīng)濟原則，盡量符合模數(shù)； 柱網(wǎng)尺寸及層高應根據(jù)建筑功能要求，施工條件及材料設備等各方面因素來確定。 房屋長度較大時，需考慮設置伸縮縫，以避免溫度開裂，因為伸縮縫將房屋上部結構斷開，分成獨立的結構申無，所以在縫的兩側應各自設置框架。,11.2.1 柱網(wǎng)尺寸,A 多層工業(yè)廠房 既要滿足生產(chǎn)工藝和建筑平面布

7、置的要求，又要使結構受力合理，施工方便。 生產(chǎn)工藝的要求是廠房平面設計的主要依據(jù)。 柱網(wǎng)平面布置主要有內廊式、等跨式、對稱不等跨式,11.2.1 柱網(wǎng)尺寸,A 多層工業(yè)廠房 內廊式 內廊式柱網(wǎng)常為對稱三跨（A+B+A）： A邊跨跨度（房間進深）常為6m、6.6 m、6.9m， B中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m。 開間方向，柱距為6m。 等跨式 等跨式柱網(wǎng)適用于廠房、倉庫 進深常為6m、7.5m、9 m、12m，從經(jīng)濟考慮不宜超過9m。 開間方向的柱距常為6m。 對稱不等跨式 常用于建筑平面寬度較大的廠房,11.2.1 柱網(wǎng)尺寸,B 多層民用建筑 民用房屋種類繁多，功能要求各

8、有不同，難以硬性統(tǒng)一 一般情況下，柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍為： 柱距，3.38m； 跨度：612m（從經(jīng)濟考慮不宜超過9m）。 柱網(wǎng)平面布置主要有內廊式、等跨式,11.2.1 柱網(wǎng)尺寸,B 多層民用建筑 內廊式 常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院，為對稱三跨（A+B+A）： A邊跨跨度（房間進深）常為6m、6.6 m、6.9m， B中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m。 開間方向，柱距一般為兩個開間的寬度。 等跨式 適用于商場，開敞式辦公樓 進深和開間方向的柱距常為6m、7.5m、9 m、12m， 從經(jīng)濟考慮不宜超過9m。,11.2.2 構件截面尺寸,構造尺寸 考慮強度與剛度的需要

9、框架梁高h1/81/12 l， l為梁跨； 框架梁寬b=1/21/3h； 框架柱截面的尺寸b（ h ）=1/151/20 H，H為層高。 計算尺寸 框架梁截面尺寸可按(0.50.7)M0進行初步估算；M0為簡支梁跨中彎矩。 框架柱截面的尺寸可按(1.21.4)N進行初步估算； N為柱軸向壓力。,11.2.3 層高,工業(yè)建筑 需根據(jù)吊車起重高度、管道布置、采光通風及設備尺寸等來確定， 一般底層中，因有較大設備，故其高度也較樓層為高。 民用建筑 應注意梁的高度和梁下的凈高尺寸， 應結合樓梯布置及門窗高度的要求， 有暖氣及通風管道的建筑物，在確定層高時還應考慮到管道尺寸和管道互相交叉時所占空間。 也

10、要照顧到室內吊頂高度。,11.2.4 適用層數(shù)與高寬比,每一種結構體系都有其適用范圍 框架的適用層數(shù)較多，但框架的層數(shù)多到一定程度后，經(jīng)濟上就不一定可取。 結構受力特點 框架結構是由梁與柱相互剛接而成的，框架的承載能力和結構效能主要依賴于梁與柱的強度和節(jié)點剛度。 框架結構在豎向荷載與水平荷載作用下的反應是完全不同的。,,11.2.4 適用層數(shù)與高寬比,結構受力特點變形,A）豎向荷載作用下框架的變形 B）水平荷載作用下框架的變形,11.2.4 適用層數(shù)與高寬比,結構受力特點豎向荷載作用下的彎矩,,11.2.4 適用層數(shù)與高寬比,結構受力特點水平荷載作用下的彎矩,,11.2.5荷載作用下框架結構反

11、應分析,豎荷載作用下 框架的變形或彎矩與框架的層數(shù)多少沒有太大的關系； 即隨著框架層數(shù)的增加，框架的變形或彎矩無顯著的變化。 從這個意義上說，框架的優(yōu)越性是非常明顯的。,11.2.5荷載作用下框架結構反應分析,水平荷載作用下 變形或彎矩與層數(shù)多少有極大的關系； 框架層數(shù)越多，水平位移越大，內力也隨層數(shù)的增加而迅速增長； 層數(shù)超過一定程度時，水平荷載產(chǎn)生的內力遠遠超過豎向荷載產(chǎn)生的內力，這時，水平荷載對設計起主要控制作用，而豎向荷載對設計已失去控制作用，框架結構的優(yōu)越性就不能表現(xiàn)出來。 框架的適用層數(shù)，就是從這意義上提出的。,11.2.5荷載作用下框架結構反應分析,當房屋的層數(shù)更多或高寬比更大時

12、 從強度方面來看；由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平力（風荷載、地震作用）產(chǎn)生的內力都要相應加大。特別是水平荷載產(chǎn)生的內力，當高度達到一定數(shù)值后，在框架內將產(chǎn)全相當可觀的內力。 從剛度方面來看；隨著層數(shù)的增加，高寬比也在逐漸增大；在水平荷載作用下，框架結構本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。 因此，當層數(shù)較高時，如果要滿足強度和剛度要求，框架下面幾層的梁、柱截面尺寸就會增大到不經(jīng)濟甚至不合理的地步。,11.2.5荷載作用下框架結構反應分析,結論 框架房屋高度增加時，側向作用力急劇地增長。建筑物達到一定高度時，側向位移將很大，因而是水平荷載控制設計，是剛度控制設計?？蚣艿慕Y構優(yōu)越性表現(xiàn)不

13、出來。 框架結構合理層數(shù)是615層，最經(jīng)濟是10層左右。 框架結構的一般高寬比約為57。 水平荷載作用下，框架結構是一種柔性結構體系 抗側力剛度小，水平位移大，層數(shù)越多越明顯； 高層建筑必須立足于提高抗側力剛度。 房屋剛度大小主要取決于結構體系形式，而特定體系的效能與材料消耗量有直接關系，因而結構的最優(yōu)化設計應以最小的材料消耗量獲得最大的房屋剛度。,11.3 抗震設防區(qū)框架結構的布置,鋼筋混凝土框架結構一般抗側剛度較差，節(jié)點受壓、受剪等應力狀態(tài)復雜，在烈度較高的地震作用下，框架梁柱節(jié)點均易于產(chǎn)生各種破壞， 在方案及選型設計時，框架結構體系的建筑體型及結構布置應符合抗震構造要求。,11.3.1房

14、屋體型,建筑的平面布置宜規(guī)則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。 體型復雜、平立面特別不規(guī)則的框架結構可按實際需要，在適當部位設置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側力結構單元。 平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則類型如下,11.3.1房屋體型,平面不規(guī)則類型,11.3.1房屋體型,豎向不規(guī)則類型,11.3.1房屋體型,建筑體型在平面及立面上盡量避免部分突出及剛度突變。不能避免時，則應在結構布置上局部加強。 平面和豎向不規(guī)則的體型，在水平荷載作用下，由于體型突變，受力比較復雜

15、。 平面上有突出部分的房屋，應考慮到突出部分在地震力作用下由局部振動引起的內力，在沿突出部分兩側的框架梁、柱要適當加強。平面拐用處的樓板，應盡量避免開洞。 立面上有局部突出和剛度突變的階形建筑，應考慮地震力作用下突變部分局部擺動的影響。突出部分的體型愈細長，則擺動影響放大，鞭端效應明顯；因此，房屋頂部不宜有局部突出和剛度突變，不能避免時，突出部分應逐步收小，使剛度不發(fā)生突變 突出部分不宜采用砌體結構。,11.3.1房屋體型,抗側力結構的布置應盡可能使房屋的剛度中心與地震力合力作用線接近或重合。 如房屋剛度中心與地震力合力作用線相距較遠，則在地震力作用下，房屋還要受到一個附加扭矩的作用，使房屋產(chǎn)

16、生扭轉變形，并在框架柱中產(chǎn)生由于扭矩而引起的附加內力。 在地震烈度較高時，即使通過計算增加柱子配筋，但仍合可能使一些構件破壞，特別是非結構構件，如填充墻、門窗等。,11.3.1房屋體型,抗側力結構的布置應使房屋中各部分的剛度均勻，不應過分懸殊。 在地震力作用下，結構作為一個整體而工作，地震力按剛度分配到各個部分。當各部分的剛度相差懸殊時，在柔性部分和剛性部分之間回產(chǎn)生較大的內力差異，并在它們之間出現(xiàn)剪力和彎矩，增加了結構受力的復雜性。 在烈度較高的抗震設防區(qū)、樓、電梯間不宣布置在結構單元的兩端和拐角部位。 在地震力作用下，由于結構單元的兩端扭轉效應最大，拐角部位受力更是復雜，而各層樓板在樓、電

17、梯間處都要中斷，致使受力不利，容易發(fā)生震害。如果樓、電梯間必須布置在兩端或拐角處，則應采取加強措施。,,復式框架,側向變形 層間相對變位,11.3.1房屋體型,各層樓板應盡量設置在同一標高上，盡可能不采用復式框架。 復式框架因樓板中斷，柱子剛度又相差過大，容易引起震害。,11.3.1房屋體型,高低層不宜用牛腿相連，宜用防震縫分開。 由于高低層相連，高度和重量相差懸殊，振動時頻率不同，必然互相推拉擠壓，使牛腿連接處產(chǎn)生很大的應力集中，在反復的拉力、壓力作用下，容易引起牛腿破壞。,,牛腿破壞,11.3.2 框架結構的選型分析,框架結構一般承受豎向荷載及水平荷載，豎向荷載包括結構的恒載，使用荷載（活

18、荷）及雪荷載等，水平 荷載及地震作用。 在多層及高層建筑中，由于層數(shù)及高度的增加，豎向荷載及水平荷載產(chǎn)生的內力都相應增大。當建筑層數(shù)較少時，一般豎向荷載起控制作用，但當層數(shù)逐漸增多時，水平力常起控制作用。 隨著建筑高度的增加，建筑物的高寬比也將增大，水平荷載作用下產(chǎn)生的層間側向位移和頂點位移，也常易于超過控制比值。 基于上述因素，在框架結構中構件尺寸的確定遵循以下規(guī)則：,梁截面形式和尺寸,梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2； 節(jié)點要求，聯(lián)結緊密； 梁截面的高寬比小于4； 抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能； 梁凈跨與截面高度之比宜大于4； 避免形成深梁，以抗剪為主，脆性破壞。

19、考慮強度與剛度的需要，取值如下： 框架梁高h1/81/14 l， l為梁跨；通常取1/10 l； 框架梁寬b=1/21/3h；一般不小于300mm。,柱截面構造尺寸,柱的截面高度不宜小于300mm； 小于時其承載力需做20%的折減， 一般采用方形柱，不用變截面柱，只改變混凝土標號。以此來初步確定柱的截面尺寸。 縱橫兩個方向上不宜相差過大。 矩形柱邊長比不宜超過1.5。 柱凈高與截面高度之比不宜小于4。 小于4，變形能力要求較高，因為短柱剛度大易剪壞，需設全長加密箍筋。 層高與柱截面高度之比不宜大于15 經(jīng)驗數(shù)值，大于15時不易滿足水平側移要求。,柱截面計算尺寸,柱的截面尺寸估算（按軸壓比）,c

20、：允許軸壓比，三級0.9,二級0.8,一級0.7。 N:豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設計值。 rG：分項系數(shù)，取為1.2； w：單位面積重量，取為1214kN/m2； S：柱承載樓面面積； n：柱設計截面以上樓層數(shù)； 1：一、二級抗震設計角柱為1.3，其余為1.0 2：水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。,11.4框架結構的運用與建筑藝術技巧,能夠運用和發(fā)揮框架結構，塑造富有藝術的建筑造型，兩者相得益彰，收到建筑與結構共同的良好效果。,,室內空間向周邊延伸,周邊雨罩,11.4.1 框架帶懸挑與建筑藝術的結合,室內空間向周邊延伸 根據(jù)連續(xù)梁端部適當懸挑有利于減少跨中

21、彎矩的原理，把建筑底層以上的室內空間向周邊延伸。 “底層收進”使立面上下產(chǎn)生強烈對比， 偏移底層外柱，將產(chǎn)生柱子打破豎向連續(xù)的結構問題。 懸挑設計，不必割斷柱的連續(xù)性而取得底層收進的效果。 對結構有利，而且擴大了建筑使用面積。 周邊雨罩 底層樓蓋懸挑出很厚的周邊雨罩，使高層建筑立面給人以高中有寬，聳而不危，周邊開闊舒坦的感覺,懸挑長度的確定,框架的懸挑長度，首先要先講比例，但懸挑長度不能單從建筑美學的比例來考慮，還要從力學結構上的經(jīng)濟合理來考慮。 從力學結構的角度來說，懸臂外伸越長（跨中彎短減少），懸臂的撓度也就越大（因撓度隨跨度的四次方增長），故懸挑太長，就不一定能達到結構的節(jié)省。 在截面不

22、因撓度影響特別大的前提下，經(jīng)濟合理的懸挑長度應以懸臂彎矩與內梁跨中彎矩的大小接近為宜。 影響彎矩大小的因素是： 荷載情況，內梁跨度、柱距和外伸長度等，所以，外伸長度不能絕對地一概而論。,懸挑長度的確定,一般來說，均布荷載作用情況下，外伸長度不應大于1/2內梁跨度，也不宜小于1/4內梁跨度，比較合適的是約為1/3內梁跨度左右。 外伸長度絕對值不大于3.0m。,均布荷載作用下框架懸挑外伸長度,框架懸挑的特點,框架的懸挑，最好是框架的兩端同時挑出，這樣，結構可以維持框架外形的對稱而減少側移。 框架的懸挑，最好是縱橫兩向框架同時懸挑，這樣，對框架角柱的受力與建筑造型更能合理協(xié)調。,11.4.2復雜平面上的簡單柱網(wǎng),框架柱網(wǎng)布置越簡單、規(guī)則、整齊對結構就越有利，經(jīng)濟效果就越好。 從建筑的角度出發(fā)，高層建筑常常采用周邊復雜的形式以提高建筑的藝術效果。 在復雜的建筑平面上，力求簡單的框架柱網(wǎng)布置，是一個很重要的配合問題。 典型的房屋平面布置形式和柱網(wǎng)布置方法以及現(xiàn)代建筑中的幾個實例。,11.4.2復雜平面上的簡單柱網(wǎng),