建筑结构选型之框架结构体系PPT

第三章框架结构体系３-1框架结构的特点、优点和分类３-2框架的类型３-3框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸３-4框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合３-5框架结构的受力特点与适用层数和高宽比３-1框架结构的特点、优点和分类一、特点１受力特点２框架结构的变形特征二、框架结构的优缺点三、适用范围1框架结构的特点（１）受力特点：刚结点，受力性能好（梁、柱）２变形特征剪切型1框架结构的特点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，２０层以下建筑适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等二、框架结构的优缺点及适用范围３-2框架的类型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）2按框架的施工方法划分（１）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。（２）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。（３）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。３-2框架的类型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111—1钢框架刚接T形连接件3按承重结构划分（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３-2框架的类型4装配（整体）式框架的构件划分（1）短柱单梁式：制作、运输、安装方便，但接头多，施工复杂（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１６米（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5装配（整体）式框架的接头型式1.梁与柱的接头暗牛腿刚接方式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３-３框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸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1.主要承重框架横向布置特点：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向的抗侧力强度和刚度；有利于立面处理和室内采光2.主要承重框架纵向布置特点：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2.主要承重框架纵向布置实例二、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3.1.1种类3.1.2组成3.1.3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盖框架设计3.1组成与布置3.1.1种类3.1.2组成3.1.3布置二、柱网尺寸（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平面布置的要求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）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：3.6~8m适用范围：旅馆、教学、办公、医院内廊式客房与卫生间客房与卫生间走道750020007500390039005000500070006000400050002000700060004000教室走道6000600039002400走道6000600078002400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适用范围：厂房、仓库、商店等跨式柱网对称不等跨式柱网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三、构件截面尺寸框架横梁截面：梁高h=(1/8~1/12)l梁跨梁宽b=(1/2~1/3)h梁高框架柱截面的宽与高=(1/15~1/20)Hｉ层高四、抗震设防区框架体系结构布置的要求1.结构平面布置简单、规则、对齐、对称，有利于抵抗水平荷载平面形状：板式、塔式板式是指房屋宽度较小，而长度较大的建筑为了增加板式结构的侧向刚度和稳定，避免“一字形”建筑，可以做成折板式或曲线式。塔式则是指平面的长度和宽度相接近的建筑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）结构平面布置的原则图例：增大房屋等效厚度（1）图例：增大房屋等效厚度（2）北京国际饭店：２.尽量避免部分突出及刚度突变３.控制房屋的长宽比L/B不宜超过4.0（一）结构平面布置的原则图例：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４．抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震力合力作用线接近或重合（一）结构平面布置的原则图例：不利抗震的结构布置５.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（一）结构平面布置的原则６.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（一）结构平面布置的原则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）结构立面布置的原则图例：结构薄弱层反应７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下刚顶柔结构，容易出现“辫梢”效应。震害调查表明：房屋顶部突出结构震害严重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•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%。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震设计结构类型非抗震设计6、7度8度9度框架5542框架－剪力墙（筒体）5543剪力墙6654筒中筒、成束筒6654５、控制结构高宽比H／B６、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６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８房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开９柱子净高与截面长边的比值宜大于4３-４框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合底层收进：立面效果底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩一、框架带悬挑与建筑艺术的有效结合•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从力学结构角度，悬臂外伸越长，悬臂的挠度越大，不经济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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越简单规则整齐对结构越有利，经济效果越好建筑艺术的效果：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4-5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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2.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，水平荷载产生的内利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。１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。２当房屋向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾：（１）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都要相应增大，特别是水平荷载产生的内力增加更快。当高度达到一定的数值，框架中将产生相当大的内力。（２）刚度方面：随着房屋高度的增加，在水平荷载作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。要满足强度和刚度的要求，就必须增大构件的截面尺寸，太大不经济，甚至不合理。合理层数是6~15层，最经济是10层左右。高宽比：５～７结论图例：减小柱距图例：增加横梁图例：梁柱组合效果