2019最新第2次课竖向及水平分体系及刚架物理

结构体系的组成单元及单元特性按荷载作用方向分：水平分体系（屋盖与楼盖）整体结构竖向分体系（柱、墙及框架）水平分体系由轴线或大尺寸方向为水平方向的构件组成的体系。水平分体系的基本特征：1）承受竖向荷载为主，将竖向荷载传递给竖向分体系；2）体系本身以受弯受剪为主；3）水平方向起隔板作用，并为竖向分体系提供侧向稳定。4）水平分体系可有多种形式，但可以梁为其基本单元。例：梁板网架结构体系的组成单元及基本单元特性平铺格构化梁的基本特性结构体系的组成单元及基本单元特性桁架的梁特性结构体系的组成单元及基本单元特性楼盖结构体系分类工程中应用的楼盖结构有：单向板肋梁楼盖双向板肋形楼盖密肋楼盖交叉梁楼盖无梁（即板-柱）楼盖曲梁楼盖等楼盖结构体系分类筒中筒结构的楼板布置一般楼屋盖构件的常用跨度一般混凝土板－梁体系构件截面尺寸例题：某餐厅用楼盖，平面尺寸为15m×16m，水磨石地面，天棚吊顶，层高4.0m，四周为承重墙，允许室内设置四个立柱（柱截面尺寸假设为450mm×450mm），也可不设立柱，试布置几种形式的楼盖结构，初步确定楼盖结构的各种构件截面尺寸？（a)平面及楼层构造做法；（b)单向板主次梁楼盖；（c）双向板板梁楼盖；（d)密肋楼盖；（e)交叉梁楼盖；（f)无梁楼盖竖向分体系以大尺寸方向为竖向方向的构件组成的分体系。竖向分体系的基本特征：1）在竖向承受由水平分体系传来的荷载，加上自重力传递给基础；2）在水平方向，抵抗水平作用力。3）竖向分体系可有多种形式，但可以柱作为其基本单元。结构体系的组成单元及基本单元特性柱的连接特性建筑物中单个柱不能构成结构体，柱间的不同连接方式决定了柱体系的整体性能结构体系的组成单元及基本单元特性结构体系的组成单元及基本单元特性剪力墙的平面布置图（a)、(b)所示的墙体布置对抵抗水平力是不利的。图（a）中墙体在x方向没有刚度，图（b）中，抵抗中心和力的作用中心不重合，且几乎没有抗扭刚度。图（c）～（f）布置是比较好的。图（d）中，X方向的荷载会产生扭矩，但在Y方向的两片成对的墙可抵抗扭转。密排柱围成闭合环组成筒结构结构体系的组成单元及基本单元特性多层框架→剪力墙→框架－剪结构→筒体结构多层框架结构多层框架结构框架结构的分类全现浇式框架•整体性、抗震性好半现浇式框架•梁、柱现浇，板预制装配式框架•梁、柱、板预制，焊接拼装成整体，整体性差装配整体式框架•梁、柱、板预制，焊接绑扎节点区钢筋，现浇节点区多层框架柱网布置框架结构体系的平面布置框架结构的平面布置(a)均布式（b）周边式（c)错列式（d）集中式两种不同的框架结构布置框架结构布置注意事项柱网应该有规律地布置，以便于进行结构的受力分析和结构的施工。进行框架结构的平面布置时，必须认清框架结构的主要受力方向（一般为建筑平面的短向）。在布置框架结构主要受力方向梁系时，也要同时考虑框架结构非主要受力方向梁系的布置，它们也必须有规律的分布。框架的跨度一般取主梁的合理跨度（6～2m），框架的间距一般取次梁的合理跨度（4～6m);框架的层间高度一般取建筑物的合理层高（3～5m）。框架结构柱截面尺寸的估算在进行框架结构体系的平面布置时，要同时估计框架结构主要构件的截面尺寸。混凝土框架主梁的截面高度ｈ＝（1/10~1/15）l（l—主梁跨度）,截面宽度b=（1/2~1/3）h。框架柱的截面尺寸，可根据该柱估计承受的最大竖向荷载的设计值，按轴压比的要求，用下式估算：非抗震设计时：A≥(1.1~1.2)Nc/fc框架柱截面尺寸的估算在抗震设计时：一级抗震设防：Ａ≥Nc/(0.7fc)二级抗震设防：A≥Nc/(0.8fc)三级抗震设防：A≥Nc/(0.9fc)式中：Nc——竖向静载和活载（考虑活荷载折减）与地震作用组合下的轴力设计值，可近似取Nc=n×C×F×q框架结构柱截面尺寸的估算q——折算在建筑面积上均布竖向荷载（结构自重和使用荷载）及填充墙材料重量设计值，q根据实际情况计算确定。框架结构q＝10～12kN/m2框架－剪力墙结构q＝12～15kN/m2剪力墙、筒体结构q＝15～18kN/m2F——柱承受荷载的从属面积；框架柱截面尺寸的估算Ｃ——考虑地震作用组合后柱轴压力Ｎc的放大系数，对等跨内柱取1.2，不等跨内柱取1.25，边柱取1.3；fc——混凝土轴心抗压强度设计值；Ａ——柱的截面面积，Ａ=bh，b、h分别为柱的截面宽度和高度。其中：宜取b≥350mm,h≥400mm，Hcn/h＞4，Hcn为柱的净高。当Ｈcn/h≤4或Ⅳ类场地土上较高的框架结构，其柱十分容易发生剪切破坏，为此应放大柱的截面。此时：一级抗震设防：Ａ≥Nc/(0.65fc)二级抗震设防：A≥Nc/(0.75fc)三级抗震设防：A≥Nc/(0.85fc)1）柱截面最小边长不宜小于300mm。2）柱净高（结构层间高度减去与柱整体连接的梁的截面高度）与柱截面最大边长之比不宜大于4，此为抗震设防的要求；若不满足此要求称为短柱，由于短柱的侧向刚度极大，在水平地震作用下，会承受极大的地震力而破坏。3）柱截面尺寸应以50mm为模数。典型部位的柱网处理方法建筑物角隅处的柱网可能遇到以下几种情况：（2）建筑平面有错位（a)只有较小错位时，采用单向板和承重墙结构，不便施工和设计。（b)错位尺寸与柱网协调形成规则的柱网。（c)不规则的柱网布置应避免。（3）在小空间柱网建筑中有特殊的大空间（如大教室、多功能厅等）1）将大空间场所与小柱网结构分析分开设置（a)。2）将大空间场所放在顶层，对结构较为有利（b)。但要解决好人流的竖向通道问题。3）将大空间场所放在低层或中层（c)。这时往往会遇到要设置转换梁的问题，即将某些柱截断，通过转换梁将该柱承受的荷载转换给两侧其他柱。多层框架的受力特点普通框架的受力特点多层框架节点配筋将框架和结构墙进行横向联系在此基础上如果加大梁和柱的截面尺寸，则剩下可供开窗洞的尺寸就越来越小，最后洞口为零时，就成了一片实墙。在结构设计中，把这种抵抗侧力的钢筋混凝土墙称为结构墙。增设内柱或横梁都可以有效提高框架的抗侧移刚度。设想如果同时增设内柱和横梁，如下图所示，实际上就形成了多层多跨框架结构。框架-剪力墙结构整体刚度：框架＜框架剪力墙结构＜剪力墙结构＜筒体结构剪力墙抗侧移刚度、抗剪强度比框架柱大得多剪力墙布置力求均匀，使质量中心和刚度中心尽量剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处框架剪力墙结构框架剪力墙结构的现场施工地下室底板框架柱剪力墙等绑扎框架剪力墙电梯核心筒钢筋绑扎电梯核心筒钢筋绑扎2待浇的地下室底板地下室人防消防水池出水管口预埋框架柱积水坑钢筋绑扎单面焊接头框架结构组成：梁、板（屋盖、楼板）、柱、墙、基础。框架的应用：因为所有的墙都不承重，所以特别适用于那些大空间的厂房、商场，也适合住宅。结构特征：所有的墙都是自承重墙，只起分隔和围护作用。传力路线：楼板—梁—柱—基础特点：由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑；框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用；能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。剪力墙结构：结构特征：整体性好、抗震能力强、承受较大的水平荷载（风）及地震荷载；抗震能力比砖混和框架强。缺点：受墙限制，房间小，不灵活，用于高层住宅。传力路线：楼板—剪力墙—基础。剪力墙造价的影响因素：•以前剪力墙的间距小、材料多、重量大、平面受限制；•现在间距大、用量少、减轻重量、具有较好的经济技术指标。剪力墙结构变形图剪力墙结构平面布置示意图框架-剪力墙结构：特点：既有框架、剪力墙的优点，提高刚度、承载力；又克服了缺点：没有那么多墙，空间比较灵活。☆框架—剪力墙与剪力墙的区别：1.受力不同；2.空间大小不同；3.经济性不同。☆框架—剪力墙的造价取决于剪力墙的数量多少它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。框剪结构的变形是剪弯型。框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。水平荷载主要由剪力墙来承受。从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力，沿高度分布比样均匀，各层梁柱的弯矩比较接近，有利于减小梁柱截面尺寸，便于施工。筒体结构：是将剪力墙集中到房屋的内部和外围形成空间封闭筒体，使整个结构体系既具有极大的抗侧移刚度，又能因剪力墙的集中而获得较大的空间，使建筑平面获得良好的灵活性，由于抗侧移刚度较大，适用于更高的高层房屋(≥30层，≥100m)种类：核心筒、框筒、桁架筒、筒中筒、框架—核心筒、束筒。核心筒：主要承受重量的一个承重结构。建筑物四周的柱子一般都不落地，仅有核心筒将上部荷载传至基础，水平荷载也主要由核心筒承受。框筒：是由布置在建筑物四周的柱距小、梁截面高的密柱深梁所组成的一个多孔筒体。桁架筒：用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物的周边，就形成了桁架筒结构筒体结构框筒结构(a)，筒中筒结构©，框架核心筒（d）多重筒结构（e），束筒结构（f）南京市通讯指挥中心：筒体结构，总高124米，地上34层，地下3层框架剪力墙-核心筒结构电梯井北京国贸三期，高度330米，设计单位——北京钢铁设计研究总院，是钢结构和混凝土组合结构。开始的设计方案是钢结构，后来出于建筑成本原因，改为钢结构和混凝土结构组合结构。组合结构体积偏轻、强度较高，在抗燃抗震方面优势明显，但设计复杂、工艺难度高。防火涂层钢结构核心筒钢结构构件运输到工地刚架结构、排架结构单层刚架——梁柱间刚性连接单层结构单层排架——梁柱间铰接的单层结构框架——多层多跨的刚架结构排架结构：是由屋架(或屋面梁)、柱、基础等构件组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。此类结构能承担较大的荷载，在冶金和机械工业厂房中应用广泛，其跨度可达30m，高度20～30m，吊车吨位可达150t或150t以上。刚架结构：主要特点是梁与柱刚接，柱与基础通常为铰接。因梁、柱整体结合，故受荷载后，在刚架的转折处将产生较大的弯矩，容易开裂；另外，柱顶在横梁推力的作用下，将产生相对位移，使厂房的跨度发生变化，故此类结构的刚度较差，仅适用于屋盖较轻的厂房或吊车吨位不超过l0t，跨度不超过l0m的轻型厂房或仓库等。1—屋面板；2—天沟板；3—天窗架；4—屋架；5—托架；6—吊车梁；7—排架柱；8—抗风柱；9—基础；10—连系梁；ll—基础梁；12—天窗架垂直支撑；13—屋架下弦横向水平支撑；14—屋架端部垂直支撑；15—柱间支撑单层厂房的结构组成单层厂房的横向排架及其荷载示意图纵向排架示意图由纵向柱列(包括基础)、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成，其作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙和天窗端壁并通过屋盖结构传来的纵向风载、吊车纵向水平荷载(图2-4)、纵向地震作用以及温度应力等。单层刚架的受力特点构件以横向受弯矩作用为主的结构梁柱线刚度比对结构内力的影响在竖向荷载作用下：梁的线刚度大于柱很多时梁的线刚度小于柱很多时梁两端支承柱刚度不等时cbiicbii梁柱线刚度比对结构内力的影响在顶端水平荷载作用下：梁的线刚度大于柱很多时梁的线刚度小于柱很多时梁两端支承柱刚度不等时刚架的高跨比对结构内力的影响高度的减小使支座处水平推力增大