第三部分框架结构.pptx
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1、第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四1第三部分第三部分 框架结构框架结构结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算荷载效应组合和构件设计框架结构的构造要求主要内容:主要内容:重点:重点:结构组成和结构布置 框架结构的计算简图及荷载 反弯点法,值法第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四3框架结构框架结构框架结构框架结构一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、
2、框架结构体系与布置三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析-竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用四、框架内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析-水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计七、基础设计七、基础设计七、基础设计七、基础设计第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四41 1 多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述
3、多高层建筑结构概述因后续课程有因后续课程有高层建筑高层建筑,本节作为选学,本节作为选学主要介绍基本概念,内容如下主要介绍基本概念,内容如下1.1 1.1 综述综述第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四51 1 多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述一、多高层建筑的划分一、多高层建筑的划分多层与高层房屋之间的界限各国规定不同。多层与高层房屋之间的界限各国规定不同。我国我国高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32002)规定:10层及层及10层以上或高度超过层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。的钢筋混
4、凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过当建筑高度超过100m时,称为超高层建筑。时,称为超高层建筑。民用建筑设计通则民用建筑设计通则(GB 503522005)住宅建筑依层数划分为:)住宅建筑依层数划分为:一层至三层为低层住宅,四层至六层为多层住宅,七层至九层为中高一层至三层为低层住宅,四层至六层为多层住宅,七层至九层为中高层住宅,十层及十层以上为高层住宅。层住宅,十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑,大者为单层和多层建筑,大于于24m者为高层建筑者为高层建筑(不包括建筑高度大于不包括建筑高度大于24m的单层公
5、共建筑的单层公共建筑);建筑;建筑高度大于高度大于100m的民用建筑为的民用建筑为超高层建筑超高层建筑。1.1 1.1 综述综述第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四61 1 多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述多高层建筑结构概述二、多层及高层建筑常用的结构体系二、多层及高层建筑常用的结构体系 框架结构框架结构-frame structure 剪力墙结构剪力墙结构 框架框架-剪力墙结构剪力墙结构 筒体结构筒体结构 框架框架-筒体结构筒体结构 本课程主要讲授框架结构本课程主要讲授框架结构1.1 1.1 综述综述第三部分第三部分 框架结构框架结构1、弯矩和位移
6、都随高度呈指数曲线上升 下图是结构内力(N,M)、位移()与高度的关系示意图。2、抗侧力是高层结构设计的主要问题。高层建筑中,结构要使用更多的措施来抵抗水平力,抗侧力成为高层结构设计的主要问题。特别是在地震区,地震作用对高层建筑的威胁也比低层建筑要大,抗震设计应受到加倍重视。三、多层及高层建筑结构的特点三、多层及高层建筑结构的特点第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四8图 结构内力、位移与高度的关系第三部分第三部分 框架结构框架结构钢筋混凝土框架结构:钢筋混凝土框架结构:是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。成的结构。墙体
7、不承重,内、外墙只起分隔和围护作用。墙体不承重,内、外墙只起分隔和围护作用。一、一、框架结构组成框架结构组成1.2 框架结构框架结构第三部分第三部分 框架结构框架结构图图 框架结构图框架结构图(a)平面图;(b)-剖面图 第三部分第三部分 框架结构框架结构1、建筑平面布置灵活,立面处理容易建筑平面布置灵活,立面处理容易 可形成较大的空间,且在立面处理上,易于表现建筑艺术的要求。很适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多、高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅建筑。框架结构柱网布置的几种常见形式如下图。2024/4/25 周四11二、二、框架结构的特点框架结构的特点图 框架柱网布置举例第三部分第三
8、部分 框架结构框架结构2、但侧移刚度相对较小但侧移刚度相对较小 框架结构在水平荷载作用下表现出刚度小、水平位移大的特点,故亦称柔性结构。由于它的构件截面小,抗震性能较差,所以高度受限制。3、房屋高度不宜过高、房屋高度不宜过高 随着结构高度增加,水平作用使得框架底部梁柱构件的弯矩和剪力显著增加,到一定程度时,将给建筑平面布置和空间处理带来困难,影响建筑空间的正常使用,在材料用量和造价方面也趋于不合理。框架结构的适用层数为615层,非地震区也可建到1520层。框架结构是本课程的主要内容,后面章节还要详细介绍。框架结构是本课程的主要内容,后面章节还要详细介绍。2024/4/25 周四12第三部分第三
9、部分 框架结构框架结构一、剪力墙结构的组成 将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构,这种体系为剪力墙结构体系。楼板同其他结构形式类似。2024/4/25 周四131.3 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 图 剪力墙结构的平面第三部分第三部分 框架结构框架结构二、二、剪力墙结构的特点剪力墙结构的特点 1、主要优点整体性好、刚度大、抗震性能好可省去大量砌筑填充墙的工序及材料如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法,施工速度很快。2、主要缺点平面布置不灵活 结构自重较大2024/4/25 周四14第三部分第三部分 框架结构框架结构框架结构侧向刚度差,抵抗水平荷载能力较低,地震作用下变形大,但它具有平
10、面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力墙结构则相反,抗侧力刚度、强度大,但限制了使用空间。把两者结合起来,取长补短,在框架中设置一些剪力墙,就成了框架剪力墙(简称框剪)体系2024/4/25 周四151.4 框架框架剪力墙体系剪力墙体系 第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四16图 框架剪力墙平面布置举例第三部分第三部分 框架结构框架结构由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构,其受力与一个固定于基础上的筒形悬臂构件相似。根据开孔的多少,筒体有空腹筒和实腹筒之分。空腹筒一般由电梯井、楼梯间、管道井等形
11、成,开孔少,因其常位于房屋中部,故又称核心筒。空腹筒又称框筒,由布置在房屋四周的密排立柱和横梁组成。根据房屋高度及其所受水平力的不同,筒体可以布置成核心筒结构、框筒结构、筒中筒结构、成束筒结构和多重筒结构等形式。筒中筒结构通常用框筒作为外筒,实腹筒作为内筒。见下图示意2024/4/25 周四171.5 1.5 简体结构体系简体结构体系 第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四18图 筒体示意(a)实腹筒;(b)空腹筒 第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四19图 筒体体系平面第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四20框架结构框架结构框架
12、结构框架结构一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析-竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用四、框架内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析-水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计
13、七、基础设计七、基础设计七、基础设计七、基础设计第三部分第三部分 框架结构框架结构 框架结构框架结构(frame structure)由梁、柱构件通过节点连接构成,如)由梁、柱构件通过节点连接构成,如整幢房屋均采用这种结构形式,则称为整幢房屋均采用这种结构形式,则称为框架结构体系框架结构体系或或框架结构房屋框架结构房屋。框架结构平面布置和剖面示意图框架结构平面布置和剖面示意图2.1 框架结构的组成及特点框架结构的组成及特点2 2 框架结构体系与布置框架结构体系与布置框架结构体系与布置框架结构体系与布置第三部分第三部分 框架结构框架结构 整体式框架整体式框架也称也称全现浇框架全现浇框架,其优点是
14、整体性好,建,其优点是整体性好,建筑布置灵活,有利于抗震,但工程量大,模板耗费多,筑布置灵活,有利于抗震,但工程量大,模板耗费多,工期长。工期长。装配式框架装配式框架的构件全部为预制,在施工现场进行吊装和的构件全部为预制,在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板,缩短工期,有利于施工机械连接。其优点是节约模板,缩短工期,有利于施工机械化。化。装配整体式框架装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后,是将预制梁、柱和板现场安装就位后,在构件连接处浇捣混凝土,使之形成整体。其优点是,省在构件连接处浇捣混凝土,使之形成整体。其优点是,省去了预埋件,减少了用钢量,整体性比装配式提高,但节去了预埋
15、件,减少了用钢量,整体性比装配式提高,但节点施工复杂。点施工复杂。按施工方法框架可分为按施工方法框架可分为整体式整体式、装配式装配式和和装配整体式装配整体式:2.2 框架结构的种类框架结构的种类第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四232.3 框架结构的布置框架结构的布置一、框架结构布置的内容一、框架结构布置的内容框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式(柱网布置)和选择结构承重方案,这些均必须满足建筑平面及使用要求,同时也须使结构受力合理,施工简单。民用建筑框架柱网布置民用建筑框架柱网布置第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四24二、二、框架结构的承
16、重方案框架结构的承重方案框架结构框架结构是由柱和梁形成的空间结构体系。为简化计算,将空间结构体系简化为由若干榀横向和纵向平面框架组成。平面框架是基本的承重结构。按其布置的不同,框架结构的承重方案可以分为三种:横向承重框架横向承重框架纵向承重框架纵向承重框架纵横双向承重框架纵横双向承重框架第三部分第三部分 框架结构框架结构1、横向承重方案横向承重方案横向框架承受主要荷载,主梁沿房屋横向布置,沿房屋纵向设置连系梁与横向框架连接。板沿房屋纵向布置。框架结构的横向承重方案框架结构的横向承重方案第三部分第三部分 框架结构框架结构2、纵向承重方案纵向承重方案纵向框架承受主要荷载,主梁沿房屋纵向布置,沿房屋
17、横向设置连系梁与纵向框架连接。板沿房屋横向布置。框架结构的纵向承重方案框架结构的纵向承重方案第三部分第三部分 框架结构框架结构3、纵横双向承重方案纵横双向承重方案房屋的纵、横向都布置承重框架,同时承受荷载。楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。框架结构的纵横双向承重方案框架结构的纵横双向承重方案第三部分第三部分 框架结构框架结构1、伸缩缝、伸缩缝 为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的,伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。或裂缝而设置的,伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距(钢筋混凝土框架结构伸
18、缩缝最大间距(m)环境条件框架类别室内或土中室内或土中露天露天装配式装配式7550现浇式现浇式5535变形缝变形缝分为分为伸缩缝伸缩缝和和沉降缝沉降缝,在地震设防区还需按在地震设防区还需按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范的规定设置的规定设置防震缝防震缝。2.4 变形缝的布置变形缝的布置第三部分第三部分 框架结构框架结构2、沉降缝、沉降缝 为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的,沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。设置的,沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。在建筑物的下列部位在建筑物的下列部位宜宜设置沉降缝:设置沉降缝:土层变化较大处;土层变化
19、较大处;地基基础处理方法不同处;地基基础处理方法不同处;房屋在高度、重量、刚度有较大变化处;房屋在高度、重量、刚度有较大变化处;建筑平面的转折处;建筑平面的转折处;新建部分与原有建筑的交界处。新建部分与原有建筑的交界处。第三部分第三部分 框架结构框架结构图图 沉降缝做法沉降缝做法(a)设挑梁(板);(b)设预制板(梁)沉降缝由于是从基础断开,缝两侧相邻框架的距沉降缝由于是从基础断开,缝两侧相邻框架的距离可能较大,给使用带来不便,此时可利用挑梁或搁离可能较大,给使用带来不便,此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理。置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理。第三部分第三部分 框架结
20、构框架结构一、梁、柱截面形状一、梁、柱截面形状 1、梁截面形状、梁截面形状 2024/4/25 周四312.5 框架梁柱截面尺寸框架梁柱截面尺寸第三部分第三部分 框架结构框架结构2 2、柱截面形状、柱截面形状 一般为矩形或正方形,也有圆形或其它异形2024/4/25 周四32第三部分第三部分 框架结构框架结构二、梁、柱截面尺寸的确定二、梁、柱截面尺寸的确定2024/4/25 周四33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。第三部分第三部分
21、 框架结构框架结构1 1、梁截面尺寸确定、梁截面尺寸确定截面高度选择的依据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一般情况 框架梁:h=(1/81/10)L 次梁:h=(1/121/18)L截面宽度:一般 b=(1/21/3)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。2024/4/25 周四34第三部分第三部分 框架结构框架结构为了降低楼层高度,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(1/181/15)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
22、3。注意:变量需要进行正常使用验算。加腋梁加腋梁第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四362 2、柱截面尺寸确定、柱截面尺寸确定按轴压比估算按轴压比估算 AN/(fC)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。-柱轴压比限值 fC 混凝土轴心抗压强度设计值按层高估算按层高估算,柱截面高度h一般取层高的 1/151/20。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。第三部分第三部分 框架结构框架结构一般的框架柱,估算时重力荷载标准值可根据实际荷载取值,也可近似按(121
23、4)kN/m2计算;柱轴压比限值按表取值2024/4/25 周四37类别抗震等级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。第三部分第三部分 框架结构框架结构三、梁截面惯性矩取值三、梁截面惯性矩取值框架结构内力和位移计算中,需要确定梁截面的惯性矩。由于与梁一起现浇的楼板作为梁的翼缘参与工作,使得梁的惯性矩有所提高。楼板可作为框架梁的翼缘,每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍;装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍;无现浇面层的装配式楼面,楼板的作
24、用不予考虑。通常,先计算矩形梁截面的惯性矩,再乘以放大系数。放大系数按下表取值:2024/4/25 周四38中框架梁中框架梁边框架梁边框架梁现浇楼盖2.0 Io1.5 Io装配整体楼盖1.5 Io1.2 Io第三部分第三部分 框架结构框架结构2024/4/25 周四39框架结构框架结构框架结构框架结构一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述一、多高层建筑结构概述二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置二、框架结构体系与布置三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析三、框架内力分析-竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用竖向荷载作用四、框架
25、内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析四、框架内力分析-水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用水平荷载作用五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计五、框架内力组合与构件设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计六、框架结构抗震设计七、基础设计七、基础设计七、基础设计七、基础设计第三部分第三部分 框架结构框架结构一、框架结构的受力特点一、框架结构的受力特点1、框架结构承受的荷载包括竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括结构自重及楼(屋)面活荷载,一般为分布荷载,有时有集中荷载。水平荷载主要为风荷载和地震荷载。2、框架结构的侧移一般由两部分组成
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