第13章框架结构

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1、第13章 框架结构,混凝土结构设计,第 13 章 多层框架结构,第13章 框架结构,第13章 内容要点,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：,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13章 框架结构,第13章结构组成和结构布置,房屋按高度和层数分类,低层,12层 310层 10层或28m,多层,高层,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,1 结构组成及特点,框架结构（frame structure）由梁、柱构

2、件通过节点连接构成。如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。,主体结构除个别部位外，不应采用铰接，柱底应为固定支座。框架梁宜拉通对直，框架柱宜对齐、上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,1 结构组成及特点,框架是承受竖向承重结构，并同时承受水平荷载的结构形式。一般墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用，不考虑其对框架抗侧的作用。,第13章 框架结构,13.1 结构的组成与布置,混凝土结构按施工方法的不同可分为现浇式、装配式和装配整体式等。,a. 现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土结构。,b.装配式框架是指梁、柱、

3、楼板均为预制，通过 焊接拼装连接成整体的框架结构。,c. 装配整体式框架是指梁、柱、楼板均为预制，在构件吊装就位后，焊接或绑扎节点区钢筋，将梁、柱、楼板连成整体框架结构。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,1 结构组成及特点,框架结构平面布置和剖面示意图,第13章 框架结构,13.1 结构组成和结构布置,按施工方法不同，框架结构可分为现浇式（常用）、装配式和装配整体式三种。,（1）框架结构的受力特点 在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us；由水平力

4、引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形ub。 当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。,第13章 框架结构,113.1结构组成和结构布置,框架结构的侧移,第13章 框架结构,113.1 结构组成和结构布置,（2）框架结构体系的优缺点 建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也 可按需要做成小房间； 建筑立面容易处理；结构自重较轻； 施工方便； 计算理论比较成熟； 在一定高度范围内造价较低，较为经济。 框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下 侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构

5、 房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也 较大，而且引起的倾覆作用也较严重。 因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。,框架结构受力变形动画,第13章 框架结构,113.1结构组成和结构布置,2 结构布置（structural configuration）,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。,结构布置的一般原则,满足使用要求，并尽可能与建筑的平、立剖面划分相一致； 满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的布置能有效地进行； 结构尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；,第13章 框架

6、结构,13.1结构组成和结构布置,2 结构布置（structural configuration）,考虑因素：生产工艺使用要求，建筑、结构及施工条件等；采用预制构件，符合模数制；柱网尺寸应力求简单规则，受力合理及有利于施工工业化。,民用建筑柱网布置,柱网布置,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,2 结构布置（structural configuration）,柱网布置,与分隔墙协调，柱通常设在纵横墙交叉点上，以减小对建筑功能的影响，柱距一般在6-9m之间。,而且要考虑结构在荷载作用下受力合理，各构件材料强度能充分发挥。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,框架结构的承重

7、方案（按楼面荷载传递线路不同） 1）横向框架承重。 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿 房屋纵向布置。 2）纵向框架承重。 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿 房屋横向布置。 3）纵、横向框架承重。 房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖 常采用现浇双向板或井字梁楼盖。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,横向布置,特点 房屋横向刚度大，侧移小； 横梁高度大，室内有效净空小； 纵向布置较小的连系梁，有利于采光通风,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,纵向布置,特点： 连系梁截面较小，框架梁截面尺寸大，室内有效净空高； 对纵向地基不均匀沉降较有利； 房屋横向刚度小，侧移大。进深

8、受板长的限制。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,双向布置 （混合承重方案）,特点： 整体性好，受力好，对抗震有利； 适用于整体性要求 较高和楼面荷载较 大的情况。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,变形缝的设置 变形缝是伸缩缝、沉降缝、抗震缝的统称。 在多高层建筑结构中，尽量少设或不设变形缝，可以简化构造方便施工，而且可增强结构整体性或空间刚度。 措施：在建筑设计时，调整平面形状、尺寸、体型等；结构设计时，选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等；施工时，分段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施防止收缩、不均匀沉降等因素引起的损坏。 但当建筑平面狭长或体型复

9、杂、不对称，部分刚度、高度、重量相差悬殊，且上述措施无法解决时，应设置变形缝。 (1)、伸缩缝 仅将基础顶面以上的结构分开，宽度一般为2040mm。 作用：避免由于温度变化和混凝上收缩而使房屋产生裂缝。 设置：伸缩缝的设置主要与施工方法和房屋长度有关。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,变形缝的设置 (2)、沉降缝 沉降缝将基础至屋顶全部分开。 作用：避免因房屋产生过大的不均匀沉降而导致基础、地面、墙体、楼面、屋面拉裂。 设置沉降缝： 1)地质条件变化较大处； 2)地基基础处理方法不同处； 3)房屋平面形状变化的凹角处； 4)房屋高度、重量、刚度有较大变化处： 5)新建部分与原有

10、建筑的结合处。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,变形缝的设置 (2)、沉降缝 处理地基不均匀沉降的方法有三种： 第一种是“放”，设沉降缝让建筑物各部分自由沉降互不影响； 第二种是“抗”，采用刚度较大的基础，利用本身的刚度来抵抗沉降差，不需设沉降缝； 第三种是“调”，施工过程中，沉降缝位置的基础到楼(屋)盖结构的梁板不断开，钢筋连续，设约800mm宽的后浇段，待沉降基本完成后再连成整体，不设永久性的沉降缝。 需同时设伸缩缝和沉降缝时，应二缝合一，以使整个房屋的缝数减少，缝宽度不小于50mm，当房屋高度超过10m时，缝宽应不小于70mm。,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构

11、布置,变形缝的设置 (2)、沉降缝,沉降缝设置方法：挑梁或搁置预制板、预制梁,第13章 框架结构,13.1结构组成和结构布置,变形缝的设置,(3)、抗震缝 震害表明，建筑物造型复杂，质量和刚度分布差异显著，地质条件变化较大时，在地震作用下，由于结构各部位产生的变形不协调，导致结构一些部位破坏。在这种情况下，设置抗震缝，将基础顶面以上的结构断开，把房屋分成若干个独立的单元体，使其在地震作用下互不影响，地震作用明确。 规范要求下列情况宜设抗震缝： 1)平面形状复杂而无加强措施； 2)房屋有较大错层； 3)各部分结构的刚度或荷载相差悬殊。 当需要同时设置伸缩缠、沉降续和抗震缝时，应三缝合一。 宽度：

12、详见建设计规范。,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，同时忽略各构件的抗扭作用。每榀平面框架为一计算单元。 就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横 向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不 考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据 结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行 传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。,1 框架结构的

13、近似计算方法,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,2 框架结构的计算简图,计算单元,框架结构的计算单元及计算模型,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点（beam-column joints）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示。由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼

14、层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶板处。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。 当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖

15、向荷载一起进行框架内力分析。,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构计算简图,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,变截面柱框架结构的计算简图,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,装配式框架的铰节点,框架柱与基础的连接,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,加腋梁,当框架梁是有支托的加腋梁时，如果 或 ，则可以不考虑支托的影响，简化为无支托的等截面梁。,当计算框架梁的惯性矩时应考虑楼板的影响，在框架梁两端节点处，顶部楼板受拉，其对梁的截面刚度影响较小；在跨中，楼板受压使得梁成为T形梁，其对梁的截面刚度影响较大。对

16、现浇楼盖，中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0；装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0；装配式楼盖按实际截面计算。,第13章 框架结构,13.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构上的荷载,作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。,楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按荷载规范取用。应该指出，荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（equivalent uniform live load）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。若不可能把活荷载同时满布在楼面上，要考虑活荷载的折减。,风荷载 当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按单厂 结构计算公式，对于多、高层框架结