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1、,第13章 多层框架结构,建筑结构（上册） -混凝土结构部分,目前，世界各国对多层和高层建筑的划分标准尚不统一。我国高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物，称为高层建筑；9层及9层以下或房屋高度不超过28m的建筑物，称为多层建筑。 随着社会生产力的发展和建筑科学技术的进步以及人们生活水平的提高，高层建筑迅速发展。高层建筑具有节约用地、减少市政基础设施投资、美化城市环境等优点。但随着建筑物高度增加，结构在水平力作用下的内力与侧移增大，工程造价提高，对建筑科学与技术水平的要求也越来越高。 我国上海于1998年建成的金茂大厦，建筑面积28
2、.7万m2，88层，总高度412.5m，350层为办公室，5385层为五星级酒店，88层为公众的观光层。此结构系筒体结构，建筑平面尺寸53.4m53.4m，内筒27m27m。辅楼有商场、会展中心、会议中心等。这幢具有强烈时代感和地方特色的塔式建筑，已成为上海浦东金融贸易区的重要标志建筑之一。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.1 多高层建筑结构的概念,目前，多高层建筑常用的结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构以及巨型结构等。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,1. 框架结构体系 框架结构体系是由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和
3、水平作用的结构体系。按施工方法不同，可分为现浇框架、装配框架和装配整体式框架。框架体系的突出优点是平面布置灵活、易于设置较大的房间、使用方便；但缺点是结构抗侧刚度小，在水平力作用下的侧向位移较大。因此这种结构体系适用于办公楼、医院、学校等多层建筑及高度不太大的高层建筑。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,2. 剪力墙结构体系 剪力墙结构是由一系列横向和纵向的剪力墙体组成的受力体系，剪力墙体一般采用钢筋混凝土现浇施工。因而剪力墙结构的整体性好、刚度大、承载力高，尤其在水平力作用下的侧向变形较小、加之抗震性能好，是高层建筑中常见的一种结构形式。但剪力墙结构受楼板
4、等构件跨度的限制，剪力墙的间距一般为38m，因而多用于高层小空间房屋，如高层和小高层住宅、高层旅馆建筑等，为满足公共建筑大空间的使用要求，工程中也有用底层框架替代剪力墙，以获得底层大空间的剪力墙结构体系，但这样组合的结构体系一般具有下柔上刚的特点，对房屋抗震极为不利。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,3. 框架剪力墙结构体系 框架剪力墙结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。在框架剪力墙结构体系中，竖向荷载分别由框架和剪力墙承担，而水平作用则主要由剪力墙承担。由于这种结构体系具有框架结构和剪力墙结构两者的优点，因此，在公共建筑和办公楼等
5、建筑中得到了广泛应用。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,4. 筒体结构体系 筒体结构体系是由竖向筒体为主组成的承受竖向和水平作用的高层建筑结构。筒体结构的筒体分剪力墙组成的薄壁筒和由密柱框架或壁式框架围成的框筒等。筒体结构是一种空间受力性能较好的结构体系，它比框架结构或剪力墙结构具有更大的承载力和刚度，犹如一个固定于基础上的封闭箱形悬臂构件，具有良好的抗弯抗扭性能，因而适应于更大高度的建筑物。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,4. 筒体结构体系 筒体结构依照筒的构成、布置和数量可分为框架-核心筒结构、筒中筒结构、束筒结
6、构等。框架-核心筒结构是由核心筒与外围的框架组成的高层建筑结构；筒中筒结构是由核心筒与外围框筒组成的高层建筑结构；束筒结构是由多个框筒组合在一起形成的筒束高层建筑结构。,13.1 多高层建筑结构体系简介,13.1.2 多高层建筑的结构体系,5. 巨型结构体系 巨型结构体系是由若干个“巨大”的竖向支撑结构（如组合柱、角筒体等）作为柱并与梁式或桁架式转换楼层组合形成的结构体系。 我国深圳亚洲大酒店（37层，高114m）为巨型框架结构体系，其采用了许多小楼(楼，电梯间)及每隔6层设置一梁式转换层（设备层），构成巨型框架结构体系，转换楼层之间再用小框架分成6个建筑层。,13.1 多高层建筑结构体系简介
7、,13.1.2 多高层建筑的结构体系,多层框架由横梁和立柱组成。梁柱交接处的框架节点通常为刚接，有时也将部分节点做成铰接或半铰接。柱底一般为固定支座，必要时也设计成铰支座。框架可以是等跨或不等跨的，也可以是层高相同或不完全相同；有时因工艺和使用要求，也可以做成在某层缺柱或某跨缺梁的形式。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.1 多层框架结构的组成,框架结构若高度太大，其抗侧刚度就相对较小，故常用于高度不超过50m的建筑中，需要内部大空间的多层民用与工业建筑常采用框架结构。框架既是竖向承重体系，也作为水平承载体系承受侧向作用力，如风荷载或水平地震作用。一般情况下，填充墙宜采用轻质材料，计算时
8、通常不考虑填充墙对框架抗侧移的作用。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.1 多层框架结构的组成,按施工方法的不同，混凝土框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式等。现浇式框架的梁、柱、楼板均为现场整体浇筑，故整体性强，抗震性能好，对复杂结构的适应性也好。其缺点是现场施工的工作量大，工期长，模板工程量较大。装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装后连接成整体的框架结构。由于所有构件均为预制，可实现标准化、工厂化、机械化生产。因此，其施工速度快、生产效率高。但这种结构的预埋件多，而且整体性相对较差，抗震性能不好，在地震区不宜采用。装配整体式框架的梁、柱、楼板均为预制，在构件吊装就
9、位后，焊接或绑扎节点区钢筋，然后浇筑节点区混凝土及在预制楼板上覆盖现浇钢筋混凝土整浇层，从而将梁、柱、楼板连成整体。装配整体式框架具有良好的整体性和抗震性能，又可采用预制构件，减少现场浇筑混凝土的工作量，因此它兼有现浇式框架和装配式框架的优点。但在节点区仍需连接钢筋和现场浇筑混凝土，施工较为复杂。鉴于目前国内外泵送混凝土技术和商品混凝土的普及，工程大多采用现浇钢筋混凝土框架，而其他形式已经很少见。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.1 多层框架结构的组成,框架房屋的结构布置主要是确定柱网尺寸和层高。框架结构的布置既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 1柱网布置
10、的原则 柱网是由于柱在平面上其轴线常形成矩形网格而得名。柱网的布置原则有： （1）工业建筑的柱网布置应满足生产工艺的要求； （2）柱网布置应满足建筑平面功能的要求； （3）柱网布置应使结构受力合力； （4）柱网布置应方便施工，以加快施工进度，降低工程造价。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.2 框架结构的布置,框架房屋的结构布置主要是确定柱网尺寸和层高。框架结构的布置既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 2承重框架的布置 框架结构是空间受力体系，但为方便结构分析，可把实际框架结构看成纵横两个方向的平面框架，即沿建筑物长向的纵向框架和沿建筑物短向的横向框架。纵向
11、框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则可传递到纵横两个方向的框架上。按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等几种。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.2 框架结构的布置,框架房屋的结构布置主要是确定柱网尺寸和层高。框架结构的布置既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 2承重框架的布置 (1)横向框架承重方案 横向框架承重方案是在横向布置承重框架梁，楼面荷载主要由横向框架梁承担并传至柱，如图所示。由于横向框架跨数较少，主梁沿横向布置有利于增强建筑物的横向抗侧刚度。纵向梁高度一般较小，也有
12、利于室内的采光与通风。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.2 框架结构的布置,框架房屋的结构布置主要是确定柱网尺寸和层高。框架结构的布置既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 2承重框架的布置 (2)纵向框架承重方案 在纵向布置框架承重梁，楼面荷载主要由纵向框架梁承担，如图所示。因为楼面荷载由纵向梁传至柱子，所以横向框架梁高度较小，有利于设备管线的穿行；当房屋纵向需要较大空间时，纵向框架承重方案可获得较大的室内净高。该承重方案的缺点是房屋的横向抗侧刚度较小。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.2 框架结构的布置,框架房屋的结构布置主要是确定柱网尺寸和层高。
13、框架结构的布置既要满足生产工艺和建筑功能的要求，又要使结构受力合理，施工方便。 2承重框架的布置 (3)纵横向框架混合承重方案 纵横向框架混合承重方案是在两个方向均需布置框架承重梁以承受楼面荷载。当采用现浇板楼盖时，其布置如图所示。当楼面上作用有较大荷载，或楼面有较大开洞，或当柱网布置为正方形或接近正方形时，常采用这种承重方案。纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能，对抗震有利。,13.2 多层框架的结构布置,13.2.2 框架结构的布置,框架结构是由纵、横向框架组成的空间受力体系，如图所示。结构分析时有按空间结构分析和简化成平面结构分析两种方法。目前多用电算进行框架的内力分析，有很多通
14、用程序可供选择，程序多采用空间杆系分析模型，能直接求出结构的变形、内力，以至各截面的配筋。但是，在初步设计阶段或设计层数不多且较规则的框架时，常采用近似计算方法分析框架的内力。另外，近似的手算方法虽然计算精度不如电算，但概念明确，可判断电算结果的合理性。本节重点介绍框架结构的近似手算方法，包括竖向荷载作用下的分层法，水平荷载用下的反弯点法和改进反弯点法(D值法)。,13.3 框架结构内力与水平位移的近似计算方法,（1）框架梁 框架梁的截面尺寸有矩形、T形、倒L形等。梁的截面高度hb=(1/181/10)l0（单跨用较大值，多跨用较小值）;截面宽度bb=(1/21/3) hb，且不宜小于200m
15、m。 在初步选择好梁尺寸后，可将全部荷载乘以0.8后按简支梁核算抗弯、抗剪承载力，以判断初选尺寸的合理性。 （2）框架柱 框架柱的截面形式一般采用矩形、方形、圆形或多边形等，截面高、宽可取(1/151/20)的层高；同时要求:截面宽度不宜小于350mm，截面高度不宜小于400mm。截面尺寸以50mm为模数。柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4。 对于承受轴力为主的柱，取 按轴心受压柱验算柱初选截面的合理性，式中，N为柱分担的轴向力设计值。若遇水平荷载较大时，柱中轴力取 ，柱中弯矩可近似按反弯点法确定，然后按偏压构件验算柱初选截面的合理性。,13.3 框架结构内力与水平位移的近似计算方法,13.3
16、.1 框架结构的计算简图 1. 杆件截面尺寸,13.3 框架结构内力与水平位移的近似计算方法,13.3.1 框架结构的计算简图 2. 计算单元的确定 当框架较规则时，为了计算简便，常不计结构纵向和横向之间的空间联系将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算，如图c、d所示。当建筑横向框架榀数较多时，如果横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，则各榀横向框架的内力与变形相近，结构设计时可取中间有代表性的一榀横向框架进行分析。取出的平面框架所承受的竖向荷载与楼盖结构的布置方案有关，同时须承受如图b 所示阴影宽度范围内的竖向荷载和水平荷载，水平荷载一般可简化成作用于楼层节点的集中力，如图c所示。,13.3 框架结构内力与水平位移的近似计算方法,13.3.1 框架结构的计算简图 3 .节点的简化 框架节点可根据其实际施工方案和构造措施简化为刚接、铰接或半铰接。现浇框架结构中，梁、柱的纵向钢筋都将穿过节点或锚人节点区，节点可视为刚接节点，如图10所示。 装配式框架结构则是在梁底和柱适当部位预埋钢板，安装就位后再焊接。由
