混凝土框架结构.

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1、第4章 混凝土框架结构 4.1 多高层混凝土结构概述 4.1.1 结构类型 钢筋混凝土: 承载力和刚度大、耐久性和耐火性好、可模性好 。应用广泛。 型钢混凝土、钢管混凝土： 具有钢结构和混凝土结构的优点。 混合结构： 由钢（或型钢混凝土、钢管混凝土）框架与钢筋 混凝土筒体（或剪力墙）组成的高层建筑结构。 上海环球金融中心 上海环球金融中心是位于 中国上海陆家嘴的一栋摩 天大楼，2008年8月29日竣 工。楼高492米，地上101 层，是目前中国第八高楼 （截至2014年）、世界最 高的平顶式大楼。 上海环球金融中心建筑平面图： Lower Floor Max. 12 Tenants Highe

2、r Floor Max. 14 Tenants 4.1 多高层混凝土结构概述 4.1.2 结构体系 框架体系 剪力墙体系 筒体体系 组合体系 框架结构 1、什么是框架结构？ 2、框架结构的优点？ 3、框架结构的缺点？ 由梁柱组成的结构 平面布置灵活 侧向变形大，致使非结构构件破坏严重；不 能建造较高的建筑。15-20层为宜。 异形柱框架结构 36004000 80008000 66000 3000360003000 660008000 8000 4000 3600 70000 7850 7850 2300 剪力墙结构 什么是剪力墙结构？ 剪力墙结构的优点？ 剪力墙结构的缺点？ 如何克服剪力墙结

3、构的缺点，扩大其使用范围？ 利用混凝土墙体作为承受竖向荷载和抵抗水平荷载的结构。 整体性好，刚度大，侧向变形小。 布置不灵活，结构自重大。 底部大空间（设转换层)；跳层剪力墙。 不同形式剪力墙结构 框架-剪力墙结构（框架-筒体结构） 注意的问题： 1、剪力墙的数量 2、剪力墙的布置及间距。 筒体： 1. 实腹筒 组成构件:由剪力墙围合而成的固定在基础上的 悬臂箱形梁 2. 框筒 组成构件:由密排柱和刚度很大的窗群梁形成的 密柱深梁框架围合而成的筒体 3.桁架筒 组成构件:由筒的四壁做成桁架,就形成桁架 筒 香港中银大厦 组成构件:由实腹筒组成内部核心筒,外框筒或桁架筒组成 图例： 深圳国贸中心

4、大厦 成束筒: 组成构件:两个以上框筒（或其他筒体） 排成一起成束状，称为成束筒. 图例： 西尔斯大楼 优点：具有很好的空间 整体作用和抗风抗震性 能，建筑布置灵活，能 提供较大的可自由分隔 的空间，适用于超高层 （30层以上或100米以上） 的办公楼、旅馆、综合楼 等建筑。 4.1 多高层混凝土结构概述 4.1.3 结构总体布置 建筑平面力求简单、规则、对称。 竖向布置：结构的侧向刚度和承载力自下 而上逐渐减小、变化均匀、连续、不突变 。 4.1 多高层混凝土结构概述 4.1.4 结构分析方法 1.精细分析方法 空间杆系计算模型 空间组合结构计算模型 2.简化分析方法 平面协同计算模型 空间

5、协同计算模型 4.1 多高层混凝土结构概述 4.1.5 结构设计要求 承载力、刚度、延性、整体性、稳定性 4.2 框架结构的结构布置 结构布置包括平面布置和竖向布置 结构平面布置主要进行柱网布置和选择结 构承重方案。 4.2 框架结构的结构布置 民用建筑：小柱网：3.3m、3.6m、4.0m、4.2m、4.5m 大柱网：6.0m、 6.6m、7.2m、7.5m 跨度：4.8m、 5.4m、6.0m、6.6m、7.2m、7.5m 层高： 2.8m4.8m 4.2.1 柱网和层高 4.2 框架结构的结构布置 横向框架承重方案 纵向框架承重方案 纵横向框架混合承重方案 4.2.2 框架结构承重方案

6、（1） 横向框架承重方案 在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置 。沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图4-15（a）。 图4-15（a） 框架结构图 （2） 纵向框架承重方案 在这种布置方案中，主 要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板 和连系梁，见图4-15（b）。 图4-15（b） 框架结构图 （3） 纵横向框架混合承重方案 在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向 布置，见图4-15（c）。 图4-15（c） 框架结构图 4.2.3 梁柱相交位置 1、梁、柱轴线宜重合。 2、偏心时，梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱在该 方面宽度的1/4。 3、若不满足，增设梁的水平

7、加腋。 4.2.4 结构缝的设置 在初步设计阶段，确定结构方案 ，进行结构平面布 置时，除了要考虑梁、柱、墙等结构构件的布置外，还 要考虑是否要设置变形缝。用变形缝将房屋分成若干独 立的部分，可以消除结构不规则、收缩和温度应力、不 均匀沉降对结构的有害影响。 变形缝有沉降缝、伸缩缝、防震缝、构造缝、防连 续倒塌的分隔缝等。 为防止地基不均匀或房屋层数和高度相差很大引起房 屋开裂而设的缝称为沉降缝。 沉降缝不但上部结构要断开，基础也要断开。 抗震设防的结构，沉降缝的宽度应符合防震缝最小宽 度的要求。 1.沉降缝 在建筑物的下列部位宜设置沉降缝： 土层变化较 大处； 地基基础处理方法不同处； 房屋

8、在高度、重 量、刚度有较大变化处； 建筑平面的转折处； 新建 部分与原有建筑的交界处。 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置预制梁 、板的方法进行建筑上的闭合处理。 (a) 设挑梁（板）；(b) 设预制板（梁） 沉降缝的处理： 设置沉降缝后，上部结构应在缝的两侧分别布置抗侧力 结构，形成所谓双梁、双柱和双墙的现象。但将导致其他问 题，如建筑立面处理困难、地下室渗漏不容易解决等。一般 地，建筑物各部分不均匀沉降差大体上有三种方法来处理： 放设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响，避免出 现由于不均匀沉降时产生的内力。 采用“放”的方法在结构设

9、计时比较方便，但将导致建筑 、设备、施工各方面的困难。 抗采用端承桩或利用刚度很大的基础。前者由坚硬 的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差；后者则用基 础本身的刚度来抵抗沉降差。 采用“抗”的方法不设缝，基础材料用量多，不经济。 调在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降， 减少其差异，降低由沉降差产生的内力。 采用“调”的方法，采用介于两者之间的办法，调整 各部分沉降差，在施工过程中留出后浇带作为临时沉降 缝，等到各部分结构沉降基本稳定后再连为整体。 通常有以下“调”的方法不设永久性沉降缝： 调整地基上压力:主楼和裙房采用不同的基础形式,使各 部分沉降基本均匀一致，减少沉降差； 调整施工顺

10、序:施工先主楼，后裙房；主楼工期较长、 沉降大，待主楼基本建成，沉降基本稳定后，再施工裙房，使 后期沉降基本相近。 预留沉降差:地基承载力较高、有较多的沉降观测资料 、沉降值计算较为可靠时，主楼标高定得稍高，裙房标高定得 稍低，预留两者沉降差，使最后两者实际标高一致。 混凝土收缩和温度应力常常会使混凝土结构产生裂缝。 为了避免收缩裂缝和温度裂缝，房屋建筑可以设置伸缩缝。 在建筑中，顶层和底层温度应力问题比较严重，容易出 现裂缝。 伸缩缝只设在上部结构，基础可不设伸缩缝。钢筋混凝 土框架结构的伸缩缝最大间距见下表。 2.伸缩缝 环环境条件 框架类别类别 室内或土中（m）露天（m） 装配式7550

11、 现浇现浇 式5535 当建筑物平面复杂或房屋各部分刚度、高度和重量 相差悬殊时，在地震作用下薄弱部位容易造成震害。 处理的措施一种是加强各部分的连接，使整个结构 整体性很强。另一种是设置防震缝，将房屋划分成简单 规则的形态，使每部分成为独立的抗震单元。故在抗震 设计时，建筑物各部分之间的关系应明确：如分开，则 彻底分开；如相连，连接牢固。 3.防震缝 4.3.1框架梁、柱截面尺寸 框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以T 形为多；在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮 形等。 框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。 1.梁、柱截面的形状 4.3 框架结构的计算简图框架结构的计算简图

12、框架横梁截面形式 2.梁、柱截面尺寸 （1）框架梁 梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb一般可取 (1/8-1/12)lb(lb为梁的计算跨度），梁净跨与截面高度之比 不宜小于4。梁的宽度bb=(1/2-1/3)hb，一般不宜小于200mm。 选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。 梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性要求确定。 初步设计时需事先估算。 (2) 框架柱截面尺寸估算 框架柱截面常常采用正方形或矩形，有时也采用正多 边形、圆形和工字形。 柱截面尺寸应考虑以下要求： A、截面高度h不宜小于250mm，圆柱截面直径不宜小于 350mm; B、柱净高与截面高度h之比宜大于4，在

13、有抗震设计要求 时不得小于3； C、矩形柱的截面高度与宽度之比不宜大于3； D、柱截面的宽度一般取为(115110)层高，高度一 般取为(12)柱的宽度; 由于柱承受的轴压力较大，还必须满足轴压比限制的 要求，实验表明变形能力随轴压比增大而急剧降低。 轴压比：柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积 和混凝土抗压强度设计值乘积之比，即 式中：N为组合轴压力设计值； b、h为截面的短长边； fc为混凝土抗压强度设计值。 轴压比限值，它是控制偏心受拉 边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混 凝土先达到其极限压应变的主要指标 。 非抗震设计： 抗震设计： 一级抗震设防 ： 二级抗震设防 ： 三级抗震设防 ：

14、q为折算在建筑面积上均 布竖向荷载（结构自 重和活荷载）及填充 墙重量。 n为结构层数 C为柱轴压力放大系数： 等跨内柱取1.2，不等 跨内柱取1.25，边柱 取1.3. F为柱承受荷载的从属面 积。 3.梁截面的惯性矩 框架结构内力和位移计算中，需要计算梁的抗弯刚度，在 初步确定梁的截面尺寸后，可按材料力学方法计算梁截面惯性 矩。由于楼板作为框架梁的翼缘参与工作，使得梁的刚度有所 提高，为了简化计算，作如下规定： 框架结构的刚度取值 （1） 对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架 梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩（图3.8(a)。 4.3.2 框架结构计算简图 框架

15、结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。 为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间 结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀 框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图4-19中阴影部分所 示。 图4-19 框架的计算单元 框架结构的计算简图 4.3.3 框架结构上的荷载 注意：楼面活荷载 设计楼板时直接取用 计算梁、柱、墙时乘以折减系数 4.4 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算 4.4.1 分层法 4.4.2 弯矩二次分配法 4.4.3 系数法 4.5 水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算 4.5.1 受力及变形特点 4.5.2 D值法 4.5.3 反弯点法 4.5.4 门架法 4.6 荷载效应组合及构件设计荷载效应组合及构件设计 框架在求出内力以后，要通过内力组合求出梁、柱控 制截面的最不利内力，然后进行截面配筋计算及构造设计 。框架梁按照受弯构件设计，框架柱按照压弯构件设计。 4.6 荷载效应组合及构件设计荷