《多層框架結(jié)構(gòu)》課件11多層框架結(jié)構(gòu)體系定義梁和柱為主要構(gòu)件，組成是高層建筑結(jié)構(gòu)的常用形式之一?？蚣芙Y(jié)構(gòu)方案的優(yōu)點(diǎn)建筑平面布置靈活，能形成較大的空間（如商場(chǎng)、餐廳等），可以根據(jù)生產(chǎn)工藝和建筑使用功能要求比較靈活地布置柱網(wǎng)開(kāi)間、進(jìn)深梁尺寸及選定層高；建筑立面也容易處理；結(jié)構(gòu)自重較輕，在一定的高度范圍內(nèi)造價(jià)較低；結(jié)構(gòu)整體性和抗震性好。11多層框架結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)方案的缺點(diǎn)本身的柔性較大，抗側(cè)剛度較小，在風(fēng)荷載作用下水平位移較大，在地震作用下，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞比較嚴(yán)重。宜采用重量輕且又能承受較大變形的隔墻材料。在高烈度地區(qū)，由于層間位移和頂點(diǎn)位移的限制，建筑較高時(shí)將難以滿(mǎn)足要求，或雖能滿(mǎn)足但梁柱截面尺寸過(guò)大，配筋也較多，不夠經(jīng)濟(jì)；梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，在裝配式框架結(jié)構(gòu)中更為突出。11多層框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用范圍：框架結(jié)構(gòu)不宜用于層數(shù)較多的高層建筑，一般多用于辦公樓、教學(xué)樓、旅館及工業(yè)廠房等多層建筑中；一般在非地震區(qū)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)可用于15層以下建筑；在一般地震區(qū)則以不超過(guò)10~12層為宜，8度及8度以上烈度的地震區(qū)，一般以8層以下為最佳?？蚣芙Y(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)或型鋼-混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，層數(shù)可不受此限制。11.1框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型按框架構(gòu)件組成分類(lèi)梁板式結(jié)構(gòu)由梁、板、柱三種基本構(gòu)件組成。這種骨架形式的框架結(jié)構(gòu)，廣泛用于多層與高層房屋建筑上，是典型的框架結(jié)構(gòu)型式。本章討論的主要是這種框架結(jié)構(gòu)型式。無(wú)梁式結(jié)構(gòu)由板、柱組成，實(shí)質(zhì)是無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)。柱與樓板整體連接（板柱的連接剛度比梁柱的連接剛度?。?，柱除承受軸向力外，柱端彎矩按“等代框架法”進(jìn)行計(jì)算。從結(jié)構(gòu)選型的角度來(lái)說(shuō)，無(wú)梁樓蓋不是骨架體系。從結(jié)構(gòu)受力角度看，其內(nèi)力分析與框架結(jié)構(gòu)類(lèi)似，也是框架結(jié)構(gòu)的一種。3.1框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型按框架的施工方法現(xiàn)澆整體式框架構(gòu)件均在現(xiàn)場(chǎng)澆注成整體，整體性和抗震性好，構(gòu)件尺寸不受限制。對(duì)使用功能的適用性大。裝配式框架框架構(gòu)件采取預(yù)制安裝，施工進(jìn)度快，工業(yè)化程度高。構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造應(yīng)達(dá)到剛性節(jié)點(diǎn)的要求。節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造的作法仍在不斷研究改進(jìn)中。現(xiàn)在未普及應(yīng)用。11.1框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型按框架的施工方法半現(xiàn)澆框架梁柱現(xiàn)澆、樓板預(yù)制；或現(xiàn)澆柱、預(yù)制梁板。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，比全現(xiàn)澆框架可節(jié)約模板20％左右比全裝配框架可以節(jié)約鋼材和水泥20％左右。結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗震能力高。裝配整體式框架將預(yù)制梁、柱裝配就位后，通過(guò)局部現(xiàn)澆混凝土使構(gòu)件聯(lián)結(jié)成整體的框架。保證了節(jié)點(diǎn)的剛接，結(jié)構(gòu)整體性好，可省去連接件，但增加了現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土的工作量，更適合于地震區(qū)采用。11.1框架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型按框架的承重結(jié)構(gòu)全框架（純框架）樓、屋面荷載全部由框架承擔(dān)；外墻僅起圍護(hù)作用；整體性和抗震性好；屬于純框架。內(nèi)框架（半框架、龍骨架）樓、屋面荷載由框架和外墻共同承擔(dān)；計(jì)算簡(jiǎn)圖形象如龍骨，故也稱(chēng)之為“龍骨架”；房屋層數(shù)不多且外墻足夠厚時(shí)，可采用內(nèi)框架；兩種材料剛度不協(xié)調(diào)，整體性和總體剛度比較差。有抗震要求的房屋不宜采用。11.2框架結(jié)構(gòu)的布置概述框架本身是平面結(jié)構(gòu)，由框架組成的網(wǎng)格式的房屋，屬于空間結(jié)構(gòu)體系；縱橫兩向框架都作為主要承重框架，考慮它的空間作用，在力學(xué)計(jì)算時(shí)按空間結(jié)構(gòu)分析；近似計(jì)算時(shí)，按平面結(jié)構(gòu)分析；有抗震設(shè)防要求時(shí)，房屋兩個(gè)方向的受力相差較小，兩個(gè)方向的框架都應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度；框架縱橫向均應(yīng)采用剛接節(jié)點(diǎn)。鉸接節(jié)點(diǎn)只能承受壓力及剪力，而不能承受彎矩，節(jié)點(diǎn)處梁柱桿件間不發(fā)生相對(duì)位移，可產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)，梁柱在節(jié)點(diǎn)處不能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)處彎矩也不為零，故按剛性節(jié)點(diǎn)考慮。11.2.1柱網(wǎng)尺寸柱網(wǎng)布置應(yīng)力求做到簡(jiǎn)單、規(guī)則、整齊，柱網(wǎng)尺小應(yīng)符合經(jīng)濟(jì)原則，盡量符合模數(shù)；柱網(wǎng)尺寸及層高應(yīng)根據(jù)建筑功能要求，施工條件及材料設(shè)備等各方面因素來(lái)確定。房屋長(zhǎng)度較大時(shí)，需考慮設(shè)置伸縮縫，以避免溫度開(kāi)裂，因?yàn)樯炜s縫將房屋上部結(jié)構(gòu)斷開(kāi)，分成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)申無(wú)，所以在縫的兩側(cè)應(yīng)各自設(shè)置框架。11.2.1柱網(wǎng)尺寸A多層工業(yè)廠房既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝和建筑平面布置的要求，又要使結(jié)構(gòu)受力合理，施工方便。生產(chǎn)工藝的要求是廠房平面設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。柱網(wǎng)平面布置主要有內(nèi)廊式、等跨式、對(duì)稱(chēng)不等跨式11.2.1柱網(wǎng)尺寸A多層工業(yè)廠房?jī)?nèi)廊式內(nèi)廊式柱網(wǎng)常為對(duì)稱(chēng)三跨（A+B+A）：A—邊跨跨度（房間進(jìn)深）常為6m、6.6m、6.9m，B—中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m。開(kāi)間方向，柱距為6m。等跨式等跨式柱網(wǎng)適用于廠房、倉(cāng)庫(kù)進(jìn)深常為6m、7.5m、9m、12m，從經(jīng)濟(jì)考慮不宜超過(guò)9m。開(kāi)間方向的柱距常為6m。對(duì)稱(chēng)不等跨式常用于建筑平面寬度較大的廠房11.2.1柱網(wǎng)尺寸B多層民用建筑民用房屋種類(lèi)繁多，功能要求各有不同，難以硬性統(tǒng)一一般情況下，柱網(wǎng)尺寸的適宜范圍為：柱距，3.3~8m；跨度：6~12m（從經(jīng)濟(jì)考慮不宜超過(guò)9m）。柱網(wǎng)平面布置主要有內(nèi)廊式、等跨式11.2.1柱網(wǎng)尺寸B多層民用建筑內(nèi)廊式常用于旅館、辦公樓、宿舍、教室、醫(yī)院，為對(duì)稱(chēng)三跨（A+B+A）：A—邊跨跨度（房間進(jìn)深）常為6m、6.6m、6.9m，B—中間跨為走廊，跨度常為2.4m、2.7m、3.0m。開(kāi)間方向，柱距一般為兩個(gè)開(kāi)間的寬度。等跨式適用于商場(chǎng)，開(kāi)敞式辦公樓進(jìn)深和開(kāi)間方向的柱距常為6m、7.5m、9m、12m，從經(jīng)濟(jì)考慮不宜超過(guò)9m。11.2.2構(gòu)件截面尺寸構(gòu)造尺寸考慮強(qiáng)度與剛度的需要框架梁高h(yuǎn)＝1/8~1/12l，l為梁跨；框架梁寬b=1/2~1/3h；框架柱截面的尺寸b（h）=1/15~1/20H，H為層高。計(jì)算尺寸框架梁截面尺寸可按(0.5~0.7)M0進(jìn)行初步估算；M0為簡(jiǎn)支梁跨中彎矩?？蚣苤孛娴某叽缈砂?1.2~1.4)N進(jìn)行初步估算；N為柱軸向壓力。11.2.3層高工業(yè)建筑需根據(jù)吊車(chē)起重高度、管道布置、采光通風(fēng)及設(shè)備尺寸等來(lái)確定，一般底層中，因有較大設(shè)備，故其高度也較樓層為高。民用建筑應(yīng)注意梁的高度和梁下的凈高尺寸，應(yīng)結(jié)合樓梯布置及門(mén)窗高度的要求，有暖氣及通風(fēng)管道的建筑物，在確定層高時(shí)還應(yīng)考慮到管道尺寸和管道互相交叉時(shí)所占空間。也要照顧到室內(nèi)吊頂高度。11.2.4適用層數(shù)與高寬比每一種結(jié)構(gòu)體系都有其適用范圍框架的適用層數(shù)較多，但框架的層數(shù)多到一定程度后，經(jīng)濟(jì)上就不一定可取。結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)是由梁與柱相互剛接而成的，框架的承載能力和結(jié)構(gòu)效能主要依賴(lài)于梁與柱的強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)剛度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在豎向荷載與水平荷載作用下的反應(yīng)是完全不同的。11.2.4適用層數(shù)與高寬比結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)——變形

A）豎向荷載作用下框架的變形B）水平荷載作用下框架的變形11.2.4適用層數(shù)與高寬比結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)——豎向荷載作用下的彎矩11.2.4適用層數(shù)與高寬比結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)——水平荷載作用下的彎矩荷載作用下框架結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析豎荷載作用下框架的變形或彎矩與框架的層數(shù)多少?zèng)]有太大的關(guān)系；即隨著框架層數(shù)的增加，框架的變形或彎矩?zé)o顯著的變化。從這個(gè)意義上說(shuō)，框架的優(yōu)越性是非常明顯的。荷載作用下框架結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析水平荷載作用下變形或彎矩與層數(shù)多少有極大的關(guān)系；框架層數(shù)越多，水平位移越大，內(nèi)力也隨層數(shù)的增加而迅速增長(zhǎng)；層數(shù)超過(guò)一定程度時(shí)，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，這時(shí)，水平荷載對(duì)設(shè)計(jì)起主要控制作用，而豎向荷載對(duì)設(shè)計(jì)已失去控制作用，框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就不能表現(xiàn)出來(lái)?？蚣艿倪m用層數(shù)，就是從這意義上提出的。荷載作用下框架結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析當(dāng)房屋的層數(shù)更多或高寬比更大時(shí)從強(qiáng)度方面來(lái)看；由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平力（風(fēng)荷載、地震作用）產(chǎn)生的內(nèi)力都要相應(yīng)加大。特別是水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，當(dāng)高度達(dá)到一定數(shù)值后，在框架內(nèi)將產(chǎn)全相當(dāng)可觀的內(nèi)力。從剛度方面來(lái)看；隨著層數(shù)的增加，高寬比也在逐漸增大；在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。因此，當(dāng)層數(shù)較高時(shí)，如果要滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求，框架下面幾層的梁、柱截面尺寸就會(huì)增大到不經(jīng)濟(jì)甚至不合理的地步。荷載作用下框架結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析結(jié)論框架房屋高度增加時(shí)，側(cè)向作用力急劇地增長(zhǎng)。建筑物達(dá)到一定高度時(shí)，側(cè)向位移將很大，因而是水平荷載控制設(shè)計(jì)，是剛度控制設(shè)計(jì)?？蚣艿慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)越性表現(xiàn)不出來(lái)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)合理層數(shù)是6~15層，最經(jīng)濟(jì)是10層左右。框架結(jié)構(gòu)的一般高寬比約為5~7。水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力剛度小，水平位移大，層數(shù)越多越明顯；高層建筑必須立足于提高抗側(cè)力剛度。房屋剛度大小主要取決于結(jié)構(gòu)體系形式，而特定體系的效能與材料消耗量有直接關(guān)系，因而結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)以最小的材料消耗量獲得最大的房屋剛度。11.3抗震設(shè)防區(qū)框架結(jié)構(gòu)的布置鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)一般抗側(cè)剛度較差，節(jié)點(diǎn)受壓、受剪等應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，在烈度較高的地震作用下，框架梁柱節(jié)點(diǎn)均易于產(chǎn)生各種破壞，在方案及選型設(shè)計(jì)時(shí)，框架結(jié)構(gòu)體系的建筑體型及結(jié)構(gòu)布置應(yīng)符合抗震構(gòu)造要求。房屋體型建筑的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，并應(yīng)具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。體型復(fù)雜、平立面特別不規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)可按實(shí)際需要，在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，形成多個(gè)較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則類(lèi)型如下房屋體型平面不規(guī)則類(lèi)型不規(guī)則類(lèi)型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移或(層間位移)，大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開(kāi)洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層房屋體型豎向不規(guī)則類(lèi)型不規(guī)則類(lèi)型定義側(cè)向剛度不規(guī)則

該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25％豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁、桁架等)向下傳遞樓層承載力突變

抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。房屋體型建筑體型在平面及立面上盡量避免部分突出及剛度突變。不能避免時(shí)，則應(yīng)在結(jié)構(gòu)布置上局部加強(qiáng)。平面和豎向不規(guī)則的體型，在水平荷載作用下，由于體型突變，受力比較復(fù)雜。平面上有突出部分的房屋，應(yīng)考慮到突出部分在地震力作用下由局部振動(dòng)引起的內(nèi)力，在沿突出部分兩側(cè)的框架梁、柱要適當(dāng)加強(qiáng)。平面拐用處的樓板，應(yīng)盡量避免開(kāi)洞。立面上有局部突出和剛度突變的階形建筑，應(yīng)考慮地震力作用下突變部分局部擺動(dòng)的影響。突出部分的體型愈細(xì)長(zhǎng)，則擺動(dòng)影響放大，鞭端效應(yīng)明顯；因此，房屋頂部不宜有局部突出和剛度突變，不能避免時(shí)，突出部分應(yīng)逐步收小，使剛度不發(fā)生突變突出部分不宜采用砌體結(jié)構(gòu)。房屋體型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)盡可能使房屋的剛度中心與地震力合力作用線接近或重合。如房屋剛度中心與地震力合力作用線相距較遠(yuǎn)，則在地震力作用下，房屋還要受到一個(gè)附加扭矩的作用，使房屋產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，并在框架柱中產(chǎn)生由于扭矩而引起的附加內(nèi)力。在地震烈度較高時(shí)，即使通過(guò)計(jì)算增加柱子配筋，但仍合可能使一些構(gòu)件破壞，特別是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如填充墻、門(mén)窗等。房屋體型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)使房屋中各部分的剛度均勻，不應(yīng)過(guò)分懸殊。在地震力作用下，結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體而工作，地震力按剛度分配到各個(gè)部分。當(dāng)各部分的剛度相差懸殊時(shí)，在柔性部分和剛性部分之間回產(chǎn)生較大的內(nèi)力差異，并在它們之間出現(xiàn)剪力和彎矩，增加了結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性。在烈度較高的抗震設(shè)防區(qū)、樓、電梯間不宣布置在結(jié)構(gòu)單元的兩端和拐角部位。在地震力作用下，由于結(jié)構(gòu)單元的兩端扭轉(zhuǎn)效應(yīng)最大，拐角部位受力更是復(fù)雜，而各層樓板在樓、電梯間處都要中斷，致使受力不利，容易發(fā)生震害。如果樓、電梯間必須布置在兩端或拐角處，則應(yīng)采取加強(qiáng)措施。復(fù)式框架側(cè)向變形層間相對(duì)變位房屋體型各層樓板應(yīng)盡量設(shè)置在同一標(biāo)高上，盡可能不采用復(fù)式框架。復(fù)式框架因樓板中斷，柱子剛度又相差過(guò)大，容易引起震害。房屋體型高低層不宜用牛腿相連，宜用防震縫分開(kāi)。由于高低層相連，高度和重量相差懸殊，振動(dòng)時(shí)頻率不同，必然互相推拉擠壓，使牛腿連接處產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，在反復(fù)的拉力、壓力作用下，容易引起牛腿破壞。牛腿破壞11.3.2框架結(jié)構(gòu)的選型分析框架結(jié)構(gòu)一般承受豎向荷載及水平荷載，豎向荷載包括結(jié)構(gòu)的恒載，使用荷載（活荷）及雪荷載等，水平荷載及地震作用。在多層及高層建筑中，由于層數(shù)及高度的增加，豎向荷載及水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力都相應(yīng)增大。當(dāng)建筑層數(shù)較少時(shí)，一般豎向荷載起控制作用，但當(dāng)層數(shù)逐漸增多時(shí)，水平力常起控制作用。隨著建筑高度的增加，建筑物的高寬比也將增大，水平荷載作用下產(chǎn)生的層間側(cè)向位移和頂點(diǎn)位移，也常易于超過(guò)控制比值?；谏鲜鲆蛩?，在框架結(jié)構(gòu)中構(gòu)件尺寸的確定遵循以下規(guī)則：梁截面形式和尺寸梁寬不宜小于200mm，且不宜小于柱寬的1/2；節(jié)點(diǎn)要求，聯(lián)結(jié)緊密；

梁截面的高寬比小于4；抗剪要求，避免形成薄腹梁降低其抗剪性能；梁凈跨與截面高度之比宜大于4；避免形成深梁，以抗剪為主，脆性破壞?？紤]強(qiáng)度與剛度的需要，取值如下：框架梁高h(yuǎn)＝1/8~1/14l，l為梁跨；通常取1/10l；框架梁寬b=1/2~1/3h；一般不小于300mm。柱——截面構(gòu)造尺寸柱的截面高度不宜小于300mm；小于時(shí)其承載力需做20%的折減，一般采用方形柱，不用變截面柱，只改變混凝土標(biāo)號(hào)。以此來(lái)初步確定柱的截面尺寸?？v橫兩個(gè)方向上不宜相差過(guò)大。矩形柱邊長(zhǎng)比不宜超過(guò)1.5。柱凈高與截面高度之比不宜小于4。小于4，變形能力要求較高，因?yàn)槎讨鶆偠却笠准魤?，需設(shè)全長(zhǎng)加密箍筋。層高與柱截面高度之比不宜大于15經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，大于15時(shí)不易滿(mǎn)足水平側(cè)移要求。柱——截面計(jì)算尺寸柱的截面尺寸估算（按軸壓比）μc：允許軸壓比，三級(jí)0.9,二級(jí)0.8,一級(jí)0.7。N:豎向荷載與地震作用組合的最大軸力設(shè)計(jì)值。rG：分項(xiàng)系數(shù)，取為1.2；w：?jiǎn)挝幻娣e重量，取為12~14kN/m2；S：柱承載樓面面積；n：柱設(shè)計(jì)截面以上樓層數(shù)；1：一、二級(jí)抗震設(shè)計(jì)角柱為1.3，其余為1.02：水平力使軸力增大的系數(shù)，7度1.05，8度1.1，9度1.2。11.4框架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用與建筑藝術(shù)