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第三章_框架结构

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第三章框架结构 第三章_框架结构 第三章框架结构第三章框架结构第三章
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第三章 框架结构体系 3-1 框架结构的特点、优点和分类 3-2 框架的类型 3-3 框架的布置、柱网尺寸及构件截面尺寸 3-4 框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合 3-5 框架结构的受力特点与适用层数和高宽比 3-1 框架结构的特点、优点和分类 框架结构体系 (a)横向框架体系;(b)纵向框架体系 一、框架结构特点 n受力特点:刚结点,受力性能好(梁、柱 ) 剪切型剪切型 n变形特征 一、框架结构特点 弯曲型弯曲型总变形总变形总变形总变形 n优点: n建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便 n构件类型少,易于标准化、定型化; n可以采用预制构件,也易于采用定型模板而做成现 浇结构,有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇 半预制结构。 n现浇结构的整体性好,抗震性能好,在地震区应优 先采用。 n n 缺点缺点:抗侧刚度低,20层以下建筑 n适用范围:办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和 实验室等 二、框架结构的优缺点及适用范围 3-2 框架的类型 1.按框架构件组成划分 (1)梁板式结构(多层和高层) (2)无梁式结构(仓库、冷藏库) 2 2 按框架的按框架的施工方法划分施工方法划分 n(1)现浇整体式框架:工地现浇 优点:结构整体性及抗震性能好,节省钢材,构件尺寸不受标准构件 限制; 缺点:现场工作量大,模板消耗多,施工周期较长。 n(2)装配式框架: 优点:构件可以在工厂预制,质量容易保证,施工现场的工作量较少 ,比现浇框架节省模板并能缩短工期; 缺点:增加了框架的节点连接,用钢量大整体性较差,抗震性能差。 n(3)装配整体式框架 预制梁、柱,装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体,结 构的整体性和抗震性介于现浇和装配式构件之间,保证了节点的刚 度,比全现浇节省模板,加快了施工进度,但增加了后浇混凝土的 工序。 3-2 框架的类型 装配式混凝土框架 预制长柱 预制主梁 预制槽形板 预制卡板 装配整体式混凝土框架 预制短柱 迭合梁 装配整体式混凝土框架 装配整体式混凝土框架 预制长柱 钢框架铰接 连接角钢 柱 梁 1 1 1—1 钢框架刚接 T形连接件 3 3 按承重结构划分按承重结构划分 (1)全框架 (2)内框架:降低房屋造价 缺点:钢筋混凝土和砖墙刚度不协调,房屋整体 性和总体刚度差,抗震性能差 3-2 框架的类型 4 装配(整体)式框架的构件划分 n(1)短柱单梁式:制作、运输、安装方便,但接头多,施工复杂 n(2)长柱单梁式:减少柱子接头,增加了结构的整体性;但柱子长 ,运输困难,吊装内力大,长度不宜超过16米 n(3)组合单元式:接头少,增加了结构的整体性;构件制作复杂, 运输困难,起重吨位大 5 装配(整体)式框架的接头型式 1.梁与柱的接头 n暗牛腿刚接方式 n明牛腿刚接方式 2.柱与柱的接头方式--焊接连接 3.梁与板的接头方式--迭合梁式 33- -3框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸3框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸 一、框架的布置 二、承重框架的布置 •横向框架承重方案 纵向布置连系梁。横向抗侧 刚度大。有利采光和通风。 •纵向框架承重方案 横向布置连系梁。横向抗侧刚 度小。有利获得较高净空。适 应于层数不多的无抗震要求的 厂房 •纵横向框架承重方案 两个方向均有较好的抗侧刚度 。 框架承重方案与楼盖布置有关 单向板楼盖双向板楼盖 二、柱网尺寸 (一)基本要求 1框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐 2要满足生产工艺和建筑平面布置的要求 3要使结构受力合理,施工方便 4柱网尺寸应符合经济原则经济原则和尽量符合模数 •结构受力合理(均匀、对称、对直、贯通,尽量避免缺梁抽柱) •方便施工 对称三跨。 房间进深:6m、6.6m、6.9m 走廊跨度:2.4m、2.7m、3.0m 开间方向柱距:3.6~8m 适用范围适用范围::旅馆、教学、办公、医院旅馆、教学、办公、医院 ØØ 内廊式内廊式 (二)分类 内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨式柱网 客房与卫生间 客房与卫生间 走道 7500 2000 7500 3900 3900 5000 5000 7000 6000 4000 5000 2000 7000 6000 4000 教室 走道 6000 6000 3900 2400 走道 6000 6000 7800 2400 教室 等跨式柱网:常用跨度为6米、7.5米、9米、12米 开间方向柱距:6m 适用范围适用范围::厂房、仓库、商店厂房、仓库、商店 Ø 等跨式柱网 对称不等跨式柱网 n注意: n无论是工业或民用建筑的柱网布置,当 房屋长度较大(55米)时,宜需设置伸 缩缝,在缝的两侧应各自设置框架 • (三) 构件截面尺寸 • 框架横梁截面: • 梁高h=(1/8~1/12)l梁跨 • 梁宽b=(1/2~1/3)h梁高 • 框架柱截面的宽与高=(1/15~1/20)Hi层 高 四、抗震设防区框架体系结构布置的要求 1. 结构平面布置简单、规则、对齐、对称,有利于抵抗水平荷载 n平面形状:板式、塔式 n板式是指房屋宽度较小,而长度较大的建筑 n为了增加板式结构的侧向刚度和稳定,避免“一字形”建筑,可以做成 折板式或曲线式。 n塔式则是指平面的长度和宽度相接近的建筑 n在塔式建筑中,常用圆形、方形、长宽比较小的矩形、Y形、井形、 三角形或其他各种形状。 (一)结构平面布置的原则 增大房屋等效厚度(1) 增大房屋等效厚度(2) 北京国际饭店: 2. 尽量避免部分突出及刚度突变 3.控制房屋的长宽比 L/B不宜超过4.0 (一)结构平面布置的原则 抗震建筑平面 不利抗震建筑平面 日本建议的建筑平面 4.抗侧力结构的布置 应尽可能使房屋的刚度 中心与地震力合力作用 线接近或重合 (一)结构平面布置的原则 不利抗震的结构布置 5.抗侧力结构的布置 应使房屋中各部分的 刚度均匀,不应过分 悬殊 (一)结构平面布置的原则 6.在烈度较高的抗震设防 区、楼、电梯间不宜布 置在结构单元的两端和 拐角部位 (一)结构平面布置的原则 1. 沿房屋的竖向高度刚度和质量分布均匀,不要发 生过大的突变,尽量避免夹层、错层、抽柱现象 (二)结构立面布置的原则 结构薄弱层反应 n7. 各层楼板应尽可能设置 在同一标高上,尽可能不 采用复式框架 长、短柱共存现象 n下刚顶柔结构,容易出现“辫梢”效应。震害调查 表明:房屋顶部突出结构震害严重 n南开大学主楼 突出部分的体型越细长,则摆动影响越大,鞭梢效 应越明显,当突出部分高度小于下部高度的1/5时, 其摆动影响可不考虑 •房屋顶部不宜有 局部突出和刚度 突变,如不能避 免,突出部分应 逐步收小,并需 作抗震验算 •竖向规则建筑: 立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的 25%; 楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%, 且连续三层的总刚度下降不超过50%。 n底柔上刚结构,底部容易破坏 H是指建筑物地面到檐口高度 B是指建筑物平面的短方向总宽 5、控制结构高宽比H/B 6、合理地设置变形缝 •高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算 n6注意控制房屋的侧向变位和层间相对变位, 并对填充墙采取适当的加强措施(在填充墙内 设轻钢或钢筋混凝土骨架并与框架连接等) 控制房屋的侧向变位和层间相对 变位的作用: (1)防止竖向荷载引起的附加 弯矩的加剧 (2)防止填充墙的装修材料的 破坏 (3)避免相邻房屋的相互碰撞 (4)减轻摇晃的感觉 n8房屋高低层不宜用牛腿相连,宜用防震缝分开 9柱子净高与截面长边的比值宜大于4 3-4 框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合 底层收进:立面效果 底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩 一、框架带悬挑与建筑艺术的有效结合 •框架两端纵横两向 同时悬挑 •外形对称减少侧移 •角柱受力合理 •建筑造型合理协调 连续梁端部适当悬 挑有利于减少跨中 弯矩 • 从力学结构角度,悬臂外伸越长,悬臂的挠度越大 ,不经济 • 经济合理的悬臂外伸长度以悬臂弯矩与内梁跨中弯 矩的大小差不多为宜 • 一般,均布荷载作用情况下,悬臂外伸长度不应大 于1/2内跨长度,也不应小于1/4内跨长度,约为1/3 内跨长度比较合适 框架悬挑的外伸长度 二、在复杂的建筑平面体型上进行简单的框架柱网布置 越简单规则整齐对结构越有利,经济效果越好 建筑艺术的效果:周边复杂的形式 在复杂的建筑平面上力求简单的框架柱网布置 4-5 框架结构的受力特点与适用层数和高宽比 一、框架结构的受力特点 1.竖向荷载 框架层数的增加而框架的变形和弯矩没有显著的变化 框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系 • 2.水平荷载 框架的层数越多,产生的水平位移越大,框架的内力 也随层数的增加而迅速增长,层数超过一定程度时, 水平荷载产生的内利远远大于竖向荷载产生的内力。 这时,水平荷载对设计起主要控制作用。 n1框架结构层数较少时,竖向荷载起控制作用,框架结构比 较经济。 n2当房屋向更高的层数发展时,采用框架结构将会产生矛盾 : n(1)强度方面:由于层数和高度的增加,竖向荷载和水平 荷载产生的内力都要相应增大,特别是水平荷载产生的内力 增加更快。当高度达到一定的数值,框架中将产生相当大的 内力。 n(2)刚度方面:随着房屋高度的增加,在水平荷载作用下 ,框架结构本身柔性较大,水平位移成为重要的控制因素。 n要满足强度和刚度的要求,就必须增大构件的截面尺寸,太 大不经济,甚至不合理。 合理层数是6~15层,最经济是10层左右。高宽比:5~7 结论 减小柱距 增加横梁 梁柱组合效果
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