第四篇-钢筋溷凝土框架结构.ppt
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1、第四篇 钢筋混凝土框架结构,zhang-jinyuan,2,2019/6/15,定义,多高层建筑结构的常用形式之一; 也是高层建筑的基本结构单元; 由梁和柱为主要构件组成。,zhang-jinyuan,3,2019/6/15,类型,按框架构件组成分类 梁板式结构 由梁、板、柱三种基本构件组成。这种骨架形式的框架结构,广泛用于多层与高层房屋建筑上,是典型的框架结构型式。 本章讨论的主要是这种框架结构型式。 无梁式结构 由板、柱组成,实质是无梁楼盖结构。 柱与楼板整体连接(板柱的连接刚度比梁柱的连接刚度小),柱除承受轴向力外,柱端弯矩按“等代框架法”进行计算。 从结构选型的角度来说,无梁楼盖不是骨
2、架体系。 从结构受力角度看,其内力分析与框架结构类似,也是框架结构的一种。,zhang-jinyuan,4,2019/6/15,类型,按框架的施工方法 现浇整体式框架 构件均在现场浇注成整体,整体性和抗震性好, 构件尺寸不受限制。对使用功能的适用性大。 装配式框架 框架构件采取预制安装,施工进度快,工业化程度高。 构件节点连接构造应达到刚性节点的要求。 节点连接构造的作法仍在不断研究改进中。 现在未普及应用。,zhang-jinyuan,5,2019/6/15,类型,按框架的施工方法 半现浇框架 梁柱现浇、楼板预制;或现浇柱、预制梁板。 节点构造简单,比全现浇框架可节约模板20左右 比全装配框
3、架可以节约钢材和水泥20左右。 结构整体性强,抗震能力高。 装配整体式框架 将预制梁、柱装配就位后,通过局部现浇混凝土使构件联结成整体的框架。 保证了节点的刚接,结构整体性好,可省去连接件,但增加了现场浇捣混凝土的工作量, 更适合于地震区采用。,zhang-jinyuan,6,2019/6/15,类型,按框架的承重结构 全框架(纯框架) 楼、屋面荷载全部由框架承担; 外墙仅起围护作用; 整体性和抗震性好;属于纯框架。 内框架(半框架、龙骨架) 楼、屋面荷载由框架和外墙共同承担; 计算简图形象如龙骨,故也称之为“龙骨架” ; 房屋层数不多且外墙足够厚时,可采用内框架; 两种材料刚度不协调,整体性
4、和总体刚度比较差。 有抗震要求的房屋不宜采用。,zhang-jinyuan,7,2019/6/15,第四篇 钢筋混凝土框架结构,优点 建筑平面布置灵活; 结构自重较轻,在一定的高度范围内造价较低; 结构整体性和抗震性好。 缺点 本身的柔性较大,抗侧刚度较小,在风荷载作用下水平位移较大; 在地震作用下,非结构构件破坏比较严重。宜采用重量轻且又能承受较大变形的隔墙材料。 在高烈度地区,由于层间位移和顶点位移的限制,建筑较高时将难以满足要求,或虽能满足但梁柱截面尺寸过大,配筋也较多,不够经济; 梁柱节点构造复杂,在装配式框架结构中更为突出。,zhang-jinyuan,8,2019/6/15,第四篇
5、 钢筋混凝土框架结构,应用范围: 框架结构不宜用于层数较多的高层建筑,一般多用于办公楼、教学楼、旅馆及工业厂房等多层建筑中; 一般在非地震区,钢筋混凝土框架结构可用于15层以下建筑; 在一般地震区则以不超过1012层为宜, 8度及8度以上烈度的地震区,一般以8层以下为最佳。,第一章 框架结构设计的基本要求,1.1 结构布置与结构体系 1.2 梁、柱截面尺寸及布置 1.3 填充墙布置,zhang-jinyuan,10,2019/6/15,1.1 结构布置与结构体系,结构布置 包括结构平面布置和结构剖面布置。对于一般楼面标高变化不大的房屋可只作结构平面布置。对于同一层楼面标高变化较大的房屋,梁、板
6、的标高较为复杂时,尚应进行结构剖面布置,显示结构构件的空间位置的相互关系。 结构布置应在建筑平面、立面和剖面确定之后进行,且应注意结构层与建筑层的关系。首层结构梁板应参照二层建筑平面图进行布置,但雨篷和过梁等位于层高半腰位置的构件应参照首层建筑平面图进行布置。 结构布置图是结构工程师估算结构设计工作量、确定结构计算简图、进行荷载计算的依据,也是利用程序直接进行电算的主要依据,同时还是施工人员了解结构总体布置、结构构件类型及其平面和空间位置的主要根据。,zhang-jinyuan,11,2019/6/15,1.1 结构布置与结构体系,结构布置 钢筋混凝土框架结构一般抗侧刚度较差,节点受压、受剪等
7、应力状态复杂,在烈度较高的地震作用下,框架梁柱节点均易于产生各种破坏, 在方案及选型设计时,框架结构体系的建筑体型及结构布置应符合抗震构造要求。,zhang-jinyuan,12,2019/6/15,1.1.1 结构体系,双向抗侧力体系 框架结构只能承受自身平面内的水平力,因此框架应沿建筑的两个主轴双向设置,形成双向梁柱抗侧力体系。 刚接体系 除个别部位外,框架的梁柱应采用刚接,以增大结构刚度和整体性;抗震设计时不宜采用单跨框架。 纯框架体系 抗震设计的框架结构,不应采用部分由砌体承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等,应采用框架承重结构,不应采用砌体
8、墙承重。,zhang-jinyuan,13,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。 布置原则 建筑设计 应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案 结构设计 满足建筑功能要求, 使结构合理、受力明确、传力直接。 结构传力路径简单、合理、抗震子结构明确 有利于抵抗水平和竖向荷载,受力明确,传力直接,减少扭转,zhang-jinyuan,14,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,平面布置 应力求简单、规则、对称、均匀,质心与刚心宜接近,以减少扭转;避免过大内收和外伸(凹角处应力集中),
9、避免平面不规则结构, 竖向布置 沿高度之刚度、质量分布应均匀、连续; 避免立面不规则结构。,zhang-jinyuan,15,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。a)有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%,b)开洞面积大于该层楼面面积的30%,c)较大的楼层错层,楼 板 局 部 不连续,结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%,凹 凸 不规则,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2倍,扭 转不规则,定 义,不规则 类 型,zhang-jinyuan,16,201
10、9/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,1.扭转不规则,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2倍,zhang-jinyuan,17,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%,2.凹凸不规则,zhang-jinyuan,18,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,平面不规则的类型,3.楼板局部 不连续,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。 a) 有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%, b) 开洞面积大于该层楼面面积的30%, c
11、) 较大的楼层错层,zhang-jinyuan,19,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%,楼层承载力突变,竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等向下传递,竖向抗侧力构件不连续,该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%,侧向刚度不规则,定 义,不规则 类 型,zhang-jinyuan,20,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,1.侧向刚度不规则,该层的侧
12、向刚度小于相邻上一层的70%, 或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%; 除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%,软弱层,zhang-jinyuan,21,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,2.竖向抗侧力构件 不连续,竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递,zhang-jinyuan,22,2019/6/15,1.1.2 建筑结构的规则性,竖向不规则的类型,3.楼层承载力突变,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%,薄弱层,zhang-jinyuan,23,2019/6/15,1.1.2
13、 变形缝,优点 设置变形缝后,结构虽然变得简单、规则 问题 由于缝两侧均需布置框架而使结构复杂和建筑使用不便; 较大的变形缝使建筑立面处理困难; 地下部分容易渗漏、防水处理困难; 在地震区,地震时缝两侧结构进入弹塑性状态,位移急剧增大而发生相互碰撞,产生严重的震害。,zhang-jinyuan,24,2019/6/15,1.1.2 变形缝,处理原则 一般情况下宜采用调整平面形状与尺寸、加强构造措施,设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。 建筑设计方面 应采用调整平面形状、尺寸、体型等措施 结构设计方面 应选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等 施工方面 分阶段施工、设置后浇带、加强保温隔热
14、等措施。,zhang-jinyuan,25,2019/6/15,1.1.3 变形缝,伸缩缝 当房屋的长度较大时,温度收缩会使结构产生裂缝。宜将房屋上部结构用伸缩缝断开。 沉降缝 (1)建筑平面的转折部位; (2)高度差异(或荷载差异)较大处; (3)地基土的压缩性有显著差异处; (4)建筑结构(或基础)类型不同处; (5)分期建造房屋的交界处; 过长的钢筋泥凝上框架结构的适当部位,宜将伸缩缝与沉降缝合并设置。 伸缩缝与沉降缝的宽度一般不小于50mm。,zhang-jinyuan,26,2019/6/15,1.1.3 变形缝,防震缝 考虑因素 防震缝的设置,主要与建筑平面形状、高差、刚度和质量分
15、布等因素有关。 设置要求 防震缝宽度应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况确定, 应将房屋划分为简单规则的形状,使每一部分成为独立的抗震单元。避免地震作用下薄弱部位造成震害。 其两侧的上部结构应完全分开。 抗震设计的建筑结构,当需要设伸缩缝、沉降缝时,也应符合防震缝宽度的要求。,zhang-jinyuan,27,2019/6/15,1.1.3 变形缝,防震缝 最小宽度要求,zhang-jinyuan,28,2019/6/15,1.1.3 变形缝,防震缝 最小宽度要求 防震缝两侧结构类型不同时,按不利体系考虑,并按低的房屋高度计算缝宽。,zhang-jinyuan,
16、29,2019/6/15,1.1.3 变形缝,防震缝 高低层不宜用牛腿相连,宜用防震缝分开。 高低层相连,高度和重量相差悬殊,振动时频率不同,必然互相推拉挤压,使牛腿连接处产生很大的应力集中,在反复的拉力、压力作用下,容易引起牛腿破坏。,牛腿破坏,zhang-jinyuan,30,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,原则 框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求,又要使结构受力合理,施工方便。 柱网布置应力求做到简单、规则、整齐,柱网尺小应符合经济原则,尽量符合模数; 考虑因素 柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求,施工条件及材料设备等各方面因素来确定。 从使用上来说,柱网尺寸
17、愈大愈好;但梁的截面高度不仅影响建筑净高,而且对框架的抗侧刚度的影响很大。 考虑到抗震设计时的延性要求,梁的截面尺寸不宜太大,因此框架结构柱网尺寸宜为68m,不宜超过9m。 需要大尺寸的柱网(如912m)时,应考虑采用预应力混凝土粱。,zhang-jinyuan,31,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,A 多层工业厂房 既要满足生产工艺和建筑平面布置的要求,又要使结构受力合理,施工方便。 生产工艺的要求是厂房平面设计的主要依据。 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式、对称不等跨式,zhang-jinyuan,32,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,A 多层工业厂房 内廊式 内廊式柱
18、网常为对称三跨(A+B+A): A边跨跨度(房间进深)常为6m、6.6 m、6.9m, B中间跨为走廊,跨度常为2.4m、2.7m、3.0m。 开间方向,柱距为6m。 等跨式 等跨式柱网适用于厂房、仓库 进深常为6m、7.5m、9 m、12m,从经济考虑不宜超过9m。 开间方向的柱距常为6m。 对称不等跨式 常用于建筑平面宽度较大的厂房,zhang-jinyuan,33,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,B 多层民用建筑 民用房屋种类繁多,功能要求各有不同,难以硬性统一 一般情况下,柱网尺寸的适宜范围为: 柱距,3.38m(单开间或双开间); 跨度:612m(从经济考虑不宜超过9m)。
19、 柱网平面布置主要有内廊式、等跨式,zhang-jinyuan,34,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,C复杂平面上的柱网 框架柱网布置越简单、规则、整齐对结构就越有利,经济效果就越好。 从建筑的角度出发,高层建筑常常采用周边复杂的形式以提高建筑的艺术效果。 在复杂的建筑平面上,力求简单的框架柱网布置,是一个很重要的配合问题。 典型的房屋平面布置形式和柱网布置方法以及现代建筑中的几个实例。,zhang-jinyuan,35,2019/6/15,1.1.4 柱网布置,C复杂平面上的柱网 典型实例,zhang-jinyuan,36,2019/6/15,1.1.5 楼、电梯间布置,在烈度较高
20、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。 在地震力作用下,由于结构单元的两端扭转效应最大,拐角部位受力更是复杂,而各层楼板在楼、电梯间处都要中断,致使受力不利,容易发生震害。 如果楼、电梯间必须布置在两端或拐角处,则应采取加强措施。,zhang-jinyuan,37,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,柱 柱的截面高度不宜小于300mm; 小于时其承载力需做20%的折减, 一般采用方形柱,不用变截面柱,只改变混凝土标号。以此来初步确定柱的截面尺寸。 纵横两个方向上不宜相差过大。 矩形柱边长比不宜超过1.5。 柱净高与截面高度之比不宜小于4。 小于4,变形能力要
21、求较高,因为短柱刚度大易剪坏,需设全长加密箍筋。 层高与柱截面高度之比不宜大于15 经验数值,大于15时不易满足水平侧移要求。,zhang-jinyuan,38,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,柱 截面尺寸估算(按轴压比),mc:允许轴压比,三级0.9,二级0.8,一级0.7。 N :竖向荷载与地震作用组合的最大轴力设计值。 gG:分项系数,取为1.2; w:单位面积重量,取为1214kN/m2; S:柱承载楼面面积; n:柱设计截面以上楼层数; b1:一、二级抗震设计角柱为1.3,其余为1.0 b2:水平力使轴力增大的系数,7度1.05,8度1.1,9度1.2。,zhang
22、-jinyuan,39,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,框架梁 梁宽不宜小于200mm,且不宜小于柱宽的1/2; 节点要求,联结紧密; 梁截面的高宽比小于4; 抗剪要求,避免形成薄腹梁降低其抗剪性能; 梁净跨与截面高度之比宜大于4; 避免形成深梁,以抗剪为主,脆性破坏。 考虑强度与刚度的需要,取值如下: 框架梁高h1/81/14 l, l为梁跨;通常取1/10 l; 框架梁宽b=1/21/3h;一般不小于300mm。,zhang-jinyuan,40,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,框架梁 截面尺寸估算 将框架梁看作简支梁,计算跨中弯矩M0 。 取框架梁弯矩
23、 M =(0.50.7)M0 取经济配筋率 r = 0.81.5% 取框架梁宽b=300,计算受压区相对高度 x,zhang-jinyuan,41,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,次梁 作用 承托围护墙、隔墙 减小板的跨度 洞口边缘的封梁 梁高h( l为梁跨) 简支梁:h1/121/15 l ;连续梁:h1/121/20 l 井字梁:h1/151/20 l ;悬挑梁:h1/51/7 l 梁宽b 梁宽b=1/21/3h;一般取200mm,250mm。 托隔墙时,一般与墙同宽。,zhang-jinyuan,42,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,梁柱偏心 框架结构
24、梁、柱中心线宜重合。 当梁柱中心线不能重合时,计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响,及梁荷载对柱的偏心影响。 梁柱中线之间偏心距 9度抗震设计时不应大于柱截面在该方向宽度的1/4; 非抗震设计和68度抗震设计时不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4。,zhang-jinyuan,43,2019/6/15,1.2 梁、柱截面尺寸及布置,过大偏心处理 若建筑上要求柱墙外平,则梁宽应不小于柱在该方向宽度的一半。不满足该要求时,可在梁上设外挑沿,承托填充墙;或增设梁的水平加腋。 设置水平加腋后,在计算中仍应考虑梁柱偏心的不利影框架结构梁、柱中心线宜重合。,zhang-jinyuan,44,
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