第三章 框架结构PPT讲稿.ppt

第三章 框架结构第1页，共69页，编辑于2022年，星期二-1-1 框架结构的特点、优点和适用范围框架结构的特点、优点和适用范围一、特点一、特点 受力特点受力特点 框架结构的变形特征框架结构的变形特征框架结构的变形特征框架结构的变形特征二、框架结构的优缺点二、框架结构的优缺点二、框架结构的优缺点二、框架结构的优缺点三、适用范围三、适用范围第2页，共69页，编辑于2022年，星期二一、一、框架结构的特点框架结构的特点（）受力特点：（）受力特点：刚结点，受力性能好（梁、柱）刚结点，受力性能好（梁、柱）第3页，共69页，编辑于2022年，星期二 变形特征变形特征变形特征变形特征剪切型剪切型剪切型剪切型弯曲型弯曲型弯曲型弯曲型第4页，共69页，编辑于2022年，星期二优点：优点：n建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便n构件类型少，易于标准化、定型化构件类型少，易于标准化、定型化,外墙采用轻质填充材料时，结构自外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。重小。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。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。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。二、框架结构的优缺点及适用范围二、框架结构的优缺点及适用范围第5页，共69页，编辑于2022年，星期二n n缺点缺点缺点缺点：抗侧刚度低，层以下建筑：抗侧刚度低，层以下建筑n适用范围适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等室和实验室等第6页，共69页，编辑于2022年，星期二-2-2 框架的类型框架的类型1.1.按框架构件组成划分按框架构件组成划分（1 1）梁板式结构）梁板式结构(多层和高层多层和高层)（2 2）无梁式结构（仓库、冷藏库）无梁式结构（仓库、冷藏库）第7页，共69页，编辑于2022年，星期二2 2 按框架的施工方法划分按框架的施工方法划分（）现浇整体式框架（）现浇整体式框架：工地现浇：工地现浇优点：优点：结构整体性及抗震性能好，节省钢材；结构整体性及抗震性能好，节省钢材；缺点：缺点：现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。（）装配式框架（）装配式框架：优点：优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工现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；场的工作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期；缺点：缺点：增加了框架的节点连接，用钢量大增加了框架的节点连接，用钢量大 整体性较差。整体性较差。第8页，共69页，编辑于2022年，星期二 （）装配整体式框架（）装配整体式框架 其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前两种框架的优点。两种框架的优点。第9页，共69页，编辑于2022年，星期二装配式混凝土框架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装配整体式混凝土框架装配整体式混凝土框架预制长柱第10页，共69页，编辑于2022年，星期二钢框架铰接钢框架铰接连接角钢柱梁1111钢框架刚接钢框架刚接T形连接件第11页，共69页，编辑于2022年，星期二3 3 按承重结构划分按承重结构划分（1 1）全框架）全框架（2 2）内框架：降低房屋造价）内框架：降低房屋造价 缺点：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，抗震差，抗震 性能差。性能差。第12页，共69页，编辑于2022年，星期二4 4 装配（整体）式装配（整体）式框架的构件划分框架的构件划分（1 1）短柱单梁式：制作、运输、安装方便，但接头多，施工复杂）短柱单梁式：制作、运输、安装方便，但接头多，施工复杂（2 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）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，长度不宜超过米困难，吊装内力大，长度不宜超过米（3 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）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，起重吨位大位大第13页，共69页，编辑于2022年，星期二5 5 装配（整体）式框架的接头型式装配（整体）式框架的接头型式1.1.梁与柱的接头梁与柱的接头n暗牛腿刚接方式暗牛腿刚接方式n明牛腿刚接方式明牛腿刚接方式2.2.柱与柱的接头方式柱与柱的接头方式-焊接连接焊接连接3.3.梁与板的接头方式梁与板的接头方式-迭合梁式迭合梁式第14页，共69页，编辑于2022年，星期二-框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸框架的布置、柱网尺寸、及构件截面尺寸按承重框架布置方向分为三种：按承重框架布置方向分为三种：1.1.主要承重框架横向布置主要承重框架横向布置2.2.主要承重框架纵向布置主要承重框架纵向布置3.3.主要承重框架纵横两向布置主要承重框架纵横两向布置一、框架的布置一、框架的布置第15页，共69页，编辑于2022年，星期二1.1.主要承重框架横向布置主要承重框架横向布置特点：特点：横向梁为主梁，纵向梁为横向梁为主梁，纵向梁为次梁（连系梁）次梁（连系梁）优点：优点：承重框架横向布置可有效提高纵房屋承重框架横向布置可有效提高纵房屋横向的抗侧力强度和刚度；横向的抗侧力强度和刚度；有利于立面处理和室内采光有利于立面处理和室内采光第16页，共69页，编辑于2022年，星期二横向框架承重方案横向框架承重方案纵向布置连系梁。纵向布置连系梁。横向抗侧刚度大。横向抗侧刚度大。有利采光和通风。有利采光和通风。第17页，共69页，编辑于2022年，星期二2.2.主要承重框架纵向布置主要承重框架纵向布置特点：特点：纵向梁为主梁，横向梁为纵向梁为主梁，横向梁为次梁（连系梁）次梁（连系梁）优点优点：有利于楼层净高的有效利用，：有利于楼层净高的有效利用，房屋的使用划分比较灵活；房屋的使用划分比较灵活；缺点缺点：横向很差刚度；：横向很差刚度；适用范围适用范围：层数不多的无抗震要求：层数不多的无抗震要求的厂房的厂房第18页，共69页，编辑于2022年，星期二纵向框架承重方案纵向框架承重方案横向布置连系梁。横向布置连系梁。横向抗侧刚度小。横向抗侧刚度小。有利获得较高净空。有利获得较高净空。第19页，共69页，编辑于2022年，星期二两个方向均有较好的抗侧刚度。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框架承重方案与楼盖布置有关单向板楼盖单向板楼盖双向板楼盖双向板楼盖3.3.主要承重框架纵横向布置主要承重框架纵横向布置第20页，共69页，编辑于2022年，星期二纵横向框架承重方案纵横向框架承重方案第21页，共69页，编辑于2022年，星期二二、柱网尺寸二、柱网尺寸（一）基本要求：（一）基本要求：n框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐n要满足生产工艺和建筑平面布置的要求要满足生产工艺和建筑平面布置的要求n要使结构受力合理，施工方便要使结构受力合理，施工方便n柱网尺寸应符合柱网尺寸应符合经济原则经济原则经济原则经济原则和尽量符合和尽量符合模数模数第22页，共69页，编辑于2022年，星期二（二）分类（二）分类n内廊式柱网、内廊式柱网、n等跨式柱网、等跨式柱网、n对称不等跨式柱网对称不等跨式柱网第23页，共69页，编辑于2022年，星期二结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）结构受力合理（均匀、对称、对直、贯通，尽量避免缺梁抽柱）第24页，共69页，编辑于2022年，星期二方便施工方便施工第25页，共69页，编辑于2022年，星期二对称三跨。对称三跨。房间进深：房间进深：6m6m、6.6m6.6m、6.9m6.9m走廊跨度：走廊跨度：2.4m2.4m、2.7m2.7m、3.0m3.0m开间方向柱距：开间方向柱距：3.68m3.68m内廊式内廊式内廊式内廊式适用范围适用范围适用范围适用范围：旅馆、教学、办公、医院：旅馆、教学、办公、医院：旅馆、教学、办公、医院：旅馆、教学、办公、医院第26页，共69页，编辑于2022年，星期二客房与卫生间客房与卫生间客房与卫生间客房与卫生间走道走道7500240075004200第27页，共69页，编辑于2022年，星期二3900540054006600第28页，共69页，编辑于2022年，星期二6000420054002400720060004200第29页，共69页，编辑于2022年，星期二教室教室走道走道6000600039002400走道走道6000600078002400教室教室第30页，共69页，编辑于2022年，星期二等跨式柱网：常用跨度为等跨式柱网：常用跨度为6 6米、米、7.57.5米、米、9 9米、米、1212米米开间方向柱距：开间方向柱距：6m6m适用范围适用范围：厂房、仓库、商店厂房、仓库、商店厂房、仓库、商店厂房、仓库、商店等跨式柱网等跨式柱网第31页，共69页，编辑于2022年，星期二对称不等跨式柱网对称不等跨式柱网第32页，共69页，编辑于2022年，星期二注意：注意：n无论是工业或民用建筑的柱网布置，当房屋长度较大无论是工业或民用建筑的柱网布置，当房屋长度较大（5555米米）时，均需设置伸缩缝，在缝的两侧应各）时，均需设置伸缩缝，在缝的两侧应各自设置框架自设置框架第33页，共69页，编辑于2022年，星期二框架横梁截面：框架横梁截面：n梁高梁高h=(1/8-1/12)lh=(1/8-1/12)l梁跨梁跨n梁宽梁宽b=(1/2-1/3)hb=(1/2-1/3)h梁高梁高n框架柱截面的宽与高框架柱截面的宽与高=(1/15-1/20)H=(1/15-1/20)H层高层高三、构件截面尺寸三、构件截面尺寸第34页，共69页，编辑于2022年，星期二第35页，共69页，编辑于2022年，星期二四、抗震设防区框架体系结构布置的要求四、抗震设防区框架体系结构布置的要求四、抗震设防区框架体系结构布置的要求四、抗震设防区框架体系结构布置的要求1.1.结构平面布置简单、规则、对齐、对称，结构平面布置简单、规则、对齐、对称，有利于抵抗水平荷载有利于抵抗水平荷载平面形状：平面形状：n板式板式n塔式塔式（一）结构平面布置的原则（一）结构平面布置的原则第36页，共69页，编辑于2022年，星期二n板式板式是指房屋宽度较小，而长度较大的建筑是指房屋宽度较小，而长度较大的建筑 为了增加板式结构的侧向刚度和稳定，避免为了增加板式结构的侧向刚度和稳定，避免“一字形一字形”建筑，可以做成折板式或曲线式。建筑，可以做成折板式或曲线式。n塔式塔式则是指平面的长度和宽度相接近的建筑则是指平面的长度和宽度相接近的建筑 在塔式建筑中，常用圆形、方形、长宽比较小的矩形、在塔式建筑中，常用圆形、方形、长宽比较小的矩形、Y Y形、井形、三角形或其他各种形状。形、井形、三角形或其他各种形状。第37页，共69页，编辑于2022年，星期二第38页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：增大房屋等效厚度（图例：增大房屋等效厚度（1）第39页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：增大房屋等效厚度（图例：增大房屋等效厚度（2）第40页，共69页，编辑于2022年，星期二北京国际饭店：第41页，共69页，编辑于2022年，星期二.尽量避免部分突出及刚度突变尽量避免部分突出及刚度突变.控制房屋的长宽比控制房屋的长宽比L/BL/B不宜超过不宜超过4.04.0（一）结构平面布置的原则（一）结构平面布置的原则第42页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：抗震建筑平面图例：抗震建筑平面第43页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：不利抗震建筑平面图例：不利抗震建筑平面第44页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：日本建议的建筑平面图例：日本建议的建筑平面第45页，共69页，编辑于2022年，星期二第46页，共69页，编辑于2022年，星期二 抗侧力结构的布置应尽可抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震力能使房屋的刚度中心与地震力合力作用线接近或重合合力作用线接近或重合（一）结构平面布置的原则（一）结构平面布置的原则第47页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：不利抗震的结构布置图例：不利抗震的结构布置第48页，共69页，编辑于2022年，星期二 .抗侧力结构的布置应使抗侧力结构的布置应使房屋中各部分的刚度均匀，房屋中各部分的刚度均匀，不应过分悬殊不应过分悬殊（一）结构平面布置的原则（一）结构平面布置的原则第49页，共69页，编辑于2022年，星期二 .在烈度较高的抗震设防区、在烈度较高的抗震设防区、楼、电梯间不宜布置在结构单元楼、电梯间不宜布置在结构单元的两端和拐角部位的两端和拐角部位（一）结构平面布置的原则（一）结构平面布置的原则第50页，共69页，编辑于2022年，星期二1.1.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、抽柱现象变，尽量避免夹层、错层、抽柱现象（二）结构立面布置的原则（二）结构立面布置的原则第51页，共69页，编辑于2022年，星期二第52页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：结构薄弱层反应图例：结构薄弱层反应第53页，共69页，编辑于2022年，星期二 2.2.各层楼板应尽可能设置在同各层楼板应尽可能设置在同一标高上，尽可能不采用复式一标高上，尽可能不采用复式框架框架（二）结构立面布置的原则（二）结构立面布置的原则第54页，共69页，编辑于2022年，星期二图例：长、短柱共存现象图例：长、短柱共存现象第55页，共69页，编辑于2022年，星期二n下刚顶柔结构，容易出现下刚顶柔结构，容易出现“辫梢辫梢”效应。震害调查表明：效应。震害调查表明：房屋顶部突出结构震害严重房屋顶部突出结构震害严重n南开大学主楼南开大学主楼第56页，共69页，编辑于2022年，星期二 突出部分的体型越细长，则摆动影响越大，鞭梢效应越明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显，当突出部分高度小于下部高度的1/51/5时，其摆动影响可不时，其摆动影响可不考虑考虑第57页，共69页，编辑于2022年，星期二房屋顶部不宜有局部突出和刚度突房屋顶部不宜有局部突出和刚度突变，如不能避免，突出部分应逐步收变，如不能避免，突出部分应逐步收小，并需作抗震验算小，并需作抗震验算第58页，共69页，编辑于2022年，星期二竖向规则建筑：竖向规则建筑：3 3 立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的25%25%；4 4 楼层刚度不小于相邻上层刚度的楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%70%，且连续三层的，且连续三层的总刚度下降不超过总刚度下降不超过50%50%。第59页，共69页，编辑于2022年，星期二5 底柔上刚结构，底部容易破坏底柔上刚结构，底部容易破坏第60页，共69页，编辑于2022年，星期二H是指建筑物地面到檐口高度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是指建筑物平面的短方向总宽6 6 控制结构高宽比控制结构高宽比H HB B高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算高宽比超过限值需进行整体稳定性和抗倾覆验算7 7 合理地设置变形缝合理地设置变形缝第61页，共69页，编辑于2022年，星期二 注意控制房屋的侧向变位和层间相对变位，并对填充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）凝土骨架并与框架连接等）第62页，共69页，编辑于2022年，星期二 控制房屋的侧向变位和层间相控制房屋的侧向变位和层间相对变位的作用：对变位的作用：（1 1）防止竖向荷载引起的附加弯矩的加剧）防止竖向荷载引起的附加弯矩的加剧（2 2）防止填充墙的装修材料的破坏）防止填充墙的装修材料的破坏（3 3）避免相邻房屋的相互碰撞）避免相邻房屋的相互碰撞（4 4）减轻摇晃的感觉）减轻摇晃的感觉第63页，共69页，编辑于2022年，星期二n房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开柱子净高与截面长边的比值宜大于柱子净高与截面长边的比值宜大于4 4第64页，共69页，编辑于2022年，星期二3-5 3-5 框架结构的受力特点与适用层数和高宽比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一、框架结构的受力特点n框架结构是由梁和柱相互刚接而成的框架结构是由梁和柱相互刚接而成的,框架的承载能框架的承载能力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节点刚度。力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节点刚度。第65页，共69页，编辑于2022年，星期二1.1.竖向荷载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框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系第66页，共69页，编辑于2022年，星期二2.2.水平荷载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。要控制作用。第67页，共69页，编辑于2022年，星期二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。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。当房屋向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾：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（）强度方面（）强度方面：由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平：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。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。结论结论:第68页，共69页，编辑于2022年，星期二n（）刚度方面：（）刚度方面：随着房屋高度的增加，在水平荷载作用下，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。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，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。太大不经济，甚至不合理。n合理层数是合理层数是6-156-15层，最经济是层，最经济是1010层左右。层左右。n高宽比：高宽比：-第69页，共69页，编辑于2022年，星期二