向及水平分体系及刚架讲义.ppt

建筑结构与选型,崔钦淑,浙江工业大学建筑工程学院,结构体系的组成单元及单元特性,按荷载作用方向分： 水平分体系（屋盖与楼盖） 整体结构 竖向分体系（柱、墙及框架） 水平分体系 由轴线或大尺寸方向为水平方向的构件组成的体系。,水平分体系的基本特征： 1）承受竖向荷载为主，将竖向荷载传递给竖向分体系； 2）体系本身以受弯受剪为主； 3）水平方向起隔板作用，并为竖向分体系提供侧向稳定。 4）水平分体系可有多种形式，但可以梁为其基本单元。 例：梁 板 网架,结构体系的组成单元及基本单元特性,平铺,格构化,梁的基本特性,结构体系的组成单元及基本单元特性,桁架的梁特性,结构体系的组成单元及基本单元特性,楼盖结构体系分类,工程中应用的楼盖结构有： 单向板肋梁楼盖 双向板肋形楼盖 密肋楼盖 交叉梁楼盖 无梁（即板-柱）楼盖 曲梁楼盖等,楼盖结构体系分类,筒中筒结构的楼板布置,一般楼屋盖构件的常用跨度,一般混凝土板梁体系构件截面尺寸,例题：某餐厅用楼盖，平面尺寸为15m16m，水磨石地面，天棚吊顶，层高4.0m，四周为承重墙，允许室内设置四个立柱（柱截面尺寸假设为450mm450mm），也可不设立柱，试布置几种形式的楼盖结构，初步确定楼盖结构的各种构件截面尺寸？,（a)平面及楼层构造做法；（b)单向板主次梁楼盖； （c）双向板板梁楼盖；（d)密肋楼盖；（e)交叉梁楼盖；（f)无梁楼盖,竖向分体系 以大尺寸方向为竖向方向的构件组成的分体系。 竖向分体系的基本特征： 1）在竖向承受由水平分体系传来的荷载，加上自重力传递给基础； 2）在水平方向，抵抗水平作用力。 3）竖向分体系可有多种形式，但可以柱作为其基本单元。,结构体系的组成单元及基本单元特性,柱的连接特性 建筑物中单个柱不能构成结构体，柱间的不同连接方式决定了柱体系的整体性能,结构体系的组成单元及基本单元特性,结构体系的组成单元及基本单元特性,剪力墙的平面布置图,（a)、(b)所示的墙体布置对抵抗水平力是不利的。图（a）中墙体在x方向没有刚度，图（b）中，抵抗中心和力的作用中心不重合，且几乎没有抗扭刚度。 图（c）（f）布置是比较好的。图（d）中，x方向的荷载会产生扭矩，但在y方向的两片成对的墙可抵抗扭转。,密排柱围成闭合环组成筒结构,结构体系的组成单元及基本单元特性,多层框架剪力墙框架剪结构筒体结构,多层框架结构,多层框架结构,框架结构的分类,全现浇式框架 整体性、抗震性好 半现浇式框架 梁、柱现浇，板预制 装配式框架 梁、柱、板预制，焊接拼装成整体，整体性差 装配整体式框架 梁、柱、板预制，焊接绑扎节点区钢筋，现浇节点区,多层框架柱网布置,框架结构体系的平面布置,框架结构的平面布置,(a)均布式 （b）周边式 （c)错列式 （d）集中式,两种不同的框架结构布置,框架结构布置注意事项,柱网应该有规律地布置，以便于进行结构的受力分析和结构的施工。 进行框架结构的平面布置时，必须认清框架结构的主要受力方向（一般为建筑平面的短向）。 在布置框架结构主要受力方向梁系时，也要同时考虑框架结构非主要受力方向梁系的布置，它们也必须有规律的分布。,框架的跨度一般取主梁的合理跨度（62m），框架的间距一般取次梁的合理跨度（46m); 框架的层间高度一般取建筑物的合理层高（35m）。,框架结构柱截面尺寸的估算,在进行框架结构体系的平面布置时，要同时估计框架结构主要构件的截面尺寸。 混凝土框架主梁的截面高度 （1/101/15）l（l主梁跨度）,截面宽度b=（1/21/3）h 。 框架柱的截面尺寸，可根据该柱估计承受的最大竖向荷载的设计值，按轴压比的要求，用下式估算： 非抗震设计时： a(1.11.2)nc/fc,框架柱截面尺寸的估算,在抗震设计时： 一级抗震设防：nc/ (0.7fc) 二级抗震设防：anc/ (0.8fc) 三级抗震设防：anc/ (0.9fc) 式中：nc竖向静载和活载（考虑活荷载折减）与地震作用组合下的轴力设计值，可近似取nc=ncfq,框架结构柱截面尺寸的估算,q折算在建筑面积上均布竖向荷载（结构自重和使用荷载）及填充墙材料重量设计值，q根据实际情况计算确定。 框架结构 q1012kn/m2 框架剪力墙结构q1215kn/m2 剪力墙、筒体结构q1518kn/m2 f 柱承受荷载的从属面积；,框架柱截面尺寸的估算,考虑地震作用组合后柱轴压力c的放大系数，对等跨内柱取1.2，不等跨内柱取1.25，边柱取1.3； fc混凝土轴心抗压强度设计值； 柱的截面面积，=bh，b、h分别为柱的截面宽度和高度。 其中：宜取b350 mm , h400 mm ，hcn/ h4，hcn为柱的净高。,当cn/h4 或类场地土上较高的框架结构，其柱十分容易发生剪切破坏，为此应放大柱的截面。 此时： 一级抗震设防：nc/ (0.65fc) 二级抗震设防：anc/ (0.75fc) 三级抗震设防：anc/ (0.85fc),1）柱截面最小边长不宜小于300mm。 2）柱净高（结构层间高度减去与柱整体连接的梁的截面高度）与柱截面最大边长之比不宜大于4，此为抗震设防的要求；若不满足此要求称为短柱，由于短柱的侧向刚度极大，在水平地震作用下，会承受极大的地震力而破坏。 3）柱截面尺寸应以50mm为模数。,典型部位的柱网处理方法,建筑物角隅处的柱网可能遇到以下几种情况：,（2）建筑平面有错位,（a)只有较小错位时，采用单向板和承重墙结构，不便施工和设计。 （b)错位尺寸与柱网协调形成规则的柱网。 （c)不规则的柱网布置应避免。,（3）在小空间柱网建筑中有特殊的大空间（如大教室、多功能厅等）,1）将大空间场所与小柱网结构分析分开设置（a)。 2）将大空间场所放在顶层，对结构较为有利（b)。但要解决好人流的竖向通道问题。 3）将大空间场所放在低层或中层（c)。这时往往会遇到要设置转换梁的问题，即将某些柱截断，通过转换梁将该柱承受的荷载转换给两侧其他柱。,多层框架的受力特点,普通框架的受力特点,多层框架节点配筋,将框架和结构墙进行横向联系,在此基础上如果加大梁和柱的截面尺寸，则剩下可供开窗洞的尺寸就越来越小，最后洞口为零时，就成了一片实墙。在结构设计中，把这种抵抗侧力的钢筋混凝土墙称为结构墙。,增设内柱或横梁都可以有效提高框架的抗侧移刚度。设想如果同时增设内柱和横梁，如下图所示，实际上就形成了多层多跨框架结构。,框架-剪力墙结构,整体刚度：框架框架剪力墙结构剪力墙结构筒体结构 剪力墙抗侧移刚度、抗剪强度比框架柱大得多 剪力墙布置力求均匀，使质量中心和刚度中心尽量 剪力墙宜设于建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处,框架剪力墙结构,框架剪力墙结构的现场施工,地下室底板,框架柱 剪力墙等绑扎,框架剪力墙,电梯核心筒钢筋绑扎,电梯核心筒钢筋绑扎2,待浇的地下室底板,地下室人防消防水池出水管口预埋,框架柱,积水坑钢筋绑扎,单面焊接头,框架结构 组成：梁、板（屋盖、楼板）、柱、墙、基础。 框架的应用：因为所有的墙都不承重，所以特别适用于那些大空间的厂房、商场，也适合住宅。 结构特征：所有的墙都是自承重墙，只起分隔和围护作用。 传力路线：楼板梁柱基础,特点： 由梁柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都较低，它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，楼层越高，水平位移越慢，高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力，这时，现浇楼面也作为梁共同工作的，装配整体式楼面的作用则不考虑； 框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用； 能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。,剪力墙结构 ： 结构特征：整体性好、抗震能力强、承受较大的水平荷载（风）及地震荷载；抗震能力比砖混和框架强。 缺点：受墙限制，房间小，不灵活，用于高层住宅。 传力路线：楼板剪力墙基础。 剪力墙造价的影响因素： 以前剪力墙的间距小、材料多、重量大、平面受限制； 现在间距大、用量少、减轻重量、具有较好的经济技术指标。,剪力墙结构变形图,剪力墙结构平面布置示意图,框架-剪力墙结构： 特点：既有框架、剪力墙的优点，提高刚度、承载力；又克服了缺点：没有那么多墙，空间比较灵活。 框架剪力墙与剪力墙的区别： 1.受力不同； 2.空间大小不同； 3.经济性不同。,框架剪力墙的造价取决于剪力墙的数量多少 它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。,框剪结构的变形是剪弯型。 框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。 对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结构的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。 水平荷载主要由剪力墙来承受。,从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层剪力，沿高度分布比样均匀，各层梁柱的弯矩比较接近，有利于减小梁柱截面尺寸，便于施工。,筒体结构： 是将剪力墙集中到房屋的内部和外围形成空间封闭筒体，使整个结构体系既具有极大的抗侧移刚度，又能因剪力墙的集中而获得较大的空间，使建筑平面获得良好的灵活性，由于抗侧移刚度较大，适用于更高的高层房屋(30层，100m) 种类：核心筒、框筒、桁架筒、筒中筒、框架核心筒、束筒。,核心筒：主要承受重量的一个承重结构。建筑物四周的柱子一般都不落地，仅有核心筒将上部荷载传至基础，水平荷载也主要由核心筒承受。 框筒：是由布置在建筑物四周的柱距小、梁截面高的密柱深梁所组成的一个多孔筒体。 桁架筒：用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物的周边，就形成了桁架筒结构,筒体结构,框筒结构(a) ，筒中筒结构，框架核心筒（d） 多重筒结构（e），束筒结构（f）,南京市通讯指挥中心：筒体结构，总高124米，地上34层，地下3层,框架剪力墙-核心筒结构,电梯井,北京国贸三期，高度330米，设计单位北京钢铁设计研究总院，是钢结构和混凝土组合结构。开始的设计方案是钢结构，后来出于建筑成本原因，改为钢结构和混凝土结构组合结构。组合结构体积偏轻、强度较高，在抗燃抗震方面优势明显，但设计复杂、工艺难度高。,防火涂层,钢结构核心筒,钢结构构件运输到工地,刚架结构、排架结构,单层刚架梁柱间刚性连接单层结构 单层排架梁柱间铰接的单层结构 框 架多层多跨的刚架结构,排架结构： 是由屋架(或屋面梁)、柱、基础等构件组成，柱与屋架铰接，与基础刚接。此类结构能承担较大的荷载，在冶金和机械工业厂房中应用广泛，其跨度可达30m，高度2030m，吊车吨位可达150t或150t以上。,刚架结构： 主要特点是梁与柱刚接，柱与基础通常为铰接。因梁、柱整体结合，故受荷载后，在刚架的转折处将产生较大的弯矩，容易开裂；另外，柱顶在横梁推力的作用下，将产生相对位移，使厂房的跨度发生变化，故此类结构的刚度较差，仅适用于屋盖较轻的厂房或吊车吨位不超过l0t，跨度不超过l0m的轻型厂房或仓库等。,1屋面板；2天沟板；3天窗架；4屋架；5托架；6吊车梁；7排架柱；8抗风柱；9基础；10连系梁；ll基础梁；12天窗架垂直支撑； 13屋架下弦横向水平支撑；14屋架端部垂直支撑；15柱间支撑,单层厂房的结构组成,单层厂房的横向排架及其荷载示意图,纵向排架示意图,由纵向柱列(包括基础)、连系梁、吊车梁和柱间支撑等组成，其作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度，并承受作用在山墙和天窗端壁并通过屋盖结构传来的纵向风载、吊车纵向水平荷载(图2-4)、纵向地震作用以及温度应力等。,单层刚架的受力特点,构件以横向受弯矩作用为主的结构,梁柱线刚度比对结构内力的影响,在竖向荷载作用下： 梁的线刚度大于柱很多时 梁的线刚度小于柱很多时 梁两端支承柱刚度不等时,梁柱线刚度比对结构内力的影响,在顶端水平荷载作用下： 梁的线刚度大于柱很多时 梁的线刚度小于柱很多时 梁两端支承柱刚度不等时,刚架的高跨比对结构内力的影响,高度的减小使支座处水平推力增大,结构构造对结构内力的影响,采用拱式刚架，改善梁的受力条件,黄龙游泳馆,沈阳民航机修车间,巴黎约因维游泳馆,外露拱式门架,采用预应力混凝土刚架,采用外伸悬挑梁或纵向外挂墙,合理设置铰 无铰刚架 双铰刚架