2第二章框架结构体系 5 解析ppt课件

第二章框架结构体系 第一节框架的结构特点与优点 框架的结构特点就在于 刚节点 从而刚架横梁产生的正弯矩得以减少 对梁的好处是很明显的 刚节点给柱虽然带来弯矩 但对钢筋混凝土柱来说也不会带来坏处 因为钢筋混凝土柱不仅抗压能力很强 而且抗弯能力也很好 所以 框架结构不仅梁的跨度可以扩大 而且房屋的层数也可以增加 但抗侧移刚度小 只能做小高层 框架结构的优点是 跨度大 自重轻 整体性和抗震性好 它在建筑上的最大优点是在于它不靠砖墙承重 建筑平面布置灵活 可以获得较大的使用空间 所以它的应用极为广泛 第二节框架的类型 一 按框架构件组成划分有两种类型 一 一般框架 梁柱结构这种框架由梁 板 柱三种基本构件组成 梁板形成有梁楼盖 这种由梁 柱组成骨架形式的框架结构 广泛用于多层与高层房屋建筑上 是一种典型的框架结构型式 本章讨论的主要任务也是这种框架结构 二 特殊框架 板柱结构这种由板和柱子组成的结构实质是无梁楼盖结构 由于板柱连接刚度比梁柱的连接刚度为小 故抗侧移刚度更小 作为主结构只能用于多层 又由于 柱上板带 作为框架横梁来考虑 所以其内力分析类似框架结构 因而从结构受力角度看 它是一种特殊框架结构 而且这种结构广泛用于冷藏库 仓库等建筑物 二 按框架的施工方法划分 共分四种类型 现浇整体式框果这种框架全部构件均在现场现浇成整体 整体性与抗震性好 构件尺寸不受标准模数所限制 对房屋各种使用功能的适用性大 故框架的施工多用此法 二 装配式框架这种框架构件采取预制安装 可加速施工进度和提高建筑工业化程度 不过 这种框架的构件节点连接构造难以达到刚节点的要求 目前节点构造的作法仍在不断研究改进中 故这冲施工方法现在还未普及应用 三 半现浇框架所谓半现浇框架结构是指梁 柱现浇 楼板预制或者是现浇柱预制梁板的结构 它主要的优点是节点构造简单 比全现浇框架可以节约模板20 左右 比全装配框架可以节约钢材和水泥20 左右 同时还增强了结构整体性 提高了抗震能力 这是目前比较受欢迎的框架形式 四 装配整体式框架是指将预制梁 板 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 它的主要持点是保证了节点的刚接 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 这种框架更适合于地震区采用 三 按承重结构划分 一 全框架全框架是房屋的楼 屋 面荷载全部由框架承担 外墙仅起围护作用 它具有较好的整体性和抗震性 全框架是名符其实的纯框架体系 二 内框架 房屋内部由梁 柱组成的框架承重 外围由砖墙承重 楼面荷载由框架与砖墙共同承担 这种框架称为内框架或半框架 因其力学计算简图形象如龙骨 故也称之为 龙骨架 房屋层数不多而且外墙够厚时 为减少三大材料用量 可考虑采用内框架的做法 不过 这种房屋由于钢筋混凝土与砖两种不同材料弹性模量不同 两者刚度不协调 所以房屋整体性和总体刚度都比较差 有抗震要求的房屋不宜采用 四 框架的构件划分与节点构造 装配式与装配整体式框架是由预制构件装配起来的 那么如何划分构件对结构的受力及对构件的生产 吊装等有着重要的影响 构件通常有以下几种划分方式 一 短柱单梁式即柱按层高 梁按跨度分成单个构件 它的特点是梁柱都是直线形构件 重量轻 便于制作 运输和安装 但接头多 而且都在框架的节点部位 受力大 施工比较复杂 二 长柱单梁式即梁按跨度预分 柱按二层或数层一根划分 它的持点是减少柱子的接头 增加了结构的整体性 但柱子长 重量大 运输较困难 吊装内力较大 用钢量可能增多 所以长度不宜超过16m 三 组合单元式是将整个框架分成若干组单元如 H 字形 十 字形 门 字形等 它的特点是接头大量减少 增强了结构刚度而且有可能将接头设在内力较小的部位 但是构件的制作复杂 运输困难 而且要求大吨位的起重设备 装配式与装配整体式框架的接头型式 1 梁与柱的接头 暗牛腿刚接方式 明牛腿刚接方式 2 柱与柱的接头方式 榫式焊接连接 3 梁与板的接头方式 叠合梁式 第三节框架的布置 柱网尺寸及构件截面尺寸 框架本身是平面结构 由框架组成的网格式的房屋 应该说是空间结构体系 但框架结构力学计算一般并没有按空间结构去分析 也没考虑它的空间作用 只是简单地把框架本身按平面结构去分析而己 因此 在框架结构房屋的设计中 框架结构布置的好坏直接影响结构是否合理和建筑物是否合理适用 所以 如何进行框架的布置 选择哪个方向的框架作主要承重框架 就有一个选择与比较的问题 一 框架的布置按承重框架布置方向的不同 有以下三种 一 主要承重框架横向布置 一般房屋平面宽度比长度短很多 从房屋的总体几何形状而言 纵向刚度易于保证 而横向刚度显得薄弱 故通常把承重框架沿横向布置 可以有效地提高房屋横向的抗侧力强度与刚度 这种布置不仅结构上合理 而且建筑上有利于立面处理和室内采光 对纵墙开窗限制较小 因而一般工业与民用房屋多采用此种结构布置 二 主要承重框架纵向布置 这种布置由于横向连系梁截面高度较小 对于有集中通风要求的厂房 可便于通风管道沿纵向通过而不致减小楼层的净空 有利于楼层净高的有效利用 此外 房间的使用切分亦比较灵活 不过 这种房屋的横向刚度很差 一般只能用于层数不多的无抗震要求的厂房 民用房屋一般不采用这种结构布置 三 主要承重框架纵横两向布置 这种布置的纵横两向框架都作为主要承重框架 这种布置主要考虑受力的需要 当房屋平面为正方形 或接近正方形 或者当房屋有抗震设防要求时 房屋两个方向的受力相差较小 两个方向的框架都应具有足够的强度与刚度 故应采用纵横两个方向的布置 另外 对于楼面有沉重设备或楼面有大开洞的厂房 框架不能只在 个方向布置 而需纵横两向布置 二 柱网尺寸 框架的柱网布置应力求做到简单 柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数 一 多层厂房的柱网尺寸柱距 一般采用6m跨度 按柱网形式而分 有下列两种 1 内廊式柱网 常用跨度为6 0 2 4 6 0 m 或6 9 3 0 6 9 m 2 等跨式柱网 常用跨度为6m 7 5m 9m 12m四种 从经济考虑不宜超过9m 最常用为6m 二 多层民用房屋的柱网尺寸柱距 3 3 6m 旅馆建筑时 它往往等于两个客房的宽度 故常为6 8m 跨度 6 12m 从经济考虑不宜超过9m 最后 必须提出注意的是 无论工业或民用房屋 柱网布置时 均应考虑一个问题 就是房屋长度较大时 均需考虑设置伸缩缝 以避免温度开裂 伸缩缝间距详见 混凝土结构设计规范 因为伸缩缝将房屋上部结构断开 分成独立的结构单元 所以在缝的两侧应各自设置框架 砼框架结构伸缩缝最大间距 m 装配式 室内或土中75 露天50现浇式 室内或土中55 露天35三 砼构件截面尺寸 可由刚 强度要求控制 框架梁截面 h L 8 L 12 b h 2 h 3框架柱截面 b h 1 2 1 4 N fcN为柱压力值fc为柱砼抗压强度值 四 抗震设防区框架房屋体型和结构布置要求 在抗震设防区 框架体系房屋的建筑体型以及结构布置应注意如下要求 1 房屋的平 立面应用简单的体型 平面和立面不规则的体型 在水平荷载作用下 由于于体型突变 受力比较复杂 因此此建筑体型在平面及立面上尽量避免部分突出及刚度突变 若不能避免时 则应在结构布置上局部加强 例如 在平面上有突出部分的房屋 应考虑到突出部分在地震力作用下由局部震动引起的内力 在沿突出部分两侧的框架梁 柱要适当加强 平面拐角处的楼板 应尽量避免开洞 立面上有局部突出和刚度突变的阶形建筑内考虑地震力作用下突变部分局部摆动的影响 研究显示 突出部分的体型越细长 则摆动影响愈大 鞭端效应明显 当突出部分高度较小 如小于下面高度的1 5时 则摆动影响可不考虑 震害调查表明 房屋顶部突出结构 包括女儿墙以及屋顶的烟囱 水箱 电梯间等 如采用砖墙承重的混和结构 地震时破坏率最大 几乎从地震烈度6度开始 就有所破坏 待别是较高的女儿墙及高出屋顶的烟囱 7度普遍损坏 8 9度几乎都损坏 因此 房屋顶部不宜有局部突出和刚度突变 当不能避免时 凸出部分应逐步收小 使刚度不发生突变 并做抗震验算 凸出部分不宜采用混合结构 2 抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与水平力合力作用线接近或重合 如房屋刚度中心与水平力作用线相距较远 则在水平力作用下 房屋还要受到一个附加扭矩作用 使房屋产生扭转变形 并在框架柱中产生由于扭矩产生的附加内力 当地震烈度较高时 即使通过计算增加柱子配筋 但仍有可能使一些构件破坏 持别是非结构构件 如填充墙 门窗等 3 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 因为在地震力作用下 结构是作为一个整体而工作的 地震力按刚度分配到各个部分 当各部分的刚度相差悬殊时 在刚性部分和柔性部分之间会产生较大的水平力差异 并在它们之间出现剪力和弯矩 增加了结构受力的复杂性 在工业厂房中 一般来说 这个问题都发生在框架结构的厂房附有混合结构的附属用房 例如楼 电梯间和生活办公用房 的情况 因此 在抗震设防区 宜用防震缝使两者隔开成独立的单元 4 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 在地震力作用下 由于结构单元的两端扭矩效应最大 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和拐角处 则应采取加强措施 5 应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 如在填充墙内设轻钢或钢筋混凝土骨架 并与框架联结等 控制房屋的侧向变形量和层间相对变位 可起到如下作用 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 避免相邻房的互相碰撞 4 减轻摇晃的感觉 6 各层楼板应尽量设置在同一标高上 尽可能不采用复式框架 如图所示的复式框架 因楼板中断 柱子刚度又相差过大 容易引起震害 7 房屋高低层不宜用牛腿相连 宜用防震缝分开 由于高低层相连 高度和重量相差悬殊 震动时频率不同 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 8 柱子的净高与截面长边的比值宜大于4 震害和试验表明 柱子的净高与其截面长边的比值小于4时 柱子通常发生脆性的剪切破坏 因此 当房屋内布置有设备层且层高较低时 应注意这种短柱的出现 此外 在楼层中不适当地布置 些连系梁或与柱相连的刚度较大的过梁等 也可能导致短柱的出现 设计时应予注意 在非抗震设防区 风力起主要作用时 则宜适当考虑1 5项的要求 第四节框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合 框架结构既可用于多层建筑 也可以用于高层建筑 它有很多的优点 应用非常广泛 如果能够运用和发挥框架结构 去塑造富有艺术的建筑造型 两者都可相得益彰 收到建筑与结构共同的良好效果 下面讨论有关几个框架结构运用与建筑艺术技巧的有效配合问题 一 框架带悬挑与建筑艺术的有效结合 根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨度中弯矩的原理 把建筑底层以上的室内空间向周边延伸 这是现代建筑中比较多用的一种设计手法 偏移底层外柱的做法 将产生柱子打破竖向连续的结构问题 如果采用悬挑设计的做法 就可不必割断柱子的连续性而取得底层收进的效果 这种设汁手法 不仅对结构有利 而且扩大了建筑使用面积 同时室内空间艺术处理也有新意 另外 有些房屋把底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩 使高层建筑立面给人以高中有宽 耸而不危 周边开阔舒坦的感觉 这种多层次空间处理 也是现代建筑中常用的一种设计手法 上面两种设计手法都是对框架悬挑的很好运用 结构合理的悬挑长度 二 在复杂的建筑平面上布置简单的框架柱网 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 但是 从建筑的角度出发 高层建筑常常采用周边复杂的型式以提高建筑艺术的效果 因此 在复杂的建筑平面型式上 力求简单的框架柱网布置 这是一个很重要的配合问题 三 柱网简单规则 空间富于变化 第五节框架结构的适用层数与高宽比 框架结构的合理层数是6 15层 最经济是10层左右 而框架结构的一般高宽比约为5 7 第六节一种类似框架的结构 板柱结构 板柱结构是一种类似框架的结构 顾名思义 这种楼盖是没有梁的 因而它具有板底平整 室内净高可有效利用 便于管道在室内天棚架设等优点 所以它广泛用于冷藏库 仓库 也可用于商场和多层工业厂房等建筑中 板柱结构与框架结构的主要不同点在于 钢筋混凝土板直接支承在柱上 而完全没有次梁或主梁 板的厚实则较有梁楼盖的厚 柱的上端与板整体连接处尺寸加大 形成 柱帽 用以作为板的支座 一 现浇板柱结构 板柱结构的柱网通常布置成正方形或矩形 正方形的区格比较经济 跨度很少超过6m 当采用矩形柱网时 长跨与短跨比值不大干4 3 跨度值可取平均值 楼盖的四周边可支承在墙上 或支承在边柱上的圈梁上 或悬臂伸出边柱以外 采用伸出柱外的方法 能使边区格的弯矩值与中区格的接近 因而节省混凝土和钢筋的用量 此外 还能使柱和柱帽的型式一致 方便施工 常用柱帽形式及构造 柱子与板有时直接通过柱帽连接 适用于较轻荷载 有时柱帽上部再加宽或设柱帽顶板 适用于楼盖承受较大荷载情况 无梁结构的板的厚度 16cm 20cm h L 32 L 35h L 35 L 40柱子的尺寸由计算确定 当楼盖荷载较大时 层高与柱子截面宽度比值不宜大10 二 装配式无梁楼盖结构 单向板式无梁楼盖结构由跨中板 柱上板和柱帽组成 单向板式无梁楼盖结构可将跨中板划分为较小构件 适合于运输安装能力较小的工地 双向板式由双向跨中板 柱上板和柱帽组成 双向板的受力条件比单向板好 板厚度小 材料省 同时构件数量少 适用于有较大运输安装设备的工地 三 板柱结构升板施工 无梁楼盖结构的发展 升板工程在我国应用到工业厂房的建筑中 发展很快 国外升板开始用在民用房屋中 但在我国建设工程的重点是工业厂房 l967年株州氮肥厂的尿素车间采用升板施工就打破了升板局限于民用建筑的框框 接着国内升板工业厂房陆续兴建 这些厂房有的高度大 有的而积大 有的集中力大 开孔多 技术条件都很夏杂 上海市轻工业设计院 在建造益民四厂时 进一步把非预应力升板推向预应力升板 填补了预应力升板在我国的空白 预应力与非预应力升板相比 节约钢材33 节约混凝土12 无梁楼盖结构的局限 最后 必须强调指出 无梁楼盖结构不过是一种类似的框架结构 板柱结构并是货真价实的框架结构 持别是从结构选型的角度来说 它不是骨架式的框架结构体系 而且 由于它的柱子与楼板的连接刚度比梁与柱的连接刚度差 故它只适用于多层房屋 再从这类房屋的使用功能看 譬如冷库 仓库 工业厂房等建筑物 实际上它也不可能有高层无梁楼盖房屋 第七节无梁楼盖建筑实例 上海水产供销公司冷库 位于上海杨浦区军工路 东临黄浦汀 主库生产能力为 冷藏5250t 次35000t 速冻2500t B 制冷2400t B 主库的外包尺寸为34 54m 52 54m 层高为 4 64 3 68 3 4 88 6 90 m 柱网6m 6m 建筑面积为10888m2 共6层 底层为速冻间 二到四层为冷藏库 五层为冰库 六层为制冰间 其平面图 剖面图如下 该冷库结构采用预制装配整体式无梁楼盖 在预制楼板装配后加捣混凝土形成叠合板 场地土质软弱 因上部结构荷载较大 故采用桩基 钢筋混凝土方桩断面为45cm 45cm 长24 6m 桩尖进入上海地区灰绿色亚粘土层约1m左右 通过试桩的单桩承载力为90t 每个桩台下用7根桩 共用桩378根 冷库设计一般多采用现浇无梁楼板结构 这种传统做法施工时需要大量木模