多高层三大传统结构体系

多高层

三大传统结构体系

一、框架结构框架结构体系是指竖向承重结构全由框架所组成的房屋结构体系。框架由梁、柱、基础这三种构件形成承重结构。框架与框架之间由联系梁及楼面结构联成整体。横向框架体系纵向框架体系二、框架结构的分类

按框架构件组成划分梁板式结构——是由梁、板、柱三种基本构件组成，广泛用于多层及高层房屋建筑上。无梁式结构由板和柱子组成，实质是一种无梁楼盖结构，由于它的柱子与楼板整体连接，柱子除受轴向力外，柱端弯矩按“代替框架法”进行计算（“柱上板带”作为框架横梁来考虑）。从结构选型的角度来说，无梁楼盖本不是骨架体系，但由于起内力分析类似框架结构，从结构的受力角度看，它也是框架结构的一种，广泛用于冷藏库，仓库等建筑物。按施工方法划分现浇式框架全部在现场浇注，故其整体性好，抗震性能好。但是现场施工的工作量大，工期长，并需要大量的模板。装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制，然后通过焊接拼装连接成整体的框架结构。可实现标准化、工厂化、机械化生产。现场施工速度快，但现场的运输和吊装工作量大且整体性差，抗震能力弱，不宜在震区使用装配式整体框架是指梁、柱、楼板均为预制，在吊装就位后，焊接后绑扎节点区钢筋，通过浇捣混凝土，形成框架节点并使各构件连成整体的框架结构。这种结构既具有良好的整体性和抗震性能，又采用预制构件，兼具前两种形式的优点。

按承重结构划分全框架是房屋的（屋）面荷载全部由框架承担，外墙仅起维护作用。它具有良好的整体性和抗震性。内框架的房屋内部由梁柱组成的框架承重，外围由砖墙承重，楼（屋）面荷载由框架和砖墙共同承担。因其力学计算简图形如龙骨，也称之为“龙骨架”。（如图）这种房屋由于钢筋混凝土与砖两种材料的弹性模量不同，两者刚度不协调，房屋的整体性和总体刚度都比较差。

三、框架结构的特点及优缺点框架结构的受力特点：在竖向荷载作用下，梁主要承受弯矩和剪力，轴力较小；立柱主要承受轴力和弯矩，剪力较小，受力合理。当房屋层数不多时，风荷载的影响一般较小，竖向荷载对结构起着控制作用。在水平荷载作用下，表现出刚度小、水平侧移大的特点，水平侧移呈剪切型。房屋高度增加时，其受力特点的变化是由竖向荷载为主变为受侧向荷载为主。框架结构的受力特点还在于“刚节点”。以门式刚架为例，它是几何不变体系，刚节点对杆件的转动具有约束作用，因而承受竖向荷载时，刚架横梁的正弯矩得以减少。门式刚架

框架结构的变形特点：水平荷载作用下，杆件的变形是以弯曲为主，但框架整体的变形却是剪切型的。框架结构的优点：强度高、自重轻、整体性和抗震性好。建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业室、教室等。需要时，可用隔板分割成小空间，或拆除隔断成大空间，使用灵活。特别是它的外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。框架结构的缺点：框架抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸。通常梁柱的截面惯性矩小，侧向变形较大，这是框架结构的主要缺点，限制了它的使用高度。此外，框架结构层间变形大，容易引起非结构构件破坏。四、结构布置及选型

平面布置（1）柱网布置所谓柱网，就是柱子在平面图上的位置，因其常形成矩形网格而得名。民用建筑的柱距常为3.3~7.2m,梁跨为4.5~7.0m，层高为2.8~4.2m，通常以300mm为模数。柱网布置应力求简单、规则、整齐，柱网尺寸应符合经济原则和模数。（2）承重框架架的布置横向框架承重方方案在横向向布置主梁、纵纵向布置次梁或或联系梁。有利利于提高结构的的横向抗侧刚度度。纵向框架承重方方案在纵向向布置主梁、横横向布置次梁或或联系梁。可获获得较高的室内内净高，还可调调整该方向的不不均匀沉降。混合框架承重方方案在纵横横两个方向均布布置主梁；楼面面荷载较大、楼楼面有开洞或柱柱网布置成方形形时常采用；整整体工作性能好好。横向框架竖向布置竖向布置是指确确定结构沿竖向向的变化情况。。在满足建筑功功能要求的同时时，应尽可能规规则、简单。常见的结构沿竖竖向的变化有：：①沿竖向基本本不变化，这是是常用的且受力力合理的形式。。②底层大空间间，如底层为商商场等。③顶层层大空间，如顶顶层为观光室、、会议室等。④④其他。例如上上部（逐层）收收进、上部（逐逐层）挑出，等等等。对竖向较规则的的结构，结构布布置主要是平面面布置。当结构构在竖向很不规规则时，就应分分层布置。为有利于结构受受力，在平面上上，框架梁宜拉拉通、对直；在在竖向，框架柱柱宜上下对中，，梁柱轴线宜在在同一竖向平面面内。五、构件选型构件形式梁梁截面一般为矩矩形；现浇板楼楼盖时为T或L形；预制板楼盖盖，常为十字型型或花篮形；也也可用叠合梁。。柱截面为矩形形或正方形构件尺寸过大的梁断面会会增加层高，不不经济，对抗抗震也不利。柱柱断面的尺寸要要根据所受的轴轴力和弯矩确定定。在震区，柱柱断面受轴压比比限制，尺寸不不能过小。框架横梁截面：：h=(1/8-1/12)L，b=(1/2-1/3)h框架柱截面的宽宽与高≈(1/15-1/20)层高高框架横梁截面按按（0.5-0.7）M0初步估算（M0简支梁跨中弯矩矩）框架柱梁截面按按（1.2-1.4）N初步估算（N轴向压力）六、节点设计和和构造要求节点设计节点的重要性一一般大于构件的的重要性。构件件失效引起的破破坏可能是局部部的，而节点失失效引起的破坏坏往往是大范围围的，造成的后后果很严重。节点设计应保证证节点的安全可可靠、经济合理理且便于施工。。对装配式框架架的节点，还需需保证节点的整整体性，使节点点受力明确、构构造简单、安装装方便，又易于于调整，在构件件连接后能尽早早地承受部分或或全部设计荷载载，使上部结构构得以继续安装装。尽管大量的试验验证实节点区周周围的梁、屋面面板以及其上、、下方的柱都会会对节点产生约约束作用，使得得节点区的承载载力有一定的潜潜力。但是我国国目前通行的设设计方法仍是节节点区的混凝土土强度等级不低低于混凝土柱的的强度等级。现浇框架节点一一般均为刚接。。柱节点构造应应满足规范要求求。装配整体式框架架节点的构造方方式很多。对现现浇柱、预制梁梁的装配整体式式框架，如采用用工具式非承重重柱模，预制主主梁的梁端一般般深入柱内70mm，纵向连梁由电焊焊与事先焊在柱柱纵向受力钢筋筋上的小角钢或或撑筋相连。采采用工具式承重重柱模时，预制制主梁的梁端深深入柱内20mm，预制梁与纵向连连梁均直接支承承在柱模上。此此外，常见的几几种方式如下：：①梁与柱的接头——暗牛牛腿刚接方式；；明牛腿刚接方方式②柱与柱的接头头方式——榫式式焊接连接③梁与板的接头头方式——叠合合梁式（详见下下图）a)梁、柱暗牛腿刚刚性连接点b)梁、柱明牛腿刚刚性连接点c)柱与柱榫式焊接接连接点d)梁、板连接点装配式框架接点点图构造要求（1）现浇框架的的构造要求现浇框架的构造造应使得构件的的各截面一方面面能有效地承受受设计内力，另另一方面具有合合理的强度储备备。这就要求钢钢筋有合理的搭搭接和锚固，并并满足最小配筋筋率的要求。规范给出了具体体的构造要求。。（2）装配式与与装配整体式框框架的梁柱接头头布置装配式与装配整整体式框架的预预制单元的确定定，应使结构受受力合理、构造造简单、施工方方便，还要考虑虑到预制单元的的生产、运输和和吊装的可行性性。预制单元的的划分通常有以以下几种形式：：单梁短柱式———梁按跨度、柱柱按层高划分成成单个构件。这这种方案的优点点是构件小，便便于制作、堆放放、运输和吊装装；但接头数量量多且位于节点点处，不利于受受力。单梁长柱式———梁按跨度划分分，柱子每两层层或数层为一个个预制构件。减减少了接头数量量和吊装次数，，提高房屋的整整体性。但运输输吊装困难，增增加配筋。框架式——把整整个框架划分为为若干个小框架架。接头位置可可在节点、弯矩矩较小的梁跨中中或柱的层高中中点。减少预制制构件数量，提提高整体性；但但预制构件大而而复杂，制作、、运输、吊装困困难。b)长柱单梁式a)短柱单梁式c)组合单元式框架构件单元划划分抗震设防区框架架体系房屋体型型和结构布置的的要求房屋的的平、、立面面宜用用简单单的体体型———平平、立立面不不规则则的体体型，，在水水平荷荷载下下作用用下，，受力力复杂杂，应应尽量量避免免部分分突出出及刚刚度突突变。。若不不能避避免时时，应应在结结构布布置上上局部部加强强。局部加加强鞭端效效应抗侧力力结构构的布布置应应尽可可能使使房屋屋的刚刚度中中心与与地震震合力力作用用线接接近或或重合合。如如果二二者相相距较较远，，在地地震力力作用用下会会有扭扭矩产产生使使房屋屋扭转转变形形，并并在柱柱中引引起附附加内内力。。扭矩MT作用抗侧力力结构构的布布置应应使房房屋中中各部部分的的刚度度均匀匀，不不过分分悬殊殊。相相差悬悬殊时时，刚刚性部部分和和柔性性部分分之间间会产产生差差异较较大的的水平平力，，它们们之间间还会会出现现剪力力和弯弯矩，，受受力复复杂。。在工工业厂厂房中中此问问题都都发生生在框框架结结构的的厂房房附有有混合合结构构的附附属用用房，，宜用用防震震缝使使两者者隔开开。剪力和和弯矩矩防震缝缝在烈度度较高高的抗抗震设设防区区、楼楼、电电梯间间不宜宜布置置在结结构单单元的的两端端和拐拐角部部位。。因为为结构构单元元的两两端两两端扭扭转效效应最最大，，拐角角部位位受力力复杂杂，而而各层层楼板板在楼楼、电电梯间间处要要中断断，受受力不不利。。应注意意控制制房屋屋的侧侧向变变位和和层间间相对对变位位，并并对填填充墙墙采取取适当当的加加强措措施（（在填填充墙墙内设设置轻轻钢或或钢筋筋混凝凝土骨骨架等等）各层楼楼板应应尽量量设置置在同同一标标高上上，尽尽可能能不采采用复复式框框架。。侧向变变位和和层间间相对对变位位复式框框架房屋高高低层层不宜宜用牛牛腿连连接，，宜用用防震震缝分分开。。柱子的的净高高与截截面长长边的的比值值宜大大于4。震震害和和实验验研究究表明明，柱柱子的的净高高与截截面长长边的的比值值小于于4时时，柱柱子通通常发发生脆脆性的的剪切切破坏坏。牛腿破破坏七、框框架结结构的的适用用层数数与高高宽比比在竖向向荷载载下，，框架架的变变形和和弯矩矩与框框架的的层数数没有有太大大的关关系。。这是是框架架的优优越性性。框架结结构是是由梁梁和柱柱相互互刚接接而成成的，，框架架的承承载能能力和和结构构效能能主要要依赖赖于梁梁与柱柱的强强度和和接点点刚度度。框框架结结构在在竖向向力和和侧向向力作作用下下的反反应是是完全全不同同的。。在竖竖向荷荷载作作用下下，梁梁主要要承受受弯矩矩和剪剪力，，轴力力较小小；立立柱主主要承承受轴轴力和和弯矩矩，剪剪力较较小，，受力力合理理。当当房屋屋层数数不多多时，，风荷荷载的的影响响一般般较小小，竖竖向荷荷载对对结构构起着着控制制作用用。在在水平平荷载载作用用下，，表现现出刚刚度小小、水水平侧侧移大大的特特点，，水平平侧移移呈剪剪切型型。在侧向向荷载载下，，框架架的变变形和和弯矩矩与框框架的的层数数有很很大的的关系系。层层数越越多，，变形形越大大。框架房房屋高高度增增加时时，侧侧向力力作用用的重重要性性急剧剧增加加。建建筑物物达到到一定定高度度时，，侧向向位移移会很很大，，甚至至控制制设计计。框框架的的优越越性就就表现现不出出来了了。实实践表表明，，框架架结构构的合合理层层数是是6-15层，，最经经济是是10层左左右。。一般般跨高高比为为5-7。。当有变变形性性能良良好的的轻质质隔断断及外外墙材材料时时，钢钢筋混混凝土土框架架可建建造到到30层左左右。。在我我国目目前情情况下下，框框架结结构建建造高高度不不宜过过高，，以15∽∽20层为为宜。。在北京京已建建成了了高18层层，局局部22层层的现现浇框框架结结构———长长城饭饭店。。它是是我国国震区区最高高的框框架结结构，，采用用了延延性设设计方方法，，并采采用轻轻钢龙龙骨石石膏作作隔断断墙，，外墙墙采用用玻璃璃幕墙墙。八、框框架结结构的的运用用和建建筑艺艺术技技巧的的配合合框架带带悬臂臂与建建筑艺艺术的的有效效结合合在复杂杂的建建筑平平面体体形上上进行行简单单的框框架柱柱网布布置框架柱柱网布布置与与建筑筑平面面布局局的融融合构构思美国的的框架架结构构框架带带悬臂臂与建建筑艺艺术的的有效效结合合把建筑筑底层层以上上的室室内空空间向向周边边延伸伸是现现代建建筑常常用的的一种种设计计形式式。这这种悬悬挑形形式可可不必必割断断柱子子的连连续性性而达达到““底层层收进进”的的效果果，使使立面面上下下形成成强烈烈对比比。并并且利利于减减少跨跨中弯弯矩。。由底层层的楼楼盖悬悬挑出出很厚厚的周周边雨雨罩也也是现现代建建筑常常用的的一种种设计计形式式。它它使高高层建建筑立立面给给人以以高中中有宽宽，耸耸而不不危，，周边边开阔阔舒坦坦的感感觉。。这两种种设计计方法法都是是对悬悬挑的的绝妙妙应用用在复杂杂的建建筑平平面体体形上上进行行简单单的框框架柱柱网布布置框架柱柱网布布置越越简单单、规规则、、整齐齐，对对结构构受力力越有有利；；而建建筑艺艺术效效果则则要求求复杂杂的形形式。。因此此在复复杂的的建筑筑平面面形式式与简简单的的瞩望望布置置之间间要有有一个个很好好的配配合。。在现代代建筑筑中已已有多多种典典型的的布置置方法法。框架柱柱网布布置与与建筑筑平面面布局局的融融合构构思在尽可能能简单单规矩矩的柱柱网上上，配配以布布局富富于变变化的的建筑筑空间间，是是现代代建筑筑艺术术创新新的一一条途途径。。基本做做法：：在统统一的的规则则柱网网中，，结合合人流流流线线和使使用要要求，，灵活活地划划分厅厅室空空间和和穿插插各种种构图图要素素，以以此来来打破破厅室室空间间的单单调感感，给给人以以美的的享受受。（（见下下图几几种形形式））建造于于1961年的的芝加加哥20层层哈特特福德德公司司大楼楼，是是第一一批结结构完完全外外露的的大型型混凝凝土建建筑实实例之之一(Khan,1972)。。哈特福福德大大楼的的玻璃璃墙设设置在在从钢钢筋混混凝土土框架架边后后退约约1.8m(6ft)处。因因而，，结构构就成成为立立面。。在外外观上上．框框架就就清晰晰地呈呈现了了它的的功能能以及及框架架柱和和楼面面板之之间的的相互互关系系。楼楼板是是加腋腋的，，它的的厚度度在与与柱连连接处处有所所增加加，为为的是是想要要适应应该处处传递递给柱柱子的的较大大荷裁裁。这这种增增加板板厚的的做法法不但但在结结构上上是有有效的的，而而且由由于提提供了了板柱柱间平平滑过过渡的的连接接，也也增添添了形形象上上的趣趣味性性(这这种做做法与与梅拉拉特所所设计计的板板柱体体系相相似)。上上面几几层处处的柱柱，由由于不不需要要承受受过大大的荷荷载．．因而而随高高度递递增其其截面面可逐逐渐减减小。建于1966午午的芝芝加哥哥不伦伦瑞克克大楼楼是另另一幢幢外露露钢筋筋混凝凝土框框架结结构的的实例例(GrubeandSctlulze，1977)。。这幢38层层大楼楼比哈哈待福福德公公司大大楼尺尺度大大得多多。这个混混凝土土框架架的构构件比比较细细小，，它们们只少少许地地突出出于窗窗口，，使混混凝土土框架架具有轻轻快的的外貌貌，其其效果果像一一个玻玻璃盒盒子外外面套套着一一个构构架。。框架架和窗窗间墙墙连在在一起，，形成成一个个简明明轻巧巧的结结构外外型，，而不不是那那种突突突出出框架架作用用的粗粗犷结结构外外型。正如不不伦瑞克大大楼的底座座与其对面面市政中心心大间距柱柱子相反映映那样．德德威特大楼纤细的的框架却与与邻近湖滨滨公寓类似似的轻型结结构相共鸣鸣。这个混凝土土框架的构构件比较细细小，它们们只少许地地突出于窗窗口，使混混凝土框架架具有轻快的的外貌，其其效果像一一个玻璃盒盒子外面套套着一个构构架。框架架和窗间墙墙连在一起，形成成一个简明明轻巧的结结构外型，，而不是那那种突突出出框架作用用的粗犷结结构外型。正如不不伦瑞克大大楼的底座座与其对面面市政中心心大间距柱柱子相反映映那样．德德威特大楼纤细的的框架却与与邻近湖滨滨公寓类似似的轻型结结构相共鸣鸣。建成于1970年的的纽约罗切切斯特的内内地海事银银行，是另另一个表现现将上层很很多柱子的的竖向荷载载转换到底底层少数大大间距柱子子的外露钢钢筋混凝土土框架建筑筑的实例(Khan，，1972)。这幢20层层大楼的荷荷载转换在在立面的平平面内外都都会发生，，使形成一一种波浪起起伏的效果果。德威特大楼楼的混凝土土框架的构构件比较细细小，它们们只少许地地突出于窗窗口，使混混凝土框架架具有轻快快的外貌，，其效果像像一个玻璃璃盒子外面面套着一个个构架。框框架和窗间间墙连在一一起，形成成一个简明明轻巧的结结构外型，，而不是那那种突突出出框架作用用的粗犷结结构外型。。正如不伦伦瑞克大楼楼的底座与与其对面市市政中心大大间距柱子子相反映那那样．德威威特