【正文】 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 — 3. 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 2022/2/4 2 學(xué)習(xí)要求 ? 熟悉框架結(jié)構(gòu)的 特點和適用范圍 ； ? 熟悉框架結(jié)構(gòu)的 平面布置 和 構(gòu)件選型 ； ? 掌握框架結(jié)構(gòu) 內(nèi)力分析方法 及 組合原則 ； ? 熟悉框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的 側(cè)移驗算方法 。 2022/2/4 3 主要內(nèi)容 框架結(jié)構(gòu)概述 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計實例 本章小結(jié) 2022/2/4 4 框架結(jié)構(gòu)概述 ① 概念 框架結(jié)構(gòu)是指由 橫梁 和 立柱 作為 主要承重構(gòu)件 而組成的結(jié)構(gòu)體系 。 其中 ，梁和柱的連接 節(jié)點全部或大部分為剛接 。 2022/2/4 5 框架結(jié)構(gòu)概述 2022/2/4 6 框架結(jié)構(gòu)概述 2022/2/4 7 框架結(jié)構(gòu)概述 2022/2/4 8 框架結(jié)構(gòu)概述 2022/2/4 9 框架結(jié)構(gòu)概述 ② 分類 A. 按跨數(shù)分： 單跨 、 多跨； B. 按層數(shù)分： 單層 、 多層； ： 鋼框架 、 鋼筋混凝土框架 、 木框架 、 鋼與鋼筋混凝土混合框架等 。 2022/2/4 10 框架結(jié)構(gòu)概述 ② 分類 鋼筋混凝土框架按施工方法可分為 現(xiàn)澆整體式 、 裝配式 和 裝配整體式 。 a. 現(xiàn)澆整體式： 整體性能好 ， 抗震性能好 ， 現(xiàn)場工作量大 ， 費模板； b. 裝配式： 標(biāo)準(zhǔn)化 、 工廠化生產(chǎn) ， 施工速度快 ， 整體性能差 ， 抗震性能弱； c. 裝配整體式： 兼有上述兩者的優(yōu)點 。 2022/2/4 11 框架結(jié)構(gòu)概述 ③ 特點 A. 優(yōu)點 a. 建筑平面布置靈活 ， 既可形成較大的使用空間 ， 也可分隔為若干小空間； b. 結(jié)構(gòu)整體性較好； c. 構(gòu)件類型少 ， 結(jié)構(gòu)輕巧 ， 施工方便； d. 設(shè)計計算理論較成熟 。 2022/2/4 12 框架結(jié)構(gòu)概述 ③ 特點 B. 缺點 a. 框架節(jié)點處應(yīng)力集中顯著； b. 當(dāng)建筑高度較大時 ， 底部各層柱的軸力很大 ， 致使構(gòu)件截面尺寸過大和配筋過密； c. 框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小 ， 在風(fēng)荷載和地震作用下結(jié)構(gòu)側(cè)移迅速增大 。 2022/2/4 13 框架結(jié)構(gòu)概述 ④ 適用范圍 框架結(jié)構(gòu)特別適合于在辦公樓 、 教學(xué)樓 、 公共性與商業(yè)性建筑 、 圖書館 、 輕工業(yè)廠房 、 公寓以及住宅類建筑中采用 。 2022/2/4 14 框架結(jié)構(gòu)概述 ④ 適用范圍 考慮到 框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小 ， 故框架結(jié)構(gòu)建筑一般不超過 20層 ， 其適用高度及高寬比與抗震設(shè)防烈度有關(guān) 。 若不需進(jìn)行抗震設(shè)計 ， 適用高度不大于 70m， 最大高寬比為 5， 其它情形見《 高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程 》 JGJ 32022（ 簡稱《 高規(guī) 》 ） 。 2022/2/4 15 框架結(jié)構(gòu)概述 ⑤ 多層和高層框架結(jié)構(gòu) A. 界限 多層與高層建筑 無統(tǒng)一劃分界限 。 我國 《 高規(guī) 》 將 10層及其以上或高度超過28m的建筑物稱為高層建筑 。 2022/2/4 16 框架結(jié)構(gòu)概述 ⑤ 多層和高層框架結(jié)構(gòu) B. 比較 a. 高層建筑承受的荷載 比多層建筑 更大 ， 剛度 比多層建筑 更小 ， 水平荷載 對高層建筑的 影響 較對多層建筑的影響 更大 ； b. 從設(shè)計計算角度 ， 高層框架結(jié)構(gòu)除風(fēng)荷載取值 、樓面活荷載布置與多層框架結(jié)構(gòu)略有不同 ， 水平荷載作用下應(yīng)補(bǔ)充側(cè)移驗算外 ， 其它基本相同 。 2022/2/4 17 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ① 概述 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要步驟包括： ? 結(jié)構(gòu)布置； ? 構(gòu)件選型； ? 內(nèi)力分析； ? 構(gòu)件設(shè)計； ? 施工圖繪制 。 2022/2/4 18 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 A. 布置原則 a. 盡量與建筑的平 、 立剖面劃分一致 ， 以便設(shè)計和施工； b. 結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)盡可能規(guī)則 、 對稱 ， 使結(jié)構(gòu)傳力直接 、 受力明確； c. 結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)力求體形簡單 ， 使結(jié)構(gòu)剛度沿高度分布均勻 ， 避免突變； d. 應(yīng)合理地設(shè)置伸縮縫 、 沉降縫和防震縫 。 2022/2/4 19 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 a. 橫向框架承重方案 布置： 由主梁和柱組成的承重主框架沿房屋的橫向布置 。 樓 （ 屋 ） 面板支承于主梁上 ， 縱向由連系梁將橫向框架連成空間結(jié)構(gòu)體系 。 2022/2/4 20 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 a. 橫向框架承重方案 ? 優(yōu)點：橫向剛度得到加強(qiáng) ， 有利于抵抗橫向水平力 。 縱向連系梁的截面高度較小 ， 梁下可開設(shè)大的門窗洞口 ，有利于房屋室內(nèi)的采光和通風(fēng) 。 ? 缺點： 橫向梁的高度較大 ， 房間凈空減小 ， 開間布置不靈活 ， 且不利于縱向管道的敷設(shè) 。 ? 總評：橫向框架承重布置時 ， 建筑物的橫向剛度較大 ， 結(jié)構(gòu)性能好 ， 實際中應(yīng)用較多 。 2022/2/4 21 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 b. 縱向框架承重方案 布置： 由縱向主梁與柱構(gòu)成的承重主框架沿房屋的縱向布置 。 樓 （ 屋 ）面板支承于主梁上 ， 橫向連系梁將縱向框架連成空間結(jié)構(gòu)體系 。 2022/2/4 22 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 b. 縱向框架承重方案 ? 優(yōu)點：縱向剛度進(jìn)一步增大 ， 有利于調(diào)整縱向地基不均勻沉降 。 橫向連系梁的截面高度較小 ， 可獲得 較大的凈空 ， 且 有利于縱向管道的敷設(shè) 。 ? 缺點：橫向剛度較差 。 ? 總評：實際中應(yīng)用較少 。 2022/2/4 23 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 c. 雙向框架承重方案 布置： 在房屋的 兩個方向均布置承重主框架 ， 樓 （ 屋 ） 面板上的荷載有兩個方向梁共同承擔(dān) 。 2022/2/4 24 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 c. 雙向框架承重方案 特點：結(jié)構(gòu)的空間剛度較大 ， 結(jié)構(gòu)整體性好 ， 對抗震有利 。 適用于柱網(wǎng)平面形狀為方形或樓面荷載較大的情況 ， 樓蓋常采用現(xiàn)澆混凝土雙向板或井式梁 。 2022/2/4 25 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 d. 注意事項 a) 框架結(jié)構(gòu)中的 “ 連系梁 ” 由于不直接承受板上豎向荷載 ， 其截面高度可比相應(yīng)的框架梁的截面高度小一些 ， 但其 重要性也不容忽視 。 “ 連系梁 ”除了起 連系承重框架 的作用 ， 其與框架柱組成的平面框架同樣要承受風(fēng)荷載及地震作用 ， 并與承重框架一起組成建筑物的 空間承重骨架 。 2022/2/4 26 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 d. 注意事項 b) 當(dāng)樓 （ 屋 ） 面采用預(yù)制混凝土板時 ， 才可以將板上豎向荷載視為單向傳遞 。 嚴(yán)格來說 ， 橫向框架承重方案和縱向框架承重方案是當(dāng)樓 （ 屋 ） 蓋采用預(yù)制板時才存在的 ； 2022/2/4 27 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 B. 平面框架承重方案 d. 注意事項 c) 當(dāng)框架體系采用整體式鋼筋混凝土樓 （ 屋 ） 蓋時 ，板上豎向荷載均會傳給其四周的支承梁 ， （ 雖然計算時單向板按單向傳力考慮 ， 但實際仍為雙向傳力 ） ， 故采用全現(xiàn)澆樓 （ 屋 ） 蓋的框架結(jié)構(gòu)均為縱橫向框架承重方案 。 2022/2/4 28 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 C. 柱網(wǎng)布置 a. 概述 平面上框架柱在縱橫方向的排列 即形成柱網(wǎng) 。 柱網(wǎng)布置就是確定縱向柱列的柱距和橫向柱列的 柱距 （ 通稱跨度 ） 。 柱網(wǎng)尺寸應(yīng)根據(jù)建筑的使用功能要求而定 ， 主梁的跨度一般為 5 ~ 8m，次梁一般為 4~ 7m。 2022/2/4 29 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 C. 柱網(wǎng)布置 b. 工業(yè)建筑 多層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)常用柱網(wǎng)有 內(nèi)廊式 和等跨式 兩種 。 工業(yè)廠房的柱網(wǎng)尺寸較大 ， 相應(yīng)的板區(qū)格跨度也大 ， 為了減小樓板厚度 ， 可在跨內(nèi)布置若干次梁 ， 以減少板區(qū)格的跨度 ， 從而減少板厚 。 2022/2/4 30 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 內(nèi)廊式 等跨式 附加次梁 次梁 2022/2/4 31 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 C. 柱網(wǎng)布置 c. 民用建筑 民用建筑由于使用功能要求復(fù)雜多變 ， 柱網(wǎng)布置也各不相同 。 縱向柱列的柱距與房間的開間尺寸有關(guān) ， 開間較大時 ， 可采用一個開間一個柱距方案 ， 開間較小時 ， 可采用兩個開間一個柱距的方案 。 跨度大小主要與房間進(jìn)深有關(guān) ， 如辦公樓和旅館常采用三跨內(nèi)廊式 。 2022/2/4 32 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 內(nèi)收 規(guī)則框架 外挑 錯層 抽柱 缺梁 2022/2/4 33 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ② 結(jié)構(gòu)布置 E. 其它 框架結(jié)構(gòu)的填充墻及隔墻 宜選用輕質(zhì)墻體 ， 并且與框架結(jié)構(gòu)有可靠的拉結(jié) 。 此外 ， 結(jié)構(gòu)布置時 應(yīng)避免上 、 下層剛度變化過大 、 避免形成短柱并應(yīng)減少因抗側(cè)剛度偏心所造成的扭轉(zhuǎn) 。 2022/2/4 34 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 A. 構(gòu)件選型 框架梁的截面形狀通常設(shè)計成 T形 和 矩形 ，裝配式框架中還可以做成 花籃 等形狀 。 框架柱一般為 矩形 或正 方形 ， 也可根據(jù)需要做成 圓形 或其它形狀 。 2022/2/4 35 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 a. 概述 結(jié)構(gòu)設(shè)計時 ， 一般應(yīng)先估算構(gòu)件的截面尺寸 ，待構(gòu)件的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的變形計算好后 ， 若預(yù)估的截面尺寸符合要求 ， 便可以此尺寸作為最終截面尺寸； 若與實際所需尺寸相差很大 ， 則須重新估算和驗算直至符合要求為止 。 2022/2/4 36 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 框架梁的截面尺寸應(yīng)根據(jù) 承受荷載的大小 、梁的跨度 、 框架的間距 、 是否考慮抗震設(shè)防要求以及 選用的材料強(qiáng)度 等諸多因素綜合考慮確定 。 2022/2/4 37 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 框架梁的截面尺寸可按下式估算： b011~8 1 8hl??? ????截面高度 截面寬度 b11~24 bbh??? ????梁的計算跨度 梁的凈跨度與截面高度之比不宜小于4 ， 梁的截面寬度不宜小于200mm。 2022/2/4 38 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 為了獲得較大的使用空間 ， 有時將框架梁設(shè)計成扁梁 。 對 框架扁梁 ， 其截面尺寸可按下式估算： b011~1 8 2 5hl??? ????? ?b 1 ~ 3 bbh? 扁梁除滿足承載力要求外 ， 還應(yīng)特別注意其變形和裂縫是否滿足有關(guān)要求 。 2022/2/4 39 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 多層和高層建筑中的樓面可做成 裝配式 、 裝配整體式 和 現(xiàn)澆式 三種形式 。 裝配式剛度弱 ， 一般只用于多層建筑 ， 高度超過 50m的高層建筑宜采用現(xiàn)澆式 ， 不超過 50的高層建筑除現(xiàn)澆式外 ，還可采用裝配整體式和連接可靠的裝配式 。 2022/2/4 40 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 在計算框架梁的慣性矩時 ， 要考慮樓面板與梁的連接對梁慣性矩的有利影響 。 其中 ， 現(xiàn)澆 樓面板的鋼筋與框架梁的鋼筋交織在一起 ， 整體性最好 ， 采用 裝配整體式 樓面板時整體性 稍差 ， 采用 裝配式 樓面板則 最差 。 2022/2/4 41 ③ 構(gòu)件選型及截面尺寸確定 B. 截面尺寸估算 b. 框架梁 樓板類型 邊框架梁 中框架梁 現(xiàn)澆樓板 I＝ I＝ 裝配整體式樓板 I＝ I＝ 裝配式樓板 I＝ I0 I＝ I0 30112 bbI b h? 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 2