第2章21_框架結(jié)構(gòu)

1、第2章抗側(cè)力結(jié)構(gòu)與布置本章與第8章中8.4-8.6節(jié)同時學習結(jié)構(gòu)體系講解順序2.1-2.5 ：框架、剪力墻、框架剪力墻、框支剪力墻.2.6+8.4 講解筒體體系(框筒和多筒)2.7+8.5 講解框架筒體和框架筒體伸臂體系2.9-2.10對各種體系通用的結(jié)構(gòu)布置要求和最基本的概念設(shè)計要點延性結(jié)構(gòu)等各種結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的比較連接越強，抗側(cè)剛度越大框架側(cè)移=8倍剪力墻側(cè)移剪力墻側(cè)移8倍筒體側(cè)移2.1. 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的定義和一般描述框架結(jié)構(gòu)的特點優(yōu)點和缺點(建筑和結(jié)構(gòu)兩個方面)框架結(jié)構(gòu)布置原則和計算簡圖水平和豎向框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形特征框架結(jié)構(gòu)的破壞機制和延性框架注意：今后每種體系均需要了解這5大方

2、面框架結(jié)構(gòu)的定義和一般描述框架由梁、柱組成的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由框架承受全部豎向、水平荷載框架結(jié)構(gòu)可以建到30層左右，在我國目前的情況下，一般建到1520層框架的材料：鋼、鋼筋混凝土、組合梁柱?？蚣艿闹话憧偸乾F(xiàn)澆框架梁也是現(xiàn)澆為主鋼筋混凝土框架按施工方法分類柱梁樓板全部現(xiàn)澆框架現(xiàn)澆現(xiàn)澆現(xiàn)澆樓板預制框架現(xiàn)澆現(xiàn)澆預制半裝配式框架現(xiàn)澆預制預制全裝配式框架預制預制預制平面布置靈活，可獲得較大的空間；外墻非承重構(gòu)件，可以靈活設(shè)計立面；材料省，自重輕：采用輕質(zhì)隔墻和外墻可以大大降低房屋的自重-有利抗震?？蚣芙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件類型少，易于標準化、定型化；可采用預制構(gòu)件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。延性好：合理

3、設(shè)計提高延性對抗震有利?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點承載力低承載力低：因而適用高度有限：越高則框架底部的梁柱中彎矩和剪力顯著增加，給空間處理帶來困難材料用量和造價也趨于不合理。側(cè)向變形大側(cè)向變形大：這一點也限制了適用高度節(jié)點薄弱節(jié)點薄弱：框架節(jié)點處內(nèi)力集中，是結(jié)構(gòu)破壞的薄弱環(huán)節(jié)。框架結(jié)構(gòu)體系的缺點框架結(jié)構(gòu)布置的原則抗震設(shè)計布置原則：簡單、規(guī)則、均勻、對稱梁柱應(yīng)采用剛接，不宜采用鉸接。不宜采用單跨框架雙向布置-雙向框架可采用縱、橫或混合承重方式單向框架和雙向框架抗震要求：n必須設(shè)計成雙向框架n框架梁柱必須剛性連接n不允許采用單跨框架框架的承重方式取決于樓板橫向承重縱向承重雙向承重三種均可采用建筑施工圖標準

4、層平面框架的柱距小柱距：4-5m大柱距：7-8（10）m確定柱距要考慮的因素適用性：建筑平面要求的大小經(jīng)濟性：大柱距要求樓板的大跨度，增加樓蓋的結(jié)構(gòu)高度，同時會增加層高和建筑物高度。強度和剛度：樓蓋剛度大時柱距可以大。梁柱截面尺寸：大柱距會加大梁柱截面尺寸，妨礙建筑功能，并且不易設(shè)計強柱弱梁的延性框架。減少混凝土柱截面尺寸的措施1. 高強混凝土：與C40相比，C60C80混凝土可以減少柱截面面積30402. 鋼骨混凝土(含型鋼510)：可減少面積5060%3. 鋼管混凝土：如采用高強混凝土，則柱截面可以減少至原截面的1/3。梁柱沿高度方向的尺寸沿高度柱網(wǎng)尺寸和梁截面尺寸一般不變柱截面尺寸可以減

5、小框架柱混凝土強度等級可以減小。但相鄰兩層不宜同時減小尺寸和強度等級。柱子尺寸變化時，軸線位置盡可能保持不變。各層梁柱截面的變化框架結(jié)構(gòu)布置實例北京民航辦公樓框架結(jié)構(gòu)框架布置實例北京長城飯店框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的平面布置方格式柱網(wǎng)內(nèi)廊式柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)計算簡圖的獲得雙向框架-空間結(jié)構(gòu)體系-物理模型多個平面框架-簡化的力學模型n計算假設(shè)：框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)力結(jié)構(gòu)力學的靜力計算簡圖?？蚣艿挠嬎愫唸D框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)力水平荷載假設(shè)為作用在結(jié)構(gòu)的主軸方向x,y 兩個方向分別計算框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)力框架梁柱的變形水平荷載下框架的彎矩與變形水平荷載下框架的彎矩與變形最大彎矩在

6、梁柱節(jié)點處 梁柱兩端的節(jié)點處彎矩同為順時針或逆時針梁兩端彎矩同為順時針框架在水平荷載下的彎矩與變形z水平荷載作用下的變形特點：z框架的整體變形為剪切型下大上小z底層框架層間變形大、頂層層間變形小。水平荷載作用下的彎矩水平荷載作用下內(nèi)力的特點：梁柱中的彎矩都在節(jié)點處最大反彎點反彎點柱中彎矩為零的點底層框架柱中的軸力、剪力和彎矩都最大。反彎點在中部反彎點在2/3處三類：彎曲型、剪切型和彎剪型剪切型變形底部相對變形大，而彎曲型變形則相對比較均勻。各種結(jié)構(gòu)體系各種結(jié)構(gòu)體系整體整體水平變形分類水平變形分類剪力墻框-剪框架框架結(jié)構(gòu)整體側(cè)移的構(gòu)成(P.12)框架整體側(cè)移(剪切型)的構(gòu)成：n框架柱軸向變形引起

7、彎曲型彎曲型n框架梁、柱彎曲變形引起剪切型剪切型剪切型：層間位移下大上小 高層建筑中，水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設(shè)計起著決定性的作用; 水平位移要給予限制。 動力反應(yīng)不可低估; 結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形以及溫度、沉降的影響加劇; 軸向變形的影響在水平變形中占重要比例。 材料用量、工程造價呈拋物線關(guān)系增長。軸向變形對側(cè)向變形的影響一個三跨的12層框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下軸向變形所產(chǎn)生的側(cè)移可達到是梁柱彎曲變形產(chǎn)生側(cè)移的40%40%右圖為一個20層剪力墻結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果框架結(jié)構(gòu)梁柱破壞對結(jié)構(gòu)整體的影響(教材第五章 P.145-147)為保證框架的整體性，必須優(yōu)先保證節(jié)點和柱的可靠性。保證整體性原則：強節(jié)

8、點弱構(gòu)件（節(jié)點區(qū)砼強度不小于柱）保證不在柱中出現(xiàn)塑性鉸的原則：強柱弱梁框架梁中塑性鉸的位置塑性鉸：允許出現(xiàn)在梁端，不允許在跨中實現(xiàn)延性框架設(shè)計原則中震可修、大震不倒延性結(jié)構(gòu)要通過提高構(gòu)件的延性和保持結(jié)構(gòu)的整體性來實現(xiàn)；1.節(jié)點破壞會導致結(jié)構(gòu)整體破壞，要避免2.柱本身重要、柱的延性小，避免柱破壞3.梁、柱的剪切破壞為脆性破壞，必須避免。原則：(1) 強柱弱梁；(2) 強剪弱彎；(3)強結(jié)點、強錨固、弱構(gòu)件?？蚣茉O(shè)計的基本原則強柱弱梁：保證塑性鉸大部分出現(xiàn)在梁端，梁先于柱破壞；柱是主要承重構(gòu)件，出現(xiàn)破壞以后比較難以修復。 強剪弱彎；避免梁、柱構(gòu)件過早剪切破壞，在可能出現(xiàn)塑性鉸區(qū)段內(nèi)，梁的剪切破壞是

9、脆性的(剪拉破壞)或延性很小的(剪壓破壞)。抗震的延性框架不僅要求在塑性鉸出現(xiàn)之前不被剪壞，塑性鉸出現(xiàn)以后也不要過早地被剪壞，后者就是提高延性的措施。強節(jié)點、強錨固，弱構(gòu)件。避免出現(xiàn)節(jié)點破壞及鋼筋的錨固破壞，要保證節(jié)點不先于梁和柱破壞；同時在梁中出現(xiàn)塑性鉸以后梁柱仍然構(gòu)成一個整體。 砌體填充墻的布置 在建筑平面上，填充墻的布置力求對稱均勻，以免造成結(jié)構(gòu)偏心，導致扭轉(zhuǎn)破壞。沿房屋豎向，填充墻應(yīng)連續(xù)貫通，以避免在填充墻中斷的樓層出現(xiàn)框架剪力的驟增。同時要避免上下兩層剛度相差過大。不應(yīng)使砌體填充墻承重。宜采用輕質(zhì)填充墻填充墻的構(gòu)造柱拉結(jié)筋不應(yīng)采用部分由框架承重，部分由砌體墻承重的結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的砌體填

10、充墻對抗震的影響p（1）使結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度增大，自振周期減短(減少40或更多)，從而使作用于整個建筑上的水平地震力增大。p（2）改變了結(jié)構(gòu)的地震剪力分布。p（3）限制了框架的變形，減少了整個結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅值。p（4）填充墻充當了第一道抗震防線的主力構(gòu)件，使框架退居為第二道防線。新規(guī)范中已經(jīng)把這條改為強制性條文了砌體填充墻的震害 砌體填充墻剛度大而承載力低，首先承受地震作用而遭破壞。一般7度即出現(xiàn)裂縫，8度和8度以上地震作用下，裂縫明顯增加，甚至部分倒塌，一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌快墻重于磚墻。 填充墻破壞的主要原因是：墻體受剪承載力低，變形能力弱，在往復變形時墻體易發(fā)生剪切破

11、壞和散落。填充墻不宜與框架柱剛性連接，以避免形成短柱當柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)時形成短柱。短柱剛度大，易產(chǎn)生剪切破壞。水平荷載作用下短柱容易剪切破壞柱的剪跨比：M/vh0,h0為與M平行方向柱截面有效截面高度。剪跨比2時，為長柱，2時為短柱，1.5時為超短柱。長柱的破壞形式多為彎曲破壞，短柱多為剪切破壞，超短柱發(fā)生剪切斜拉破壞。同一樓層各柱之間的抗側(cè)剛度不是很懸殊，但是一旦存在少數(shù)短柱，它們的抗側(cè)剛度遠大于一般柱子的抗側(cè)剛度，短柱將吸收較大水平地震剪力，尤其是框架結(jié)構(gòu)中的少數(shù)短柱P柱的線剛度與抗側(cè)剛度抗側(cè)剛度的意義是：柱產(chǎn)生單位水平層間位移時，柱中的剪力(各處相同)汶川地震中的短柱破

12、壞建筑學補充-1 地下車庫停車位的數(shù)量要求停車位數(shù)量估算停車位與行車道的尺寸坡道的設(shè)計類型、坡度和寬度地下車庫的防火分類與分區(qū)地下車庫柱網(wǎng)設(shè)置地下車庫布置實例(湖北金融大廈)核心體布置實例(湖北金融大廈)建筑學補充-1 地下車庫地下車庫通常位于地下一、二層。更低的位置布置設(shè)備公共建筑停車位推薦表各類建筑峰值停車位用量停車位數(shù)量估算行車道寬度與停車方式停車方式：在停車位上停車方式：在停車位上車的縱向軸線與行車道車的縱向軸線與行車道軸線的相對位置軸線的相對位置右圖中右圖中的尺寸的尺寸規(guī)定見規(guī)定見下頁表下頁表通道與車位尺寸設(shè)計參數(shù)坡道的類型直線型坡道結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但占地面積較大。坡道位置坡道的坡度和寬度車庫凈高和汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑地下車庫的防火分類與分區(qū)地下車庫柱網(wǎng)設(shè)置主樓柱網(wǎng)裙房柱網(wǎng)地下車庫柱網(wǎng)。需要考慮：n停車位n經(jīng)濟合理1.與上部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)車輛尺