【精品课件】钢筋混凝土框架结构

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1.1 结构布置与结构体系
结构布置
❖钢筋混凝土框架结构一般抗侧刚度较差，节点受压、受剪 等应力状态复杂，在烈度较高的地震作用下，框架梁柱节 点均易于产生各种破坏，
❖在方案及选型设计时，框架结构体系的建筑体型及结构布 置应符合抗震构造要求。
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1.1.1 结构体系
❖梁柱节点构造复杂，在装配式框架结构中更为突出。
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第四篇 钢筋混凝土框架结构
应用范围：
❖框架结构不宜用于层数较多的高层建筑，一般多用于办公 楼、教学楼、旅馆及工业厂房等多层建筑中；
❖一般在非地震区，钢筋混凝土框架结构可用于15层以下建 筑；
❖在一般地震区则以不超过10~12层为宜， ❖8度及8度以上烈度的地震区，一般以8层以下为最佳。
6度
7度
8度
9度
H≤15
70
70
70
70
框架 H＞15 70+ 20(H-15)/5 70+20(H-15)/4 70+20(H-15)/3 70+20(H-15)/2
框架-剪力墙 相应高度框架结构计算值的70%，且不小于70 剪力墙 相应高度框架结构计算值的50%，且不小于70
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该层的侧向刚度小于相邻上一 层的70%，
或小于其上相邻三个楼层侧向 刚度平均值的80%；
除顶层外，局部收进的水平向 尺寸大于相邻下一层的25%
Ki3
Ki2 K i1 Ki
Ki 0.7Ki1
软弱层
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1.1.2 建筑结构的规则性 竖向不规则的类型
2.竖向抗侧力构件 不连续
竖向抗侧力构件（柱、抗 震墙、抗震支撑）的内力 由水平转换构件（梁、桁 架等）向下传递
过长的钢筋泥凝上框架结构的适当部位，宜将伸缩缝 与沉降缝合并设置。
❖伸缩缝与沉降缝的宽度一般不小于50mm。
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1.1.3 变形缝
防震缝
❖考虑因素 ➢防震缝的设置，主要与建筑平面形状、高差、刚度和质 量分布等因素有关。
❖设置要求 ➢防震缝宽度应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构 类型、结构单元的高度和高差情况确定，
1.1.3 变形缝
防震缝
❖最小宽度要求 ➢防震缝两侧结构类型不同时，按不利体系考虑，并按低 的房屋高度计算缝宽。
框架
框架-抗震墙 t
h
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1.1.3 变形缝
防震缝
❖高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝分开。 ➢高低层相连，高度和重量相差悬殊，振动时频率不同， 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。
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1.1.2 建筑结构的规则性
平面布置
❖应力求简单、规则、对称、均匀，质心与刚心宜接近，以 减少扭转；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中），
❖避免平面不规则结构，
竖向布置
❖沿高度之刚度、质量分布应均匀、连续； ❖避免立面不规则结构。
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1.1.2 建筑结构的规则性 平面不规则的类型
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1.1.3 变形缝
伸缩缝
❖当房屋的长度较大时，温度收缩会使结构产生裂缝。宜将 房屋上部结构用伸缩缝断开。
沉降缝
❖（1）建筑平面的转折部位； ❖（2）高度差异（或荷载差异）较大处； ❖（3）地基土的压缩性有显著差异处； ❖（4）建筑结构(或基础)类型不同处； ❖（5）分期建造房屋的交界处；
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1.1.2 建筑结构的规则性
建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自 若干现代建筑在地震中的表现。
布置原则
❖建筑设计 ➢应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设 计方案
❖结构设计 ➢满足建筑功能要求， ➢使结构合理、受力明确、传力直接。 • 结构传力路径简单、合理、抗震子结构明确 • 有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接， 减少扭转
双向抗侧力体系
❖框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此框架应沿建 筑的两个主轴双向设置，形成双向梁柱抗侧力体系。
刚接体系
❖除个别部位外，框架的梁柱应采用刚接，以增大结构刚度 和整体性；抗震设计时不宜采用单跨框架。
纯框架体系
❖抗震设计的框架结构，不应采用部分由砌体承重的混合形 式。框架结构中的楼、电梯间及局部突出屋顶的电梯机房、 楼梯间、水箱间等，应采用框架承重结构，不应采用砌体 墙承重。
➢更适合于地震区采用。
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类型
按框架的承重结构
❖全框架（纯框架） ➢楼、屋面荷载全部由框架承担； ➢外墙仅起围护作用； ➢整体性和抗震性好；属于纯框架。
❖内框架（半框架、龙骨架） ➢楼、屋面荷载由框架和外墙共同承担； ➢计算简图形象如龙骨，故也称之为“龙骨架” ； ➢房屋层数不多且外墙足够厚时，可采用内框架； ➢两种材料刚度不协调，整体性和总体刚度比较差。 ➢有抗震要求的房屋不宜采用。
不规则 类型
定义
扭转 不规则
楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该 楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的1.2 倍
凹 凸 结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总 不规则 尺寸的30%
楼 板 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。a)有效楼板宽度 局 部 小于该层楼板典型宽度的50%，b)开洞面积大于该 不连续 层楼面面积的30%，c)较大的楼层错层
➢应将房屋划分为简单规则的形状，使每一部分成为独立 的抗震单元。避免地震作用下薄弱部位造成震害。
➢其两侧的上部结构应完全分开。 ❖抗震设计的建筑结构，当需要设伸缩缝、沉降缝时，也应
符合防震缝宽度的要求。
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1.1.3 变形缝
防震缝
❖最小宽度要求
结构 结构高 类型 度H(m)
各抗震设防烈度下防震缝最小宽度（mm）
竖向抗侧 力构件不
连续
竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的 内力由水平转换构件（梁、桁架等向下传递
楼层承载 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼 力突变 层的80%
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1.1.2 建筑结构的规则性 竖向不规则的类型
1.侧向刚度不规则
Ki
0.8( Ki1
Ki2 3
Ki3
)
❖现浇整体式框架 ➢构件均在现场浇注成整体，整体性和抗震性好， ➢构件尺寸不受限制。对使用功能的适用性大。
❖装配式框架 ➢框架构件采取预制安装，施工进度快，工业化程度高。 ➢构件节点连接构造应达到刚性节点的要求。 ➢节点连接构造的作法仍在不断研究改进中。 ➢现在未普及应用。
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类型
牛腿破坏
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1.1.4 柱网布置
原则
❖框架结构的柱网布置既要满足生产工艺和建筑平面布置的 要求，又要使结构受力合理，施工方便。
❖柱网布置应力求做到简单、规则、整齐，柱网尺小应符合 经济原则，尽量符合模数；
考虑因素
❖柱网尺寸及层高应根据建筑功能要求，施工条件及材料设 备等各方面因素来确定。
钢筋混凝土框架结构
建筑之家
定义
多高层建筑结构的常用形式之一； 也是高层建筑的基本结构单元； 由梁和柱为主要构件组成。
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类型
按框架构件组成分类
❖梁板式结构 ➢由梁、板、柱三种基本构件组成。这种骨架形式的框架 结构，广泛用于多层与高层房屋建筑上，是典型的框架 结构型式。
➢本章讨论的主要是这种框架结构型式。 ❖无梁式结构
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第四篇 钢筋混凝土框架结构
优点
❖建筑平面布置灵活； ❖结构自重较轻，在一定的高度范围内造价较低； ❖结构整体性和抗震性好。
缺点
❖本身的柔性较大，抗侧刚度较小，在风荷载作用下水平位 移较大；
❖在地震作用下，非结构构件破坏比较严重。宜采用重量轻 且又能承受较大变形的隔墙材料。
❖在高烈度地区，由于层间位移和顶点位移的限制，建筑较 高时将难以满足要求，或虽能满足但梁柱截面尺寸过大， 配筋也较多，不够经济；
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投 影方向总尺寸的30%
Bmax
B>0.3Bmax B>0.3Bmax
B>0.3Bmax B>0.3Bmax
Bmax
Bmax
Bmax
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1.1.2 建筑结构的规则性
平面不规则的类型
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。
3.楼板局部 不连续
a) 有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度 的50%，
❖结构布置应在建筑平面、立面和剖面确定之后进行，且应 注意结构层与建筑层的关系。首层结构梁板应参照二层建 筑平面图进行布置，但雨篷和过梁等位于层高半腰位置的 构件应参照首层建筑平面图进行布置。
❖结构布置图是结构工程师估算结构设计工作量、确定结构 计算简图、进行荷载计算的依据，也是利用程序直接进行 电算的主要依据，同时还是施工人员了解结构总体布置、 结构构件类型及其平面和空间位置的主要根据。
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第一章 框架结构设计的基本要求
1.1 结构布置与结构体系 1.2 梁、柱截面尺寸及布置 1.3 填充墙布置
1.1 结构布置与结构体系
结构布置
❖包括结构平面布置和结构剖面布置。对于一般楼面标高变 化不大的房屋．可只作结构平面布置。对于同一层楼面标 高变化较大的房屋，梁、板的标高较为复杂时，尚应进行 结构剖面布置，显示结构构件的空间位置的相互关系。
b) 开洞面积大于该层楼面面积的30%，
B
A0 0.3A A Bl
c) 较大的楼层错层
l
b 0.5B B
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1.1.2 建筑结构的规则性 竖向不规则的类型
不规则 类型
定义
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小 侧向刚度 于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；
不规则 除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下 一层的25%
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1.1.2 建筑结构的规则性 竖向不规则的类型
3.楼层承载力突变
抗侧力结构的层间受剪承载力小 于相邻上一楼层的80%
薄弱层
Q y ,i 1 Q y ,i
Qy,i 0.8Qy,i1
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1.1.2 变形缝
优点
❖设置变形缝后，结构虽然变得简单、规则
问题
❖由于缝两侧均需布置框架而使结构复杂和建筑使用不便； ❖较大的变形缝使建筑立面处理困难； ❖地下部分容易渗漏、防水处理困难； ❖在地震区，地震时缝两侧结构进入弹塑性状态，位移急剧
增大而发生相互碰撞，产生严重的震害。
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1.1.2 变形缝
处理原则
❖一般情况下宜采用调整平面形状与尺寸、加强构造措施， 设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。
❖ 建筑设计方面 ➢应采用调整平面形状、尺寸、体型等措施
❖结构设计方面 ➢应选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等
❖施工方面 ➢分阶段施工、设置后浇带、加强保温隔热产工艺和建筑平面布置的要求，又要使结构受 力合理，施工方便。
❖生产工艺的要求是厂房平面设计的主要依据。 ❖柱网平面布置主要有内廊式、等跨式、对称不等跨式
按框架的施工方法
❖半现浇框架 ➢梁柱现浇、楼板预制；或现浇柱、预制梁板。 ➢节点构造简单，比全现浇框架可节约模板20％左右 ➢比全装配框架可以节约钢材和水泥20％左右。 ➢结构整体性强，抗震能力高。
❖装配整体式框架 ➢将预制梁、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。
➢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，
➢由板、柱组成，实质是无梁楼盖结构。
➢柱与楼板整体连接（板柱的连接刚度比梁柱的连接刚度 小），柱除承受轴向力外，柱端弯矩按“等代框架法” 进行计算。
➢从结构选型的角度来说，无梁楼盖不是骨架体系。
➢从结构受力角度看，其内力分析与框架结构类似，也是 框架结构的一种。
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类型
按框架的施工方法
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1.1.2 建筑结构的规则性 平面不规则的类型
1.扭转不规则
楼层的最大弹性水平位移(或层间位 移)，大于该楼层两端弹性水平位移 (或层间位移) 平均值的1.2倍
2 1
2
2
1.2
2
1
2
1
2
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1.1.2 建筑结构的规则性 平面不规则的类型
2.凹凸不规则
❖从使用上来说，柱网尺寸愈大愈好；但梁的截面高度不仅 影响建筑净高，而且对框架的抗侧刚度的影响很大。
❖考虑到抗震设计时的延性要求，梁的截面尺寸不宜太大， 因此框架结构柱网尺寸宜为6~8m，不宜超过9m。
❖需要大尺寸的柱网（如9~12m）时，应考虑采用预应力混 凝土粱。
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1.1.4 柱网布置