第5讲：第二章第三节多层与高层建筑结构体系(二)(2013年新版)

二、框架结构体系

(一)框架结构的特点与优点

1．基本概念

(1)框架是由梁和柱刚性连接的骨架结构。

(2)框架结构采用的材料：

1)型钢；

2)钢筋混凝土。

2．框架结构的特点

(1)框架的连接点是刚节点，是一个几何不变体。

(2)在竖向荷载作用下，框架的变形及弯矩图见图2-11。由于梁、柱互相约束，横梁的跨中弯矩比简支梁小。

(3)在水平力作用下，框架的变形及弯矩见图2-12，与排架结构相比，由于梁柱的刚接可提高柱子的抗推刚度，从而框架的水平变形比排架小。

3．框架结构的优点

(1)框架结构所用的钢筋混凝土或型钢有很好的抗压和抗弯能力，因此，可以加大建筑物的空间和高度。

(2)可以减轻建筑物的重量。

(3)有较好的抗震能力。

(4)有较好的延性。

(5)有较好的整体性。

4．框架结构的缺点

因构件截面尺寸不可能太大故承载力和刚度受到一定限制，因此房屋的高度受到限制。

(二)框架结构的类型

1．按构件组成划分为两种类型

(1)梁板式结构。由梁、板、柱三种基本构件组成骨架形成的框架结构。

(2)无梁式结构。由板和柱子组成的结构。

2．按框架的施工方法划分为四种类型

(1)现浇整体式框架

框架全部构件均在现场现浇成整体。

1)整体性和抗震性能好；

2)构件尺寸不受标准构件限制。

(2)装配式框架

框架全部构件采用预制装配：

1)可加速施工进度，提高建筑工业化程度。

2)节点构造刚性差，抗震性能差。

(3)半现浇框架

梁、柱现浇，楼板预制或现浇柱，预制梁板。

1)梁、柱整体性较好，适用于抗震建筑。

2)楼板预制可节约模板，约20％。

(4)装配整体式框架

预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体。

1)保证了节点的刚接，结构整体性好；

2)可省去连接件；

3)增加了后浇混凝土工序；

4)比全现浇可节省模板及加快进度。

(三)框架结构的平面布置方式

1．横向为主要承重框架，纵向为连系梁，只适用于非地震区。

2．纵向为主要承重框架，横向为连系梁。

(1)有利于提高楼层净高的有效利用

(2)房间的使用和划分比较灵活。

(3)不适用于地震区。

3．主要承重框架纵横两个方向布置：

(1)当两个方向的水平力相差不大时，则必须采用这种布置。

(2)适用于地震区及平面为正方形的房屋。

各种框架布置方式见图2-13

(四)框架结构的受力特性

1．框架结构在竖向力作用下的变形和弯矩见图2-14

2．框架结构在水平力作用下的变形和弯矩见图2-15。

(一)剪力墙的概念和结构效能

（1）剪力墙是一种抵抗竖向荷载引起的轴向作用以及风、地震等水平荷载引起的剪力、弯曲作用的结构单元。

（2）剪力墙既可以做建筑物的承载结构，又可以作为建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。

（3）剪力墙结构体系承载能力强，整体性和空间作用好，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物。

（4）受剪力墙的间距的限制，建筑物的开间布置不够灵活，对需要大空间时就不太适用。一般适用住宅、公寓和旅馆。

（5）由于开间不大，剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可节约层高。

(二)剪力墙结构体系的类型及适用范围

1．普通剪力墙结构。全部由剪力墙组成的结构体系。

2．框架-剪力墙结构。是由框架与剪力墙组合而成的结构体系，适用于需要有局部大空间的建筑，这时在局部大空间部分采用框架结构，同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗侧能力，从而满足高层建筑的要求。

3．框支剪力墙结构。当剪力墙结构的底部需要有大空间，剪力墙无法全部落地时，就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。

(三)普通剪力墙结构的结构布置

1．平面布置

(1)钢筋混凝土墙承受全部竖向荷载和水平力，所以剪力墙应双向或多向布置，且宜拉通对直。

对于矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；对于三角形及Y形平面可沿三个方向布置；对于正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。

(2)单片剪力墙的长度不宜过大：

1) 剪力墙发生弯曲破坏时，具有比较强的变形能力，抗震延性好，而且发生剪切破坏时，变形能力弱，延性差。过长的剪力墙容易发生剪切破坏，因此出于抗震性的要求，不宜采用过长的剪力墙。每个墙段的高宽比应不小于2，当同一轴线上的剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成若干个墙段，每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙。每个墙肢的宽度不宜大于8．0m。

2)剪力墙长度过大，将导致结构刚度过大、周期过短，会加大地震力作用，不经济；

(3)剪力墙的平面布置尽量对称，均匀，且数量适当。

1)剪力墙的开间以6．0～7．0m的大开间，比3．0-3．9m的小开间，较经济合理，降低了材料用量，

而且增大建筑使用面积。

2)剪力墙结构的基本周期控制在

Ns——为层数。

底部剪力控制在：

G——建筑物的总重力荷载。

若周期过短，地震力过大时，宜减少墙的数量。

(4)调整剪力墙结构刚度的方法有：

1)适当减小剪力墙的厚度；

2)降低连梁的高度；

3)增大门窗洞口宽度；

4)对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。超过8．0m长时都应用施工洞划分为小墙肢。

2．竖向布置

(1)沿结构高度的刚度突变对抗震非常不利，为避免这一问题，剪力墙应在整个建筑的竖向贯通，上到顶，下到底。

(2)顶层取消部分剪力墙时，其余剪力墙应在构造上予以加强。底层取消部分剪力墙时，应设置转换层。

(3)为避免刚度突变，剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减小宜为50-l00mm，不宜过大，厚度变化时宜两侧同时内收。外墙及电梯间墙可只单面内收。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。

(4)剪力墙上的洞口宜上下对齐，并列布置。相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢。当墙肢的宽度与厚度之比小于3的小墙肢，在反复荷载作用下，早开裂，早破坏，故墙肢宽度不宜小于3bw(bw为墙厚)，且不应小于500mm。

(四)剪力墙的构造要求

1．剪力墙的数量

对目前设计的16—28层住宅来看，底层部分剪力墙截面总面积与楼面面积之比大约为：

Aw—剪力墙截面总面积；

Af—楼面面积。

2．剪力墙厚度见表2-7