结构对于建筑的意义.doc

框架结构体系 ：

混合结构强度低，楼层较高时用料多、自重大，建筑有效面积随着楼层增加大大减少

本章讲述的框架结构主要是指钢筋混凝土框架结构，较之砖砌体结构，钢筋混凝土框架结构自重小、强度高，可以用于更多楼层的承重结构体系

一般用于不多于 15 层（不超过 50 米高度）的多层和高层房屋

框架结构体系结构特点和优缺点：

钢筋混凝土框架的梁柱节点多为刚节点，建筑物整体性好

因为刚节点的存在，梁跨中弯矩降低，从而可以跨越更大的跨度，空间布置更为灵活

在建筑上能够提供较大的空间，平面布置灵活，适用性强

抗侧刚度小、水平位移大，结构柔度较大

框架结构按施工方法分类：

全现浇框架：承重构件梁、柱、板均在现场绑扎、支模、浇筑、养护而成，整体性和抗震性较好，但现场工程量大、模板耗费多、工期长，在框架结构中使用最广泛

装配式框架：梁、柱、板均为预制，用于钢结构框架

半现浇式框架：梁、柱为现浇，板为预制，成本低，但整体性和抗震性差，应用较少

装配整体式框架：梁、柱为预制，梁柱节点处现浇

框架结构按承重方式分类：

全框架（纯框架）：荷载全部由框架梁、柱承担，墙体仅起围护、隔断作用，受力性能良好

内框架（半框架）：荷载由内部框架和外部墙体共同来承担，整体性和抗震性差，易发生地基不均匀沉降

底层框架混合结构：底层为框架结构或框架 - 剪力墙结构，上部为普通混合结构，整个结构上刚下柔，整体性和抗震性差

框架柱网布置：

柱网布置应满足建筑类别的要求：在民用建筑中，柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，常将柱子设在纵横墙交错处

柱网布置应尽量简单、规则、整齐、间距适中、传力明确、受力合理：框架结构同时承受竖向荷载和水平荷载，并且在框架平面内承载能力较高

柱网布置应便于施工：设计时尽量减少构件规格，尽量使梁、板布置也简单、规则，施工方便可加快施工进度、降低工程造价

震设防区框架结构体型与布置的要求：

1、 房屋的平、立面宜用简单体型

2、 抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震力合力作用线接近或重合

3、 抗侧力结构的布置应尽可能使房屋各部分的刚度均匀，避免相差过分悬殊

4、 在地震烈度较高的抗震设防区，楼、电梯间不宜布置在结构单元的两端和拐角处

5、 应注意控制房屋的侧向变形和层间相对变形

6、 各层楼板应尽量设置在同一标高处或错开很少，避免采用复式框架

7、 房屋高低层不宜用牛腿相连，宜用防震缝隔开

8、 柱子净高与截面长边之比宜大于 4

框架结构的变形与内力：

在竖向荷载作用下，框架的变形与弯矩随着框架的层数增加没有显著的变化

在水平荷载作用下，框架的变形与弯矩随着框架的层数增加迅速加大

框架结构的层数达到一定程度时，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力

水平荷载对设计其主要控制作用时，框架结构的优越性受到较大的限制

框架结构的适用层数、高宽比与适用高度：

框架结构在水平荷载作用下，属于柔性结构，其抗侧移刚度较小，房屋较高时其安全性和经济效益下降

框架结构适用层数： 6 ～ 15 层， 10 层左右最为经济

框架结构常用高宽比： 5 ～ 7

场地类别为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类，规则的现浇钢筋混凝土框架结构最大适用高度： 60m （烈度 6 度）， 55m （烈度 7 度）， 45m （烈度 8 度）， 25m （烈度 9 度）

场地类别Ⅳ类或不规则结构的最大适用高度还应适当降低

剪力墙结构体系：

剪力墙结构较之框架结构，采用剪力墙来提供很大的抗剪强度和侧向刚度，从而提高整体结构的抗侧移刚度

剪力墙就是以承受水平荷载为主要目的而设置的现浇钢筋混凝土成片墙体，在钢结构建筑中也可采用钢板剪力墙

剪力墙结构体系主要包括以下三大类：框架 - 剪力墙（框剪）结构，（全）剪力墙结构，筒体结构

适用于 10 层以上的高层或超高层房屋

框架 - 剪力墙结构：

框架 - 剪力墙结构，简称框剪结构，是在框架结构的基础上增设一定数量的横向和纵向剪力墙所构成的双重受力体系

在整个体系中，框架仍占主体、以承担竖向荷载为主，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，两者协同工作、扬长避短

建筑结构相当于基础上的悬臂梁，剪力墙使得该悬臂梁在此位置形成深梁，加强了侧向刚度

框架 - 剪力墙结构变形特点：

在水平荷载作用下，框架的变形总体来说属于剪切型，剪力墙的变形则属于弯曲型

楼面处刚度可视为无穷大，因此此处框架和剪力墙变形协调，框架 - 剪力墙的变形总体来说属于弯剪型

对于层间位移角，框架自上而下逐层增大、底层最大，而剪力墙相反、顶层最大，这样，框架 - 剪力墙结构下部是剪力墙制约框架变形，结构上部是框架制约剪力墙变形，从而整体结构各层的层间位移角较为均匀，减少了地震作用下非结构构件的破坏

框架 - 剪力墙结构受力特点：

在框架 - 剪力墙结构中，剪力墙布置的数量一般不太多、受荷面积有限，故框架承担大部分竖向荷载

剪力墙抗侧移刚度远大于框架，故剪力墙承担绝大部分水平荷载（一般在 80 ％以上）

框架楼层剪力分布较为均匀，最大值不发生在结构底部，一般是在（ 0.3 ～ 0.6 ） H 之间

剪力墙顶端剪力为负值（与框架间产生内部集中力），而在结构下部的剪力很大

框架 - 剪力墙结构的适用范围：

框架 - 剪力墙结构属于半刚性结构体系，适用于 10 ～ 20 层房屋，最高不宜超过 25 层

较之框架结构，框架 - 剪力墙结构中剪力墙的设置在一定程度上影响了建筑平面的灵活布置，适用于办公楼、旅馆、公寓、住宅等建筑以及一些工业厂房

框架 - 剪力墙结构中剪力墙的布置可以较为灵活，可结合隔墙、山墙、电梯井、楼梯间等设置，减少对建筑使用功能上的妨碍

框架 - 筒体结构：

当框架 - 剪力墙结构中的剪力墙集中在一处并形成筒体时，称为框架 - 筒体结构

框架 - 筒体结构的筒体一般位于建筑物中央（也可见到位于一侧的），其框架一般位于筒体四周

框架 - 筒体结构与框架 - 剪力墙结构的受力和变形特点类似，但因为筒体的存在，其刚度、强度、抗扭性能都增强了，故可以建造高达 30 ～ 40 层的建筑

框架 - 筒体结构的剪力墙设置很集中，建筑平面布置可较为灵活，适用于公共建筑、办公楼和商业建筑等

剪力墙结构：

房屋高度超过 25 层时，水平荷载的影响相当大，需要的剪力墙数量很大，需要采用全剪力墙结构

结构整体性更强，抗侧移刚度更大，侧向变形更小，抗震性能更好，用钢量较省，施工相对简便快捷

墙体较密，建筑平面布置和空间利用受到较大限制，且结构自重大、刚度大、地震反应大

适用于 10 ～ 40 层的住宅、公寓和旅馆等

底层大空间剪力墙结构：

住宅、公寓或旅馆等高层建筑中，往往底部 1 ～ 3 层作商店或停车场而需要大空间，可采用部分框支、部分落地的剪力墙结构，即底层大空间剪力墙结构

底层大空间剪力墙结构的底层采用部分框架，故其抗侧移刚度有所削弱，易产生刚度突变而引起较大震害

因为框支剪力墙刚度突变很大，在抗震设防区不允许单独使用，即不采用底层全部为框架的剪力墙结构

大底盘大空间剪力墙结构：

底部楼层的商业用房往往扩大其面积，形成大面积裙房，裙房多采用框架结构，这种大空间裙房作为底盘、上部为一个或多个剪力墙塔楼的结构，称为大底盘大空间剪力墙结构，是高层商住楼的一种广泛应用的结构体系

筒体结构：

将房屋的剪力墙集中到房屋的外部或内部组成一个竖向、悬臂的封闭箱体时，可以大大提高房屋的整体空间受力性能和抗侧移能力，这种封闭的箱体称为筒体

外部筒体和内部框架结合形成框筒结构，内筒和外筒结合（两者之间不再设柱）形成筒中筒结构

筒体结构的剪力墙设置较为集中，建筑平面布置可较为灵活，适用于超高层公共建筑和商业建筑

注意框筒结构与框架 - 筒体结构的区别

多筒结构：

多筒结构主要分为两类：一类是将多个筒体合并在一起形成成束筒，一类是在筒体之间用刚度很大的水平构件相互联系而形成巨型框架

成束筒的抗侧刚度比筒中筒更大，可以建造更高的建筑

巨型框架不是由普通梁柱组成，而是由筒体作柱子，用高度很大（一层或几层楼高）的水平构件作梁，巨型框架梁可以隔若干层设置一根，巨型框架柱和巨型框架梁之间的小框架只承受竖向荷载

成束筒和巨型框架结构均可建造 100 层以上的超高层建筑

剪力墙的形状：

剪力墙的形状与建筑物的平面布置和对水平荷载的反应有关，即从建筑分隔和受力角度来考虑

剪力墙的形状决定了其截面的抗弯惯性矩的大小

剪力墙的基本形状可分为开口截面和封闭截面两大类

剪力墙结构布置原则 :

房屋平、立面布置简单对称，利于布置剪力墙和整体刚度

合理远离房屋重心，降低房屋重心，可提高抗扭刚度

抗侧力结构刚度中心接近水平荷载合力作用线，减轻扭转

上下位置对齐，贯通全高，避免刚度突变

增加剪力墙承担的竖向荷载，使其受力合理

全剪力墙体系 :

对于板式建筑，剪力墙布置宜均衡

横向剪力墙的间距不宜太密，一般不小于 6 ~ 8m

纵向剪力墙一般设为二道、二道半、三道或四道

建筑平面形状任意时，受力复杂处应加密剪力墙

框 - 剪体系 :

布置数量兼顾结构和经济，太少则抗侧力不足，太多浪费

为保证楼板水平刚度，剪力墙间距不宜过大（≤ 4B ）

宜设在靠近建筑物两端处、楼电梯间和平面刚度变化处，若能纵横相连可增大整体刚度

抗震设防区纵、横向均布置剪力墙

横向剪力墙宜布置在房屋近端而非尽端，若布置在尽端增加基础难度（剪力墙嵌固较差），布置在中部不利于抗扭

纵向剪力墙宜布置在中部，若布置在端部会使房屋变形受约束而产生温度应力和收缩应力

剪力墙的材料、厚度和配筋 :

采用现浇钢筋混凝土，混凝土强度等级不应低于 C20

有边框（嵌于梁柱间），厚度≥墙体净高 /30 且 120mm ；无边框，三、四级抗震等级时厚度≥墙体净高 /25 且 160mm ，一、二级抗震等级时厚度≥墙体净高 /20 且 200mm

厚度≥ 200mm 应双层配筋，厚度 <200mm 可单层配筋，山墙及第一道内隔墙、楼电梯间墙、内纵墙均应双层配筋

剪力墙的开洞 :

剪力墙的洞口沿竖向成列布置时，根据洞口的分布和大小，可分为实体剪力墙、整体小开口剪力墙、联肢剪力墙，多联单独剪力墙、框支剪力墙等

剪力墙不开洞比开洞好，少开洞比多开洞好，开小洞比开大洞好，单排洞比多排洞好，洞口靠中比洞口靠边好

变形缝的设置 :

变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝

伸缩缝和防震缝仅需断开基础以上的房屋上部结构

沉降缝需要将房屋连同基础一起断开

宜两缝合一或三缝合一

尽量不设变形缝，可通过设计方案的调整或构造措施避免

设置变形缝后，被分开的几部分房屋在结构上完全独立

变形缝的宽度 :

变形缝宽度的确定原则：当结构产生伸缩变形、不均匀沉降或地震变形时，房屋各独立单元间不发生相互碰撞

防震缝的宽度宜符合表中规定，并不小于 7cm

伸缩缝、沉降缝的宽度一般不小于 5cm ，且随房屋高度增加而加大

防震缝兼作沉降缝时，应考虑地基不均匀沉降引起的附加变形，其宽度宜适当加大

防震缝兼作伸缩缝时，应符合防震缝宽度的要求

转换层的基本特点：

“鸡腿柱”大梁与支承柱连接处应力高度集中，需要特殊的抗震构造设计

竖向荷载成为转换层（大梁）设计的控制因素

转换层（大梁）跨度很大，其挠度需要严格控制

转换层尺度很大，浪费了一定的建筑空间，且其自重大、材料耗费多、造价高昂

连续施工强度大，施工过程复杂，技术要求高

转换层结构的设置原则：

1、 底层要求大空间

转换层结构跨越底层建筑平面两端，将上部荷载集中于数个支承点处，亦称桥式结构

转换层中部支承于一个强劲的筒体上，四面向外悬挑

转换层（大梁）可以采用多种建筑设计结构形式

2、 任意层上要求敞开空间或改变柱网