三峡大学土木与建筑学院建筑结构与选型框架结构体系.pptx

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1、三峡大学土木与建筑学院建筑结构与选型三峡大学土木与建筑学院建筑结构与选型框架结构体系框架结构体系第一节第一节 框架的结构特点与优点框架的结构特点与优点 框架的结构特点就在于框架的结构特点就在于“刚节点刚节点”。从而刚架横梁产生的正弯矩得以减少，对梁的从而刚架横梁产生的正弯矩得以减少，对梁的好处是很明显的。刚节点给柱虽然带来弯矩，但好处是很明显的。刚节点给柱虽然带来弯矩，但对钢筋混凝土柱来说也不会带来坏处，因为钢筋对钢筋混凝土柱来说也不会带来坏处，因为钢筋混凝土柱不仅抗压能力很强，而且抗弯能力也很混凝土柱不仅抗压能力很强，而且抗弯能力也很好好。所以，所以，框架结构不仅梁的跨度可以扩大，而且框架结

2、构不仅梁的跨度可以扩大，而且房屋的层数也可以增加。房屋的层数也可以增加。第1页/共81页第2页/共81页 框架结构的优点是：强度高、自重轻、整强度高、自重轻、整体性和抗震性好。体性和抗震性好。它在建筑上的最大优点是在于它不靠砖墙承重，建筑平面布置灵活，可以获得较大的使用空间所以它的应用极为广泛。第3页/共81页第二节 框架的类型一、按框架构件组成划分一、按框架构件组成划分有两种类型：有两种类型：（一）梁板式结构（一）梁板式结构（一）梁板式结构（一）梁板式结构 这种框架是由梁、板、柱三种基本构件组成。这种由这种框架是由梁、板、柱三种基本构件组成。这种由梁、柱组成骨架形式的框架结构，广泛用于多层与

3、高层房梁、柱组成骨架形式的框架结构，广泛用于多层与高层房屋建筑上，是一种典型的框架结构型式。本章讨论的主要屋建筑上，是一种典型的框架结构型式。本章讨论的主要任务也是这种框架结构型任务也是这种框架结构型（二）无梁式结构（二）无梁式结构（二）无梁式结构（二）无梁式结构 这种由板和柱子组成的结构实质是无梁楼盖结构。内这种由板和柱子组成的结构实质是无梁楼盖结构。内于它的住子与楼板整体连接于它的住子与楼板整体连接(板柱连接刚度比梁住的连接刚板柱连接刚度比梁住的连接刚度为小度为小)柱子除承受轴向力外，柱端弯矩则按柱子除承受轴向力外，柱端弯矩则按“代替框架法代替框架法”进行计算进行计算(“(“柱上板带柱上板

4、带”作为框架横梁来考虑作为框架横梁来考虑)。所以从结。所以从结构选型的角度来说，无梁楼盖本来不是骨架体系，但出于构选型的角度来说，无梁楼盖本来不是骨架体系，但出于其内力分析类似框架结构，从结构受力角度看，它也是框其内力分析类似框架结构，从结构受力角度看，它也是框架结构的一种，而且这种结构广泛用于冷藏库仓库等建架结构的一种，而且这种结构广泛用于冷藏库仓库等建筑物。筑物。第4页/共81页二、二、按框架的施工方法划分按框架的施工方法划分共分四种类型共分四种类型:（）现浇整体式框果）现浇整体式框果 这种框架全部构件均在现场现浇成整体整体性初抗震性好构这种框架全部构件均在现场现浇成整体整体性初抗震性好构

5、件尺寸不受标准构件所限制，对房屋各种使用功能的适用性大，故框件尺寸不受标准构件所限制，对房屋各种使用功能的适用性大，故框架的施工多用此法。架的施工多用此法。（二）装配式框架（二）装配式框架 这种框架构件采取预制安装、可加速施工进度和提高建筑工业化这种框架构件采取预制安装、可加速施工进度和提高建筑工业化程度。不过，这种框架的构件节点连接构造应达到刚节点的要求，目程度。不过，这种框架的构件节点连接构造应达到刚节点的要求，目前节点构造的作法仍在不断研究改进中。故这冲施工方法现在还未普前节点构造的作法仍在不断研究改进中。故这冲施工方法现在还未普及应用。及应用。（三）半现浇框架（三）半现浇框架 所谓半现

6、浇框架结构是指梁、柱现浇、楼板预制或者是现浇枝顶所谓半现浇框架结构是指梁、柱现浇、楼板预制或者是现浇枝顶制梁板的结构。它主要的优点是节点构造简单比全现浇框架可制梁板的结构。它主要的优点是节点构造简单比全现浇框架可f f以以节约模板节约模板2020左右，比全装配框架可以节约钢材和水泥左右，比全装配框架可以节约钢材和水泥20%20%以左右。以左右。同时还增强了结构整体性，提高了抗震能力。这是目前比较受欢迎的同时还增强了结构整体性，提高了抗震能力。这是目前比较受欢迎的框架形式。框架形式。（四）装配整体式框架（四）装配整体式框架 是指将预制梁、柱装配就位后，通过局部现浇混凝上使构件联结是指将预制梁、柱

7、装配就位后，通过局部现浇混凝上使构件联结成整体的框架。它的主要持点是保证了节点的刚接，结构整体性好，成整体的框架。它的主要持点是保证了节点的刚接，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。这种框架更适合可省去连接件，但增加了现场浇捣混凝土的工作量。这种框架更适合于地震区采用。于地震区采用。第5页/共81页 三、按承重结构划分三、按承重结构划分（一）全框架（一）全框架 全框架是房屋的楼全框架是房屋的楼(屋屋)面荷载全部由框架承担，面荷载全部由框架承担，外墙仅起围护作用已。它具有较好的整体性和抗震外墙仅起围护作用已。它具有较好的整体性和抗震性。全框架是名符其实的纯框架体系。性。全

8、框架是名符其实的纯框架体系。（二）内框架（二）内框架 房屋内部由梁、柱组成的框架承重，外围由砖墙房屋内部由梁、柱组成的框架承重，外围由砖墙承重，楼承重，楼(皮皮)面荷载由框架与砖墙共同承担，这种框面荷载由框架与砖墙共同承担，这种框架称为内框架或半框架。因其力学计算简图形象如架称为内框架或半框架。因其力学计算简图形象如龙骨，故也称之为龙骨，故也称之为“龙骨架龙骨架”。房屋层数不多而且。房屋层数不多而且外墙够厚时为减少三大材料用量，可考虑采用内外墙够厚时为减少三大材料用量，可考虑采用内框架的做法。不过，这种房屋由于钢筋混凝土与砖框架的做法。不过，这种房屋由于钢筋混凝土与砖两种不同材料弹性模量不同，

9、两者刚度不协调所两种不同材料弹性模量不同，两者刚度不协调所以房屋整体性和总体刚度都比较差，有抗震要求的以房屋整体性和总体刚度都比较差，有抗震要求的房屋不宜采用。房屋不宜采用。第6页/共81页第7页/共81页 四、框架的构件划分与节点构造四、框架的构件划分与节点构造 装配式与装配整体式框架是由预制构件装配起来的，那装配式与装配整体式框架是由预制构件装配起来的，那么如何划分构件对结构的受力及对构件的生产、吊装等有着么如何划分构件对结构的受力及对构件的生产、吊装等有着重要的影响。构件通常有以下几种划分方式：重要的影响。构件通常有以下几种划分方式：（一）短柱单梁式（一）短柱单梁式（一）短柱单梁式（一）

10、短柱单梁式 即柱按层高、梁按跨度分成单个构件。它的特点是梁柱即柱按层高、梁按跨度分成单个构件。它的特点是梁柱都是直线形构件、重量轻、便于制作、运输和安装，但接头都是直线形构件、重量轻、便于制作、运输和安装，但接头多，而且都在框架的节点部位，受力大，施工比较复杂。多，而且都在框架的节点部位，受力大，施工比较复杂。(图图25a)25a)（二）长柱单梁式（二）长柱单梁式（二）长柱单梁式（二）长柱单梁式 即梁按跨度预分；柱按二层或数层一根划分。它的持点即梁按跨度预分；柱按二层或数层一根划分。它的持点是减少柱子的接头，增加了结构的整体性但柱子长、重量是减少柱子的接头，增加了结构的整体性但柱子长、重量大，

11、运输较困难，吊装内力较大。用钢量可能增多，所以长大，运输较困难，吊装内力较大。用钢量可能增多，所以长度不宜超过度不宜超过16m16m。(图图25b)25b)（三）组合单元式（三）组合单元式（三）组合单元式（三）组合单元式 是将整个框架分成若干组单元如是将整个框架分成若干组单元如“H”H”字形、字形、“十十”字形，字形，“门门”字形等。它的特点是接头大量减少，增强了结构刚度字形等。它的特点是接头大量减少，增强了结构刚度而且有可能将接头设在内力较小的部位。但是构件的制作复而且有可能将接头设在内力较小的部位。但是构件的制作复杂，运输困难，而且要求高吨位的起重设备杂，运输困难，而且要求高吨位的起重设备

12、(见图见图25c)25c)。第8页/共81页第9页/共81页 装配式与装配整体式框架的接头型式主要有如下几种：(1)梁与柱的接头。暗牛腿刚接方式(图26a)；明牛腿刚接方式(图26b)。(2)柱与柱的接头方式焊接连接(图26c)(3)梁与板的接头方式叠合梁式(图26d)。第10页/共81页第11页/共81页第三节第三节 框架的布置、柱网尺寸及构件截面尺寸框架的布置、柱网尺寸及构件截面尺寸 框架本身是平面结构，由框架组成的网格式框架本身是平面结构，由框架组成的网格式的房屋，应该说是空间结构体系。但框架结构的房屋，应该说是空间结构体系。但框架结构力学计算并没有按空间结构去分析，也没考虑力学计算并没

13、有按空间结构去分析，也没考虑它的空间作用，只是简单地把框架本身按平面它的空间作用，只是简单地把框架本身按平面结构去分析而己。因此，在框架结构房屋的设结构去分析而己。因此，在框架结构房屋的设计中，计中，框架结构布置的好坏直接影响结构是否框架结构布置的好坏直接影响结构是否框架结构布置的好坏直接影响结构是否框架结构布置的好坏直接影响结构是否合理和建筑物是否合理适用。合理和建筑物是否合理适用。合理和建筑物是否合理适用。合理和建筑物是否合理适用。所以，如何进行所以，如何进行框架的布置框架的布置(选择哪个方向的框架作主要承重框选择哪个方向的框架作主要承重框架架)，就有一个选择与比较的问题。，就有一个选择与

14、比较的问题。第12页/共81页一、框架的布置 根据承重框架布置方向的不同，布置可有以下根据承重框架布置方向的不同，布置可有以下三种；三种；(一一)主要承重框架横向布置主要承重框架横向布置 这种布置以横向框架作为主要承重框架，所以这种布置以横向框架作为主要承重框架，所以横向的梁即为框架横梁横向的梁即为框架横梁(主梁主梁)，而纵向的梁则视为，而纵向的梁则视为连系梁连系梁(次梁次梁)而已而已(图图27)27)。一般房屋平面宽度比长度短很多。从房屋的总一般房屋平面宽度比长度短很多。从房屋的总体几何形状而言，纵向刚度易于保证。而横向刚度体几何形状而言，纵向刚度易于保证。而横向刚度显得薄弱，故通常把承重框

15、架沿横向布置，可以有显得薄弱，故通常把承重框架沿横向布置，可以有效地提高房屋横向的抗侧力强度与刚度。这种布置效地提高房屋横向的抗侧力强度与刚度。这种布置不仅结构上合理，而且建筑上有利于立面处理和室不仅结构上合理，而且建筑上有利于立面处理和室内采光内采光(对纵墙开窗限制较小对纵墙开窗限制较小)，因而一般工业与民，因而一般工业与民用房屋多采用此种结构布置。用房屋多采用此种结构布置。第13页/共81页第14页/共81页(二二)主要承重框架纵向布置主要承重框架纵向布置 这种布置以纵向框架作为主要承重框架，这种布置以纵向框架作为主要承重框架，框架主梁沿纵向布置，横向的梁即为连系梁框架主梁沿纵向布置，横向

16、的梁即为连系梁（次梁（次梁)()(图图2-8)2-8)。这种布置由于横向连系梁截面高度较小。这种布置由于横向连系梁截面高度较小。对于有集中通风要求的厂房，可便于通风管道对于有集中通风要求的厂房，可便于通风管道沿纵向通过而不致减小楼层的净空。有利于楼沿纵向通过而不致减小楼层的净空。有利于楼层净高的有效利用。此外，房间的使用切分亦层净高的有效利用。此外，房间的使用切分亦比较灵活。不过，这种房屋的横向刚度很差，比较灵活。不过，这种房屋的横向刚度很差，一般只能用于层数不多的无抗震要求的厂房，一般只能用于层数不多的无抗震要求的厂房，民用房屋一般不采用这种结构布置。民用房屋一般不采用这种结构布置。第15页

17、/共81页第16页/共81页(三三)主要承重框架纵横两向布置主要承重框架纵横两向布置 这种布置的纵横两向框架都作为主要承重框架。这种布置主要考虑受力的需要。当房屋平面为正方形(或接近正方形)，或者当房屋有抗震设防要求时，房屋两个方向的受力相差较小，两个方向的框架都应具有足够的强度与刚度，故应采用纵横两个方面的布置。另外，对于楼面有沉重设备或楼面有大开洞的厂房，框架不能只在个方向布置，而需纵横两向布置。这种布置的框架纵横向均应采用刚接节点。第17页/共81页 二、柱网尺寸 框架的柱网布置应力求做到简单，柱网尺寸应符合经济原框架的柱网布置应力求做到简单，柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数。则和尽

18、量符合模数。(一一)多层厂房的柱网尺寸多层厂房的柱网尺寸 柱距：一般采用柱距：一般采用6m6m 跨度：按柱网形式而分有下列两种：跨度：按柱网形式而分有下列两种：1 1内廊式柱网内廊式柱网常用跨度为常用跨度为6 60+20+24+64+60(m)0(m)或或6 69+39+30+60+69(m)9(m)2 2等跨式柱网等跨式柱网常用跨度为常用跨度为6m6m，7 75m5m，9m9m，12m12m四种四种(从经济考虑不宜超过从经济考虑不宜超过9m9m，最常用为，最常用为6m)6m)。(二二)多层民用房屋的柱网尺寸多层民用房屋的柱网尺寸 因民用房屋种类繁多、功能要求各有不同虑适宜范围是：因民用房屋种

19、类繁多、功能要求各有不同虑适宜范围是：柱距：柱距：3 336m(36m(旅馆建筑时，它往往等于两个客房的宽旅馆建筑时，它往往等于两个客房的宽度，故常为度，故常为68m)68m)。跨度：跨度：612m(612m(从经济考虑不宜超过从经济考虑不宜超过9m)9m)。最后、必须提出注意的是无论工业或民用房屋柱网布最后、必须提出注意的是无论工业或民用房屋柱网布置时，均应考虑一个问题，就是房屋长度较大时均需考虑置时，均应考虑一个问题，就是房屋长度较大时均需考虑设置伸缩缝，以避免温度开裂，伸缩缝间距详见设置伸缩缝，以避免温度开裂，伸缩缝间距详见混凝土结混凝土结构设计规范构设计规范。因为伸缩缝将房屋上部结构断

20、开，分成独立。因为伸缩缝将房屋上部结构断开，分成独立的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。的结构单元，所以在缝的两侧应各自设置框架。第18页/共81页三、构件截面尺寸（略）第19页/共81页四、抗震设防区框架体系房屋体型和结构布置的要求四、抗震设防区框架体系房屋体型和结构布置的要求 在抗震设防区框架体系房屋的建筑体型以及结构布置应注意在抗震设防区框架体系房屋的建筑体型以及结构布置应注意如下要求。如下要求。1 1房屋的平、立面应用简单的体型。房屋的平、立面应用简单的体型。平面和立面不规则的体型平面和立面不规则的体型(图图29)29)，在水平荷载作用下，由于，在水平荷载作用下，由于于体型突变，

21、受力比较复杂因此此建筑体型在平面及立面上尽于体型突变，受力比较复杂因此此建筑体型在平面及立面上尽量避免部分突出及刚度突变。若不能避免时，则应在结构布置上量避免部分突出及刚度突变。若不能避免时，则应在结构布置上局部加强。例如，在平面上有突出部分的房屋局部加强。例如，在平面上有突出部分的房屋(图图210)210)、应考虑、应考虑到突出部分在地震力作用下出局部震动引起的内力在沿突出部到突出部分在地震力作用下出局部震动引起的内力在沿突出部分两侧的框架梁、柱要适当加强。平面拐角处的楼板，应尽量避分两侧的框架梁、柱要适当加强。平面拐角处的楼板，应尽量避免开洞。免开洞。第20页/共81页第21页/共81页第

22、22页/共81页 立面上有局部突出和刚度突变的阶形建筑立面上有局部突出和刚度突变的阶形建筑(图图2-2-11)11)内考虑地震力作用下突变部分局部摆动的影响。内考虑地震力作用下突变部分局部摆动的影响。研究显示研究显示突出部分的体型越细长，则摆动影响突出部分的体型越细长，则摆动影响突出部分的体型越细长，则摆动影响突出部分的体型越细长，则摆动影响愈大，鞭端效应明显；愈大，鞭端效应明显；愈大，鞭端效应明显；愈大，鞭端效应明显；当突出部分高度较小，如当突出部分高度较小，如小于下面高度的小于下面高度的1 15 5时，则摆动影响可不考虑。时，则摆动影响可不考虑。震害调查表明、震害调查表明、房屋顶部突出结构

23、，房屋顶部突出结构，房屋顶部突出结构，房屋顶部突出结构，包括女儿墙包括女儿墙以及屋顶的烟囱、水箱、电梯间等，如采用砖墙以及屋顶的烟囱、水箱、电梯间等，如采用砖墙承重的混和结构，地震时破坏率最大，几乎从地承重的混和结构，地震时破坏率最大，几乎从地震烈度震烈度6 6度开始，就有所破坏，待别是较高的女儿度开始，就有所破坏，待别是较高的女儿墙及高出屋顶的烟囱，墙及高出屋顶的烟囱，7 7度普遍损坏，度普遍损坏，8989度几乎度几乎都损坏。因此，房屋顶部不宜有局部突出和刚度都损坏。因此，房屋顶部不宜有局部突出和刚度突变，当不能避免时突变，当不能避免时凸出部分应逐步收小，使凸出部分应逐步收小，使凸出部分应逐

24、步收小，使凸出部分应逐步收小，使刚度不发生突变刚度不发生突变刚度不发生突变刚度不发生突变并做抗震验算。凸出部分不宜并做抗震验算。凸出部分不宜采用混合结构。采用混合结构。第23页/共81页图图2-11 鞭端效应鞭端效应第24页/共81页 2 2抗侧力结构的布置应尽可能使房屋的刚度中心与地震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。力合力作用线接近或重合。如房屋刚度中心与地震力作用线相距较远、则在地震力作如房屋刚度中心与地震力作用线相距较远、则在地震力作用下房屋还要受到一个附加扭矩作用用下房屋还要受到一个附加扭矩作用 (图图212)212)，使房屋，使房屋产生扭转变形，

25、并在框架柱中产生由于扭矩产生的附加内力。产生扭转变形，并在框架柱中产生由于扭矩产生的附加内力。当地震烈度较高时即使通过计算增加柱子配筋，但仍有可当地震烈度较高时即使通过计算增加柱子配筋，但仍有可能使一些构件破坏，持别是非结构构件。如填充墙、门窗等。能使一些构件破坏，持别是非结构构件。如填充墙、门窗等。第25页/共81页第26页/共81页 3 3抗侧力结构的布置应使房屋中各部分抗侧力结构的布置应使房屋中各部分的刚度均匀，不应过分悬殊。的刚度均匀，不应过分悬殊。因为在地震力作用下，结构是作为一个整因为在地震力作用下，结构是作为一个整体而工作的，地震力按刚度分配到各个部分。体而工作的，地震力按刚度分

26、配到各个部分。当各部分的刚度相差悬殊时，在刚性部分和当各部分的刚度相差悬殊时，在刚性部分和柔性部分之间会严生较大的水平力差异，并柔性部分之间会严生较大的水平力差异，并在它们之间出现剪力和弯矩图在它们之间出现剪力和弯矩图(213)(213)，增，增加了结构受力的复杂性。在工业厂房中、一加了结构受力的复杂性。在工业厂房中、一般来说，这个问题都发生在框架结构的厂房般来说，这个问题都发生在框架结构的厂房附有混合结构的附属用房附有混合结构的附属用房(例如楼、电梯间例如楼、电梯间和生活办公用房和生活办公用房)的情况的情况(图图214a)214a)。因此，。因此，在抗震设防区，宜用防震缝使两者隔开成独在抗震

27、设防区，宜用防震缝使两者隔开成独立的单元立的单元图图214b)214b)。第27页/共81页第28页/共81页第29页/共81页 4.4.在烈度较高的抗震设防区、楼、电梯间不宜在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部位。布置在结构单元的两端和拐角部位。在地震力作用下由于结构单元的两端扭矩在地震力作用下由于结构单元的两端扭矩效应最大，拐角部位受力更是复杂，而各层楼板在效应最大，拐角部位受力更是复杂，而各层楼板在楼、电梯间处都要中断，致使受力不利，容易发生楼、电梯间处都要中断，致使受力不利，容易发生震害。如果楼、电梯间必须布置在两端和拐角处，震害。如果楼、电梯间必须布置在

28、两端和拐角处，则应采取加强措施。则应采取加强措施。5 5应注意控制房屋的侧向变位和层间相对变位，应注意控制房屋的侧向变位和层间相对变位，并对填充墙采取适当的加强措施并对填充墙采取适当的加强措施(如在填充墙内设轻如在填充墙内设轻钢或钢筋混凝土骨架，并与框架联结等钢或钢筋混凝土骨架，并与框架联结等)控制房屋的侧向变形量和层间相对变位控制房屋的侧向变形量和层间相对变位(图图2215)15)，可起到如下作用：，可起到如下作用：(1)(1)防止竖向荷载引起的附加弯矩的加剧；防止竖向荷载引起的附加弯矩的加剧；(2)(2)防止填充墙的装修材料的破坏，防止填充墙的装修材料的破坏，(3)(3)避免相邻房的互相碰

29、撞；避免相邻房的互相碰撞；(4)(4)减轻摇晃的感觉。减轻摇晃的感觉。第30页/共81页第31页/共81页 6各层楼板应尽量设置在同一标高上，尽可能不采用复式框架。如图216所示的复式框架，因楼板中断，柱子刚度又相差过大，容易引起震害。7房屋高低层不宜用牛腿相连宜用防震缝分开。由于高低层相连高度和重量相关悬殊，震动时频率不同，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(图217)。第32页/共81页第33页/共81页 8柱子的净高与截面长边的比值宜大于4。震害和试验表明，柱干的净高与其截面长边的比值小于4时，柱子通常发生脆性的剪切破坏。因此，当房

30、屋内布置有设备层且层高较低时，应注意这种短柱的出现。此外，在楼层中不适当地布置些连系梁或与柱相连的刚度较大的过梁等，也可能导致短柱的出现，设计时应予注意。在非抗震设防区，风力起主要作用时，则宜适当考虑15项的要求。第34页/共81页第四节 框架结构的运用与建筑艺术技巧的配合 框架结构既可用于多层建筑，也可以用于高层建筑，它有很多的优点，应用非常广泛。如果能够运用和发挥框架结构，去塑造富有艺术的建筑造型，两者都可相得益彰，收到建筑与结构共同的良好效果。下面讨论有关几个框架结构运用与建筑艺术技巧的有效配合问题。第35页/共81页 一、框架带悬挑与建筑艺术的有效结合一、框架带悬挑与建筑艺术的有效结合

31、 根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨度中弯根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨度中弯根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨度中弯根据连续梁端部适当悬挑有利于减少跨度中弯矩的原理，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸矩的原理，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸矩的原理，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸矩的原理，把建筑底层以上的室内空间向周边延伸，这是现代建筑中比较多用的一种设计手法这是现代建筑中比较多用的一种设计手法(图图218)218)。偏移底层外柱的做法，将产生柱子打破竖向连续偏移底层外柱的做法，将产生柱子打破竖向连续的结构问题。如果采用悬挑设计的做法，就可不必的结构问题。如果采用悬挑设计的做法，

32、就可不必割断柱子的连续性而取得底层收进的效果。这种设割断柱子的连续性而取得底层收进的效果。这种设汁手法，不仅对结构有利，而且扩大了建筑使用面汁手法，不仅对结构有利，而且扩大了建筑使用面积，同时室内空间艺术处理也有新意。积，同时室内空间艺术处理也有新意。另外，有些房屋把底层的楼盖悬挑出很厚的周另外，有些房屋把底层的楼盖悬挑出很厚的周边雨罩边雨罩(图图219)219)，使高层建筑立面给人以，使高层建筑立面给人以高中有宽，高中有宽，高中有宽，高中有宽，耸而不危耸而不危耸而不危耸而不危，周边开阔舒坦的感觉。这种多层次空间，周边开阔舒坦的感觉。这种多层次空间处理，也是现代建筑中常用的一种设计手法。上面处

33、理，也是现代建筑中常用的一种设计手法。上面两种设计手法都是对框架悬挑的很好运用。两种设计手法都是对框架悬挑的很好运用。第36页/共81页第37页/共81页 至于框架悬挑的外伸长度，当然要讲究比例，悬挑的长度悬挑的长度不能单从建筑美学上的比例来不能单从建筑美学上的比例来考虑，而且还要从力学结构上考虑，而且还要从力学结构上的经济合理来考虑。的经济合理来考虑。从力学结构的角度来说，悬臂外伸越长(跨中弯矩减少)，悬臂的挠度也就越大(因挠度随跨长的四次方而增长)，故悬挑太长，就不一定能达到结构的节省。所以，在截面不因挠度影响特别大的的提下经济合理的悬臂外伸长度应以悬臂弯矩与内梁跨中弯矩的大小差不多为适宜

34、(这样，悬臂支座与内梁跨中的配筋数量将可接近)。第38页/共81页 影响弯矩大小的因素是：荷载情况，内梁跨度和外伸长度之间的多种关系，所以，外伸长度应多少?不能绝对地一概而论。一般说均布荷载作用情况下，外伸长度不应大于二分之一内跨长度，也不宜小于四分之一内跨长度，比较合适的是约为三分之比较合适的是约为三分之一内跨长度左右一内跨长度左右(图220)。第39页/共81页第40页/共81页 框架的悬挑，最好是框架的最好是框架的两端同时挑出，两端同时挑出，这样，结构上可以维持框架外形的对称而减少侧移。而且，最好是纵横的向框架最好是纵横的向框架同时悬挑，同时悬挑，这样，对框架角柱的受人与建筑造型更能达到

35、合理协调。最后顺便一提建筑上所谓“幕墙”其做法与悬挑类似，建筑效果主要是为了获得完全通透的整片玻璃立面，但结构效果却达不到悬挑的好处。因“幕墙”离开柱轴线不远，而且“幕墙”，材料也很轻，它可直接挂在楼板上面而不需要框架横梁悬挑外伸的处理。第41页/共81页二、在复杂的建筑平面体型上进行简单的框架柱网布置二、在复杂的建筑平面体型上进行简单的框架柱网布置 框架柱网布置越简单、规则、整齐对结构就越有利，经济效果就越好。但是，从建筑的角度出发，高层建筑常常采用周边复杂的型式以提高建筑艺术的效果。因此，在复杂的 建筑平面型式上，力求简单的框架柱网布置，这是一个很重要的配合问题。图221中列出。几种典型的

36、房屋平面型式及其柱网布置方法。图222，图223，图224是现代建筑中的几个实例。第42页/共81页第43页/共81页第44页/共81页第45页/共81页三、框架柱网布置与建筑平面布局的融合构思三、框架柱网布置与建筑平面布局的融合构思 框架柱网布置越简洁单一，对结构设计就越框架柱网布置越简洁单一，对结构设计就越框架柱网布置越简洁单一，对结构设计就越框架柱网布置越简洁单一，对结构设计就越有利。有利。有利。有利。采用尺寸变化最少的矩形柱网或方形柱网，采用尺寸变化最少的矩形柱网或方形柱网，不但构件尺寸可以趋近划一，而且有利于荷载均不但构件尺寸可以趋近划一，而且有利于荷载均匀分布的整体刚度的提高。因此

37、，在匀分布的整体刚度的提高。因此，在尽可能简单尽可能简单尽可能简单尽可能简单规矩的结构柱网上，配以布局富于变化的建筑空规矩的结构柱网上，配以布局富于变化的建筑空规矩的结构柱网上，配以布局富于变化的建筑空规矩的结构柱网上，配以布局富于变化的建筑空间。间。间。间。这是现代建筑艺术创新的一条卓有成效的重这是现代建筑艺术创新的一条卓有成效的重要途径。要途径。国外现代建筑厅室空间构图的一个基本手法国外现代建筑厅室空间构图的一个基本手法是：在统一的规则柱网中，是：在统一的规则柱网中，结合人流流线和使用结合人流流线和使用结合人流流线和使用结合人流流线和使用要求，灵活地划分厅室空间和穿插各种构图要素，要求，灵

38、活地划分厅室空间和穿插各种构图要素，要求，灵活地划分厅室空间和穿插各种构图要素，要求，灵活地划分厅室空间和穿插各种构图要素，如门斗、楼梯、电梯、通道、服务台、凹宅、轻如门斗、楼梯、电梯、通道、服务台、凹宅、轻质隔断、实墙面等，以此来打破厅室空间中的规质隔断、实墙面等，以此来打破厅室空间中的规则柱网的单调感、如图则柱网的单调感、如图225225所示：所示：“A”A”厅室中厅室中的柱网尺寸不变，而柱子的分布在观感上却打破的柱网尺寸不变，而柱子的分布在观感上却打破了死板的对称格局；了死板的对称格局；“B”B”大片玻璃墙面的插入，大片玻璃墙面的插入，造成室内外空间中的结构构件造成室内外空间中的结构构件

39、(梁、柱梁、柱)相互呼应相互呼应的延伸感觉；的延伸感觉；第46页/共81页第47页/共81页第五节 框架结构的适用层数与高宽比 毫无疑问，框架的适用层数较多，但框架的层数多到一定程度后，经济上就不一定可取了每一种结构体系都有它自己的适用范围。框架结构是由梁与柱相互刚接而成的，框架的承载能力和结构效能主要依赖于梁与柱的强度和节点刚度。框架结构在竖向力与侧向力框架结构在竖向力与侧向力作用下的反应，两者是完全不同的作用下的反应，两者是完全不同的(见图226)。框架结构在竖向荷裁与水平荷载作用下所产生的弯矩，两者也是完全不同的(图227）。第48页/共81页第49页/共81页第50页/共81页第51页

40、/共81页 从上图从上图226a226a及图及图227a227a看来，看来，在竖荷载在竖荷载在竖荷载在竖荷载作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少没作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少没作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少没作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少没有太大的关系，有太大的关系，有太大的关系，有太大的关系，也就是说，框架的层数增加而框也就是说，框架的层数增加而框架的变形或弯矩没有显著时变化从这个意义上架的变形或弯矩没有显著时变化从这个意义上说框架的优越性是非常明显的。说框架的优越性是非常明显的。但从图但从图226b226b及图及图227b227b来看，在水平荷来看，在水

41、平荷载作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少载作用下，框架的变形或弯矩与框架的层数多少有极大的关系：由图可以看出，框架层数越多，有极大的关系：由图可以看出，框架层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长，加而迅速增长，层数超过一定程度时，水平荷载层数超过一定程度时，水平荷载层数超过一定程度时，水平荷载层数超过一定程度时，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力。这时，。这时，水平荷载对设计起主要控制作用水平荷载对设计起

42、主要控制作用水平荷载对设计起主要控制作用水平荷载对设计起主要控制作用，而竖向荷载对，而竖向荷载对设计已失去控制作用，框架结构的优越性就不能设计已失去控制作用，框架结构的优越性就不能表现出来，层数越多，就越不优越了。所以，对表现出来，层数越多，就越不优越了。所以，对于框架的适用层数，就是从这意义上提出的。于框架的适用层数，就是从这意义上提出的。第52页/共81页 当房屋向更多的层数发展或更大的高宽比发当房屋向更多的层数发展或更大的高宽比发展时，产生不少的矛盾。首先，从强度方面来看；展时，产生不少的矛盾。首先，从强度方面来看；由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载（风由于层数和高度的增加，竖向荷

43、载和水平荷载（风力、地震作用力、地震作用)产生的内力都要相应加大，特别是产生的内力都要相应加大，特别是水平荷载产生的内力都要相应增大，因此水平荷载产生的内力都要相应增大，因此当高度当高度当高度当高度达到一定数值后，在框架内特产生相当可观的内力。达到一定数值后，在框架内特产生相当可观的内力。达到一定数值后，在框架内特产生相当可观的内力。达到一定数值后，在框架内特产生相当可观的内力。其次，从刚度方面来看，随着房屋高度增加，高宽其次，从刚度方面来看，随着房屋高度增加，高宽比也逐渐增大，在水平荷载作用下。框架结构本身比也逐渐增大，在水平荷载作用下。框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。因此

44、，柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。因此，当层数较高时，如果要满足强度和刚度要求，框架当层数较高时，如果要满足强度和刚度要求，框架下面几层的梁、柱截面尺寸就会增大到不经济甚至下面几层的梁、柱截面尺寸就会增大到不经济甚至不合理的地步。例如不合理的地步。例如某十八层房屋，底层柱的截面某十八层房屋，底层柱的截面某十八层房屋，底层柱的截面某十八层房屋，底层柱的截面达达达达95cm95cm95cm95cm那么大。那么大。那么大。那么大。第53页/共81页 综合以上的讨论和分析可见，框架房屋高度增加时，侧向力作用的重要性急剧地增长。建筑物达到一定高度时，侧向位移将很大，以致是水平荷载而不是竖向荷载控制

45、设计，是刚度而不是结构材料的强度控制设计。这时，框架的结构优越性表现不出来，框架的结构效能也已不胜任。从这个意义出发考虑，工程实践表明，框架结构的合理层数是框架结构的合理层数是6-15层，最经济是层，最经济是10层左右。而框架层左右。而框架结构的一般高宽比约为结构的一般高宽比约为5-7。第54页/共81页剪力墙结构的出现原因剪力墙结构的出现原因 因为框架结构在水平荷载作用下，表现出“抗侧力刚度小，水平位移大”的弱点，是一种柔性结构体系，房屋层数越多这个弱点越明显，对框架越不利故高层建筑必须立足立足于提高抗侧力刚度。于提高抗侧力刚度。房屋刚度大小主要取决于结构体系形式，而特定体系的效能与材料消耗

46、量有直接关系，因而结构的最优化设计应以最小的材料消耗量获得最大的房屋刚度，由此产生了适用于一定高度范围的新结构体系剪力墙结构体系。第55页/共81页第六节第六节 一种类似的框架结构一种类似的框架结构(无梁楼盖结构无梁楼盖结构)无梁楼盖结构是一种类似的框架结构。无梁楼盖结构是一种类似的框架结构。顾名思义，这种楼盖是没有梁的，因而它具顾名思义，这种楼盖是没有梁的，因而它具有板底平整，有板底平整，室内净高可有效利用，便于管室内净高可有效利用，便于管室内净高可有效利用，便于管室内净高可有效利用，便于管道在室内天棚架设等优点，道在室内天棚架设等优点，道在室内天棚架设等优点，道在室内天棚架设等优点，所以它

47、广泛用于所以它广泛用于冷藏库、仓库，也可用于商场和多层工业厂冷藏库、仓库，也可用于商场和多层工业厂房等建筑中。房等建筑中。无梁楼盖与有梁楼盖的主要不同点在于：无梁楼盖与有梁楼盖的主要不同点在于：钢筋混凝土板直接支承在柱上，而完全没有钢筋混凝土板直接支承在柱上，而完全没有钢筋混凝土板直接支承在柱上，而完全没有钢筋混凝土板直接支承在柱上，而完全没有次梁或主梁次梁或主梁次梁或主梁次梁或主梁，板的厚实则较有梁楼盖的厚。，板的厚实则较有梁楼盖的厚。柱的上端与板整体连接处尺寸加大，形成柱的上端与板整体连接处尺寸加大，形成“柱帽柱帽”，用以作为板的支座，用以作为板的支座(图图228)228)。无梁校盖除整体

48、浇制外，也可做成装配无梁校盖除整体浇制外，也可做成装配式结构，还可采用升板法施工。现分别简单式结构，还可采用升板法施工。现分别简单介绍如下：介绍如下：第56页/共81页第57页/共81页一、现浇无梁楼盖结构一、现浇无梁楼盖结构 无梁楼盖结构由板、柱帽及柱子组成。无梁楼盖结构由板、柱帽及柱子组成。无梁楼盖的柱网通常布置成正方形或矩形。正无梁楼盖的柱网通常布置成正方形或矩形。正方形的区格比较经济，跨度很少超过方形的区格比较经济，跨度很少超过6m6m。当采用定。当采用定形柱网时，长跨与短跨比值不大干形柱网时，长跨与短跨比值不大干4/3(4/3(图图229a)229a)。楼盖的四周边可支承在墙上，楼盖

49、的四周边可支承在墙上，或支承在边柱上的圈或支承在边柱上的圈梁上，或悬臂伸出边柱以外。采用伸出柱外的方法，梁上，或悬臂伸出边柱以外。采用伸出柱外的方法，能使边区格的弯矩值与中区格的接近，因而节省混能使边区格的弯矩值与中区格的接近，因而节省混凝土和钢筋的用量。此外还能使柱和柱帽的型式凝土和钢筋的用量。此外还能使柱和柱帽的型式一致，方便施工。一致，方便施工。常用柱帽形式及构造见图常用柱帽形式及构造见图230230。柱子与板有时直接通过柱帽连接柱子与板有时直接通过柱帽连接(图图2230a30a），适用于较轻荷载；），适用于较轻荷载；有时柱帽上部再加宽或设柱帽顶板有时柱帽上部再加宽或设柱帽顶板(图图22

50、30b30b、c)c)，适用于楼盖承受较大荷载情况。，适用于楼盖承受较大荷载情况。第58页/共81页第59页/共81页第60页/共81页 无梁楼盖的静力工作，可如此理解：在纵横两个方向，假想各划分为二种板带(图229a)即“柱上板带”及“跨中板带”。前者好像一种弹性的柔软支座，后者都支承于其上。在荷载作用下，各无梁楼盖板带的弯曲变形如图229b所示。第61页/共81页 无梁结构的板的厚度：当采用图230a的柱帽形式，板厚不宜小于(132)(1/35)跨度，当采用图230b和c的柱帽形式，板厚不小于(135)(140)跨度。一般板厚为一般板厚为16cm20cm。第62页/共81页 柱子的尺寸由计