2020年专升本(建筑学专业)第7章第2节学习课程:框架结构

院校:甘肃医学院继续教育 发布时间:2020-02-03 13:49:48

    7.2  框架结构

    7.2.1  框架结构的类型

    框架结构按施工方法,可分为现浇式框架、装配式框架和装配整体式框架三种形式。现浇式框架的梁、柱均为现浇钢筋混凝土,结构整体性及抗震性能好,在我国应用相当广泛。装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制,然后通过焊接拼装连接成整体的框架结构。所谓装配整体式框架,是将预制梁、柱和板在现场安装就位后,在梁的上部及梁、柱节点处再后浇混凝土,使之形成整体,故它兼有现浇式和装配式框架两者的优点,缺点是增加了现场浇筑混凝土量,且装配整体式框架的梁是二次受力的叠合构件——叠合梁,计算较复

    7.2.2 框架结构的布置

    1.柱网及层高

    结构的框架布置主要是确定柱网尺寸,即平面框架的跨度(进深)及其间距(开间)。框架结构的柱网尺寸和层高应根据房屋的生产工艺、使用要求、建筑材料和施工条件等因素综合确定,并应符合一定的模数要求,力求做到平面形状规整统一、均匀对称,体形简单,最大限度地减少构件的种类、规格,以简化设计,方便施工。民用建筑柱网和层高一般以300mm为模数。由于民用建筑种类繁多,对功能要求各有不同,因此柱网和层高的变化也大,特别是高层建筑,柱网较难定型,灵活性大。

    2.承重框架布置方案

    根据承重框架布置方向的不同,框架的结构布置方案可划分为以下三种:

   (1)横向框架承重

    横向框架承重布置方案是指板、连系梁沿房屋纵向布置,框架承重梁沿横向布置(见图7-3),这样有利于增加房屋横向刚度。其缺点是由于主梁截面尺寸较大,当房屋需要较大空间时,其净空较小。

   (2)纵向框架承重

    纵向框架承重布置方案是指板、连系梁沿房屋横向布置,框架承重梁沿纵向布置(见图7-4)。这种布置方案的优点是通风、采光好,有利于楼层净高的有效利用,可设置较多的架空管道,故适用于某些工业厂房,但因其横向刚度较差,在民用建筑中一般较少采用。

   (3)纵、横向框架混合承重纵、横向框架混合承重布置方案是指沿房屋的纵、横向布置承重框架(见图7-5)。纵、横向框架共同承担竖向荷载与水平荷载。当柱网平面尺寸为正方形或接近正方形,或楼面活荷载较大时,常采用这种布置方案。纵、横向框架混合承重方案多采用现浇钢筋混凝土整体式框架。

    7.2.3 框架结构的设计与计算

    1.计算简图

    任何框架结构都是一个空间结构,当横向、纵向的各福框架布置规则,各自的刚度和荷我分布都比较均匀时,可以忽略相互之间的空间联系,简化为一系列横向和纵向平面框架,使计算大大简化,如图7-6所示。在计算简图中,框架梁、柱以其轴线表示,梁柱连接区以节点表示,如图7-6(a)、图7-6(b)所示。梁的跨度取其节点间的长度。对于柱高,首层取基础顶面至一层梁顶之间的高度,一般层取层高。

    2.框架上的荷载

    坚向荷载包括恒载(结构自重及建筑装修材料质量等)及活载(楼面及屋顶使用荷载、在设计楼面梁、墙、柱及基础时,要根据承荷面积(对于梁)及承荷层数(对于墙、柱及基础),对楼面活荷载乘以相应的折减系数。这是因为考虑到构件的受荷面积越大(或承荷层数越多),楼面活荷载在全部承荷面上均满载的概率越小。以住宅、旅馆、办公楼、医院病房及托儿所等房屋为例,当楼面梁的承荷面积(梁两侧各延伸1/2梁间距范围内的实际面积)超过25m'时,楼面活载折减系数为0.9;墙、柱、基础的活载按楼层数的折减系数见表7-1。

    计算截而以上的层数12-3|4-56-89-20>20计算截面以上活荷载总和的折减系数1.0(0.9)0.850.700.650.600.55

    注:当楼而梁的承荷面积大于25m2时,采用括号内的数值。其他类房屋的折减系数见《建筑结构荷载规范》。

    风荷载的标准值、基本风压、风压高度变化系数μ,、风载体型系数u,参见第六章。对于高层建筑,要适当提高基本风压的取值。对一般高层建筑,可按《建筑结构荷载规范》给出的基本风压值乘以系数l.1后采用;对于特别重要的和有特殊要求的高层建筑可将基本风压值乘以1.2后采用。

    随风速、风向的变化,作用在建筑物表面上的风压(吸)力也在不停地变化。实际压在平均风压上下波动。波动风压会使建筑物在平均侧移附近左右摇摆。对高度较大、刚度较小的高层建筑将产生不可忽略的动力效应,使振幅加大。设计时,采用加大风载的办法来考虑动力效应,在风压值上乘以风振系数β。

   《建筑结构荷载规范》规定,只对于高度大于30m,且高宽比大于1.5的房屋结构,考虑风振系数β.,在其他情况下,取B.=l.0。有关风振系数B。的计算方法,详见《建筑结构荷载规范》。

    3.框架内力近似计算方法

   (1)竖向荷载作用下——分层法

    框架在竖向荷载作用下,各层荷载对其他层杆件的内力影响较小,因此,可忽略本层荷载对其他各层梁内力的影响,将多层框架简化为单层框架,即分层做力矩分配计算。具体步骤如下:

    ①将多层框架分层,以每层梁与上、下柱组成的单层框架作为计算单元,柱远端假定为固端。

    ②用力矩分配法分别计算各计算单元的内力,由于除底层柱底是固定端外,其他各层柱均为弹性连接。为减少误差,除底层柱外,其他各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数,相应的传递系数也改为1/3,底层柱仍为1/2。

    ③分层计算所得的梁端弯矩即最后弯矩。由于每根柱分别属于上、下两个计算单元,所以非端弯师要进行叠加。此时节点上的弯矩可能不平衡,但一般误差不大,如需要进一步调整,可将节点不平衡弯矩再进行一次分配,但不再传通。对侧移较大的框架及不规则的框架不宜采用分层法。

   (2)框架在水平荷载作用下的近似计算方法一反弯点法、0值法

    ①反弯点法。框架在水平荷载作用下,因无节点间荷载,梁、柱的弯距图都是直线形,都有一个反弯点,在反弯点处弯矩为零,只有剪力。因此,若能求出反弯点的位置及其剪力,则各梁、柱的内力就很容易求得。底层柱的反弯点位于距柱下端2/3高度处,其余各层柱的反弯点在柱高的中点处。按柱的抗侧移刚度将总水平荷载直接分配到柱,得到各柱剪力以后,可根据反弯点的位置,求得柱端弯矩。再由结点平衡可求出梁端弯矩和剪力。对于反弯点法对梁柱线刚度之比超过3的层数不多的规则框架,计算误差不大。

    ②D值法。对于多层框架,用反弯点法计算的内力误差较大。为此,改进的反弯点法。即D值法用修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法计算水平荷载作用下框架的内力。修正后的柱抗侧移刚度用D表示,故又称为D值法。该方法的计算步骤与反弯点法相同,具体可参考相关书籍,这里不再讲述。

                                                                                     (本文原创:转载未经许可将追责)