1、第2章 抗侧力结构与布置 本章与第8章中8.4-8.6节同时学习 结构体系讲解顺序 2.1-2.5 ：框架、剪力墙、框架剪力墙、框 支剪力墙 2.6+8.4 讲解筒体体系(框筒和多筒) 2.7+8.5 讲解框架筒体和框架筒体伸 臂体系 2.9-2.10对各种体系通用的结构布置要求和 最基本的概念设计要点延性结构等 各种结构抗侧移刚度的比较 连接越强，抗侧刚度越大 框架侧移 =8倍剪力墙侧移 剪力墙侧移 8倍筒体侧移 2.1. 框架结构 1.框架结构的定义和一般描述 2.框架结构的特点优点和缺点(建筑和结构两 个方面) 3.框架结构布置原则和计算简图水平和竖向 4.框架结构的内力和变形特征 5.
2、框架结构的破坏机制和延性框架 6.注意：今后每种体系均需要了解这5大方面 框架结构的定义和一般描述 框架由梁、柱组成的结构体系。 框架结构由框架承受全部竖向、水平荷载 框架结构可以建到30层左右，在我国目前的 情况下，一般建到1520层 框架的材料：钢、钢筋混凝土、组合梁柱。 框架的柱一般总是现浇 框架梁也是现浇为主 钢筋混凝土框架按施工方法分类 柱梁楼板 全部现浇框架现浇现浇现浇 楼板预制框架现浇现浇预制 半装配式框架现浇预制预制 全装配式框架预制预制预制 平面布置灵活，可获得较大的空间； 外墙非承重构件，可以灵活设计立面； 材料省，自重轻：采用轻质隔墙和外墙 可以大大降低房屋的自重-有利抗
3、震。 框架结构构件类型少，易于标准化、定 型化；可采用预制构件，也易于采用定 型模板而做成现浇结构。 延性好：合理设计提高延性对抗震有利。 框架结构体系的优点 承载力低承载力低：因而适用高度有限：越高则 框架底部的梁柱中弯矩和剪力显著增加， 给空间处理带来困难材料用量和造价也 趋于不合理。 侧向变形大侧向变形大：这一点也限制了适用高度 节点薄弱节点薄弱：框架节点处内力集中，是结 构破坏的薄弱环节。 框架结构体系的缺点 框架结构布置的原则抗震设计 布置原则：简单、规则、均匀、对称 梁柱应采用刚接，不宜采用铰接。 不宜采用单跨框架 双向布置-双向框架 可采用纵、横或混合承重方式 单向框架和双向框架
4、 抗震要求： 必须设计成双向框架 框架梁柱必须刚性连接 不允许采用单跨框架 框架的承重方式取决于楼板 横向承重 纵向承重 双向承重 三种均可采用 建筑施工图标准层平面 框架的柱距 小柱距：4-5m 大柱距：7-8（10）m 确定柱距要考虑的因素 适用性：建筑平面要求的大小 经济性：大柱距要求楼板的大跨度，增加楼盖的结 构高度，同时会增加层高和建筑物高度。 强度和刚度：楼盖刚度大时柱距可以大。 梁柱截面尺寸：大柱距会加大梁柱截面尺寸，妨碍 建筑功能，并且不易设计强柱弱梁的延性框架。 减少混凝土柱截面尺寸的措施 1. 高强混凝土：与C40相比，C60C80混 凝土可以减少柱截面面积3040 2.
5、钢骨混凝土(含型钢510)：可减少 面积5060% 3. 钢管混凝土：如采用高强混凝土，则 柱截面可以减少至原截面的1/3。 梁柱沿高度方向的尺寸 沿高度柱网尺寸和梁截面尺寸一般不变 柱截面尺寸可以减小 框架柱混凝土强度等级可以减小。但相 邻两层不宜同时减小尺寸和强度等级。 柱子尺寸变化时，轴线位置尽可能保持 不变。 各层梁柱截面的变化 框架结构布置实例 北京民航办公楼框架结构 框架布置实例北京长城饭店 框架结构柱网的平面布置 方格式柱网 内廊式柱网 框架结构计算简图的获得 双向框架-空间结构体系-物理模型 多个平面框架-简化的力学模型 计算假设：框架只能在自身平面内抵抗侧力 结构力学的静力计
6、算简图。 框架的计算简图 框架只能在自身平面内 抵抗侧力 水平荷载假设为作用在 结构的主轴方向 x,y 两个方向分别计算 框架结构的计算简图 框架只能在自身平面内抵抗侧力 框架梁柱的变形 水平荷载下框架的弯矩与变形水平荷载下框架的弯矩与变形 最大弯矩在 梁柱节点处 梁柱两端的节点处弯矩 同为顺时针或逆时针 梁两端弯矩 同为顺时针 框架在水平荷载下的弯矩与变形 水平荷载作用下的变形特点： 框架的整体变形为剪切型下大上小 底层框架层间变形大、顶层层间变形小。 水平荷载作用下的弯矩 水平荷载作用下内力的特点： 梁柱中的弯矩都在节点处最大 反弯点反弯点柱中弯矩为零的点 底层框架柱中的轴力、剪力和 弯矩
7、都最大。 反弯点在中部 反弯点在2/3处 三类：弯曲型、剪切型和弯剪型 剪切型变形底部相对变形大， 而弯曲型变形则相对比较均匀。 各种结构体系各种结构体系整体整体水平变形分类水平变形分类 剪力墙 框-剪 框架 框架结构整体侧移的构成(P.12) 水平力作用下变形水平力作用下变形 柱弯矩柱弯矩 框架整体侧移(剪切型)的构成： 框架柱轴向变形引起弯曲型弯曲型 框架梁、柱弯曲变形引起剪切型剪切型 剪切型：层间位移下大上小 高层建筑的特点高层建筑的特点-汇总汇总 A.高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设 计起着决定性的作用; B.水平位移要给予限制。 C.动力反应不可低估; D.结构轴向变形、剪切变
8、形以及温度、沉降的 影响加剧; E.轴向变形的影响在水平变形中占重要比例。 F.材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。 轴向变形对侧向变形的影响 一个三跨的12层 框架结构在水平 荷载作用下轴向 变形所产生的侧 移可达到是梁柱 弯曲变形产生侧 移的40%40% 右图为一个20层 剪力墙结构的计 算结果 框架结构梁柱破坏对结构整体的影响 (教材第五章 P.145-147) 为保证框架的整体性，必须优先保证节点和柱的可靠性。 保证整体性原则：强节点弱构件（节点区砼强度不小于柱） 保证不在柱中出现塑性铰的原则：强柱弱梁 框架梁中塑性铰的位置 塑性铰：允许出现在梁端，不允许在跨中 实现延性框架设计原则
9、中震可修、大震不倒 延性结构要通过提高构件的延性和保持结构的 整体性来实现； 1.节点破坏会导致结构整体破坏，要避免 2.柱本身重要、柱的延性小，避免柱破坏 3.梁、柱的剪切破坏为脆性破坏，必须避免。 原则：(1) 强柱弱梁；(2) 强剪弱弯；(3)强 结点、强锚固、弱构件。 框架设计的基本原则 强柱弱梁：保证塑性铰大部分出现在梁端，梁先于柱破坏； 柱是主要承重构件，出现破坏以后比较难以修复。 强剪弱弯；避免梁、柱构件过早剪切破坏，在可能出现塑 性铰区段内，梁的剪切破坏是脆性的(剪拉破坏)或延性很 小的(剪压破坏)。抗震的延性框架不仅要求在塑性铰出现 之前不被剪坏，塑性铰出现以后也不要过早地被
10、剪坏，后 者就是提高延性的措施。 强节点、强锚固，弱构件。避免出现节点破坏及钢筋的锚 固破坏，要保证节点不先于梁和柱破坏；同时在梁中出现 塑性铰以后梁柱仍然构成一个整体。 砌体填充墙的布置 在建筑平面上，填充墙的布置力求对称均匀， 以免造成结构偏心，导致扭转破坏。 沿房屋竖向，填充墙应连续贯通，以避免在填 充墙中断的楼层出现框架剪力的骤增。同时要 避免上下两层刚度相差过大。 不应使砌体填充墙承重。 宜采用轻质填充墙 填充墙的构造柱 拉结筋 不应采 用部分 由框架 承重， 部分由 砌体墙 承重的 结构 框架结构的砌体填充墙对抗震的影响 （1）使结构抗侧移刚度增大，自振周期减短(减少 40或更多)
11、，从而使作用于整个建筑上的水平地 震力增大。 （2）改变了结构的地震剪力分布。 （3）限制了框架的变形，减少了整个结构的地震 侧移幅值。 （4）填充墙充当了第一道抗震防线的主力构件， 使框架退居为第二道防线。 新规范中已经把这条 改为强制性条文了 砌体填充墙的震害 砌体填充墙刚度 大而承载力低，首先 承受地震作用而遭破 坏。一般7度即出现裂 缝，8度和8度以上地 震作用下，裂缝明显 增加，甚至部分倒塌， 一般是上轻下重，空 心砌体墙重于实心砌 体墙，砌快墙重于砖 墙。 填充墙破坏的主要原因是：墙体受剪承载力低，变形能 力弱，在往复变形时墙体易发生剪切破坏和散落。 填充墙不宜与框架柱刚性连接，以
12、避免形成短柱 当柱高小于4倍柱截面高度（H/b4)时形成短柱。 短柱刚度大，易产生剪切破坏。 水平荷载作用下短柱容易剪切破坏 柱的剪跨比：M/vh0,h0为与M平行方向柱截面有效截面高度。 剪跨比2时，为长柱，2时为短柱，1.5时为超短柱。 长柱的破坏形式多为弯曲破坏，短柱多为剪切破坏，超短柱发生剪切 斜拉破坏。 同一楼层各柱之间的抗侧刚度不是很悬殊，但是一旦存在少数短柱， 它们的抗侧刚度远大于一般柱子的抗侧刚度，短柱将吸收较大水平地 震剪力，尤其是框架结构中的少数短柱 P 柱的线刚度与抗侧刚度 抗侧刚度的意义是：柱产生单位水平层 间位移时，柱中的剪力(各处相同) 汶川地震中的短柱破坏 建筑学
13、补充-1 地下车库 停车位的数量要求 停车位数量估算 停车位与行车道的尺寸 坡道的设计类型、坡度和宽度 地下车库的防火分类与分区 地下车库柱网设置 地下车库布置实例(湖北金融大厦) 核心体布置实例(湖北金融大厦) 建筑学补充-1 地下车库 地下车库通常位于地下一、二层。更低 的位置布置设备 公共建筑停车位推荐表 各类建筑峰值停车位用量 停车位数量估算 行车道宽度与停车方式 停车方式：在停车位上停车方式：在停车位上 车的纵向轴线与行车道车的纵向轴线与行车道 轴线的相对位置轴线的相对位置 右图中右图中 的尺寸的尺寸 规定见规定见 下页表下页表 通道与车位尺寸设计参数 坡道的类型 直线型坡道 结构简
14、单， 使用方便， 但占地面积 较大。 坡 道 位 置 坡道的坡度和宽度 车库净高和汽车最小转弯半径 地下车库的防火分类与分区 地下车库柱网设置 主楼柱网 裙房柱网 地下车库柱网。需要考虑： 1.停车位 2.经济合理 3.与上部结构协调 车辆尺寸与间距 车位布置与柱网尺寸 一般认为两柱之间设三个车位最为合理 作 业 1. 框架结构在水平荷载作用下的变形由哪 两部分组成。 2. 框架、剪力墙和框架剪力墙结构在水平 荷载作用下变形各是何种类型？ 3. 框架结构的布置原则有哪些？ 4. 抗震设计对框架的填充墙有哪些要求？ 框架结构整体侧向变形的构成 梁柱弯曲产生的侧移结构整体剪切型 框架柱轴向压缩引起的侧移结构整体弯曲型
