建筑结构选型框架结构

建筑结构选型框架结构内容摘要：

性能，尤其是结构的抗扭性能。 图 25 同济综合楼 七、框架结构优缺点及发展趋势 1. 框架结构的优缺点 框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，节省 材料 ；具有可以较灵活 同济大学土木工程 学 院 结构选型 地配合建筑 平面 布置的优点，利于安排需要较大空间的 建筑结构 ；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土 框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。 框架 结构体系 的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破色数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工 受季节、环境影响较大；不适宜建造 高层建筑 ， 框架是由 梁柱 构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各 楼层 而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响 建筑空间 的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合 理，故一般适用于建造不超过 15 层的房屋。 2. 发展新趋势 1）巨型结构定义与分类 由于普通框架结构在建造高层建筑时的力学性能并不理想，便限制了框架结构在高层中的利用和发展，巨型结构作为一种新型结构体系在高层建筑中受到越来越多的应用。 巨型结构按主要受力体系形式可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构和巨型分离式结构；按材料可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨混凝土结构、巨型钢一钢筋混凝土混合结构及巨型钢结构。 2）巨型桁架结构分类 整幢结构用巨柱、巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架，相邻立面的支撑交 汇在角柱，形成巨型空间桁架结构。 巨型桁架结构体系可分为三种类型： （ 1）大型交替支撑框筒型，是对框筒结构所做的一种改进，以大型斜支撑代窗裙梁传递剪力，达到减小剪力滞后效应的目的。 （ 2）大型空间桁架型，此体系由大型立体支撑、少量竖向巨柱、外墙、平面内小立柱等及内部钢框架所组成。 主要受力体系是支撑和竖向巨柱构成的空间桁架。 同济大学土木工程 学 院 结构选型 （ 3）斜格桁架筒型，将大型支撑密布于结构外立面，可以有竖向的柱子，共同组成斜格桁架筒来抵抗水平荷载，具有剪力滞后效应弱的优点，施工较复杂。 3）巨型桁架结构实例 香港中银大厦 香港中银大 厦（见图 26）地上 70 层，楼高 315 米，加顶上两杆的高度共有 米。 平面是一个正方形，对角划成 4 组三角形，每组三角形的高度不同，节节高升。 整座大楼采用由八片平面支撑和五根型钢混凝土柱所组成的混合结构“大型立体支撑体系 ”。 图 26 香港中银大厦 4）巨型桁架结构优点 （ 1）斜撑通过轴力传递大部分风荷载，同时也作为斜柱承受重力荷载，因而结构有巨大的抗推刚度。 （ 2）主次结构体系使结构传力明确。 主结构抵抗风荷载和自重荷载，次结构仅传递 楼层荷载至主结构，因而可减小次结构（楼面结构） 的梁柱尺寸，给房间灵活布置提供方便。 （ 3）由于主结构为轴力杆系，比弯曲杆系更能充分利用材料，因而能大幅降低造价，更为经济实用。 （ 4）对支撑框筒结构而言，由于斜撑代替窗裙梁传递剪力，削弱剪力滞后效应，使结构对框架作用的要求大幅度降低，可以允许柱距比框筒结构更大。 若为空间桁架结构，所有荷载均由少量竖向巨柱传递到基础，因而可获得最大的底层自由空间。 八、 参考文献 [1] 方科升 .框架结构抗震设计浅析 [J].城市建设理论研究 ,2020(5). [2] 贾大焕 鲍永健 .钢支撑混凝土框架结构的减震改造分析 [J].产业与科技论坛，2020， 3： 7779. [3] 惠卓，秦卫红，吕志涛 .巨型建筑结构体系的研究与展望 [J].东南大学学报，2020， 30(4). [4] 沈祖炎，陈荣毅 .巨 型结构的应用与发展 [J].同济大学学报 ， 2020， 29（ 3） [5] 曾强，黄川，程睿，鲍广鉴 .巨型桁架体系次结构施工过程力学分析 [J].施工 同济大学土木工程 学 院 结构选型 技术， 2020,39（ 7） . [6] Ling Yu,Tao Yin. Damage Identification in Frame Structures Based on FE Model Updating [M]. Journal of vibration and acoustics , 2020,32(5). [7]Yang Youfa， Xu Dian， Huang Jing， Liang modal truncation error in the directly analytical method for damage identification of frame structures[J].Engineering ,08(4). 第三部分 巨型框架结构 一、巨型框架结构的定义 巨型框架结构是在结构设计、应用中出现的一种新的结构形式，由梁式转换层结构发展而来。 普通的框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相 连接而构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。 如果将框架结构的某些柱子的截面面积增大，每隔数层将框架梁的截面面积增大，这样就出现了区别于原结构中普通梁柱的巨型梁和巨型柱。 像这样，由巨型梁和巨型柱组成的主框架（一级框架）以及普通梁和普通柱组成的次框架（二次框架）共同构成承重体系的结构，称为巨型框架结构。 二、巨型框架结构的发展 巨型框架结构是 20 世纪 60 年代末出现的巨型结构体系。 在日本，新加坡，美国等发达的国家和地区得到了较为迅速的发展。 如日本东京 NEC 大厦高180m，新加坡的海外联合银行高 280m，日本构想的空中城市 1000（高度为1000m）和美国纽约拟建的电视城大厦（高度为 609m）都是巨型框架结构。 近年来，我国的香港，深圳，厦门等发达地区也陆续建成了一些巨型框架结构的建筑物。 比较有代表性的有香港汇丰银行总部大楼，深圳亚洲大酒店（高），深圳新华大厦（高 127m），厦门国际金融大厦（高 91m），四川航空公司大楼，阳泉信托投资大楼等。 三、巨型框架的结构特点及分类 1．巨型框架的结构特点 巨型框架是由大型构件巨型梁、巨型柱等组成的主结构与由常规梁、柱构件组成的次结构共同工作的结构体系。 巨柱通常由楼、电梯井或大截面实体柱组成，巨梁一般每隔几个或者十几个楼层设置一道，梁高一般占一个或者几个楼层高。 主框架结构截面几何尺度、面积、惯性矩等很大而次框架构件截面几何尺度、面积、惯性矩等相对很小，两者不是同一数量级。 巨型框架结构作为一种新型的结 同济大学土木工程 学 院 结构选型 构体系，它的主要优点如下： （ 1）传力明确 它的主框架是由不同于普通梁柱概念的巨型梁和巨型柱组成，它所承受的内力要远大于包含在主框架内的各层次框架中普通框架柱和普通梁的内力。 巨型框架结构的主框架通常为主要抗侧力体系，次框架只起辅助 作用和大震下的耗能作用，并负责将次框架的荷载传递给主框架。 这样，主次框架共同组成一种超常规的具有巨大抗侧力刚度及整体工作性能的结构。 （ 2）能满足建筑功能的要求。 现代高层建筑往往在同一竖直线上需要大小不一的室内空间，而且建筑功能的布置往往与结构的正常布置产生矛盾，为了解决这一矛盾，高层建筑中经常在结构出现转换的楼层设置转换层。 巨型框架中次框架已经不是结构的主要受力构件，它的出现使得这种矛盾得到了很好的解决，隔数层设置的巨型梁就可以充当转换层的角色。 巨型框架结构的小层样式可以千变万化，不仅美观，而且可以避免 结构的转换层对结构的受力性能的不利影响。 由于小柱已不是主要的抗力构件，这样在竖向上可以在某一层或者几层不设次框架柱，形成大空间，方便不同业主将其布置为商场，酒店，会议室，娱乐场所等不同的需要。 随着现代建筑层数的增加和高度的增加，风荷载对建筑的影响逐渐加大。 而巨型框架结构的高层建筑物可以在半高处开设一个横穿房屋的洞口，这样就可以大大减少风力因素对结构受力的影响。 （ 3）整体性能好 在高层建筑中，水平荷载不但是主要受力荷载，而且往往还成为结构设计的控制。