第3章结构的基本分体系.ppt

第二章第二章 建筑结构的分体系建筑结构的分体系3.1、水平分体系水平分体系 3.23.2、竖向分体系、竖向分体系 一、板柱体系一、板柱体系 一、墙体系一、墙体系 二、梁板体系二、梁板体系 二、井筒体系二、井筒体系 三、网架体系三、网架体系 三、框架体系三、框架体系结构的基本水平分体系和结构的基本水平分体系和 基本竖向分体系基本竖向分体系n建筑结构是由许多构件组成的结构体系，分析起来，总是由基本水平分体系、基本竖向分体系及基础体系三部分组成的n水平结构必须由竖向结构支承，而与建筑高度比竖向分体系在一个或两个方向尺寸很小，因此他们不稳定，必须由水平结构来保持其稳定 n结构水平分体系与竖向分体系之间的基本矛盾是：竖向结构构件之间的距离越大，水平结构构件所需的材料用量越多优秀的设计是应最开阔、灵活的空间和经济的结构体系n3.13.1水平分体系水平分体系n结构的基本水平分体系指建筑物的楼盖和屋盖，一般由板、梁、拉压杆等构件组成n它们的作用： 1）承受楼面、屋面的竖向荷载，并传递给竖向结构分体系； 2）在水平方向，起隔板和支撑竖向构件的作用，并保持竖向构件的稳定。

在竖向通过构件的弯曲承受楼面或屋面的竖向荷载，并将它传递到竖向结构体系上 3）当水平结构有足够刚度（如深梁），可以将水平力作用分配到竖向结构各构件上；并能与墙柱一起形成空间结构抵抗地基不均匀沉降即温度引起的附加应力；常见的水平分体系类型有：板柱体系；板-梁体系；桁架体系；框架体系、网架体系一、板柱体系(无梁楼盖）：在柱上板带形成暗梁 用胶合板（经济厚度13-19mm，跨度0.9-1.5m）或钢材(厚度6.4mm时跨度为0.91m)做平板，否则产生振动、挠度过大； 采用砼结构板厚150-230mm跨度可以达到4.5-7m；采用预应力，板厚150-230mm时，跨度可以达到7.3-10m无梁楼盖的弯矩分布 增加室内净空在柱头设平托板以提高抗冲切，减小板跨度，当荷载大时，预应力板柱结构采用柱帽加强抗剪和抗弯能力,跨度可以达到10.5-13.7m无梁楼盖构造做法柱帽宽度一般取相邻区格柱间距的较大值的0.2~0.3倍，如是有顶板的柱帽，顶板宽度不小于相邻区格柱间距的较大值的0.35倍，其厚度一般是所顶楼板厚度的一半 二、板-梁体系次梁的不同做法 压型钢板楼面三、井字梁（双向密肋）体系n经济肋跨2.5-4.5m,板厚10-13mm,平面又正方形、三角形、六边形。

n柱上板带梁比跨中板带梁承担更多荷载；柱顶实心板的作用类似于板柱体系中的柱托n肋可做成预应力混凝土正方正交 斜放正交 三向交叉分析： 1.在同等面积，相同荷载作用下，采用正放正交梁系虽计算及施工较为简单，但跨中最大挠度相对较大（146/109）； 2.在同等面积，相同荷载作用下，采用正放正交梁系梁长共计80m，采用斜放正交梁系梁长共计84.96m，材料用量相差不大若考虑到挠度的影响，正放正交梁系材料用量稍大正放与斜放交叉梁挠度对比四、桁架体系四、桁架体系对大跨度屋盖，沿一个方向用桁架作为主承重构件，在桁架垂直的较小桁架，这类似与主次梁体系各种形式的桁架桁架的形式有：平行桁架、拱形、三角形、折线行桁架、梯形等 桁架中杆件只受轴力，不受弯矩新客站网架五、网架（双向桁架)体系n当需要两个跨度都在20米以上的大空间时，可采用空间网架结构n网架结构具有：n1、结构自重轻，节约钢材；n2、整体刚度大、稳定性好，对集中荷载、不均匀沉降有利；n3、高跨比小，有效利用建筑空间；n4、建筑造型新颖等优点平板 网架的支承方式网架的结构形式 1、交叉桁架体系1）两向正交正放网架—由两个成900的桁架组成，且两个方向的桁架与相应的建筑平面边线平行平板网架 曲面网架1、交叉桁架体系2）、两向正交斜放网架——由两个方向相互交叉成900的桁架组成，桁架与相应的建筑平面边线成450，3）三角交叉网架三角交叉网架—由三个方向的平面桁架互成60度夹角组成，它比两向网架空间刚度大，但杆系多，节点构造复杂。

特别适合大跨建筑，尤其三角形、多边形的建筑平面 2、角锥体系网架 1）四角锥体网架上、下弦平面均为方形网格，上下弦错开半格，用斜腹杆连接2）、三角椎体网架三角椎体网架——由三角椎体单元组成，具有受力均匀、刚度大的特点常见网架的型式平面网架的简化受力分析平面网架的受力特点空间工作，直接按空间网架进行受力分析是很复杂的，在简化受力分析中，可将计算分为两步： 第一步用实体梁或板代替桁架，算出板或梁的弯矩和剪力； 第二部由梁或板的弯矩算出桁架上下弦的轴力，由剪力求出桁架腹杆的轴力，并由轴力估算各杆件的截面3、网架的支座对于跨度较小的网架可采用平板铰支座；对跨度较大的网架，由于挠度较大和温度应力的影响，宜采用可转动的弧形支座；对大跨度网架或温差较大的地区，支座和侧移不能忽略时，应做成半滑动铰式摇摆支座；4、平板网架的杆件：n网架构件有钢管和角钢两种，钢管直接一般φ70——φ160，壁厚1.5mm——10mm，钢管的受力效能比角钢更合理，并能取得更好的经济效益（比角钢节约钢材30%——40%），对形式简单、平面尺寸较小的网架，可采用角钢做为构件5、平板网架的连接：网架节点交汇了许多构件，一般有10根左右，合理地选择节点形式和接方法，对整个网架结构的受力性能、安装、用钢量影响很大。

连接有可采用焊接或螺栓连接，螺栓连接适用于高空安装 螺栓连接螺栓连接焊接连接焊接连接【例题】周边柱支承正放四角锥平板网架，边长48m×48m，屋盖构造层荷载估计为1.5kN/m2，不上人屋面活荷载取0.70 kN/m2，试对此网架作初步方案估计：（1）网架高度、网格尺寸；（2）上、下弦杆件截面面积；（3）网架结构用钢量n【解】1、荷载计算n估计网架结构用钢量40 kN/m2，自重0.4 kN/m2，则屋盖总均布荷载q=1.5+0.7+0.4=2.6 kN/m2n2、平板网架刚度及网格尺寸估计n因为l=48m，30m＜l＜60m，则网架高度H=48/16=3m；n网格尺寸a=48/14=3.43m，取a=3.2m，即沿跨度有15个节间n3、平板网格跨中最大弯矩估计n用两种近似方法作简化计算：n（1）查双向板弯矩系数法：按四边简支 nMmax=0.0368ql2=0.0368×2.60×48.02=220.45 kNm/mn（2）按1/2网架结构隔离体跨中截面弯矩，求半边柱反力合力重心位置，n假设周边柱支承反力分布按图中抛物线所示，则可以用求反力合力重心的方法来得，即n跨中截面总弯矩=（24×48×2.6）×（24/2—7.65）=13029.12kN·mn跨中截面每米宽度弯矩n Mmax=13029.12/48=271.44kN·m/m4、上、下弦杆件截面面积估算n网架高度H=3m，即上、下弦截面形心间的距离为3m，则网架跨中横截面上每米上、下弦杆承受的最大压力或最大拉力为271.44/3.0=90.48kN。

因为上、下弦杆件间距为3.2m，亦即上、下弦承受的最大压力或最大拉力为：n90.48×3.2=289.5 kN=289.54×103Nn采用Ⅰ级钢，钢材的容许压应力或拉应力［σ］=170N/mm2；又假设钢压杆的稳定系数ψ取0.75，n则A上弦=289.54×103/170=1703.15mm2(拉杆)nA下弦=289.54×103/0.75×170=2270.87 mm2(压杆)n上、下弦杆均选用φ133×6，A=2394mm2，n回转半径压杆长细比λ=l0/γ=3.2×1000/44.95=71.2，n查《钢结构设计规范》得压杆的稳定系数ψ=0.78＞0.75，可以5、屋盖结构用钢指标估计n由于沿48m宽的横截面上并非都是Mmax，按经验横截面所需上、下弦的钢管截面面积各约为0.8A，则n网架上弦杆总用钢量为2×16×48×2394×10×0.8=2.942 m2n网架上弦杆总用钢量为2×15×（48-3.2）×2394×10×0.8=2.574 m2n每平方米上、下弦总用刚量为n（2.942+2.574）×7850/48×48=18.79 kg/m2n再考虑腹杆用钢材约为上下弦总用钢量的60%，节点、细部构造等用用钢约为总用钢量的20%，则整个网架的总用钢量估计为：n 18.79×1.6×1.2=36.08kg/m2n与初设40 kg/m2相差10%左右。

3.23.2、竖向分体系、竖向分体系——墙墙体系、井筒、框架体系体系、井筒、框架体系n结构的基本竖向分体系指建筑物的竖向承重结构，一般由柱、墙、筒体等构件组成n它们的作用：承受水平分体系传来的荷载并传给基础；抵抗水平力作用n基本的竖向分体系：墙柱体系、井筒体系、框架体系、 一、墙体系：n墙体起维护和隔断作用，同时在结构上成为承受竖向和水平荷载的承重构件墙体结构在其自身平面内有很大刚度n做为墙体材料的有：砖砌体、轻质材料砌体、木材、钢筋混凝土和钢桁架n钢筋混凝土墙体一般用于高层建筑结构，以承受墙体平面内的水平荷载为主，它分别属于两种结构体系： 框架——剪力墙 剪力墙体系1、框架——剪力墙n框架—剪力墙体系中框架主要承受竖向荷载；剪力墙主要承受水平荷载产生的弯矩和剪力n剪力墙布置应注意下列问题：n（1）墙体长度方向与水平荷载作用方向平行；对有抗震要求的建筑物，应沿纵横两个方向布置墙体；n（2）抗侧力墙体宜布置在建筑物两端、楼梯间、电梯间及平面刚度有变化处，同时以使纵横墙相互联系为有利，并应布置得均匀对称，具有较好的抗扭转性能；框架——剪力墙n（3）、剪力墙的间距：以（2—4）B（楼宽度）为宜，与建筑物高度、抗震设防烈度有关；n（4）、剪力墙宜沿建筑物全高设置，沿高度方向应避免刚度突变，墙厚宜分段减薄。

某框—剪结构办公楼平面布置图2、剪力墙n在剪力墙体系中，矩形平面一般多采用横墙承重方案，纵墙以内纵墙承重，为了提高建筑物的抗侧力强度与刚度，应将所有抗侧力墙纵横向对正、拉通上海花园饭店，总高上海花园饭店，总高上海花园饭店，总高上海花园饭店，总高119.2119.2米，米，米，米，7 7度抗震，度抗震，度抗震，度抗震，ⅣⅣⅣⅣ类场地土类场地土类场地土类场地土上海某小区住宅，总高71.8米二、井筒体系：n由钢筋混凝土或砖墙形成的封闭筒体，在使用功能上是用于建筑物中竖向管道或竖向运输通道，在结构功能上是建筑结构的核心筒体，能抵御作用于建筑物的水平荷载，保证建筑物的侧向稳定n井筒有矩形、方形，在圆形平面的建筑物中，井筒多是圆形，如果建筑物只有一个井筒，放在平面的中央；当有几个井筒时，可分散布置在各处，最好是对称布置n井筒壁洞口对其强度和刚度都会有影响，在初步设计中，空洞少于30%可以忽略，空洞大于60%，就接近框筒井筒的高宽比≥3的矮宽时，主要是抗剪井筒；当井筒的高宽比在3—5时，剪力将不起控制作用，由弯矩决定；对高宽比＞5的更细长的井筒，由抗弯要求控制设计；当高宽比＞ 7，则结构过分柔，需要用联系梁将几个井筒连接起来，形成巨型框架。

西塔平面图三、框架体系n框架体系是由竖向构件（柱）和水平构件（梁）连接而成的一个能够承受竖向荷载与水平荷载的平面结构系统框架结构平面布置和剖面示意图框架结构平面布置和剖面示意图框架结构的特点n优点 空间分隔灵活，利于安排较大空间，自重轻，有利于抗震，节省材料；计算理论比较成熟；采用装配整体式框架时，梁、柱构件易于标准化、定型化，可以显著缩短施工工期；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 n缺点 框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，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坏；钢材和水泥用量较大，施工受季节和环境影响较大；不适宜建造高层建筑，一般适用于建造不超过15层的房屋荷载作用下变形特点 竖向：轴向压缩 水平： 由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us； 由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形ub 当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。

框架结构的侧移示意框架的承重方案（1）横向框架承重 主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置 　 （2）纵向框架承重 主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置 （3）纵、横向框架承重 房屋的纵、横向都布置承重框架 ，楼盖常采用现浇双向板或井字梁楼盖。