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福建框架结构

来源: http://fujian.datianhe.cn/product865751.html
时间: 2023-2-20 23:30:30

福建框架结构是多层建筑中最常用的结构形式之一,具有传力清晰简单的特点,受到结构工程师的青睐。框架结构的构件应力形式主要为弯曲,杆可采用各种延性材料,形成钢框架、钢筋混凝土框架、强度混凝土框架、木框架等框架形式。无论哪一种,其宏观应力条件都是一样的。本文以钢筋混凝土框架为例,阐述了框架结构的各种特点。

框架结构房屋的结构组成

框架结构的组成包括梁、板、柱和基础。

梁柱节点为刚性节点,个别情况下为半铰链节点。柱的基础主要是刚性节点基础,有时是铰链节点。框架结构属于超静态结构,在机械计算中通常称为刚性框架。

柱是框架的主要承重构件和抗侧向力构件,是框架的关键构件。框架结构的柱大多是矩形的,从室内的角度来看,一般突出在墙上。近年来,随着计算技术的发展和室内空间要求的提高,异形柱逐渐流行起来。”L”、“T”、还使用了“十”形状的柱子。在一些大型建筑中,也使用圆柱。

梁在框架中起着双重作用。一方面,梁承受板的荷载,传递到柱上,然后通过柱传递到基础上;另一方面,梁也协调柱的内力,与柱共同承受垂直和水平荷载,在框架各种荷载下的弯矩和剪力图上可以清楚地看到。

框架之间的梁称为连接梁。理论上,连接梁不承受荷载,只连接框架。事实上,连接梁还应调整框架的不均匀应力,以促进框架的应力更加均衡。与此同时,一些连接梁也承受着从板上传来的荷载。

板不仅是直接承受垂直荷载的构件,而且在水平荷载中也起着非常重要的作用。板是保证框架结构空间刚度的重要组成部分——板的平面刚度很大,甚至可以认为是无限的,可以起到协调各柱侧向力的作用,有效平衡各框架之间的受力不均匀。在楼梯间,由于没有连续的地板,空间刚度大大降低,这个不利的空间要靠四角柱来稳定。因此,许多工程师将楼梯间四角的柱设计成相对较大的尺度。

梁板一般采用钢筋混凝土整体浇筑,以保证这种空间刚度,预制地板不能满足要求,因此对于地震区,现浇地板是必要的。

框架结构的墙体只是填充墙体,即分隔和围护的作用,不承担任何重量和作用。没有墙,框架结构仍然存在。因此,墙体应与框架可靠连接,防止结构在意外受力时被抛出,但应避免与框架连接过密,形成整体工作系统,改变框架的受力状态。

由于框架柱独立地将上部荷载传递到地面,每根柱可以单独设计其基础,因此框架主要采用柱下的独立基础。但有时由于荷载较大或基础相对较弱,以及各独立基础下的土层差异,独立基础之间形成基础不均匀变形,导致地面结构裂缝,或由于独立基础面积过大,在实际施工中形成各基础连接状态,设计师经常选择柱下的条形基础。

一方面,柱下的条形基础可以调节柱之间的应力,使基础承受的荷载更加均匀。另一方面,条形基础的基础面积大于独立基础,更有利于基础对荷载的承载和分布,提高了基础的完整性。条形基础可设计为单向平行条形基础,也可设计为交叉梁基础,具有较好的完整性。

对于较高的框架结构或地质条件相对较弱的区域,框架结构的基础也可以选择筏板基础——用筏板连接每根柱子,协调柱子之间的作用,形成完整的基础,更有利于荷载的传递。筏板基础施工非常方便,但由于筏板较厚,混凝土量较大,选择时应小心。

基础梁一般设置在基础与基础之间,其作用是平衡柱承受的弯矩,减少弯矩作用引起的基础偏心。


框架结构房屋的结构组成

计算平面

由于框架结构的横向柱数量少,刚度弱,由于计算技术的限制,传统的框架结构设计大多进行横向平面结构的设计和计算,使横向梁在设计中成为框架梁。与横向结构相比,纵向柱较多,刚度较大,一般仅作为结构处理,纵向框架与框架之间的连接梁作为连接梁。然而,随着现代建筑形状的复杂性和计算技术的发展,现代框架结构有时很难明显区分框架梁和连接梁。

框架结构一般采用正交矩形柱网,在整体平面上形成矩形。当然,这并不是绝对的。计算技术的发展可以保证现代工程技术的进入,面对任何复杂的平面都可以做出令人满意的设计。

计算荷载传递

在框架结构中,力主要是垂直力和水平力。垂直载荷来自自重和各种活载荷。除特殊载荷外,大部分垂直载荷设计为均布载荷,可直接作用于框架(地板框架梁),也可通过其他部件(次梁)通过集中载荷传递到框架(地板设置在非框架梁的次梁上,然后由次梁传递到框架梁上)。框架结构的垂直载荷由梁板系统承担,然后传递给柱,由柱传递给基础。

水平荷载主要是由风和地震的作用产生的。由于地板承受着建筑物的主要重量,地震时会在地板高度产生巨大的地震力,因此水平地震荷载一般被简化为作用于地板高度的水平集中力。框架的风力作用在建筑物的侧墙上,然后通过侧墙传递到承受墙体的框架梁上,因此风荷载也可以简化为框架的集中作用。也就是说,水平荷载的简化结构是作用于各层高度的水平集中荷载。

框架结构的内力图

从内部力图可以看出,框架结构的梁柱共同协调受力。除垂直荷载下等跨结构中柱不能承受弯矩外,柱在其他情况下也应弯曲。对于顶柱,由于轴向荷载较小,弯矩更为明显。

简述了框架结构的计算方法

在实际的工程设计中,框架结构的内力基本上是通过计算机进行精确分析来完成的。然而,手工算法也经常被使用,主要是对简单的框架进行初步分析,了解手工算法,这对掌握框架结构的机械概念和结构结构非常重要。

1.垂直荷载作用下的近似计算分层计算法。

从精确的分析方法和弯矩图可以看出,在垂直荷载的作用下,多层多跨框架的侧移较小,每层荷载对其他层杆的内力影响较小,因此可以在计算中简化。分层计算方法的基本假设是:在垂直荷载的作用下,可以忽略框架的侧向位移,忽略本梁上垂直荷载对其他层梁的内力的影响。此时,多层框架可以根据单层框架进行解决,大大简化了误差允许范围内的计算过程。

2.水平荷载作用下的近似计算-反弯点法。

框架结构的水平荷载(地震力、风力)可简化为节点上的水平集中力。在集中力的作用下,框架梁和柱的弯矩图为直线,杆件有一个弯矩为0的点。如果能找到弯点的位置和弯点的剪力,则可以找到框架梁和柱的内部力图。

当框架梁线刚度与柱线刚度之比大于3时,框架上部各层节点的测量角度非常小,可以在计算中简化和忽略。在计算中,基本假设框架梁线刚度与柱线刚度之比无限大,上下柱端仅侧移,同一柱各端侧移相等,除底层外,各柱上下角相等。这样,工作点的位置确定在柱的中间,采用剪力分配法,可以得到框架结构的内部力图。(剪力分配方法见排架部分)

3.水平荷载作用下改进反弯点法-D值法。

改进的反弯点法是在分析多层框架应力和变形特性的基础上,提出修正柱的抗侧移刚度和调整反弯点高度的方法。修正后柱的抗侧移刚度用D表示,称为D值法。

其两个改进是:一是增加柱侧移刚度修正系数,反映节点转动降低柱抵抗侧移的能力,根据梁柱线刚度比计算柱侧移刚度;二是调整反弯点高度,分析发现柱上下反弯点高度

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