鋼筋混凝土多層與高層結構

鋼筋混凝土多層與高層結構第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四本章介紹鋼筋混凝土多層及高層房屋的結構體系，以及框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構的受力特點、計算方法及構造要求。通過學習，了解鋼筋混凝土多層及高層房屋的常用結構體系的特點及適用高度。本章提要第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四高層與多層的界限：《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ-2002（以下簡稱《高規(guī)》）將10層及10層以上或高度大于28m的建筑物稱為高層建筑，2~9層且高度不大于28m為多層建筑。高層建筑是隨著社會生產力、人們生活的需要發(fā)展起來的，是商品化、工業(yè)化、城市化的結果。但是當建筑物高度增加時，水平力（風荷載及地震作用）對結構起的作用將愈來愈大。除了結構內力將明顯加大外，結構側向位移增加更快。高層建筑中，結構要使用更多的材料來抵抗水平力，抗側力成為高層建筑結構設計的主要問題。特別是在地震區(qū)，地震作用對高層建筑的威脅也比低層建筑要大，抗震設計應受到加倍重視。第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四下圖是結構內力（N，M）、位移（Δ）與高度的關系，彎矩和位移都隨高度呈指數(shù)曲線上升。結構內力、位移與高度的關系第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四目前，多層與高層建筑常用的結構體系可分為四種類型：框架體系、剪力墻體系、框架—剪力墻體系和筒體體系，各有不同的適用高度和優(yōu)缺點。

第一節(jié)多層與高層結構體系第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四一、框架結構體系主要由樓板、梁、柱及基礎等承重構件通過結點連接組成，一般由框架梁、柱與基礎形成多個平面框架作為主要的承重結構，各平面框架再由聯(lián)系梁聯(lián)系起來，形成一個空間結構體系。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點：建筑平面布置靈活、易于設置較大房間、使用方便構件類型少，易于標準化、定型化；可以采用預制構件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結構，有時還可采用現(xiàn)澆柱及預制梁板的半現(xiàn)澆半預制結構?，F(xiàn)澆結構的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應優(yōu)先采用。缺點：抗側剛度低，２０層以下建筑適用范圍：辦公樓、餐廳、車間、營業(yè)室、教室和實驗室等框架結構體系的優(yōu)缺點及適用范圍第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四二、剪力墻結構體系

將房屋的內、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結構，這種體系為剪力墻結構體系。剪力墻的間距受到樓板跨度的限制，一般為3～8m，因而剪力墻結構適用于具有小房間的住宅、旅館等開間較小的建筑，此時可省去大量砌筑填充墻的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先進的施工方法，施工速度很快。第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結構的整體性好，剛度大，在水平力作用下側向變形很小。墻體截面積大，承載力要求也比較容易滿足?？拐鹦阅芤草^好。剪力墻結構的缺點和局限性也是很明顯的，主要是剪力墻間距太小，平面布置不靈活，結構自重較大。為了減輕自重和充分利用剪力墻的承載力和剛度，剪力墻的間距要盡可能做大些，一般6m左右為宜。第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四三、框架－剪力墻體系框架結構側向剛度差，抵抗水平荷載能力較低，地震作用下變形大，但它具有平面靈活、有較大空間、立面處理易于變化等優(yōu)點。而剪力墻結構則相反，抗側力剛度、強度大，但限制了使用空間。把兩者結合起來，取長補短，在框架中設置一些剪力墻，就成了框架－剪力墻(簡稱框－剪)體系。第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

在這種體系中，剪力墻常常擔負大部分水平荷載，結構總體剛度加大，側移減小，平面布置靈活、使用方便。。同時，通過框架和剪力墻協(xié)同工作，通過變形協(xié)調，使各種變形趨于均勻，改善了純框架或純剪力墻結構中上部和下部層間變形相差較大的缺點，因而在地震作用下可減少非結構構件的破壞。從框架本身看，上下各層柱的受力也比純框架柱的受力均勻，因此柱子斷面尺寸和配筋都可比較均勻。框-剪體系的適用高度為15～25層，一般不宜超過30層。第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四四、筒體結構體系

由剪力墻體系和框架體系演變發(fā)展而成，是將剪力墻或密柱框架圍合而成一個或多個封閉的筒體（或框筒），組成承受豎向和水平作用的結構稱為筒體結構體系。筒體根據(jù)開孔的多少，筒體有空腹筒和實腹筒之分。

實腹筒一般由電梯井、樓梯間、管道井等形成，開孔少，因其常位于房屋中部，故又稱核心筒?？崭雇灿址Q框筒，由布置在房屋四周的密排立柱和截面、高度很大的橫梁組成。這些橫梁稱為窗裙梁，梁高一般為0.6～1.22m。第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

由核心筒、框筒等基本單元組成的承重結構體系稱為筒體體系。根據(jù)房屋高度及其所受水平力的不同，筒體體系可以布置成核心筒結構、框筒結構、筒中筒結構、框架核心筒結構、成束筒結構和多重筒結構等形式。筒中筒結構通常用框筒作為外筒，實腹筒作為內筒。

第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四一、框架結構的形式

（一）框架的類型

按施工方法的不同，框架結構可分為現(xiàn)澆框架、預制框架和現(xiàn)澆預制框架三種類型。第二節(jié)框架結構（１）現(xiàn)澆整體式框架：工地現(xiàn)澆優(yōu)點：結構整體性及抗震性能好，節(jié)省鋼材；缺點：現(xiàn)場工作量大，模板消耗多，施工周期較長。（２）裝配式框架：優(yōu)點：構件可以在工廠預制，質量容易保證，施工現(xiàn)場的工作量較少，比現(xiàn)澆框架節(jié)省模板并能縮短工期；缺點：增加了框架的節(jié)點連接，用鋼量大整體性較差。（３）裝配整體式框架其梁板柱可以在工廠預制，在施工現(xiàn)場將構件吊裝就位，再用現(xiàn)澆混凝土將框架連接成整體，因而這種框架兼?zhèn)淞饲皟煞N框架的優(yōu)點。第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

框架結構是由若干個平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結構體系。在這個體系中，平面框架是基本的承重結構，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種：（1）

橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設置板和連系梁，見圖(a)。橫向框架--由建筑物短方向的梁柱組成。（二）框架結構布置第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四這種布置方案的優(yōu)點是：(1)框架外柱寬度可收小，能滿足建筑立面要求；(2)外墻不承重，其自重由連系梁傳給橫向承重框架柱，故對縱向墻沿開窗限制建筑上的室內采光的要求；(3)由于一般進深大于開間，采取橫向承重框架時，樓板沿縱向（即開間方向）布置，跨度可以相對小些，樓板結構比較經(jīng)濟合理。如采用裝配式預制樓板時，則運輸和吊裝也較為方便。目前，一般工業(yè)與民用建筑多采用這種橫向承重框架的布置方案。第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四（2）

縱向框架承重方案縱向框架--由建筑物長方向的梁柱構成。

在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設置板和連系梁，見圖(b)。第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四（3）

縱橫向框架混合承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖(c)。第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

承重框架沿房屋縱向與橫向同時布置，可以有利于滿足來自兩個不同方向的抗風和抗震要求。雖然有時樓板僅沿一個方向布置或者采用雙向樓板，但是縱橫兩個方向的框架均具有足夠的強度和剛度。

第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四作用于框架結構上的荷載有豎向荷載和水平荷載兩種。

豎向荷載包括結構自重（恒載）、樓面活荷載、雪載、屋面積灰荷載、檢修荷載等。取值根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》進行計算。豎向荷載一般為均布荷載。

水平荷載包括風荷載和水平地震作用。水平荷載均簡化為作用于框架節(jié)點上集中力。二、框架結構的受力特點（一）框架結構的荷載第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四1.豎向荷載框架層數(shù)的增加而框架的變形和彎矩沒有顯著的變化框架的變形和彎矩與框架的層數(shù)多少沒有太大的關系第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四2.水平荷載框架的層數(shù)越多，產生的水平位移越大，框架的內力也隨層數(shù)的增加而迅速增長，層數(shù)超過一定程度時，水平荷載產生的內利遠遠大于豎向荷載產生的內力。這時，水平荷載對設計起主要控制作用。第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四１框架結構層數(shù)較少時，豎向荷載起控制作用，框架結構比較經(jīng)濟。２當房屋向更高的層數(shù)發(fā)展時，采用框架結構將會產生矛盾：（１）強度方面：由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平荷載產生的內力都要相應增大，特別是水平荷載產生的內力增加更快。當高度達到一定的數(shù)值，框架中將產生相當大的內力。（２）剛度方面：隨著房屋高度的增加，在水平荷載作用下，框架結構本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。要滿足強度和剛度的要求，就必須增大構件的截面尺寸，太大不經(jīng)濟，甚至不合理。合理層數(shù)是6~15層，最經(jīng)濟是10層左右。高寬比：５～７結論第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四（一）一般要求

（1）鋼筋混凝土框架的混凝土強度等級一般不低于C20，縱向受力鋼筋宜采用HRB335（二級）和HRB400（三級）鋼筋。

（2）框架梁柱截面尺寸除滿足承載力要求外，還應保證結構有足夠的整體剛性。

（3）框架梁柱應分別滿足受彎構件和受壓構件的各種構造要求。

（4）框架柱一般采用對稱配筋，配筋率應滿足規(guī)范要求。三、現(xiàn)澆框架的構造要求第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)澆框架的連接主要是指梁與柱及柱與柱之間的配筋構造。

（1）

上下柱連接上下柱的鋼筋的連接宜采用焊接，也可采用搭接。當柱每邊鋼筋不多于4根時，可在一個水平面上接頭；當柱每邊鋼筋為5~8根時，可在兩個水平面上接頭；當柱每邊鋼筋為8~10根時，可在三個水平面上接頭，見下圖。下柱伸入上柱搭接鋼筋的根數(shù)及直徑應滿足上柱要求。如后圖

。（二）連接構造第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四圖

上下柱鋼筋接頭（a)每邊鋼筋≤4根；（b)每邊鋼筋5~8根；(c)每邊鋼筋8~10根第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四圖上下柱截面不等時的鋼筋接頭(a)b/a≤1/6時；(b)b/a＞1/6且h≤2.5m時；(c)b/a＞1/6且h＞2.5m時第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四圖頂層梁與柱現(xiàn)澆節(jié)點下圖表示頂層屋面梁與邊柱的剛性連接（頂層端節(jié)點P.114）。

（2）

梁與柱連接

現(xiàn)澆框架的梁柱節(jié)點，一般做成剛性節(jié)點。第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四圖

樓面梁與邊柱現(xiàn)澆節(jié)點下圖表示樓面梁與邊柱的連接（中間層端節(jié)點P.113)。第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四圖

樓面梁與中柱現(xiàn)澆節(jié)點下圖表示樓面梁與中柱的連接（中間層中間節(jié)點P.113)。第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四三、現(xiàn)澆框架的構造要求節(jié)點構造

構件連接是框架設計的一個重要組成部分。只有通過構件之間的相互連接，結構才能成為一個整體?，F(xiàn)澆框架的連接構造，主要是梁與柱、柱與柱之間的配筋構造。框架梁、柱的縱向鋼筋在框架節(jié)點區(qū)的錨固和搭接，應符合下列要求。第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期四

（1）頂層中節(jié)點：柱縱向鋼筋和邊節(jié)點柱內側縱向鋼筋應伸至柱頂；當從梁底邊計算的直線錨固長度不小于la時，可不必水平彎折，否則應向柱內或梁、板水平彎折；當充分利用柱縱向鋼筋的抗拉強度時，其錨固段彎折前的豎直投影長度不應小于0.5la，