多層及高層鋼筋混凝土房屋-多層及高層房屋結構體系

2024/3/1第9章多層及高層鋼筋混凝土房屋2024/3/19.1多層及高層房屋結構體系2024/3/19.1.1高層建筑結構的特點1．高層建筑結構的特點我國《高規(guī)》與《高層民用建筑設計防火規(guī)范(2005版）》(GB50045—95)根據(jù)是否設電梯、建筑物的防火等級等因素，將10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑定義為高層建筑，2～9層的住宅建筑和高度不大于24m的其他民用建筑定義為多層建筑。一般建筑物高度超過100m為超高層建筑。高層建筑結構具有以下特點：2024/3/1(1)高層建筑可以在相同的建設場地中，以較小的占地面積獲得更多的建筑面積，可部分解決城市用地緊張和地價高漲的問題。

(2)在建筑面積與建設場地面積相同比值的情況下，建造高層建筑可以提高更多的空閑場地，以便用作綠化和休閑場地，有利于美化環(huán)境，并帶來更充足的日照、采光和通風效果。

(3)水平荷載是高層建筑結構設計的主要控制因素。2024/3/1(4)設計高層建筑結構時，在非地震區(qū)，必須控制風荷載作用下的結構水平位移，還要求結構具有良好的抗震性能。

(5)由于高層建筑需要滿足房屋的豎向交通和防火要求。

2．高層建筑結構常用結構體系目前，高層建筑最常用的結構體系有：框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系和筒體結構體系等。2024/3/11)框架結構體系如圖9.1所示。圖9.1框架結構2024/3/1框架結構具有建筑平面布置靈活，易于滿足建筑物較大空間的使用要求，豎向荷載作用下承載力較高、結構自重較輕的特點。因此，廣泛應用于多層及高層辦公樓、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學校以及多層工業(yè)廠房中。

2)剪力墻結構體系剪力墻結構是由縱向和橫向的鋼筋混凝土墻體作為豎向承重和抵抗側力構件的結構體系，如圖9.2所示。2024/3/1

剪力墻結構體系具有剛度大，空間整體性好，抗震性能好，對承受水平荷載有利等優(yōu)點。但由于橫墻較多、間距較密，房屋被剪力墻分割成較小的空間，因而結構自重大，建筑平面布置局限性較大。剪力墻結構的適用建筑層數(shù)為15～50層，通常適用于開間較小的高層住宅、旅館、寫字樓等建筑。2024/3/1圖9.2剪力墻結構2024/3/13)框架—剪力墻結構體系框架結構側向剛度差，水平荷載作用下側移較大，但有平面布置靈活、立面處理易于變化等優(yōu)點。剪力墻結構抗側力剛度大，對承受水平荷載有利，但平面布置不靈活。把框架和剪力墻兩者結合起來，即在框架結構中設置適當數(shù)量的剪力墻，就構成了框架—剪力墻結構體系，如圖9.3所示。

2024/3/1圖9.3框架—剪力墻結構2024/3/14)筒體結構體系筒體結構體系是由剪力墻結構體系和框架—剪力墻結構體系演變發(fā)展而成，是將剪力墻或密柱框架(框筒)圍合成側向剛度更大的筒狀結構，以筒體承受豎向荷載和水平荷載的結構體系。

2024/3/1圖9.4筒體結構(a)實腹筒；(b)空腹筒2024/3/1筒體結構由于具有更大的側向剛度，內部空間較大且平面設計較靈活，因此，一般常用于30層以上或高度超過100m的寫字樓、酒店等超高層建筑中。2024/3/1圖9.5筒體結構的類型(a)框筒；(b)筒體—框架；(c)筒中筒；(d)多筒體；(e)成束筒：(f)多重筒2024/3/19.1.2多層及高層建筑結構設計的一般原則

在多層及高層建筑中，除了要根據(jù)結構高度和使用要求選擇合理的結構體系外，還應重視結構的選型和構造，擇優(yōu)選用抗震及抗風性能好而且經濟合理的結構體系和平、立面布置方案，在構造上應加強連接。

1．結構平面布置因而《高規(guī)》中，對抗震設計的鋼筋混凝土高層建筑的平面布置提出如下具體要求：2024/3/1(1)平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱，減小偏心；

(2)平面長度L不宜過長，突出部分長度l應盡可能小，凹角處宜采取加強措施；

(3)不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰部平面圖形。

2．結構豎向布置高層建筑結構沿豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內收。側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。結構豎向布置應做到剛度均勻而連續(xù)，避免由于剛度突變而形成薄弱層。在地震區(qū)的高層建筑的立面宜采用矩形、梯形、金字塔形等均勻變化的幾何形狀。

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3．房屋的高寬比限值

高層建筑結構的高寬比(H/B)不宜超過表9.1的規(guī)定。表9.2鋼筋混凝土高層建筑結構適用的最大高寬比結構體系非抗震設計抗震設防烈度6度、7度8度9度框架543—板柱—剪力墻654—框架—剪力墻、剪力墻7654框架—核心筒8764筒中筒88752024/3/14．變形縫在高層建筑中，由于變形縫的設置會給建筑設計帶來一系列的困難，如屋面防水處理、地下室滲漏、立面效果處理等，因而在設計中宜通過調整平面形狀和尺寸，采取相應的構造和施工措施，盡量少設縫或不設縫。當建筑物平面形狀復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規(guī)則的結構時，宜通過變形縫將結構劃分為較為簡單的幾個獨立結構單元。1)伸縮縫高層建筑物的長度超過規(guī)定限值，又未采取可靠的構造措施或施工措施時，其伸縮縫間距不宜超過表9.3的限值。表9.3伸縮縫的最大間距結構類型施工方法最大間距/m結構類型施工方法最大間距/m框架結構現(xiàn)澆55剪力墻結構現(xiàn)澆452024/3/1

當屋面無隔熱或保溫措施時，或位于氣候干燥地區(qū)、夏季炎熱且暴雨頻繁地區(qū)的結構，可適當減小伸縮縫的間距。當采取下列構造或施工措施時，伸縮縫間距可適當增大：

(1)在頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度影響較大的部位提高配筋率；(2)頂層加強保溫隔熱措施或采用架空通風屋面；(3)頂部樓層改為剛度較小的結構形式或頂部設局部溫度縫，將結構劃分為長度較短的區(qū)段；(4)每30m～40m設800mm～1000mm寬的后澆帶。2024/3/12)沉降縫當建筑物出現(xiàn)下列情況，可能造成較大的沉降差異時，宜設置沉降縫：

(1)建筑物存在有較大的荷載差異、高度差異處；(2)地基土層的壓縮性有顯著變化處；(3)上部結構類型和結構體系不同，其相鄰交接處；(4)基底標高相差過大，基礎類型或基礎處理不一致處。由于沉降縫的設置常常使基礎構造復雜，特別使地下室的防水十分困難，因此，當采取以下措施后，主樓與裙房之間可以不設沉降縫：(1)采用樁基，或采取減少沉降的有效措施并經計算，沉降差在允許范圍內；2024/3/1(2)主樓與裙房采用不同的基礎形式，先施工主樓后施工裙房，通過調整土壓力使后期沉降基本接近；(3)當沉降計算較為可靠時，將主樓與裙房的標高預留沉降差，使最后兩者標高基本一致；(4)把主樓與裙房放在一個剛度很大的整體基礎上，或從主樓結構基礎上懸挑出裙房基礎等。3)防震縫當房屋平面復雜、不對稱或房屋各部分剛度、高度、重量相差懸殊時，應設置防震縫。防震縫將房屋劃分為簡單規(guī)則的形狀，使每一部分成為獨立的抗震單元，使其在地震作用下互不影響。設置防震縫時，一定要留有足夠的寬度，以防止地震時縫兩側的獨立單元發(fā)生碰撞。防震縫的最小寬度宜滿足規(guī)范的要求。2024/3/1沉降縫必須從基礎分開，而伸縮縫和防震縫處的基礎可以連在一起。在地震區(qū)，伸縮縫和沉降縫的寬度均應符合防震縫的寬度和構造要求。由于沉降縫的設置常常使基礎構造復雜，特別使地下室的防水十分困難，因此，當采取以下措施后，主樓與裙房之間可以不設沉降縫：

(1)采用樁基，或采取減少沉降的有效措施并經計算，沉降差在允許范圍內；

(2)主樓與裙房采用不同的基礎形式，先施工主樓后施工裙房，通過調整土壓力使后期沉降基本接近；

(3)當沉降計算較為可靠時，將主樓與裙房的標高預留沉降差，使最后兩者標高基本一致；

(4)把主樓與裙房放在一個剛度很大的整體基礎上，或從主樓結構基礎上懸挑出裙房基礎等。2024/3/13)防震縫當房屋平面復雜、不對稱或房屋各部分剛度、高度、重量相差懸殊時，應設置防震縫。防震縫將房屋劃分為簡單規(guī)則的形狀，使每一部分成為獨立的抗震單元，使其在地震作用下互不影響。設置防震縫時，一定要留有足夠的寬度，以防止地震時縫兩側的獨立單元發(fā)生碰撞。防震縫的最小寬度宜滿足規(guī)范的要求。沉降縫必須從基礎分開，而伸縮縫和防震縫處的基礎可以連在一起。在地震區(qū)，伸縮縫和沉降縫的寬度均應符合防震縫的寬度和構造要求。2024/3/19.1.3多層及高層建筑結構的荷載分類

一般來說，對低層民用建筑，結構設計起控制作用的是豎向荷載；對多層建筑，水平荷載與豎向荷載共同起控制作用；而對高層建筑，豎向荷載仍對結構設計具有重要影響，但對結構設計起絕對控制作用的卻是水平荷載。2024/3/11．豎向荷載豎向荷載包括結構構件和非結構構件的自重(恒荷載)、樓面使用活荷載、雪荷載和施工檢修荷載等。

1)恒荷載豎向荷載中的恒荷載按相應材料和構件的自重計算。這些荷載取值可根據(jù)《荷載規(guī)范》或表2.3進行計算。

2)樓面活荷載活荷載按《荷載規(guī)范》或表2.4選用，當有特殊要求時，應按實際情況考慮。簡化計算時，一般不考慮活荷載的不利布置，按活荷載滿布考慮。2024/3/1

在設計樓面梁、墻、柱及基礎時，考慮活荷載同時在各層滿布的可能性很小，故在下列情況下應乘以規(guī)定的折減系數(shù)。

(1)設計樓面梁時，對于樓面活荷載標準值為2.0kN/m2，且樓面梁從屬面積超過25m2；或樓面活荷載標準值大于2.0kN/m2，且樓面梁從屬面積超過50m2時，取樓面活荷載折減系數(shù)為0.9；(2)設計墻、柱和基礎時，對于樓面活荷載標準值為2.0kN/m2的建筑，根據(jù)計算截面以上的層數(shù)按照《荷載規(guī)范》的規(guī)定選取相應的折減系數(shù)；對于樓面活荷載標準值大于2.0kN/m2的建筑，采用與其樓面梁相同的折減系數(shù)。3)屋面活荷載(1)當采用不上人屋面時，屋面均布活荷載標準值取0.5kN/m2；當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用；(2)采用上人屋面時，屋面均布活荷載標準值取2.0kN/m2；當兼作其他用途時，應按相應樓面活荷載采用。屋面均布活荷載不應與雪荷載同時組合。2024/3/12．水平荷載水平荷載主要包括風荷載和水平地震作用。

1)