《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)》 課件 第八章　多層與高層房屋結(jié)構(gòu)

第一節(jié)多層與高層建筑結(jié)構(gòu)體系第二節(jié)高層結(jié)構(gòu)布置的一般原則第八章多層與高層房屋結(jié)構(gòu)597熟悉常見(jiàn)多層、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的組成、特點(diǎn)及構(gòu)造要求，了解高層結(jié)構(gòu)布置的一般原則。學(xué)習(xí)目標(biāo)598599《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）規(guī)定，10層及10層以上的住宅和高度大于24m的其他建筑為高層建筑（不包括建筑高度大于24m的單層公共建筑），2～9層或高度不大于24m的為多層建筑。多層房屋常采用混合結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；高層房屋常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。多層與高層建筑結(jié)構(gòu)體系第一節(jié)600601一、框架結(jié)構(gòu)1.?框架結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱和基礎(chǔ)組成的承受豎向和水平作用的承重骨架。若干榀框架通過(guò)連系梁組成框架結(jié)構(gòu)，墻只起圍護(hù)、分隔作用。框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活，空間劃分方便，易于滿足生產(chǎn)工藝和使用要求，具有較高的承載力和較好的整體性，因此，廣泛應(yīng)用于多層和高層辦公樓、醫(yī)院、旅館、教學(xué)樓、住宅和多層工業(yè)廠房?？蚣芙Y(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，在水平荷載作用下表現(xiàn)出抗側(cè)移剛度小、水平位移大的特點(diǎn)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的適用高度為6～15層，在非地震區(qū)其也可用于15～20層的建筑。602框架結(jié)構(gòu)a）橫向承重框架體系b）縱向承重框架體系6032.?框架結(jié)構(gòu)體系的布置根據(jù)不同需要，框架結(jié)構(gòu)體系可以有三種不同的布置方案。（1）橫向主框架承重它的主要承重結(jié)構(gòu)是由橫向主梁和柱組成，用縱向連系梁將橫向框架連接成整體，如圖a所示。橫向主框架承受大部分豎向荷載和橫向水平作用，縱向框架僅承受小部分豎向荷載和縱向水平作用。因此，常采用較大截面的橫梁來(lái)增加框架的橫向剛度和抗力，而縱向連系梁的截面高度相對(duì)較小。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，此布置方案常被采用。604承重框架布置方案a）橫向布置方案b）縱向布置方案c）、d）縱橫向布置方案605（2）縱向主框架承重縱向的梁和柱組成的縱向框架為主要承重框架，橫向布置次梁，如圖b所示。由于大部分豎向荷載由縱向框架承受，橫向框架僅承受少部分豎向結(jié)構(gòu)自重和橫向水平作用，因此，橫向連系梁可采用較小的截面尺寸，這樣可以使樓層凈高被有效地利用，以設(shè)置較多的架空管道。這種布置方法因橫向剛度較差，僅適用于某些工業(yè)廠房，在民用建筑中一般較少采用。（3）縱橫向框架混合承重縱橫向框架均為主要承重框架，如圖c、圖d所示，即縱橫向框架共同承擔(dān)豎向荷載和水平作用。當(dāng)柱網(wǎng)平面尺寸接近正方形時(shí)，或采用大柱網(wǎng)時(shí)，或樓面有較大活荷載時(shí)，常采用這種方案。6063.?框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)框架結(jié)構(gòu)是由若干平面框架通過(guò)連系梁連接形成的空間結(jié)構(gòu)體系，但在一般情況下，可以忽略它們之間的空間聯(lián)系，即取出單獨(dú)一片框架作為計(jì)算單元，按平面框架計(jì)算。框架在豎向荷載作用下的內(nèi)力圖如圖b所示。從圖中可以看出，框架在荷載作用下，節(jié)點(diǎn)處有較大的內(nèi)力?？蚣茉谒胶奢d作用下的內(nèi)力圖如圖c所示。607框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖a）計(jì)算簡(jiǎn)圖b）豎向荷載作用下的內(nèi)力圖c）左向水平荷載作用下的內(nèi)力圖6084.?非抗震現(xiàn)澆框架的構(gòu)造要求（1）框架柱框架柱縱向鋼筋的接頭可采用綁扎搭接、機(jī)械連接或焊接等方式，宜優(yōu)先采用焊接或機(jī)械連接。柱相鄰縱筋連接接頭應(yīng)相互錯(cuò)開，在同一截面內(nèi)的鋼筋接頭面積百分率為：對(duì)于綁扎搭接和機(jī)械連接不宜大于50%，對(duì)于焊接連接不應(yīng)大于50%。609縱筋連接構(gòu)造610（2）框架梁框架梁除應(yīng)滿足一般梁的有關(guān)構(gòu)造規(guī)定外，在跨中上部至少應(yīng)配置2φ12的鋼筋與橫梁支座的負(fù)彎矩鋼筋搭接，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于1.2la。（3）現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造梁、柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造是保證框架結(jié)構(gòu)整體性的重要措施?，F(xiàn)澆框架的梁、柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)做成剛性節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)。611頂層中間節(jié)點(diǎn)柱縱向鋼筋的錨固a）直線錨固形式b）90°彎折錨固c）端頭加錨板錨固1）頂層中間節(jié)點(diǎn)。6122）頂層端節(jié)點(diǎn)。柱內(nèi)側(cè)縱向鋼筋的錨固要求與頂層中間節(jié)點(diǎn)的縱向鋼筋相同。梁上部鋼筋和柱外側(cè)鋼筋在頂層端節(jié)點(diǎn)的搭接a）搭接接頭沿頂層端節(jié)點(diǎn)外側(cè)和梁端頂部布置b）搭接接頭沿節(jié)點(diǎn)外側(cè)直線布置6133）中間層中間節(jié)點(diǎn)。框架梁的上部縱筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)。中間層中間節(jié)點(diǎn)的鋼筋錨固與搭接a）節(jié)點(diǎn)中的直線錨固b）節(jié)點(diǎn)中的彎折錨固c）節(jié)點(diǎn)范圍外的搭接6144）中間層端節(jié)點(diǎn)?？蚣芰褐虚g層端節(jié)點(diǎn)縱向鋼筋的錨固a）直線錨固形式b）鋼筋端部的錨頭錨固c）鋼筋末端90°彎折錨固615二、剪力墻結(jié)構(gòu)1.?剪力墻結(jié)構(gòu)的組成及特點(diǎn)利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。所謂剪力墻，實(shí)質(zhì)上是固結(jié)于基礎(chǔ)的鋼筋混凝土墻片，具有很高的抗側(cè)移能力。一般情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)樓蓋內(nèi)不設(shè)梁，樓板直接支承在墻上，墻體既是承重構(gòu)件，又起圍護(hù)和分隔作用，如圖所示。616剪力墻結(jié)構(gòu)617鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)橫墻多，側(cè)向剛度大，整體性好，對(duì)承受水平力有利；無(wú)凸出墻面的梁柱，整齊美觀，特別適合居住建筑，并可使用滑模方法施工，有利于縮短工期，節(jié)省人力。但剪力墻的房間劃分受到較大限制，因此用于一般住宅、旅館等開間要求較小的建筑，適用高度為15～50層。618※2.剪力墻結(jié)構(gòu)的布置如前所述，剪力墻是既承受豎向荷載，又承受水平荷載的鋼筋混凝土實(shí)體墻，其中以承受水平荷載為主。剪力墻在平面內(nèi)的剛度很大，但在平面外的剛度很小，為保證剪力墻的側(cè)向穩(wěn)定性，需要各層樓蓋對(duì)它起支撐作用。通常，剪力墻的下部固結(jié)于基礎(chǔ)內(nèi)，形成豎向的懸臂構(gòu)件，在水平荷載作用下，墻體處于壓、彎、剪的復(fù)合受力狀態(tài)。在抗震設(shè)防區(qū)，水平荷載還包括水平地震作用，因此剪力墻常被稱為抗震墻。619剪力墻宜沿結(jié)構(gòu)的主軸方向布置成雙向或多向，使兩個(gè)方向的剛度接近。剪力墻的墻肢截面應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則，墻體宜沿建筑物高度方向?qū)R貫通、上下不錯(cuò)層，以避免剛度的突變。較長(zhǎng)的剪力墻可用樓板或連梁分成若干獨(dú)立的墻段，各獨(dú)立墻段的總高與長(zhǎng)度之比不宜小于2。剪力墻中的洞口宜上下對(duì)齊布置，以形成明顯的墻肢和連梁，不宜采用錯(cuò)洞墻。墻肢截面長(zhǎng)度與厚度之比不宜小于3。開洞剪力墻由墻肢和連梁兩種構(gòu)件組成，不開洞的剪力墻僅有墻肢。根據(jù)墻面的開洞情況，剪力墻可分為四類：整截面剪力墻、整體小開口剪力墻、聯(lián)肢剪力墻和壁式框架，如圖所示。620剪力墻的類型a）整截面剪力墻b）整體小開口剪力墻c）聯(lián)肢剪力墻d）壁式框架621（1）整截面剪力墻不開洞或所開洞口面積不大于15%的剪力墻，稱為整截面剪力墻。（2）整體小開口剪力墻門窗洞口沿豎向成列布置，洞口總面積大于15%但相對(duì)仍較小、整體性較好的開洞剪力墻稱為整體小開口剪力墻。（3）聯(lián)肢剪力墻洞口成列布置且開口較大的剪力墻稱為雙肢或多肢剪力墻，其特點(diǎn)與整體小開口剪力墻相似，如上圖c所示。（4）壁式框架剪力墻上有多列洞口且洞口尺寸大，連梁線剛度大于或接近墻肢線剛度的墻稱為壁式框架。6223.?剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)（1）墻肢在整截面剪力墻中，墻肢處于壓、彎、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)；開洞剪力墻的墻肢處于壓（拉）、彎、剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。在墻肢中，彎矩和剪力的最大值均出現(xiàn)在墻底部位，故墻底截面是剪力墻設(shè)計(jì)的控制截面。墻肢的截面配筋計(jì)算與偏心受壓柱和偏心受拉桿相似，但由于剪力墻截面高度很大，在墻肢內(nèi)除在端部（正應(yīng)力較大的位置）設(shè)置豎向鋼筋外，還應(yīng)在剪力墻腹板中設(shè)置分布鋼筋。其中，截面端部的豎向鋼筋與豎向分布鋼筋共同抵抗壓彎作用，而水平分布鋼筋則承擔(dān)剪力作用。豎向分布鋼筋和水平分布鋼筋構(gòu)成網(wǎng)狀，以抵抗墻面混凝土的收縮及溫度應(yīng)力。623（2）連梁剪力墻中的連梁承擔(dān)彎矩、剪力、軸力的共同作用，是受彎構(gòu)件，配筋時(shí)應(yīng)選擇內(nèi)力最大的連梁作為計(jì)算對(duì)象。通過(guò)正截面承載力計(jì)算確定連梁的縱向受力鋼筋（上、下配筋），通過(guò)斜截面承載力計(jì)算來(lái)確定箍筋的用量。一般情況下，連梁常采用對(duì)稱配筋。6244.?剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求（1）材料選擇鋼筋混凝土剪力墻中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C25。墻內(nèi)分布鋼筋和箍筋宜采用HPB300級(jí)鋼筋，縱向鋼筋可用HRB400級(jí)或HRB500級(jí)鋼筋。（2）剪力墻的最小厚度為保證墻體平面的剛度和穩(wěn)定性以及澆筑混凝土的質(zhì)量，混凝土剪力墻的厚度不應(yīng)過(guò)小，高層建筑應(yīng)不小于160mm，多層建筑應(yīng)不小于140mm。625（3）墻肢配筋構(gòu)造1）墻肢端部的縱向鋼筋。剪力墻兩端和洞口兩側(cè)邊緣應(yīng)力較大的部位，應(yīng)按規(guī)定設(shè)置由豎向鋼筋和箍筋組成的邊緣構(gòu)件。邊緣構(gòu)件可分為約束邊緣構(gòu)件（邊緣壓應(yīng)力較大時(shí)采用）和構(gòu)造邊緣構(gòu)件（邊緣壓應(yīng)力較小時(shí)采用）。2）墻身內(nèi)分布鋼筋。剪力墻身應(yīng)配置水平和豎向分布鋼筋，使剪力墻有一定的延性，減少和防止溫度裂縫的產(chǎn)生及當(dāng)剪力墻產(chǎn)生裂縫時(shí)控制裂縫的持續(xù)發(fā)展。剪力墻的配筋方式有單排和多排兩種，其中單排配筋施工簡(jiǎn)單，但剪力墻厚度較大時(shí)不宜采用。6263）連梁的配筋構(gòu)造。連梁是一個(gè)受到反彎矩作用的梁，且通常跨高比較小，容易出現(xiàn)剪切斜裂縫，為防止斜裂縫出現(xiàn)后連梁發(fā)生脆性破壞，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）規(guī)定了連梁在構(gòu)造上的一些特殊要求。4）墻面和連梁開洞時(shí)的構(gòu)造。剪力墻墻面開洞較小時(shí)，除了要集中在洞口邊緣補(bǔ)足切斷的分布鋼筋外，還要進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)以抵抗洞口的應(yīng)力集中。627三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在框架結(jié)構(gòu)中適當(dāng)布置剪力墻，可以組成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻將負(fù)擔(dān)絕大部分水平荷載，而框架則以負(fù)擔(dān)豎向荷載為主。這樣則可以大大減小柱的截面尺寸?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)一般用于16～25層房屋。6281.?剪力墻結(jié)構(gòu)的布置在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻應(yīng)沿平面的主軸方向布置，一般應(yīng)遵循“均勻、對(duì)稱、分散、周邊”的布置原則。橫向剪力墻宜均勻?qū)ΨQ地設(shè)置在樓（電）梯間、建筑物的端部附近、平面形狀變化處及恒載較大的部位。橫向剪力墻的間距應(yīng)滿足表的規(guī)定，如剪力墻之間的樓蓋開有比較大的洞口時(shí)，剪力墻的間距應(yīng)適當(dāng)減小?？v向剪力墻宜布置在單元的中間區(qū)段內(nèi)，當(dāng)房屋縱向較長(zhǎng)時(shí)，縱向剪力墻不宜布置在房屋的兩端。建筑物中各片剪力墻的剛度不宜差距過(guò)大，剪力墻宜貫通建筑物全高，墻體厚度可隨高度逐漸減薄，以避免剛度沿高度方向發(fā)生突變。629橫向剪力墻的間距要求6302.?框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻兩種不同的抗側(cè)力單元組成的受力體系。其中，剪力墻的變形以彎曲為主，如圖a所示；框架的變形以剪切型為主，如圖b所示；而由樓蓋連接起來(lái)的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生共同的變形，如圖c所示，其協(xié)同變形曲線如圖d所示。在水平荷載作用下，框架-剪力墻的變形及受力特點(diǎn)如下：（1）剪力墻的變形特點(diǎn)是其層間相對(duì)水平位移越往上越大，如圖a所示。631框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)a）剪力墻的彎曲變形b）框架的剪切變形c）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的共同變形d）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形曲線632（2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)共同工作時(shí)，由于剪力墻的剛度比框架大很多，因此剪力墻承擔(dān)絕大部分水平剪力（占70%～90%），框架只承擔(dān)小部分剪力。同時(shí)，框架和剪力墻承擔(dān)水平剪力的比例，也隨房屋高度的變化而變化。在房屋上部，剪力墻承擔(dān)剪力較少，而框架承擔(dān)剪力較多。在房屋下部，由于剪力墻變形增大，框架變形減小，使得下部剪力墻承擔(dān)更多的剪力，而框架下部承擔(dān)的剪力較少。633四、筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的演變和發(fā)展。它是由若干片剪力墻或密柱框架圍合而成的封閉井筒式結(jié)構(gòu)（或框筒）。根據(jù)開孔的多少，筒體有空腹筒和實(shí)腹筒之分。如圖a所示，實(shí)腹筒一般由樓梯間、電梯井、管道井等組成，開孔少，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，如圖b所示，其中立柱柱距一般為1.2～3m，橫梁的梁高一般為0.6～1.2m。634筒體結(jié)構(gòu)a）實(shí)腹筒b）空腹筒635根據(jù)所受水平力及房屋高度的不同，筒體體系可以布置成筒中筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)和多重筒結(jié)構(gòu)形式，如圖所示。其中，筒中筒結(jié)構(gòu)通常用框架作外筒，實(shí)腹筒作內(nèi)筒。筒體體系因?yàn)閯偠却?，可以形成較大的內(nèi)部空間而且平面布置靈活，廣泛應(yīng)用于寫字樓等超高層公共建筑。筒體結(jié)構(gòu)a）框架核心筒b）筒中筒c）成束筒高層結(jié)構(gòu)布置的一般原則第二節(jié)636637在高層建筑中，除了要根據(jù)結(jié)構(gòu)的高度選擇合理的結(jié)構(gòu)體系外，還要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和選擇建筑物的平面形狀、剖面和總體形。一、結(jié)構(gòu)平面布置在高層建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，宜使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，剛度及承載力分布均勻，不宜采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心；平面長(zhǎng)度L不宜過(guò)長(zhǎng)，突出部分長(zhǎng)度l不宜過(guò)大，如圖所示，L、l等值應(yīng)滿足表中的要求。638建筑平面639

L、l的限值640二、結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑的豎向體形宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大