多層及高層鋼筋混凝土房屋

1.多層與高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)體系的概念、特點(diǎn)、適用范圍；2.框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置及受力特點(diǎn)；3.框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求；4.剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及構(gòu)造要求；5.框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及一般構(gòu)造要求。第八章多層及高層鋼筋混凝土房屋本章主要內(nèi)容1.了解框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)及筒體結(jié)構(gòu)的概念及組成；上述四種結(jié)構(gòu)體系的適用范圍；2.理解全現(xiàn)澆框架、半現(xiàn)澆框架、裝配式框架及裝配整體式框架的含義及其優(yōu)缺點(diǎn)；3.掌握框架體系中承重框架的布置方案、柱網(wǎng)布置及常用層高、變形縫的設(shè)置要求。第一講教學(xué)目標(biāo)：關(guān)于多層與高層建筑的界限，各國(guó)有不同的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)不同標(biāo)準(zhǔn)也有不同的定義：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3-2002（以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》）以10層及10層以上或高度大于28m的房屋為高層建筑，《民用建筑設(shè)計(jì)通則》37-87和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》均以10層及10層以上或高度大于24m的房屋為高層建筑。目前，多層房屋多采用混合結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(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-混凝土混合結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力與傳力的結(jié)構(gòu)組成方式稱為結(jié)構(gòu)體系。目前，鋼筋混凝土多層及高層房屋常用的結(jié)構(gòu)體系有框架體系、框架-剪力墻體系、剪力墻體系和筒體體系等。8.1.1框架結(jié)構(gòu)1.概念由梁和柱為主要承重構(gòu)件組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)稱為框架結(jié)構(gòu)。8.1常用結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)2.特點(diǎn)①將承重結(jié)構(gòu)和圍護(hù)、分隔構(gòu)件完全分開，墻只起圍護(hù)、分隔作用。②框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下表現(xiàn)出抗側(cè)移剛度小，水平位移大的特點(diǎn)，屬于柔性結(jié)構(gòu)。3.應(yīng)用廣泛應(yīng)用于多層工業(yè)廠房及多高層辦公樓、醫(yī)院、旅館、教學(xué)樓、住宅等?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的適用高度為6～15層，非地震區(qū)也可建到15～20層。4.異形柱框架的概念柱截面為L(zhǎng)形、T形、Z型或十字形（圖8.1.2）的框架結(jié)構(gòu)稱為異形柱框架。其柱截面厚度與墻厚相同，一般為180～300。異形柱框架的優(yōu)點(diǎn):柱截面寬度等于墻厚，室內(nèi)墻面平整，便于布置。缺點(diǎn)：但其抗震性能較差。適用范圍：一般用于非抗震設(shè)計(jì)或按6、7度抗震設(shè)計(jì)的12層以下的建筑。8.1.2剪力墻體系1.概念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)。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。因其既承擔(dān)豎向荷載，又承擔(dān)水平荷載—剪力，故名剪力墻。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)、分隔作用。2.特點(diǎn)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，并可使用大模板、隧道模、桌模、滑升模板等先進(jìn)施工方法，利于縮短工期，節(jié)省人力。但剪力墻體系的房間劃分受到較大限制。3.應(yīng)用一般用于住宅、旅館等開間要求較小的建筑，適用高度為15～50層。當(dāng)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的底部要求有較大空間時(shí)，可將底部一層或幾層部份剪力墻設(shè)計(jì)為框支剪力墻，形成部份框支剪力墻體系。部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)屬豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，上、下層不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形通過(guò)轉(zhuǎn)換層傳遞，抗震性能較差，烈度為9度的地區(qū)不應(yīng)采用。8.1.3框架-剪力墻體系1.概念在框架結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位增設(shè)一定數(shù)量的鋼筋混凝土剪力墻，形成的框架和剪力墻結(jié)合在一起共同承受豎向和水平力的體系叫做框架-剪力墻體系簡(jiǎn)稱框-剪體系。2.特點(diǎn)框架-剪力墻體系的側(cè)向剛度比框架結(jié)構(gòu)大，大部分水平力由剪力墻承擔(dān)，而豎向荷載主要由框架承受，因而用于高層房屋比框架結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)合理；同時(shí)由于它只在部份位置上有剪力墻，保持了框架結(jié)構(gòu)易于分割空間、立面易于變化等優(yōu)點(diǎn)；此外，這種體系的抗震性能也較好。3.應(yīng)用框-剪體系廣泛應(yīng)用于多層及高層辦公樓、旅館等建筑中。適用高度為15～25層，一般不宜超過(guò)30層。8.1.4筒體體系1.概念由筒體為主組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)體系。筒體是由若干片剪力墻圍合而成的封閉井筒式結(jié)構(gòu)，其受力與一個(gè)固定于基礎(chǔ)上的筒形懸臂構(gòu)件相似。根據(jù)開孔的多少，筒體有空腹筒和實(shí)腹筒之分。實(shí)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。空腹筒又稱框筒，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。梁高一般0.6～1.22m。筒體體系就是由核心筒、框筒等基本單元組成的。2.類型根據(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(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)和多重筒結(jié)構(gòu)等形式。筒中筒結(jié)構(gòu)通常用框筒作外筒，實(shí)腹筒作內(nèi)筒。筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)除上述四種常用結(jié)構(gòu)體系外，高層建筑中尚有懸掛結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、懸挑結(jié)構(gòu)等新的豎向承重結(jié)構(gòu)體系（圖8.1.8），但目前應(yīng)用較少。

8.2.1框架結(jié)構(gòu)的類型框架結(jié)構(gòu)按施工方法可分為全現(xiàn)澆式框架、半現(xiàn)澆式框架、裝配式框架和裝配整體式框架四種形式。1.全現(xiàn)澆框架(1)特點(diǎn)整體性及抗震性能好，預(yù)埋鐵件少，較其它形式的框架節(jié)省鋼材，建筑平面布置較靈活等；但是模板消耗量大，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，施工周期長(zhǎng)，在寒冷地區(qū)冬季施工困難等。8.2框架結(jié)構(gòu)2.全裝配式框架(1)概念將梁、板、柱全部預(yù)制，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配、焊接而成的框架稱為全裝配式框架。(2)特點(diǎn)裝配式框架的構(gòu)件可采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝在工廠進(jìn)行大批量的生產(chǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)以先進(jìn)的組織管理方式進(jìn)行機(jī)械化裝配，但其結(jié)構(gòu)整體性差，節(jié)點(diǎn)預(yù)埋件多，總用鋼量較全現(xiàn)澆框架多，施工需要大型運(yùn)輸和吊裝機(jī)械，在地震區(qū)不宜采用。3.裝配整體式框架(1)概念裝配整體式框架是將預(yù)制梁、柱和板在現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后，再在構(gòu)件連接處現(xiàn)澆混凝土使之成為整體而形成框架。(2)特點(diǎn)與全裝配式框架相比，裝配整體式框架保證了節(jié)點(diǎn)的剛性，提高了框架的整體性，省去了大部分的預(yù)埋鐵件，節(jié)點(diǎn)用鋼量減少，故應(yīng)用較廣泛。缺點(diǎn)是增加了現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土量。4.半現(xiàn)澆框架(1)概念半現(xiàn)澆框架是將房屋結(jié)構(gòu)中的梁、板和柱部份現(xiàn)澆，部份預(yù)制裝配而形成的框架。常見的做法有兩種，一種是梁、柱現(xiàn)澆，板預(yù)制；另一種是柱現(xiàn)澆，梁、板預(yù)制。(2)特點(diǎn)施工方法比全現(xiàn)澆簡(jiǎn)單，而整體受力性能比全裝配優(yōu)越。梁、柱現(xiàn)澆，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，整體性好；而樓板預(yù)制，又比全現(xiàn)澆框架節(jié)約模板，省去了現(xiàn)場(chǎng)支模的麻煩。半現(xiàn)澆框架是目前采用較多的框架型式之一，特別是在地震區(qū)應(yīng)用較多。8.2.2框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置1．承重框架布置方案在框架體系中，主要承受樓面和屋面荷載的梁稱為框架梁，另一方向的梁稱為連系梁。框架梁和柱組成主要承重框架，連系梁和柱組成非主要承重框架。若采用雙向板，則雙向框架都是承重框架。承重框架有以下三種布置方案：（1）橫向布置方案1)概念：框架梁沿房屋橫向布置，連系梁和樓（屋）面板沿縱向布置。2)特點(diǎn)：房屋縱向剛度較富裕，而橫向剛度較弱，采用這種布置方案有利于增加房屋的橫向剛度，提高抵抗水平作用的能力，因此在實(shí)際工程中應(yīng)用較多。缺點(diǎn)是由于主梁截面尺寸較大，當(dāng)房屋需要較大空間時(shí)，其凈空較小。下一頁(yè)（2）縱向布置方案1)概念：框架梁沿房屋縱向布置，樓板和連系梁沿橫向布置（圖8.2.2）。2)特點(diǎn)：房間布置靈活，采光和通風(fēng)好，利于提高樓層凈高，需要設(shè)置集中通風(fēng)系統(tǒng)的廠房常采用這種方案。但因其橫向剛度較差，在民用建筑中一般采用較少。（3）縱橫向布置方案1)概念：沿房屋的縱向和橫向都布置承重框架。2)特點(diǎn)：采用這種布置方案，可使兩個(gè)方向都獲得較大的剛度，因此，柱網(wǎng)尺寸為正方形或接近正方形、地震區(qū)多層框架房屋，以及由于工藝要求需雙向承重的廠房常用這種方案。2．柱網(wǎng)布置和層高(1)民用建筑其柱網(wǎng)尺寸和層高一般按300進(jìn)級(jí)。常用跨度是4.8m、6.4m、6m、6.6m等，常用柱距為3.9m、4.5m、4.8m、6.1m、6.4m、6.7m、6m。采用內(nèi)廊式時(shí)，走廊跨度一般為2.4m、2.7m、3m。常用層高為3.0m、3.3m、3.6m、3.9m、4.2m。(2)工業(yè)建筑其典型的柱網(wǎng)布置形式有內(nèi)廊式、等跨式、對(duì)稱不等跨式等。采用內(nèi)廊式布置時(shí)，常用跨（房間進(jìn)深）為6m、6.6m、6.9m，走廊寬度常用2.4m、2.7m、3m，開間方向柱距為3.6~8m。等跨式柱網(wǎng)的跨度常用6m、7.5m、9m、12m，柱距一般為6m。對(duì)稱不等跨柱網(wǎng)一般用于建筑平面寬度較大的廠房，常用柱網(wǎng)尺寸有（5.8m＋6.26.25.8m）×6.0m、（8.012.08.0m）×6.0m、（7.57.512.07.57.5m）×6.0m等。工業(yè)建筑底層往往有較大設(shè)備和產(chǎn)品，甚至有起重運(yùn)輸設(shè)備，故底層層高一般較大。底層常用層高為4.2m、4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m、8.4m，樓層常用層高為3.9m、4.2m、4.5m、4.8m、5.6m、6.0m、7.2m等。3.變形縫變形縫包括伸縮縫、沉降縫、防震縫。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距見表8.2.1。結(jié)構(gòu)類別室內(nèi)或土中露天裝配式框架7550裝配整體式現(xiàn)澆式框架5535表8.2.1鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距（）(1)變形縫設(shè)置原則鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的沉降縫一般設(shè)置在地基土層壓縮性有顯著差異，或房屋高度或荷載有較大變化等處。當(dāng)建筑平面過(guò)長(zhǎng)、高度或剛度相差過(guò)大以及各結(jié)構(gòu)單元的地基條件有較大差異時(shí)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮設(shè)置防震縫。(2)