鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)

1、鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)第1頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 本章介紹鋼筋混凝土多層及高層房屋的結(jié)構(gòu)體系，以及框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)、計算方法及構(gòu)造要求。通過學(xué)習(xí)，了解鋼筋混凝土多層及高層房屋的常用結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)及適用高度。 本章提要第2頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三高層與多層的界限： 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)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，29層且高度不大于28m為多層建筑。 高層建筑是隨著社會生產(chǎn)力、人們生活的需要發(fā)展起來的，是商品化、工業(yè)化、城市

2、化的結(jié)果。但是當(dāng)建筑物高度增加時，水平力（風(fēng)荷載及地震作用）對結(jié)構(gòu)起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加更快。高層建筑中，結(jié)構(gòu)要使用更多的材料來抵抗水平力，抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計應(yīng)受到加倍重視。第3頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 下圖是結(jié)構(gòu)內(nèi)力（N，M）、位移（）與高度的關(guān)系，彎矩和位移都隨高度呈指數(shù)曲線上升。結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系第4頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 目前，多層與高層建筑常用的結(jié)構(gòu)體系可分為四種類型：框架體系、剪力墻體

3、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(diǎn)。 第一節(jié) 多層與高層結(jié)構(gòu)體系第5頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三一、 框架結(jié)構(gòu)體系主要由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)等承重構(gòu)件通過結(jié)點(diǎn)連接組成，一般由框架梁、柱與基礎(chǔ)形成多個平面框架作為主要的承重結(jié)構(gòu)，各平面框架再由聯(lián)系梁聯(lián)系起來，形成一個空間結(jié)構(gòu)體系。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三優(yōu)點(diǎn)：建筑平面布置靈活、易于設(shè)置較大房間、使用方便構(gòu)件類型少，易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化；可以采用預(yù)制構(gòu)件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，有時還可采用現(xiàn)澆柱及預(yù)制梁板的半現(xiàn)澆半預(yù)制結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體性好，抗震性能好，

4、在地震區(qū)應(yīng)優(yōu)先采用。缺點(diǎn)：抗側(cè)剛度低，層以下建筑適用范圍：辦公樓、餐廳、車間、營業(yè)室、教室和實(shí)驗室等框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍第7頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三二、 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 將房屋的內(nèi)、外墻都做成實(shí)體的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種體系為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。 剪力墻的間距受到樓板跨度的限制，一般為38m，因而剪力墻結(jié)構(gòu)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(jìn)的施工方法，施工速度很快。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大，在水平力作

5、用下側(cè)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(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)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，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三第10頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三三、 框架剪力墻體系框架結(jié)構(gòu)側(cè)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(diǎn)。而剪力墻結(jié)構(gòu)則相反，抗側(cè)力剛度、強(qiáng)度大，但限制了使用空間。把兩者結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，在

6、框架中設(shè)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，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 在這種體系中，剪力墻常常擔(dān)負(fù)大部分水平荷載，結(jié)構(gòu)總體剛度加大，側(cè)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(diào)，使各種變形趨于均勻，改善了純框架或純剪力墻結(jié)構(gòu)中上部和下部層間變形相差較大的缺點(diǎn)，因而在地震作用下可減少非結(jié)構(gòu)構(gòu)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1525層，一般不宜超過30層。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三第13頁，

7、共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三四、 筒體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)體系。筒體根據(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?？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0.61.22m。第14頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三由核心筒、框筒等基本單元組成的承重結(jié)構(gòu)體系稱為筒體體系。根據(jù)房屋高度及其所

8、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)通常用框筒作為外筒，實(shí)腹筒作為內(nèi)筒。 第15頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三一、框架結(jié)構(gòu)的形式 （一）框架的類型 按施工方法的不同，框架結(jié)構(gòu)可分為現(xiàn)澆框架、預(yù)制框架和現(xiàn)澆預(yù)制框架三種類型。第二節(jié) 框架結(jié)構(gòu)（）現(xiàn)澆整體式框架：工地現(xiàn)澆優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)整體性及抗震性能好，節(jié)省鋼材；缺點(diǎn)：現(xiàn)場工作量大，模板消耗多，施工周期較長。 （）裝配式框架：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件可以在工廠預(yù)制，質(zhì)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(diǎn)：增加了框架的節(jié)點(diǎn)

9、連接，用鋼量大整體性較差。 （）裝配整體式框架其梁板柱可以在工廠預(yù)制，在施工現(xiàn)場將構(gòu)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(diǎn)。 第16頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三框架結(jié)構(gòu)是由若干個平面框架通過連系梁的連接而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。在這個體系中，平面框架是基本的承重結(jié)構(gòu)，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(shè)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(jié)構(gòu)布置第17頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0

10、分，星期三這種布置方案的優(yōu)點(diǎn)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(nèi)采光的要求；(3)由于一般進(jìn)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(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)合理。如采用裝配式預(yù)制樓板時，則運(yùn)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，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三（2） 縱向框架承重方案縱向框架-由建筑物長方向的梁柱構(gòu)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(shè)置板和連系梁，見

11、圖 (b)。 第19頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三（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，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 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(fēng)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(qiáng)度和剛度。 第21頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三 作用于框架結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平荷載兩種。 豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重（恒載）、樓面活荷載、雪載、屋面積灰荷載、檢修荷載等。

12、取值根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范進(jìn)行計算。豎向荷載一般為均布荷載。 水平荷載包括風(fēng)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(diǎn)上集中力。二、 框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)（一）框架結(jié)構(gòu)的荷載第22頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三1.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(guān)系第23頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三2.水平荷載框架的層數(shù)越多，產(chǎn)生的水平位移越大，框架的內(nèi)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(chǎn)生的內(nèi)利遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。這時，水平荷載對設(shè)計起主要控制作用。第24頁

13、，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三框架結(jié)構(gòu)層數(shù)較少時，豎向荷載起控制作用，框架結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)。當(dāng)房屋向更高的層數(shù)發(fā)展時，采用框架結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生矛盾：（）強(qiáng)度方面：由于層數(shù)和高度的增加，豎向荷載和水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力都要相應(yīng)增大，特別是水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力增加更快。當(dāng)高度達(dá)到一定的數(shù)值，框架中將產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)力。（）剛度方面：隨著房屋高度的增加，在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。要滿足強(qiáng)度和剛度的要求，就必須增大構(gòu)件的截面尺寸，太大不經(jīng)濟(jì)，甚至不合理。合理層數(shù)是615層，最經(jīng)濟(jì)是10層左右。高寬比：結(jié)論第25頁，共36頁，2022年，5月20日，23

14、點(diǎn)0分，星期三（一）一般要求（1） 鋼筋混凝土框架的混凝土強(qiáng)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(yīng)保證結(jié)構(gòu)有足夠的整體剛性。（3） 框架梁柱應(yīng)分別滿足受彎構(gòu)件和受壓構(gòu)件的各種構(gòu)造要求。（4） 框架柱一般采用對稱配筋，配筋率應(yīng)滿足規(guī)范要求。三、現(xiàn)澆框架的構(gòu)造要求第26頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三現(xiàn)澆框架的連接主要是指梁與柱及柱與柱之間的配筋構(gòu)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(dāng)柱每邊鋼筋不多于4根時，可在一個水平面上接頭；當(dāng)柱每邊鋼筋

15、為58根時，可在兩個水平面上接頭；當(dāng)柱每邊鋼筋為810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(yīng)滿足上柱要求。 如后圖 。（二）連接構(gòu)造第27頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三圖 上下柱鋼筋接頭 （a) 每邊鋼筋4根；（b) 每邊鋼筋58根；(c) 每邊鋼筋810根 第28頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三圖 上下柱截面不等時的鋼筋接頭 (a) b/a1/6時；(b) b/a1/6且h2.5m時；(c) b/a1/6且h2.5m時 第29頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三圖 頂層梁與柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn) 下圖

16、 表示頂層屋面梁與邊柱的剛性連接（頂層端節(jié)點(diǎn)P.114）。（2） 梁與柱連接現(xiàn)澆框架的梁柱節(jié)點(diǎn)，一般做成剛性節(jié)點(diǎn)。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三圖 樓面梁與邊柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn) 下圖 表示樓面梁與邊柱的連接（中間層端節(jié)點(diǎn)P.113)。第31頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三圖 樓面梁與中柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn) 下圖 表示樓面梁與中柱的連接（中間層中間節(jié)點(diǎn)P.113)。 第32頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三三、 現(xiàn)澆框架的構(gòu)造要求節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 構(gòu)件連接是框架設(shè)計的一個重要組成部分。只有通過構(gòu)件之間的相互連接，結(jié)構(gòu)才能成為一個整體?，F(xiàn)澆框架的

17、連接構(gòu)造，主要是梁與柱、柱與柱之間的配筋構(gòu)造?？蚣芰骸⒅目v向鋼筋在框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固和搭接，應(yīng)符合下列要求。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三（1）頂層中節(jié)點(diǎn)：柱縱向鋼筋和邊節(jié)點(diǎn)柱內(nèi)側(cè)縱向鋼筋應(yīng)伸至柱頂；當(dāng)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(yīng)向柱內(nèi)或梁、板水平彎折；當(dāng)充分利用柱縱向鋼筋的抗拉強(qiáng)度時，其錨固段彎折前的豎直投影長度不應(yīng)小于0.5la，彎折后的水平投影長度不宜小于12倍的柱縱向鋼筋直徑。 （2）頂層端節(jié)點(diǎn)處，在梁寬范圍以內(nèi)的柱外側(cè)縱向鋼筋可與梁上部縱向鋼筋搭接，搭接長度不應(yīng)小于1.5la；在梁寬范圍以外的柱外側(cè)縱向鋼筋可伸入現(xiàn)澆板內(nèi)，其伸入長度與伸入梁內(nèi)的相同。當(dāng)柱外側(cè)縱向鋼筋的配筋率大于1.2%時，伸入梁內(nèi)的柱縱向鋼筋宜分兩批截斷，其截斷點(diǎn)之間的距離不宜小于20倍的柱縱向鋼筋直徑。第34頁，共36頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)0分，星期三（3）梁上部縱向鋼筋伸入端節(jié)點(diǎn)的錨固長度，直線錨固時不應(yīng)小于la，且伸過柱中心線的長度不宜小于5倍的梁縱向鋼筋直徑；當(dāng)柱截面尺寸不足時，梁上部縱向鋼筋應(yīng)伸至節(jié)點(diǎn)對邊并向