多層及高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)

1、第九章 多層及高層鋼筋混凝土房屋結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解多層及高層鋼筋混凝土房屋四種常用的結(jié)構(gòu)體系；掌握多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則；掌握框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的組成、布置及受力特點(diǎn)。9.1多層及高層房屋結(jié)構(gòu)體系9.1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1. 高層建筑的定義：«高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程» 10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑物，29層且高度不大于28m的建筑物為多層建筑物。«高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范» 10層及10層以上的住宅以及房屋高度超過24m的公共建筑和綜合性建筑為高層，超過100m的為超高層。2.高層建筑的特點(diǎn)：1) 可以獲得更多的建筑面

2、積，缺點(diǎn)：熱島效應(yīng)或影響建筑物周邊區(qū)域的采光，玻璃幕墻造成光污染現(xiàn)象。熱島效應(yīng)：一個(gè)地區(qū)的氣溫高于周圍地區(qū)的現(xiàn)象。城市人口密集、工廠及車輛排熱、居民生活用能的釋放、城市建筑結(jié)構(gòu)及下墊面特性的綜合影響等是其產(chǎn)生的主要原因。城市熱島可影響近地層溫度層結(jié)，城市熱島還在一定程度上影響城市空氣濕度、云量和降水。對(duì)植物的影響則表現(xiàn)為提早發(fā)芽和開花、推遲落葉和休眠。2) 可以提供更多的空閑場地，用作綠化和休閑場地，利于美化環(huán)境，帶來充足的日光、采光和通風(fēng)效果。3) 結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算更加復(fù)雜，水平荷載是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素，水平荷載在非地震區(qū)主要為風(fēng)荷載，地震區(qū)為風(fēng)荷載和地震荷載。4) 工程造價(jià)較高，

3、運(yùn)行成本較大。9.1.2 多層及高層房屋常用的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系：結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的組成方式。多層和高層建筑常用的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系和筒體結(jié)構(gòu)體系。1. 框架結(jié)構(gòu)體系1) 承重構(gòu)件：樓板、梁、柱及基礎(chǔ)2) 特點(diǎn)：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(jié)構(gòu)自重較輕。在水平荷載作用下，其側(cè)向剛度小，水平位移較大，使用高度受到限制。3) 應(yīng)用：多層及高層辦公樓、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校以及多層工業(yè)廠房中。由于框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，其水平位移大，故其高度受到限制，框架結(jié)構(gòu)的適用高度為6-15層，非抗震區(qū)為15

4、-20層。2. 剪力墻結(jié)構(gòu)體系1) 承重構(gòu)件：縱向和橫向的鋼筋混凝土剪力墻作為抵抗豎向承重和抵抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系。一般情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋內(nèi)不設(shè)梁，現(xiàn)澆樓板直接支撐在鋼筋混凝土墻上。2) 特點(diǎn)：剛度大、空間整體性好、抗震性能好、對(duì)承受水平荷載有利。結(jié)構(gòu)自重大、建筑平面布置局限性較大。3) 應(yīng)用：適用建筑層數(shù)為15-20層，開間較小的高層住宅、旅館、寫字樓等建筑。3. 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系1) 承重構(gòu)件：梁、板、柱、剪力墻2) 特點(diǎn)：框架承受豎向荷載，剪力墻承受水平荷載。綜合了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，增大了結(jié)構(gòu)的總剛度、提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，又保持了框架結(jié)構(gòu)易于分割、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。3) 應(yīng)

5、用：多高層辦公樓和賓館等公共建筑，1525層為宜。4. 簡體結(jié)構(gòu)體系1) 承重結(jié)構(gòu)：簡體承受豎向和水平荷載。空間封閉筒體。2) 分類：根據(jù)開孔的多少分為實(shí)腹筒和空腹筒。3) 特點(diǎn)：側(cè)向剛度大，內(nèi)部空間較大且平面設(shè)計(jì)較靈活。4) 應(yīng)用：30層以上或高層超過100m的寫字樓、酒店等超高層建筑。9.1.3 多層及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則選擇的原則：使用功能，結(jié)構(gòu)高度，抗震性能和抗風(fēng)性能，平立面布置，構(gòu)造加強(qiáng)。1. 結(jié)構(gòu)平面布置在高層建筑中，水平荷載起控制作用，抗風(fēng)：結(jié)構(gòu)要具有圓形、橢圓形等流線型周邊的建筑物；抗震：平面對(duì)稱、結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度均勻，平面長寬比較接近。«高規(guī)»中的具體要

6、求：1) 平面布置宜簡單，規(guī)則、對(duì)稱、減小偏心2) 平面長度不宜過長，突出部分長度應(yīng)盡可能小，凹角處采取加強(qiáng)措施。3) 不宜采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰部平面圖形。2. 結(jié)構(gòu)豎向布置高層建筑結(jié)構(gòu)沿豎向體型宜規(guī)則、均勻、避免有過大的外挑和內(nèi)收，剛度均勻而連續(xù)，避免由于剛度突變而形成薄弱層。豎向抗側(cè)移剛度的分布宜從下而上逐漸減少，不宜突變。3. 房屋的高寬比限值為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，一般要求房屋的高寬比不宜過大，高寬比過大的房屋很難滿足側(cè)移控制、抗震和整體穩(wěn)定性的要求。4. 變形縫當(dāng)房屋的平面形狀復(fù)雜、過長或抗震、地基等方面的要求設(shè)置變形縫。1) 伸縮縫當(dāng)高層建筑物的長度超過規(guī)定限值，又未采取可靠

7、的構(gòu)造措施或施工措施時(shí)設(shè)置。2) 沉降縫建筑可能造成較大沉降時(shí)設(shè)置。 荷載差異較大，高度差異。 地基土層壓縮性有較大差異+ 上部結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系不同，相連接處 基底標(biāo)高相差過大，基礎(chǔ)類型或基礎(chǔ)處理不一致。3） 防震縫當(dāng)房屋平面復(fù)雜，不對(duì)稱或房屋各部分剛度、高度、重量相差懸殊時(shí)設(shè)置。設(shè)置防震縫時(shí)，從基礎(chǔ)分開，要留有足夠的寬度。以防止地震時(shí)縫兩側(cè)的獨(dú)立單元發(fā)生碰撞，最小寬度限制。9.1.4 多層及高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載分類及其特點(diǎn)隨著房屋高度的增加、水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)所起的作用越來越重要，對(duì)多層建筑，水平荷載與豎向荷載共同起控制作用，對(duì)于高層建筑水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起決定作用。1. 豎向荷載1) 恒荷載：

8、材料和構(gòu)件的自重2) 樓面活荷載：設(shè)計(jì)樓面梁時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kn/m，設(shè)計(jì)墻、柱和基礎(chǔ)時(shí)，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kn/m3) 屋面均布活荷載（1）不上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kn/m，（2）上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kn/m，屋面均布活荷載不應(yīng)與雪荷載同時(shí)組合。2. 水平荷載1） 風(fēng)荷載風(fēng)荷載是結(jié)構(gòu)承受的主要水平荷載，風(fēng)荷載與風(fēng)壓大小、建筑物表面形狀和建筑物的動(dòng)力特性有關(guān)，計(jì)算時(shí)，通過風(fēng)振系數(shù)來考慮風(fēng)的動(dòng)力作用。為了方便計(jì)算，將沿建筑物高度分布作用的風(fēng)荷載簡化為節(jié)點(diǎn)集中荷載，分別作用于各層樓面和屋面處，并合并于迎風(fēng)面一側(cè)。2） 水平地震地震作用一般在地震設(shè)防烈度6度以上需要考

9、慮，地震作用分為豎向地震作用和水平地震作用，對(duì)于高層建筑物，水平地震作用起控制作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將結(jié)構(gòu)的慣性力（即地震作用）簡化為作用在各樓層處的水平集中力。9.2框架結(jié)構(gòu)9.2.1 框架結(jié)構(gòu)的組成與分類1. 框架結(jié)構(gòu)的組成1） 框架梁和框架柱是主要的承重構(gòu)件，普通框架梁和柱的節(jié)點(diǎn)為剛接，框架柱和基礎(chǔ)為固接。2） 墻體一般不承重，只起分隔和維護(hù)作用2. 框架結(jié)構(gòu)的類型1) 現(xiàn)澆整體式框架優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)整體性好，剛度大，抗震性好，平面布置靈活，構(gòu)件尺寸不受標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的限制，較其他形式的框架節(jié)省鋼材。缺點(diǎn)：需耗用大量的模板，現(xiàn)場工程量大，工期長，北方冬季施工要求防凍等。應(yīng)用：使用要求較高，功能復(fù)雜，對(duì)

10、抗震性能要求高的多、高層框架結(jié)構(gòu)房屋。2) 裝配式框架優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約模板，縮短工期，可以做到構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和定型化，加快施工進(jìn)度和提高工業(yè)化程度，可以大量采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。缺點(diǎn)：預(yù)埋件多，總用鋼量大，框架整體性較差，不利于抗震。3) 裝配整體式框架將預(yù)制梁、柱和板在現(xiàn)場安裝就位后，再在構(gòu)件連接處局部現(xiàn)澆混凝土，使之形成整體。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約模板，縮短工期，節(jié)省了預(yù)埋件，較少了用鋼量，保證節(jié)點(diǎn)的剛度，結(jié)構(gòu)整體性較好。缺點(diǎn)：增加了混凝土的二次澆注工作量，且施工較為復(fù)雜?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的布置1.結(jié)構(gòu)布置原則1) 房屋的開間、進(jìn)深盡可能統(tǒng)一，2) 房屋平面力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱及較少偏心，以使受力更合理。3) 房屋的

11、豎向布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)剛度沿高度分布比較均勻，避免結(jié)構(gòu)剛度突變。4) 寬高比不宜過大5) 根據(jù)具體情況設(shè)置變形縫。2.柱網(wǎng)的布置1) 柱網(wǎng)布置應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求2) 柱網(wǎng)布置應(yīng)滿足建筑平面布置的要求3) 柱網(wǎng)布置要使結(jié)構(gòu)受力合理4) 柱網(wǎng)布置應(yīng)便于施工3. 承重框架的布置框架結(jié)構(gòu)是由若干平面框架通過連系梁而形成空間結(jié)構(gòu)體系，可將空間結(jié)構(gòu)體系分解成縱、橫兩個(gè)方向的平面框架，樓蓋的荷載可傳遞到縱橫兩個(gè)方向的框架上。1） 橫向框架承重方案2） 縱向框架承重方案3） 縱橫向框架混合承重方案框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1.框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖在工程設(shè)計(jì)中，為了簡化計(jì)算，常忽略結(jié)構(gòu)的空間聯(lián)系，將縱橫框架分別按平面框架分析

12、計(jì)算，平面框架承受水平荷載，豎向荷載需按樓該結(jié)構(gòu)的布置方案確定。對(duì)于現(xiàn)澆整體式框架，將各節(jié)點(diǎn)視為剛接節(jié)點(diǎn)，基礎(chǔ)頂面處為固定支座。框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求1.框架梁、柱的截面形狀及尺寸1）框架梁2）框架柱：矩形、正方形截面。9.3剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置剪力墻既可承受水平荷載，又可承受豎向荷載，以承受水平荷載為主的結(jié)構(gòu)。剪力墻宜沿結(jié)構(gòu)的主軸方向雙向或多向布置，宜使兩個(gè)方向的剛度接近，墻肢截面宜簡單、規(guī)則、沿建筑物高度貫通對(duì)齊，上下不錯(cuò)層，不中斷。剪力墻的門窗洞口宜上下對(duì)齊，成列布置；剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1. 整截面剪力墻不開洞，僅有小洞，洞口面積小于整墻面積的15%，且孔洞間距及洞口至墻邊距離均大于洞口長邊尺寸時(shí)，稱為整截面剪力墻。整截面剪力墻沿水平截面內(nèi)的正應(yīng)力呈線性分布，墻底部軸力最大，剪力墻的變形以彎曲變形為主，其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上部層間側(cè)移較大，越到底部層間側(cè)移越小。2. 整體小開口剪力墻及聯(lián)肢剪力墻3. 壁式剪力墻當(dāng)剪力墻有多列洞口，且洞口尺寸很大時(shí)，由于連梁的線剛度接近于墻肢的線剛度，整個(gè)剪力墻的受力性能接近于框架，稱為壁式剪力墻。4. 剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn)1) 墻肢墻肢處于受壓、受彎、受剪狀態(tài)，在墻肢中，其彎矩和剪力在墻底部達(dá)到最大。其截面配筋計(jì)算與偏心受壓柱或偏心受拉柱類似，但也有不同之處。2) 連梁剪力墻中的連梁承受彎矩、剪力、軸力的共同作用，屬于受彎