钢筋混凝土多层与高层结构(上).ppt

第五章钢筋混凝土多层与高层结构,第一节多层与高层结构体系,第二节框架结构,第三节剪力墙结构,第四节框架剪力墙结构,本章介绍钢筋混凝土多层及高层房屋的结构体系，以及框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构的受力特点、计算方法及构造要求。通过学习，了解钢筋混凝土多层及高层房屋的常用结构体系的特点及适用高度。,本章提要,高层与多层的界限：高层建筑混凝土结构技术规程JGJ-2002（以下简称高规）将10层及10层以上或高度大于28m的建筑物称为高层建筑，29层且高度不大于28m为多层建筑。高层建筑是随着社会生产力、人们生活的需要发展起来的，是商品化、工业化、城市化的结果。但是当建筑物高度增加时，水平力（风荷载及地震作用）对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。高层建筑中，结构要使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题。特别是在地震区，地震作用对高层建筑的威胁也比低层建筑要大，抗震设计应受到加倍重视。,下图是结构内力（N，M）、位移（）与高度的关系，弯矩和位移都随高度呈指数曲线上升。,结构内力、位移与高度的关系,目前，多层与高层建筑常用的结构体系可分为四种类型：框架体系、剪力墙体系、框架剪力墙体系和筒体体系，各有不同的适用高度和优缺点。,第一节多层与高层结构体系,一、框架结构体系,主要由楼板、梁、柱及基础等承重构件通过结点连接组成，一般由框架梁、柱与基础形成多个平面框架作为主要的承重结构，各平面框架再由联系梁联系起来，形成一个空间结构体系。,优点：建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便构件类型少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。缺点：抗侧刚度低，层以下建筑适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等,框架结构体系的优缺点及适用范围,二、剪力墙结构体系,将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，这种体系为剪力墙结构体系。剪力墙的间距受到楼板跨度的限制，一般为38m，因而剪力墙结构适用于具有小房间的住宅、旅馆等开间较小的建筑，此时可省去大量砌筑填充墙的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法，施工速度很快。,现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形很小。墙体截面积大，承载力要求也比较容易满足。抗震性能也较好。剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是剪力墙间距太小，平面布置不灵活，结构自重较大。为了减轻自重和充分利用剪力墙的承载力和刚度，剪力墙的间距要尽可能做大些，一般6m左右为宜。,三、框架剪力墙体系,框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能力较低，地震作用下变形大，但它具有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大，但限制了使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架剪力墙(简称框剪)体系。,在这种体系中，剪力墙常常担负大部分水平荷载，结构总体刚度加大，侧移减小，平面布置灵活、使用方便。同时，通过框架和剪力墙协同工作，通过变形协调，使各种变形趋于均匀，改善了纯框架或纯剪力墙结构中上部和下部层间变形相差较大的缺点，因而在地震作用下可减少非结构构件的破坏。从框架本身看，上下各层柱的受力也比纯框架柱的受力均匀，因此柱子断面尺寸和配筋都可比较均匀。框-剪体系的适用高度为1525层，一般不宜超过30层。,四、筒体结构体系,由剪力墙体系和框架体系演变发展而成，是将剪力墙或密柱框架围合而成一个或多个封闭的筒体（或框筒），组成承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。筒体根据开孔的多少，筒体有空腹筒和实腹筒之分。实腹筒一般由电梯井、楼梯间、管道井等形成，开孔少，因其常位于房屋中部，故又称核心筒。空腹筒又称框筒，由布置在房屋四周的密排立柱和截面、高度很大的横梁组成。这些横梁称为窗裙梁，梁高一般为0.61.22m。,由核心筒、框筒等基本单元组成的承重结构体系称为筒体体系。根据房屋高度及其所受水平力的不同，筒体体系可以布置成核心筒结构、框筒结构、筒中筒结构、框架核心筒结构、成束筒结构和多重筒结构等形式。筒中筒结构通常用框筒作为外筒，实腹筒作为内筒。,一、框架结构的形式,（一）框架的类型按施工方法的不同，框架结构可分为现浇框架、预制框架和现浇预制框架三种类型。,第二节框架结构,（）现浇整体式框架：工地现浇优点：结构整体性及抗震性能好，节省钢材；缺点：现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。（）装配式框架：优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工现场的工作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期；缺点：增加了框架的节点连接，用钢量大整体性较差。（）装配整体式框架其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前两种框架的优点。,框架结构是由若干个平面框架通过连系梁的连接而形成的空间结构体系。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：（1）横向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图(a)。,（二）框架结构布置,这种布置方案的优点是：(1)框架外柱宽度可收小，能满足建筑立面要求；(2)外墙不承重，其自重由连系梁传给横向承重框架柱，故对纵向墙沿开窗限制建筑上的室内采光的要求；(3)由于一般进深大于开间，采取横向承重框架时，楼板沿纵向（即开间方向）布置，跨度可以相对小些，楼板结构比较经济合理。如采用装配式预制楼板时，则运输和吊装也较为方便。目前，一般工业与民用建筑多采用这种横向承重框架的布置方案。,（2）纵向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见图(b)。,（3）纵横向框架混合承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、横向布置，见图(c)。,承重框架沿房屋纵向与横向同时布置，可以有利于满足来自两个不同方向的抗风和抗震要求。虽然有时楼板仅沿一个方向布置或者采用双向楼板，但是纵横两个方向的框架均具有足够的强度和刚度。,作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载两种。竖向荷载包括结构自重、楼面荷载、雪载等。竖向荷载一般为均布荷载。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。水平荷载均简化为作用于框架节点上集中力。,二、框架结构的受力特点,（一）框架结构的荷载,1.竖向荷载,框架层数的增加而框架的变形和弯矩没有显著的变化框架的变形和弯矩与框架的层数多少没有太大的关系,2.水平荷载,框架的层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长，层数超过一定程度时，水平荷载产生的内利远远大于竖向荷载产生的内力。这时，水平荷载对设计起主要控制作用。,框架结构层数较少时，竖向荷载起控制作用，框架结构比较经济。当房屋向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾：（）强度方面：由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载产生的内力都要相应增大，特别是水平荷载产生的内力增加更快。当高度达到一定的数值，框架中将产生相当大的内力。（）刚度方面：随着房屋高度的增加，在水平荷载作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。要满足强度和刚度的要求，就必须增大构件的截面尺寸，太大不经济，甚至不合理。合理层数是615层，最经济是10层左右。高宽比：,结论,（一）一般要求,（1）钢筋混凝土框架的混凝土强度等级一般不低于C20，纵向受力钢筋宜采用HRB335（二级）和HRB400（三级）钢筋。（2）框架梁柱截面尺寸除满足承载力要求外，还应保证结构有足够的整体刚性。（3）框架梁柱应分别满足受弯构件和受压构件的各种构造要求。（4）框架柱一般采用对称配筋，配筋率应满足规范要求。,三、现浇框架的构造要求,现浇框架的连接主要是指梁与柱及柱与柱之间的配筋构造。（1）上下柱连接上下柱的钢筋的连接宜采用焊接，也可采用搭接。当柱每边钢筋不多于4根时，可在一个水平面上接头；当柱每边钢筋为58根时，可在两个水平面上接头；当柱每边钢筋为98根时，可在三个水平面上接头，见下图。下柱伸入上柱搭接钢筋的根数及直径应满足上柱要求。如后图。,（二）连接构造,图上下柱钢筋接头,（a)每边钢筋4根；（b)每边钢筋58根；(c)每边钢筋98根,图上下柱截面不等时的钢筋接头,(a)b/a1/6时；(b)b/a1/6且h2.5m时；(c)b/a1/6且h2.5m时,图顶层梁与柱现浇节点,下图表示顶层屋面梁与边柱的刚性连接（顶层端节点P.114）。,（2）梁与柱连接现浇框架的梁柱节点，一般做成刚性节点。,图楼面梁与边柱现浇节点,下图表示楼面梁与边柱的连接（中间层端节点P.113)。,图楼面梁与中柱现浇节点,下图表示楼面梁与中柱的连接（中间层中间节点P.113)。,ThankYou!,三、现浇框架的构造要求,节点构造,构件连接是框架设计的一个重要组成部分。只有通过构件之间的相互连接，结构才能成为一个整体。现浇框架的连接构造，主要是梁与柱、柱与柱之间的配筋构造。框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点区的锚固和搭接，应符合下列要求。,（1）顶层中节点：柱纵向钢筋和边节点柱内侧纵向钢筋应伸至柱顶；当从梁底边计算的直线锚固长度不小于la时，可不必水平弯折，否则应向柱内或梁、板水平弯折；当充分利用柱纵向钢筋的抗拉强度时，其锚固段弯折前的竖直投影长度不应小于0.5la，弯折后的水平投影长度不宜小于12倍的柱纵向钢筋直径。（2）顶层端节点处，在梁宽范围以内的柱外侧纵向钢筋可与梁上部纵向钢筋搭接，搭接长度不应小于1.5la；在梁宽范围以外的柱外侧纵向钢筋可伸入现浇板内，其伸入长度与伸入梁内的相同。当柱外侧纵向钢筋的配筋率大于1.2%时，伸入梁内的柱纵向钢筋宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20倍的柱纵向钢筋直径。,（3）梁上部纵向钢筋伸入端节点的锚固长度，直线锚固时不应小于la，且伸过柱中心线的长度不宜小于5倍的梁纵向钢筋直径；当柱截面尺寸不足时，梁上部纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折，锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4la，弯折后的竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。（4）当计算中不利用梁下部纵向钢筋的强度时，其伸入节点内的锚固长度应取不小于12倍的梁纵向钢筋直径。当计算中充分利用梁下部钢筋的抗拉强度时，梁下部纵向钢筋可采用直线方式或向上90弯折方式锚固于节点内，直线锚固时的锚固长度不应小于la；弯折锚固时，锚固段的水平投影长度不应小于0.4la，竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。,