鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)(上)課件

第五章鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)第一節(jié)多層與高層結(jié)構(gòu)體系第二節(jié)

框架結(jié)構(gòu)

第三節(jié)

剪力墻結(jié)構(gòu)第四節(jié)

框架剪力墻結(jié)構(gòu)

第五章鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)第一節(jié)多層與高層結(jié)構(gòu)體系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(jì)算方法及構(gòu)造要求。通過(guò)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。本章提要本章介紹鋼筋混凝土多層及高層房屋的結(jié)構(gòu)體系，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(jiǎn)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，2~9層且高度不大于28m為多層建筑。高層建筑是隨著社會(huì)生產(chǎn)力、人們生活的需要發(fā)展起來(lái)的，是商品化、工業(yè)化、城市化的結(jié)果。但是當(dāng)建筑物高度增加時(shí)，水平力（風(fēng)荷載及地震作用）對(duì)結(jié)構(gòu)起的作用將愈來(lái)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(lái)抵抗水平力，抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題。特別是在地震區(qū)，地震作用對(duì)高層建筑的威脅也比低層建筑要大，抗震設(shè)計(jì)應(yīng)受到加倍重視。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-2下圖是結(jié)構(gòu)內(nèi)力（N，M）、位移（Δ）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)系下圖是結(jié)構(gòu)內(nèi)力（N，M）、位移（Δ）與高度目前，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)體系第一節(jié)多層與高層結(jié)構(gòu)體系一、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(guò)結(jié)點(diǎn)連接組成，一般由框架梁、柱與基礎(chǔ)形成多個(gè)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(lái)，形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系。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(guò)結(jié)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(shí)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)。現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應(yīng)優(yōu)先采用。缺點(diǎn)：抗側(cè)剛度低，２０層以下建筑適用范圍：辦公樓、餐廳、車間、營(yíng)業(yè)室、教室和實(shí)驗(yàn)室等框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu)點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍二、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3～8m，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(shí)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。二、剪力墻結(jié)構(gòu)體系將房屋的內(nèi)、外墻都做成實(shí)體

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。抗震性能也較好。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?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好，剛度大，在鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)(上)課件三、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(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在框架中設(shè)置一些剪力墻，就成了框架－剪力墻(簡(jiǎn)稱框－剪)體系。三、框架－剪力墻體系

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(shí)，通過(guò)框架和剪力墻協(xié)同工作，通過(guò)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15～25層，一般不宜超過(guò)30層。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)鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)(上)課件四、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(gè)或多個(gè)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0.6～1.22m。四、筒體結(jié)構(gòu)體系由剪力墻體系和框架體系演變發(fā)

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。

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)（１）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(chǎng)工作量大，模板消耗多，施工周期較長(zhǎng)。（２）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(chǎng)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)連接，用鋼量大整體性較差。（３）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(chǎng)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)。一、框架結(jié)構(gòu)的形式（一）框架的類型第二節(jié)框架結(jié)構(gòu)（

框架結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)平面框架通過(guò)連系梁的連接而形成的空間結(jié)構(gòu)體系。在這個(gè)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)。（二）框架結(jié)構(gòu)布置框架結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)平面框架通過(guò)連系梁的連接而形成的空間結(jié)17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(duì)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(shí)，樓板沿縱向（即開間方向）布置，跨度可以相對(duì)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(shí)，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。這種布置方案的優(yōu)點(diǎn)是：（2）

縱向框架承重方案

在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設(shè)置板和連系梁，見圖(b)。（2）縱向框架承重方案19（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)。（3）縱橫向框架混合承重方案20

承重框架沿房屋縱向與橫向同時(shí)布置，可以有利于滿足來(lái)自兩個(gè)不同方向的抗風(fēng)和抗震要求。雖然有時(shí)樓板僅沿一個(gè)方向布置或者采用雙向樓板，但是縱橫兩個(gè)方向的框架均具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

鋼筋混凝土多層與高層結(jié)構(gòu)(上)課件作用于框架結(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、樓面荷載、雪載等。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(jiǎn)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)的荷載作用于框架結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平221.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?zèng)]有太大的關(guān)系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232.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(zhǎng)，層數(shù)超過(guò)一定程度時(shí)，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(shí)，水平荷載對(duì)設(shè)計(jì)起主要控制作用。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24１框架結(jié)構(gòu)層數(shù)較少時(shí)，豎向荷載起控制作用，框架結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)。２當(dāng)房屋向更高的層數(shù)發(fā)展時(shí)，采用框架結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生矛盾：（１）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。（２）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6~15層，最經(jīng)濟(jì)是10層左右。高寬比：５～７結(jié)論１框架結(jié)構(gòu)層數(shù)較少時(shí)，豎向荷載起控制作用，框架結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)。25（一）一般要求

（1）鋼筋混凝土框架的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C20，縱向受力鋼筋宜采用HRB335（二級(jí)）和HRB400（三級(jí)）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(duì)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（一）一般要求（1）鋼筋混凝土框架的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般26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(shí)，可在一個(gè)水平面上接頭；當(dāng)柱每邊鋼筋為5~8根時(shí)，可在兩個(gè)水平面上接頭；當(dāng)柱每邊鋼筋為9~8根時(shí)，可在三個(gè)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。（二27圖

上下柱鋼筋接頭（a)每邊鋼筋≤4根；（b)每邊鋼筋5~8根；(c)每邊鋼筋9~8根圖上下柱鋼筋接頭（a)每邊鋼筋≤4根；（b)每邊鋼28圖上下柱截面不等時(shí)的鋼筋接頭(a)b/a≤1/6時(shí)；(b)b/a＞1/6且h≤2.5m時(shí)；(c)b/a＞1/6且h＞2.5m時(shí)圖上下柱截面不等時(shí)的鋼筋接頭(a)b/a≤1/6時(shí)；29圖頂層梁與柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)下圖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)。圖頂層梁與柱現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)下圖表示頂層屋面梁與邊柱的剛性連30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)。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31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)。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32ThankYou!ThankYou!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(jì)的一個(gè)重要組成部分。只有通過(guò)構(gòu)件之間的相互連接，結(jié)構(gòu)才能成為一個(gè)整體?，F(xiàn)澆框架的連接構(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。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

（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(jì)算的直線錨固長(zhǎng)度不小于la時(shí)，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(shí)，其錨固段彎折