多层与高层钢筋混凝土结构

第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.1多高层建筑结构体系简介我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)(简称《高规》)规定：高层建筑：指10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物。多层建筑：指9层及9层以下或房屋高度不大于28m的建筑物。多高层建筑的概念高层建筑的特点（1）节约用地；（2）减少市政基础设施投资；（3）美化城市环境；（4）工程造价高；（5）结构在水平力作用下的内力和侧移大；（6）技术水平要求高。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.1多高层建筑结构体系简介1、组成：以梁和柱为主要承重构件组成的结构体系。2、分类：按施工方法不同，分为现浇框架、预制框架和装配整体式框架。3、特点：建筑平面布置灵活，便于设置大空间的房间；结构抗侧刚度小，水平力作用下的变形大。4、适用建筑：办公楼、医院、学校等多层建筑及高度不大的高层建筑。多高层建筑的结构体系框架结构体系第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.1多高层建筑结构体系简介1、组成：由纵、横向钢筋混凝土剪力墙组成的结构体系。2、特点：刚度大、承载力高、整体性较好；在水平力作用下的侧向变形较小、抗震性能好；平面布置不够灵活；结构自重较大。3、适用建筑：住宅、旅馆等开间较小的高层建筑。剪力墙结构体系1、组成：在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。2、特点：具有框架结构和剪力墙结构共同的特点。3、适用建筑：公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用。框架-剪力墙结构体系第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.1多高层建筑结构体系简介1、组成：由竖向筒体为主组成的结构体系。2、特点：空间受力性能好；承载力和刚度大；抗弯、抗扭性能良好。3、分类：框架—核心筒结构；筒中筒结构；成束筒。筒体结构体系由若干个“巨大”的竖向支撑结构（如组合柱、角筒体等）作为柱并与梁式或桁架式转换楼层结合形成的结构体系。巨型结构体系第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构钢筋混凝土框架结构，是指由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。墙体不承重，内、外墙只起分隔和围护作用。按施工方法的不同，框架可分为整体式、装配式和装配整体式三种。框架结构图(a)平面图；(b)Ⅰ-Ⅰ剖面图第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院整体式框架也称全现浇框架，其优点是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震，但工程量大，模板耗费多，工期长。装配式框架的构件全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配式提高，但节点施工复杂。§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构框架结构房屋的结构布置（1）结构平面布置宜简单、规则和对称。（2）建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。（3）结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续，避免刚度突变。（4）建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5。（5）房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应力对结构造成的危害。（6）在地基可能产生不均匀沉降的部位及有抗震设防要求的房屋，应合理设置沉降缝和防震缝。布置原则第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构1、横向框架承重方案1）布置由主梁和柱组成的承重主框架沿房屋的横向布置，纵向由连系梁将横向框架连成空间结构体系。布置方案2）特点横向刚度较大，有利于抵抗横向水平力。纵向连系梁的截面尺寸小，有利于房屋室内的采光和通风。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构2、纵向框架承重方案1）布置由纵向主梁与柱构成的承重主框架沿房屋的纵向布置，横向连系梁将纵向框架连成空间结构体系。2）特点纵向刚度大，有利于调整纵向地基不均匀沉降；横向连系梁的截面尺寸较小，房屋的横向刚度较差，但有利于设备管线的穿行，并可获得较高的室内净空。主要适用于层数较少的工业房屋。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构3、纵横向框架承重方案1）布置在房屋的两个方向均布置承重主框架形成的承重方案。2）特点房屋的双向刚度均较大，适用于柱网平面形状为方形或楼面荷载较大的情况，楼盖常采用现浇混凝土双向板或井式梁。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院柱网尺寸及层高（1）一般采用6m柱距，跨度则随柱网的布置方式不同分为内廊式和跨度组合式。厂房的层高一般根据车间的工艺设备、管道布置及通风采光等因素决定。常用的底层层高有4.2m、4.5m、4.8m、5.4m、6.0m、7.2m和8.4m。（2）民用建筑类型较多，功能要求亦不同，柱网及层高变化也较大，尺度一般较工业厂房为小。柱网和层高通常按300mm进级。柱网的布置(a)内廊式；(b)跨度组合式§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院变形缝的设置变形缝分为伸缩缝和沉降缝，在地震设防区还需按《建筑抗震设计规范》的规定设置防震缝。伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力使房屋产生过大伸缩变形或裂缝而设置的，伸缩缝仅将基础以上的房屋分开。钢筋混凝土框架结构的伸缩缝最大间距如下表。沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中产生裂缝而设置的，沉降缝必须将房屋连同基础一起分开。钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距（m）环境条件框架类别室内或土中露天装配式7550现浇式5535§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院在建筑物的下列部位宜设置沉降缝：①土层变化较大处；②地基基础处理方法不同处；③房屋在高度、重量、刚度有较大变化处；④建筑平面的转折处；⑤新建部分与原有建筑的交界处。沉降缝由于是从基础断开，缝两侧相邻框架的距离可能较大，给使用带来不便，此时可利用挑梁或搁置预制梁、板的方法进行建筑上的闭合处理。沉降缝做法(a)设挑梁（板）；(b)设预制板（梁）§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院框架结构的计算简图及荷载梁柱截面的选择—截面形状承受主要竖向荷载的框架主梁，其截面形式在全现浇的整体式框架中以T形为多；在装配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花篮形等。框架横梁截面形式§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院不承受主要竖向荷载的连系梁，其截面形式常用T形、Γ形、矩形、⊥形、L形等。框架柱的截面形式一般为矩形或正方形。框架连系梁截面形式§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院梁柱截面的选择—截面尺寸（1）梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb一般可取(1/10~1/18)lb(lb为梁的计算跨度），梁净跨与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度bb=(1/2~1/3)hb，一般不宜小于200mm。选择梁截面尺寸还应符合规定的模数要求。（2）柱截面的宽度bc和高度hc一般取（1/15~1/20)层高。为了提高框架抗水平力的能力，柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4；柱截面的边长不宜小于250mm，截面高度不宜小于400mm；截面尺寸以50mm为模数。§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院梁柱截面的选择—梁截面的惯性矩（1）对现浇楼面的整体框架，中部框架梁I=2I0；边框架梁I=1.5I0。其中I0为矩形截面梁的惯性矩。（2）对做整浇层的装配整体式框架，中部框架梁I=1.5I0；边框架梁I=1.2I0。（3）对装配式楼盖，梁的惯性矩可按本身的截面计算，I=I0。框架结构的刚度取值§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院框架结构的计算简图框架结构是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。为了简化计算，通常忽略它们之间的空间联系，而将空间结构体系简化为横向和纵向平面框架计算，并取出单独的一榀框架作为计算单元，该单元承受的荷载如图中阴影部分所示。框架的计算单元§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院在计算简图中，框架节点多为刚接，柱子下端在基础顶面，也按刚接考虑。杆件用轴线表示，梁柱的连接区用节点表示。等截面轴线取截面形心位置，当上下柱截面尺寸不同时，则取上层柱形心线作为柱轴线。框架柱轴线位置§9.2框架结构梁的跨度取柱轴线之间的距离；柱高取层高；底层柱高取至基础顶面。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院框架上的荷载多层结构房屋一般受到竖向和水平荷载的作用。竖向荷载包括横荷载、楼层使用活荷载、雪荷载及施工活荷载等。竖向荷载包括风荷载和水平地震作用。（1）在设计住宅、宿舍、旅馆、办公楼等多层建筑的墙、柱和基础时，由于楼面活荷载在所有各层同时满载的可能性很小，所以作用于楼面上的使用活荷载应乘以表中所规定的折减系数。楼面活荷载折减系数墙、柱、基础计算截面以上的楼层数12~34~56~89~20＞20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.00(0.90)0.850.700.650.600.55§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院分层法的计算假定多层多跨框结构在竖向荷载作用下，用位移法或力法等精确方法计算的结果表明，框架的侧移是极小的，而且作用在某层横梁的影响也很小，为了简化计算，（1）在竖向荷载作用下，（2）每层梁上的荷载对其它各层梁的影响可忽略不计。根据上述假定，计算时可将各层梁及其上、下柱作为独立的计算单元分层进行计算。分层计算所得梁弯矩即为最后弯矩，由于每一层柱属于上、下两层，所以柱的弯矩为上、下两层计算弯矩相叠加。竖向荷载作用下的内力近似计算§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院分层法的计算单元§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院分层法的计算步骤（1）（2）按规定计算梁、柱的线刚度和相对线刚度，除底层柱外，其余各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9，并取传递系数为1/3；底层柱及梁的传递系数仍为1/2；（3）（4）叠加柱端弯矩，得出最后杆端弯矩。如节点弯矩不平衡值较（5）§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院弯矩二次分配法计算步骤：1）计算每一跨梁在竖向荷载作用下的固端弯矩。2）计算各节点的分配系数。3）将各节点的不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递后，再对各节点分配一次即结束。§9.2框架结构第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院水平荷载作用下的内力和侧移的近似计算§9.2框架结构多层多跨框架所受水平荷载主要是风荷载及水平地震作用。一般可简化为作用在框架节点上的集中荷载。它的特点是，各杆的弯矩图都是直线形，每杆都有一个零弯矩点，称为反弯点。反弯点法—计算假定水平力作用下的受力特点1、弯矩特点各杆的弯矩图形均为斜直线；每杆均有一个弯矩为零的反弯点。水平荷载下的框架弯矩图第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院§9.2框架结构水平荷载下的框架变形2、变形特点除底层柱下端，各柱的上下端均有侧向位移和柱端转角。忽略梁的轴向变形，同一层各柱上下端的相对水平位移Δ相同。为了简化计算，作如下假定（1）在进行各柱间的剪力分配时，假定梁与柱的线刚度之比为无穷（2）在确定各柱的反弯点位置时，假定除底层柱以外的各层柱，受力后上下两端将产生相同的转角。第九章多层与高层钢筋混凝土结构大连大学建筑工程学院反弯点法—基本内容（1）反弯点高度为反弯点至该层柱下端的距离。对于上层各柱，根据假定2，各柱的上下端转角相等，此时柱上下端弯矩也相等，因而反弯点在柱中央。对于底层柱，当柱脚为固定时，柱下端转角为零，上端弯矩比下端弯矩小，反弯点偏离中央而向上移动，通常假定y=2h/3。（2）侧移刚度d侧移刚度d表示柱上下两端有单位侧移时在柱中产生的剪力。根据假定1，梁柱线刚度之比无穷大，则各柱端