《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第七章 多层及高层钢筋混凝土房屋》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建筑结构(CD) 教学课件 ppt 作者 钏芳林 马丹丁 第七章 多层及高层钢筋混凝土房屋（143页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 多层及高层钢筋混凝土房屋,多层及高层建筑的范围，各国有不同的规定，我国不同标准也有不同的规定：高层建筑混凝土结构技术规程（高规）(JGJ3-2002)将高层定义为10层及10层以上或高度超过28m的建筑。,7.1.1 常用结构体系 结构体系系指结构构件受力与传力的结构组成方式。 钢筋混凝土多层及高层建筑常用的结构体系有：框架体系、框架剪力墙体系、剪力墙结构、筒体结构。,7.1 多层及高层房屋结构体系,1. 框架结构,框架结构是由梁、柱、节点、基础组成的结构体系，横梁和立柱通过节点连接在一起作为竖向承重结构，同时承受水平荷载，并将其传至基础。内、外墙只起分隔和维护作用（图7-1）。,图7
2、-1 框架结构,框架结构在建筑上能提供较大的空间，平面布置灵活，适用于多层工业厂房、仓库、商场、学校、办公楼等建筑。但其侧向刚度较小，抗震性能较差，故一般不适于超过20层或超过60m的建筑。,2. 剪力墙结构,剪力墙结构是把钢筋混凝土墙体作为竖向承重和抵抗水平力的构件的结构（图7-2）。 剪力墙结构的房屋横墙多，侧向刚度大，整体性好。但剪力墙结构的房间划分受到很大限制，因而一般用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑，其使用高度为1550层。,图7-2 剪力墙结构,3. 框架-剪力墙体系,框架-剪力墙体系是由框架和剪力墙共同承受外加荷载的结构体系（图7-3）。 框-剪体系的侧向刚度比框架结构大，大部
3、分水平力由剪力墙承担，而竖向荷载主要由框架承担。,图7-3 框架剪力墙结构,与框架结构体系相比，框-剪体系改善了框架结构侧向刚度小的缺点，部分保留了框架结构建筑平面布置灵活的优点；而与剪力墙体系相比，框-剪体系改善了剪力墙结构的房间划分限制的缺点，部分保留了剪力墙结构侧向刚度 大的优点。因而，框-剪体系在多层及高层办公楼、旅馆等建筑中得到了广泛应用。 框-剪体系的使用高度为1525层，一般不宜超过30层。,4. 筒体体系,筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，其受力情况相当于一个固定于基础上的筒形悬臂构件。,图7-4 筒体结构 （a）实腹筒； （b）空腹筒,筒体结构是框架剪力墙和剪力墙
4、结构的发展，它将剪力墙集中到房屋的内部与外部形成空间封闭体，使结构体系有很大的刚度，又因剪力墙集中能获得较大的空间。主要用于高度较大的高层建筑中（图7-4）。筒体有实腹筒与空腹筒之分。 实腹筒由剪力墙组成，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，故又称为核心筒。 空腹筒又称框筒，外筒为密柱深梁框架组成的空间结构，内筒为剪力墙围成的实腹核心筒。,7.1.2 多层及高层房屋结构布置 结构布置的任务是设计和选择建筑物的平面、剖面、立面、基础以及变形缝。 结构布置应满足建筑使用要求，便于施工；增强结构的整体刚度减少侧移；满足地震区的抗震要求；合理布置和处理沉降缝、伸缩缝、防震缝
5、。,1. 结构的平面布置,结构平面布置应有利于抵抗竖向和水平荷载，平面形状和刚度应均匀对称，以减少结构的扭转影响。结构布置时，应考虑以下几点： （1）建筑及其抗侧力结构的平面布置宜简单，规则，均匀 对称，并应具有良好的整体性，以减少震害影响。 （2）平面长度L不宜过长，L/B宜小于6，避免两端振动不 一致而使建筑物破坏。 （3）平面的外伸突出部分应尽可能小，平面的凹角部分宜 产生应力集中，在凹角和端部不易设置楼电梯间。,2. 结构的竖向布置,为保证建筑物在水平荷载作用下不发生倾覆，保证建筑物的整体稳定性，建筑物的 高宽比不宜过大。沿竖向结构的承载力与刚度宜均匀、连续、没有突变。,3. 变形缝的
6、设置,变形缝包括伸缩缝、沉降缝、抗震缝。 （1）伸缩缝 伸缩缝是为了避免由于温度变化和混凝土收缩使房屋产生裂缝而设置的。伸缩缝将基础顶面以上的结构分开，其间距与施工方法和房屋长度有关。 （2）沉降缝 沉降缝是为了避免因房屋产生过大的不均匀沉降导致结构拉裂而设置的。沉降缝将基础至屋顶全部分开。,当有下列情况之一时应考虑设置沉降缝： 1）地质条件变化较大处。 2）地基基础处理方法不同处。 3）房屋平面形状变化的凹角处。 4）房屋高度、重量、刚度有较大变化处。 5）新建部分与原有建筑的结合处。,（3）抗震缝 设置抗震缝是为了防止在地震作用下，由于结构各部位变形不协调，导致结构一些部位破坏发生。 抗震
7、缝将基础顶面以上的结构断开，把复杂不规则结构变为若干简单规则的结构，以免在地震作用下相互碰撞。一般在下列情况宜设抗震缝： 1）平面形状复杂而无有效构造措施。 2）房屋各部分有较大错层。 3）结构各部分的刚度或质量相差较大。,高层钢筋混凝土房屋当需要设置防震缝时，防震缝的最小宽度应符合下列规定： 1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。 2）框架剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架结构缝宽的70%；剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架结构缝宽的50%；且均不宜小于70 mm。 3）
8、防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。 当需要同时设置伸缩缝、沉降缝和抗震缝时，应三缝合一，并均应符合抗震缝要求。,7.1.3 抗震设计的一般规定 1. 房屋适用的最大高度 表7.1 现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）,注：1）房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不 包括局部突出屋顶部分）。 2）框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构。 3）部分框支抗震墙结构指首层或两层框支抗震墙结构。 4）乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度。 5）超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采用有效地加强措施。,2. 结构的高宽比,表7
9、.2 高层混凝土结构的高宽比限值,3. 建筑物的抗震等级,建筑物不仅要按建筑设防类别区别对待，还要按抗震等级划分。抗震等级是确定结构和构件抗震计算和构造措施的标准。建筑抗震设计规范根据烈度、结构类型和房屋高度等因素将丙类建筑的抗震等级划分为四级。,表7.3 现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,注： 1) 建筑场地为I类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低。 2) 接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。 3) 部分框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上 的一般部位，应允许按抗震墙结构确定其抗震等级。,7.2 框架结构
10、,7.2.1 框架结构的种类 框架结构按施工方法的不同，分为整体式，装配式和装配整体式三种。,7.2.2 框架结构布置,按照承重方式的不同，框架结构分为横向承重、纵向承重、纵横双向承重三种布置方案 (图7-5)。,图 7-5 框架结构布置,7.2.3 多层框架梁、柱的截面尺寸和计算简图 1. 梁、柱截面的选择 （1）截面形状,图7-6 梁的截面形状,（2）截面尺寸 框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验估算选定截面尺寸，然后进行承载力、变形验算，检验所选构件截面尺寸是否合适。,1）框架梁。 框架梁截面高度可根据跨度来估算。框架梁高一般取 (为梁的跨度)，梁
11、高不宜大于1/4净跨，以防止梁发生剪切脆性破坏。框架梁宽 ，且不少于1/2柱宽和200mm，宽度不宜小于梁高的1/4。框架连系梁的截面高度取 。 选择梁截面尺寸还应符合模数要求。一般梁的截面宽度和高度取50mm的倍数。,2）框架柱。 框架柱的截面高度一般可取 层高。截面宽度可取 ，最小截面尺寸高度和宽度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm。在两个主轴方向上，刚度不宜相差太大，矩形截面的边长比不大于3。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。,框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比（柱的平均轴向应力与混凝土轴心抗压强度的比值）估算，估算公式为 （7-1） 式中： 柱轴压比限值。
12、,对以承受竖向荷载为主的框架柱，可按负荷面积估算柱轴力，再按轴心受压柱验算，考虑到弯矩的影响，将轴向力乘以1.21.4的系数。,表7.4 柱轴压比限值,2. 构件的截面惯性矩,框架梁截面惯性矩可以按照材料力学的方法计算，但应考虑楼板与梁的共同工作，一般按下述规定取值。 注： 为矩形截面梁惯性矩。 框架柱的抗弯刚度按实际截面计算。,表7-5 梁截面惯性矩取值,3. 框架计算简图,（1）计算单元 一般情况下，框架是均匀布置的，各榀框架刚度相同，荷载分布均匀，其空间作用不明显。为了简化计算，可从各榀纵向框架和横向框架中选出一榀或几榀有代表性的框架作为计算单元，按平面框架进行计算（图7-7）。,图7-
13、7 框架计算单元及计算简图,（2）计算简图 现浇框架梁与柱、柱与基础均为刚性连接。构件用轴线表示，荷载的作用点也转移到轴线上。计算简图的主要尺寸以梁、柱截面几何轴线来确定。 在一般情况下，框架梁的跨度取柱轴线间的距离。柱高除底层柱外，其余各层柱高为梁中心线至中心线距离，对底层柱取基础顶面到底层梁中心线距离（图7-7）。 对于不等跨框架，当各跨跨度相差不超过10%时，按等跨考虑。,7.2.4. 多层框架结构的荷载、内力和侧移计算 1. 多层框架结构的荷载,多层结构房屋上的荷载可分为竖向荷载和水平荷载两类。 （1）竖向荷载 竖向荷载包括恒载（结构自重）和活载。 1) 竖向荷载中的恒载按相应材料和构
14、件的自重计算。 2) 活荷载按建筑结构荷载规范选用，当有特殊要求 时，应按实际考虑。,（2）水平荷载 水平荷载包括风荷载和地震作用。 1）风荷载。 建筑物表面上的风荷载标准值按建筑结构荷载规范（GB500092001）计算。 根据规范公式算得的风压标准值是沿房屋高度变化的。为简化计算，在内力分析时，可将沿框架高度分布的风荷载进一步简化为水平集中荷载，合并于迎风面一侧，分别作用于楼面和屋面处。,2）地震作用。 按抗震规范规定抗震设防的烈度为6度以上，6度设防时一般不必计算地震作用，只须采取必要的抗震构造措施既可；79度时要计算地震作用，并采取相应的构造措施。地震作用及相应的构造措施均按建筑抗震设
15、计规范（GB500112001）规定确定。,内力计算 （1）竖向荷载作用下内力的近似计算分层法、弯矩二 次分配法 1）分层法。 计算假定 用位移法或力法计算的结果表明，在竖向荷载作用下的多层多跨框架，当框架梁的线刚度大于柱的线刚度，且结构基本对称，荷载较为均匀的情况下，框架的侧移是极小的，每层梁上的荷载对本层梁及与之相连的上、下柱的弯矩影响较大，对其他各层梁的影响很小。,分层法假定： 在竖向荷载作用下，框架的侧移很小忽略不计。 每层梁上的竖向荷载对其他各层梁的影响忽略不计，仅考虑本层梁、柱内力的影响。,图7-8 多层框架分层法的计算单元,计算要点 根据上述假定，计算时可将各梁及其上、下层柱所组
16、成的框架作为一个独立的计算单元分层计算（图7-8），计算单元中各层梁的荷载、跨度及层高与原结构相同。分层计算所得的梁弯矩即为其最终弯矩，而每一层柱的弯矩由上、下两层叠加得到。弯矩叠加后，节点处的弯矩之和常不等于零，若需进一步修正，可对节点不平衡力矩再进行一次分配。,分层法计算内力时，假定上、下柱的远端是固定的，但实际上除底层柱外，其它各层柱均是弹性支承，有转角产生。为了减少计算中的误差，将除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9，并取它的传递系数为1/3；底层柱不折减，传递系数取1/2。 分层法适用于节点梁柱线刚度比，结构和荷载沿高度变化不大的规则框架。,2）弯矩分配法。 由分层法的计算可知，多层框架某节点的不平衡弯矩仅对与其相邻的节点影响较大，对较远节点的影响较小，因而可将各节点的不平衡弯矩进行第一次分配，并
