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1、第一节 常用结构体系,第四章 多层及高层钢筋混凝土房屋,多层及高层钢筋混凝土房屋的常用结构体系可分为四种类型：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构，各有不同的适用高度和优缺点。 一、框架结构 当采用梁、柱组成的框架体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载时，称其为框架结构体系。其中，连系平面框架以组成空间体系结构的梁称为连系梁，框架结构中承受主要荷载的梁称之为框架梁，如图4-1所示。图4-2为框架结构柱网布置的几种常见形式。,框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室及工业车间、实验室等，加隔墙后，也可做成小房间。,通常情况下，框架结构的梁、柱断面
2、尺寸都不能太大，否则影响使用面积。 如果在地震区建造较高的框架结构，必须选择既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。框架结构的适用层数为615层，非地震区也可建到1520层。 柱截面为L形、T形、Z形或十字形的框架结构称为异型柱框架，其柱截面厚度一般为180300mm，目前一般用于非抗震设计或按6、7度抗震设计的12层以下的建筑中。,（一）框架结构类型 1.全现浇框架 全现浇框架的全部构件均为现浇钢筋混凝土构件。其优点是，整体性及抗震性能好，预埋铁件少，较其他形式的框架节省钢材等。缺点是模板消耗量大，现场湿作业多，施工周期长，在寒冷地区冬季施工困难等。对使用要求较高、功能复杂或处于地
3、震高烈度区域的框架房屋，宜采用全现浇框架。,2.装配式框架 装配式框架系指梁、板、往全部预制，然后在现场通过焊接拼装连接成整体的框架结构。 装配式框架的构件可采用先进的生产工艺在工厂进行大批量生产，在现场以先进的组织处理方式进行机械化装配，因而构件质量容易保证，并可节约大量模板，改善施工条件，加快施工进度，但结构整体性差，节点预埋件多，总用钢量较全现浇框架多，施工需要大型运输和拼装机械，在地震区不宜采用。,3.装配整体式框架 装配整体式框架是将预制梁、柱和板在现场安装就位后，焊接或绑扎节点区钢筋，在构件连接处现浇混凝土使之成为整体框架结构。 与全装配式框架相比，装配整体式框架保证了节点的刚性，
4、提高了框架的整体性，省去了大部分预埋铁件，节点用钢量减少，但增加了现场浇筑混凝土量。装配整体式框架是常用的框架形式之一。,4.半现浇框架 这种框架是将部分构件现浇，部分预制装配而形成的。常见的做法有两种：一种是梁、柱现浇，板预制；另一种是柱现浇，梁、板预制。 半现浇框架的施工方法比全现浇简单，而整体受力性能比全装配优越。梁、柱现浇，节点构造简单，整体性较好；而楼板预制，又比全现浇框架节约模板，省去了现场支模的麻烦。半现浇框架是目前采用最多的框架形式之一。,（二）框架结构的受力特点 框架结构承受的荷载包括竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括结构自重及楼（屋）面活荷载，一般为分布荷载，有时有集中荷载。
5、水平荷载主要为风荷载。 框架结构是一个空间结构体系，沿房屋的长向和短向可分别视为纵向框架和横向框架。纵、横向框架分别承受纵向和横向水平荷载，而竖向荷载传递路线则根据楼（屋）布置方式而不同。现浇板楼（屋）盖主要向距离较近的梁上传递，预制板楼盖传至支承板的梁上。,在高层框架结构中，竖向荷载的作用与多层建筑相似，柱内轴力随楼层增加而增加，而水平荷载的内力和位移则将成为控制因素。其侧移由两部分组成：第一部分侧移由柱和粱的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点，形成侧向变形。框架下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈到上部层间变形愈小，如图4-3（a）所示。第二部分侧移由柱的轴向变形产生。在水平力作用下，柱的拉伸
6、和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大，愈到底部层间变形愈小，如图4-3（b）所示。,高层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度。框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性较小，侧向变形较大，所以称框架结构为柔性结构。 除装配式框架外，一般可将框架结构的梁、柱节点视为刚接节点，柱固结于基础顶面，所以框架结构多为高次超静定结构，如图4-4所示。 竖向活荷载具有不确定性。梁、柱的内力将随竖向活荷载的位置而变化。图4-4（a）和（b）分别为梁跨中和支座产生最大弯矩的活荷载位置。,风荷载也具有不确定性，梁、柱可能受到反号的弯矩作用，所以框架柱一般采用对称配筋。图4-5为框架
7、结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力图。由图可见，梁、柱端弯矩、剪力、轴力都较大，跨度较小的中间跨度框架梁甚至出现了上部受拉的情况。 （三）现浇框架节点构造 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，如图4-6所示： （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
8、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直分两批截断，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
9、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子0.4la，竖直投影长度应取15倍的梁纵向钢筋直径。,二、剪力墙结构 如图4-7所示，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、旅馆等建筑，此时可省去大量砌筑填充墙的工序及
10、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。剪力墙的抗震性能也较好。 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。 为保证墙体的稳定及浇灌混凝土的质量，钢筋混凝土剪力墙的截面厚度不应小于楼层净高的1/25，也不应小于140mm。采用装配式楼板时，楼板搁置不能切断或过多削弱剪力墙沿高度的连续性，剪力墙至少应有60面积与上层相连。在
11、决定墙厚时也应考虑这一因素。 钢筋混凝土剪力墙中，混凝土不直低于C20级。,剪力墙的配筋有单排及双排配筋两种形式，如图4-8（a）、（b）、（c）、（d）。单排配筋施工方便，但当墙厚度较大时，表面易出现温度收缩裂缝。在山墙及楼梯间一侧的剪力墙，常常有墙体平面外的偏心。因此在多数情况下剪力墙都宜配置双排钢筋，双排钢筋之间要设置拉结筋。 剪力墙分布钢筋的配置应符合下列要求：一般剪力墙坚向和水平分布筋的配筋率，一、二、三级抗震设计时均不应小于0.25，四级抗震设计和非抗震设计时均不应小于0.20；一般剪力培竖向和水平分布钢筋间距均不应大于300mm，分布钢筋直径均不应小于8mm。,剪力墙坚向及水平分
12、布钢筋的搭接连接，如图4-8所示。,剪力墙上开洞时，洞口边缘必须配置钢筋，必要时应配斜筋以抵抗洞口角部的应力集中。 当洞口较大，按整体小开口墙或联肢墙计算剪力墙内力时，洞日边的钢筋接连梁及墙肢截面计算要求配置，如洞口较小，按整体计算时，洞日按构造要求配置钢筋。每边不少于2A12，钢筋伸过洞口边至少600mm或la，如图4-9所示。 当开的洞口很小（如穿管道需要的小洞），未切断分布筋时，可利用分布筋作洞口边的钢筋。当洞口切断分布筋时，则洞口边应放置构造钢筋，其面积不小于切断的分布筋或不小于2A8。,三、框架-剪力墙结构 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
13、、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力培结构则相反，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，就成了框架一剪力墙（简称框一剪）体系，如图4-10所示。,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。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一剪体系的适用高度为1525层，一般不宜超过30层。,（一）框架剪
14、力墙结构的受力特点 框架一剪力培结构是由框架和剪力墙两类抗侧力单元组成，这两类抗侧力单元的变形和受力特点不同。剪力墙的变形以弯曲型为主，框架的变形以剪切型为主。在框一剪结构中，框架和剪力培由楼盖连接起来而共同变形。 剪力墙负担大部分水平力；另外，框架和剪力墙分担水平力的比例，房屋上部、下部是变化的。,（二）框架剪力墙的构造要求 框一剪结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件，承担着大部分剪力，因此构造上应加强。 剪力墙的厚度不应小于160mm，也不应小于h20（h为层高）。剪力墙墙板的竖向和水平方向分布钢筋的配筋率均不应小于0.2，直径不应小于8mm，间距不应大于300mm，并至少采用双排布置。各排分
15、布钢筋间应设拉筋，拉筋直径不小于6mm，间距不应大于600mm。,剪力墙周边应设置梁（或暗梁）和端柱组成边框。剪力墙水平和坚向分布钢筋的搭接长度不应小于1.2la。同排水平分布钢筋的连接如图4-11。竖向分布钢筋可在同一高度措接。 剪力墙洞口上、下两边的水平纵向钢筋不 应少于2根直径12mm的钢筋，上下两边水平纵向钢筋截面面积分别不宜小于洞口截断面的水平分布钢筋总截面面积的1/2。连系梁配筋构造如图4-12所示。,当剪力墙墙面开有非连续小洞口，且在整体计算中不考虑其影响时，应将洞口处被截断的分布筋量分别集中配置在洞口上、下和左、右两边，且钢筋直径不应小于12mm，如图4-13（a）所示。穿过连系梁的管道宜预埋套管，洞口上、下的有效高度不宜小于梁高的1/3，且不宜小于200mm，洞口处宜配置补强钢筋，如图4-13（b）所示。,
