第八章多层与高层钢筋混凝土结构

1、第八章第八章 多层与高层钢筋混凝土结构多层与高层钢筋混凝土结构本章内容第一节 结构的概念设计第二节 框架结构第三节 剪力墙结构第四节 多高层建筑结构基础类型第八章 多层与高层钢筋混凝土结构本章内容第八章 多层与高层钢筋混凝土结构本章内容多层与高层的划分界限：多层与高层的划分界限：世界上不同国家、即使同一国家的不同建筑标准都不统一。世界上不同国家、即使同一国家的不同建筑标准都不统一。我国高层民用建筑设计防火规范我国高层民用建筑设计防火规范GB50045-95GB50045-95和民用建筑和民用建筑设计通则设计通则 JGJ3-87JGJ3-87： 大于等于大于等于1010层或高度大于等于层或高度大

2、于等于2424米的建筑为高层建筑；米的建筑为高层建筑；高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002JGJ3-2002： 大于等于大于等于1010层或高度大于等于层或高度大于等于2828米的建筑为高层建筑；米的建筑为高层建筑； 高度大于等于高度大于等于100100米的建筑为超高层建筑。米的建筑为超高层建筑。建筑高度对结构受力的影响：建筑高度对结构受力的影响：第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.1 结构的概念设计8.1 结构的概念设计1、概念设计概念设计是指根据理论与试验研究结果和工程经验相结合而形成的基本设计原则和设计思想，进行结构总体布置并确定细部构造。2、概念设计的

3、重要性结构的概念设计非常重要，尤其是结构的抗震概念设计对结构的抗震性能将起决定性的作用。结构的概念设计的核心：结构的规则性和整体性。第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.2 框架结构8.2 框架结构8.2.1、特点及类型、特点及类型框架结构：属柔性结构体系特点：（1）平面布置灵活，能形成较大空间；（2）构件简单，施工简便；（3）抗侧刚度小，侧移较大；（4）对支座不均匀沉降比较敏感。第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.2 框架结构分类：根据施工方法的不同，可分为：（1）现浇式（2）装配式（3）装配整体式8.2.2 结构布置适用范围及构件尺寸结构布置适用范围及构件尺寸 一、一、 结构平面布置结构平面

4、布置一般应满足以下原则：1、平面长度不宜过长，突出长度不宜过大，凹角处应采取加强措施；2、结构应尽可能简单、规则、均匀、对称，构件类型少；3、妥善处理温度、地基不均匀沉降及地震等因素对建筑的影响；4、施工简便、经济合理，造价低。第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.2 框架结构第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.2 框架结构1、原则：应满足生产工艺要求； 应满足建筑平面布置要求； 受力合理，施工方便。2、柱网布置方式：内廊式、等跨式、对称不等跨式1、 柱网布置柱网布置 2、承重框架布置、承重框架布置 承重框架布置及特点 横向框架承重方案 纵向框架承重方案 纵横向框架双向承重方案第八章 多层与高层

5、钢筋混凝土结构8.2 框架结构第八章 多层与高层钢筋混凝土结构8.2 框架结构第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构3、变形缝的设置、变形缝的设置建筑物过长；形状复杂；刚度、高度、重量相差较大；地基不均匀等。2、原则：少设或不设，不得已时方设。1、种类：伸缩缝、沉降缝、防震缝第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构防止温度变化、不均匀沉降、地震作用引起结构损坏常采用的措施：结构措施：节点连接设计；配置构造钢筋； 设置刚性层。施工措施：分段施工；设置后浇带等。缝宽及做法：见规范、房建教材等。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构二、二、 结构竖向布置结构竖向布置 高层建筑的竖向布置宜规则，避

6、免有较大的外挑和内收；结构的侧向刚度宜下大上小，均匀变化；为保证高层建筑具有良好的抗震性能，宜设地下室。 三、三、 高层建筑的高宽比及适用高度高层建筑的高宽比及适用高度 高层建筑除满足承载力和刚度要求外，还要限制侧移，一般将高层建筑的高宽比限制在6以下，具体见教材表8-4、8-5。对不同结构类型的高层建筑的最大适用高度见教材表8-6、8-7。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构四、四、 构件尺寸估算构件尺寸估算1、截面形状 2、截面尺寸的初步选择 （1）一般取梁高 h（1/151/10）l0 梁宽 b（1/31/2）h 可取荷载的0.60.8按简支梁核算承载力 （2）柱 柱的截面宽度b和高

7、度h一般不小于(1/201/15)层高 一般b350mm；h 400mm 并按以下方法初步估算：第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构（i）承受以轴力为主的框架柱，可按轴心受压验算；考虑弯矩的影响，可将轴力乘以1.21.4的系数。（ii）当风荷载影响较大时，由风荷载引起的弯矩可粗略地按下式估算： 风荷载设计值的总和 n 同一层中柱子根数 H 层高 按1.2N与M共同作用验算 FnHM2F第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构 8.2.3 框架结构的计算简图框架结构的计算简图1、计算单元的确定、计算单元的确定现浇楼盖时荷载的传递方式横向框架选有代表性的一榀；纵向框架分别计算第八章 多层房屋框

8、架结构8.2 框架结构2 、计算简图简化计算简图简化 梁柱杆件：用轴线代替 梁柱节点 ： 现浇框架（当梁柱受力筋穿过或锚入节点区） 刚节点。 装配或装配整体式按梁柱实际连接方式简化 为铰或半铰节点。 柱与基础的连接： 现浇柱般设计成固定支座。 预制柱杯形基础按实际连接 方式确定。la插筋插筋第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构 跨度及层高的确定梁的跨度即柱中心间的距离；柱的高度 底层：基顶至二层现浇楼板顶； 其它层：本层与上层现浇楼面间 的高度。则，横向与纵向框架的计算简图为：第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构3 、框架梁截面抗弯刚度的计算框架梁截面抗弯刚度的计算 设按梁的纯矩形截面

9、计算的截面惯性矩为I0，则：装配整体式楼盖：装配整体式楼盖：中框架取 I=1.5 I0 边框架取 I=1.2 I0 装配式楼盖：装配式楼盖：按实际计算。按实际计算。I0I0现浇楼盖：现浇楼盖：中框架取中框架取 I=2 I0边框架取边框架取 I=1.5 I0I0第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构 8.2.4 荷载取值荷载取值竖向：竖向恒载、竖向活荷载荷规；水平：风荷载、地震荷载水平：风荷载、地震荷载 简化为作用于框架节点的简化为作用于框架节点的 水平集中力。水平集中力。楼面活荷载的折减：楼面活荷载的折减：（1）计算楼面梁时活荷载折减：当楼面梁的从属面积较大时，考虑到荷载满荷的可能性较小，可

10、将楼面梁的活荷载标准值进行折减。（2）设计墙、柱、基础时楼面活荷载的折减：考虑到楼面活荷载在各层同时满荷的可能性较小。具体查书或建筑结构荷载规范。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构8.2.5 竖向荷载作用下的分层法竖向荷载作用下的分层法1、基本假定竖向荷载下框架无侧移；忽略每层梁上荷载对其它各层梁内力的影响第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构2 、分层法的计算简图将每层柱的上下端支座简化为固定端。则框架在竖向荷载下的计算简图可简化为：第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构3 、 用分层法计算简图所得内力

11、计算结果的误差分析用分层法计算简图所得内力计算结果的误差分析误差分析误差分析误差调整措施：误差调整措施：除底层柱外，其它各层柱的线刚度均乘以0.9；除底层柱外，其它各层柱的弯矩传递系数均取1/3。4 、分层法计算结果的处理分层法计算结果的处理：分层计算所得的梁端弯矩即为框架梁的最后弯矩；框架柱端弯矩应由相邻两个开口刚架所得的同位置 柱端弯矩叠加而得。最后框架节点弯矩不平衡时，可对该结点不平衡弯 矩进行一次分配，但不传递。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构5、计算步骤计算步骤：(1)画出框架的计算简图；(2)计算梁柱的线刚度及相对线刚度；(3)除底层柱外，其余各层柱线刚度应乘以0.9；(4

12、)计算各节点处的弯矩分配系数，用弯矩分配法从上至下分层计算各个计算单元的杆端弯矩。(5)叠加有关杆端弯矩，得出最后的弯矩图（如节点弯矩不平衡值较大，可将不平衡弯矩值再分配一次，但不进行传递）(6)按静力平衡条件求出框架的剪力图及轴力图。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构8.2.6 水平荷载作用下的内力计算方法水平荷载作用下的内力计算方法一、反弯点法一、反弯点法1、节点作用水平集中力时框架的受力特点 （1）各杆件的弯矩图都是直线； （2）各杆件上的弯矩均有一个0弯矩点反弯点。322、反弯点法的要点基本假定基本假定在进行各柱剪力分配时，认为梁与柱的线刚度之比为无限大；柱的反弯点高度：认为除底

13、层柱以外，其余各层柱的反弯点均在柱的中点。底层柱在距支座 层高处。梁的弯矩可由节点平衡条件求出。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构3、同层各柱剪力Vji的求法取j层反弯点以上部分为隔离体,由力的平衡得：njiijFV njijkjnjkjjVVVVV1由结力知：j212uhiVjjkjk第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构212hi两端固定柱的抗侧移刚度。侧向刚度的物理意义可得，j层各柱顶的位移 为：将该式代入上式，j楼层中任意柱k在层间剪力Vj中分配到的剪力Vjk为：ju2jjkjj12hiVujmkjkjkjkViiV1第八章 多层房屋框架

14、结构8.2 框架结构柱端弯矩：各柱反弯点处剪力求得后，剪力乘以反弯点距柱上下端截面的距离，便可求得柱上下截面弯矩，即底层柱其它层4、框架梁柱弯矩计算3111hVMktkc32111hVMkbkc2jjkbcjktcjkhVMM第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构梁端弯矩梁端弯矩：可由节点平衡求得：反弯点法的适用条件：框架节点梁柱线刚度之比3时。)(lcucrblblblbMMiiiM)(lcucrblbrbrbMMiiiM节点右侧的梁端弯矩节点右侧的梁的线刚度节点左侧的梁的线刚度节点左侧的梁端弯矩节点上下端柱弯矩第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构二、二、 水平荷载下的水平荷载下的D值

15、法值法1、D值法的引入值法的引入： 当梁柱的线刚度之比不满足3时，反弯点法的梁柱线刚度比为无穷大的假设，将引起较大的计算误差，以至于工程设计结果不能接受。故引入改进反弯点法（又称为D值法）。计算误差表现在：柱的侧向刚度按两端固定柱计算不准确，不能将梁视为柱的不动铰支座；柱的反弯点位置将受到与之相关的上下梁、上下层的影响，不能简单认为在柱的中央。修正柱的侧修正柱的侧移刚度，将移刚度，将212hi*记作D修正反弯点高度修正反弯点高度第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构liiiMBAAB624ABMAB21266lililiVBAliiiMABBA624第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构2

16、 改进后的柱侧移刚度D D212jchi*D =柱的侧移刚度修正系数，反映梁柱线刚度比对侧移刚度的影响，计算见表133。表13-3当梁柱的线刚度比无穷大时，a=1.0。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构3 修正后的柱反弯点高度柱的反弯点位置：取决于该柱上下两端转角的比值。 反弯点偏向转角较大（刚度小）的一端。影响柱两端转角的主要因素： 梁柱线刚度比；上下层梁的线刚度比；上层层高的变化；下层层高的变化等。修正后的反弯点高度按下式计算：yh = (y0+y1+y2+y3)hy反弯点高度比；y0 标准反弯点高度比，由附表12-1查得；y1 上下横梁线刚度不同对反弯点高度的修正系数(附表13-1

17、)；y2 y3 上层、下层层高变化对反弯点高度的修正系数(附表14-1).D值法的计算步骤和计算内容与反弯点法相同。第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构8.2.7 8.2.7 现浇框架一般构造要求现浇框架一般构造要求一、一般要求 1.材料强度材料强度混凝土不低于C20；纵筋：箍筋：2.混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度梁：梁：柱：柱：3、梁柱分别满足相应构件的构造要求，有抗震要求时，还应、梁柱分别满足相应构件的构造要求，有抗震要求时，还应满足抗震构造要求满足抗震构造要求第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构4.配筋形式配筋形式梁：纵筋一般不弯起梁：纵筋一般不弯起柱：对称配筋柱：对称配筋二、

18、二、 框架节点的构造要求框架节点的构造要求 非地震区，框架节点的承载能力一般通过采取适当的构造措施来保证。1.材料强度材料强度现浇框架节点区的砼等级：不低于柱的砼等级；装配整体式框架的后浇节点的砼等级：比预制柱提高5N/mm2。2.截面尺寸截面尺寸规范要求节点内配筋率不过大，可通过间接限制节点截面尺寸不过小来保证。要求满足：第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构 3箍筋箍筋 在框架节点范围内应设置水平箍筋，间距不宜大于250mm。且应符合柱中箍筋的构造要求。对四边均有梁与之相连的中间节点，节点内可只设矩形箍筋，而不设复合箍筋。复合箍筋复合箍筋第八章 多层房屋框架结构8.2 框架结构 4梁柱纵筋在节点区的锚固梁柱纵筋在节点区的锚固（1）梁中间节点）梁中间节点上部纵向钢筋：框架中间节点梁上部纵向钢筋应贯穿中间节点，该钢筋自柱边伸向跨中的截断位置应根据梁端负弯矩确定。 当顶层端节点内设有梁上部纵筋和柱外侧纵筋的搭接接头时，节点内水平箍筋的布置应依照纵筋搭接范围内箍筋的布置要求确定。下部纵向钢筋： 当计算中不利