多层框架结构

1、课课 题题钢结构与钢筋混凝土多层与高层结构钢结构与钢筋混凝土多层与高层结构学学 时时2 2教学目的教学目的教学要求教学要求掌握钢结构的连接方式掌握钢结构的连接方式熟悉多高层建筑结构的特点熟悉多高层建筑结构的特点掌握高层建筑常用的结构体系掌握高层建筑常用的结构体系教学重点教学重点教学难点教学难点教学方法教学方法多高层建筑常用的结构体系，多高层建筑常用的结构体系，各种结构体系的适用条件各种结构体系的适用条件结构的平面布置。结构的平面布置。启发互动，画图，多媒体课件演示启发互动，画图，多媒体课件演示一、概述钢结构的特点（钢结构的特点（右键右键-个性化个性化-显示显示-连接到投连接到投影仪影仪-选择复

2、制选择复制）1 1、强度高，塑性和韧性好、强度高，塑性和韧性好2 2、材质均匀，符合力学假定、材质均匀，符合力学假定3 3、钢结构制造简便，施工周期短、钢结构制造简便，施工周期短4 4、钢结构的质量轻、强度与密度之比远大于混凝土、钢结构的质量轻、强度与密度之比远大于混凝土5 5、耐腐蚀性差、耐腐蚀性差6 6、耐热不耐火、耐热不耐火 250250，500500600 600 强度为零强度为零防火处理：蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等防火处理：蛭石板、蛭石喷涂、石膏板等 7 7、钢结构的密封性好、钢结构的密封性好 容器等容器等8 8、低温冷脆、低温冷脆良好的加工性能和焊接性良好的加工性能和焊接性能能易于

3、工厂化生产，施工周期易于工厂化生产，施工周期短、效率高、质量好。短、效率高、质量好。密封性能好密封性能好储存、运输储存、运输可重复性使用性可重复性使用性绿色环保可持续发展的建筑材料，符绿色环保可持续发展的建筑材料，符合当前节地节能政策。合当前节地节能政策。耐腐蚀性差耐腐蚀性差钢材在潮湿、腐蚀环境中易锈蚀，维护费钢材在潮湿、腐蚀环境中易锈蚀，维护费用高。用高。低温冷脆现象低温冷脆现象低温下有脆性破坏的倾向。低温下有脆性破坏的倾向。)g()f()e()d()c()b()a( 型钢)g()f()e()d()c()b()a( 薄壁型钢（a)方钢管；（b)等肢角钢；（C）槽钢；（d)卷边槽钢（e)卷边Z

4、型钢；（f)卷边等直角钢；（g)焊接薄壁钢管压型钢板，彩钢瓦等压型钢板，彩钢瓦等2 2、钢材种类、钢材种类按用途分为：结构钢按用途分为：结构钢 工具钢工具钢 特殊钢（如不锈钢）特殊钢（如不锈钢）冶炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉）冶炼方法分：转炉钢（氧气顶吹转炉） 平炉钢（质量好，成平炉钢（质量好，成本高）本高）按脱氧方法：沸腾钢按脱氧方法：沸腾钢 半镇静钢半镇静钢 镇静钢镇静钢特殊镇静钢特殊镇静钢按成型方法：轧制钢按成型方法：轧制钢 锻钢锻钢 铸钢铸钢按化学成分：碳素钢按化学成分：碳素钢 合金钢合金钢结构中常用普通碳素钢、低合金高强度钢结构中常用普通碳素钢、低合金高强度钢普通碳素钢新标准普通碳

5、素钢新标准标号：标号：代表屈服点字母代表屈服点字母 屈服点数值屈服点数值 质量等级质量等级 脱氧方法脱氧方法 Q A、B、C、D F（沸腾钢）（沸腾钢） b(半镇半镇静钢静钢) 可省去可省去 Z（镇静钢）（镇静钢） TZ（特镇静钢（特镇静钢） 如如Q235A屈服强度为屈服强度为235 N/mm2，A级镇静钢（级镇静钢（3号钢）号钢）三、钢结构的连接方法三、钢结构的连接方法 1 1、方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接、方法：焊缝连接、铆钉连接和螺栓连接 接连栓螺接连钉铆接连缝焊法方接连( a )( b )( c )( a )( b )( c )2 2、焊缝连接的特点、焊缝连接的特点 构造简单，连

6、接方便；构造简单，连接方便； 用料经济，不削弱截面；用料经济，不削弱截面； 加工方便，可实现自动化操作；加工方便，可实现自动化操作； 密闭性好，结构刚度大；密闭性好，结构刚度大； 缺点：焊接应力和焊接变形；热影响区材质缺点：焊接应力和焊接变形；热影响区材质变脆；对裂纹比较敏感；低温冷脆；对动力荷载变脆；对裂纹比较敏感；低温冷脆；对动力荷载比较敏感，等。比较敏感，等。 3 3、铆钉连接的特点、铆钉连接的特点 塑性和韧性较好；塑性和韧性较好； 连接紧密，传力方便；连接紧密，传力方便； 用于直接承受动力荷载的结构中（如桥梁）；用于直接承受动力荷载的结构中（如桥梁）； 缺点：构造复杂，费工费料。很少使

7、用。缺点：构造复杂，费工费料。很少使用。 4 4、螺栓连接的特点、螺栓连接的特点 分分普通螺栓普通螺栓连接和连接和高强螺栓高强螺栓连接连接（1 1）普通螺栓连接）普通螺栓连接 A A、B B、C C三级：三级：A A和和B B为精制螺栓，为精制螺栓，C C级为粗制螺栓；级为粗制螺栓； 材料等级：材料等级： A A和和B B为为8.88.8级，级，C C级为级为4.64.6级或级或4.84.8； 加工：加工：A A、B B级由毛坯在车床上精确加工而成级由毛坯在车床上精确加工而成精制；精制；C C级为由未经加工的圆钢压制而成级为由未经加工的圆钢压制而成粗制；粗制； 螺孔：螺孔：A A、B B级需要

8、钻模钻成（级需要钻模钻成（类孔），孔径比螺杆大类孔），孔径比螺杆大0.3mm0.3mm左右；左右；C C级为一次冲成或不用钻模钻成（级为一次冲成或不用钻模钻成（类孔）孔径比螺杆类孔）孔径比螺杆大大1.51.53.0mm3.0mm。 受力：受力：A A、B B级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受剪，级受力性能好，连接变形小，可以既受拉又受剪，用于重要的连接；用于重要的连接；C C级螺栓连接性能不如级螺栓连接性能不如A A、B B级好，主要受拉，级好，主要受拉，用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的次要连接。用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的次要连接。 费用：费用： A A、B B级成本昂贵，

9、级成本昂贵，C C级螺栓价格便宜，能用级螺栓价格便宜，能用C C级螺栓级螺栓的地方不用的地方不用A A、B B级螺栓。级螺栓。 （2 2）高强螺栓连接）高强螺栓连接 高强螺栓分为高强螺栓分为摩擦型摩擦型高强螺栓和高强螺栓和承压型承压型高强螺栓高强螺栓 摩擦型高强螺栓摩擦型高强螺栓：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力，：只依靠构件接触面之间的摩擦力来传递剪力，以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。以剪力等于接触面摩擦力为设计极限状态。 承压型高强螺栓承压型高强螺栓：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以：允许接触面滑移（剪力超过摩擦力），以螺螺杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状

10、态。杆与构件之间的挤压而发生的连接破坏作为承载力极限状态。 受力：受力： 摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，摩擦型高强螺栓剪切变形小，弹性性能好，耐疲劳，特别适用动力荷载；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切特别适用动力荷载；承压型高强螺栓的承载力高于摩擦型，剪切变形大，不得用于承受动力荷载的结构。变形大，不得用于承受动力荷载的结构。 多层及高层房屋结构多层及高层房屋结构（补充内容）（补充内容）1 1、多高层的划分、多高层的划分划分依据划分依据消防车供水能力消防车供水能力设置电梯标准设置电梯标准划分界限划分界限多层：多层：2 29 9层，且层，且24m24m的建筑物的建筑物高层：

11、高层：1010层，或层，或 24m24m的建筑物的建筑物一、多层及高层房屋结构体系一、多层及高层房屋结构体系2 2、高层建筑结构特点、高层建筑结构特点占地面积小、获得建筑面积多：占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应或影响对城市造成热岛效应或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。可提供更多空闲场地：可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。和通风效果。结构设计中水平荷载起控制作用结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）（风荷载和地震作用）侧向位移须限制：侧向位移须限制：层间位移过大，

12、将导致承重构件或非承重层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；构件损坏；工程造价较高：工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。竖向交通和防火要求导致。3 3、多高层结构常用结构体系、多高层结构常用结构体系框架结构筒体结构框架-剪力墙结构剪力墙结构常用结构体系组成组成：纵、横梁和立柱组成：纵、横梁和立柱组成特点特点：平面布局灵活，易于：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。框架的抗侧刚度荷载很合理。框架的抗侧刚度小，抵抗水平荷载能力较差。小，抵抗水平荷载能力较差。应用应用： 非地震区：非地震区：15152020层层 地震区：地震区： 1010层以下

13、层以下4 4、框架结构、框架结构组成组成：由钢筋混凝土的墙体，：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系组成房屋的结构体系。特点特点：钢筋混凝土墙体承受竖：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗向荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。侧刚度。但房屋被剪力墙分割成较小空间，但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。不适用于需大空间的建筑物。应用应用：15-5015-50层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。5 5、剪力墙结构、剪力墙结构组成组成：由若干框架和局部剪：由若干框架和局部剪力墙组成。力墙组成。特点特点：竖向荷载主要由框竖向荷载主要由框架承

14、担，水平荷载主要由剪力架承担，水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。墙体系的优点。应用应用：15-3015-30层的办公楼层的办公楼、公寓、旅馆等。公寓、旅馆等。 北京东华金座，位于北京市宣武区，总建筑面积北京东华金座，位于北京市宣武区，总建筑面积约约1010万平方米，建筑高度万平方米，建筑高度73.8473.84米，地上米，地上2020层、地层、地下下3 3层。集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室层。集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室为人防工程及车库，裙房为人防工程及车库，裙房1212层为商场、餐厅，裙层为商场、餐厅，裙房房3 3层为会所。层为

15、会所。4 4层以上主体建筑分为三部分：层以上主体建筑分为三部分：1818层的北楼为住宅，层的北楼为住宅，2020层的东西塔楼为酒店式公寓。层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙结构。结构形式为框架剪力墙结构。 6 6、框架、框架- -剪力墙结构剪力墙结构（框剪结构）（框剪结构）7 7、筒体结构、筒体结构组成组成：由钢筋混凝土墙或由钢筋混凝土墙或框架柱（框筒）组成。框架柱（框筒）组成。特点特点：将剪力墙集中到房将剪力墙集中到房屋内部或外围，形成空间封闭屋内部或外围，形成空间封闭筒体，使结构既有极大的抗侧筒体，使结构既有极大的抗侧刚度，同时又能获得较大的空刚度，同时又能获得较大的空间间。应

16、用应用：一般用于一般用于4545层左右层左右甚至更高的建筑。甚至更高的建筑。美国西尔斯大厦为成束筒结构。位于芝加哥市。由9个22.9米见方的正方形组成。大厦平面随层数增加而分段收缩，在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。 成束筒结构成束筒结构常用几种筒体结构常用几种筒体结构：筒中筒结构筒中筒结构框架核心筒结构框架核心筒结构二、多高层建筑设计一般原则二、多高层建筑设计一般原则结结构构布布置置原原则则平面布置简单、规则、对称、减少偏心；平面长度、突出部分的控制：凹角处加强避免出现薄弱部位：角部重叠或细腰部。竖向布置规则、

17、均匀：避免结构错层和局部夹层；刚度均匀连续：由下而上渐小，不突变。控制高宽比保证必要的抗侧移刚度，下表设变形缝伸缩缝、沉降缝、防震缝钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 表表 结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9 度框架、板柱-剪力墙5542框架-剪力墙5543剪力墙6654筒中筒 框架-核心筒66541 1、多高层建筑结构的荷载分类及其特、多高层建筑结构的荷载分类及其特点点竖竖向向荷荷载载恒荷载：结构构件和非结构构件的自重恒荷载：结构构件和非结构构件的自重楼面活荷载：按楼面活荷载：按荷载规范荷载规范选用选用 屋面荷载；均布活载、雪荷载、积灰荷

18、载、屋面荷载；均布活载、雪荷载、积灰荷载、 施工检修荷载施工检修荷载水水平平荷荷载载风荷载：水平集中力地震作用：各楼层处的水平集中力作用位置：楼屋面节点处作用方向：迎风面一侧 可能有左风、右风两种可能2 2、多高层建筑结构的荷载分类及其特点、多高层建筑结构的荷载分类及其特点u 地震作用与荷载的区别在于：荷载是对结构的直接地震作用与荷载的区别在于：荷载是对结构的直接作用，而地震作用是对结构的间接作用。作用，而地震作用是对结构的间接作用。 3 3、多高层建筑结构的荷载分类及其特点、多高层建筑结构的荷载分类及其特点荷荷载载特特点点 随高度随高度H增加，水平荷载产生的效应快速增加，水平荷载将成为控增加

19、，水平荷载产生的效应快速增加，水平荷载将成为控制结构设计的主要因素。制结构设计的主要因素。竖向荷载下：结构中仅轴力竖向荷载下：结构中仅轴力N随随H呈线性关系，呈线性关系， M、V并不增加；并不增加；水平荷载下：水平荷载下：M、V均随均随H增加而呈快速增长，增加而呈快速增长， 侧移也增加更快。侧移也增加更快。低层民用建筑：竖向荷载起控制作用低层民用建筑：竖向荷载起控制作用多层建筑：水平荷载与竖向荷载共同起控制作用高层建筑：水平荷载多层建筑：水平荷载与竖向荷载共同起控制作用高层建筑：水平荷载起控制作用起控制作用.三三 、 框架结构框架结构1 1、框架结构的组成和分类、框架结构的组成和分类组成梁基础

20、柱刚性节点固定连接框架结构类型现浇整体式装配式装配整体式 全部构件现场浇注全部构件现场浇注优点：整体性好、抗震性好、 刚度大、预埋铁少、 平面布置灵活缺点：耗模板量大、工期长、 现场湿作业量大、 冬施需防冻全部构件预制，现场装配连接全部构件预制，现场装配连接优点：省模板、工期短、 构件可标准定型化缺点：预埋件多、整体性差、 抗震性差、用钢量大、 预制构件，现场安装就位，预制构件，现场安装就位，在连接处现浇混凝土形成整体。在连接处现浇混凝土形成整体。优点：省模板、预埋件少、 工期短、用钢量少、 抗震整体性好缺点：施工复杂、增加了现场 混凝土二次浇注工作量 2 2、框架结构的布置、框架结构的布置结

21、构布置原则开间、进深尽可能统一：构件类型规格尽可能少平面应简单、规则、对称：尽可能使受力合理刚度沿高度分布均匀：避免突变、错层、局部夹层控制房屋高宽比H/B4：保证必要的抗侧移刚度 设置必要的变形缝设置必要的变形缝柱网布置柱网布置生产工艺要求建筑平面布置要求结构受力合理 方便施工布置方式：内廊式、跨度组合式柱网应与建筑分隔墙体布置相协调使竖载下结构内力均匀分布合理易施工：进度快、造价低、保质量 横向框架承重 纵向框架承重 纵横向混合承重（预制板、现浇板） 纵横向混合承重（井式楼盖）横向框架承重横向框架承重：横向刚度大横向刚度大、有利于抵抗横向水平 荷载，纵向连系梁较小，利于房屋 采光、通风。纵

22、向框架承重纵向框架承重：横向连系梁较小，利于设备管线 穿行，开间布置灵活，但横向刚横向刚 度差度差。 纵横向混合承重纵横向混合承重：纵横向梁截面均较大(刚度大)， 整体性能好，采用较多。框架梁、柱应分别满足框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求一般梁、柱的有关构造要求。框架梁框架梁跨中上部钢筋跨中上部钢筋212212与支座负弯矩钢筋搭接，与支座负弯矩钢筋搭接，l ll l150mm; 150mm; 梁梁支座负筋支座负筋伸出柱边长度伸出柱边长度l ln n/4/4，箍筋沿全长均匀设置。，箍筋沿全长均匀设置。框架柱宜框架柱宜采用对称配筋采用对称配筋，d dminmin12mm12mm，max

23、max5%5%， minmin0.4%0.4%。四、非抗震设计现浇框架的构造要求1 1、一般构造要求、一般构造要求砼强度等级：不应砼强度等级：不应低于低于C20 C20 大荷载砼柱强度宜高大荷载砼柱强度宜高钢筋级别钢筋级别 纵筋：纵筋：HRB400HRB400或或HRB335HRB335 箍筋：箍筋：HRB335HRB335或或HPB300HPB300节点区砼：节点区砼：柱砼等级柱砼等级纵筋的接头纵筋的接头连接方式连接方式：绑扎搭接连接、机械连接或焊接连接：绑扎搭接连接、机械连接或焊接连接 接头位置接头位置：受力较小区域，相邻纵筋接头应相互错开：受力较小区域，相邻纵筋接头应相互错开接头面积百分率接头面积百分率 绑扎搭接和机械连接：不宜大于绑扎搭接和机械连接：不宜大于50%50% 焊接连接：不应大于焊接连接：不应大于50%50%。接头间隔接头间隔 机械连接、焊接连接：机械连接、焊接连接：3535d d，焊接，焊接500mm500mm 绑扎搭接：绑扎搭接：600mm600mm，搭接长度，搭接长度l ll l1.21.2 l la a当纵筋当纵筋d d28mm28mm时，不宜采用绑扎搭接接头。时，不宜采用绑扎搭接接头。框架柱纵筋绑