大学各学科课件力学十六章

1、建筑力学与结构第十六章 钢筋混凝土梁板结构广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 土木工程系土木工程系 力学教研室力学教研室梁板结构是土木工程中常见的结构形式梁板结构是土木工程中常见的结构形式 第一节第一节 现浇钢筋混凝土楼盖结构现浇钢筋混凝土楼盖结构楼梯楼梯 雨蓬雨蓬 地下室底板地下室底板 挡土墙挡土墙 楼板分类: 1 1、混凝土楼盖按施工方法可分为：、混凝土楼盖按施工方法可分为： 现浇式楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖现浇式楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖 2 2、混凝土楼盖按预加应力情况可分为：、混凝土楼盖按预加应力情况可分为： 钢筋混凝土楼盖钢筋混凝土楼盖 、预应力混凝土楼盖

2、、预应力混凝土楼盖 3 3、混凝土楼盖按结构型式可分为、混凝土楼盖按结构型式可分为 ： 单向板肋梁楼盖单向板肋梁楼盖 、双向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖 、井、井式楼盖式楼盖 、密肋楼盖、密肋楼盖 4、按板受力分、按板受力分 单向板单向板 当板的长边与短边之比当板的长边与短边之比 时，经力学时，经力学分析，在荷载作用下，板短跨方向的弯矩远远大分析，在荷载作用下，板短跨方向的弯矩远远大于板长跨方向的弯矩于板长跨方向的弯矩单向板。单向板。 双向板双向板 对于对于 的板，在长边和短边上都受到梁的的板，在长边和短边上都受到梁的支撑作用，与单向板相比，板的短、长跨方向都有支撑作用，与单向板相比，板的短、长

3、跨方向都有一定数值的弯矩存在，沿长边方向的弯矩不能忽一定数值的弯矩存在，沿长边方向的弯矩不能忽视视双向板。双向板。2/12 ll21/2ll 单向板肋梁楼盖单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖 井式楼盖井式楼盖 无梁楼盖无梁楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 一、楼盖的结构形式、受力特点一、楼盖的结构形式、受力特点v1、单向板肋梁楼盖v 传力途径： 板板 次梁次梁 主梁主梁 墙柱墙柱 基础基础 主梁沿横向布置主梁沿横向布置 主梁沿纵向布置主梁沿纵向布置 有中间走道有中间走道 主梁沿横向布置主梁沿横向布置 抵抗水平荷载的侧向刚度较大，房屋整体性好。抵抗水平荷载的侧向刚度较大，房屋整体性好。由于主梁与

4、外墙面垂直，可开较大的窗。由于主梁与外墙面垂直，可开较大的窗。主梁沿纵向布置主梁沿纵向布置 适用于横向柱距大于纵向柱距较多时，或房适用于横向柱距大于纵向柱距较多时，或房屋有集中通风要求的情况。屋有集中通风要求的情况。有中间走廊的房屋有中间走廊的房屋 可利用中间纵墙承重。可利用中间纵墙承重。 单向板肋梁楼盖的结构布置一般取决于建筑功能要求单向板肋梁楼盖的结构布置一般取决于建筑功能要求，在结构上应力求简单、整齐、经济适用。，在结构上应力求简单、整齐、经济适用。 板跨板跨1.52.7m，单向板厚，单向板厚 60mm以上以上 次梁跨次梁跨46m，梁高，梁高 h（1/121/18）L 主梁跨主梁跨58m

5、，梁高，梁高 h（1/81/12）L柱网尽量布置成长方形或正方形。柱网尽量布置成长方形或正方形。主梁有沿横向和纵向等布置方案。主梁有沿横向和纵向等布置方案。2、双向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖 l l1 1/l /l2 22 特点：荷载向两边传，应双向配置受力钢筋特点：荷载向两边传，应双向配置受力钢筋在荷载的作用下在荷载的作用下,在两个方向上弯曲在两个方向上弯曲,且不能忽且不能忽略任一方向弯曲的板称为双向板略任一方向弯曲的板称为双向板井式楼盖：不分主梁和次梁，梁高相等，梁底井式楼盖：不分主梁和次梁，梁高相等，梁底 齐平，网格呈正方形齐平，网格呈正方形3、无梁楼盖、无梁楼盖4、密肋梁楼盖、密肋梁楼

6、盖 肋梁间距肋梁间距1.5m单向板肋梁楼盖单向板肋梁楼盖 双向板肋梁楼盖双向板肋梁楼盖 井式楼盖井式楼盖 无梁楼盖无梁楼盖 密肋楼盖密肋楼盖 二、截面尺寸二、截面尺寸v板厚：见板厚：见p298表表161v次梁：次梁：h（1/121/18）L L梁跨梁跨 b（1/31/2）h 主梁：主梁：h（1/81/14）L b（1/31/2）h 2、对于次梁，取相邻跨中线所分割出来的面积作为它、对于次梁，取相邻跨中线所分割出来的面积作为它的受荷面积，次梁所承受的荷载为次梁自重及其受荷面积上的受荷面积，次梁所承受的荷载为次梁自重及其受荷面积上板传来的荷载。永久荷载为板传来的荷载。永久荷载为gl gl1 1，可

7、变荷载为，可变荷载为ql ql1 1。一、梁板计算简图一、梁板计算简图 荷载计算荷载计算 1、当楼面承受均布荷载时，板所承受的荷载即为板带、当楼面承受均布荷载时，板所承受的荷载即为板带取宽取宽b1m的自重（包括面层及顶棚抹灰等）及板带上的均的自重（包括面层及顶棚抹灰等）及板带上的均布活荷载。布活荷载。 3、对于主梁，则承受主梁自重及次梁传来的集中荷载，但、对于主梁，则承受主梁自重及次梁传来的集中荷载，但由于主梁自重与次梁传来的荷载相比往往较小，故为了简化计算，由于主梁自重与次梁传来的荷载相比往往较小，故为了简化计算，一般可将主梁均布自重简化为若干集中荷载，加上次梁传来的集一般可将主梁均布自重简

8、化为若干集中荷载，加上次梁传来的集中荷载合并计算。次梁传来的集中荷载中荷载合并计算。次梁传来的集中荷载G=gl=gl1 1l l2 2，Q=ql ql1 1l l2 2。第二节第二节 现浇整体式单向板肋形楼盖设计现浇整体式单向板肋形楼盖设计112222nnballbhl取小值板的简图板的简图主梁的简图主梁的简图次梁的简图次梁的简图连续板连续板 2qgg 2qq 连续次梁连续次梁 4qgg 43qq 支座及折算荷载支座及折算荷载(考虑连梁中间支座抗扭转角减小的影响)理想铰支座弹性铰支座 采用折算荷载的变形 计算跨度与跨数计算跨度与跨数 当连续板、梁的某跨受到荷载作用时，它的相邻各当连续板、梁的某

9、跨受到荷载作用时，它的相邻各跨也会受到影响，并产生变形和内力，但这种影响是距跨也会受到影响，并产生变形和内力，但这种影响是距该跨越远越小，超过该跨越远越小，超过2跨以上时，影响已很小。跨以上时，影响已很小。 对于多跨连续板、梁（跨度相等或相差不超过对于多跨连续板、梁（跨度相等或相差不超过10）时，若跨度超过时，若跨度超过5跨，可按跨，可按5跨计算。除连续板、梁两边的第跨计算。除连续板、梁两边的第一、二跨外，其余的中间跨度和中间支座的内力值均按一、二跨外，其余的中间跨度和中间支座的内力值均按5跨跨连续板、梁的中间跨度和中间支座采用。连续板、梁的中间跨度和中间支座采用。二、内力计算二、内力计算 利

10、用系数法计算利用系数法计算 弹性理论计算方法，即按结构力学的方法分析弹性理论计算方法，即按结构力学的方法分析内力，一般采用力矩分配法求解等跨或不等跨连续内力，一般采用力矩分配法求解等跨或不等跨连续梁弯矩。梁弯矩。 常用荷载作用下等截面等跨连续梁，可采用常用荷载作用下等截面等跨连续梁，可采用系系数法数法计算，对于跨度相差计算，对于跨度相差10%以内的不等跨连续梁，以内的不等跨连续梁，其内力也可近似地按此计算。其内力也可近似地按此计算。 系数见系数见p301图图167和和p302图图168（1 1）在均布及三角形荷载作用下（板和次梁）：在均布及三角形荷载作用下（板和次梁）： g g恒载、恒载、q

11、q活载、活载、系数系数2()Mgq l()Vgq l（2 2）在集中荷载作用下（主梁）：在集中荷载作用下（主梁）：12MGlQl12VGQ 荷载的最不利组合荷载的最不利组合 连续梁活荷载最不利布置的原则：连续梁活荷载最不利布置的原则：(见梁变形图见梁变形图)（1 1）求某跨跨内最大正弯矩时，应在本跨布置活荷载，然）求某跨跨内最大正弯矩时，应在本跨布置活荷载，然后隔跨布置后隔跨布置 （2 2）求某跨跨内最大负弯矩时，本跨不布置活荷载，在其）求某跨跨内最大负弯矩时，本跨不布置活荷载，在其左右邻跨布置，然后隔跨布置左右邻跨布置，然后隔跨布置（3 3）求某支座最大负弯矩或支座左、右截面最大剪力时，）求

12、某支座最大负弯矩或支座左、右截面最大剪力时，应在该支座左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置。应在该支座左右两跨布置活荷载，然后隔跨布置。 内力包络图内力包络图 将同一结构在各种荷载的最不利组合作用下的内力图将同一结构在各种荷载的最不利组合作用下的内力图(弯矩弯矩图或剪力图图或剪力图)重叠重叠(不是叠加不是叠加)画在同一张图上，其外包线所形成的画在同一张图上，其外包线所形成的图形称为内力包络图。图形称为内力包络图。支座弯矩和剪力设计值支座弯矩和剪力设计值 弯矩设计值：弯矩设计值： 220bVMbVMMccc 剪力设计值：剪力设计值： 2bqgVVc cVV 均布荷载均布荷载集中荷载集中荷载三、三、

13、板的设计要点与构造规定板的设计要点与构造规定 板的设计要点板的设计要点1、结构平面布置，并对梁板进行分类编号，初步确定板厚和、结构平面布置，并对梁板进行分类编号，初步确定板厚和 主主 、 次梁的截面尺寸；次梁的截面尺寸；2、确定板和主、次梁的计算简图；、确定板和主、次梁的计算简图；对于单向板，可取对于单向板，可取1m1m宽板宽板 带作为计算单元。次梁作为板带的铰支座。带作为计算单元。次梁作为板带的铰支座。2 2、梁、板的内力计算及内力组合。梁、板的内力计算及内力组合。当按弹性方计算内力时，当按弹性方计算内力时， 要采用折算荷载，并按最不利荷载组合查表计算跨中和支要采用折算荷载，并按最不利荷载组

14、合查表计算跨中和支 座弯矩座弯矩 。 3、截面配筋计算及构造措施。、截面配筋计算及构造措施。按单筋矩形截面设计。按单筋矩形截面设计。板一般板一般 能满足斜截面受剪承载力要求，设计时可不进行受剪承载能满足斜截面受剪承载力要求，设计时可不进行受剪承载 力验算。力验算。4、绘制施工图。、绘制施工图。 当板周边有限制板水平位移的边梁时，在竖向荷载作用当板周边有限制板水平位移的边梁时，在竖向荷载作用下，产生沿板平面方向的水平推力，该推力对板是有利的，下，产生沿板平面方向的水平推力，该推力对板是有利的，即板的即板的“拱作用拱作用”，此时可对板中各计算截面的弯矩给予折，此时可对板中各计算截面的弯矩给予折减，

15、其折减的幅度视板的边界条件而定。对周边与梁整体连减，其折减的幅度视板的边界条件而定。对周边与梁整体连接的单向板，其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯接的单向板，其中间跨的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩可减少矩可减少20%20%，其它截面不予减少。，其它截面不予减少。 板的角区格、边跨的跨中截面及第一板的角区格、边跨的跨中截面及第一内支座截面的计算弯矩则不折减。内支座截面的计算弯矩则不折减。板板 的的 类类 别别最小厚度最小厚度单向板单向板屋面板屋面板60民用建筑楼板民用建筑楼板60工业建筑楼板工业建筑楼板70行车道下的板行车道下的板80双双 向向 板板80密肋板密肋板肋间距小于或等于肋间

16、距小于或等于700mm40肋间距大于肋间距大于700mm50悬臂板悬臂板板的悬臂长度小于或等于板的悬臂长度小于或等于500mm60板的悬臂长度大于板的悬臂长度大于500mm80无无 梁梁 楼楼 板板150板的最小厚度（板的最小厚度（mm） 板的构造规定板的构造规定 1 1、板中受力钢筋的配筋方式、板中受力钢筋的配筋方式： 由于板在跨中一般承受正弯矩而在支座承受负弯矩，由于板在跨中一般承受正弯矩而在支座承受负弯矩，因此在板跨中须配置底部钢筋而在支座处往往配置板面钢因此在板跨中须配置底部钢筋而在支座处往往配置板面钢筋，从而有（筋，从而有（a a）分离式配筋）分离式配筋 （b b）弯起式配筋）弯起式

17、配筋 两种配筋方式。两种配筋方式。 下部纵向受力钢筋伸入支座锚固长度不应小于下部纵向受力钢筋伸入支座锚固长度不应小于5d5d还应还应伸至支座的中心线。伸至支座的中心线。当当q / g3时，时，a=ln /4 当当q / g3时，时，a=ln /32 2、板中构造钢筋、板中构造钢筋分布钢筋分布钢筋 垂直于主梁的板面构造钢筋垂直于主梁的板面构造钢筋 (p305(p305图图161612)12)嵌入承重墙内的板面构造钢筋嵌入承重墙内的板面构造钢筋 ( (见书见书305 305 图图161611 11 墙角钢筋网墙角钢筋网) )板内孔洞周边的附加钢筋板内孔洞周边的附加钢筋板面负筋板面负筋板面负筋板面负

18、筋板面负筋板面负筋2 2、次梁的计算与构造要求、次梁的计算与构造要求 次梁的计算次梁的计算（1）次梁的内力计算一般按塑性理论计算法）次梁的内力计算一般按塑性理论计算法（2）按正截面抗弯承载力确定纵向受拉钢筋）按正截面抗弯承载力确定纵向受拉钢筋时，考虑板的作用，通常按时，考虑板的作用，通常按T形截面计算，其形截面计算，其翼缘计算宽度翼缘计算宽度 按规范取用。支座因翼缘按规范取用。支座因翼缘位于受拉区，按矩形截面计算。位于受拉区，按矩形截面计算。fb（3）按斜截面抗剪承载力确定横向钢筋，当）按斜截面抗剪承载力确定横向钢筋，当荷载、跨度较小时，一般只利用箍筋抗剪；当荷载、跨度较小时，一般只利用箍筋抗

19、剪；当荷载、跨度较大时，宜在支座附近设置弯起钢荷载、跨度较大时，宜在支座附近设置弯起钢筋，以减少箍筋用量。筋，以减少箍筋用量。 次梁的构造要求次梁的构造要求（1）截面尺寸满足高跨比）截面尺寸满足高跨比和宽高比和宽高比 的要求时，一般不必作使的要求时，一般不必作使用阶段的挠度和裂缝宽度验算。用阶段的挠度和裂缝宽度验算。12/118/1/0 lh2/ 13/ 1/ hb （2）当次梁相邻跨度相差不超过）当次梁相邻跨度相差不超过20%，且均布，且均布活荷载与恒荷活荷载与恒荷 载之比载之比 时，其纵向受力钢时，其纵向受力钢筋的弯起和切断按筋的弯起和切断按p306图图16-13进行。进行。3/ gq3、

20、主梁的设计要点与构造规定主梁的设计要点与构造规定 主梁设计要点主梁设计要点 主梁除自重外，主要承受由次梁传来的集中主梁除自重外，主要承受由次梁传来的集中荷载荷载Q (即次梁的支反力即次梁的支反力) 。 主梁自重分至次梁支点上与反力相加成为集中主梁自重分至次梁支点上与反力相加成为集中荷载荷载G 根据楼板活荷载布置情况绘制内力包络图。根据楼板活荷载布置情况绘制内力包络图。 根据包络图配置纵筋、箍筋、弯起钢筋。根据包络图配置纵筋、箍筋、弯起钢筋。 绘主梁施工图绘主梁施工图 主梁的构造要求主梁的构造要求（1）主梁的高跨比为）主梁的高跨比为 、截面宽高、截面宽高比比 为为 时，时，一般不必进行使用阶段的

21、一般不必进行使用阶段的挠度和裂缝跨度验算。挠度和裂缝跨度验算。8/114/1/0 lh2/13/1/ hb（2）主梁受力钢筋的弯起和切断，原则上应通过在弯）主梁受力钢筋的弯起和切断，原则上应通过在弯矩包络图上作抵抗弯矩图确定。矩包络图上作抵抗弯矩图确定。（3）在次梁和主梁相交处，次梁的集中荷载可能使主）在次梁和主梁相交处，次梁的集中荷载可能使主梁下部承受裂缝，因此，应在次梁两侧设置附加横向梁下部承受裂缝，因此，应在次梁两侧设置附加横向钢筋，此附加横向钢筋可能是箍筋、吊筋或两者都有。钢筋，此附加横向钢筋可能是箍筋、吊筋或两者都有。（4）在主梁支座处，次梁与主梁支座负筋互相在主梁支座处，次梁与主梁

22、支座负筋互相交叉，通常次梁负弯矩钢筋放在主梁负弯矩钢筋交叉，通常次梁负弯矩钢筋放在主梁负弯矩钢筋上面。计算主梁负弯矩钢筋时，其截面有效高度上面。计算主梁负弯矩钢筋时，其截面有效高度取：取：单排钢筋时单排钢筋时 h h0 0= = h h(50(5060)mm60)mm双排钢筋时双排钢筋时 h h0 0h h一一(80(8090)mm 90)mm 1sin2svyvsbyAfnmAfF附加箍筋和吊筋的总截面面积按下式计算：附加箍筋和吊筋的总截面面积按下式计算：第四节第四节 钢筋混凝土现浇双向板肋梁楼盖钢筋混凝土现浇双向板肋梁楼盖 在荷载的作用下在荷载的作用下, ,在两个方向上弯曲在两个方向上弯曲

23、, ,且不能忽略任一且不能忽略任一方向弯曲的板称为双向板方向弯曲的板称为双向板一、一、 双向板的受力特点及试验结果双向板的受力特点及试验结果当当 , ,按单向板计算；按单向板计算；而当而当 ，按双向板计算，按双向板计算 02012ll20102 ll双向板的试验研究双向板的试验研究 四边简支方形板和矩形板四边简支方形板和矩形板在均布荷载作用下试验结果：在均布荷载作用下试验结果：单向板与双向板对比单向板与双向板对比四边搁置无约束四边搁置无约束肋形楼盖肋形楼盖底面底面顶面顶面二、二、 双向板双向板按弹性理论按弹性理论计算计算四边支承的板,有六种边界条件: 单区格板按弹性理论实用计算法单区格板按弹性

24、理论实用计算法(1)(1)四边简支；四边简支； (2)(2)一边固定，三边简支；一边固定，三边简支； (3)(3)两对边固定，两对边简支；两对边固定，两对边简支； (4)(4)四边固定；四边固定； (5)(5)两邻边固定，两邻边简支；两邻边固定，两邻边简支； (6)(6)三边固定，一边简支。三边固定，一边简支。单位板宽内的弯矩设计值为单位板宽内的弯矩设计值为:20)(lqgm m跨中或支座单位板宽内的弯矩设计值跨中或支座单位板宽内的弯矩设计值(kNmm)；g、q板上作用的均布荷载设计值板上作用的均布荷载设计值(kNm2), l0短跨方向的计算跨度短跨方向的计算跨度(m) 查表查表附录八附录八所

25、得弯矩系数。所得弯矩系数。 对钢筋混凝土，对钢筋混凝土，=0.2=0.2xyymmm)(yxxmmm)(表附录八是根据材料的波桑比表附录八是根据材料的波桑比0制定的。当制定的。当0时，可按时，可按下式计算跨中弯矩下式计算跨中弯矩 连续双向板按弹性理论的实用计算法连续双向板按弹性理论的实用计算法 近似把支承梁看作连续双向板近似把支承梁看作连续双向板的不动铰支座的不动铰支座1、跨中最大正弯矩、跨中最大正弯矩 考虑两种荷载情况之和考虑两种荷载情况之和 在正对称荷载在正对称荷载(g+q/2) (g+q/2) 作用下：作用下：中间支座近似的看作固定支座中间支座近似的看作固定支座 中间区格均可视为四边双向

26、板中间区格均可视为四边双向板 在反对称荷载在反对称荷载(q/2) (q/2) 作用下：作用下： 中间支座视为简支座，中间支座视为简支座，中间各区格板均可视为四中间各区格板均可视为四边简支板的双向板。边简支板的双向板。 最后，将所求区格最后，将所求区格在这两种荷载作用下的在这两种荷载作用下的跨中弯矩叠加，即求得跨中弯矩叠加，即求得该区格的跨中最大正弯该区格的跨中最大正弯矩。矩。2 2、支座最大弯矩的计算、支座最大弯矩的计算 假定永久荷载和可变荷载都满布连续双向假定永久荷载和可变荷载都满布连续双向板所有区格时，支座弯矩出现最大值板所有区格时，支座弯矩出现最大值 , ,即在正即在正对称荷载对称荷载

27、(g+q) (g+q) 作用下：作用下：中间区格均可视为四边固定的双向板中间区格均可视为四边固定的双向板 对于边、角区格，外边界条件应按实际情对于边、角区格，外边界条件应按实际情况考虑。况考虑。三、双向板的截面设计与构造要求三、双向板的截面设计与构造要求、双向板的计算特点、双向板的计算特点（）双向板板内钢筋沿两个方向布置，跨（）双向板板内钢筋沿两个方向布置，跨中沿短边方向的板底钢筋宜放在沿长边方向中沿短边方向的板底钢筋宜放在沿长边方向板底钢筋的下面，计算时在两个方向应采用板底钢筋的下面，计算时在两个方向应采用各自的有效高度。各自的有效高度。短跨方向短跨方向 h0h一一20(mm) 长跨方向长跨

28、方向 h0h一一30(mm)、双向板的构造要求、双向板的构造要求（1 1）双向板的厚度应满足刚度要求，对于单跨）双向板的厚度应满足刚度要求，对于单跨简支板：简支板：h lx/45连续板：连续板： h lx/50且且h 80mm,一般取一般取h =80160mm; ( 2 )( 2 )双向板的受力钢筋一般沿双向布置，配筋双向板的受力钢筋一般沿双向布置，配筋方式类似于单向板，有弯起式和分离式两种。方式类似于单向板，有弯起式和分离式两种。为简化施工，通常采用分离式配筋。为简化施工，通常采用分离式配筋。按弹性理论计算时，通常将每个区按弹性理论计算时，通常将每个区格按纵横两个方向划分为两个宽度均为格按纵

29、横两个方向划分为两个宽度均为lx/4的边缘板带和一个中间板带。的边缘板带和一个中间板带。 边缘板带单位宽度上的配筋量为中间板边缘板带单位宽度上的配筋量为中间板带单位宽度上配筋量的带单位宽度上配筋量的502)(20101lqglpp板传给梁的荷载：板传给梁的荷载：l01为板的短边为板的短边次梁和主梁的设计方法和构造要求同单次梁和主梁的设计方法和构造要求同单向板肋梁楼盖向板肋梁楼盖3 3、双向板支承梁的设计、双向板支承梁的设计9.4 现浇楼梯的计算现浇楼梯的计算楼梯的类型按梯段结构形式的不同，分楼梯的类型按梯段结构形式的不同，分为板式、梁板式、剪刀式、螺旋式等。为板式、梁板式、剪刀式、螺旋式等。一

30、、一、 现浇板式楼梯现浇板式楼梯 板式楼梯由梯段板、平台板、平台梁组成。板式楼梯由梯段板、平台板、平台梁组成。梯段板为带有踏步的斜板，两端支撑在平台梁梯段板为带有踏步的斜板，两端支撑在平台梁上。上。板式楼梯的特点是施工方便，但梯段跨度板式楼梯的特点是施工方便，但梯段跨度较大时，斜板较厚，材料用量较多，一般用于较大时，斜板较厚，材料用量较多，一般用于跨度较小（跨度较小（l3.5m）的情况。）的情况。 内力计算内力计算 1、梯段板、梯段板从梯段板中从梯段板中取取1m板宽为计算板宽为计算单元，近似认为单元，近似认为梯段板都是简支梯段板都是简支于平台梁上。于平台梁上。梯段板为一简支斜板。通常按下式计算

31、：梯段板为一简支斜板。通常按下式计算：20max)(101lqgM 2、平台板、平台板平台板一般可视为单向板（有时也可能平台板一般可视为单向板（有时也可能是双向板）。当板的两端均与梁整体连接时，是双向板）。当板的两端均与梁整体连接时，板的跨中弯矩为：板的跨中弯矩为：当板的一端支撑在平台梁上而另一端支撑在当板的一端支撑在平台梁上而另一端支撑在墙上时，跨中弯矩为：墙上时，跨中弯矩为：20)(101lqgM 20)(81lqgM 平台梁可按单跨简支梁计算。承受平台梁可按单跨简支梁计算。承受梯段板、平台板传来的荷载及平台梁自梯段板、平台板传来的荷载及平台梁自重，荷载按沿梁长均匀布置考虑。重，荷载按沿梁

32、长均匀布置考虑。 构造要求构造要求内折角处钢筋应断开再自行锚固。内折角处钢筋应断开再自行锚固。踏步高、宽与梁式楼梯相同，梯段板厚一般踏步高、宽与梁式楼梯相同，梯段板厚一般取取1/251/251/301/30跨度常用厚度为跨度常用厚度为100100120mm120mm；为防止在负弯矩作用下出现裂缝，平台为防止在负弯矩作用下出现裂缝，平台板的负钢筋伸入梯段板；板的负钢筋伸入梯段板；二、二、 现浇梁式楼梯现浇梁式楼梯 梁式楼梯梁式楼梯由踏步板由踏步板a)、斜梁斜梁b)、平台、平台板和平台梁板和平台梁c)组成。组成。梁式楼梯梁式楼梯 踏步板厚度一般取踏步板厚度一般取30-50mm，踏步板的配筋除按计，

33、踏步板的配筋除按计算确定外，每一级踏步不少于算确定外，每一级踏步不少于26； 沿梯段布置间距不大于沿梯段布置间距不大于300mm的分布筋。的分布筋。建筑力学与结构第十七章 钢筋混凝土高层建筑结构简介广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 土木工程系土木工程系 力学教研室力学教研室第一节 高层建筑结构综述一、一、高层建筑结构的特点与结构体系高层建筑结构的特点与结构体系高层建筑结构的高层建筑结构的特点特点高层建筑的高层建筑的结构体系及适用范围结构体系及适用范围1010层及层及1010层层以上或房屋高度大于以上或房屋高度大于2828米的米的建筑物建筑物房屋高度房屋高度自室外地面至房屋主要屋

34、自室外地面至房屋主要屋面的高度面的高度高层建筑（tall building）世界最早的高层建筑：世界最早的高层建筑：v美国芝加哥的美国芝加哥的10层的家庭保险大层的家庭保险大楼，楼，v建于建于1885年，年，v采用钢柱和砖墙为结构体系。采用钢柱和砖墙为结构体系。 国外高层建筑简介1883年美国芝加哥建成的年美国芝加哥建成的11层家庭保险大楼为近代高层建筑的开层家庭保险大楼为近代高层建筑的开端，国外较著名的高层建筑有：端，国外较著名的高层建筑有：美国，帝国大厦美国，帝国大厦(纽约，纽约，381m，102层层)、世界贸易中心世界贸易中心(纽约，纽约，402m，110层层)、西尔斯大厦西尔斯大厦(芝

35、加哥，芝加哥，443m，110层层)、水塔广场大厦水塔广场大厦(芝加哥，芝加哥，262m，76层层)；马来西亚，石油大厦马来西亚，石油大厦(450m，88层，钢层，钢-混凝土组合结构混凝土组合结构)；朝鲜，柳京饭店朝鲜，柳京饭店(305m，101层层,最高的钢筋混凝土大厦最高的钢筋混凝土大厦)。国内主要高层建筑（374-500m）07年香港最高的大厦年香港最高的大厦主要高层建筑介绍 台北台北101101大厦大厦西尔斯大厦世贸大厦 平壤 柳京饭店 105层 320米 三千个房 间 金字塔型建筑 金茂大厦 CCTV大楼 采用ETABS和 ANSYS两种通 用有限元软件 进行结构计算。上海环球金融中

36、心 结构示意图世界最高台北101大楼 508米高 台北101大楼v当时囊括了高度项目中当时囊括了高度项目中3个第一，包括个第一，包括“世界最高世界最高建筑物建筑物”、“世界最高使用楼层世界最高使用楼层”、“世界最高屋世界最高屋顶高度顶高度”，美国芝加哥的席尔斯大楼，美国芝加哥的席尔斯大楼（SearsTower）仅保有）仅保有“世界最高天线高度世界最高天线高度”的的最高纪录。最高纪录。v世界高楼协会指出，世界世界高楼协会指出，世界10大高楼有大高楼有6栋出现在亚栋出现在亚洲，除了台北洲，除了台北101之外，其它五栋分别是上海金茂之外，其它五栋分别是上海金茂大厦大厦88楼、香港国际金融中心楼、香港

37、国际金融中心II期期88楼、广州中信楼、广州中信广场广场80楼与深圳信兴广场楼与深圳信兴广场69层，显见亚洲建筑实层，显见亚洲建筑实力惊人。力惊人。 佩重纳斯大厦佩重纳斯大厦国家石油公司双峰国家石油公司双峰塔摩天大塔摩天大（号称历史世界最高）（号称历史世界最高）v国油双峰塔国油双峰塔v楼高楼高452米、米、95层层v位于马来西亚首都位于马来西亚首都吉隆坡市中心吉隆坡市中心v钢与混凝土混合结钢与混凝土混合结构构我国最高的高层建筑我国最高的高层建筑：v上海的金茂大厦，上海的金茂大厦，v19981998年建成年建成v8888层，层，420.5420.5米，米，v办公和宾馆办公和宾馆v钢钢混凝土混合结

38、构混凝土混合结构深圳最高的高层建筑深圳最高的高层建筑v深圳的帝王广场，深圳的帝王广场，v8181层，高层，高325325米米v混凝土结构混凝土结构v办公办公广州中信广场大厦广州中信广场大厦相关资料： 框架筒体结构，框架筒体结构， 共共8080层，高层，高322322米，米， 商用办公楼。商用办公楼。高层建筑结构的特点1、水平力水平力是设计主要因素是设计主要因素2 2、侧移侧移成为控制指标成为控制指标过大的位移对结过大的位移对结构的影响构的影响3 3、抗震设计抗震设计要求更高要求更高4 4、概念设计概念设计与理论计算同等重要与理论计算同等重要5 5、减轻高层建筑自重比多层建筑更重要、减轻高层建筑

39、自重比多层建筑更重要6 6、轴向变形不容忽略、轴向变形不容忽略高层建筑结构的发展高层建筑结构的发展v目前我国高层建筑的发展特点：目前我国高层建筑的发展特点：v层数不断增多，高度不断加大层数不断增多，高度不断加大v高层建筑向多用途、多功能方向发展高层建筑向多用途、多功能方向发展v平面布置和立面体型日益复杂化平面布置和立面体型日益复杂化v结构体系日趋多样化结构体系日趋多样化v高强材料和新技术的应用高强材料和新技术的应用v玻璃幕墙的广泛应用玻璃幕墙的广泛应用v计算机应用水平迅速提高计算机应用水平迅速提高v设计规程的不断完善设计规程的不断完善二、高层结构体系与适用范围二、高层结构体系与适用范围v1.框

40、架框架 15层以下层以下v2.剪力墙剪力墙 30层左右层左右v3.框架剪力墙框架剪力墙 1225层，不超过层，不超过40层层v4.筒体筒体 40层以上，层以上，100米以上米以上v5.巨型结构巨型结构特点：传力途径更简捷，可有效增加净空高度。缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。板柱节点适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构框架剪力墙框架剪力墙筒体抗侧力结构与布置v抗侧力结构：v框架v剪力墙v筒高层建筑结构体系高层建筑结构体系框架体系（含板柱体系）框架体系（含板柱体系）框架剪力墙体系（含框架筒体体系）框架剪力墙体系（含框架筒体体系）框架框架支撑支

41、撑剪力墙体剪力墙体系系全落地剪力墙体系全落地剪力墙体系部分框支剪力墙体系部分框支剪力墙体系筒体体系筒体体系框筒体系框筒体系筒中筒体系筒中筒体系多筒体系多筒体系框架结构（frame structure）体系v优点v缺点v应用范围v实例框架结构（框架结构（frame structure）体系）体系框架结构（frame structure）体系水平荷载作用下变形：主要剪切形为主水平荷载作用下变形：主要剪切形为主 板柱结构体系特点：传力途径更简捷，可有效增加净空高度。缺陷：节点处受到柱集中力作用，对板抗剪不利。板柱节点适用范围：仓库，停车场，层高受到限制的场合。框架结构体系优点： 平面布置灵活，容易满

42、足大使用平面布置灵活，容易满足大使用 空间的要求。空间的要求。缺点： 抗侧移刚度小，水平侧移较大，抗侧移刚度小，水平侧移较大， 建造高度有限。建造高度有限。适用范围：520层，多、高层住宅、饭店、层，多、高层住宅、饭店、 办公楼及其它公共建筑均可。办公楼及其它公共建筑均可。框架结构（frame tructure）体系一一 剪力墙结构体系（） 优点 缺点 应用范围 实例优点：抗侧刚度大，强度高，整体性好， 抗震性能优越。缺点：墙体间距小，平面布置不灵活， 自重大。适用范围：1030层高层公寓式住宅、旅馆。剪力墙结构体系剪力墙结构体系剪力墙结构体系典型剪力墙体系平面布置图剪力墙结构体系剪力墙结构体

43、系剪力墙结构体系剪力墙结构在水平荷载作用下的变形剪力墙结构在水平荷载作用下的变形（弯曲变形为主）（弯曲变形为主） 框支剪力墙结构单片框支剪力墙剪力墙结构体系剪力墙结构体系框支剪力墙的特点v底层刚度削弱、刚度突变底层刚度削弱、刚度突变v避免刚度突变的措施避免刚度突变的措施v把框架层扩展为把框架层扩展为2-3层，随层，随层逐渐变化层逐渐变化v在框架的最上层设置设备层，在框架的最上层设置设备层，作为刚度的过渡层作为刚度的过渡层v尽可能将一部份剪力墙延伸尽可能将一部份剪力墙延伸到底层以加强整个房屋的刚到底层以加强整个房屋的刚度度剪力墙结构体系框架-剪力墙结构体系v优点v缺点v应用范围v实例框架-剪力墙

44、结构体系框架-剪力墙结构体系在侧向荷载作用下的框架-剪力墙变形框架-剪力墙结构体系 优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大优点：受力合理，各层层间变形均匀，可形成较大 使用空间。使用空间。框架-剪力墙结构体系 适用范围：适用范围：1025层各类公共建筑。层各类公共建筑。 框架框架- 筒体可到筒体可到 3040层层筒体结构体系v优点v缺点v应用范围v实例v将剪力墙集中到房屋将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封的内部或外部形成封闭的筒体闭的筒体竖向的竖向的悬臂封闭箱悬臂封闭箱v空间抗刚度空间抗刚度,抗扭性抗扭性很好很好v适用30层以上 v 长/宽2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边形教好框架

45、支撑q 筒体体系筒体体系v 框筒体系框筒体系v 筒中筒体系筒中筒体系v 多筒体系多筒体系框筒密柱和深梁柱距：1.2-3米梁高：:600mm-12200mmv 框筒及筒中筒体系结构平面框筒及筒中筒体系结构平面框筒体系筒中筒体系1、框架结构体系。、框架结构体系。优点是：优点是：建筑平面布置灵活，能获建筑平面布置灵活，能获得大空间，也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；得大空间，也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。造价较低。缺点是缺点是：框架结构的侧向刚度小，水平荷载：框架结构的侧向刚度小

46、，水平荷载作用下侧移较大，故需要控制建筑物的高度。作用下侧移较大，故需要控制建筑物的高度。2、剪力墙结构体系。、剪力墙结构体系。优点是优点是：剪力墙的承载力和侧向：剪力墙的承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。刚度均很大，侧向变形较小。缺点是缺点是：结构自重较大；：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间。建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间。3、框架一剪力墙结构体系。、框架一剪力墙结构体系。优点是：优点是：框架一剪力墙结框架一剪力墙结构房屋比框架结构房屋的水平承载力和侧向刚度都有所构房屋比框架结构房屋的水平承载力和侧向刚度都有所提高。提高。4、筒体结构体系。、筒体结构体

47、系。优点是优点是：最主要的优点是它的空间：最主要的优点是它的空间性能好。性能好。缺点是缺点是：容易有剪力滞后现象。：容易有剪力滞后现象。5、框架一筒体结构体系。、框架一筒体结构体系。优点是：优点是：这种结构体系兼有这种结构体系兼有框架体系与筒体体系两者的优点，建筑平面布置灵活便框架体系与筒体体系两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。 A级高度高层建筑适用最大高度B级高度高层建筑适用最大高度1 1控制结构高宽比控制结构高宽比H/BH/Bv A A级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比级高度钢筋混凝土高层建筑

48、结构最大的高宽比1 1控制结构高宽比控制结构高宽比H/BH/BvB B 级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比级高度钢筋混凝土高层建筑结构最大的高宽比高层钢混凝土组合结构v钢结构v钢混凝土结构v型钢混凝土v钢管混凝土钢结构钢结构钢骨混凝土钢骨混凝土v框架的梁、柱截面加大v把一栋高层结构分成很少的几层巨型框架结构巨型桁架结构沿房屋周边布置大型立柱，形成空间桁架主要的承重框架-承担大部分竖向和水平荷载主要的框架内设置小的框架约翰.汉考克(john hancock)大厦蒙皮结构体系v金属薄板（蒙皮）与肋共同工作，形成壳体，蒙皮在自身平面内有很大的拉、压和剪切强度v框架结构是由梁和柱刚性连接的骨架结

49、是由梁和柱刚性连接的骨架结构。构。 第二节第二节 框架结构框架结构一、一、 框架结构的概念框架结构的概念图图6.5 框架结构体系框架结构体系(a)横向框架体系；横向框架体系；(b)纵向框架体系纵向框架体系 Backv（1）框架结构的承重结构和围护、分隔构）框架结构的承重结构和围护、分隔构件完全分开，墙只起围护和分隔作用。件完全分开，墙只起围护和分隔作用。v（2）框架结构平面布置灵活，能够满足生）框架结构平面布置灵活，能够满足生产工艺和使用功能的要求。产工艺和使用功能的要求。v（3）框架结构采用的材料是型钢和钢筋混）框架结构采用的材料是型钢和钢筋混凝土，有很好的抗压和抗弯能力，由于梁、柱刚凝土，

50、有很好的抗压和抗弯能力，由于梁、柱刚接，抗侧移和抗振动能力强，因此，其抗震性、接，抗侧移和抗振动能力强，因此，其抗震性、整体性和延通性较好，适用于多层和高度不超过整体性和延通性较好，适用于多层和高度不超过60m的高层建筑。的高层建筑。 框架结构的特点框架结构的特点v（1）按构件组成划分）按构件组成划分v有梁板式结构（由梁、板、柱三种基本构件有梁板式结构（由梁、板、柱三种基本构件组成的骨架结构）和无梁式结构（由板和柱子组组成的骨架结构）和无梁式结构（由板和柱子组成的骨架结构）两种类型。成的骨架结构）两种类型。v（2）按框架的施工方法划分）按框架的施工方法划分v现浇整体式框架框架全部构件均在现场现

51、浇整体式框架框架全部构件均在现场浇注成整体，具有整体性和抗震性能好、构件尺浇注成整体，具有整体性和抗震性能好、构件尺寸不受标准构件限制的特点。寸不受标准构件限制的特点。框架结构的类型框架结构的类型v装配式框架框架全部构件采用预制装配，装配式框架框架全部构件采用预制装配，具有可加快施工进度、提供建筑工业化程度的特点，具有可加快施工进度、提供建筑工业化程度的特点，但节点构造刚性差，抗震性差。但节点构造刚性差，抗震性差。v半现浇框架梁、柱现浇，楼板预制或现浇，半现浇框架梁、柱现浇，楼板预制或现浇，预制梁板，具有梁柱整体性好、可节约模板的特点。预制梁板，具有梁柱整体性好、可节约模板的特点。v装配整体或

52、框架预制梁、柱，装配时通过装配整体或框架预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体，结构的整体性局部现浇混凝土使构件连接成整体，结构的整体性和抗震性介于现浇和装配式构件之间，保证了节点和抗震性介于现浇和装配式构件之间，保证了节点的刚度，比全现浇节省模板，加快了施工进度，但的刚度，比全现浇节省模板，加快了施工进度，但增加了后浇混凝土的工序。增加了后浇混凝土的工序。v（1）布置原则）布置原则v建筑平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部建筑平面形状和立面体型宜简单、规则，使各部分刚度均匀对称。分刚度均匀对称。v控制结构的高宽比（一般高宽比设为控制结构的高宽比（一般高宽比设为57），减），减

53、少结构在水平荷载下产生的侧移。少结构在水平荷载下产生的侧移。v房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距内，减少房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距内，减少温度裂缝。温度裂缝。v框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内。轴线宜在同一竖向平面内。v尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简尽量统一柱网及层高，以减少构件种类规格，简化设计及施工。化设计及施工。框架结构的平面布置方式框架结构的平面布置方式v（2）柱网及层高 v框架结构的柱网由柱距和跨度组成。框架结构的柱网尺寸和层高主要由使用功能的要求决定，并符合建筑模数，力求柱网平面简单规则，

54、便于布置模板。v民用建筑的柱网及层高v民用建筑的类型多，功能要求各不相同，因此柱网和层高的变化也大，但对于一般民用建筑可以做到定型化。柱网一般以300mm为模数，如住宅、旅馆的框架结构柱网尺寸，柱距可采用6.3m、6.6m和6.9m，跨度可采用4.8m、5.1m、6.0m、6.6m和6.9m，层高为3.0m、3.3m、3.6m、3.9m和4.2m。v工业建筑的柱网及层高v工业建筑的柱网布置可分为内廊式和跨度组合式两种。内廊式柱网的常用尺寸：柱距为6.0m，跨度一般采用6.0m、6.6m和6.9m，走廊宽一般为2.4m、2.7m和3.0m。跨度组合式柱网的常用尺寸：柱网采用6.0m，跨度采用6.

55、0m、7.5m、9.0m和12m。层高一般为3.6m、3.9m、4.5m、4.8m和5.4m。v框架柱网布置简单、规则、整齐，对结构是非常有利的，经济效果也好。但有些建筑平面采用周边复杂的形式来表示建筑艺术的效果，这就出现了在复杂的建筑平面形式上力求简单的柱网布置的协调问题。是几种典型的平面形式及柱网布置方法。 框架结构体系框架结构体系典型的框架体系平面图平面形状复杂的框架平面图 框架结构体系框架结构体系v（3）平面布置v横向框架承重布置横向框架承重布置v这种布置以横向框架作为主要承重框架，横向这种布置以横向框架作为主要承重框架，横向的梁为框架主梁，纵向的梁为连系梁，具有结构合的梁为框架主梁，

56、纵向的梁为连系梁，具有结构合理，利于立面处理和屋内采光等特点，但只适用于理，利于立面处理和屋内采光等特点，但只适用于非地震区。非地震区。v纵向框架承重布置纵向框架承重布置v这种布置以纵向框架作为主要承重框架，纵向这种布置以纵向框架作为主要承重框架，纵向的梁为框架主梁，横向的梁为连系梁，有利于楼层的梁为框架主梁，横向的梁为连系梁，有利于楼层净高的有效利用，同时房间的划分比较灵活，但横净高的有效利用，同时房间的划分比较灵活，但横向刚度差，不适用于地震区。向刚度差，不适用于地震区。 v主要承重框架纵横两个方向布置v当房屋平面为正方形（或接近正方形）当房屋平面为正方形（或接近正方形）或房屋有抗震设防要

57、求时，两个方向的受力或房屋有抗震设防要求时，两个方向的受力相差较小，此时两个方向的框架都应具有足相差较小，此时两个方向的框架都应具有足够的强度和刚度，故应采用纵横两个方向的够的强度和刚度，故应采用纵横两个方向的框架作为主要承重框架，这种布置适用于地框架作为主要承重框架，这种布置适用于地震区。震区。图图6.6 工业建筑框架结构体系工业建筑框架结构体系图图6.7 框架结构柱网平面布置举例框架结构柱网平面布置举例Back图图6.8 框架结构平面布置框架结构平面布置Back图图6.8 框架结构平面布置框架结构平面布置Back框架梁及柱的截面配筋框架梁及柱的截面配筋v（1） 框架梁设计框架梁设计v梁的配筋计算包括正截面抗弯和斜截面抗梁的配筋计算包括正截面抗弯和斜截面抗剪配筋，一般按受弯构件进行。纵向受拉钢筋剪配筋，一般按受弯构件进行。纵向受拉钢筋应满足配筋率及裂缝宽度的要求。纵筋的弯起应满足配筋率及裂缝宽度的要求。纵筋的弯起和截断位置，应根据弯矩包络图确定。和截断位置，应根据弯矩包络图确定。 v（2） 框架柱设计框架柱设计v框架柱属偏心受压构件，一般采用对称配框架柱属偏心受压构件，一般采用对称配筋，在中间轴线