建筑结构 第五章 钢筋混凝土多层与高层结构

《建筑(jiànzhù)结构》精品资料第五章钢筋(gāngjīn)混凝土多层与高层结构第一节多层与高层(ɡāocénɡ)结构体系第二节

框架结构

第三节

剪力墙结构第四节

框架剪力墙结构

精品资料本章介绍钢筋混凝土多层及高层房屋的结构体系，以及(yǐjí)框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构的受力特点、计算方法及构造要求。通过学习，了解钢筋混凝土多层及高层房屋的常用结构体系的特点及适用高度。本章(běnzhānɡ)提要精品资料高层与多层的界限：《高层建筑(jiànzhù)混凝土结构技术规程》JGJ-2002（以下简称《高规》）将10层及10层以上或高度大于28m的建筑(jiànzhù)物称为高层建筑(jiànzhù)，2~9层且高度不大于28m为多层建筑(jiànzhù)。高层建筑(jiànzhù)是随着社会生产力、人们生活的需要发展起来的，是商品化、工业化、城市化的结果。但是当建筑(jiànzhù)物高度增加时，水平力（风荷载及地震作用）对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。高层建筑(jiànzhù)中，结构要使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑(jiànzhù)结构设计的主要问题。特别是在地震区，地震作用对高层建筑(jiànzhù)的威胁也比低层建筑(jiànzhù)要大，抗震设计应受到加倍重视。精品资料下图是结构(jiégòu)内力（N，M）、位移（Δ）与高度的关系，弯矩和位移都随高度呈指数曲线上升。结构内力(nèilì)、位移与高度的关系精品资料精品资料目前，多层与高层建筑常用的结构体系(tǐxì)可分为四种类型：框架体系(tǐxì)、剪力墙体系(tǐxì)、框架—剪力墙体系(tǐxì)和筒体体系(tǐxì)，各有不同的适用高度和优缺点。

第一节多层与高层结构(jiégòu)体系精品资料主要由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构称为框架结构，具体楼板、梁、柱及基础等承重构件通过结点连接组成，一般由框架梁、柱与基础形成(xíngchéng)多个平面框架作为主要的承重结构，各平面框架再由联系梁联系起来，形成(xíngchéng)一个空间结构体系。一、框架结构体系(tǐxì)精品资料优点：建筑平面布置灵活、易于设置较大房间、使用方便构件类型(lèixíng)少，易于标准化、定型化；可以采用预制构件，也易于采用定型模板而做成现浇结构，有时还可采用现浇柱及预制梁板的半现浇半预制结构。现浇结构的整体性好，抗震性能好，在地震区应优先采用。缺点：抗侧刚度低，２０层以下建筑适用范围：办公楼、餐厅、车间、营业室、教室和实验室等框架结构体系(tǐxì)的优缺点及适用范围框架结构体系的特点将承重结构和围护、分隔构件分开，墙只起到围护及分隔作用。精品资料二、剪力墙结构(jiégòu)体系通俗讲将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构，将建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，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3～8m，因而剪力墙结构适用于具有小房间的住宅、旅馆等开间较小的建筑，此时可省去大量砌筑填充(tiánchōng)墙的工序及材料，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。一般情况下，剪力墙结构楼盖内不设梁，采用现浇楼板直接支承在钢筋混凝土墙上，墙体既承担竖向荷载，又承担水平荷载产生的剪力，同时兼起围护分隔作用；当建筑底部需要较大空间时，可将底层或者底部几层部分剪力墙取消，用框架来代替，就形成了框支剪力墙。精品资料精品资料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。抗震性能也较好。剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显(míngxiǎn)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。剪力墙体系的适用高度为15-50层，常用于住宅、旅馆等开间较小的高层建筑。精品资料

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、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大，但限制了使用空间。把两者结合起来(qǐlái)，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架－剪力墙(简称框－剪)体系。该体系由于综合框架结构和剪力墙结构的优点，其中竖向荷载主要由框架承担，水平荷载则主要由剪力墙承担。三、框架(kuànɡjià)－剪力墙体系精品资料在这种体系中，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，平面布置灵活、使用方便。。同时，通过框架(kuànɡjià)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(kuànɡjià)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(kuànɡjià)本身看，上下各层柱的受力也比纯框架(kuànɡjià)柱的受力均匀，因此柱子断面尺寸和配筋都可比较均匀。框-剪体系的适用高度为15～25层，一般不宜超过30层。精品资料精品资料四、筒体结构(jiégòu)体系随着房屋楼层数、高度的增加和抗震设防要求的提高，上述基于平面工作状态的框架、剪力墙所组成的高层建筑结构体系(tǐxì)便不能满足要求了，在这种情况下，应使剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬壁箱形粱，或使框架的柱子密集排列，使梁的刚度加强成为框筒，以一个或多个简体作为主要抵抗水平力的结构称为筒体结构。筒体根据开孔的多少，筒体有空腹筒和实腹筒之分。

实腹筒一般由电梯井、楼梯间、管道井等形成，开孔少，因其常位于房屋中部，故又称核心筒。空腹筒又称框筒，由布置在房屋四周的密排立柱和截面、高度很大的横梁组成。这些横梁称为窗裙梁，梁高一般为0.6～1.22m。精品资料由核心筒、框筒等基本单元组成的承重结构体系称为筒体体系。根据房屋高度及其所受水平力的不同(bùtónɡ)，筒体体系可以布置成核心筒结构、框筒结构、筒中筒结构、框架核心筒结构、成束筒结构和多重筒结构等形式。筒中筒结构通常用框筒作为外筒，实腹筒作为内筒。精品资料（一）框架的类型(lèixíng)按施工方法的不同，框架结构可分为现浇框架、装配式框架和现浇预制框架三种类型(lèixíng)。一、框架结构的形式(xíngshì)第二节框架结构（１）全现浇整体式框架：全部构件都在现场工地现浇而成。优点：结构整体性及抗震性能好，平面布置比较灵活，预埋件少，节省钢材；缺点：现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。北方冬季施工困难。适用范围：对功能复杂，使用要求高，抗震性能要求高的多、高层框架。（２）半现浇式框架：将房屋结构中的梁板柱部分现浇部分装配而形成的结构形式：一种是梁柱现浇，板预制，另一种是柱现浇，梁板预制。优点：施工简单，整体性较全装配式好，又比全现浇式节约模板，省去现场支模精品资料（一）框架的类型按施工方法(fāngfǎ)的不同，框架结构可分为现浇框架、装配式框架和现浇预制框架三种类型。一、框架结构的形式(xíngshì)（3）装配式框架：构件（梁板柱）全部预制，然后在施工现场进行安装就位，对于预埋件焊接而形成的框架结构。优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，节约模板，施工现场的工作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期，可以做到构件的标准化和定型化；缺点：预埋件多，增加了框架的节点连接，用钢量大整体性较差，同时施工时需要大型运输和吊装机械，不适用于震区。（4）装配整体式框架：框架构件（梁板柱）全部预制，在现场安装就位后，再在构件连接处局部现浇混凝土使之成为整体。其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位，再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备了前两种框架的优点，节约模板和缩短工期，省去了众多的预埋件，节点用钢量少，保证了节点的刚度，结构整体性较好。缺点：增加了现场浇筑混凝土的工作量，施工相对复杂。精品资料框架结构是由若干个平面框架通过(tōngguò)连系梁的连接而形成的空间结构体系。在该结构中，主要承受露面和屋面荷载的梁称为框架梁，而另一方向的梁称为连系梁，楼盖的荷载可传递到纵横两个方向的框架上，其中框架梁和柱组成主要承重框架，连系梁和柱组成非主要承重框架，若采用双向板，则纵横框架都是承重框架。在这个体系中，平面框架是基本的承重结构，按其布置方向的不同，框架体系可以分为下列三种：（1）横向框架承重方案在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的横向布置。沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图(a)。（二）框架结构布置(bùzhì)精品资料这种布置方案的优点是：(1)框架外柱宽度可收小，能满足建筑(jiànzhù)立面要求；(2)外墙不承重，其自重由连系梁传给横向承重框架柱，故对纵向墙沿开窗限制建筑(jiànzhù)上的室内采光的要求；(3)由于一般进深大于开间，采取横向承重框架时，楼板沿纵向（即开间方向）布置，跨度可以相对小些，楼板结构比较经济合理。如采用装配式预制楼板时，则运输和吊装也较为方便。目前，一般工业与民用建筑(jiànzhù)多采用这种横向承重框架的布置方案。精品资料（2）纵向框架(kuànɡjià)承重方案在这种布置方案中，主要承重框架(kuànɡjià)沿房屋的纵向布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见图(b)。优点：采用该方案时，房间布置灵活，采光和通风好，有利于提高房屋净高(jìnɡɡāo)缺点：横向刚度较差，只适用于层数较少的房屋。精品资料（3）纵横向框架混合承重(chéngzhòng)方案在这种布置方案中，主要承重(chéngzhòng)框架沿房屋的纵、横向布置，见图(c)。精品资料承重框架沿房屋纵向与横向同时布置，可以有利于满足来自两个不同方向的抗风和抗震要求(yāoqiú)。虽然有时楼板仅沿一个方向布置或者采用双向楼板，但是纵横两个方向的框架均具有足够的强度和刚度。目前，地震区的多层框架房屋及要求(yāoqiú)承重的工业厂房常采用该方案精品资料柱网布置和层高柱网定义：单层厂房、多层厂房中，承重结构柱子在平面排列时形成的网格称为柱网柱网的尺寸由柱距和跨度确定。厂房柱网的确定就是确定跨度、柱距。确定跨度的因素：1）生产工艺中生产设备的大小布置方式。2）车间内部宽度。3）跨度尺寸满足《厂房建筑模式协调标准》(GBJ6-86)的要求。确定柱距：我国单层工业厂房设计主要采用装配式钢筋混凝土结构体系，基本柱距为6M。当结构为砖混体系时柱距应当小于4m，可以为3.9m,3.6m,3.3m柱网的优点：1.有统一的模数，方便施工；2.使用现浇钢筋混凝土，结构稳固(wěngù)，有良好的抗震性；3.方便室内布置。可以在柱与柱之间建非承重隔墙，以对空间进行任意分隔。也可不建任何墙体，创造开敞的办公空间或公共空间。精品资料变形缝是伸缩缝、沉降缝和防震缝的总称。根据建筑物在外界因素作用下常会产生变形，导致开裂甚至破坏。变形缝是针对这种情况而预留的构造缝。伸缩缝：建筑构件因温度和湿度等因素的变化会产生胀缩变形。为此，通常在建筑物适当的部位设置垂直缝隙，自基础以上将房屋的墙体、楼板层、屋顶等构件断开，将建筑物分离成几个独立的部分。为克服过大的温度差而设置的缝，基础可不断开，从基础顶面至屋顶沿结构断开。抗震缝：为使建筑物较规则，以期有利于结构抗震而设置的缝，基础可不断开。它的设置目的是将大型建筑物分隔为较小的部分，形成相对独立的防震单元，避免因地震造成建筑物整体震动不协调，而产生破坏。防震缝的设置主要与建筑平面形状(xíngzhuàn)、高差、刚度、质量分布等因素有关。设置防震缝后，应使各结构单元简单规则，刚度和质量分布均匀，以避免地震作用下的扭转效应。为避免各单元之间互相碰撞，防震缝宽度不得小于70mm。沉降缝：指同一建筑物高低相差悬殊，上部荷载分布不均匀，或建在不同地基土壤上时，为避免不均匀沉降使墙体或其它结构部位开裂而设置的建筑构造缝。沉降缝把建筑物划分成几个段落，自成系统，从基础、墙体、楼板到房顶各不连接。缝宽一般为30～70毫米。将建筑物或构筑物从基础至顶部完全分隔成段的竖直缝。借以避免各段不均匀下沉而产生裂缝。通常设置在建筑高低、荷载或地基承载力差别很大的各部分之间，以及在新旧建筑的联接处。沉降缝的设置，主要与基础受到的上部荷载及场地地质条件有关。当上部荷载差异较大，则应设沉降缝；沉降缝可利用挑梁或搁置预制板、梁等方法做成。

精品资料作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载以及地震作用竖向荷载包括结构自重、楼面荷载、雪载等。竖向荷载一般为均布荷载。

水平荷载为风荷载。沿建筑物高度按均匀分布荷载考虑，水平荷载均简化为作用于框架节点上集中力，即折算成作用于楼层节点位置的水平集中力。地震作用主要是水平地震作用，在抗震(kàngzhèn)设防烈度6度以上需要考虑。二、框架结构的受力特点(tèdiǎn)（一）框架结构的荷载精品资料1.竖向荷载(hèzài)在多层框架结构中，影响结构内力的主要是竖向荷载，而结构变形则主要考虑(kǎolǜ)梁在竖向荷载作用下的扰度；在高层框架结构中，竖向荷载的作用于多层建筑相似，柱内轴力随着层数的增加而增加。精品资料2.水平(shuǐpíng)荷载框架下部的梁，柱内力大，层间变形也大，越到上部层间变形越小；框架的层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长，层数超过(chāoguò)一定程度时，水平荷载产生的内利远远大于竖向荷载产生的内力。这时，水平荷载对设计起主要控制作用。精品资料１框架结构层数较少时，竖向荷载起控制作用，框架结构比较经济。２当房屋(fángwū)向更高的层数发展时，采用框架结构将会产生矛盾：（１）强度方面：由于层数和高度的增加，竖向荷载和水平荷载产生的内力都要相应增大，特别是水平荷载产生的内力增加更快。当高度达到一定的数值，框架中将产生相当大的内力。（２）刚度方面：随着房屋(fángwū)高度的增加，在水平荷载作用下，框架结构本身柔性较大，水平位移成为重要的控制因素。要满足强度和刚度的要求，就必须增大构件的截面尺寸，太大不经济，甚至不合理。合理层数是6~15层，最经济是10层左右。高宽比：５～７结论(jiélùn)精品资料框架结构的计算(jìsuàn)简图框架结构体系房屋是由横向框架和纵向框架组成的空间结构。一般情况下，横向和纵向框架都是均匀布置的，各榀框架的刚度基本相同；作用在房屋上的荷载，如恒载、雪荷载、风荷载一般也是均匀分布的。因此，在荷载作用下，不论是横向还是纵向，各榀框架将产生大致相同的内力，相互之间不会产生大的约束力，故可单独取出一片框架作为计算单元(dānyuán)。在纵横向布置时，应根据结构的不同特点进行分析，并对荷载进行适当简化。精品资料框架结构的计算(jìsuàn)简图精品资料节点(jiédiǎn)简化简图框架支座可分为(fēnwéi)固定支座和铰支座。当为现浇钢筋混凝土柱时，一般设计成固定支座（a）；当为预制杯形基础时，则应视构造措施不同分别简化为固定支座见（b）和铰支座（c）。精品资料（一）框架(kuànɡjià)梁三、现浇框架(kuànɡjià)的构造要求框架梁的截面形状在整体式框架中以T形和倒L形为主；在装配式框架中一般采用矩形，也可做成T形和花篮形；装配整体式框架中常做成花篮形。框架柱截面形状一般为矩形或正方形，也可根据需要做成圆形或其它形状。框架梁的截面高度可根据梁的跨度、约束条件及荷载大小进行选择，一般取梁高1/8～1/12l，其中l为梁的跨度，当框架梁为单跨或荷载较大时取大值，当架梁为多跨或荷载较小时取小值。为防止梁发生剪切破坏，梁高h不宜大于1/4净跨。框架梁的截面宽度可取(1/3～1/2)h为了使端部节点传为可靠，梁宽b不宜小于柱宽的1/2，且不应小于200mm。为了降低楼层高度或便于管道铺设，也可将框架梁设计成宽度较大的扁梁，扁梁的截面高度可取(1/15～1/18)l。当采用叠合梁时，后浇部分截面高度不宜小于120mm。框架连系梁的截面高度可按(1/12～1/15)l确定，宽度不宜小于梁高的1/4。精品资料（一）框架(kuànɡjià)梁纵筋梁纵向受拉钢筋除应满足受弯承载力的要求外，还应考虑温度变化、混凝土收缩引起附加应力的影响。纵向受拉钢筋的最小配筋率在支座处不应小于0.25%，跨中处不应小于0.20%。梁跨中截面的上部架立筋不应小于2Φ12，架立筋与梁支座负筋的搭接长度为1.2la。

框架顶层梁端节点处的负钢筋伸人边柱的锚固长度不应小于1.2la，框架其余层梁端节点处的负钢筋伸入边柱的锚固长度不应小于la，当上部纵筋在端节点内水平锚固长度不足(bùzú)时，应伸至柱边后再向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.40la，弯折后垂直长度不应小于15d。

梁支座截面下部至少有2根纵筋伸入柱中，伸人柱内长度不应小于人，如水平锚固长度不足(bùzú)需要弯折时，则弯折前的水平锚固长度不应小于15d。梁支座截面的负弯矩钢筋自柱边缘算起的长度不应小于ln/4。精品资料（一）框架(kuànɡjià)梁箍筋梁端箍筋应该加密，箍筋加密区的范围按规范要求，详见表5-2，当梁端纵筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径应增大2mm。梁的箍筋沿梁全长范围内设置，第一排箍筋一般设置在距离节点(jiédiǎn)边缘50mm处。箍筋最小直径和最大间距的要求与一般梁相同，即一级不大于200mm和20d（d为箍筋直径较大者），二三级不大于250mm和20d，四级不大于300mm。（二）框架柱截面尺寸柱截面高度可取1/15～

1/20H

，H为层高；柱截面宽度可1～2/3h

，并按下述方法进行初步结算。

框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2～1.4的放大系数。柱的截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。精品资料（二）框架(kuànɡjià)柱纵筋框架可能受到来自两个方向的水平荷载作用，框架柱的纵向钢筋宜采用对称配筋。框架柱纵筋的最小直径不应小于12mm，全部纵向钢筋的配筋率不小于0.4%，也不大于5%。

为了(wèile)对柱截面核心混凝土形成良好的约束，减小箍筋自由长度，纵向钢筋的间距不应大于200mm；为了(wèile)保证纵向钢筋有较好的粘结能力，纵筋之间的净距不应小于50mm。柱纵向钢筋搭接位置应在受力较小区域，搭接长度为1.2。当柱每侧纵筋不超过4根时，可在同一截面搭接;每侧纵筋超过4根时，应分批搭接。纵向钢筋直径大于22mm时，宜采用焊接接头。

框架顶层柱的纵向钢筋应锚固在柱顶或梁内，锚固长度由梁底算起不小于。（二）框架柱箍筋精品资料（二）框架(kuànɡjià)柱箍筋箍筋应为封闭式，箍筋间距不应大于400mm，且不应大于柱短边尺寸；同时，在绑扎骨架中，箍筋直径不应小于d/4（d为纵向钢筋的最大直径），且不应小于6mm。当柱中全部(quánbù)纵向受力钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于10d且不应大于200mm，最好焊接成封闭式。当柱每侧纵向钢筋多于3根时，应设置复合箍筋；但当柱的短边不大于400mm，且纵筋根数不多于4根时，可不设复合箍筋。柱纵向钢筋搭接长度范围内，当纵筋受力时，箍筋间距不应大于10d，且不应大于200mm；当纵筋受拉时，箍筋间距不应大于5d且不应大于100mm。箍筋弯钩要适当加长，以绕过搭接的2根纵筋。柱箍筋加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm，二三级不宜大于250mm和20d，四级不宜大于300mm。至少每隔一根纵筋宜在两个方向上有箍筋约束，当采用复合箍筋时，拉筋紧靠纵筋并钩住封闭箍筋。精品资料现浇框架的连接主要是指梁与柱及柱与柱之间的配筋构造。（1）上下柱连接上下柱的钢筋的连接宜采用焊接，也可采用搭接。当柱每边钢筋不多于4根时，可在一个水平面上(miànshànɡ)接头；当柱每边钢筋为5~8根时，可在两个水平面上(miànshànɡ)接头；当柱每边钢筋为9~8根时，可在三个水平面上(miànshànɡ)接头，见下图。下柱伸入上柱搭接钢筋的根数及直径应满足上柱要求。如后图。（二）连接(liánjiē)构造精品资料图上下(shàngxià)柱钢筋接头（a)每边钢筋(gāngjīn)≤4根；（b)每边钢筋(gāngjīn)5~8根；(c)每边钢筋(gāngjīn)9~8根精品资料图上下(shàngxià)柱截面不等时的钢筋接头(a)b/a≤1/6时；(b)b/a＞1/6且h≤2.5m时；(c)b/a＞1/6且h＞2.5m时精品资料图顶层(dǐnɡcénɡ)梁与柱现浇节点下图表示顶层屋面梁与边柱的刚性连接(l