第九章多層及高層鋼筋混凝土房屋結構

2022-08-21 06:48:07 字數 5215 閱讀 5767

學習目標:了解多層及高層鋼筋混凝土房屋四種常用的結構體系;掌握多層及高層鋼筋混凝土結構設計的一般原則;掌握框架和剪力牆結構的組成、布置及受力特點。

9.1多層及高層房屋結構體系

9.1.1 高層建築結構的特點

1. 高層建築的定義:

高層混凝土結構技術規程 10層及10層以上或房屋高度大於28m的建築物,2~9層且高度不大於28m的建築物為多層建築物。高層民用建築設計防火規範 10層及10層以上的住宅以及房屋高度超過24m的公共建築和綜合性建築為高層,超過100m的為超高層。

2.高層建築的特點:

1) 可以獲得更多的建築面積,缺點:熱島效應或影響建築物周邊區域的採光,玻璃幕牆造成光汙染現象。

熱島效應:乙個地區的氣溫高於周圍地區的現象。城市人口密集、工廠及車輛排熱、居民生活用能的釋放、城市建築結構及下墊面特性的綜合影響等是其產生的主要原因。

城市熱島可影響近地層溫度層結,城市熱島還在一定程度上影響城市空氣濕度、雲量和降水。對植物的影響則表現為提早發芽和開花、推遲落葉和休眠。

2) 可以提供更多的空閒場地,用作綠化和休閒場地,利於美化環境,帶來充足的日光、採光和通風效果。

3) 結構分析和計算更加複雜,水平荷載是高層建築結構設計的主要控制因素,水平荷載在非**區主要為風荷載,**區為風荷載和**荷載。

4) 工程造價較高,執行成本較大。

9.1.2 多層及高層房屋常用的結構體系

結構體系:結構抵抗外部作用的結構構件的組成方式。多層和高層建築常用的結構體系有框架結構體系、剪力牆結構體系、框架-剪力牆結構體系和筒體結構體系。

1. 框架結構體系

1) 承重構件:樓板、梁、柱及基礎

2) 特點:建築平面布置靈活,易於滿足建築物較大空間的使用要求,豎向荷載作用下承載力較高,結構自重較輕。在水平荷載作用下,其側向剛度小,水平位移較大,使用高度受到限制。

3) 應用:多層及高層辦公樓、住宅、商店、醫院、旅館、學校以及多層工業廠房中。

由於框架結構的側向剛度小,其水平位移大,故其高度受到限制,框架結構的適用高度為6-15層,非抗震區為15-20層。

2. 剪力牆結構體系

1) 承重構件:縱向和橫向的鋼筋混凝土剪力牆作為抵抗豎向承重和抵抗側力構件的結構體系。

一般情況下,剪力牆結構的樓蓋內不設梁,現澆樓板直接支撐在鋼筋混凝土牆上。

2) 特點:剛度大、空間整體性好、抗震效能好、對承受水平荷載有利。結構自重大、建築平面布置侷限性較大。

3) 應用:適用建築層數為15-20層,開間較小的高層住宅、旅館、寫字樓等建築。

3. 框架—剪力牆結構體系

1) 承重構件:梁、板、柱、剪力牆

2) 特點:框架承受豎向荷載,剪力牆承受水平荷載。綜合了框架和剪力牆結構的優點,增大了結構的總剛度、提高了結構的抗震效能,又保持了框架結構易於分割、使用方便的優點。

3) 應用:多高層辦公樓和賓館等公共建築,15~25層為宜。

4. 簡體結構體系

1) 承重結構:簡體承受豎向和水平荷載。空間封閉筒體。

2) 分類:根據開孔的多少分為實腹筒和空腹筒。

3) 特點:側向剛度大,內部空間較大且平面設計較靈活。

4) 應用:30層以上或高層超過100m的寫字樓、酒店等超高層建築。

9.1.3 多層及高層建築結構設計的一般原則

選擇的原則:使用功能,結構高度,抗震效能和抗風性能,平立面布置,構造加強。

1. 結構平面布置

在高層建築中,水平荷載起控制作用,

抗風:結構要具有圓形、橢圓形等流線型周邊的建築物;

抗震:平面對稱、結構側向剛度均勻,平面長寬比較接近。

高規中的具體要求:

1) 平面布置宜簡單,規則、對稱、減小偏心

2) 平面長度不宜過長,突出部分長度應盡可能小,凹角處採取加強措施。

3) 不宜採用角部重疊的平面圖形或細腰部平面圖形。

2. 結構豎向布置

高層建築結構沿豎向體型宜規則、均勻、避免有過大的外挑和內收,剛度均勻而連續,避免由於剛度突變而形成薄弱層。豎向抗側移剛度的分布宜從下而上逐漸減少,不宜突變。

3. 房屋的高寬比限值

為了結構設計的合理性,一般要求房屋的高寬比不宜過大,高寬比過大的房屋很難滿足側移控制、抗震和整體穩定性的要求。

4. 變形縫

當房屋的平面形狀複雜、過長或抗震、地基等方面的要求設定變形縫。

1) 伸縮縫

當高層建築物的長度超過規定限值,又未採取可靠的構造措施或施工措施時設定。

2) 沉降縫

建築可能造成較大沉降時設定。

① 荷載差異較大,高度差異。

② 地基土層壓縮性有較大差異+

③ 上部結構型別和結構體系不同,相連線處

④ 基底標高相差過大,基礎型別或基礎處理不一致。

3) 防震縫

當房屋平面複雜,不對稱或房屋各部分剛度、高度、重量相差懸殊時設定。設定防震縫時,從基礎分開,要留有足夠的寬度。以防止**時縫兩側的獨立單元發生碰撞,最小寬度限制。

9.1.4 多層及高層建築結構的荷載分類及其特點

隨著房屋高度的增加、水平荷載對結構所起的作用越來越重要,對多層建築,水平荷載與豎向荷載共同起控制作用,對於高層建築水平荷載對結構設計起決定作用。

1. 豎向荷載

1) 恆荷載:材料和構件的自重

2) 樓面活荷載:設計樓面梁時,樓面活荷載標準值為2.0kn/m,設計牆、柱和基礎時,樓面活荷載標準值為2.0kn/m

3) 屋面均布活荷載

(1)不上人屋面活荷載標準值為0.5kn/m,

(2)上人屋面活荷載標準值為2.0kn/m,

屋面均布活荷載不應與雪荷載同時組合。

2. 水平荷載

1) 風荷載

風荷載是結構承受的主要水平荷載,風荷載與風壓大小、建築物表面形狀和建築物的動力特性有關,計算時,通過風振係數來考慮風的動力作用。為了方便計算,將沿建築物高度分布作用的風荷載簡化為節點集中荷載,分別作用於各層樓面和屋面處,並合併於迎風面一側。

2) 水平**

**作用一般在**設防烈度6度以上需要考慮,**作用分為豎向**作用和水平**作用,對於高層建築物,水平**作用起控制作用。在結構設計時,將結構的慣性力(即**作用)簡化為作用在各樓層處的水平集中力。

9.2框架結構

9.2.1 框架結構的組成與分類

1. 框架結構的組成

1) 框架梁和框架柱是主要的承重構件,普通框架樑和柱的節點為剛接,框架柱和基礎為固接。

2) 牆體一般不承重,只起分隔和維護作用

2. 框架結構的型別

1) 現澆整體式框架

優點:結構整體性好,剛度大,抗震性好,平面布置靈活,構件尺寸不受標準構件的限制,較其他形式的框架節省鋼材。

缺點:需耗用大量的模板,現場工程量大,工期長,北方冬季施工要求防凍等。

應用:使用要求較高,功能複雜,對抗震效能要求高的多、高層框架結構房屋。

2) 裝配式框架

優點:節約模板,縮短工期,可以做到構件的標準化和定型化,加快施工進度和提高工業化程度,可以大量採用預應力混凝土構件。

缺點:預埋件多,總用鋼量大,框架整體性較差,不利於抗震。

3) 裝配整體式框架

將預製梁、柱和板在現場安裝就位後,再在構件連線處區域性現澆混凝土,使之形成整體。

優點:節約模板,縮短工期,節省了預埋件,較少了用鋼量,保證節點的剛度,結構整體性較好。

缺點:增加了混凝土的二次澆注工作量,且施工較為複雜。

9.2.2框架結構的布置

1.結構布置原則

1) 房屋的開間、進深盡可能統一,

2) 房屋平面力求簡單、規則、對稱及較少偏心,以使受力更合理。

3) 房屋的豎向布置應使結構剛度沿高度分布比較均勻,避免結構剛度突變。

4) 寬高比不宜過大

5) 根據具體情況設定變形縫。

2.柱網的布置

1) 柱網布置應滿足生產工藝的要求

2) 柱網布置應滿足建築平面布置的要求

3) 柱網布置要使結構受力合理

4) 柱網布置應便於施工

3. 承重框架的布置

框架結構是由若干平面框架通過連繫梁而形成空間結構體系,可將空間結構體系分解成縱、橫兩個方向的平面框架,樓蓋的荷載可傳遞到縱橫兩個方向的框架上。

1) 橫向框架承重方案

2) 縱向框架承重方案

3) 縱橫向框架混合承重方案

9.2.3框架結構的受力特點

1.框架結構的計算簡圖

在工程設計中,為了簡化計算,常忽略結構的空間聯絡,將縱橫框架分別按平面框架分析計算,平面框架承受水平荷載,豎向荷載需按樓該結構的布置方案確定。

對於現澆整體式框架,將各節點視為剛接節點,基礎頂面處為固定支座。

9.2.4框架結構的構造要求

1.框架梁、柱的截面形狀及尺寸

1)框架梁

2)框架柱:矩形、正方形截面。

9.3剪力牆結構

9.3.1剪力牆結構的布置

剪力牆既可承受水平荷載,又可承受豎向荷載,以承受水平荷載為主的結構。剪力牆宜沿結構的主軸方向雙向或多向布置,宜使兩個方向的剛度接近,牆肢截面宜簡單、規則、沿建築物高度貫通對齊,上下不錯層,不中斷。剪力牆的門窗洞口宜上下對齊,成列布置;

9.3.2剪力牆結構的受力特點

1. 整截面剪力牆

不開洞,僅有小洞,洞口面積小於整牆面積的15%,且孔洞間距及洞口至牆邊距離均大於洞口長

邊尺寸時,稱為整截面剪力牆。

整截面剪力牆沿水平截面內的正應力呈線性分布,牆底部軸力最大,剪力牆的變形以彎曲變形為主,其特點是在結構上部層間側移較大,越到底部層間側移越小。

2. 整體小開口剪力牆及聯肢剪力牆

3. 壁式剪力牆

當剪力牆有多列洞口,且洞口尺寸很大時,由於連梁的線剛度接近於牆肢的線剛度,整個剪力牆的受力效能接近於框架,稱為壁式剪力牆。

4. 剪力牆結構構件的受力特點

1) 牆肢

牆肢處於受壓、受彎、受剪狀態,在牆肢中,其彎矩和剪力在牆底部達到最大。其截面配筋計算與偏心受壓柱或偏心受拉柱類似,但也有不同之處。

2) 連梁

剪力牆中的連梁承受彎矩、剪力、軸力的共同作用,屬於受彎構件。沿房屋高度方向內力最大的

連梁並不在底層,應選擇內力最大的連梁進行配筋計算。

9.3.3剪力牆結構的構造要求

1.材料強度

混凝土強度不低於c20,牆中分布鋼筋和箍筋採用hpb235級鋼筋,縱向鋼筋採用hrb335級鋼筋hrb400級鋼筋。

2. 剪力牆的最小厚度

截面的最小厚度≥140mm,且不應小於樓層高度的1/25。

3. 牆肢配筋構造

1) 牆肢端部縱向鋼筋

2) 牆身分布鋼筋

3) 連梁的配筋構造

4) 剪力牆洞口的補強措施

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