钢筋混凝土多层与高层结构.ppt
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第五章钢筋混凝土多层与高层结构第一节多层与高层结构体系10层及层及10层以上或高度大于层以上或高度大于28m的房屋称为的房屋称为高层建高层建筑筑,29层且高度不大于层且高度不大于28m的为的为多层建筑多层建筑。
高层建筑是随着社会生产力、人们生活的需要高层建筑是随着社会生产力、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。
发展起来的,是商品化、工业化、城市化的结果。
但是当建筑物高度增加时,水平力(风荷载及地震但是当建筑物高度增加时,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。
将明显加大外,结构侧向位移增加更快。
多层及高层钢筋混凝土房屋的常用结构体系可分为多层及高层钢筋混凝土房屋的常用结构体系可分为四种类型:
四种类型:
框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构构和筒体结构,各有不同的适用高度和优缺点。
,各有不同的适用高度和优缺点。
一、框架结构体系当采用梁、柱组成的框架体系作为建筑竖向承重结构,并同时承受水平荷载时,称其为框架结构体系。
其中,连系平面框架以组成空间体系结构的梁称为连系梁,框架结构中承受主要荷载的梁称之为框架梁。
框架结构的优点是建筑平面布置灵活,可做成需要较大空间的会议室、餐厅、办公室及工业车间、实验室等,加隔墙后,也可做成小房间。
框架结构构件框架柱网布置举例通常,框架结构的梁、柱断面尺寸都不能太大,否则影响使用面积。
如果在地震区建造较高的框架结构,必须选择既减轻重量,又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。
框架结构的适用层数为615层,非地震区也可建到1520层。
柱截面为L形、T形、Z形或十字形的框架结构称为异型柱框架,其柱截面厚度一般为180300mm,目前一般用于非抗震设计或按6、7度抗震设计的12层以下的建筑中。
二、剪力墙结构体系将房屋的内、外墙都做成实体的钢筋混凝土结构,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38m,因而剪力墙结构适用于具有小房间的住宅、旅馆等建筑,此时可省去大量砌筑填充墙的工序及材料,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。
剪力墙结构的平面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。
剪力墙的抗震性能也较好。
剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的,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。
三、框架剪力墙结构体系架结构侧向刚度差,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,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。
北京饭店平面布置在这种体系中,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。
同时,通过框架和剪力墙协同工作,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。
从框架本身看,上下各层柱的受力也比纯框架柱的受力均匀,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1525层,一般不宜超过30层。
四、筒体结构体系由筒体为主组成的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。
筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构,其受力与一个固定于基础上的筒形悬臂构件相似。
根据开孔的多少,筒体有空腹筒和实腹筒之分。
空腹筒一般由电梯井、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0.61.22m。
筒体示意(a)实腹筒;(b)空腹筒由核心筒、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,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。
筒体体系类别第二节框架结构一、框架结构的形式
(一)框架结构类型按施工方法不同,有现浇整体式框架、装配式现浇整体式框架、装配式框架和装配整体式框架框架和装配整体式框架等。
1.现浇整体式框架全现浇框架的全部构件均为现浇钢筋混凝土构件。
其优点是,整体性及抗震性能好,预埋铁件少,较其他形式的框架节省钢材等。
缺点是模板消耗量大,现场湿作业多,施工周期长,在寒冷地区冬季施工困难等。
对使用要求较高、功能复杂或处于地震高烈度区域的框架房屋,宜采用全现浇框架。
2.装配式框架装配式框架系指梁、板、柱全部预制,然后在现场通过焊接拼装连接成整体的框架结构。
装配式框架的构件可采用先进的生产工艺在工厂进行大批量生产,在现场以先进的组织处理方式进行机械化装配,因而构件质量容易保证,并可节约大量模板,改善施工条件,加快施工进度,但结构整体性差,节点预埋件多,总用钢量较全现浇框架多,施工需要大型运输和拼装机械,在地震区不宜采用。
3.装配整体式框架装配整体式框架是将预制梁、柱和板在现场安装就位后,焊接或绑扎节点区钢筋,在构件连接处现浇混凝土使之成为整体框架结构。
与全装配式框架相比,装配整体式框架保证了节点的刚性,提高了框架的整体性,省去了大部分预埋铁件,节点用钢量减少,但增加了现场浇筑混凝土量。
装配整体式框架是常用的框架形式之一。
(二)框架结构布置u按照承重方案的不同划分为按照承重方案的不同划分为:
横向框架承重、纵向框架承横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架双向承重。
重和纵横向框架双向承重。
u横向框架承重,纵向布置连横向框架承重,纵向布置连系梁。
房屋的横向刚度大,横系梁。
房屋的横向刚度大,横向抗侧移刚度大。
有利采光和向抗侧移刚度大。
有利采光和通风。
通风。
横向框架承重横向框架承重u在实际工程中应用较多。
在实际工程中应用较多。
纵向框架承重纵向框架承重u应用较少。
采用集中通风应用较少。
采用集中通风系统的厂房常采用这种方案。
系统的厂房常采用这种方案。
u纵向框架承重,横向布置连纵向框架承重,横向布置连系梁。
房屋的横向刚度小,横系梁。
房屋的横向刚度小,横向抗侧移刚度小。
房间布置灵向抗侧移刚度小。
房间布置灵活,有利采光和通风。
有利获活,有利采光和通风。
有利获得较高净空。
得较高净空。
u纵横向框架承重,可使两个纵横向框架承重,可使两个方向都获得较大的刚度。
方向都获得较大的刚度。
纵横向框架承重纵横向框架承重u柱网尺寸为正方形或接近正柱网尺寸为正方形或接近正方形、地震区的多层框架房屋,方形、地震区的多层框架房屋,以及由于工艺要求需双向承重以及由于工艺要求需双向承重的厂房常采用这种布置方案。
的厂房常采用这种布置方案。
二、框架结构的受力特点
(一)框架结构的荷载竖向荷载恒荷载:
结构构件和非结构构件的自重楼面活荷载:
按荷载规范选用屋面荷载;均布活载、雪荷载、积灰荷载、施工检修荷载水平荷载风荷载:
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u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。
(二)框架结构的计算简图在一般的工程设计中,通常可简化为平面框架进行内力分析和侧移计算。
即在整个框架中选取若干榀具有代表性的框架进行计算,计算单元宽度取相邻开间各一半。
横向平面框架纵向平面框架杆件杆件用轴线表示节点节点刚接节点层高层高底层柱:
基础顶面到一层梁顶其它层柱:
各层梁顶之间距离跨度跨度柱轴线间距(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力竖向荷载作用下的内力内力近似计算方法分层法分层法弯矩二次分配法计算简图分层法计算假定:
框架无侧移;每层横梁上荷载对其它层横梁无影响。
计算思路:
可将一个多层框架分解为多个单层开口框架,使每一框架节点数量大幅度减少,有效地减少了计算工作量。
内力近似计算方法分层法分层法弯矩二次分配法竖向荷载作用下的内力计算简图(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力(三)框架在荷载作用下的内力竖载下内力特点M图N图V图竖载下内力特点M图框架梁:
呈抛物线形分布,跨中截面+Mmax,支座截面-Mmax框架柱:
呈线性分布,柱上下端M最大V图框架梁:
呈线性变化,端部支座截面Vmax框架柱:
沿层高呈均匀分布N图框架柱:
截面产生轴向压力,“”表示受压内力近似计算方法水平荷载作用下的内力计算简图反弯点法反弯点法D值法反弯点法适用范围:
梁柱刚度之比值ib/ic3反弯点法计算假定:
框架横梁刚度无穷大无变形;各层柱上下端节点转角相同:
各柱反弯点位于柱中点,底层柱位于距柱底2/3层高处。
D值法内力近似计算方法水平荷载作用下的内力反弯点法反弯点法D值法适用范围:
梁柱刚度之比值ib/ic3反弯点法计算误差:
假定ib/ic:
横梁无变形,节点无转角;假定各层柱上下端节点转角相同,反弯点位于柱中点。
D值法修正反弯点法修正:
柱的侧移刚度修正:
调整反弯点高度水平荷载下内力特点M图V图N图+水平荷载下内力特点M图框架梁柱:
均呈线性分布,梁、柱支座截面分别产生MmaxV图框架梁:
各跨内呈均匀分布框架柱:
沿各层高内呈均匀分布N图框架柱:
截面产生轴向力,部分柱内受拉,部分柱内受压。
“”为压,“+”为拉控制截面及内力组合控制截面结构构件中需要按其内力进行配筋计算的截面。
内力组合寻求结构构件的最不利内力,作为配筋依据。
框架梁端部支座截面+Mmax:
确定梁端底部纵筋-Mmax:
确定梁端顶部纵筋Vmax:
确定箍筋及弯起钢筋+Mmax:
确定梁下部纵筋-Mmax:
确定跨中可能的顶部纵筋跨中截面控制截面及内力组合框架梁跨中纵筋跨中纵筋支座负筋跨中可能负筋支座箍筋控制截面及内力组合框架柱端部截面Mmax及相应的N、VNmin及相应的M、VNmax及相应的M、V可能大偏压可能小偏压控制截面及内力组合框架柱端部截面柱上端纵筋柱下端纵筋箍筋框架梁、柱应分别满足一般梁、柱的有关构造要求。
框架梁跨中上部钢筋212与支座负弯矩钢筋搭接,ll150mm;梁支座负筋伸出柱边长度ln/4,箍筋沿全长均匀设置。
框架柱宜采用对称配筋,dmin12mm,max5%,min0.4%。
三、现浇框架构造要求(非抗震设防要求)1、一般构造要求砼强度等级:
不应低于C20大荷载砼柱强度宜高钢筋级别纵筋:
HRB400或HRB335箍筋:
HRB335或HPB235节点区砼:
柱砼等级纵筋的接头纵筋的接头1、一般构造要求连接方式:
绑扎搭接连接、机械连接或焊接连接接头位置:
受力较小区域,相邻纵筋接头应相互错开接头面积百分率绑扎搭接和机械连接:
不宜大于50%焊接连接:
不应大于50%。
接头间隔机械连接、焊接连接:
35d,焊接500mm绑扎搭接:
600mm,搭接长度ll1.2la当纵筋d28mm时,不宜采用绑扎搭接接头。
框架柱纵筋绑扎连接构造2、节点构造梁下部纵筋伸入中间节点锚固:
计算不利用其强度不利用其强度时:
伸入节点las12d。
计算充分利用抗拉强度充分利用抗拉强度时,锚固在节点内锚固在节点内:
直线锚固:
la;弯折锚固:
水平段0.4la,竖直段上弯15d;节点外搭接:
节点外M较小处设接头llla。
充分利用抗压强度充分利用抗压强度时,节点直线锚固:
0.7la。
中间中间层层中间中间节点节点梁上部纵筋应贯穿中间节点截断位置根据梁端负弯矩确定。
柱纵筋应贯穿中间节点。
柱纵筋应贯穿中间节点中间中间层层中间中间节点节点当上、下柱筋直径或根数不同时,连接构造如图中间中间层层端节端节点点梁上部纵筋在端节点锚固:
直线锚固:
la,且伸过柱中心线5d。
弯折锚固:
伸至节点对边并向下弯折,弯前水平段0.4la,弯后垂直段长度15d。
梁下部纵筋:
锚固要求同中间
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