多层及高层钢筋混凝土房屋结构课件.ppt
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1、模块8 多层及高层钢筋混凝土房屋结构,知识目标 了解多层及高层建筑的定义、分类及各类结构体系的特点;了解剪力墙结构、框架剪力墙结构体系的特点、适用范围及结构布置原则;掌握框架结构体系的组成、分类及结构布置结构布置;掌握框架结构的设计计算方法;技能目标 初步具有对多层及高层建筑结构合理选型的能力;具有合理进行框架结构布置的能力及能按照框架结构的构造要求正确指导施工;具有识读框架结构平法施工图的能力。,8.1 概述,1、多高层的划分,划分依据,消防车供水能力设置电梯标准,划分界限,多层:29层,且28m的建筑物高层:10层,或 28m的建筑物,2、高层建筑结构特点,占地面积小、获得建筑面积多:对城
2、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。可提供更多空闲场地:可用作绿化,提供充足的日照、采光和通风效果。结构设计中水平荷载起控制作用(风荷载和地震作用)侧向位移须限制:层间位移过大,将导致承重构件或非承重构件损坏;工程造价较高:竖向交通和防火要求导致。,3、多高层结构常用结构体系,常用结构体系,组成:纵、横梁和立柱组成,特点:平面布局灵活,易于设置大房间的需要,承受竖向荷载很合理。框架的抗侧刚度小,抵抗水平荷载能力较差。,应用:非地震区:1520层 地震区:10层以下,框架结构,组成:由钢筋混凝土的墙体,组成房屋的结构体系。,特点:钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载,有很
3、大的抗侧刚度。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。,应用:15-50层,用于高层住宅、旅馆、写字楼等。,剪力墙结构,组成:由若干框架和局部剪力墙组成。,特点:竖向荷载主要由框架承担,水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。,应用:15-30层的办公楼、公寓、旅馆等。,北京东华金座,位于北京市宣武区,总建筑面积约10万平方米,建筑高度73.84米,地上20层、地下3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12层为商场、餐厅,裙房3层为会所。4层以上主体建筑分为三部分:18层的北楼为住宅,20层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙
4、结构。,框架-剪力墙结构(框剪结构),筒体结构,组成:由钢筋混凝土墙或框架柱(框筒)组成。,特点:将剪力墙集中到房屋内部或外围,形成空间封闭筒体,使结构既有极大的抗侧刚度,同时又能获得较大的空间。,应用:一般用于45层左右甚至更高的建筑。,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,常用几种筒体结构:,筒中筒结构,框架核心筒结构,4、多高层建筑设计一般原则,结构布置原则,平面布置,简单、规则、对称、减少偏
5、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、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,表9.2,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,5、多高层建筑结构的荷载分类及其特点,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,地震作用与荷载的区别在
6、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。,荷载特点,随高度H增加,水平荷载产生的效应快速增加,水平荷载将成为控制结构设计的主要因素。,竖向荷载下:结构中仅轴力N随H呈线性关系,M、V并不增加;水平荷载下:M、V均随H增加而呈快速增长,侧移也增加更快。,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:水平荷载起控制作用.,8.2 框架结构,1、框架结构的组成和分类,组成,梁,基础,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
7、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,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、框架结构的布置,结构布置原则,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,伸缩缝 沉降缝 防震缝,伸缩缝 装配式 室内75m 露天50m 整体式 装配整体式 室内
8、55m 露天35m,变形缝对构造、施工、结构整体性等不利,基础防水不易处理,实际采用可靠的构造措施和施工措施(如设置后 浇带)减少或 避免设缝,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,承 重 框架 布 置,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 度差。,纵横向混合承重:纵横向梁截面均较大(刚度大),
9、整体性能好,采用较多。,3、框架结构受力特点,框架结构(空间体系),计算简图,杆件用轴线表示节点刚接节点层高底层柱:基础顶面到一层梁顶其它层柱:各层梁顶之间距离跨度柱轴线间距,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,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。,竖载下内力特点,框架在荷载作用下的内力,框架在荷载作用下的内力,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,D值法,反弯点法适用范围:梁柱刚度
10、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,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,框架在荷载作用下的内力,水平荷载下内力特点,框架在荷载作用下的内力,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,跨中截面,框架在荷载作用
11、下的内力,控制截面及内力组合,框架柱,端部截面,可能小偏压,框架结构的侧移,特点:愈往上层间侧移愈小,原因:梁、柱弯曲变形引起,特点:愈往上层间侧移愈大,原因:柱轴向变形不一致引起,总体剪切变形,总体弯曲变形,随着H/B的增大,弯曲变形所占比例增大,总体呈现剪切变形。,层间侧移控制,控制原因,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%。,四、非抗震设计现浇框架的构造要求,1、一般构造要求,纵筋的接头,1、一般构造
12、要求,1、一般构造要求,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:计算不利用其强度时:伸入节点las12d。计算充分利用抗拉强度时,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 ll la。充分利用抗压强度时,节点直线锚固:0.7la。,中间层中间节点,柱纵筋应贯穿中间节点。,2、节点构造,柱纵筋应贯穿中间节点,中间层中间节点,当上、下柱筋直径或根数不同时,连接构造如图,2、节点构造,2、节点构造,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0.4
13、 la,弯后垂直段长度15d。,梁下部纵筋:锚固要求同中间层中间节点。,柱纵筋同中间层中间节点。,2、节点构造,直线锚固:la,且必须伸至柱顶;,柱内纵筋应伸入顶层中间节点并在梁中锚固。,弯折锚固1:柱筋伸至柱顶向节点内弯折,弯折前垂直段长度0.5 la,弯折后水平段长度12d;,框架梁纵筋同中间层中间节点,弯折锚固2:当顶层有现浇板h80mm且C20时,可向外弯入框架梁和现浇板内,弯折后水平段长度12d。,2、节点构造,顶层端节点,柱内侧纵筋伸入节点锚固-同顶层中间节点。,梁下部纵筋伸入节点锚固-同中间层中间节点。,柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接连接。,柱外侧纵筋与梁上部纵筋在节点内搭接
14、连接。,伸入梁内柱筋截面积柱外侧纵筋的65%。当外侧柱筋1.2时,伸入梁内柱筋宜分两批截断,断点距离20d。,当梁上部纵筋1.2时,弯入柱外侧的梁上部纵筋宜分两批截断,断点距离20d。,2、节点构造,节点箍筋设置,作用:约束柱筋和节点核芯区混凝土。,构造:同柱中,但间距200mm。,中间节点(四边均有梁)可只设沿周边矩形箍筋,即不设复合箍筋。顶层端节点采用柱顶外侧直线搭接时 应符合纵筋ll内箍筋的构造要求。,3、填充墙构造要求,采用砌体填充墙,必须与框架牢固连接,五、现浇框架抗震构造措施,1、结构抗震等级,划分依据:设防烈度、结构类型和房屋高度。,划分等级:一、二、三、四级,其中一级抗震要求最
15、高。,6度:H 30 m 四级,H 30 m 三级7度:H 30 m 三级,H 30 m 二级8度:H 30 m 二级,H 30 m 一级9度:H 25 m 一级,划分界限,混凝土结构抗震等级表,2、一般构造要求,一级框架梁、柱和节点核芯区C30,其他各类构件C20;9度时C60,8度时C70。,纵筋宜用HRB400级、HRB335级钢筋;箍筋宜用HRB335、HRB400和HPB235级钢筋。,混凝土强度等级,钢筋种类,要求:一、二级抗震等级框架,其纵筋抗拉强度实测值与屈服强度实测值比值1.25,屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值1.3。,注意:施工中,不宜采用较高强度等级钢筋代替原设计中
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