《建筑结构基础与识图》ppt课件.ppt
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1、第6章 多层及高层钢筋混凝土房屋结构,了解多层及高层建筑的结构体系及应用范围,学习目标,1,2,3,第一节 多层及高层结构体系,一、框架体系,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,如图6-1所示。,框架结构体系的特点是将承重结构和围护、分隔构件完全分开,墙只起围护、分隔作用。框架结构建筑平面布置灵活,空间划分方便,易于满足生产工艺和使用要求,构件更标准化,具有较高的承载力和较好的整体性。因此,框架结构广泛应用于多层工业厂房及多、高层办公楼、医院、旅馆、教学楼、住宅等。框架结构在水平荷载作用下表现出抗侧移刚度小、水平位移大的特点,属于柔性结构,故随着房屋层数的增加,水平荷
2、载会逐渐增大,框架结构就会因侧移过大而不能满足要求,或形成宽梁宽柱而不经济。,图6-1 框架结构,第一节 多层及高层结构体系,二、剪力墙结构体系,利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构称为剪力墙结构体系,如图6-2所示。剪力墙实际就是固结在基础上的钢筋混凝土墙片,既承担竖向荷载,又承担水平荷载产生的剪力,故称作剪力墙。一般情况下,剪力墙结构楼盖内不设梁,楼板直接支承在墙上,墙体既是承重构件,又起围护、分隔作用。,图6-2 剪力墙结构体系,钢筋混凝土剪力墙结构横墙多,侧向刚度大,整体性好,对承受水平力有利。无凸出墙面的梁柱,整齐美观,特别适合居住建筑,并可使用大模板、隧道模、桌模、滑升模板
3、等先进施工方法,利于缩短工期,节省人力。但剪力墙结构体系的房间划分受到较大限制,因而一般用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑,适用高度为1550层。,第一节 多层及高层结构体系,三、框架-剪力墙结构体系,为了弥补框架结构随房屋层数增加,水平荷载迅速增大而抗侧移刚度不足的缺点,可在框架结构中增设钢筋混凝土剪力墙,形成框架和剪力墙结合在一起共同承受竖向和水平力的体系框架-剪力墙结构体系,如图6-3所示。剪力墙可以是单片墙体,也可以是电梯井、楼梯井、管道井组成的封闭式井筒。,图6-3 框架-剪力墙体系,框架-剪力墙体系的侧向刚度比框架结构大,大部分水平力由剪力墙承担,而竖向荷载主要由框架承受,因而用于
4、高层房屋比框架结构更为经济合理。同时由于它只在部分位置上有剪力墙,保持了框架结构易于分隔空间、立面易于变化等优点,此外,这种体系的抗震性能也较好。所以,框架-剪力结构体系在多层及高层办公楼、旅馆等建筑中得到了广泛应用。框架-剪力墙体系的适用高度为1525层,一般不应超过30层。,第一节 多层及高层结构体系,四、筒体结构体系,以筒体为主要的承受竖向和水平作用的结构称为筒体结构体系。它是在剪力墙结构体系和框架-剪力墙结构体系基础上发展而形成的,筒体是由若干片剪力墙或密柱框架围合而成的封闭井筒式结构(或框筒)。根据开孔的多少,筒体有实腹筒和空腹筒之分,如图6-4所示。根据所受水平力及房屋高度的不同,
5、筒体体系可以布置成框架-核心筒结构、筒中筒结构和成束筒结构等形式,如图6-5所示。,(a)实腹筒(b)空腹筒图6-4 筒体,(a)框架核心筒(b)筒中筒(c)成束筒图6-5 筒体结构的分类,第二节 框架结构,一、框架结构的形式,(1)全现浇式框架,全现浇式框架的全部构件都在现场浇筑而成。它的优点是结构整体性及抗震性好,平面布置比较灵活,预埋件少,节省钢材等。缺点是需耗用大量模板,现场湿作业多,工期长,在北方寒冷地区冬季施工很困难。对功能复杂,使用要求高,抗震性要求较高的多、高层框架,应采用全现浇框架。,半现浇式框架是将房屋结构中的梁、板和柱部分现浇,部分预制装配而形成的结构形式。常见的做法有两
6、种:一种是梁、柱现浇,板预制;另一种是柱现浇,梁、板预制。它的优点是施工简单,整体性较全装配式好,由于楼板预制,又比全现浇式节约模板,省去了现场支模的麻烦。半现浇框架是目前采用较多的框架形式之一。,装配整体式框架是将板、梁、柱全部预制,在现场安装就位后在,再在构件连接处局部现浇混凝土使之形成整体。它兼有现浇整体式和装配式框架的一些优点,节约模板和缩短工期,节省了预埋铁件,节点用钢量减少,保证了节点的刚度,结构整体性较好。缺点是增加了现场浇筑混凝土的工作量,施工相对复杂。,(2)半现浇框架,(3)装配式框架,(4)装配整体式框架,框架结构的类型,装配式框架是将板、梁、柱全部预制,然后在施工现场进
7、行安装就位,对预埋件焊接而成的框架形式。它的优点是节约模板、施工进度快,可以做到构件的标准化和定型化,构件质量有保证。缺点是预埋件多,总用钢量大,框架整体性差,施工时须要大型运输及吊装运输及吊装机械,在地震区不应采用。,第二节 框架结构,一、框架结构的形式,2框架结构布置,在框架结构体系中,主要承受楼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总纵、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。承重框架的布置方案以下三种:,(1)横向布置方案,主要承重框架由横向主梁(框架梁)与柱构成,楼板沿
8、纵向布置,支承在主梁上,而纵向连系梁则将横向框架连成一空间结构体系。采用这种布置方案有利于增大房屋的横向刚度以抵抗横向的水平作用,由于纵梁尺寸小利于房间的采光和通风。其缺点是主梁尺寸较大使房屋的净高受限。,(2)竖向布置方案,主要承重框架由纵向主梁(框架梁)与柱构成,楼板沿横向布置,支承在纵向主梁上,而横向连系梁则将纵向框架连成一空间结构体系。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,其缺点是横向刚度较差,故只适用于层数较少的房屋。,(3)纵横向混合布置方案,沿房屋纵、横两个方向都布置有承重框架。采用这个方案时,使纵、横两个方向都获得较大的刚度,柱网尺寸为正方形或接近正方形
9、,具有较好的整体工作性能,目前地震区的多层框架房屋及要求双向承重的工业厂房常采用该方案。,第二节 框架结构,二、框架结构的受力特点,1框架结构承受的荷载,框架结构承受的荷载包括竖向荷载、水平荷载和地震作用。竖向荷载包括结构自重及楼(屋)面活荷载,一般为分布荷载,有时有集中荷载;水平荷载为风荷载,沿建筑物高度按均匀分布荷载考虑,并将其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,在要求抗震设防烈度6度以上时需考虑。对一般房屋结构而言,只需考虑水平地震作用,而在要求抗震设防烈度8度以上的大跨结构、高耸结构中才考虑竖向地震作用。,第二节 框架结构,二、框架结构的受力特点,2框架结
10、构的计算简图,框架结构是由横向框架和纵向框架组成的一个空间结构体系。设计中为简化起见,常忽略结构的空间联系,将纵向、横向框架分别按平面框架进行分析和计算,如图6-7(a)所示,他们分别承受纵向和横向水平荷载,分别承受阴影范围内的水平荷载,如图6-7(b)所示。框架结构的计算简图是通过梁、柱轴线来确定的。其中梁、柱等各杆件均用轴线表示,杆件之间的连接用节点表示,杆件长度用节点间的距离表示。除装配式框架外,一般可将梁、柱节点看成刚性节点,认为柱固结于基础顶面,所以框架结构多为高次超静定结构,如图6-7(c),(d)所示。,(a)纵向和横向框架(b)框架计算单元;,(c)横向框架(d)纵向框架图6-
11、7 框架结构计算简图,第二节 框架结构,二、框架结构的受力特点,3框架结构在荷载作用下的内力,图6-8(a)所示为多层框架在竖向均布荷载作用下的计算简图。通过力学计算,得出的框架在竖向荷载作用下的内力图,如图6-8(b),(c),(d)所示。图6-8(b)为框架在竖向荷载作用下的弯矩图。,(a)计算简图(b)弯矩图(c)剪力图(d)轴力图图6-8 竖向荷载作用下的内力图,(1)竖向荷载作用下的内力,第二节 框架结构,二、框架结构的受力特点,3框架结构在荷载作用下的内力,图6-9(a)所示为多层框架在水平集中力作用下的计算简图。通过力学计算,得出框架在水平荷载作用下的内力图,如图6-9(b),(
12、c),(d)所示。图6-9(b)为框架在水平荷载作用下的的弯矩图。,(a)计算简图(b)弯矩图(c)剪力图(d)轴力图图6-9 水平荷载作用下的内力图,(2)水平荷载作用下的内力,第二节 框架结构,二、框架结构的受力特点,3框架结构在荷载作用下的内力,框架结构同时承受竖向荷载和水平荷载作用。为保证框架结构的安全可靠,需根据框架的内力进行框架梁、柱的配筋计算以及加强节点的连接构造。控制截面就是杆件中需要按其内力进行设计计的截面,内力组合的目的就是为了求出各构件在控制截面处对截面配筋起控制作用的最不利内力,以作为梁、柱配筋的依据。对于某一控制截面,最不利合力组合可能有多种。,(3)控制截面及内力组
13、合,框架梁。梁的内力主要是弯矩M和剪力V。,框架柱。框架柱的内力主要是弯矩M和轴力N。,1,2,第二节 框架结构,三、现浇框架抗震构造要求,1框架抗震设计一般概念,震害调查表明,钢筋混凝土框架的震害主要发生在梁端、柱端和梁柱节点处。一般来说,柱的震害重于梁,柱顶的震害重于柱底,角柱的震害重于内柱,短柱的震害重于一般柱。框架梁由于梁端处的弯矩、剪力均较大,并且使反复受力,故破坏常发生在梁端。梁端可能会由于纵筋配筋不足、钢筋端部锚固不好、箍筋配置不足等原因而引起破坏。框架柱由于柱两端弯矩大,破坏一般发生在柱的两端,多发生于柱顶。柱端破坏可能会由于柱内纵筋不足、箍筋稀少,对混凝土的约束差而引起破坏。
14、角柱由于双向手弯、受剪,加上扭转作用,故震害比中柱和边柱严重。柱高小于4倍柱截面高度的短柱,由于刚度大,吸收地震力大,易发生剪切破坏。嵌固于框架中的砌体填充墙由于受剪承载力低、与框架缺乏有效的连接,易发生墙面斜裂缝,并沿柱周边开裂。填充墙震害呈现“下重上轻”的现象。,(1)震害及其分析,第二节 框架结构,三、现浇框架抗震构造要求,1框架抗震设计一般概念,为了体现在不同烈度下不同结构类型的钢筋混凝土房屋有不同的抗震要求,抗震规范根据房屋烈度、结构类型和房屋高度,将框架结构划分为四个抗震等级,其中一级抗震要求最高。钢筋混凝土框架结构的抗震等级划分如表6-1所示。,(2)抗震等级,表6-1 框架结构
15、的抗震等级,第二节 框架结构,三、现浇框架抗震构造要求,2框架结构抗震构造措施,(1)一般构造要求,混凝土的强度等级。抗震等级为一级的框架梁、柱和节点核心区,混凝土强度等级不应低于 C30,其他各类构件混凝土强度等级不应低于C20。钢筋种类。框架梁、柱中的受力钢筋应选用HRB400级,也可采用HRB335级钢筋,箍筋应 选用性能指标不低于HRB335级的热轧钢筋。钢筋锚固。纵向受力钢筋最小抗震锚固长度laE的取用:一、二级抗震等级 laE=1.15la 三级抗震等级 laE=1.05la 四级抗震等级 laE=1.0la式中 la 纵向受拉钢筋的锚固长度,按规范要求取用。钢筋的接头。柱纵向受力
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