《建筑(jiànzhù)結構》精品資料第五章鋼筋(gāngjīn)混凝土多層與高層結構第一節多層與高層(ɡāocénɡ)結構體系第二節

框架結構

第三節

剪力墻結構第四節

框架剪力墻結構

精品資料本章介紹鋼筋混凝土多層及高層房屋的結構體系，以及(yǐjí)框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構的受力特點、計算方法及構造要求。通過學習，了解鋼筋混凝土多層及高層房屋的常用結構體系的特點及適用高度。本章(běnzhānɡ)提要精品資料高層與多層的界限：《高層建筑(jiànzhù)混凝土結構技術規程》JGJ-2002（以下簡稱《高規》）將10層及10層以上或高度大于28m的建筑(jiànzhù)物稱為高層建筑(jiànzhù)，2~9層且高度不大于28m為多層建筑(jiànzhù)。高層建筑(jiànzhù)是隨著社會生產力、人們生活的需要發展起來的，是商品化、工業化、城市化的結果。但是當建筑(jiànzhù)物高度增加時，水平力（風荷載及地震作用）對結構起的作用將愈來愈大。除了結構內力將明顯加大外，結構側向位移增加更快。高層建筑(jiànzhù)中，結構要使用更多的材料來抵抗水平力，抗側力成為高層建筑(jiànzhù)結構設計的主要問題。特別是在地震區，地震作用對高層建筑(jiànzhù)的威脅也比低層建筑(jiànzhù)要大，抗震設計應受到加倍重視。精品資料下圖是結構(jiégòu)內力（N，M）、位移（Δ）與高度的關系，彎矩和位移都隨高度呈指數曲線上升。結構內力(nèilì)、位移與高度的關系精品資料精品資料目前，多層與高層建筑常用的結構體系(tǐxì)可分為四種類型：框架體系(tǐxì)、剪力墻體系(tǐxì)、框架—剪力墻體系(tǐxì)和筒體體系(tǐxì)，各有不同的適用高度和優缺點。

第一節多層與高層結構(jiégòu)體系精品資料主要由梁和柱為主要構件組成的承受豎向和水平作用的結構稱為框架結構，具體樓板、梁、柱及基礎等承重構件通過結點連接組成，一般由框架梁、柱與基礎形成(xíngchéng)多個平面框架作為主要的承重結構，各平面框架再由聯系梁聯系起來，形成(xíngchéng)一個空間結構體系。一、框架結構體系(tǐxì)精品資料優點：建筑平面布置靈活、易于設置較大房間、使用方便構件類型(lèixíng)少，易于標準化、定型化；可以采用預制構件，也易于采用定型模板而做成現澆結構，有時還可采用現澆柱及預制梁板的半現澆半預制結構。現澆結構的整體性好，抗震性能好，在地震區應優先采用。缺點：抗側剛度低，２０層以下建筑適用范圍：辦公樓、餐廳、車間、營業室、教室和實驗室等框架結構體系(tǐxì)的優缺點及適用范圍框架結構體系的特點將承重結構和圍護、分隔構件分開，墻只起到圍護及分隔作用。精品資料二、剪力墻結構(jiégòu)體系通俗講將房屋的內、外墻都做成實體的鋼筋混凝土結構，將建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側力的結構，這種體系為剪力墻結構體系。剪力墻的間距受到樓板跨度的限制，一般為3～8m，因而剪力墻結構適用于具有小房間的住宅、旅館等開間較小的建筑，此時可省去大量砌筑填充(tiánchōng)墻的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先進的施工方法，施工速度很快。一般情況下，剪力墻結構樓蓋內不設梁，采用現澆樓板直接支承在鋼筋混凝土墻上，墻體既承擔豎向荷載，又承擔水平荷載產生的剪力，同時兼起圍護分隔作用；當建筑底部需要較大空間時，可將底層或者底部幾層部分剪力墻取消，用框架來代替，就形成了框支剪力墻。精品資料精品資料現澆鋼筋混凝土剪力墻結構的整體性好，剛度大，在水平力作用下側向變形很小。墻體截面積大，承載力要求也比較容易滿足。抗震性能也較好。剪力墻結構的缺點和局限性也是很明顯(míngxiǎn)的，主要是剪力墻間距太小，平面布置不靈活，結構自重較大。為了減輕自重和充分利用剪力墻的承載力和剛度，剪力墻的間距要盡可能做大些，一般6m左右為宜。剪力墻體系的適用高度為15-50層，常用于住宅、旅館等開間較小的高層建筑。精品資料

框架結構側向剛度差，抵抗水平荷載能力較低，地震作用下變形大，但它具有平面靈活、有較大空間、立面處理易于變化等優點。而剪力墻結構則相反，抗側力剛度、強度大，但限制了使用空間。把兩者結合起來(qǐlái)，取長補短，在框架中設置一些剪力墻，就成了框架－剪力墻(簡稱框－剪)體系。該體系由于綜合框架結構和剪力墻結構的優點，其中豎向荷載主要由框架承擔，水平荷載則主要由剪力墻承擔。三、框架(kuànɡjià)－剪力墻體系精品資料在這種體系中，剪力墻常常擔負大部分水平荷載，結構總體剛度加大，側移減小，平面布置靈活、使用方便。。同時，通過框架(kuànɡjià)和剪力墻協同工作，通過變形協調，使各種變形趨于均勻，改善了純框架(kuànɡjià)或純剪力墻結構中上部和下部層間變形相差較大的缺點，因而在地震作用下可減少非結構構件的破壞。從框架(kuànɡjià)本身看，上下各層柱的受力也比純框架(kuànɡjià)柱的受力均勻，因此柱子斷面尺寸和配筋都可比較均勻。框-剪體系的適用高度為15～25層，一般不宜超過30層。精品資料精品資料四、筒體結構(jiégòu)體系隨著房屋樓層數、高度的增加和抗震設防要求的提高，上述基于平面工作狀態的框架、剪力墻所組成的高層建筑結構體系(tǐxì)便不能滿足要求了，在這種情況下，應使剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸壁箱形粱，或使框架的柱子密集排列，使梁的剛度加強成為框筒，以一個或多個簡體作為主要抵抗水平力的結構稱為筒體結構。筒體根據開孔的多少，筒體有空腹筒和實腹筒之分。

實腹筒一般由電梯井、樓梯間、管道井等形成，開孔少，因其常位于房屋中部，故又稱核心筒。空腹筒又稱框筒，由布置在房屋四周的密排立柱和截面、高度很大的橫梁組成。這些橫梁稱為窗裙梁，梁高一般為0.6～1.22m。精品資料由核心筒、框筒等基本單元組成的承重結構體系稱為筒體體系。根據房屋高度及其所受水平力的不同(bùtónɡ)，筒體體系可以布置成核心筒結構、框筒結構、筒中筒結構、框架核心筒結構、成束筒結構和多重筒結構等形式。筒中筒結構通常用框筒作為外筒，實腹筒作為內筒。精品資料（一）框架的類型(lèixíng)按施工方法的不同，框架結構可分為現澆框架、裝配式框架和現澆預制框架三種類型(lèixíng)。一、框架結構的形式(xíngshì)第二節框架結構（１）全現澆整體式框架：全部構件都在現場工地現澆而成。優點：結構整體性及抗震性能好，平面布置比較靈活，預埋件少，節省鋼材；缺點：現場工作量大，模板消耗多，施工周期較長。北方冬季施工困難。適用范圍：對功能復雜，使用要求高，抗震性能要求高的多、高層框架。（２）半現澆式框架：將房屋結構中的梁板柱部分現澆部分裝配而形成的結構形式：一種是梁柱現澆，板預制，另一種是柱現澆，梁板預制。優點：施工簡單，整體性較全裝配式好，又比全現澆式節約模板，省去現場支模精品資料（一）框架的類型按施工方法(fāngfǎ)的不同，框架結構可分為現澆框架、裝配式框架和現澆預制框架三種類型。一、框架結構的形式(xíngshì)（3）裝配式框架：構件（梁板柱）全部預制，然后在施工現場進行安裝就位，對于預埋件焊接而形成的框架結構。優點：構件可以在工廠預制，質量容易保證，節約模板，施工現場的工作量較少，比現澆框架節省模板并能縮短工期，可以做到構件的標準化和定型化；缺點：預埋件多，增加了框架的節點連接，用鋼量大整體性較差，同時施工時需要大型運輸和吊裝機械，不適用于震區。（4）裝配整體式框架：框架構件（梁板柱）全部預制，在現場安裝就位后，再在構件連接處局部現澆混凝土使之成為整體。其梁板柱可以在工廠預制，在施工現場將構件吊裝就位，再用現澆混凝土將框架連接成整體，因而這種框架兼備了前兩種框架的優點，節約模板和縮短工期，省去了眾多的預埋件，節點用鋼量少，保證了節點的剛度，結構整體性較好。缺點：增加了現場澆筑混凝土的工作量，施工相對復雜。精品資料框架結構是由若干個平面框架通過(tōngguò)連系梁的連接而形成的空間結構體系。在該結構中，主要承受露面和屋面荷載的梁稱為框架梁，而另一方向的梁稱為連系梁，樓蓋的荷載可傳遞到縱橫兩個方向的框架上，其中框架梁和柱組成主要承重框架，連系梁和柱組成非主要承重框架，若采用雙向板，則縱橫框架都是承重框架。在這個體系中，平面框架是基本的承重結構，按其布置方向的不同，框架體系可以分為下列三種：（1）橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設置板和連系梁，見圖(a)。（二）框架結構布置(bùzhì)精品資料這種布置方案的優點是：(1)框架外柱寬度可收小，能滿足建筑(jiànzhù)立面要求；(2)外墻不承重，其自重由連系梁傳給橫向承重框架柱，故對縱向墻沿開窗限制建筑(jiànzhù)上的室內采光的要求；(3)由于一般進深大于開間，采取橫向承重框架時，樓板沿縱向（即開間方向）布置，跨度可以相對小些，樓板結構比較經濟合理。如采用裝配式預制樓板時，則運輸和吊裝也較為方便。目前，一般工業與民用建筑(jiànzhù)多采用這種橫向承重框架的布置方案。精品資料（2）縱向框架(kuànɡjià)承重方案在這種布置方案中，主要承重框架(kuànɡjià)沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設置板和連系梁，見圖(b)。優點：采用該方案時，房間布置靈活，采光和通風好，有利于提高房屋凈高(jìnɡɡāo)缺點：橫向剛度較差，只適用于層數較少的房屋。精品資料（3）縱橫向框架混合承重(chéngzhòng)方案在這種布置方案中，主要承重(chéngzhòng)框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖(c)。精品資料承重框架沿房屋縱向與橫向同時布置，可以有利于滿足來自兩個不同方向的抗風和抗震要求(yāoqiú)。雖然有時樓板僅沿一個方向布置或者采用雙向樓板，但是縱橫兩個方向的框架均具有足夠的強度和剛度。目前，地震區的多層框架房屋及要求(yāoqiú)承重的工業廠房常采用該方案精品資料柱網布置和層高柱網定義：單層廠房、多層廠房中，承重結構柱子在平面排列時形成的網格稱為柱網柱網的尺寸由柱距和跨度確定。廠房柱網的確定就是確定跨度、柱距。確定跨度的因素：1）生產工藝中生產設備的大小布置方式。2）車間內部寬度。3）跨度尺寸滿足《廠房建筑模式協調標準》(GBJ6-86)的要求。確定柱距：我國單層工業廠房設計主要采用裝配式鋼筋混凝土結構體系，基本柱距為6M。當結構為磚混體系時柱距應當小于4m，可以為3.9m,3.6m,3.3m柱網的優點：1.有統一的模數，方便施工；2.使用現澆鋼筋混凝土，結構穩固(wěngù)，有良好的抗震性；3.方便室內布置。可以在柱與柱之間建非承重隔墻，以對空間進行任意分隔。也可不建任何墻體，創造開敞的辦公空間或公共空間。精品資料變形縫是伸縮縫、沉降縫和防震縫的總稱。根據建筑物在外界因素作用下常會產生變形，導致開裂甚至破壞。變形縫是針對這種情況而預留的構造縫。伸縮縫：建筑構件因溫度和濕度等因素的變化會產生脹縮變形。為此，通常在建筑物適當的部位設置垂直縫隙，自基礎以上將房屋的墻體、樓板層、屋頂等構件斷開，將建筑物分離成幾個獨立的部分。為克服過大的溫度差而設置的縫，基礎可不斷開，從基礎頂面至屋頂沿結構斷開。抗震縫：為使建筑物較規則，以期有利于結構抗震而設置的縫，基礎可不斷開。它的設置目的是將大型建筑物分隔為較小的部分，形成相對獨立的防震單元，避免因地震造成建筑物整體震動不協調，而產生破壞。防震縫的設置主要與建筑平面形狀(xíngzhuàn)、高差、剛度、質量分布等因素有關。設置防震縫后，應使各結構單元簡單規則，剛度和質量分布均勻，以避免地震作用下的扭轉效應。為避免各單元之間互相碰撞，防震縫寬度不得小于70mm。沉降縫：指同一建筑物高低相差懸殊，上部荷載分布不均勻，或建在不同地基土壤上時，為避免不均勻沉降使墻體或其它結構部位開裂而設置的建筑構造縫。沉降縫把建筑物劃分成幾個段落，自成系統，從基礎、墻體、樓板到房頂各不連接。縫寬一般為30～70毫米。將建筑物或構筑物從基礎至頂部完全分隔成段的豎直縫。借以避免各段不均勻下沉而產生裂縫。通常設置在建筑高低、荷載或地基承載力差別很大的各部分之間，以及在新舊建筑的聯接處。沉降縫的設置，主要與基礎受到的上部荷載及場地地質條件有關。當上部荷載差異較大，則應設沉降縫；沉降縫可利用挑梁或擱置預制板、梁等方法做成。

精品資料作用于框架結構上的荷載有豎向荷載和水平荷載以及地震作用豎向荷載包括結構自重、樓面荷載、雪載等。豎向荷載一般為均布荷載。

水平荷載為風荷載。沿建筑物高度按均勻分布荷載考慮，水平荷載均簡化為作用于框架節點上集中力，即折算成作用于樓層節點位置的水平集中力。地震作用主要是水平地震作用，在抗震(kàngzhèn)設防烈度6度以上需要考慮。二、框架結構的受力特點(tèdiǎn)（一）框架結構的荷載精品資料1.豎向荷載(hèzài)在多層框架結構中，影響結構內力的主要是豎向荷載，而結構變形則主要考慮(kǎolǜ)梁在豎向荷載作用下的擾度；在高層框架結構中，豎向荷載的作用于多層建筑相似，柱內軸力隨著層數的增加而增加。精品資料2.水平(shuǐpíng)荷載框架下部的梁，柱內力大，層間變形也大，越到上部層間變形越小；框架的層數越多，產生的水平位移越大，框架的內力也隨層數的增加而迅速增長，層數超過(chāoguò)一定程度時，水平荷載產生的內利遠遠大于豎向荷載產生的內力。這時，水平荷載對設計起主要控制作用。精品資料１框架結構層數較少時，豎向荷載起控制作用，框架結構比較經濟。２當房屋(fángwū)向更高的層數發展時，采用框架結構將會產生矛盾：（１）強度方面：由于層數和高度的增加，豎向荷載和水平荷載產生的內力都要相應增大，特別是水平荷載產生的內力增加更快。當高度達到一定的數值，框架中將產生相當大的內力。（２）剛度方面：隨著房屋(fángwū)高度的增加，在水平荷載作用下，框架結構本身柔性較大，水平位移成為重要的控制因素。要滿足強度和剛度的要求，就必須增大構件的截面尺寸，太大不經濟，甚至不合理。合理層數是6~15層，最經濟是10層左右。高寬比：５～７結論(jiélùn)精品資料框架結構的計算(jìsuàn)簡圖框架結構體系房屋是由橫向框架和縱向框架組成的空間結構。一般情況下，橫向和縱向框架都是均勻布置的，各榀框架的剛度基本相同；作用在房屋上的荷載，如恒載、雪荷載、風荷載一般也是均勻分布的。因此，在荷載作用下，不論是橫向還是縱向，各榀框架將產生大致相同的內力，相互之間不會產生大的約束力，故可單獨取出一片框架作為計算單元(dānyuán)。在縱橫向布置時，應根據結構的不同特點進行分析，并對荷載進行適當簡化。精品資料框架結構的計算(jìsuàn)簡圖精品資料節點(jiédiǎn)簡化簡圖框架支座可分為(fēnwéi)固定支座和鉸支座。當為現澆鋼筋混凝土柱時，一般設計成固定支座（a）；當為預制杯形基礎時，則應視構造措施不同分別簡化為固定支座見（b）和鉸支座（c）。精品資料（一）框架(kuànɡjià)梁三、現澆框架(kuànɡjià)的構造要求框架梁的截面形狀在整體式框架中以T形和倒L形為主；在裝配式框架中一般采用矩形，也可做成T形和花籃形；裝配整體式框架中常做成花籃形。框架柱截面形狀一般為矩形或正方形，也可根據需要做成圓形或其它形狀。框架梁的截面高度可根據梁的跨度、約束條件及荷載大小進行選擇，一般取梁高1/8～1/12l，其中l為梁的跨度，當框架梁為單跨或荷載較大時取大值，當架梁為多跨或荷載較小時取小值。為防止梁發生剪切破壞，梁高h不宜大于1/4凈跨。框架梁的截面寬度可取(1/3～1/2)h為了使端部節點傳為可靠，梁寬b不宜小于柱寬的1/2，且不應小于200mm。為了降低樓層高度或便于管道鋪設，也可將框架梁設計成寬度較大的扁梁，扁梁的截面高度可取(1/15～1/18)l。當采用疊合梁時，后澆部分截面高度不宜小于120mm。框架連系梁的截面高度可按(1/12～1/15)l確定，寬度不宜小于梁高的1/4。精品資料（一）框架(kuànɡjià)梁縱筋梁縱向受拉鋼筋除應滿足受彎承載力的要求外，還應考慮溫度變化、混凝土收縮引起附加應力的影響。縱向受拉鋼筋的最小配筋率在支座處不應小于0.25%，跨中處不應小于0.20%。梁跨中截面的上部架立筋不應小于2Φ12，架立筋與梁支座負筋的搭接長度為1.2la。

框架頂層梁端節點處的負鋼筋伸人邊柱的錨固長度不應小于1.2la，框架其余層梁端節點處的負鋼筋伸入邊柱的錨固長度不應小于la，當上部縱筋在端節點內水平錨固長度不足(bùzú)時，應伸至柱邊后再向下彎折，彎折前的水平投影長度不應小于0.40la，彎折后垂直長度不應小于15d。

梁支座截面下部至少有2根縱筋伸入柱中，伸人柱內長度不應小于人，如水平錨固長度不足(bùzú)需要彎折時，則彎折前的水平錨固長度不應小于15d。梁支座截面的負彎矩鋼筋自柱邊緣算起的長度不應小于ln/4。精品資料（一）框架(kuànɡjià)梁箍筋梁端箍筋應該加密，箍筋加密區的范圍按規范要求，詳見表5-2，當梁端縱筋配筋率大于2%時，表中箍筋最小直徑應增大2mm。梁的箍筋沿梁全長范圍內設置，第一排箍筋一般設置在距離節點(jiédiǎn)邊緣50mm處。箍筋最小直徑和最大間距的要求與一般梁相同，即一級不大于200mm和20d（d為箍筋直徑較大者），二三級不大于250mm和20d，四級不大于300mm。（二）框架柱截面尺寸柱截面高度可取1/15～

1/20H

，H為層高；柱截面寬度可1～2/3h

，并按下述方法進行初步結算。

框架柱承受豎向荷載為主時，可先按負荷面積估算出柱軸力，再按軸心受壓柱驗算。考慮到彎矩影響，適當將柱軸力乘以1.2～1.4的放大系數。柱的截面高度不宜小于400mm，寬度不宜小于350mm。為避免發生剪切破壞，柱凈高與截面長邊之比宜大于4。精品資料（二）框架(kuànɡjià)柱縱筋框架可能受到來自兩個方向的水平荷載作用，框架柱的縱向鋼筋宜采用對稱配筋。框架柱縱筋的最小直徑不應小于12mm，全部縱向鋼筋的配筋率不小于0.4%，也不大于5%。

為了(wèile)對柱截面核心混凝土形成良好的約束，減小箍筋自由長度，縱向鋼筋的間距不應大于200mm；為了(wèile)保證縱向鋼筋有較好的粘結能力，縱筋之間的凈距不應小于50mm。柱縱向鋼筋搭接位置應在受力較小區域，搭接長度為1.2。當柱每側縱筋不超過4根時，可在同一截面搭接;每側縱筋超過4根時，應分批搭接。縱向鋼筋直徑大于22mm時，宜采用焊接接頭。

框架頂層柱的縱向鋼筋應錨固在柱頂或梁內，錨固長度由梁底算起不小于。（二）框架柱箍筋精品資料（二）框架(kuànɡjià)柱箍筋箍筋應為封閉式，箍筋間距不應大于400mm，且不應大于柱短邊尺寸；同時，在綁扎骨架中，箍筋直徑不應小于d/4（d為縱向鋼筋的最大直徑），且不應小于6mm。當柱中全部(quánbù)縱向受力鋼筋的配筋率超過3%時，箍筋直徑不宜小于8mm，間距不應大于10d且不應大于200mm，最好焊接成封閉式。當柱每側縱向鋼筋多于3根時，應設置復合箍筋；但當柱的短邊不大于400mm，且縱筋根數不多于4根時，可不設復合箍筋。柱縱向鋼筋搭接長度范圍內，當縱筋受力時，箍筋間距不應大于10d，且不應大于200mm；當縱筋受拉時，箍筋間距不應大于5d且不應大于100mm。箍筋彎鉤要適當加長，以繞過搭接的2根縱筋。柱箍筋加密區的箍筋肢距，一級不宜大于200mm，二三級不宜大于250mm和20d，四級不宜大于300mm。至少每隔一根縱筋宜在兩個方向上有箍筋約束，當采用復合箍筋時，拉筋緊靠縱筋并鉤住封閉箍筋。精品資料現澆框架的連接主要是指梁與柱及柱與柱之間的配筋構造。（1）上下柱連接上下柱的鋼筋的連接宜采用焊接，也可采用搭接。當柱每邊鋼筋不多于4根時，可在一個水平面上(miànshànɡ)接頭；當柱每邊鋼筋為5~8根時，可在兩個水平面上(miànshànɡ)接頭；當柱每邊鋼筋為9~8根時，可在三個水平面上(miànshànɡ)接頭，見下圖。下柱伸入上柱搭接鋼筋的根數及直徑應滿足上柱要求。如后圖。（二）連接(liánjiē)構造精品資料圖上下(shàngxià)柱鋼筋接頭（a)每邊鋼筋(gāngjīn)≤4根；（b)每邊鋼筋(gāngjīn)5~8根；(c)每邊鋼筋(gāngjīn)9~8根精品資料圖上下(shàngxià)柱截面不等時的鋼筋接頭(a)b/a≤1/6時；(b)b/a＞1/6且h≤2.5m時；(c)b/a＞1/6且h＞2.5m時精品資料圖頂層(dǐnɡcénɡ)梁與柱現澆節點下圖表示頂層屋面梁與邊柱的剛性連接(l