第5讲第二章第三节多层与高层建筑结构体系二新版文档格式.docx
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1）整体性和抗震性能好；
2）构件尺寸不受标准构件限制。
（2）装配式框架
框架全部构件采用预制装配：
1）可加速施工进度，提高建筑工业化程度。
2）节点构造刚性差，抗震性能差。
（3）半现浇框架
梁、柱现浇，楼板预制或现浇柱，预制梁板。
1）梁、柱整体性较好，适用于抗震建筑。
2）楼板预制可节约模板，约20％。
（4）装配整体式框架
预制梁、柱，装配时通过局部现浇混凝土使构件连接成整体。
1）保证了节点的刚接，结构整体性好；
2）可省去连接件；
3）增加了后浇混凝土工序；
4）比全现浇可节省模板及加快进度。
（三）框架结构的平面布置方式
1．横向为主要承重框架，纵向为连系梁，只适用于非地震区。
2．纵向为主要承重框架，横向为连系梁。
（1）有利于提高楼层净高的有效利用
（2）房间的使用和划分比较灵活。
（3）不适用于地震区。
3．主要承重框架纵横两个方向布置：
（1）当两个方向的水平力相差不大时，则必须采用这种布置。
（2）适用于地震区及平面为正方形的房屋。
各种框架布置方式见图2-13
（四）框架结构的受力特性
1．框架结构在竖向力作用下的变形和弯矩见图2-14
2．框架结构在水平力作用下的变形和弯矩见图2-15。
三、剪力墙结构
（一）剪力墙的概念和结构效能
（1）剪力墙是一种抵抗竖向荷载引起的轴向作用以及风、地震等水平荷载引起的剪力、弯曲作用的结构单元。
（2）剪力墙既可以做建筑物的承载结构，又可以作为建筑物的分隔墙和围护墙，因此墙体的布置必须同时满足建筑平面布置和结构布置的要求。
（3）剪力墙结构体系承载能力强，整体性和空间作用好，比框架结构有更好的抗侧力能力，因此，可建造较高的建筑物。
（4）受剪力墙的间距的限制，建筑物的开间布置不够灵活，对需要大空间时就不太适用。
一般适用住宅、公寓和旅馆。
（5）由于开间不大，剪力墙结构的楼盖结构一般采用平板，可以不设梁，所以空间利用比较好，可节约层高。
（二）剪力墙结构体系的类型及适用范围
1．普通剪力墙结构。
全部由剪力墙组成的结构体系。
2．框架-剪力墙结构。
是由框架与剪力墙组合而成的结构体系，适用于需要有局部大空间的建筑，这时在局部大空间部分采用框架结构，同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗侧能力，从而满足高层建筑的要求。
3．框支剪力墙结构。
当剪力墙结构的底部需要有大空间，剪力墙无法全部落地时，就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。
（三）普通剪力墙结构的结构布置
1．平面布置
（1）钢筋混凝土墙承受全部竖向荷载和水平力，所以剪力墙应双向或多向布置，且宜拉通对直。
对于矩形、L形、T形平面时，剪力墙沿两个正交的主轴方向布置；
对于三角形及Y形平面可沿三个方向布置；
对于正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。
（2）单片剪力墙的长度不宜过大：
1）剪力墙发生弯曲破坏时，具有比较强的变形能力，抗震延性好，而且发生剪切破坏时，变形能力弱，延性差。
过长的剪力墙容易发生剪切破坏，因此出于抗震性的要求，不宜采用过长的剪力墙。
每个墙段的高宽比应不小于2，当同一轴线上的剪力墙过长时，应用楼板或小连梁分成若干个墙段，每个墙段可以是单片墙，小开口墙或联肢墙。
每个墙肢的宽度不宜大于8．0m。
2）剪力墙长度过大，将导致结构刚度过大、周期过短，会加大地震力作用，不经济；
（3）剪力墙的平面布置尽量对称，均匀，且数量适当。
1）剪力墙的开间以6．0～7．0m的大开间，比3．0-3．9m的小开间，较经济合理，降低了材料用量，而且增大建筑使用面积。
2）剪力墙结构的基本周期控制在
Ns——为层数。
底部剪力控制在：
G——建筑物的总重力荷载。
若周期过短，地震力过大时，宜减少墙的数量。
（4）调整剪力墙结构刚度的方法有：
1）适当减小剪力墙的厚度；
2）降低连梁的高度；
3）增大门窗洞口宽度；
4）对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。
超过8．0m长时都应用施工洞划分为小墙肢。
2．竖向布置
（1）沿结构高度的刚度突变对抗震非常不利，为避免这一问题，剪力墙应在整个建筑的竖向贯通，上到顶，下到底。
（2）顶层取消部分剪力墙时，其余剪力墙应在构造上予以加强。
底层取消部分剪力墙时，应设置转换层。
（3）为避免刚度突变，剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减小宜为50-l00mm，不宜过大，厚度变化时宜两侧同时内收。
外墙及电梯间墙可只单面内收。
厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。
（4）剪力墙上的洞口宜上下对齐，并列布置。
相邻洞口之间及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢。
当墙肢的宽度与厚度之比小于3的小墙肢，在反复荷载作用下，早开裂，早破坏，故墙肢宽度不宜小于3bw（bw为墙厚），且不应小于500mm。
（四）剪力墙的构造要求
1．剪力墙的数量
对目前设计的16—28层住宅来看，底层部分剪力墙截面总面积与楼面面积之比大约为：
Aw—剪力墙截面总面积；
Af—楼面面积。
2．剪力墙厚度见表2-7
（五）框支剪力墙结构的设计要点
1．为满足高层建筑多功能、综合用途的需要，顶部楼层作为住宅、旅馆；
中部楼层作为办公用房；
下部楼层作为商店、餐馆、文化娱乐设施。
不同用途的楼层，需要大小不同的开间，从而采用不同的结构形式。
上部楼层采用剪力墙结构以满足住宅和旅馆的要求；
中部办公楼用房侧需要中、小室内空间同时存在，则宜采用框架-剪力墙结构来满足其要求；
底部作为商店等用房则需要有尽量大的空间，则宜加大柱网，尽量减少墙体。
上述要求与结构的合理布置正好相反，以高层建筑的受力规律，下部楼层受力很大，上部楼层的受力相对要小得多，正常的结构布置应当是下部刚度要大，墙体应多，柱网应密，到上部逐渐减少墙、柱、扩大轴线间距，二者正好矛盾。
为了解决上述矛盾，就出现了底层大空间的框支剪力墙结构。
2．由于结构底部与上部结构的刚度产生突变，故在所发生的地震中，其破坏都较严重，抗震性能较差，故在设计中要特别加以注意，设计中要考虑两个关键问题：
（1）保证大空间有充分的刚度，防止竖向的刚度过于悬殊；
（2）加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上层剪力可靠地传递到落地墙上去。
3．落地剪力墙的布置和数量
（1）底部大空间层应有落地剪力墙（或）落地简体，落地纵横剪力墙最好成组布置，结合为落地筒。
（2）平面为长矩形，横向剪力墙的片数较多时，落地的横向剪力墙的数目与横向剪力墙数目之比，非抗震设计时不宜少于30％；
抗震设计时不宜少于50％，对于一般平面，在非震区γ应尽量接近于1，不应大于3；
在抗震设计时，γ应尽量接近于1，不应大于2。
为满足上述要求，可采取以下措施：
1）与建筑协调，争取尽可能多的剪力墙落地必要时也可在别的部位设置补偿剪力墙；
2）加大落地剪力墙的厚度、尽量增大落地墙的截面面积；
3）提高大空间层的混凝土强度等级。
（3）落地剪力墙，尽量不要开洞，或开小洞，以免刚度削弱太大。
洞口宜布置在剪力墙的中部。
4．转换层的设置，由剪力墙结构转换成框支剪力墙结构的大空间层时，其交接层即为转换层。
（1）转换层的结构形式
1）框架结构。
不落地剪力墙用柱和梁形成框支梁来支承上面的剪力墙。
2）板柱结构。
用厚板及柱来支承上部剪力墙。
3）空腹桁架结构。
用空腹桁架及柱来支承上部剪力墙。
4）箱形刚性结构。
（2）框支梁、框支柱的基本要求
1）框支梁的宽度不小于上部剪力墙厚度的2倍。
2）框支梁上部相邻层的墙体非常重要，应力分布复杂，所以这层墙不宜设边门洞，不得在中柱上方开设门洞。
3）框支柱要严格要求，轴压比要比普通柱小些，见表2-8：
框支柱与框支梁要加强连接。
柱宽宜与梁同宽或比梁宽每边大50mm，且不小于450mm；
断面高度hc，不小于柱宽，不小于梁跨的1／12，柱净高与柱截面高度之比大于或等于4。
（3）转换层楼板的要求
1）板厚不得小于180。
2）楼板应双层双向配筋，并加强与剪力墙的锚固。
四、框架剪力墙结构
（一）框架-剪力墙结构的受力特点及适用范围
1．框架-剪力（或框剪结构）是由框架和剪力墙组成的结构体系，这种结构由框架构成自由灵活的使用空间，来满足不同建筑功能的要求；
同时又有足够的剪力墙，具有相当大的刚度，从而使结构具有较强的抗震能力，大大减少了建筑物的侧移，在大地震时还可以避免填充墙、门窗、吊顶等非结构构件的严重破坏和倒塌。
所以在有抗震设计要求时，宜优先采用框剪结构代替框架结构。
这种结构形式广泛应用于高层办公和公共建筑，也大量应用于高层旅馆建筑。
2．框剪结构的受力特点
（1）水平力通过楼板传递分配到剪力墙及框架。
（2）在水平力作用下，剪力强是竖向悬臂结构，其变形曲线呈弯曲型，楼层越高水平位移增长越快（或层间变形越大）；
而框架结构在水平力的作用下，楼层越高水平位移增长越慢（或层间变形越小），其变形曲线呈剪切型；
两种结构协同工作的结果是：
在底部，水平力产生的剪力主要由剪力墙承担；
但到顶部时，剪力主要由框架承担。
框架结构在水平力作用下的变形曲线呈反S形的剪切型位移曲线。
（二）框剪结构中剪力墙的数量
1．剪力墙的多少直接影响抗震能力，震害调查发现墙数量增加震害减少。
但是剪力墙过多，也会造成不经济，因剪力墙增多，结构的刚度增大，周期缩短，地震作用加大，内力增大材料用量增加，基础造价也相应提高。
2．合理的数量
（1）按许可位移值决定
按《高层规程》许可位移的限值来核算结构必要刚度。
一般装修标准的框剪结构顶点位移与全高之比；
μ／H不宜大于1／700；
较高装修时，μ／H不宜超过1／850，或由层间相对位移与层高之比Δμ／H的限制值来控制。
（2）用结构自震周期和地震作用来校核
一般较合理的基本自震周期为：
n为结构层数
3．剪力墙的布置
（1））剪力墙应按均匀、分散、对称、周边的原则布置。
（2）剪力墙应沿各主要轴线方向布置，以保证梁、柱、剪力墙的中线重合，使内力传递和分布合理且保证节点核心区的完整性。
（3）应纵横方向同时布置，并使两个方向的自振周期比较接近。
（4）宜布置在：
竖向荷载较大处、平面形状变化处、楼电梯间处。
（5）剪力墙的长度不宜太长，总高度与长度之比宜大于2。
单肢墙长度不宜大于8m，以免剪切破坏。
（6）不宜在伸缩缝和防震缝两侧同时布置，纵向剪力墙不宜布置在端部，宜布置在中部
（7）剪力墙的最大间距见表2-9。
注：
B——建筑物的宽度。
剪力墙之间的楼面有较大开洞时剪力墙的间距还应小一些。
实际工程中，剪力墙的间距一般在2．5B及30m以内。
这样的尺寸一般也已可满足建筑功能的要求了。
（8）框剪结构体系中，在设剪力墙后，框架柱应保留，柱作为剪力墙的端部翼缘，可加强剪力墙的承载能力和稳定性，且剪力墙的端部配筋可配置在柱截面内，使剪力墙可一直坚持工作到最后。
（9）位于楼层上的框架梁也应保留，虽然在内力分析时不考虑剪力墙上的框架梁的受力，但梁作为剪力墙的横向加劲肋，也可提高剪力墙的极限承载力。
当实在无法加梁时，也应设置暗梁，暗梁的高度与明梁相同，纵筋与箍筋均与明梁相同。
（10）剪力墙宜设在框架柱的轴线内，保持对中，，不宜设在柱边。
五、筒体结构
当高层建筑结构层数多，高度大时，由平面抗侧力结构所构成的框架，剪力墙和框剪结构已不能满足建筑和结构的要求，而开始采用具有空间受力性能的筒体结构。
筒体结构的基本特征是：
水平力主要是由一个或多个空间受力的竖向筒体承受。
简体可以由剪力墙组成，也可以由密柱框筒构成。
（一）筒体结构的类型有
1．筒中筒结构——由中央剪力墙内筒和周边外框筒组成；
框筒由密柱（柱距3m）、高梁组成；
2．筒体—框架结构，亦称框架—核心筒结构，由中央剪力墙核心筒和周边外框架组成；
3．框筒结构；
4．多重筒结构；
5．成束筒结构；
6．多筒体结构。
（二）筒体结构的受力性能和工作特点
1．筒体是空间整截面工作的，如同一竖在地面上的悬臂箱形梁。
框筒在水平力作用下不仅平行于水平力作用方向上的框架（称为腹板框架）起作用，而且垂直于水平方向上的框架（称为翼缘框架）也共同受力。
薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁杆件，产生整体弯曲和扭转。
2．框筒虽然整体受力，却与理想筒体的受力有明显的差别。
理想简体在水平力作用下，截面保持平面，腹板应力直线分布，翼缘应力相等，而框筒则不保持平截面变形，腹框架柱的轴力是曲线分布的，翼缘框架柱的轴力也是而均匀分布；
靠近角柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子的轴力小。
这种应力分布不再保持直线规律的现象称为剪力滞后。
由于存在这种剪力滞后现象，所以简体结构不能简单按平面假定进行内力计算。
3．在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪力很小；
而由水平力产生的倾覆力矩，则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。
由于这种整体受力的特点，使框筒和薄壁筒有较高的承载力和侧向刚度，而且比较经济。
4．当外围柱子间距较大时，则外围柱子形不成框筒，中央剪力墙内筒往往将承受大部分外力产生的剪力和弯矩，外柱只能作为等效框架，共同承受水平力的作用，水平力在内筒与外柱之间的分配，类似框剪结构。
5．成束筒由若干个筒体并联在一起，共同承受水平力，也可以看成是框筒中间加了一框架隔板。
其截面应力分布大体上与整截面简体相似，但出现多波形的剪力滞后现象，这样，它比同样平面的单个框筒受力要均匀一些。
（三）筒体结构布置
1．以方形圆形平面为好。
2．可用对称形的三角形或人字形。
3．外框筒柱的柱距以不大于3．0m为好。
4．矩形平面时，长宽比不宜大于1．5。
5．四角的柱子宜适当加大，一般截面加大2-3倍。
可做成L形，八字形。
6．筒体结构只有在细高的情况下才能近似于竖向悬臂箱形断面梁，发挥其空间整体作用，一般情况下H／B宜大于4。
7．由于框筒是空间整体受力，主要内力沿框架平面内分布，所以，框筒宜采用扁宽矩形柱，柱的边长位于框架平面内。
也可采用一字形柱。
一般不宜采用圆形柱和方形柱，因为加大框筒柱壁厚对受力和刚度的增大效果远不如加大柱宽有效。
8．裙梁的截面，宜采用窄而高的梁。
梁高一般为0．6—1．5m，宽度取同墙厚，一般不于250mm。
梁高hb可取hb≥（1／3—1／4）lx。
式中lx——柱距；
h——层高。
9．内筒的尺寸
一般应争取内筒边长为外筒边长的1／3为好。
10．可以在框筒顶部设置1-2层高的刚性环梁来提高整个框筒的空间整体性。
例：
1．影响房屋静力计算方案的主要因素为（）。
（A）楼盖类别和荷载模型
（B）荷载类型和墙体承重方案
（C）横墙间距和墙体承重方案
（D）横墙间距和楼盖类别
提示：
可参考房屋静力计算的划分表，划分依据是横墙间距和楼盖类别。
答案：
D.
2．拟在非地震区建造一座3层混凝土民用板柱结构，柱网尺寸8．0m×
8．0m，活荷载标准值为5．0kN／m²
，采用下列何种楼盖体系较为适宜?
（A）普通钢筋混凝土双向平板体系
（B）普通钢筋混凝土双向密肋楼板体系
（C）预应力双向平板体系
（D）预应力双向密肋楼板体系
【答案】D
【说明】板柱结构为由楼板和柱组成承重体系的房屋结构。
它的特点是室内楼板下没有梁，空间通畅简洁，平面布置灵活，能降低建筑物层高。
板柱结构一般以钢筋混凝土材料为主。
柱为方形，楼板用实心平板，在柱网尺寸大于6m的建筑中，为减轻楼板自重，可采用双向密肋板或双向暗密肋内填轻质材料的夹心板，或预应力混凝土平板。
由于题目中的活荷载标准值偏高（5．0kN／m²
），建议采用预应力双向密肋楼板体系。
3．高层住宅建筑宜选择下列何种结构体系?
（A）框架结构
（B）框架—剪力墙结构
（C）大开间剪力墙结构体系
（D）筒中筒结构体系
【答案】B
【说明】框架—剪力墙结构具有较强的抗震能力，同时在空间布置上也比较灵活。
4．抗震建筑除顶层外，上部楼层局部收进的水平向尺寸B1不宜大于其下一层尺寸B的：
（A）100％
（B）95％
（C）75％
（D）25％
【说明】《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3～2002）第4．4．5条：
抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的0．75倍[图2—2（a）、（b）]；
当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸B不宜小于上部楼层水平尺寸B1的0．9倍，且水平外挑尺寸以不宜大于-4m[图2—2（C）、（d）]。
5．在7度地震区，建筑高度为70m的办公楼，采用以下何种钢筋混凝土结构体系较为合适?
（B）剪力墙结构
（C）框架—剪力墙结构
（D）板柱—剪力墙结构
【答案】C
【说明】根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）6．1．1条，表6．1．1规定，抗震设防烈度为7度时，剪力墙结构和框架—剪力墙结构均可达到70m。
对于办公楼，一般选择框架—剪力墙结构。
6．框架—剪力墙结构中的剪力墙布置，下列哪一种说法是不正确的?
（A）横向剪力墙宜均匀对称地设置在建筑物的端部附近、楼电梯间、平面形状变化处及恒荷载较大的地方
（B）纵向剪力墙宜集中布置在建筑物的两端
（C）纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内
（D）剪力墙墙肢截面高度不大于8m，否则应开施工洞，形成联肢墙
【说明】根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3--2002）8．1．8条规定，纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。
7.多层框架总高度受限制的主要原因是（）。
（A）计算复杂，施工困难
（B）侧向位移大
（C）竖向荷载下梁柱的变形过大
（D）梁内力大
多层框架高度越高，侧移越大。
B
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