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1、第二章 多层及高层房屋,2-1 概述 多层建筑与高层建筑之间没有明确界限，世界各国对此没有统一的划分标准。在不同的国家、不同的年代，其规定也不一样。中国住宅建筑设计规定（GBJ96-86）中规定,住宅10层以上为高层,中高层住宅为1116层。中国钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程（GBJ3-91）规定，8层和8层以上为高层民用建筑。对于钢筋混凝土结构，大多数情况下是按此规定来划分高层建筑。,我国是高层建筑发展历史悠久的国家，早在公元524年建造的河南嵩山寺塔，为15层砖砌单筒结构，高50 m；公元704年在西安建造的大雁塔，塔有7层，高64m，用砖砌成；公元1055年建造的河北定县料敌塔，1
2、1层，高82m，砖砌双层筒体（即筒中筒，外筒壁厚3m）；建于公元1056年的山西应县（在佛光寺内的释加木塔）木塔，全部用木材建造，9层，高67m，堪称世界木结构奇迹，是迄今保持得最完整、最古老、最大的木塔。高层建筑发展的基本原因：a.经济的发展；b.城市人口增多,c.建设用地减少；d.地价上涨；e.建筑科技进步；f.钢筋及水泥的应用（建材的发展）。一、高层建筑的特点 在高层房屋结构上的作用有直接作用（如房屋自重、楼面活荷载、雪荷载、风荷载等）及间接作用（如温度作用、地震作用、地基不均匀沉降等）。多层和高层建筑结构都要抵抗竖向和水平荷载（风、地震）的作用。但在较低的建筑结构中，往往竖向荷载控制着
3、结构设计；随着建筑高度的增加，水平荷载效应逐渐增大；在高层建筑结构中，水平荷载却起着决定性作用。,荷载效应最大值（轴力N、弯矩M和位移）：式中 W建筑物每米高度上的竖向荷载；q水平均布荷载；H建筑高度；EI建筑总体抗弯刚度（E为弹性模量，I为惯性矩）。,由此可见，随着建筑高度的增大，位移增加最快。因此，在高层建筑结构设计时，不仅要求结构具有足够的强度，而且还要求有足够的刚度，使结构在水平荷载作用下产生的侧移限制在一定的范围内，以保证建筑结构的正常使用功能和安全性。另外，相对于低层建筑而言，高层建筑相对较柔，因此在地震区，高层建筑结构应具有足够的延性。也就是说，在地震作用下，结构进入弹塑性阶段后
4、，仍具有抵抗地震作用的足够的变形能力，不致倒塌。对于高层建筑结构，抗侧力的设计是个关键问题，所以结构设计要具有足够的刚度、强度和良好的抗震性能。,二、多层与高层建筑结构类型,房屋结构也称建筑结构，是房屋的骨架。它的质量好坏，对于建筑物的坚固和寿命具有决定作用。建筑结构可以从它所使用的建筑材料和结构的受力体系、构造特点来分。按建筑材料分，有：钢结构、木结构、砖石结构、钢筋混凝土结构以及钢和钢筋混凝土相组合的组合结构。按受力体系、构造特点分，有：承重墙结构；框架结构；剪力墙结构；框架-剪力墙结构；筒体结构。结构体系是指结构抵抗外部作用的结构构件组合方式。,2-2 混合结构,混合结构是竖直承重构件用
5、砌体修筑，水平承重构件用钢筋混凝土制作的房屋结构。如果砌体是砖砌体，则通常称为砖混结构。混合结构一般由基础、墙或柱、楼盖、屋盖和楼梯组成承重骨架。一、水平承重结构（一）铺板的形式（二）楼盖梁（三）铺板式楼盖的连接深梁(deep beam)：跨 高比（L/h）不大于2 的单跨梁和跨 高比（L/h）不大于2.5的多跨连续梁。,二、墙体的布置和承重方案（一）墙体的类型 从平面位置上看，位于房屋四周的墙称为外墙，其中位于房屋两端的外墙称为山墙。位于房屋内部的墙称为内墙。横墙：顺建筑物短轴方向布置的墙。纵墙：顺建筑物长轴方向布置的墙。承重墙：直接承受上部荷载的墙。非承重墙：不承受上部荷载的墙。（二）墙体
6、的布置和承重方案1、横墙承重,2、纵墙承重3、纵横墙承重4、内框架承重三、房屋的静力计算方案（一）房屋的空间受力情形（二）房屋的静力计算方案1、刚性方案2、弹性方案3、刚弹性方案四、混合结构房屋的构造要求伸缩缝、沉降缝五、过梁和圈梁,2-3 框架结构（frame structure）,在多层及高层建筑中常用的结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体及它们的各种组合体系。一、框架结构框架结构（定义）：由梁和柱以刚接或铰接相连接而构承重体系的结构。空间刚结杆系结构。框架结构体系是梁、柱构件通过节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载。这种结构适用于多层及高度不太大的高层建筑。框架结构具有平面
7、布置灵活、易于设置较大房间、使用方便等优点。框架结构的性能与框架节点（即梁与柱的连接部位）的连接方式有重大关系。,节点的连接有刚接和铰接两种方式。刚接的节点构造复杂，用钢量多，施工困难；铰接的节点构造简单，用钢量少，便于施工。框架在其全部节点皆为刚接时，称为刚架。刚架的特点是刚度比较大，在抗震设防区都采用刚接节点方案。框架的节点全为铰接，或一部分为铰接而另一部分为刚接时，则框架的刚度很弱，必须在框架中增加适量的剪力墙才能满足使用要求。不能用于抗震设防区。刚架在竖向荷载作用下的内力分布状态比铰接的排架合理。就是由于刚架的节点能承受弯矩，与铰接的排架相比，减小了横梁弯矩的峰值。多层框架如在其某一层
8、上承受了竖向荷载，在整个框架中只有直接负荷的梁及与它相连的上、下层柱的弯矩较大，其它各层梁、柱弯矩都很小，因而从单层框架发展到多层框架就内力分布而言也是合理的。,在水平荷载作用下，框架的内力比竖向荷载产生的内力增加得快。由于框架抗侧移刚度小（类似悬臂梁），所以引起的水平位移大。当房屋的层数较多或高度较大时，框架要满足强度和刚度两方面的要求，下面几层梁、柱的载面尺寸就有可能大到不经济的地步。一般认为框架结构适用于5-15层的房屋。一、框架结构的施工方法施工方法一般有三种：现浇式、装配式、装配整体式。现浇式的框架和楼盖（楼板）均为现浇，因而其结构整体性好，抗震能力较强，但由于现场工作量较大，所以工
9、期可能较长。装配式的框架其构件即梁和柱均为预制，现场安装成整结构，就种施工方法易于保证构件的质量，构件规格也可以标准化、定型化，施工工期可较短。结构整体性较差，节点用钢量较大。,装配整体式框架是预制构件安装后，在梁和柱以及梁和板之间用配筋或后浇混凝土的方式来加强构件的整体连接，提高结构的整体性。就种方法具有装配式施工的主要优点又克服了整体性差的缺陷。但其施工工序较多，节点构造仍然较复杂。二、框架结构体系的结构布置（一）承重框架的布置有三种布置方案：横向框架、纵向框架、双向框架1、横向框架承重 它的主要承重结构是由横向主梁和柱组成，用纵向连系梁将横向框架连接起来形成整体。2、纵向框架承重 楼板支
10、承在纵向框架梁上，用横向连系梁或卡口板将纵向框架连接起来形成整体。,3、双向框架承重 这种方案的特点是楼板支承在两个方向的框架梁上（或），纵横承重，两个方向的刚度都较大。适用于平面接近正方形或满足长宽比不大于1.5的建筑物，以及要求房屋具有较好的抗震能力时。（二）框架结构的柱网布置 和单层工业厂房类似，框架柱的排列、柱间的跨度、柱距所构成的纵向和横向定位轴线网格，就是柱网。因其没有严格的模数规定，所以框架结构的柱网布置要灵活些。柱网的布置与房屋的用途有关。工业厂房一般跨度为6-12m（内廊式为6-9m，内廊为），柱距为6m。民用房屋跨度为 5-6m，而柱距有3.3m、3.6m、3.9m等。柱距
11、应尽量等距离布置。为了使房屋具有一定的刚度，框架结构的房屋的总高和总宽之比不宜大于4。,（三）框架构件的截面尺寸 多层框架是高次超静定结构，在计算结构内力时，必须考虑变形协调条件，要用到截面形状、尺寸及其惯性矩。1、梁、柱截面形状 承受主要竖向荷载的框架大梁，在整体式（现浇）框架中其截面以T形为多。在装配式框架中其截面矩形、T形、梯形、花篮形。在装配整体式框架中其截面常做成花蓝形。花蓝形截面与矩形截面相比，可增加房间的净空，减轻吊装重量，加大楼板和大梁间的整体性，因此使用的最为广泛。不承受主要竖向荷载的联系梁，一般常用T形。其它还有矩形和带翼缘的截面形状。框架柱的截面一般都是采用正方形或矩形。
12、2、梁、柱的截面尺寸 框架大梁的截面尺寸，一般按受弯构件初步确定。梁高h=（1/81/12）L；梁宽b=(1/21/3)h，采用预应力混凝土梁时，可乘以系数0.8。框架柱截面的宽与高，一般取（1/151/20）层高。,2-4 剪力墙结构（shearwall structure）由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。剪力墙是钢筋混凝土墙体。是利用建筑物墙体承受竖向和水平作用（风荷载、地震作用等），并作为建筑物的维护和房间分隔构件。剪力墙也称为抗风墙或抗震墙。它在自身平面内的刚度大、强度高、整体性好；在水平荷载作用下侧向变形较小，抗震性能较强。一般认为在15层以上的高层建筑中采用剪力墙结构是经济
13、的。目前我国1030层的高层建筑大多采用这种结构体系（占90%左右）。由于竖向荷载直接由楼盖（楼板）传到墙上，所以剪力墙的间距取决于楼板的跨度，一般为38m。剪力墙的局限性在于剪力墙间距不能太大，因其有固定的横隔墙。,由此可见，剪力墙结构使房屋的平面不灵活，难于满足公共建筑的使用要求；此外，剪力墙结构的自重也较大，由此对地基的要求也相对较高。为了使底层有较大的开间，有时将底层做成框架柱，这种型式称为框支剪力墙结构。按施工方法，剪力墙结构可分为三类：（1）全部为现浇剪力墙结构；（2）全部为预制装配式剪力墙结构；（3）内墙采用现浇墙板，外墙采用预制墙板的剪力墙结构。剪力墙墙体的类型 按剪力墙上所开
14、孔洞的大小，剪力墙可分为（1）整截面剪力墙；（2）整体小开口剪力墙；（3）多肢剪力墙；（4）壁式框架。,2-5 框架-剪力墙结构与筒体结构一、框架-剪力墙结构（frame-shearwall structure）框架-剪力墙结构是由平面框架和平面剪力墙结合构成的房屋结构。这种结构体系是在框架结构中布置一定数量的剪力墙所组成的结构体系。剪力墙可以是单片分散布置，也可以集中布置。在框架结构的部分框架内设置与框架连接成整体的薄钢筋混凝土墙，或将电梯间、楼梯间的钢筋混凝土墙与框架连接成一体，就形成了框架-剪力墙结构。此结构发挥了两者的所长，即框架结构开间大和剪力墙结构刚度高。在框架-剪力墙结构中框架的内力分布状态得到了改善，有利于减小构件的规格型号。,二、筒体结构 筒体结构是由空间剪力墙或密柱高梁空间框架所组成，在承受水平作用时，起整体空间结构作用的抗侧力结构。它是超高层（一般指高度大于100m）建筑的主要结构形式。筒体结构为空间受力体系，它可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，称为实腹筒体，或由加密柱和刚度很大的窗裙梁形成密柱框架围成的体系，称为框筒（或空腹筒体）。,
