4_2多层及高层房屋结构-楼盖的布置方案和设计
高层住宅项目的结构设计要点分析
732020.12 /高层住宅项目的结构设计要点分析黄雅清（厦门佰地建筑设计有限公司，福建厦门 361004 ）摘 要 在城市建设发展过程中，随着城市用地日益紧张，高层建筑越来越多，如何进一步提升高层住宅建筑的整体质量成为当前建筑行业需要认真探索的问题。
本文从常用结构体系的设计要点出发，对设计过程中需要注意事项进行了探讨，并总结出高层住宅结构设计的注意要点，可为结构设计人员借鉴参考。
关键词 框架结构；剪力墙结构；框架剪力墙结构；结构规则性；高层住宅Analysis of Structural Design Essentials of High-rise Residential ProjectHuang Yaqing(Xiamen Baidi Architectural Design Co., Ltd., Xiamen 361004 Fujian)Abstract: With the increasing shortage of urban land, more and more high-rise buildings mushroomed in the process of urban construction and development. Therefore, how to further improve the overall quality of high-rise residential buildings become the current challenge in construction industry. Starting from the design points of common structural system, this paper discusses the matters needing attention in the design process, and summarizes the points needing attention in the structural design of high-rise residential buildings, which can be used for reference by structural designers.Keywords: frame structure, shear wall structure, frame shear wall structure, regularity of structure, high-rise residential building比如跃层柱应特别注意截面取值；异形柱肢长不宜小于600mm ；（3）注意短柱问题：楼梯间、柱子两侧均为窗洞等均会出现Hn/h ≤4的短柱，短柱应全长箍筋加密且应满足体积配箍率不小于1.2%；（4）柱子箍筋形式：为了保证柱子砼的浇筑振捣效果，一般柱截面≥900mm 时，应采用复合凌形箍筋；（5）重视跃层柱问题：计算时，应检查跃层柱计算高度是否合适，特别是楼层标高处有纯悬挑梁时，相当于柱中没有拉结；跃层柱应在柱表中特别注明，并提醒施工单位跃层柱在楼层处（柱中）钢筋应连续贯通，且砼应连续浇捣不得留施工缝；高层的跃层柱应加设芯柱，箍筋全长加密、箍筋直径加大；或采用型钢柱；高层如果有避难层（2.19m 层高的短柱层），箍筋应特别加强且应加芯柱。
钢管混凝土结构技术
术语2.1.1 钢管混凝土构件：在钢管内填充混凝土的构件，包括实心和空心钢管混凝土构件，截面可为圆形、矩形、及多边形，简称CFST 构件2.1.2 钢管混凝土结构：采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构，简称CFST结构2.1.3 实心钢管混凝土构件：钢管中填满混凝土构件，简称S-CFST结构2.1.4 空心钢管混凝土构件：在空钢管中灌入一定量混凝土，采用离心法制成的中空心的钢管混凝土构件，简称H-CFST结构2.1.5 含钢率：构件界面中钢管面积与混凝土面积之比2.1.6 空心率：空心钢管混凝土构件截面中空心部分的面积与混凝土加空心部分总面积之比2.1.7 套箍系数：构件截面中钢管面积、钢材强度设计值乘积与混凝土面积、混凝土强度设计乘积之比2.1.8 钢管海砂混凝土构件采用海砂混凝土制作的钢管混凝土构件2.1.9 钢管再生混凝土构件：采用再生骨料混凝土制作的钢管混凝土构件3 材料3.1.1 钢材的选定应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定3.1.2 承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管，不宜选用输送流体用的螺旋焊管。
矩形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成形矩形钢管，当采用冷成形矩形钢管时，应符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178中I级产品的规定。
直接承受动荷载或低温环境下的外露结构，不宜采用冷弯矩形钢管。
多边形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成型多边形钢管3.1.3 钢材的强度设计值f，弹性模量E 和剪变模量G 应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017 执行1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.852 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性3.2.1 钢管内的混凝土强度等级不应低于C30。
混凝土的抗压强度和弹性模量应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行；当采用C80 以上高强度混凝土时，应有可靠的依据3.2.2 实心钢管混凝土构件中可采用海砂混凝土。
砌体结构习题及参考答案
思考题 计算题
1、砌体材料中的块材和砂浆都有哪些种 答案 类？ 2、砌体的种类有哪些？配筋砌体有几种 答案 形式？ 3、为什么砌体的抗压强度远小于块体的 答案 抗压强度？ 4、影响砌体抗压强度的主要因素有哪些？ 答案
5、砌体的强度设计值在什么情况下应乘以调 整系数？ 答案 6、无筋砌体局压计算时为什么要考虑局压强 度提高系数？如何确定？ 答案 7、混合结构房屋按结构承重体系及竖向荷载 传递路线可分为哪几种结构布置方案？各 有何特点？ 答案
8．砌体结构房屋静力计算方案有哪几种？根 据什么条件确定房屋属于哪种方案？ 答：结构房屋静力计算方案分成三种，即刚 性方案、刚弹性方案和弹性方案。 考虑楼（屋）盖刚度和横墙间距两个主要因 素的影响。
9．为什么要验算墙柱的高厚比？写出其公式。 答：就是防止墙、柱在施工和使用阶段因侧 向挠曲和倾斜而产生过大变形，以保证其 稳定性的一项重要构造措施。 β＝ ≤μ1μ2［β］
答案
4．影响砌体抗压强度的主要因素有哪些？ 答：⑴块材和砂浆强度 ⑵砂浆的性能 ⑶块材的形状、尺寸及灰缝厚度 ⑷砌筑质量
答案
5．砌体的强度设计值在什么情况下应乘以调 整系数？ 答：(1)有吊车房屋砌体、跨度不小于9m的梁 下烧结普通砖砌体、跨度不小于7.5m的梁下 烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖砌 体，混凝土和轻骨料混凝土砌块砌体，γa＝ 0.9。 (2)对无筋砌体构件，其截面面积A＜0.3m2时， γa＝A+0.7；对配筋砌体构件， A＜0.2m2时， γa＝A+0.8；构件截面面积A以m2计。 接下页
6．无筋砌体局压计算时为什么要考虑局压强 度提高系数？如何确定？ 答：(1)由于位于局压面积下砌体的横向应变 受到周围砌体的约束，使局部受压砌体处 于三向受压的应力状态，从而提高了砌体 局部抗压强度。 (2)局部受压面上砌体的压应力迅速向周围砌 体扩散传递，也是砌体局部抗压强度提高 的另一原因。 接下页
4-2章楼地层屋盖及阳台雨篷的基本构造
第4篇 建筑构造
第2章 楼地层、屋盖及阳台、●楼地层的基本构造 雨篷的基本构造 ●屋盖系统的
基本构造
●阳台、雨篷等
部件的基本构造
■ 楼板沿水平方向分隔上下空间，而且是承重构件，应具有足够的强度和刚度
第4篇 建筑构造
第2章 楼地层、屋盖及阳台、●楼地层的基本构造 雨篷的基本构造 ●屋盖系统的
基本构造
端肋 纵肋
第4篇 建筑构造
第2章 楼地层、屋盖及阳台、●楼地层的基本构造 雨篷的基本构造 ●屋盖系统的
基本构造
●阳台、雨篷等
部件的基本构造
装配整体式钢筋混凝土楼层 · 楼层中的部分构件经工厂预制后到现场安装，再整体浇筑 其余部分，使整个楼层连接成整体 · 叠合楼板下层预制部分安装后可充当上层整浇部分的永久 压型钢板 预制混凝土薄板 性底模，承受施工荷载，加速施工进度 · 楼层整体刚度优于预制装配式
第4篇 建筑构造
第2章
房屋建筑学
楼地层、屋盖及阳台、 雨篷的基本构造 第五版
教学参考课件
中国建筑工业出版社
同济大学 西安建筑科技大学 东南大学 重庆大学 合编
第 4 篇 建筑构造
第4篇 建筑构造
第2章 楼地层、屋盖及阳台、 雨篷的基本构造
楼地层、屋盖、阳台、雨篷—— · 水平构、部件，属于受力系统中的第一个层次 活荷载及自重需经受力系统的其它层次传递到地基上去， 因此其支承和被支承的情况，决定了许多垂直构件的布置 · 兼有围护和分隔建筑空间的作用，其围合构件和结构支撑 的布置及其构造方式对空间的功能和使用情况产生影响
部件的基本构造
■ 预制实心平板，搁置的跨度一般较小（多在2.4m以内）
第4篇 建筑构造
第2章 楼地层、屋盖及阳台、●楼地层的基本构造 雨篷的基本构造 ●屋盖系统的
高层建筑结构设计第2章 高层建筑结构体系和布置原则
4 变形缝的设置
在未采取措施的情况下，伸缩缝的间距不宜超出 表1—8的限制。当有充分依据、采取有效措施时， 表中的数值可以放宽。
高层建筑结构伸缩缝的最大间距 表1—8
注： ①框架—剪力墙的伸缩缝间距可根据结构具体布置取表中框架结构与 剪力墙结构之间的数值； ②当屋面无保温或隔热层措施、混凝土的收缩较大或室内结构因施工 外露时间较长时，伸缩缝间距应适当减少； ③位于气候干燥地区、夏季炎热且暴雨频繁地区的结构，伸缩缝的间 距宜适当减少。
多年的高层建筑结构设计和施工经验表明：高层建 筑结构宜调整平面形状、尺寸和结构布置，采取构造 和施工措施，尽量不设变形缝；当需要设缝时，则应 将高层建筑结构划分为独立的结构单元，并设置必要 的变形缝。
4 变形缝的设置
温度缝：防止结构因温度变化和混凝土干缩变形 产生裂缝（基础以上上部结构断开） 不设温度缝的措施： 1. 温度影响较大部位提高配筋率； 2. 加厚屋面隔热保温层，或架空通风屋面； 3. 顶层局部设温度缝后浇带；即高强度等级的混凝 土；主体混凝土浇注后两个月；贯通结构的横截 面；位置应为结构受力影响最小，且曲折延伸避 免全部钢筋同截面搭接 ；一般每隔30～40m设一 道，后浇带宽800～1000mm。
适用30层以上 。
长/宽<2，截面尺寸接近正方形、圆形、正多边 形较好。
4、筒体结构体系
（1）框筒结构：内筒承受 竖向荷载，外筒承受水平 荷载，柱距一般在3m以内， 框筒梁比较高，开洞面积 在60%以下 1931年102层帝国大厦： 钢框架－剪力墙体系，用 钢量2.06kN/m2 1972年110层世界贸易中心：筒中筒结构体系，用 钢量1.81kN/m2
1974年110层西尔斯大楼：钢成束筒结构体系，用 钢量1.61kN/m2
工程结构抗震设计4多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计
4 多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计多层和高层钢筋混凝土结构体系包括：框架结构、框架-抗震墙结构、抗震墙结构、筒体结构和框架-筒体结构等。
钢筋混凝土框架房屋：钢筋混凝土梁和柱等构件组成承重体系的房屋。
特点：平面布置灵活，易满足建筑物内大空间的要求侧向刚度小，水平位移较大钢筋混凝土框架房屋层数一般在十层以下。
4.1震害及其分析4.1.1结构方案不当引起的震害（1）平面布置不当产生的震害建筑平面布置不规则------质量中心和刚度中心不重合-------扭转效应-------破坏严重（尤其是角柱）（2）竖向不规则产生的震害竖向的质量或刚度有突变------突变处应力集中，形成薄弱层------较大的塑性变形-------结构破坏、甚至倒塌4.1.1结构方案不当引起的震害（3）防震缝处碰撞防震缝两侧结构单元的振动特性不同------发生不同形式的振动----防震缝缝宽不够或构造不当------发生碰撞4.1.2结构构件的震害（1）框架柱的震害A.长柱的破坏-----弯压破坏破坏一般发生在柱的上下两端，特别是柱顶柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或交叉裂缝。
重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲成灯笼状。
柱底破坏与柱顶相似，由于箍筋较柱顶密，震害相对柱顶较轻。
4.1.2结构构件的震害B、短柱------剪切破坏短柱：H/b<4的柱，H:柱高; b:柱截面高度短柱刚度大，易产生剪切破坏4.1.2结构构件的震害C、角柱由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。
4.1.2结构构件的震害(2)框架梁的破坏------弯剪破坏震害多发生于梁端。
地震作用下梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。
4.1.2结构构件的震害(3)框架梁柱节点的震害节点核心区产生对角方向的斜裂缝或交叉斜裂缝，混凝土剪碎剥落。
节点内箍筋很少或无箍筋时，柱纵向钢筋压曲外鼓。
4.1.2结构构件的震害(4)填充墙的震害砌体填充墙刚度大而承载力低，首先承受地震作用而遭破坏。
第16次课的教学整体安排
第16 次课的教学整体安排
填表说明：1. 每项页面大小可自行添减；
2. 教学内容与讨论、思考题、作业部分可合二为一。
第17 次课的教学整体安排
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第18 次课的教学整体安排
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第19 次课的教学整体安排
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第20 次课的教学整体安排
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多层房屋钢结构规定
20.在结构布置上容易忽略的方面
1）.在楼盖梁系统中应注意，建筑物中的每一主要框架柱或独立柱的两个 主要方向均应有楼盖梁与之相连并形成支承。当柱截面的主轴方向与建筑 物梁布置系统不相同时，则其两支承梁间所形成的角度应在60°~120°之 间，不可能布置梁时应特设支撑压杆，支撑压杆的长细比不宜大于100。
9. 框架柱间垂直支撑的布置如（图19.2.5）所示。当柱网平面图为方形或
接近方形时，支撑可布置在四角及其中间部分，当柱网为狭长形时，宜在 横向（即短边）的两端及中部布置，纵向（即长边）宜布置在柱网中部， 以避免在纵向端部布置限制温度变形。
10.支撑框架布置宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比（图19.2.5中b/a
1）. 十字交叉支撑是超静定结构形式，在多层结构中一般交叉两杆均取相 同截面面积，按各承受1/2层间剪力的拉杆、压杆来考虑，因之其杆件截面 由压杆计算确定，在抗震设防建筑中，压杆考虑到重复荷载的作用除稳定 系数。 2）. 当柱截面为工字形而垂直支撑为单片且设置于柱翼缘平面内时，在支 撑节点处的柱截面应设横向加劲肋将柱截面连成一体。 3）.柱截面较高或用箱形截面柱时，宜用双片支撑或双节点板构造。
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.一些常遇问题如下:
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5. 多层建筑的基本风压值为w 应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》
0
GB 50009中规定的数值采用，对重要建筑可乘以系数1.1采用。当建筑物 高度大于30m，且高宽比H/B大于1.5时，计算风荷载时应计入顺风向的风 振系数。
多层及高层房屋钢框架结构
4.3 柱和支撑的设计
4.3.1 框架柱设计概要
➢柱截面形式: 箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等 ➢截面估计：按1.2N的轴心受压构件，34层作一次截面变
化，厚度不宜超过100mm ➢板件宽厚比，见下表 ➢长细比：多层(12层)框架柱在68度设防时不应大于120，
9度设防时不应大于100。高层(>12层)框架柱在设防烈度 为6，7以及8和9度时，分别为120，80以及60
bc1= bc2
组合梁混凝土翼板的有效宽度
(a) Afbcehcfcm (塑性中和轴在混凝土受压翼板内)
(b) Af>bcehcfcm (塑性中和轴在钢梁截面内) 正弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算图
2.负弯矩作用时
MMp+Asfsy(y3+/y4 /2)
As
组合梁塑性中和轴 钢梁塑性中和轴
y4 y3
多层(12 层)
高层(>12 层)
7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度
13 11 9 9 8 8 7
33 30 27 25 23 23 21
31 28 25 23 21 21 19
42 40 40 38
➢ 截面形式：
1. 双轴对称截面 2. 单轴对称截面，采取防止绕对称轴屈曲的构造措施
➢ P-效应导致的附加效应：
多层(12层) 按压杆设计
150
按拉杆设计 200
120 120 150 150
高层(>12层)
120
90 60
➢ 板件宽厚比： 1. 6度抗震设防和非抗震设防：按《钢结构设计规范》(GB50017) 2. 抗震设防结构：
板件名称
翼缘外伸部分 工字形截面腹板
多层框架结构房屋
图4.1 框架结构图
(a) 平面图；(b) Ⅰ-Ⅰ
本章内容
4.1 框架结构布置
4.2 框架结构的计算简图及荷载
4.3 竖向荷载作用下的内力近似计算－分
层法
4.4 水平荷载作用下的内力和侧移的近似
计算－反弯点法和D值法
4.5 框架的内力组合 4.6 现浇框架的一般构造
4.1 框架结构布置 4.1.1 结构布置原则
图4.5 框架横梁截面形式
图4.6 框架连系梁截面形式
4.2.1.2 截面尺寸
（1） 框架梁
梁截面尺寸可参考受弯构件来初步确定。梁高hb 一般可取(1/10~1/18)lb(lb为梁的计算跨度），梁净跨 与截面高度之比不宜小于4。梁的宽度bb=(1/2~1/3)hb， 一般不宜小于200mm。
沿房屋的纵向设置板和连系梁，见图4.2 (a) 。
（2） 纵向框架承重方案
在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵向 布置。沿房屋的横向设置板和连系梁，见图4.2 (b)。 （3） 纵横向框架混合承重方案 在这种布置方案中，主要承重框架沿房屋的纵、 横向布置，见图4.2 (c)。
图4.2 框架体系的布置
（1） 结构平面布置宜简单、规则和对称。 （2） 建筑平面长宽比不宜过大，L/B宜小于6。 （3） 结构的竖向布置要做到刚度均匀而连续， 避免刚度突变。
（4） 建筑物的高宽比不宜过大，H/B不宜大于5。
（5） 房屋的总长度宜控制在最大伸缩缝间距以 内，否则需设伸缩缝或采取其它措施，以防止温度应 力对结构造成的危害。
表4.1 钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距（m) 环境条件
框架类别
装配式 现浇式
室内或土中 75 55
露天 50 35
钢筋混凝土多层及高层框架结构
常用结构体系钢筋混凝土多层及高层房屋有框架结构、框架一剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构四种主要的结构体系。
1、框架结构框架结构房屋（是由梁、柱组成的框架承重体系，内、外墙仅起围护和分隔的作用。
框架结构的优点是能够提供较大的室内空间，平面布置灵活，因而适用于各种多层工业厂房和仓库。
缺点：在水平荷载下表现出抗侧移刚度小，水平位移大。
因此，框架结构房屋一般不超过15层。
2、剪力墙结构剪立墙结构示意图广州白云宾馆当房屋层数更多时，水平荷载的影响进一步加大，可采用剪力墙结构，此种结构的刚度较大，在水平荷载下侧移小，但平面布置不灵活，适用于15〜35层的小开间的民用建筑高层房屋。
广州白云宾馆（33层、112M＞采用的就是剪力墙结构。
3、框架——剪力墙结构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一剪力墙结构。
在框架一剪力墙结构房屋中，框架负担竖向荷载为主，而剪力墙将负担绝大部分水平荷载。
多用于16〜25层的工业与民用建筑中（如办公楼、旅馆、公寓、住宅及工业厂房〉。
4、筒体结构简体结构是将剪力墙集中到房屋的内部和外围形成空间封闭筒体，使整个结构体系既具有极大的抗侧移刚度，又能因剪力墙的集中而获得较大的空间，使建筑平面获得良好的灵活性，因为抗侧移刚度较大，适用于更高的高层房屋（＞30 层，＞100m＞o筒体结构有单筒体结构（包括框架核心筒和框架外框筒〉、筒中筒结构和成束筒结构等三种形式（图7-2＞o横向框架承重横向框架承重布置方案是板、连系梁沿房屋纵向布置，框架承重梁沿横向布置（图7-3＞，有利于增加房屋横向刚度。
缺点是因为主梁截面尺寸较大，当房屋需要较大空间时，其净空较小。
纵向框架承重纵向框架承重布置方案是板、连系梁沿房屋横向布置，框架承重梁沿纵向布置。
优点是通风、采光好，有利于楼层净高的有效利用，可设置较多的架空管道，故适用于某些工业厂房，但因其横向刚度较差，在民用建筑中一般采用较少。
抗震结构设计--多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计
放置箍筋时，柱纵向筋压曲外鼓。 梁筋锚固破坏。锚固长度不足，从节点内拔出， 将混凝土拉裂。 装配式框架构件连接处易发生脆断，剖口焊接钢 筋处易拉断，焊接处后浇混凝土开裂或散落。 原因：节点受弯承载力不 足，约束混凝土太少，梁 筋锚固长度不足及施工质 量引起。
三、填充墙的震害
砌体填充墙刚度大而 承载力低，首先承受地震 作用而遭破坏。一般7度 即出现裂缝，8度和8度以 上地震作用下，裂缝明显 增加，甚至部分倒塌，一 般是上轻下重，空心砌体 墙重于实心砌体墙，砌快 墙重于砖 墙。 框架-剪力墙结构上 部较严重，框架结构下 部震害严重。
5.1 概述
多层和高层钢筋混凝土结构体系包括： 框架结构体系由梁和柱组成，平面布置灵活，易 于满足建筑物设置大房间的要求，应用广泛。 抗震墙也称剪力墙，这种结构体系由钢筋混凝土 纵横墙组成，抗侧力性能较强，但平面布置不灵 活，纯剪力墙体系一般用于住宅、旅馆和办公楼 建筑。
筒体结构或由四周封闭的剪力墙构成单筒式的筒 状结构；或以楼电梯为内筒，密排柱深梁框架为 外框筒组成筒中筒结构。这种结构的空间刚度大， 抗侧和抗扭刚度都很强，建筑布局亦灵活。
多层及高层房屋_钢结构
框筒结构
❖框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒中筒） ❖适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）
结构及受力特点：
1）内部设置剪力墙式的内筒，与及其他竖向构件 主要承受竖向荷载；
多层和高层房屋建筑之间无严格的界线；大致可以 12层(高度约40m)为界；
主要优点
（1）重量轻
（2）抗震性能好
（3）施工周期短
（4）工业化程度高
（5）环保效果好
1
天津丽苑钢结构住宅
天
津
丽
苑
钢
结
构
住
宅
2
莱钢开发的钢结构住宅
3
全国最大的 钢结构住宅 示范工程--武 汉世纪家园
项目
4
5
6
4.1 多、高层房屋结构的组成
2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚 接，形成一个悬臂筒（竖直方向）以承受侧向 荷载；
3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。
束筒结构
由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结构组成(减缓 框筒结构的剪力滞后效应)P171
可将各筒体在不同的高度中止 可较灵活地组成平面形式
筒体
密柱深梁的钢结构筒体 钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)
结构类型
6、7度 7度
8度
9度
（0.15g） （0.15g）
（0.4g）
0.2g 0.3g
框架
110
框架—中心支撑
220
框架—偏心支撑
240
（延性支撑）
筒体（框筒、筒中 300 筒，桁架筒，束筒）
和巨型框架
90
二建：建筑结构与建筑设备讲义. 第六章第二节 多层建筑结构体系至第四节 木屋盖的结构形式与布置
第二节多层建筑结构体系9层及9层以下为多层建筑，10层及10层以上或高度超过28m的住宅建筑和高度大于24m的其他高层民用建筑为高层建筑。
一、多层砌体结构（一）概述1．混合结构房屋是指同一房屋结构体系中，采用两种或两种以上不同材料组成的承重结构体系。
2．砖砌体结构是指由钢筋混凝土楼（屋）盖和砖墙承重的结构体系（亦称砖混结构）。
3．砌体结构一般是指采用钢筋混凝土楼（屋）盖和用砖或其他块体（如混凝土砌块）砌筑的承重墙组成的结构体系。
4．过去曾有过用木楼（屋）盖与砖墙承重组成的结构体系，称为砖木结构。
目前已很少采用。
(二)砌体结构的优缺点和应用范围1．主要优点(1)主要承重结构(承重墙)是用砖(或其他块体)砌筑而成的，这种材料任何地区都有，便于就地取材。
常用的墙体材料有：a．烧结普通砖：黏土砖、煤矸石砖、页岩砖、煤矸石页岩砖；b．烧结多孔砖：黏土多孔砖(P型、M型)、煤矸石多孔砖、页岩多孔砖；c．蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖；d．混凝土小型空心砌块。
(2)墙体既是围护和分隔的需要，又可作为承重结构，一举两得。
(3)多层房屋的纵横墙体布置一般很容易达到刚性方案的构造要求，故砌体结构的刚度较大。
(4)施工比较简单，进度快，技术要求低，施工设备简单。
2．主要缺点(1)砌体强度比混凝土强度低得多，故建造房屋的层数有限，一般不超过7层。
(2)砌体是脆性材料，抗压能力尚可，抗拉、抗剪强度都很低，因此抗震性能较差。
(3)多层砌体房屋一般宜采用刚性方案，故其横墙间距受到限制，因此不可能获得较大的空间，故一般只能用于住宅、普通办公楼、学校、小型医院等民用建筑以及中小型工业建筑。
(三)砖砌体房屋的墙体布置方案1．横墙承重方案楼层的荷载通过板梁传至横墙，横墙作为主要承重竖向构件，纵墙仅起围护、分隔、自承重及形成整体作用。
优点：横墙较密，房屋横向刚度较大，整体刚度好。
外纵墙不是承重墙，因此立面处理比较方便，可以开设较大的门窗洞口。
3.1多层高层钢结构体系
一、框架结构
框架结构的主要优点:
平面布置较灵活 刚度分布均匀 延性较大 自振周期较长 对地震作用不敏感
一、框架结构
青岛某钢结构住宅
二、框-剪结构
框架结构上布置适当的剪力墙
设置剪力墙
二、框-剪结构
在侧向荷载的作用下， 纯框架结构的侧向位移： 剪切变形模式 抗剪结构的侧向位移： 弯曲变形模式
八、多层结构房屋
单纯采用框架结构或斜撑(或 剪力墙)体系；
剪力 可用于不超过40～60层的高层建筑
支撑沿房屋两个方向布置，狭长形截面的建筑也 可布置在短边；地震区，一般沿同一竖向柱距内 连续布置。
三、框-支结构
成都世纪新城超五星级酒店 框-支结构
三、框-支结构
钢支撑的布置，可分为中心支撑和偏心支撑两大 类。中心支撑是指支撑的两端都直接连接在梁柱 节点上，而偏心支撑是至少有一端偏离了梁柱节 点，直接连在梁上，连接点与柱之间的一段梁形 成耗能梁段。
二者组合（框剪结构）： 显著减少了纯框架结构的侧向位移 ，具
有双重设防的优点。
二、框-剪结构
钢结构住宅示范工程 --武汉世纪家园
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二、框剪结构
框剪结构的特点：
用于地震区时，具有双重设防的优点
剪力墙为抗侧力结构
可用于不超过40～60层的高层建筑
剪力墙按材料和结构形式分为： 钢筋混凝土剪力墙:需采取构造措施
22
四、框-筒结构
重要概念：剪力滞后（Shear Lag）
在框-筒结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变 形，即为剪力滞后。
为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大， 通常可采取两个措施： 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大； 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比 。
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组合板抗冲剪承载力验算
组合板在集中荷载下的冲切力V1，应满足:
V1≤0.6 ft ucr hc
临界周界长度
组合板斜截面抗剪承载力验算
组合板一个波距内斜截面最大剪力设计值Vin 应满足: Vin ≤0.07ftbh0
有效工作宽度bef的最大值
1. 抗弯计算时 简支板 ：bef = bf1+2 lP ( 1 - lP/l ) 连续板 ：bef = bf1 + [ 4 lP ( 1 - lP/l ) ] /3
实例
主次梁连（二）
刚性连接
4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计
保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力
(a) 不设次梁时的布置方案
(b) 通常的布置方案
抗剪栓钉的布置
抗剪栓钉
抗剪栓钉的布置
压型钢板与抗剪栓钉的连 接
压型钢板与抗剪栓钉的连接
栓钉连接件的受剪承载力设计值
c c Nv 0.43 Ast Ec f c 且 N v ≤0.7 Ast f
负弯矩区剪跨段 V = As fsy
n个栓钉连接件均匀分 布于其剪跨区段内
每个剪跨区内所应配置的栓钉连接件总数
C n V / NV
V :剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力
集中力作用时栓钉连接件的布置
剪跨区内有较大集中力作用时，可将n个栓钉连接件按各分剪力区段的剪力图 面积分配，然后各自均匀分布于分剪力区段
组合楼板和组合梁
压 型 钢 板 组 合 楼 板 组 合 楼 板
组合板 非组合板
考虑压型钢板对组合 楼板承载力的贡献
一般形式组合梁 压型钢板组合梁
组 合 梁
预制钢筋混凝土板组合梁
组合楼板设计时的基本原则
组合楼板的设计考虑两个受力阶段：
1)施工阶段:对作为浇注混凝土底模的压型钢板进 行强度和变形验算.
组合楼板使用阶段的设计
非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢 板波槽内设置钢筋，并进行相应计算. 组合板: 永久荷载 + 使用阶段可变荷载 承载力验算 变形验算 双向弯曲板或单向弯曲板 单向弯曲简支板
内容 正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力
组合板的力学模型
（一）承载力验算的力学模型
Af f cm hcbce时，
M ≤bce hc f cm y Ac fy1
A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截 面面积
验算公式（二）
负弯矩作用
M ≤M P As f sy ( y3 y4 / 2)
As:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积 Mp:钢梁截面的全塑性弯曲承载力
纵向钢筋截面形心线
--------------- (4-4)
Ast —— 栓钉钉杆截面面积 Ec —— 混凝土弹性模量 fc —— 混凝土轴心抗压强度设计值 f —— 栓钉钢材的抗拉强度设计值 —— 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比 当栓钉材料性能等级为4.6时， 取 f =215N／mm2。 1.67
栓钉受剪承载力设计值的折减
0.85 b(hs hp ) 且 ≤1.0 2 hp n0
压型钢板和与混凝土之间水平剪力的 传递形式
依靠压型钢板的纵向波槽 传递 依靠压型钢板上的压痕、 小洞或冲成的不闭合的孔 眼传递 依靠压型钢板上焊接的横 向钢筋传递 依靠设置于端部的锚固件 传递(任何情形下都应当 设置端部锚固件)
M ≤0.8f cm xbyP
x AP f / f cmb
受压区截面应力合力的距离
b :压型钢板的波距 AP:压型钢板波距内的截面面积
yP h0 x / 2
hc :压型钢板顶面以上混凝土厚度
f :压型钢板钢材的抗拉强度设计值
0.8 :考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中 和轴附近材料强度发挥不充分等因素 。
板厚不超过100mm时
1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板：
2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板.
板厚超过100mm时 1） 0.5<λe<2.0 时：
参数λe ＝μlx／ly,
μ =(Ix／Iy)1/4（异向性系数） Ix、Iy：组合板顺肋方向和垂直 肋方向的截面惯性矩，计算Iy时 只考虑压型钢板顶面以上的混凝 土计算厚度hc.
带压型钢板的混凝土翼板：
取hc
对于中间梁， bc1 = bc2 .
换算宽度的折算
受压混凝土翼板的有效宽度bce
弹性分析时
与钢材等效的换算宽度beq 换算公式： 荷载标准组合： beq=bce/αE 荷载准永久组合： beq=bce/（2αE） αE：钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值
bce beq
等跨不等间距次梁(中间设走廊或不等跨框架)
梁系布置时考虑的因素
钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼 板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取2～3m）
主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥 整体空间作用）
竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以 保证两个方向的长细比不致相差悬殊； 梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递 到竖向构件； （如，设置斜向主梁） 为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接 方式。
2. 抗剪计算时
bef = bf1+lP ( 1 - lP/l ) , bf1 = bf+2( hc + hd )
l ：组合板跨度 lP ：荷载作用点到组合板较近支座的距离 bf1：集中荷载在组合板中的分布宽度 bf ：荷载宽度 hc ：压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度 hd ：地板饰面层厚度
组合梁的设计
楼盖结构的方案选择原则
满足建筑设计要求 较小自重 一般性的原则
便于施工
有足够的整体刚度
多、高层建筑的楼盖结构组成
楼板 梁系 固定作用、传递水平剪力作用
用于多、高层建筑的楼板
现浇钢筋混凝土 楼板 卫生间 开洞较多处 预制楼板 压型钢板组合 楼板 多用于工 业建筑
高度不大 且无地震设防的建筑 （较少采用）
应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层
预制楼板通过其底面四角的预埋件与钢梁焊接 1）焊脚高度不应小于6mm
2）焊缝长度不应小于80mm
板缝的灌缝构造宜一律按抗震设防要求进行。必要时可在板缝间的梁 上设抗剪件(如抗剪栓等)
梁系的构成
梁系
用于矩形平面 常见的次梁布置： 等跨等间距次梁
用于正方形平面
组合板正截面抗弯承载力验算（2）
验算公式
AP f f cm hcb时，
M ≤0.8（f cm hcbyP1 AP2 fyP2 )
AP2＝0.5（AP f cm hcb / f )
B-----压型钢板的波距 hc-----压型钢板顶面以上混凝土厚度 AP2 ---塑性中和轴以上的压型钢板波距内截面面积 yP1 ,yP2 压型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区混凝 土板截面和压型钢板截面应力合力的距离
双向弯曲板；
2）λe ≤ 0.5 或
λe ≥ 2.0 时：
单向弯曲板.
组合板正截面抗弯承载力验算
AP
组合板正截面抗弯承载力验算（1）
验算公式
x :组合板受压区高度 x > 0．55h0时，取x = 0.55h0 yp:压型钢板截面应力合力至混凝土
AP f ≤f cm hcb时， h0 :组合板有效高度
y4 =As fsy /(2tw f )
M P =WP f
组合梁的受剪承载力验算
视全部剪力由钢梁腹板承受：
V ≤hw tw f v
hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度；
fv ：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值.
组合梁栓钉连接件验算
正弯矩区剪跨段 V=Af (塑性中和轴位于混凝土翼板内)
V = bce hc fcm (塑性中和轴位于钢梁截面内)
组合梁的正截面受弯承载力验算
满足以下条件
在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及
受压应力均达到强度设计值；
塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计；
塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯 曲抗压强度设计值。
验算公式（一）
正弯矩作用
Af ≤f cm hcbce时，
M ≤bce xf cm y
2)使用阶段:对于非组合板，压型钢板仅作为模板 使用；验算组合板在永久荷载和使用段的可变荷 载作用下的强度和变形.
压型钢板的跨中变形时： 挠度w0大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效 应，在全跨增加混凝土厚度0.7 w0 ,或增设临时支撑.
组合楼板施工阶段的设计
永久荷载: 压型钢板、钢筋和混凝土的自重. 可变荷载: 施工荷载和附加荷载. 附加荷载: 当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵 的荷载时考虑.
验算: 采用弹性方法.
力学模型：图4-16. 压型钢板的截面力学特性: 参见第1章. 如果承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下 设置临时支护,以减小板跨加以验算.
施工阶段力学模型的说明
实质上是压型钢板的计算 只考虑荷载沿强边方向传递(单向板)
(因强边方向的截面刚度远大于弱边方向)
n1＝nA1 /( A1 A2 )
n2＝nA2 /( A1 A2 )
当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足要求
C n V / NV
时，可采用部分抗剪连接设计法，按《钢结构设计规范》计算。
斜向主梁的作用
在框筒体系中，
角柱往往产生，可通 过斜高额轴向拉力向 布置主梁得到向角柱 传递较大的竖向荷载