CN106917451A - 一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系及其施工方法，该抗震框架结构体系包括各层框架柱、框架梁和楼板，框架柱包括外侧房间柱和内侧房间柱，框架梁包括设置在屋内的房梁，框架柱还包括在内侧房间柱的外侧、沿走廊的边缘设置的一行廊柱，每根廊柱均布置在外侧房间柱与内侧房间柱柱轴连线的延长线上，所述框架梁还包括设置在走廊内的廊梁，所述廊梁包括纵向廊梁和横向廊梁。本发明在走廊的外侧增设预制的廊柱，使横向变成双跨框架，大大改善了原单跨多层框架的抗震性能；框架柱中部包含钢骨芯的钢骨混凝土预制柱，承载力大，延性高，抗震性能非常好；当钢骨芯采用圆形或者矩形钢管并在钢管内填有混凝土时，承载力将进一步提高。

Description

一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系及其施工方法

技术领域

本发明属于多层建筑的框架结构领域，特别是涉及一种用于高烈度地区、水平地震力大的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系及其施工方法。

背景技术

单面走廊多层建筑是一种一侧为房间、另一侧为走廊的建筑形式，这种建筑通风采光好，土地利用率高，建筑成本低，是教学楼、宿舍、办公楼等公共建筑和居住建筑普遍采用的建筑形式，尤其在南方非采暖地区的中小城市和村镇建筑中应用非常广泛。目前，这种房屋常常采用单跨多层钢筋混凝土框架结构，外挑走廊采用悬挑结构。

然而在高烈度地震区，这种结构表现出很多问题：首先，高烈度地震区框架水平地震力大，框架梁、柱截面常常很大，造价高，不便于使用；其次，历次震害表明，单跨多层钢筋混凝土框架由于缺少必要的冗余度、抗震防线少，在地震力作用下常常发生严重破坏，造成巨大的生命和财产损失，因此国家规范《建筑抗震设计规范》G2 50011-2010中规定：对于多层和高层钢筋混凝土房屋，“甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构；高度不大于24m的丙类建筑不宜采用单跨框架结构”。在实际工程中，对于地震地区、尤其是高烈度地震地区的这种建筑，应尽量避免采用单跨多层钢筋混凝土框架。

目前对于单跨多层钢筋混凝土框架结构，设计上也有以下几种处理的方式：

一是在端部、隔间墙、楼梯间等位置设置剪力墙，形成框架-剪力结构。这种方式纵向剪力墙常常影响使用，而且施工麻烦，增加造价较多，不太经济；

二是设置钢支撑或者防屈曲钢支撑，形成框架-支撑结构。这种方法由于增加了斜支撑，使用上不方便，外观上不美观。

发明内容

本发明的目的是提供一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系及其施工方法，要解决现有单跨多层钢筋混凝土框架梁柱截面大、抗震性能差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，包括各层框架柱、框架梁和楼板，所述框架梁为钢筋混凝土梁或者钢梁，所述框架柱包括在房间两侧相对设置的两行房间柱，分别为由外至内按列对齐的外侧房间柱和内侧房间柱，所述框架梁包括设置在屋内的房梁，所述外侧房间柱和内侧房间柱之间、外侧房间柱和外侧房间柱之间以及内侧房间柱和内侧房间柱之间均通过房梁连接；

所述框架柱还包括在内侧房间柱的外侧、沿走廊的边缘设置的一行廊柱，每根廊柱均布置在外侧房间柱与内侧房间柱柱轴连线的延长线上，所述框架梁还包括设置在走廊内的廊梁，所述廊梁包括连接相邻廊柱的纵向廊梁和连接廊柱与内侧房间柱的横向廊梁；

所述廊柱是钢骨外钢筋混凝土包裹中部钢骨芯的钢骨混凝土预制柱。

所述钢骨芯包括横截面为H型或者十字型的型钢。

所述钢骨芯包括外侧的横截面为圆形或矩形的钢管和钢管内浇筑的钢管内混凝土，所述钢管内混凝土为高强混凝土，强度等级为C60～C100。

所述钢骨混凝土预制柱的横截面形状为圆形或矩形，所述钢骨外钢筋混凝土包括钢骨外钢筋和钢骨外混凝土，所述钢骨外钢筋由柱纵向钢筋和柱横向箍筋绑扎而成，所述钢骨外混凝土为普通混凝土。

所述钢骨混凝土预制柱是将两层以上的框架柱作为一整根长柱、水平预制后再整体吊装预制长柱。

所述廊柱是长边平行于走廊的矩形柱。

所述外侧房间柱和内侧房间柱均为钢骨混凝土预制柱，所述内侧房间柱是长边平行于走廊的矩形柱。

所述横向廊梁为钢梁。

所述楼板为无梁板，该无梁板采用普通钢筋混凝土楼板、现浇空心楼板、预应力钢筋混凝土楼板、或者预制预应力混凝土空心楼板。

一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，根据建筑受力计算设计基础、框架柱、框架梁和楼板的类型和尺寸，其中包括房间柱、廊柱、房梁和廊梁的选型；

步骤二，施工基础；

步骤三，施工框架柱：

A、当框架柱采用钢骨混凝土现浇柱时，直接在基础上施工：

先在框架柱位置安装钢骨芯，呈直立状态，当钢骨芯为钢管混凝土时，接着在钢管内竖向浇注钢管内混凝土；然后在钢骨芯外侧绑扎柱纵向钢筋和柱横向箍筋，最后再竖向浇注钢骨外混凝土形成钢骨混凝土柱；

B、框架柱采用钢骨混凝土预制柱时，将两层以上的框架柱作为一整根长柱进行预制：

B1、当钢骨芯为H或者十字型的型钢时，在钢骨芯的外侧绑扎柱纵向钢筋和柱横向箍筋，然后再水平浇注钢骨外混凝土形成钢骨混凝土预制柱；

B2、当钢骨芯为钢管混凝土时，预先在钢管内水平浇注钢管内混凝土，然后在钢管外侧绑扎柱纵向钢筋和柱横向箍筋，接着再水平浇注钢骨外混凝土形成钢骨混凝土预制柱；

B3、最后在基础上方对钢骨混凝土预制柱吊装就位；

步骤四，施工框架柱之间房梁、纵向廊梁和横向廊梁；

步骤五，施工房梁和廊梁上的楼板，形成抗震框架结构体系。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，在走廊的外侧还增设有一行预制的廊柱，使横向变成双跨框架，大大改善了原单跨多层框架的抗震性能；而且该行框架柱是一种中部包含钢骨芯的钢骨混凝土预制柱，承载力大，延性高，抗震性能非常好；当钢骨芯采用圆形或者矩形钢管并在钢管内填有混凝土时，承载力将进一步提高。

本发明的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，廊柱预制成矩形，内侧房间柱也可以进一步预制成与廊柱一样的矩形，柱截面高度可以减小，改善外排框架柱挤占走廊的空间的问题，感观好。

本发明的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，外观上仍为框架结构，相比于框架-剪力墙结构或者框架-支撑结构，使用上更加方便，观感上更加美观。

本发明的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，使用房间的楼板采用无梁板，不设次梁；连接走廊两侧框架柱的框架梁跨度小，同时横向廊梁采用钢梁有利于按安装，梁高比普通混凝土梁小很多，因此将大大减低建筑层高，有利于节省工程总体造价。

本发明的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，由于框架柱采用预制长柱，工程质量可靠，施工速度快，抗震性能优于常规现浇钢筋混凝土框架。特别是钢管内采用C60以上高强混凝土，将高强混凝土应用于多层建筑，有利于高强材料的推广使用，从而节省建筑材料。因此，本发明对钢筋混凝土预制建筑的发展将起到重要的促进作用，具有重大经济意义和社会价值。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是实施例一的框架结构平面图。

图2是图1中A-A剖面的结构示意图。

图3是钢骨混凝土预制柱采用十字型钢骨的方形柱的横截面示意图。

图4是钢骨混凝土预制柱采用H型钢骨的方形柱的横截面示意图。

图5是钢骨混凝土预制柱采用圆钢管方形柱的横截面示意图。

图6是钢骨混凝土预制柱采用方钢管方形柱的横截面示意图。

图7是钢骨混凝土预制柱采用圆钢管圆形柱的横截面示意图。

图8是钢骨混凝土预制柱采用方钢管圆形柱的横截面示意图。

图9是实施例二的框架结构平面图。

附图标记：1－框架柱、1.1－外侧房间柱、1.2－内侧房间柱、1.3－廊柱、2－楼板、3－房梁、4－纵向廊梁、5－横向廊梁、11－钢骨外钢筋混凝土、11.1－钢骨外钢筋、11.2－钢骨外混凝土、11.11－柱纵向钢筋、11.12－柱横向箍筋、12－钢骨芯、12.1－钢管、12.2－钢管内混凝土。

具体实施方式

实施例一，参见图1～2所示，这种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，包括各层框架柱、框架梁和楼板2。

所述框架梁为钢筋混凝土梁或者钢梁。

所述框架柱1包括在房间两侧相对设置的两行房间柱，分别为由外至内按列对齐的外侧房间柱1.1和内侧房间柱1.2，所述框架梁包括设置在屋内的房梁，所述外侧房间柱和内侧房间柱之间、外侧房间柱和外侧房间柱之间以及内侧房间柱和内侧房间柱之间均通过房梁3连接。

其中外侧房间柱1.1和内侧房间柱1.2采用普通钢筋混凝土柱。

所述框架柱还包括在内侧房间柱1.2的外侧、沿走廊的边缘设置的一行廊柱1.3，每根廊柱均布置在外侧房间柱1.1与内侧房间柱1.2柱轴连线的延长线上，所述框架梁还包括设置在走廊内的廊梁，所述廊梁包括连接相邻廊柱1.3的纵向廊梁4和连接廊柱1.3与内侧房间柱1.2的横向廊梁5；

所述廊柱1.3是钢骨外钢筋混凝土11包裹中部钢骨芯12的钢骨混凝土预制柱。

外侧房间柱1.1、内侧房间柱1.2、廊柱1.3以及房梁3、纵向廊梁4和横向廊梁5形成框架结构，其中外侧房间柱1.1、内侧房间柱1.2、廊柱1.3以及房梁3和横向廊梁5形成跨度为6～9米左右的一榀框架，以支承使用房间的楼板和抵抗水平力，相邻榀框架之间的开间为 6～12米左右，均根据工程设计决定。

相比于常规的采用外挑走廊的单跨多层框架，或者仅外边设置框架柱的单跨多层框架，本发明在走廊外侧设有框架柱，大大改善了多层单跨框架的受力状况；同时廊柱采用钢骨混凝土预制柱，承载力较普通钢筋混凝土柱大大提高，延性好，因此，框架主体抗震性能得以很大程度的改善。

所述钢骨外钢筋混凝土11包括钢骨外钢筋11.1和钢骨外混凝土11.2，所述钢骨外钢筋11.1由柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12绑扎而成，所述钢骨外混凝土11.2为普通混凝土。钢骨混凝土预制柱包括两种实现形式：

参见图3～4所示，一种为钢骨芯采用实腹式钢柱加工，钢骨芯为H型或者十字型的型钢，在建筑层数不多、地震力不大时使用效果较好。此处列出的两种形式的钢骨混凝土预制柱的形状均为矩形，在其它实施例中也可以制作成圆形。

参见图5～8所示，另一种为钢骨芯包括横截面为圆形或矩形的钢管12.1和钢管内浇筑的钢管内混凝土12.2，所述钢管内混凝土12.2为高强混凝土，强度等级为C60～C100，可以得到更高强度的框架柱，不但经济更好，而且有利高强材料在多层建筑中的推广使用。因此，这种框架柱的承载力可以大大提高，在建筑层数多、地震力大时使用效果很好。

为了改善外排框架柱挤占走廊空间的问题，廊柱可以是长边平行于走廊的矩形柱。其垂直于走廊方向的短边尺寸为300～500mm，平行于走廊方向的长边尺寸为400～600mm。采用宽扁的矩形柱有利于给走廊提供更大的净空。

横向廊梁4一般采用普通钢筋混凝土梁比较经济。但当走廊内有较多管道还需要吊顶时，如风管、消防管，为了减小梁高度，获得更大的净高，还可以采用钢梁，这样框架柱安装也更加方便。

所述房间的楼板一般可以采用带次梁的梁板结构；优先的，采用无梁板，无梁板采用普通钢筋混凝土楼板、现浇空心楼板、预应力钢筋混凝土楼板或者预制预应力混凝土空心楼板。在这种结构体系中，相对于梁板结构，无梁板取消了次梁，虽然楼板造价略高，但可以降低层高，节省材料，同时有利于使用总体效果更好。

实施例二，如图9所示，这种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，与实施例一不同的是，所述外侧房间柱和内侧房间柱均为钢骨混凝土预制柱，同时内侧房间柱也是长边平行于走廊的矩形柱，尺寸可以与廊柱相同。进一步，全部框架柱采用钢骨混凝土预制柱，更加有利于抗震，也便于施工统一，内侧房间柱采用扁柱不但有利于走廊净宽，方便使用；而且有利于减小走廊一侧纵向刚度，使建筑两侧抗侧刚度更加均匀，减小结构在地震下的扭转效应，从而减小结构在地震下可能发生的震害。

这种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系的施工方法，施工步骤如下：

步骤一，根据建筑受力计算设计基础、框架柱、框架梁和楼板5的类型和尺寸，其中包括房间柱、廊柱、房梁和廊梁的选型；

步骤二，施工基础；

步骤三，施工框架柱：

A、当框架柱采用钢骨混凝土现浇柱时，直接在基础上施工：

先在框架柱位置安装钢骨芯，呈直立状态，当钢骨芯为钢管混凝土时，接着在钢管12.1内竖向浇注钢管内混凝土12.2；然后在钢骨芯外侧绑扎柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12，最后再竖向浇注钢骨外混凝土11.2形成钢骨混凝土柱；

B、框架柱采用钢骨混凝土预制柱时，将两层以上的框架柱作为一整根长柱进行预制：

B1、当钢骨芯为H或者十字型的型钢时，在钢骨芯的外侧绑扎柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12，然后再水平浇注钢骨外混凝土11.2形成钢骨混凝土预制柱；

B2、当钢骨芯为钢管混凝土时，预先在钢管12.1内水平浇注钢管内混凝土12.2，然后在钢管外侧绑扎柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12，接着再水平浇注钢骨外混凝土11.2形成钢骨混凝土预制柱；

B3、最后在基础上方对钢骨混凝土预制柱吊装就位；

步骤四，施工框架柱之间房梁、纵向廊梁4和横向廊梁5；

步骤五，施工房梁和廊梁上的楼板，形成抗震框架结构体系。

具体施工时，钢骨混凝土预制柱是将两层以上的框架柱作为一整根长柱、水平或者略微倾斜的斜状态下预制后再整体吊装预制长柱，其横截面形状为圆形或矩形。为了获得良好的经济性，长柱制作长度宜尽可能地长，以减少现场拼接接头；不过还应满足运输及吊装起重量限制的要求。对于一般楼层，可以采用2～4层高作为一根柱，长度8～12m左右，这样安装较方便；对于多高层建筑底层柱，安装条件比楼层好，也可以采用5～10层、约20～40m作为一根柱。

施工框架梁时有以下两种情况：

当框架梁采用钢梁时，采用在梁柱节点处预留钢牛腿与钢梁连接；

当框架梁采用钢筋混凝土梁时，采用在梁柱节点处钢骨外混凝土11.2留空，待框架梁纵筋穿过后再现浇节点混凝土。

预制框架柱施工时有以下两种情况：

当钢骨芯12为H或者十字型实腹式钢柱时，将钢柱平放，绑扎柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12，然后浇注钢骨外混凝土11.2，形成钢骨混凝土预制柱；

当钢骨芯为钢管混凝土时，在钢管12.1内预先浇筑钢管内混凝土12.2，然后在将钢管混凝土平放，绑扎柱纵向钢筋11.11和柱横向箍筋11.12，然后浇注钢骨外混凝土11.2，形成钢骨混凝土预制柱。钢管内混凝土12.2可以在钢管水平或者略微倾斜的状态下浇筑，也可以在钢管垂直状态下浇筑，尤其在钢管与水平面夹角不大于20°的状态下进行浇筑时施工比较方便。

以下通过计算，进一步说明本发明使用效果：

算例1、常规钢筋混凝土框架结构：某5层框架建筑，地上5 层，1～5层层高3.9m，房间跨度6.6m，附加2.4m宽的走廊，开间8.4m。楼面活载2.0kN/m²。抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，场地类别为Ⅱ类。框架抗震等级按重点设防类，框架抗震等级为一级。

算例1采用房间两侧设框架柱的单跨框架结构，内侧房间柱1.2的1～3层截面大小为0.75m×0.60m，内侧房间柱1.2的4～5层及外侧房间柱1.1的1～5层截面大小均为0.55m×0.55m，X向框架梁的截面大小为0.30m×0.55m。Y向框架梁1～3层房间处的截面大小为0.40m×0.75m，走廊处的截面大小为0.35m×0.6，4～5层房间处的截面大小为0.35m×0.65m，走廊处的截面大小为0.35m×0.5m。梁柱混凝土均采用C40。

计算结果显示，在地震力作用下，X方向的最大层间位移角1/578，Y方向的最大层间位移角1/627，满足国家规范不大于1/550的要求。缺陷是不满足国家规范关于多层框架不应采用单跨框架结构的抗震要求，而且走廊内侧框架柱的截面大小为0.75m×0.60m,截面明显偏大。

算例2、钢骨混凝土预制柱框架结构：对算例1的建筑物，采用本发明，在走廊外侧增加一列框架柱即廊柱1.3，同时将所有框架柱均采用钢骨混凝土预制柱。

走廊两侧框架柱1～5层框架柱即廊柱1.3和内侧房间柱1.2的截面大小采用0.50m×0.40m，钢管12.1的尺寸为D203mm×10mm；外侧房间柱1.1的截面大小为0.55m×0.50m，钢管的尺寸为D273mm×10mm；钢管内混凝土为C60，钢管外混凝土为C40，其他均同算例1。

计算结果显示，在地震力作用下，X方向的最大层间位移角1/577，Y方向的最大层间位移角1/663，满足国家规范不大于1/550的要求。

由此可见，采用本发明的多层建筑抗震框架结构体系，不但抗震性能大大提高、满足了国家规范关于多层框架不应采用单跨框架结构的抗震要求，而且走廊两侧框架柱的截面大小为仅0.50m×0.40m，远小于算例 1中框架柱的截面大小0.75m×0.60m，有利于建筑使用。

Claims (10)

1.一种单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，包括各层框架柱、框架梁和楼板（2），所述框架梁为钢筋混凝土梁或者钢梁，其特征在于：所述框架柱（1）包括在房间两侧相对设置的两行房间柱，分别为由外至内按列对齐的外侧房间柱（1.1）和内侧房间柱（1.2），所述框架梁包括设置在屋内的房梁（3），所述外侧房间柱和内侧房间柱之间、外侧房间柱和外侧房间柱之间以及内侧房间柱和内侧房间柱之间均通过房梁（3）连接；

所述框架柱还包括在内侧房间柱（1.2）的外侧、沿走廊的边缘设置的一行廊柱（1.3），每根廊柱均布置在外侧房间柱（1.1）与内侧房间柱（1.2）柱轴连线的延长线上，所述框架梁还包括设置在走廊内的廊梁，所述廊梁包括连接相邻廊柱（1.3）的纵向廊梁（4）和连接廊柱（1.3）与内侧房间柱（1.2）的横向廊梁（5）；

所述廊柱（1.3）是钢骨外钢筋混凝土（11）包裹中部钢骨芯（12）的钢骨混凝土预制柱。

2.根据权利要求1所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述钢骨芯（12）包括横截面为H型或者十字型的型钢。

3.根据权利要求1所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述钢骨芯（12）包括外侧的横截面为圆形或矩形的钢管（12.1）和钢管内浇筑的钢管内混凝土（12.2），所述钢管内混凝土（12.2）为高强混凝土，强度等级为C60～C100。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述钢骨混凝土预制柱的横截面形状为圆形或矩形，所述钢骨外钢筋混凝土（11）包括钢骨外钢筋（11.1）和钢骨外混凝土（11.2），所述钢骨外钢筋（11.1）由柱纵向钢筋（11.11）和柱横向箍筋（11.12）绑扎而成，所述钢骨外混凝土（11.2）为普通混凝土。

5.根据权利要求4所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述钢骨混凝土预制柱是将两层以上的框架柱作为一整根长柱、水平预制后再整体吊装预制长柱。

6.根据权利要求4或5所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述廊柱（1.3）是长边平行于走廊的矩形柱。

7.根据权利要求6所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述外侧房间柱（1.1）和内侧房间柱（1.2）均为钢骨混凝土预制柱，所述内侧房间柱（1.2）是长边平行于走廊的矩形柱。

8.根据权利要求1所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述横向廊梁（5）为钢梁。

9.根据权利要求1所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系，其特征在于：所述楼板（6）为无梁板，该无梁板采用普通钢筋混凝土楼板、现浇空心楼板、预应力钢筋混凝土楼板、或者预制预应力混凝土空心楼板。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的单面走廊多层建筑的抗震框架结构体系的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一，根据建筑受力计算设计基础、框架柱、框架梁和楼板（5）的类型和尺寸，其中包括房间柱、廊柱、房梁和廊梁的选型；

步骤二，施工基础；

步骤三，施工框架柱：

A、当框架柱采用钢骨混凝土现浇柱时，直接在基础上施工：

先在框架柱位置安装钢骨芯，呈直立状态，当钢骨芯为钢管混凝土时，接着在钢管（12.1）内竖向浇注钢管内混凝土（12.2）；然后在钢骨芯外侧绑扎柱纵向钢筋（11.11）和柱横向箍筋（11.12），最后再竖向浇注钢骨外混凝土（11.2）形成钢骨混凝土柱；

B、框架柱采用钢骨混凝土预制柱时，将两层以上的框架柱作为一整根长柱进行预制：

B1、当钢骨芯为H或者十字型的型钢时，在钢骨芯的外侧绑扎柱纵向钢筋（11.11）和柱横向箍筋（11.12），然后再水平浇注钢骨外混凝土（11.2）形成钢骨混凝土预制柱；

B2、当钢骨芯为钢管混凝土时，预先在钢管（12.1）内水平浇注钢管内混凝土（12.2），然后在钢管外侧绑扎柱纵向钢筋（11.11）和柱横向箍筋（11.12），接着再水平浇注钢骨外混凝土（11.2）形成钢骨混凝土预制柱；

B3、最后在基础上方对钢骨混凝土预制柱吊装就位；

步骤四，施工框架柱之间房梁、纵向廊梁（4）和横向廊梁（5）；

步骤五，施工房梁和廊梁上的楼板，形成抗震框架结构体系。