多層與高層建筑結(jié)構(gòu)課件

1、第4章 多層與高層建筑結(jié)構(gòu) 4.1 多層與高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計 4.2 結(jié)構(gòu)體系的分類及其結(jié)構(gòu)布置原則 4.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.5 框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.6 筒體結(jié)構(gòu)與部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概論 4.7 思考題與作業(yè) 4.1 多層與高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計 4.1.1 多層與高層建筑結(jié)構(gòu)的定義 4.1.2 多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一般規(guī)定 1“三水準，兩階段”的設(shè)防原則內(nèi)容 2建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準 3抗震等級的確定 4抗震概念設(shè)計原則 4.1.1 多層與高層建筑結(jié)構(gòu)的定義 為適應(yīng)我國高層建筑的發(fā)展形勢并與國際諸多國家的界定相適應(yīng)，我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JG

2、J 32002規(guī)定10層及10層以上的建筑為高層建筑結(jié)構(gòu)?？紤]到有些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的層數(shù)雖未達到10層，但其房屋高度較高，所以同時規(guī)定高度超過28 m的民用建筑也為高層建筑結(jié)構(gòu)，并把高度為常規(guī)高度的高層建筑稱為A級高層建筑(最大適用高度見表4-1)，把高度超過A級高度限值的高層建筑稱為B級高度的高層建筑(最大適用高度見表4-2)。 當框架剪力墻、剪力墻及筒體結(jié)構(gòu)超過A級建筑高度時，應(yīng)按B級高度高層建筑考慮。B級高層建筑的各種體系適用高度見表4-2。 結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度 框架 70605545 25框架剪力墻140130120100 50剪 力 墻 全部落地剪力墻

3、 150140120100 60部分框支剪力墻宜采用筒體框架核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱剪力墻70403530不宜采用注：(1) 房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機房、水箱、構(gòu)架等高度。(2) 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)指地面以上有部分框支剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度7度8度框架剪力墻170160140120剪力墻全部落地剪力墻180170150130部分框支剪力墻150140120100筒體框架核心筒220210180140筒中筒300280230170表4-2 B級高度鋼筋混

4、凝土高層建筑的最大適用高度(m)高度與層數(shù)是高層建筑結(jié)構(gòu)的兩個主要指標，隨著我國的經(jīng)濟形勢的發(fā)展和工程界關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系積累的工程經(jīng)驗及科研成果的逐步增多而發(fā)生變化。如高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ 31991規(guī)定8層及以上的高層民用建筑結(jié)構(gòu)為多高層建筑結(jié)構(gòu)的適用界限，現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程調(diào)整為10層及以上為多高層超結(jié)構(gòu)的適用界限。 4.1.2 多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一般規(guī)定 抗震設(shè)計主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是抗震設(shè)計的概念設(shè)計內(nèi)容，即包括對房屋結(jié)構(gòu)作合理的結(jié)構(gòu)選型和布置以及采取必要的抗震構(gòu)造措施等；二是確定合理的計算簡圖和內(nèi)力分析方法，進行抗震驗算。其中抗震概念設(shè)計對建

5、筑物的抗震性能起決策性和關(guān)鍵性的作用，是抗震設(shè)計的主要和重要內(nèi)容之一。 1“三水準，兩階段”的設(shè)防原則內(nèi)容第一水準，當建筑物遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時，一般不受損或不需修理可繼續(xù)使用。第二水準，當建筑物遭受相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時，可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。第三水準，當建筑物遭受本地區(qū)抗震設(shè)防烈度預(yù)估的罕見地震影響時，不至倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。 三水準設(shè)防目標的通俗說法為：“小震不壞，設(shè)防烈度地震可修，大震不倒”?！靶≌鸩粔摹币蠼ㄖY(jié)構(gòu)在多遇地震作用下滿足承載力極限狀態(tài)驗算要求和建筑彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值?！盎镜卣鹂尚蕖币蠼?/p>

6、筑結(jié)構(gòu)具有相當?shù)难有?變形能力)，不發(fā)生不可修的脆性破壞?！按笳鸩坏埂币蠼ㄖ哂凶銐虻淖冃文芰Γ鋸椝苄宰冃尾怀^規(guī)定的彈性變形限值。兩個階段設(shè)計步驟為：第一階段，對絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗算和結(jié)構(gòu)彈性變形驗算，對各類結(jié)構(gòu)按規(guī)范規(guī)定采取抗震措施；第二階段，對一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進行罕遇地震下的彈性變形驗算。 1“三水準，兩階段”的設(shè)防原則內(nèi)容2建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標準 建筑抗震設(shè)防分類是依據(jù)建筑物在地震時和地震后的功能重要程度來分類，按不同的重要性提出不同的抗震安全要求，并采取相應(yīng)的抗震設(shè)計(地震作用和抗震措施)。現(xiàn)階段的建筑設(shè)防分類及設(shè)防標準按國家標準建筑抗震設(shè)防

7、分類標準(GB 502231995)及建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB 500112001)執(zhí)行。具體要求見表4-3。 GB 502231995標準GB 500112001規(guī)范設(shè)防分類甲類地震破壞后對社會有嚴重影響，對國民經(jīng)濟有巨大損失或有特殊要求的建筑重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害的建筑乙類使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)，且地震破壞會造成社會重大影響和國民經(jīng)濟重大損失的建筑地震時使用功能不能中斷需盡快恢復(fù)的 建筑丙類地震破壞后有一般影響及其他不屬于甲、乙、丁類的建筑除甲、乙、丁類以外的一般建筑丁類地震破壞或倒塌不會影響甲、乙、丙類建筑，且社會影響、經(jīng)濟損失輕微的建筑抗震次要建筑GB 50223

8、1995標準GB 500112001規(guī)范地震作用甲類應(yīng)按提高設(shè)防烈度一度設(shè)計按地震安全性評價結(jié)果確定乙類應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求丙類應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度設(shè)計應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求丁類一般情況下可不降低一般情況下仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求抗震措施甲類應(yīng)按提高設(shè)防烈度一度計算當抗震設(shè)防烈度為68度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求乙類當抗震設(shè)防烈度為68度時應(yīng)提高一度設(shè)計，當為9度時，應(yīng)加強抗震措施。對較小的乙類建筑，可采用抗震性能好、經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)體系，并按本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度采取抗震措施一般情況下，

9、當抗震設(shè)防烈度為68度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求；對較小的乙類建筑，當其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施丙類應(yīng)按本地區(qū)設(shè)防烈度設(shè)計應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求丁類當設(shè)防烈度為79度時，抗震措施可按本地區(qū)設(shè)防烈度降低一度設(shè)計，當為6度時可不降低應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當降低，但抗震設(shè)防烈度為6度時不應(yīng)降低表4-3 GB 502231995及GB 500112001中設(shè)防分類、地震作用及防震措施的比較 3抗震等級的確定(1) A級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級見表4-4。 結(jié)構(gòu)類型烈

10、 度6度7度8度9度框架高度(m)30303030303025框架四三三二二一一框架剪力墻高度(m)60606060606050框架四三三二二一一剪力墻三二一一一剪力墻高度(m)8080808060不應(yīng)采用短肢剪力墻三二二一一高度(m)80808080808060剪力墻四三三二二一一表4-4 A級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級 結(jié)構(gòu)類型烈 度6度7度8度9度框支剪力墻非底部加強部位剪力墻四三三二二不應(yīng)采用底部加強部位剪力墻三二二一底部加強部位剪力墻框支框架二二一一框支框架筒體框架核心筒框架三二二一框架核心筒框架核心筒二二一一核心筒筒中筒框架核心筒內(nèi)筒三二一一筒中筒內(nèi)筒框架三二二一框架核心筒框架板柱

11、剪力墻高度(m)403530不應(yīng)采用框架及板柱的柱三二一剪力墻二二二(2) B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級見表4-5。 結(jié)構(gòu)類型烈 度6度7度8度框架剪力墻框架二一一剪力墻二一特一剪力墻剪力墻二一一框支剪力墻非底部加強部位剪力墻二一一底部加強部位剪力墻二一特一框支剪力墻框支框架一特一特一框架核心筒框架二一特一核心筒二一特一筒中筒內(nèi)筒二一特一外筒二一特一表4-5 B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級 (3) 確定抗震等級的幾點說明如下： 框架剪力墻結(jié)構(gòu)，當按基本振型計算地震作用時，若框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%，框架部分按表中框架結(jié)構(gòu)相應(yīng)的抗震等級設(shè)計。剪力墻部分的抗震等級

12、，宜按框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻的抗震等級確定，但根據(jù)具體情況，有時也可取和修正后框架部分相同的抗震等級。 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻加強部位以上的一般部位，應(yīng)按剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻確定其抗震等級。 高層建筑主樓與裙房相連，與主樓連為整體的裙房的抗震等級不應(yīng)低于主樓相應(yīng)部分的抗震等級；裙房屋面部分的主樓上下各一層受剛度與承載力突變影響較大，抗震措施需要適當加強。 接近或等于高度分界時，應(yīng)結(jié)合房屋不規(guī)則程度及場地、地基條件適當確定抗震等級。 抗震設(shè)計的高層建筑，當?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下一層的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。 底部帶

13、轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)，其框支框架和底部加強部位筒體的抗震等級應(yīng)按框支剪力墻結(jié)構(gòu)的規(guī)定采用。 4抗震概念設(shè)計原則(1) 結(jié)構(gòu)的簡單性：指結(jié)構(gòu)在地震及其他荷載作用下具有明確的和直接的傳力途徑，便于建立完整、準確的結(jié)構(gòu)計算模型。(2) 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和均勻性：建筑平面規(guī)則、平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、對稱、均勻、減少偏心，使建筑物分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。沿建筑物豎向的結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向第一樓層或少數(shù)幾個樓層出現(xiàn)薄弱層，以致在這些部位因產(chǎn)生應(yīng)力集中和

14、過大的變形而使結(jié)構(gòu)不安全。(3) 結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力：結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)平面在兩個主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時還應(yīng)具有抗扭轉(zhuǎn)剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動的能力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個方向布置成雙向剛接框架。 (4) 結(jié)構(gòu)的整體性：由于設(shè)計內(nèi)力計算模型是建立在樓蓋平面內(nèi)剛度無限大的假定的基礎(chǔ)上，設(shè)計應(yīng)使樓蓋系統(tǒng)有足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向結(jié)構(gòu)有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協(xié)同工作。(5) 抗震房屋應(yīng)盡可能設(shè)置多道抗震防線，并考慮第一防線被突破后，引起內(nèi)力重分布的影響不至于使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌。(6) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能構(gòu)件應(yīng)具有較高

15、的延性和適當?shù)膭偠?，承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。(7) 合理控制結(jié)構(gòu)的非彈性部位(塑性鉸區(qū))，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過程，實現(xiàn)合理的屈服機制。多高層鋼筋混凝土房屋可以歸納為兩類屈服機制：一種為總體機制，另一種為樓層機制，其他機制均可由這兩種機制組合而成。典型的樓層機制表現(xiàn)為在水平力作用下僅豎向構(gòu)件屈服，而橫向構(gòu)件處于彈性?？傮w機制則表現(xiàn)為所有橫向構(gòu)件屈服而豎向構(gòu)件除根部外均處于彈性狀態(tài)。4.2 結(jié)構(gòu)體系的分類及其結(jié)構(gòu)布置原則 4.2.1 結(jié)構(gòu)體系的分類 4.2.1 多高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置原則1框架結(jié)構(gòu)體系 2剪力墻結(jié)構(gòu)體系 3框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系 4筒體結(jié)構(gòu)體系 5混合結(jié)構(gòu)體系 1鋼筋

16、混凝土多高層建筑的適用高度和高寬比 2結(jié)構(gòu)布置原則 4.2.1 結(jié)構(gòu)體系的分類多高層房屋結(jié)構(gòu)體系包括水平結(jié)構(gòu)體系(樓、屋蓋系統(tǒng))和豎向結(jié)構(gòu)體系(墻、柱)。其中水平結(jié)構(gòu)體系中的樓(屋)蓋結(jié)構(gòu)承受并傳遞豎向荷載給豎向構(gòu)件。并作為剛性樓蓋利用其平面內(nèi)的無限剛度協(xié)調(diào)各抗側(cè)構(gòu)件的變形和位移；豎向構(gòu)件承受并傳遞豎向荷載。豎向結(jié)構(gòu)體系的墻、柱與水平結(jié)構(gòu)體系中的梁板共同組成房屋的抗側(cè)空間結(jié)構(gòu)，共同抵抗側(cè)向力作用。多高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)，高層建筑結(jié)構(gòu)體系中還有筒體結(jié)構(gòu)(包括框架核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu))以及其他復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)形式，如帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)形式，多

17、塔結(jié)構(gòu)形式，另外還有型鋼混凝土構(gòu)件組合的混合結(jié)構(gòu)形式等。下面就常見的幾種結(jié)構(gòu)體系作一些闡述。 1框架結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)體系由框架梁、柱、板等主要構(gòu)件組成(如圖4.1所示)。 按照框架布置方向的不同，框架結(jié)構(gòu)體系可分為橫向布置、縱向布置和雙向布置三種框架結(jié)構(gòu)形式(如圖4.2所示)。橫向框架布置形式是20世紀90年代以前常用的一種框架布置形式。由于當時的條件限制，內(nèi)力分析主要是采用手算方式進行，計算機輔助設(shè)計只能進行簡單的平面框架內(nèi)力分析，所以房屋建筑往往布置為橫向框架、縱向聯(lián)系梁的結(jié)構(gòu)形式，其特點是橫向框架承擔豎向荷載和平行于房屋橫向的水平荷載?？v向框架布置形式也是一種平面框架類型，其特點是縱向框

18、架承擔豎向荷載和沿縱向水平荷載作用，而橫向通過聯(lián)系梁將豎向荷載傳遞到框架柱，同時聯(lián)系梁與框架立柱形成橫向框架并承擔沿橫向的水平力作用。在有抗震要求的房屋設(shè)計中，要求框架必須縱橫向布置，形成雙向框架結(jié)構(gòu)形式，以抵抗水平荷載及地震作用，雙向框架作用結(jié)構(gòu)布置形式具有較強的空間整體性，可以承受各個方向的側(cè)向力，與縱、橫向布置的單向框架比較，具有較好的抗震性能 圖4.1 多層框架示意圖 框架結(jié)構(gòu)的特點是柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間。延性較好，但橫向側(cè)移剛度小，水平位移大。比較適用于大空間的多層及層數(shù)較少的高層建筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的變形特征為剪切型(如圖4.3(b)所示)。 (a) 橫向框架布置 (b)

19、 縱向框架布置 (c) 縱橫向框架布置(a) 剪力墻 (b) 框架 (c) 框架剪力墻2剪力墻結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指豎向承重結(jié)構(gòu)由剪力墻組成的一種房屋結(jié)構(gòu)體系，如圖4.4所示。剪力墻的主要作用除承受并傳遞豎向荷載作用外，還承擔平行于墻體平面的水平剪力。建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB 500112001把剪力墻稱為抗震墻。剪力墻承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒有梁、柱等外露構(gòu)件，可以不影響房屋的使用功能。缺點是不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)延性較差。 剪力墻結(jié)構(gòu)適用范圍較大，從十幾層到幾十層都很常見，由于剪力墻結(jié)構(gòu)能承受更大的豎向力和水平力作用

20、，橫向剛度大，因此比框架更適合用于高層建筑的結(jié)構(gòu)體系布置中。由于剪力墻結(jié)構(gòu)提供的房屋空間一般較小，所以比較適合用于賓館、住宅等建筑類型。當在下部一層或幾層需要更大空間時，往往在下部取消部分剪力墻，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特征是彎曲型(如圖4.3(a)所示)。 圖4.4 剪力墻結(jié)構(gòu) 3框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指由框架和剪力墻共同作為豎向承重結(jié)構(gòu)的多(高)層房屋結(jié)構(gòu)體系，如圖4.5所示。由于框架的主要特點是能獲得大空間房屋，房間布置靈活，而其主要弱點是側(cè)向剛度小，側(cè)移大。而剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，側(cè)移小，但不能提供靈活的大空間房屋?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)體系則充分發(fā)揮他們各自的特點

21、，既能獲得大空間的靈活空間，又具有較強的側(cè)向剛度。所以這種結(jié)構(gòu)形式在房屋設(shè)計中比較常用。在框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，框架往往只承受并傳遞豎向荷載，而水平荷載及地震作用主要由剪力墻承擔。一般情況下，剪力墻可承受70%90%的水平荷載作用。剪力墻在建筑平面上的布置，應(yīng)按均勻、分散、對稱周邊的原則考慮，并宜沿縱橫兩個方向布置。剪力墻宜布置在建筑物的周邊附近，恒載較大處及建筑平面變化處和樓梯間和電梯的周圍；剪力墻宜貫穿建筑物的全高，宜避免剛度突變；剪力墻開洞時，洞口宜上下對齊。建筑物縱(橫)向區(qū)段較長時，縱(橫)向剪力墻不宜集中布置在端開間，不宜在變形縫兩側(cè)同時設(shè)置剪力墻。 圖4.5 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

22、4筒體結(jié)構(gòu)體系體結(jié)構(gòu)主要包括框架核心筒結(jié)構(gòu)與筒中筒結(jié)構(gòu)(如圖4.6所示)?？蚣芎诵耐步Y(jié)構(gòu)由實體核心筒和外框架構(gòu)成。一般將樓電梯間及一些服務(wù)用房集中在核心筒內(nèi)；其他需要較大空間的辦公用房、商業(yè)用房等布置在外框架部分。 核心筒實體是由兩個方向的剪力墻構(gòu)成的封閉的空間結(jié)構(gòu)，它具有很好的整體性與抗側(cè)剛度，其水平截面為單孔或多孔的箱形截面。它既可以承擔豎向荷載，又可以承擔任意方向的水平側(cè)向力作用。由于核心筒在高層建筑中往往布置在平面的中心部位，而在其四周布置功能空間，核心筒也因此而得名。筒中筒結(jié)構(gòu)是由實體的內(nèi)筒與空腹的外筒組成，空腹外筒是由布置在建筑物四圍的密集立柱與高跨比很大的橫向窗間梁所構(gòu)成的一個多

23、孔筒體。筒中筒結(jié)構(gòu)體系具有更大的整體性和抗側(cè)剛度，因此適用于高度很大的建筑。除上述兩種筒體結(jié)構(gòu)形式外，還有多重筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)等。筒體為適應(yīng)各種建筑功能的要求，還可以與框架或剪力墻相結(jié)合，形成各自獨特的結(jié)構(gòu)方案。 框架核心筒結(jié)構(gòu) (b) 筒中筒結(jié)構(gòu)圖4.6 筒體結(jié)構(gòu)5混合結(jié)構(gòu)體系 混合結(jié)構(gòu)體系是由多種不同材料構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系。如：鋼管混凝土構(gòu)件和型鋼混凝土構(gòu)件等。由于不同材料制成的構(gòu)件有不同的特征，并且各自有其明顯的優(yōu)點，采用混合結(jié)構(gòu)的目的就是通過對各種材料構(gòu)件的優(yōu)化組合，來充分發(fā)揮各種材料及構(gòu)件的優(yōu)越性能。鋼管混凝土構(gòu)件是有效利用混凝土的約束強度，在三向約束下，混凝土的抗壓強度比單向抗壓

24、強度可提高幾倍。利用這一特點而組合的鋼管混凝土最適合用于以受壓為主的軸心受壓及小偏心受壓柱及其他受壓構(gòu)件。型鋼混凝土構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼的構(gòu)件。一般也配置一些構(gòu)造鋼筋及輔助受力鋼筋。它可以制作成柱、梁、剪力墻、筒體等豎向傳力構(gòu)件。型鋼混凝土的特點是強度高、剛度大、截面小、延性好、防火性能好。建筑師常常將其與鋼結(jié)構(gòu)混合使用來建設(shè)超高層建筑。即下部采用型鋼混凝土構(gòu)件，上部為鋼結(jié)構(gòu)，以增大建筑的剛度，減少水平荷載作用下的側(cè)移。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)還可以與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混合使用。 4.2.2 多高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置原則1鋼筋混凝土多高層建筑的適用高度和高寬比 各種結(jié)構(gòu)體系有其各自的優(yōu)缺點，同時也有

25、它的經(jīng)濟合理的適用范圍。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑的用途及功能、建筑高度、荷載情況、抗震等級和所具備的物質(zhì)與施工技術(shù)條件等因素來確定結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系類型。A級高度鋼筋混凝土高層建筑的適宜高寬比見表4-6。 結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架、板柱剪力墻5566432框架剪力墻543剪力墻654筒中筒、框架核心筒654表4-6 A級高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比 2結(jié)構(gòu)布置原則比(1) 選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。合理的結(jié)構(gòu)體系的選擇與建筑的使用功能有密切關(guān)系，如商場辦公樓、賓館等需要大空間，常采用框架或框架剪力墻結(jié)構(gòu)，而住宅常采用剪力墻結(jié)構(gòu)等。建筑高度也是選擇合理結(jié)構(gòu)體系的主要

26、因素之一，如10層以下的建筑通常采用框架結(jié)構(gòu)。10層以上的建筑常選擇框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式，而30層以上的建筑宜選擇框筒結(jié)構(gòu)體系等。(2) 結(jié)構(gòu)平面布置要有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接。結(jié)構(gòu)平面宜均勻、對稱，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在抗震設(shè)防區(qū)，多高層建筑的平面形狀宜簡單對稱、規(guī)則、傳力直接、體型盡量簡單，以減少震害。當建筑平面復(fù)雜時，應(yīng)通過設(shè)置變形縫來劃分結(jié)構(gòu)平面單元，使每個結(jié)構(gòu)單元的平面滿足上述要求。抗震設(shè)計A級高度鋼筋混凝土高層建筑平面長度不宜過長，突出部分長度不宜過大(如圖4.7所示)。 圖4.7 建筑平面示意圖(3) 結(jié)構(gòu)豎向布置應(yīng)力求自下而上剛度變化均勻，體型均勻不突變，外形盡量

27、減少外挑、內(nèi)收等。歷次地震震害表明：結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外挑、內(nèi)收等都會在某些樓層產(chǎn)生大的變形和應(yīng)力集中，出現(xiàn)嚴重的震害和破壞。多高層建筑當結(jié)構(gòu)上部樓層收進部位到室外地面高度H1與房屋高度H之比大于0.2時，上部樓層收進后的水平尺寸B1，不宜小于0.75B(如圖4.8(a)和圖4.8(b)所示)；當上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時，B0.9 B1，且a4 m(如圖4.8(c)和圖4.8(d)所示)。 圖4.8 結(jié)構(gòu)豎向收進和外挑示意圖 (4) 合理設(shè)置變形縫，變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫。設(shè)置伸縮縫可以減少溫度應(yīng)力的影響，沉降縫可以防止建筑的不均勻沉降，防震縫可以簡化結(jié)構(gòu)單元，減少震害。當

28、然，在多高層建筑結(jié)構(gòu)中，應(yīng)盡量少設(shè)置或不設(shè)置變形縫?；炷翝仓捎煤鬂矌Х侄问┕な菧p少變形縫設(shè)置的重要手段之一。后澆帶可以選擇在結(jié)構(gòu)受力影響較小，結(jié)構(gòu)截面簡單、施工方便的位置曲折通過。后澆帶通常每30 m40 m設(shè)置一道，寬度800 mm1000 mm。一般鋼筋貫穿不切斷，且要配置適量的加強鋼筋。后澆帶混凝土澆筑時應(yīng)將兩側(cè)的混凝土鑿毛，在澆灌比設(shè)計強度高一等級的無收縮混凝土，振搗密實，并加強養(yǎng)護。當后澆帶是為減少混凝土施工過程中的溫度應(yīng)力時，后澆帶的保留時間不宜少于兩個月，當后澆帶是為調(diào)整結(jié)構(gòu)不均勻沉降而設(shè)置時，后澆帶后澆混凝土應(yīng)在兩側(cè)結(jié)構(gòu)單元沉降基本穩(wěn)定后再進行澆筑。在抗震設(shè)計中，變形縫的寬

29、度必須同時滿足防震縫的寬度要求。 伸縮縫：為防止結(jié)構(gòu)因溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫，常隔一定距離用伸縮縫分開?；炷辽炜s縫的最大間距應(yīng)符合表4-9的規(guī)定。在設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾個因素： 裝配整體式結(jié)構(gòu)房屋的伸縮縫間距按表4-9中現(xiàn)澆式數(shù)值采用。 框架剪力墻結(jié)構(gòu)或框架核心筒結(jié)構(gòu)的伸縮縫可根據(jù)結(jié)構(gòu)具體布置，取表4-9中框架與剪力墻結(jié)構(gòu)之間的值。 屋面無保溫或隔熱措施時，框架剪力墻結(jié)構(gòu)按露天數(shù)值采用。 位于氣候干燥區(qū)、夏季炎熱且暴雨頻繁區(qū)的結(jié)構(gòu)或經(jīng)常處于高溫作用的結(jié)構(gòu)，室內(nèi)結(jié)構(gòu)因施工長時間外露以及采用滑模施工的剪力墻結(jié)構(gòu)，采用表4-9中數(shù)值應(yīng)相應(yīng)的減小。 混凝土采用后澆帶施工，或采用專門的預(yù)加應(yīng)力措

30、施時，表4-9中數(shù)值可以適當加大。通過施加預(yù)應(yīng)力，在混凝土中產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，可以抵抗鋼筋混凝土在干縮或冷縮時產(chǎn)生拉應(yīng)力，使混凝土延時開裂或不開裂。 沉降縫：高層建筑解決建筑各部分沉降差大體上有三種方法處理：其一是設(shè)置沉降縫，稱為“放”；其二是采用端承樁或利用剛度較大的其他基礎(chǔ)來避免和抵抗沉降差，稱之為“抗”；其三是采用留后澆帶來作為臨時沉降縫等沉降基本穩(wěn)定后再連為整體，不設(shè)永久性沉降縫，稱為“調(diào)”。沉降縫一般在下列部位設(shè)置： 建筑平面轉(zhuǎn)折部位。 高度差異較大處。 地基土的壓縮性有明顯的差異處。 建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型不同處。 分期建設(shè)房屋交界處。沉降縫設(shè)置的寬度為：二、三層取50 mm80 mm，四

31、、五層取80 mm120 mm，五層以上不小于120 mm。在沉降縫處房屋應(yīng)連同基礎(chǔ)一起斷開。 防震縫：建筑物各部分層數(shù)、質(zhì)量、剛度差異過大或有錯層時，采用防震縫分開。防震縫最小寬度要求：框架結(jié)構(gòu)高度不超過15 m的部分可取70 mm；超過15 m的部分，6度、7度、8度和9度相應(yīng)每增加5 m，4 m，3 m和2 m宜加寬20 mm；框架剪力墻和剪力墻可分別按上述數(shù)字的70%和50%采用，且不應(yīng)小于70 mm。4.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.3.1 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖 4.3.2 荷載計算 4.3.3 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 4.3.4 框架結(jié)構(gòu)水平荷載作用下側(cè)移的近似計算 4.3.5 框架結(jié)構(gòu)最不利內(nèi)

32、力組合 4.3.6 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計 4.3.1 框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖1截面尺寸的估算 框架結(jié)構(gòu)梁高h一般為梁跨度(e)的1/181/10，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4，當采用扁梁形式時，梁高可以按規(guī)定的高跨比下限采用，而當荷載較大時，可以取高跨比的上限值。而梁寬b通常取梁高(h)的1/31/2，且不宜小于200。當梁上荷載作用較大時，還可以按假定單跨簡支梁最大彎距的0.60.8倍初選截面尺寸。框架柱高按建筑層高H的1/151/10估算。在抗震設(shè)計中，還可以按所受上部荷載估算值通過軸壓比限值初步確定柱載面尺寸，其中上部荷載估算可按以下數(shù)據(jù)取用：框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)單位建筑面積的豎向總荷載

33、大約可取12 kN/m214 kN/m2，剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)大約取14 kN/m216 kN/m2。 2計算單元的確定 框架結(jié)構(gòu)建筑是一個由縱橫向框架組成的空間結(jié)構(gòu)體系。在一般情況下，為簡化計算，常常把它們簡化成平面框架進行內(nèi)力分析計算。例如橫向框架結(jié)構(gòu)布置體系就是把結(jié)構(gòu)簡化為橫向平面框架而縱向簡化為聯(lián)系梁受力的一種簡化模式(如圖4.9(a)所示)。 在平面框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，當結(jié)構(gòu)布置相同時，一般取中間有代表性的一榀或幾榀橫向框架進行內(nèi)力分析。 圖4.9 框架結(jié)構(gòu)計算簡圖3框架的層高與跨度 框架的跨度e按柱的軸線距離確定，而柱的層高對于樓層而言取梁面到下層梁面的高度，對于底層則取基礎(chǔ)頂面(或基礎(chǔ)梁

34、頂面)至梁面的距離(如圖4.9(b)所示)。 4節(jié)點簡化 框架節(jié)點受力是相當復(fù)雜的，通常根據(jù)實際情況把其簡化為剛性、鉸接或半鉸接幾種類型。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，梁和柱的縱向受力均勻穿過節(jié)點或錨入節(jié)點區(qū)。節(jié)點核心區(qū)和梁柱混凝土一次澆搗，通常把其簡化為剛性節(jié)點。裝配框架整澆式節(jié)點是使用后澆混凝土將梁與柱連接部位的節(jié)點澆筑為整體的一種連接方式，節(jié)點整體性可靠，可簡化為剛性節(jié)點?，F(xiàn)澆柱預(yù)制梁框架是全裝配式結(jié)構(gòu)的一種發(fā)展。由于柱與節(jié)點部位在現(xiàn)場同時澆筑混凝土，整體性可靠，可簡化為剛性節(jié)點。全裝配式框架結(jié)構(gòu)則是在梁底和柱的某些部位預(yù)埋鋼板，安裝就位后進行再焊接。由于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的自身變形能力較大，焊接質(zhì)量

35、也難以保證，梁柱間會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動；因此，這類節(jié)點不可以簡化為鉸接點或半鉸接點?？蚣芙Y(jié)構(gòu)支座通常情況下可簡化為固定支座。當采用預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)時，則應(yīng)視構(gòu)造措施的不同而分別簡化為鉸支座和其他支座形式。 5截面彎曲剛度EI與線剛度I 如圖4.10所示，梁AB的 ，其中 為混凝土彈性模量。 為梁AB的截面慣性距。在計算 時應(yīng)考慮樓板的T形截面的影響。因為框架梁在梁端承受負彎距。樓板對 影響較小，而在跨中部位，由于承受正彎距作用，樓板對截面彎曲剛度的影響就較大。為簡化計算，我們以梁矩形截面計算截面慣性距I0，I0=b1h13/12，并作以下修正：預(yù)制樓板結(jié)構(gòu)： I0裝配整體式樓蓋： (1.201.50

36、)現(xiàn)澆整體樓蓋： (1.502.0)柱CD的 EcIz/Hl 為柱平面內(nèi)慣性矩。 圖4.10 框架剖面示意圖 4.3.2 荷載計算1荷載的種類 作用于框架結(jié)構(gòu)的荷載按作用方向可以分為豎向荷載和水平荷載。荷載按作用性質(zhì)可以分為永久性荷載和可變荷載及偶然荷載。永久荷載包括結(jié)構(gòu)自重、固定設(shè)備自重、裝飾及粉刷自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等。可變荷載有：樓面及屋面活荷載、雪荷載、風荷載、積灰荷載、吊車荷載、施工荷載等。偶然荷載有爆炸力和撞擊力等。在抗震設(shè)防區(qū)，多高層建筑還要考慮地震作用，一般情況下應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算；8、9度抗震設(shè)防時，多高層建筑中大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮豎向地震作

37、用；9度設(shè)防區(qū)應(yīng)計算豎向地震作用。 2荷載取值各種荷載的取值按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 500092001及全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施的有關(guān)補充規(guī)定取值。但在設(shè)計中應(yīng)考慮以下因素：(1) 規(guī)范所給定的各項活荷載，適用于一般條件，當荷載較大時或情況特殊時，應(yīng)按實際情況采用。(2) 設(shè)計樓面梁、墻、柱及基礎(chǔ)時，按相關(guān)規(guī)范取值時應(yīng)乘以相應(yīng)的折減系數(shù)。(3) 樓面上的局部荷載可以換算為等效均布活荷載。(4) 多層與高層建筑風荷載計算時，一般情況下基本風壓值按50年重現(xiàn)期采用，但不得小于0.3 kN/m2。對于特別重要和對風荷載作用比較敏感的高層建筑(高度大于60 m)應(yīng)按100年重現(xiàn)期風壓值采用。如果沒

38、有100年重現(xiàn)期風壓值資料時，可以近似采用50年重現(xiàn)期風壓值乘以增大系數(shù)1.1取值。(5) 對于樓面活荷載標準值大于2.0 kN/m2或跨度相差較大的房屋建筑，按彈性方法計算框架和連續(xù)梁(板)的內(nèi)力時，應(yīng)考慮活載不利布置。 3荷載的簡化 1) 次梁傳遞給主梁的集中荷載，可按假設(shè)次梁為單跨簡支梁進行計算。(2) 次要荷載在不太影響主要受力截面內(nèi)力時，可以改為主要荷載形式，以簡化內(nèi)力計算。(3) 三角形或梯形分布荷載可以轉(zhuǎn)化為等效均布荷載計算。 4.3.3 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析隨著計算機的普及以及相應(yīng)的計算軟件開發(fā)的逐步成熟，人們越來越依賴和接受用計算機電算程序進行精確的內(nèi)力分析

39、。我們經(jīng)常遇到的計算機內(nèi)力分析程序大多是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學位移法的基本原理編制的計算程序，由電腦直接求出結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力以至各截面的配筋。目前，框架的手工計算內(nèi)力和位移的方法往往只限于對電算結(jié)果的復(fù)核或者是在初步設(shè)計時進行粗略估算，這時設(shè)計人員常常把空間框架簡化為平面框架結(jié)構(gòu)，再通過手算方法進行內(nèi)力分析。由于一般結(jié)構(gòu)力學的彎矩分配法、迭代法等計算相當?shù)姆彪s，人們往往采用分層法、反彎點法、D值法等近似的分析方法來進行內(nèi)力計算，下面僅對豎向荷載作用下的分層法和水平荷載作用下的反彎點法的計算思路進行介紹。 1豎向荷載作用下的內(nèi)力近似計算“分層法” 根據(jù)用位移法或力法等解多層多跨框架在豎向荷載作用下的計算結(jié)

40、果可知，豎向荷載的側(cè)移很小，而且每層梁上的荷載對其他各層梁的影響也很小。為了簡化計算做如下假定：(1) 豎向荷載作用下，多層多跨框架的側(cè)移可忽略不計。(2) 每層梁上的荷載對其他各層梁的影響可忽略不計。按上述假定，計算時可將各層梁及其上、下柱所組成的框架作為一個獨立的計算單元分層計算。分層計算所得梁的彎矩即為其最后的彎矩；而每一柱分屬上、下兩層，所以每一柱的彎矩需由上、下兩層計算所得的彎矩值疊加而得到。 通常，可以用力矩分配法求出各層框架的彎矩圖，然后疊加，即得其最終彎矩值。 由于在分層計算時，假定上、下柱的遠端是固定的，而實際上是有轉(zhuǎn)角產(chǎn)生，是彈性節(jié)點，因此為了改善由于這種假定帶來的誤差，根

41、據(jù)經(jīng)驗，除底層各柱以外，可將其他各層立柱的線剛度均乘以一個折減系數(shù)0.9，并取其傳遞系數(shù)為1/3?？蚣芄?jié)點處的最終彎矩之和常不等于零而接近于零。這是由于分層計算所引起的。若欲進一步修正，則可對此節(jié)點的不平衡力矩再作一次彎矩分配。 圖4.11 分層法計算簡圖2水平荷載作用下的內(nèi)力近似計算“反彎點法” 在水平荷載作用下，我們不能再用分層法分析框架內(nèi)力，這是因為分層法的兩個基本假定已不再適用。多層多跨框架在風荷載或其他水平荷載作用下，其荷載一般都可化為受節(jié)點水平集中力的作用，其彎矩圖如圖4.12(a)所示。各桿的彎矩圖都是直線，每個立柱一般都有一個反彎點。當然，各柱的反彎點位置未必相同。圖4.12(

42、b)所示為該框架受力后的變形圖，各柱的上、下端既有水平位移，又有角位移(即柱端轉(zhuǎn)角)。 如果框架的各端都不缺梁且不考慮軸力所引起各桿的變形，則在同一橫梁標高處，各柱端都將產(chǎn)生一個相同的水平位移，同一層各柱上下端的水平位移差也相等。其次，如果梁的線剛度比柱的線剛度大得多時(例如ib )，上述的節(jié)點角位移就很小。如果能求出各柱的剪力及其反彎點的位置，則柱和梁的彎矩都可求得，所以對在水平荷載作用下的框架近似計算，一是需確定各柱間的剪力分配比，二是確定各柱的反彎點位置。 為了方便計算，做如下假定：(1) 在確定各柱間的剪力分配比時，認為梁的線剛度與柱的線剛度之比為無限大，略去梁本身的變形，認為各柱上下

43、兩端都不發(fā)生角位移，框架節(jié)點只有側(cè)移，且同層各柱的側(cè)移均相同。(2) 在確定各柱的反彎點位置時，又認為除底層以外的各層柱受力后的上下兩端將產(chǎn)生相同的轉(zhuǎn)角，即假定柱的反彎點位于柱中間。(3) 梁端彎矩可由節(jié)點平衡條件求出。以圖4.12所示的多層框架為例，將框架沿頂層各柱的反彎點處切開以示出剪力與軸力，按水平力的平衡條件(如圖4.13(a)所示)得： (a) (b)圖4.13 框架柱剪力計算圖圖4.12 框架在水平荷載作用下的彎矩和變形示意圖 由假定(1)得上式中的 稱為該柱的側(cè)移剛度，也稱為抗剪剛度，表示柱端產(chǎn)生單位水平位移 =1時，在柱端所需要施加的水平力大小。 稱為線剛度，h為層高。因此 所

44、以 由此得根據(jù)假定2可知：除底層外的各層柱，其反彎點位于該柱的高度中央，底層柱的反彎點則位于離柱底2/3的底層層高處。有了各柱的剪力，確定了反彎點位置后，頂層各柱的彎矩圖就可繪出。根據(jù)假定3，頂層各梁的彎矩圖也可求得。同理可求出其他各層的彎矩圖。例如求第三層各柱的剪力時，只需取第三層柱的反彎點以上部分作為隔離體即可(如圖4.13(b)所示)。這樣可得： 于是，第三層柱與梁的彎矩圖即可繪出。其他各層柱與梁的彎矩圖也可繪出。 4.3.4 框架結(jié)構(gòu)水平荷載作用下側(cè)移的近似計算 由梁柱彎曲變形引起的側(cè)移可以用“D值法”相關(guān)公式計算(“D值法”參見相關(guān)書籍)。由，可以得第j層框架層間水平位移： 由上式可

45、以看出，框架結(jié)構(gòu)水平荷載作用下的層間位移與外荷載在該層間產(chǎn)生的剪力成正比，其側(cè)移曲線與懸臂梁的剪切變形曲線一致，故稱這種變形為總體剪切變形(如圖4.14所示)，而總體彎曲變形是由框架兩側(cè)邊柱中軸力引起柱子伸長或縮短所致的變形，它與懸臂梁的彎曲變形規(guī)律一致，故稱之為總體彎曲變形(如圖4.15所示)。 這種變形可按下式近似計算：如圖4.15所示，框架內(nèi)柱接近高層中部，受力較小，令其軸力為零。外柱中的軸力可近似為：(4-2)式中：M上部水平荷載對該高程處所引起的彎矩。B外柱軸線間的距離。圖4.14 框架剪切變形側(cè)移圖 當房屋層數(shù)較多時，可把框架連續(xù)化?？蚣茼旤c的最大水平位移為。(4-3)式中： 單位

46、水平力作用于框架頂端時邊柱的軸力。N外荷載q(z)引起的邊柱的軸力是z的函數(shù)。A邊柱截面面積，是z的函數(shù)。圖4.15 框架彎曲變形側(cè)移圖 設(shè)邊柱截面面積沿z為線性變化，即為 式中：At和Ab分別為頂層與底層邊柱的截面面積。將式(4-4)代入式(4-3)，即可求出。當框架頂部受集中力F時， 積分得當n=1時，F(xiàn)n=2/3；當n=0時，F(xiàn)n=1。Fn為一與n有關(guān)的系數(shù)，計算較繁，故也可直接從表4-10查得。 nFn0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0上端集中荷載1.00.930.880.840.800.760.740.720.700.680.67倒三角形荷載0.50.

47、480.460.440.420.410.3950.3850.380.3750.37均布荷載0.330.320.300.290.280.270.2650.2550.250.250.26同樣，當框架受水平均布荷載或沿房屋全高受倒三角形分布的水平荷載時，也可寫成式(4-5)的形式，但此時Fn值的表達式已不再是上面所表示的那樣，但Fn的值可直接由表4-10查得。此時公式中的F為沿房屋全高水平荷載的總和，當荷載為均布時，F(xiàn)=qH；當為倒三角形分布荷載時， 。 架結(jié)構(gòu)從總體上講，其變形特征為剪切形如圖4.3(b)所示。在一般情況下我們只考慮由梁、柱彎曲變形而引起的側(cè)移，而由柱軸力所引起的位移往往忽略不計，

48、但當框架高度超過50 m，或建筑高度高寬比H/B4時，柱頂點由軸力引起的位移可以達到剪切變形側(cè)移量的5%11%左右，設(shè)計時應(yīng)同時考慮兩者共同產(chǎn)生的位移。多高層建筑框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移包括頂層最大位移控制和層間相對位移控制。在國外一般對層間位移角加以限制，它不包括整體彎曲產(chǎn)生的水平位移。我國高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對高層建筑的層間位移確定了限值：框架結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比的限值u/h為1/550(h為層高)。在正常使用條件下，限制結(jié)構(gòu)層間位移的主要目的有兩點： (1) 保證主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)，避免混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。(2) 保證填充墻、隔墻和幕墻等

49、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好，避免產(chǎn)生明顯的損壞。 4.3.5 框架結(jié)構(gòu)最不利內(nèi)力組合 1框架荷載組合原則 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定對于一般排架、框架結(jié)構(gòu)，荷載基本組合可按下列組合值取最不利值確定：由可變荷載效應(yīng)控制的組合 2) 由永久荷載控制的組合 3) 高層建筑無地震作用效應(yīng)組合現(xiàn)在，設(shè)計人員采用計算機輔助設(shè)計，可以十分方便地對各種荷載作用進行多種組合，并從中找出最不利的控制內(nèi)力。但在通常情況下，在不考慮地震作用效應(yīng)，采用手算方法進行內(nèi)力組合時，可以選取下列三種荷載組合：(1) 恒載+活載。(2) 恒載+風載。 (3) 恒載+0.9(任意兩個或以上活荷載之和)。 式中： 、 分別為樓面活荷載組合值系數(shù)、風

50、荷載組合值系數(shù)，當永久荷載效應(yīng)起控制作用時，應(yīng)分別取0.7和0.0；當可變荷載起控制作用時，取1.0和0.6或0.7和1.0。 樓面活荷載分項系數(shù)， 風荷載分項系數(shù) ， 樓面活荷載效應(yīng)標準值 ，風荷載效應(yīng)標準值。 2控制截面與最不利內(nèi)力取值 1) 控制截面框架梁在一般情況下，梁兩端負彎矩最大?？缰懈浇龔澗刈畲螅瑑?nèi)力分布呈拋物線形狀；而剪力則在兩端為最大值，最大正彎矩處剪力為0，內(nèi)力分布呈線性變化。所以在設(shè)計時，常取梁兩端及跨中為梁的三個控制截面進行梁配筋設(shè)計。當然，由于上部荷載和水平力作用的不同，跨中彎矩往往不是正彎矩最大處，這時可以用力學方法求出剪力為零的位置，從而求得最大正彎矩。由于這樣

51、求得的值往往與跨中彎矩相差不多，為了簡化計算，可以近似用跨中彎矩進行配筋計算?？蚣苤捎谄鋸澗?、軸力及剪力沿柱高呈線性變化，設(shè)計可取柱上下端截面作為控制截面。 2) 最不利內(nèi)力組合最不利內(nèi)力組合是在所有內(nèi)力組合中，對截面配筋起控制作用的內(nèi)力組合。一般情況下，對于某一截面，框架結(jié)構(gòu)梁、柱最不利內(nèi)力組合可以歸納為以下四種 ：(1) M最大及相應(yīng)的N、V。(2) N最大及相應(yīng)的M、V。(3) N最小及相應(yīng)的M、V。(4) M比較大，但N比較小或比較大。從理論上講，框架結(jié)構(gòu)上的恒載對結(jié)構(gòu)作用產(chǎn)生的內(nèi)力是不變的，而活荷載是可變荷載，設(shè)計應(yīng)考慮其最不利布置，活荷載的最不利布置需根據(jù)截面的位置和內(nèi)力的類型來

52、確定。隨著計算機內(nèi)力分析程序的應(yīng)用，荷載不利布置在設(shè)計中可以得到充分的考慮。當采用手算進行內(nèi)力復(fù)核或初步估算時，可以用“滿布荷載法”進行近似計算。滿布荷載法是在活荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠小于恒載及水平力產(chǎn)生內(nèi)力的情況下，在框架梁上滿布活荷載進行內(nèi)力計算的方法。這樣求得的內(nèi)力在支座處與按最不利活載布置而求得的內(nèi)力極為接近。而求得的梁跨中正彎矩比按最不利活載布置求得的內(nèi)力偏小。所以在配筋計算時，梁端負彎矩按滿布法所得內(nèi)力值計算。而跨中彎矩按滿布法求得的結(jié)果乘以1.11.2的增大系數(shù)進行計算。 3框架結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計 1) 梁、柱截面強度設(shè)計(1) 框架結(jié)構(gòu)的梁、柱截面強度計算采用荷載效應(yīng)基本組合中最不利內(nèi)力

53、組合值(俗稱設(shè)計值)進行設(shè)計。詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理有關(guān)章節(jié)。 圖4.16 梁端控制截面彎矩及剪力 框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度采用荷載效應(yīng)的標準組合值中最不利組合值進行驗算?？蚣芰涸谡Ｊ褂脴O限狀態(tài)下的撓度采用荷載效應(yīng)的標準組合，并考慮荷載長期作用影響(準永久組合)的剛度進行驗算。(2) 從理論上講，框架梁在配筋計算時，應(yīng)采用的是構(gòu)件端部截面的內(nèi)力，而不是軸線處的內(nèi)力(如圖4.16所示)。而在實際工程設(shè)計中，這樣將帶來相當大的工作量。所以，設(shè)計人員一般直接采用組合所得的軸線處內(nèi)力值進行近似計算，這樣的結(jié)果往往偏于安全。 3) 在豎向荷載作用下，可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布而對梁端負

54、彎矩進行調(diào)幅。裝配整體式框架調(diào)幅系數(shù)0.70.8，現(xiàn)澆框架調(diào)幅系數(shù)為0.80.9。兩端支座彎矩調(diào)幅后，應(yīng)按平衡條件計算調(diào)幅后的跨中彎矩。豎向荷載產(chǎn)生的梁彎矩應(yīng)先行調(diào)幅，再與水平荷載產(chǎn)生的彎矩(不得調(diào)幅)進行組合。(4) 截面設(shè)計時，跨中彎矩不應(yīng)小于豎向荷載按簡支梁計算的跨中彎矩的50%。(5) 框架梁一般取梁端和跨中進行計算。而框架柱則根據(jù)上下柱端的設(shè)計彎矩M、軸力N及剪力V進行計算。柱一般考慮三種內(nèi)力組合： 最大彎矩M及相應(yīng)的N、V。 最大的軸力N及相應(yīng)的M、V。 最小的軸力N與相應(yīng)的M、V。 (6) 有抗震設(shè)計時，框架結(jié)構(gòu)的梁柱截面在6度時，建造于類場地上較高的高層建筑，7度及以上的建筑結(jié)

55、構(gòu)(生土房屋和木結(jié)構(gòu)房屋除外)，應(yīng)考慮地震作用組合，并進行多遇地震作用下的截面抗震驗算。為提高框架柱的延性，達到“強柱”要求，還應(yīng)采取以下措施進行調(diào)整： 一、二、三級框架的梁、柱節(jié)點處，除頂層柱和軸壓比小于0.15者外，柱端考慮地震作用的組合彎矩應(yīng)分別乘以1.4、1.2、1.1的調(diào)整系數(shù)。底層柱應(yīng)分別乘以1.5、1.25、1.15的系數(shù)。 框架角柱應(yīng)按雙偏心受力構(gòu)件計算，經(jīng)過第條調(diào)整的彎矩、剪力值應(yīng)乘以不小于1.1的增大系數(shù)。 一、二、三級框架柱的截面考慮地震組合的剪力設(shè)計值按下式調(diào)整： 4.3.6 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計 框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造分為非抗震構(gòu)造和抗震構(gòu)造，而抗震構(gòu)造又與框架結(jié)構(gòu)的抗震等級有

56、關(guān)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)梁柱的有關(guān)構(gòu)造規(guī)定在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 500102002、建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB 500112002、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ 32002以及全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施結(jié)構(gòu)篇中有非常嚴格和詳盡的表述。其中有相當多的條款屬于強制性條文。在本節(jié)中不作重復(fù)，僅對幾個有關(guān)的概念作如下闡述： (1) 在框架梁的水平加腋：規(guī)范規(guī)定框架梁柱中心線宜重合，否則應(yīng)考慮偏心對梁柱節(jié)點核心區(qū)和結(jié)構(gòu)的不利影響，以及對柱的偏心影響。非抗震及6至8度抗震設(shè)計時，梁柱中心線間的偏心距不宜大于柱在該方向?qū)挾鹊?/4，否則可采取水平加腋措施。水平加腋構(gòu)造(如圖4.17所示)。 (2) 抗震結(jié)構(gòu)中，框架

57、梁沿梁全長頂面和底面至少應(yīng)配置各兩根縱向鋼筋。主要是考考慮在水平地震作用時，樓面可能無活 荷載，而梁端彎矩變號點比有活荷載時向跨中延伸；非抗震時，考慮活荷載不利布置時梁端彎矩變號點也會向跨中延伸。 圖4.17 水平加腋配筋平面(2)抗震結(jié)構(gòu)中，框架梁沿梁全長頂面和底面至少應(yīng)配置各兩根縱向鋼筋。主要是考慮在水平地震作用時，樓面可能無活荷載，而梁端彎矩變號點比有活荷載時向跨中延伸；非抗震時，考慮活荷載不利布置時梁端彎矩變號點也會向跨中延伸。(3) 框架梁不設(shè)彎起鋼筋，全部剪力由箍筋和混凝土承擔。 (4)框架柱軸壓比及限值：柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸力設(shè)計值(N)與柱全截面面積()和混凝土軸心

58、抗壓強度設(shè)計值乘積()的比值：，框架結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)中的柱軸壓比限值見表4-12。四級抗震以及非抗震時一般采用1.05。 結(jié)構(gòu)類型抗震等級一二三 框架結(jié)構(gòu)0.700.800.90框架剪力墻結(jié)構(gòu)框架核心筒結(jié)構(gòu)筒中筒0.750.850.95部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)0.600.70表4-12 柱軸壓比限值 (5) 框架梁、柱節(jié)點在非抗震設(shè)計和抗震設(shè)計時的構(gòu)造(如圖4.18和圖4.19所示)。式中： 為非抗震時受拉鋼筋最小錨固長度。 抗震設(shè)計時受拉鋼筋最小錨固長度，按下式采用： 一、二級抗震等級： =1.15 三級抗震等級： =1.05 四級抗震等級： =1.0 圖4.18 非抗震時框架梁柱節(jié)點構(gòu)造 圖4

59、.19 抗震時框架梁柱節(jié)點構(gòu)造 (6) 框架梁、柱的縱向受拉鋼筋最大、最小配筋率非抗震設(shè)計的框架梁，縱向受拉鋼筋的最小配筋率不應(yīng)小于0.2和45 ，取二者中的較大值，最大配筋率按 確定(詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理相關(guān)章節(jié))?？拐鹪O(shè)計的框架梁，梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率為2.5%，最小配筋率按抗震等級分別取值(見表4-13)。 抗震等級梁中位置支 座跨 中一級0.4和800.3和65二級0.30和650.25和55三、四級0.25和550.20和45框架柱的全截面全部縱向鋼筋的配筋率在非抗震時不應(yīng)大于6%，抗震設(shè)計時不應(yīng)大于5%；最小配筋率按表4-14采用，且柱每一側(cè)的縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2

60、%。 柱類型抗震等級非抗震一級二級三級四級中柱、邊柱1.00.80.70.60.6角柱1.21.00.90.80.6框支柱1.21.00.8表4-14 柱縱向鋼筋最小配筋百分率(%) (7) 柱的體積配筋率是指單位體積核心區(qū)混凝土內(nèi)所含箍筋的比例。按下式計算：(4-13)式中： 箍筋單肢截面面積。 對應(yīng)于的箍筋單肢總長度，重疊部分按一肢計算。 ， 柱核心混凝土面積的兩個邊長。 S箍筋間距。4.4 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4.1 剪力墻結(jié)構(gòu)、截面尺寸選擇 4.4.2 剪力墻結(jié)構(gòu)的布置原則 4.4.3 剪力墻的分類與受力特點 4.4.4 剪力墻的內(nèi)力和位移計算 4.4.5 剪力墻的分類界限判別 4.4