鋼筋混凝土結(jié)構

PAGE1-第六講鋼筋混凝土結(jié)構一、單層廠房(一)組成與布置結(jié)構組成：屋蓋結(jié)構：分無檁和有檁兩種體系，無檁體系系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋蓋支撐)所組成；有檁體系由小型屋面板、檁條、屋架(包括屋蓋支撐)所組成。屋蓋結(jié)構有時還設有天窗架、托架，屋蓋結(jié)構起圍護和承重雙重作用。柱子：承受屋架、吊車梁、外墻和支撐傳來的荷載。吊車梁：兩端簡支在柱子牛腿上，主要承受吊豎向和水平荷載。支撐：包括屋架、天窗架支撐和柱間支撐等，其作用是加強廠房的穩(wěn)定性和空間剛度，起傳遞風荷載和吊車水平荷載或地震力的作用?；A：承受柱和基礎梁傳來的荷載并將它們傳至地基。圍護結(jié)構：包括縱墻和橫墻(山墻)及由墻梁、抗風柱(有時還有抗風梁及抗風桁架)和基礎梁等組成的墻架，它們主要是承受墻體和構件的自重以及作用在墻上的風荷載。單層廠房結(jié)構布置：廠房平面布置：柱網(wǎng)布置首先滿足生產(chǎn)工藝要求，其次應符合統(tǒng)一模數(shù)，廠房跨度可選用9m、12m、15m、18m、24m、30m、36m、……，柱距可選為6m、9m和12m。廠房應按規(guī)范要求設置變形縫。對于裝配式鋼筋混凝土排架結(jié)構，屋面板上部有保溫或隔熱措施且有墻體封閉時，其伸縮縫最大間距為100m，無墻體封閉而處于露天時，則為70m。單層廠房除非有特殊要求外，一般不設沉降縫。在地震區(qū)應按防震縫的要求做伸縮縫。變形縫處一般設置雙排架。廠房剖面布置：柱高度按生產(chǎn)需要，主要是滿足吊車軌頂要求，且符合模數(shù)。屋蓋結(jié)構布置：優(yōu)先采用無檁體系，選用預應力大型屋面板；有檁屋蓋中，檁條常用T型、r型的鋼筋混凝土檁條，或輕型鋼檁條，檁條應布置在屋架節(jié)點上，檁條上布置小型屋面板或其他瓦材。有天窗架時，一般從兩端頭算起的第二柱間開始布置，天窗架兩端焊在屋架上。有抽柱時應沿縱向布置托架。支撐系統(tǒng)布置：支撐系統(tǒng)除加強廠房整體剛度和穩(wěn)定性外，還可傳遞風荷載與吊車水平荷載。它可分為屋蓋支撐和柱間支撐兩大類。屋蓋包括上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、縱向水平支撐、垂直支撐與縱向水平系桿、天窗架支撐等。柱間支撐一般應布置在溫度區(qū)段的中間。圍護結(jié)構布置：廠房檐口標高≤8m、跨度≤12m時抗風柱可用磚壁柱，一般用鋼筋混凝土抗風柱。圈梁、過梁、聯(lián)系梁和基礎梁應綜合考慮，盡可能一梁多用，避免重復。(二)排架計算1．排架計算的主要內(nèi)容為：確定計算簡圖，此時應確定柱子的各段高度，假定柱截面尺寸，算出各部分柱子截面慣性矩；各項荷載計算；在各項荷載作用下進行排架內(nèi)力分析，求出各控制截面的內(nèi)力值；內(nèi)力組合，求出各控制截面的最不利內(nèi)力。2．計算假定：柱下端固接于基礎頂面，橫梁鉸接在柱上。但當?shù)鼗临|(zhì)較差、變形較大或有比較大的地面荷載(如大量堆料)等，則應考慮基礎位移和轉(zhuǎn)動對排架內(nèi)力的影響。橫梁在排架平面內(nèi)的軸壓剛度為無限大，受力后不產(chǎn)生軸向變形。但對于下弦桿用圓鋼或角鋼的組合式屋架、二鉸、三鉸拱屋架，則應考慮其軸向變形對排架內(nèi)力的影響。3．排架的荷載計算：作用在排架上的荷載分永久荷載和可變荷載兩類。永久荷載包括屋蓋自重、上柱自重、下柱自重；吊車梁和軌道等零件重以及有時支承在柱牛腿上的圍護結(jié)構等重量?？勺兒奢d一般包括屋面活載、吊車荷載、均布風載以及作用在屋蓋支承處的集中風載等。4．排架內(nèi)力分析：單層廠房排架為超靜定結(jié)構，它的超靜定次數(shù)等于它的跨數(shù)。由結(jié)構力學知道，等高排架不論跨數(shù)多少，由于等高排架柱頂水平全部相等的特點，可由比位移法更為簡捷的“剪力分配法”來計算。對于不等高排架則用力法計算要比位移法簡便得多。5．內(nèi)力組合一般排架控制截面、荷載組合和內(nèi)力組合按表6-6-1選用。排架控制截面、荷載組合和內(nèi)力組合表6-6-1(3)運輸及吊裝驗算：構件采用平臥澆制時，采用半吊較為方便，平吊驗算不能滿足要求時，可采用翻身吊進行驗算。(4)牛腿：根據(jù)牛腿所受豎向荷載作用點到牛腿根部的水平距離與牛腿有效高度的比值，可分為長牛腿和短牛腿。長牛腿按懸臂梁設計，短牛腿按變高截面深梁設計。（四）柱下單獨基礎設計在選定了地基持力層和基礎埋置深度后，單獨基礎的設計主要有確定基礎底面尺寸，驗算和計算基礎高度，計算底板配筋和進行構造處理幾方面內(nèi)容。二、多層及高層房屋(一)結(jié)構體系及布置當建筑物高度增加時，水平荷載(風荷載及地震作用)對結(jié)構起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構側(cè)向位移增加更快。多層和高層建筑結(jié)構都要抵抗豎向及水平荷載作用，但是在高層建筑中，結(jié)構要使用更多的材料來抵抗水平力，抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構設計的主要問題。在地震區(qū)，地震作用對高層建筑的威脅也比多層建筑要大，抗震設計應受到加倍重視。多層和高層建筑抗側(cè)力體系在不斷的發(fā)展和改進，建筑高度也不斷增高?，F(xiàn)在，多層和高層建筑結(jié)構體系大約可分為四大類型：框架結(jié)構、剪力墻結(jié)構、框架一剪力墻結(jié)構和簡體結(jié)構，各有不同的適甩高度和優(yōu)缺點。下文將介紹各種體系及其組成和布置。多層建筑可以采用磚石和鋼筋混凝土材料建造。高層建筑結(jié)構所用的材料，主要是鋼筋混凝土和鋼。鋼結(jié)構具有自重輕、強度高、抗震性能好、施工方便等優(yōu)點。在鋼材多的國家，很多都采用鋼結(jié)構建造高層建筑。鋼筋混凝土結(jié)構造價較低、材料來源豐富，便于做成各種形狀，而且結(jié)構剛度大，耐火性能好。它的缺點是自重較大、抗震性能不如鋼結(jié)構、建造高度也低于鋼結(jié)構。近年來，開始采用高強混凝土，并且改進了結(jié)構體系，鋼筋混凝土的建造高度也逐漸增加?？蚣堋⒓袅?、框架一剪力墻結(jié)構體系是多層及高層建筑中傳統(tǒng)的、廣為應用的抗側(cè)力體系；在高度較大的高層建筑中，利用結(jié)構空間作用，又發(fā)展了框架——筒體結(jié)構、框筒結(jié)構、筒中筒結(jié)構及多筒結(jié)構等多種抗側(cè)力很好的結(jié)構體系。1．框架結(jié)構體系當采用梁柱組成的結(jié)構體系作為建筑豎向承重結(jié)構，并同時承受水平荷載時，稱其為框架結(jié)構體系。它適用于多層及高度不大的高層建筑?？蚣芙Y(jié)構的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可做成需要較大空間的會議室餐廳、辦公室及工業(yè)車間、實驗室等，加隔墻后，也可做成小房間。框架結(jié)構的構件主要是梁和柱，可以做成預制或現(xiàn)澆框架，布置比較靈活，立面也可變化。通常，梁、柱斷面尺寸都不能太大，否則影響使用面積。因此，框架結(jié)構的側(cè)向剛度較小，水平位移大，這是它的主要缺點，并因此限制了框架結(jié)構的建造高度，一般不易超過60m。在抗震設防烈度較高的地區(qū)，高度更加受到限制。通過合理設計，框架結(jié)構本身的抗震性能較好，能承受較大變形。但是，變形大了容易引起非結(jié)構構件(如填充墻、裝修等)出現(xiàn)裂縫及破壞，這些破壞會造成很大經(jīng)濟損失，也會威脅人身安全。所以，如果，在地震區(qū)建造較高的框架結(jié)構，必須選擇既減輕重量，又能經(jīng)受較大變形的隔墻材料和構造做法。否則，就要嚴格控制框架建造的高度。在北京，已建成了高18層、局部22層的現(xiàn)澆框架結(jié)構，采用了延性框架設計方法，并采用輕鋼龍骨石膏板作隔斷墻，外墻采用玻璃幕墻。通常根據(jù)使用要求和建筑布置確定的柱網(wǎng)和層高布置梁和柱。在高層建筑中，梁柱必須做成剛接。梁的跨度受到梁斷面尺寸的限制。過大的梁斷面會增加層高，是不經(jīng)濟的，對抗震也不利。柱斷面的尺寸要根據(jù)所承受軸力和彎矩的大小確定。在地震區(qū)，柱斷面尺寸受到軸壓比限制，不能過小。梁、柱布置要整齊、規(guī)則。圖6-6-2列舉了一些框架結(jié)構的平面布置形式。2．剪力墻結(jié)構體系利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構，稱為剪力墻結(jié)構體系。墻體同時也作為維護及房間分隔構件。剪力墻的間距受樓板構件跨度的限制，一般為3～8m。因而剪力墻結(jié)構適用于要求小房間的住宅、旅館等建筑，此時可省去大量填充墻的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先進的施工方法，施工速度很快?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構整體性好，剛度大，在水平力作用下側(cè)向變形小。墻體截面積大，承載力要求比較容易滿足。剪力墻的抗震性能也好。因此，它適宜于建造高層建筑，在10～50層范圍內(nèi)都適用，目前我國10-30層的高層公寓式住宅大多采用這種體系。由于它適合于建造住宅，我國許多5～8層住宅也都采用剪力墻結(jié)構體系。剪力墻結(jié)構的缺點和局限性也是很明顯的，主要是剪力墻間距太小，平面布置不靈活，不適應于建造公共建筑，結(jié)構自重較大。為了減輕自重和充分利用剪力墻的承載力和剛度，剪力墻的間距要盡可能做大些，如做成6m左右。當把墻的底層做成框架柱時，稱為框支剪力墻。底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，致使結(jié)構破壞。因此，在地震區(qū)不允許單獨采用這種框支剪力墻結(jié)構。為了滿足地震區(qū)住宅建筑需要底層商店或旅館中底層需設置大的公用房間的要求，可做成部分剪力墻框支、部分剪力墻落地的底層大空間剪力墻結(jié)構。在底層大空間剪力墻結(jié)構中，一般應把落地剪力墻布置在兩端或中部，并使縱向、橫向墻圍成簡體，在底層還要采取加大墻厚、提高混凝土強度等級等措施加大底層墻的剛度，使整個結(jié)構上下剛度差別減小。上部則應采用開間較大的剪力墻布置方案。因為框支剪力墻承受的剪力大部分要通過樓板傳到落地剪力墻上，落地剪力墻之間的距離要加以限制(墻的距離與樓板寬度之比不超過3，抗震設計時不超過2～2．5)，同時還要加強過渡層樓板的整體性和剛性(底層大空間與上部剪力墻之間的樓板稱過渡層樓板)，這層樓板應采用厚度較大現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。3．框架-剪力墻及框架-筒體結(jié)構體系框架結(jié)構側(cè)向剛度差，抵抗水平荷載能力較低，地震作用下變形大，但它具有平面靈活、有較大空間、立面處理易于變化等優(yōu)點。而剪力墻結(jié)構則相反，抗側(cè)力剛度、強度大，但限制了使用空間。把兩者結(jié)合起來，取長補短，在框架中設置一些剪力墻，就成了框架-剪力墻結(jié)構。在北京飯店的結(jié)構平面圖中可見，大多數(shù)剪力墻是單片式的分散布置形式，這種結(jié)構剛度比較小，建造高度一般在10～20層。如果把剪力墻連在一起，做成井筒式，井筒的剛度和承載力都將大大提高，也增強了抗扭能力，因此，可以建造高達30～40層的建筑。這種結(jié)構也稱為框架一筒體結(jié)構。從受力和變形性能來看，它與框架-剪力墻結(jié)構相同，可統(tǒng)稱為框架-剪力墻體系。在這種體系中，剪力墻(或筒體)常常擔負大部分水平荷載，結(jié)構總剛度加大，側(cè)移減小。同時，由于框架和剪力墻協(xié)同工作，通過變形協(xié)調(diào)，使各層變形趨于均勻，改善了純框架和純剪力墻結(jié)構中上部和下部層間變形相差較大的缺點，因而在地震作用下可減少非結(jié)構構件的破壞。從框架本身看，上下各層柱的受力也比純框架柱的受力均勻，因此，柱子斷面尺寸和配筋都可比較均勻。無論從使用上，還是從受力、變形性能上看，框架．剪力墻(簡體)結(jié)構都是一種比較好的體系，在公共建筑和辦公樓等建筑中得到廣泛應用?？蚣芤患袅Y(jié)構布置的要點是剪力墻的數(shù)量和位置。剪力墻的數(shù)量與結(jié)構體形、高度有關。剪力墻多一些，結(jié)構剛度大一些，側(cè)向變形就小一些，可減少結(jié)構及非結(jié)構構件的破壞。但剪力墻太多，不僅會增加建筑布置的困難，而且在地震作用下，剛度大則地震力也大，這是不利的，通常以保證結(jié)構側(cè)向變形不超過規(guī)范規(guī)定的限制值為宜。也可以綜合考慮地基、填充墻材料、裝修要求、使用情況等加以適當調(diào)整。剪力墻布置可以靈活，但要考慮以下幾點要求：(1)剪力墻布置以對稱為好，可減少結(jié)構的扭轉(zhuǎn)。在地震區(qū)，要求更加嚴格。當不能對稱布置剪力墻時，也要使剛度中心盡量和質(zhì)量中心接近，減少地震作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)。(2)剪力墻應貫通全高，使結(jié)構剛度上下連續(xù)而均勻。(3)在層高不高的情況下，剪力墻可做成T形，Γ形或L形，以充分發(fā)揮剪力墻的作用。在高度較大的建筑中，剪力墻布置成井筒，以加大結(jié)構的抗側(cè)力的剛度和抗扭的剛度。這種布置方式還可以便框架柱的布置靈活形成豐富多變的立面效果。(4)剪力墻靠近結(jié)構外圍布置，可以增強結(jié)構的抗扭作用。但要注意，在同一軸線上分設在兩端、相距較遠的剪力墻，會限制兩墻之間構件的收縮和膨脹，由此產(chǎn)生的溫度應力可能造成不利影響。(5)在兩片平行的剪力墻(或兩個井筒)之間布置剪力墻時，兩片墻之間的樓板在水平力作用下可能在平面內(nèi)產(chǎn)生撓曲。對框架產(chǎn)生不利的影響要限制剪力墻(或井簡)之間的距離與樓板寬度之比L／B。剪力墻的間距不要超過表6-6-3所列的值，表中B為樓板寬度。4．筒中筒結(jié)構體系當建筑超過40～50層時，要采用抗側(cè)力剛度更大的結(jié)構體系．框筒結(jié)構或筒中筒結(jié)構體系?？蛲餐ǔ７旁诮ㄖ锏耐鈬?，由間距很密的柱與截面很高的梁(稱為窗裙梁)組成。這種密柱深梁結(jié)構，形式上緣框架，實質(zhì)上是一個開了許多窗的簡體，因此稱為框筒，它靠空間的簡體受力特性來抵抗水平力。在水平荷載作用下框筒柱所受的軸力分布，迎風面柱受拉，背風面柱受壓，腹板框架柱則有拉有壓。翼緣框架中各柱軸力分布并不均勻，愈靠近角部的柱所受軸力愈大。由于翼緣框架柱參加抵抗水平荷載，整個框筒像一個懸臂簡體一樣，它的剛度和承載力都很大。水平荷載下的樓板只是一個剛性隔板保持框筒的側(cè)向穩(wěn)定和側(cè)向剛度，有如竹子中的竹節(jié)。樓板中板和梁則按照承受垂直荷載的要求進行設計。框筒可以作為抗側(cè)力結(jié)構單獨使用，稱為框筒結(jié)構，它可形成很大的使用空間。為了減小樓板和梁在垂直荷載下的跨度，在房屋內(nèi)部需要設置一些柱子，這些柱子對抵抗側(cè)向力幾乎不起作用。在多數(shù)情況下，要使框筒與剪力墻組成的實腹內(nèi)筒結(jié)合，形成筒中筒。內(nèi)筒中布置樓梯、電梯、豎向管道等。內(nèi)、外筒之間不再設柱，內(nèi)筒、外簡直接承受樓板傳來的垂直荷載，并共同抵抗水平荷載，樓板除了承受垂直荷載以外，仍然可起剛性隔板的作用。這種布置方式有較大的靈活空間，使用合理，結(jié)構上也合理，適用于較高的建筑?？蛲驳闹嗪苊堋４蠹s1.2～3m，最大為4.5m；窗裙梁高度約為0.6～l.2m，寬0.3～0.5m；一般窗洞面積不超過建筑立面面積的50％；框筒的平面形狀宜接近方形或圓形，長短邊比一般不易超過2。通常，在結(jié)構總高和總寬之比H/B大于3時，才能充分發(fā)揮框筒的作用。所以，在多層或較低的高層建筑中，不適于采用框簡或筒中筒結(jié)構，而可以采用框架一簡體結(jié)構，它在建筑布置和使用上與筒中簡具有相同的優(yōu)點，但可避免框簡所需要的密柱深梁，使設計和施工大大簡化。5．多筒結(jié)構多筒結(jié)構可分為兩類，一類是將多個簡體合并在一起形成成束筒，一類是在簡體之間用剛度很大的水平構件相互聯(lián)系，成為巨形框架。成束筒的抗側(cè)剛度比筒中筒結(jié)構更大，可以建造更高的高層建筑，目前世界上最高的美國芝加哥西爾斯大樓就是采用9個框筒合并在一起的成束筒體系，隨著高度增加，筒的數(shù)目逐漸減少。巨形框架不是由普通梁柱組成的，而是用筒體作柱子，用高度很大(一層或幾層樓高)的水平構件作梁，巨形框架梁可以隔若干層設置一根。小框架不抵抗側(cè)向力，主要承受各樓層豎向荷載，傳到巨形梁上。巨形框架的抗側(cè)剛度視簡體及水平構件的剛度而定。(二)框架近似計算框架結(jié)構是一個空間受力體系，但在工程設計中，一般都簡化為平面結(jié)構進行計算。平面框架的內(nèi)力計算方法很多，如彎矩分配法、無剪力分配法、迭代法等均已在結(jié)構力學中作了介紹，但當結(jié)構跨數(shù)較多、層數(shù)較多時，用上述方法進行手算需耗費大量的人力，因此目前較多的是根據(jù)結(jié)構力學的基本原理編制電算程序，由計算機直接求出結(jié)構內(nèi)力與位移以至各截面的配筋。但用電算方法需要相應的計算設備與計算軟件，計算費用較高，特別是在初步設計階段，為確定結(jié)構布置方案或構件截面尺寸，往往需要采用一些簡單的近似計算αα方法進行估算，以求既快又省的解決問題。下文主要介紹框架結(jié)構設計中常用的近似計算方法，包括豎向荷載作用下的分層法，水平荷載作用下的反彎點法和修正反彎點法(D值法)。1．框架結(jié)構計算簡圖1)計算單元的確定一般情況下，框架結(jié)構是一個空間受力體系[圖6-6-3(a)]。為方便起見，常常忽略結(jié)構縱向和橫向之間的空間聯(lián)系，忽略各構件的抗扭作用，將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進行分析計算[圖6-6-3(c)、(d)]。取出來的平面框架承受圖6-6-3(b)陰影范圍內(nèi)的水平荷載，豎向荷載則需要按樓蓋結(jié)構的布置方案確定。在分析圖6-6-3所示的各榀平面框架時，由于通常橫向框架的間距相同，作用于各橫向框架上的荷載相同，框架的抗側(cè)剛度相同，因此，各榀橫向框架都將產(chǎn)生相同的內(nèi)力與變形，結(jié)構設計時一般取中間有代表性的一榀橫向框架進行分析即可；而作用于縱向框架上的荷載則各不相同。必要時應分別進行計算。2)節(jié)點的簡化框架節(jié)點一般總是三向受力的，但當按平面框架進行結(jié)構分析時，則節(jié)點也相應地簡化。框架節(jié)點可簡化為剛接節(jié)點、鉸接節(jié)點和半鉸節(jié)點，這要根據(jù)施工方案和構造措施確定。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構中，梁和柱內(nèi)的縱向受力鋼筋都將穿過節(jié)點或錨入節(jié)點區(qū)(圖6-6-4)。顯然這時應簡化為剛接節(jié)點。裝配式框架結(jié)構則是在梁底和柱子的某些部位預埋鋼板，安裝就位后再焊接起來(圖6-6-5)，由于鋼板在其自身平面外的剛度很小，同時焊接質(zhì)量隨機性很大，難以保證結(jié)構受力后梁柱間沒有相對轉(zhuǎn)動，因此常把這類節(jié)點簡化成鉸接節(jié)點[圖6-6-5(α)]或半鉸節(jié)點[圖6-6-5(b)]。在裝配整體式框架結(jié)構中，梁(柱)中的鋼筋在節(jié)點處或為焊接或為搭接，并在現(xiàn)場澆注部分混凝土。節(jié)點左右梁端均可有效地傳遞彎矩．因此可認為是剛接節(jié)點。當然這種節(jié)點的剛性不如現(xiàn)澆式框架好，節(jié)點處梁端的實際負彎矩要小于計算值?？蚣苤ё煞譃楣潭ㄖё豌q支座，當為現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱時，一般設計成固定支座，當為預制柱杯形基礎時，則應為構造揩施不同分別簡化為固定支座和鉸支座。(3)地震作用多層框架結(jié)構，當高度不超過40m，且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時，可采用底部剪力法計算水平地震作用。2．框架結(jié)構的計算方法框架結(jié)構的內(nèi)力及其側(cè)移的計算，可以用計算機或手算來完成。1)計算機計算方法用計算機計算時，高層框架結(jié)構可以分別按平面框架和空間框架，采用矩陣位移法編出程序，由計算機進行內(nèi)力與位移分析?，F(xiàn)已有多種通用程序可供應用，只需將荷載和框架的幾何尺寸等參數(shù)輸入，則各桿件的內(nèi)力、側(cè)移、甚至各構件的截面面積與配筋量等都能一一算出。2)手算的近似計算方法用手算時，一般均采用近似的簡化方法。(1)豎向荷載作用下框架內(nèi)力近似計算在豎向荷載作用下框架內(nèi)力可以采用分層法進行簡化計算。分層法的基本簡化假定如下：在豎向荷載作用下框架側(cè)移的影響可忽略不計；每層梁上的荷載對其他各層梁、柱的影響忽略不計。按上述假定，計算時可將每層框架梁連同上、下柱組成基本計算單元，梁與柱剛接，柱遠端均視為固結(jié)，用彎矩分配法或其他方法(如迭代法)進行計算。在計算分配系數(shù)時，考慮支座轉(zhuǎn)動的影響，除底層柱外，其他各層柱的線剛度均應乘以折減系數(shù)0.9，相應的傳遞系數(shù)為1/3(底層柱仍為1/2)。豎向荷載產(chǎn)生的梁固端彎矩只在本層進行彎矩分配，單元之間不再傳遞。梁的彎矩取分配后的數(shù)值；柱端彎矩取相鄰兩單元對應柱端彎矩之和。驗算節(jié)點彎矩，如不平衡彎矩值偏大，可在該節(jié)點重新分配一次(不再傳遞)。(2)水平荷載作用下框架內(nèi)力近似計算在風荷載和水平地震作用下的框架內(nèi)力可以用D值法進行簡化計算。(三)剪力墻結(jié)構設計1．剪力墻結(jié)構的計算1)剪力墻結(jié)構的計算方法高層剪力墻結(jié)構可以采用平面抗側(cè)力結(jié)構的空間協(xié)同工作分析方法進行內(nèi)力與位移計算。此時開口較大的聯(lián)肢墻按壁式框架考慮；實體墻、整截面墻和整體小開口墻按其等效剛度作為單片墻考慮。布置較復雜的剪力墻宜按薄壁桿件系統(tǒng)進行三維空間分析，此時剪力墻肢作為開口空間薄壁桿件考慮，連梁作為空間桿件考慮。剪力墻結(jié)構也可以采用連續(xù)化方法、有限條法等方法計算。簡化計算時，水平力可以按各片剪力墻的等效剛度分配，然后進行單片剪力墻的計算。當剪力墻孔洞面積及墻面面積之比不大于0.16且孔洞凈距及孔洞邊至墻邊距離大于孔洞長邊尺寸時，可作為整截面懸臂構件；按平截面假定計算截面應力分布。其等效剛度可參考有關文獻。計算剪力墻的內(nèi)力與位移時，可以考慮縱、橫墻的共同作用?？倝Φ囊徊糠挚梢宰鳛闄M墻的有效翼緣，橫墻的一部分也可以作為縱墻的有效翼緣。每一側(cè)有效翼緣的寬度可取翼緣厚度的6倍、墻間距的一半和總高度的1/20中的最小值，且不大于至洞口邊緣的距離。在雙十字形和井字形平面的建筑中，核芯墻各墻段軸線錯開距離不大于實體連接墻厚度的8倍，并且不大于2.5m時，整片墻可以作為整體平面剪力墻考慮；計算所得內(nèi)力應乘以增大系數(shù)1.2，等效剛度應乘以折減系數(shù)O.8。當折線剪力墻的各墻段總轉(zhuǎn)角不大于15o時，可按平面剪力墻考慮。3)整體小開口墻的內(nèi)力與位移計算(1)整體小開口墻的內(nèi)力整體小開口墻的內(nèi)力可參考有關公式計算，連梁的剪力可由上、下墻肢的軸力差計算。(2)整體小開口墻的頂點位移由于洞口的削弱，小開口墻的位移比按材料力學計算的組合截面構件的位移增大20％。具體計算公式可參考有關書籍。(3)小墻肢端部的附加局部彎矩剪力墻多數(shù)墻肢基本均勻，又符合整體小開口墻的條件，當夾有個別細小墻肢時，仍可按整體小開口墻計算內(nèi)力，但小墻肢會產(chǎn)生顯著的局部彎曲，使墻肢彎矩增大。這時，小墻肢端部應計算附加局部彎曲的影響，具體公式可參考有關文獻。4)聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移計算聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移按連續(xù)方法計算，并采用以下假定：(1)連梁的反彎點在跨中，連梁的作用可以用沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片代替；(2)各墻肢的變形曲線相似；(3)連梁和墻肢考慮彎曲和剪切變形；墻肢還應考慮軸向變形的影響。聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移計算公式可見有關參考文獻。5)壁式框架內(nèi)力與位移計算壁式框架內(nèi)力與位移計算與一般框架相同，只是對帶剛域桿的剛度進行修正。將壁式框架帶剛域桿件變?yōu)榈刃У冉孛鏃U件后，可采用D值法進行簡化計算。壁式框架梁柱軸線由剪力墻連梁和墻肢的形心軸線決定，梁柱相交的節(jié)點區(qū)中，梁柱的彎曲剛度為無限大而形成剛域，剛域的具體形式可見有關參考文獻。2．剪力墻截面設計及配筋構造1)剪力墻墻肢截面承載力計算鋼筋混凝土剪力墻應進行斜截面抗剪、偏心受壓或偏心受拉、平面外豎向荷載軸心受壓承載力計算。在集中荷載作用下，還應進行局部受壓承載力計算。矩形、T形、I形偏心受壓剪力墻的正截面承載力、矩形受拉剪力墻的正截面承載力、墻肢斜截面受剪承載力計算公式可見有關參考文獻。2)剪力墻配筋構造要求(1)墻身的分布鋼筋剪力墻水平和豎向分布鋼筋應滿足表6-6-5的要求。加強區(qū)是墻體受力不利的部位和受溫度影響較大的部位，這些部位有：剪力墻的頂層；剪力墻的底部加強區(qū)(加強區(qū)高度為墻肢總高度的八分之一、墻肢寬度和底層層高中的較大值)；樓梯間和電梯間墻；現(xiàn)澆端部山墻；內(nèi)縱墻的端開間。一級抗震等級的剪力墻的所有部位和二級剪力墻的加強部位應采用雙排鋼筋，二級剪力墻一般部位、三級、四級和非抗震設計剪力墻加強部位宜采用雙排鋼筋。雙排鋼筋之間應采用拉筋連接，拉筋直徑不小于φ6，間距不大于700mm，拉筋應與外皮水平鋼筋鉤牢，底部加強部位的拉筋宜適當加密。(2)剪力墻端部鋼筋剪力墻端部鋼筋由大小偏心受壓、偏心受拉承載力計算決定。剪力墻的端部鋼筋配置在離墻邊1.5～2倍墻厚范圍內(nèi)；當鋼筋多于4根時，應設鋼箍和拉筋。(3)小墻肢的配筋剪力墻小墻肢(截面高度hw≤3bw的墻肢)，其截面配筋要求：抗震設計時，底部加強區(qū)豎向鋼筋不少于0.015AC；其他部位不少于0.01AC。非抗震設計時，豎向鋼筋不少于0.008AC，箍筋直徑不少于8，間距不大于150mm。AC為小墻肢的截面面積。3．剪力墻連梁截面設計及配筋構造要求1)剪力墻連梁的截面尺寸剪力墻連梁的截面尺寸應符合下列要求：2)連梁的剪力設計值連梁的剪力設計值應按下列規(guī)定計算：①抗震設計，取考慮水平荷載組合的剪力設計值。②抗震設計，有關公式可見相關參考文獻。3)連梁內(nèi)力調(diào)整當聯(lián)肢墻中某幾層連梁的彎矩設計值超過其最大受彎承載力時，可降低這些部位的連梁彎矩設計值，并將其余部位的連梁彎矩設計值相應提高，以補償減少的彎矩，滿足平衡條件。經(jīng)調(diào)整的連梁彎矩設計值，可均取為最大彎矩的連梁調(diào)整前彎矩設計值的80％。4)連梁的受剪承載力計算連梁的斜截面受剪承載力，有關公式可見相關參考文獻。5)連梁構造配筋要求連梁配筋構造要求如下：(1)設計時，連梁縱向鋼筋的錨固、箍筋及水平分布筋的設置應符合下列要求：①梁上、下水平縱向鋼筋伸人墻內(nèi)的長度應≥Ia，且不應小于600mm；②鋼筋直徑不應小于6mm，間距不大于150mm。在頂層連梁伸入墻體的鋼筋長度范圍內(nèi)，應設置間距小于150mm的構造箍筋，構造箍筋的直徑同該連梁的箍筋直徑；③跨高比In/h<2.5的連梁，在距連梁底邊0.2～0．6h范圍內(nèi)，應設置配筋率小于0.25％的水平分布筋。(2)抗震設計時，連梁縱向鋼筋的錨固、箍筋及水平分布筋的設置應符合下列要求：①連梁上、下水平縱向鋼筋伸入墻內(nèi)的長度應≥IaE，并且伸人墻內(nèi)長度不應小于600mm；②連梁沿梁全長箍筋的構造要求應按有關規(guī)定對框架梁箍筋加密區(qū)的要求進行配置；③頂層連梁錨入墻體內(nèi)的縱向鋼筋長度范圍內(nèi)的箍筋設置及對跨高比In/h<2.5的連梁，距梁底0.2～0.6h范圍內(nèi)水平分布筋的設置要求同非抗震設計。(四)框架．剪力墻結(jié)構設計1．框架-剪力墻結(jié)構的計算1)框架-剪力墻結(jié)構計算的基本原則在水平荷載作用下，剪力墻呈彎曲變形，其曲線向下彎，頂端斜率最大；而框架呈剪切變形，其曲線向上彎，底部的斜率最大。當框架與剪力墻通過剛性樓板連接而相互作用、共同作用時，結(jié)構產(chǎn)生不同于框架和剪力墻的變形，其變形曲線在下部主要呈彎曲形，而上部主要呈剪切形。由于這一變形協(xié)調(diào)作用，框架和剪力墻的荷載和剪力分配沿高度在不斷調(diào)整。因此，框架．剪力墻結(jié)構的計算中應考慮剪力墻和框架兩種類型結(jié)構的不同受力特點，按協(xié)同工作條件進行內(nèi)力、位移分析，不宜將樓層剪力簡單地按某一比例在框架和剪力墻之間分配?？蚣芙Y(jié)構中設置了電梯井、樓梯井或其他剪力墻型的抗側(cè)力結(jié)構后，應按框架-剪力墻結(jié)構計算。2)框架-剪力墻結(jié)構的計算方法(1)簡化的計算方法框架-剪力墻結(jié)構在豎向荷載作用下的內(nèi)力，按各自柱距面積或間距范圍內(nèi)的荷載計算，其計算方法與框架結(jié)構、剪力墻結(jié)構相同。在水平荷載作用下手算的近似計算方法，是把各榀剪力墻和框架視作只能在其自身平面內(nèi)受力的豎向平面結(jié)構，并且由它們共同承擔水平荷載。分析時將結(jié)構用一個均勻的連續(xù)模型代替，其所有的框架和剪力墻具有共同的變形曲線，為此，采用下列假定：①在整個高度上，框架和剪力墻的幾何和力學特性不變。②剪力墻可由一個受彎懸臂構件代替，即僅產(chǎn)生彎曲變形。③框架可由一個連續(xù)的受剪懸臂構件代替，即僅產(chǎn)生剪切變形。④連接桿件可由水平剛性連接介質(zhì)代替，它僅傳遞水平力并且使受彎和受剪懸臂構件的變形協(xié)調(diào)。根據(jù)上述基本假定，將結(jié)構單元內(nèi)所有框架合并為總框架，所有剪力墻合并為總剪力墻?？偪蚣芘c總剪力墻的剛度分別為各類構件單元剛度之和。通過解微分方程求出剪力墻(也就是框架)的側(cè)移曲線，進而求得總剪力墻和總框架的內(nèi)力及荷載，然后按各榀框架的等效抗側(cè)剛度對總框架的剪力進行分配。同樣，按各片剪力墻的等效剛度比例將總剪力墻的彎矩和剪力分配到每片剪力墻上。最后，進行單片框架和剪力墻計算。具體的計算公式和圖表可見有關參考文獻。(2)框架-剪力墻結(jié)構剛度特征系數(shù)在上述確定框架一剪力墻結(jié)構中剪力墻的數(shù)量時和進行總剪力墻和總框架的荷載分配時都要引用結(jié)構剛度特征系數(shù)λ。λ的表達式如下：上式可以看出，λ是與剪力墻和框架剛度有關的一個參數(shù)，而框架-剪力墻結(jié)構變形曲線的形狀是無量綱參數(shù)λ的函數(shù)，λ是代表框架-剪力墻的結(jié)構特性。(4)框架剪力的調(diào)整在地震作用下，結(jié)構進入彈塑性狀態(tài)后會產(chǎn)生內(nèi)力重分布，框架承受的地震力會增加。因此，抗震設計時，框架-剪力墻結(jié)構計算所得的框架各層總剪力Vf(即各框架柱剪力之和)，應按下列方法調(diào)整。為保證框架的安全，采用計算機計算時這項調(diào)整也必須進行。①規(guī)則建筑中的樓層按下列方法調(diào)整框架總剪力。②當屋面突出部分也采用框架．剪力墻結(jié)構時，突出部分框架的總剪力取本層框架部分計算值的1.5倍。③按振型分解反應譜法計算時，調(diào)整在振型組合之后進行。④各層框架總剪力調(diào)整后，按調(diào)整前后的比例調(diào)整各柱和梁的剪力和端部彎矩，柱軸向力不調(diào)整。2．框架-剪力墻結(jié)構的截面設計框架-剪力墻結(jié)構中有框架及剪力墻兩類構件，其截面設計方法分別與框架結(jié)構和剪力墻結(jié)構相同?？蚣堋＜袅Y(jié)構中的剪力墻往往與梁柱連在一起，形成帶邊框剪力墻。周邊有梁柱的現(xiàn)澆剪力墻，當剪力墻與梁柱有可靠連接時，其截面設計應采用一般剪力墻結(jié)構的截面設計方法，其主要豎向受力鋼筋應配置在柱截面內(nèi)。梁與墻為整體現(xiàn)澆時，不必對梁進行專門的截面設計，其鋼筋可按構造要求配置。1)截面尺寸要求①梁的截面寬度bb≥2bw，截面高度bb≥3bw，bw為剪力墻厚度；②邊柱的截面寬度bc≥2.5bw，截面高度hc≥bc；①剪力墻的厚度bc≥160mm，且不小于墻凈高的1/20。剪力墻中線與墻端邊柱中線宜重合，防止偏心；④剪力墻周邊僅有柱而無梁時，則應設置暗梁。非抗震設計時：剪力墻水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應小于0.2％，直徑不應小于φ8，且應雙排配置?？拐鹪O計時：剪力墻水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應小于0．25％，直徑不應小于φ8，間距不應大于300mm，且應雙排配置。(五)框筒結(jié)構設計框筒與筒中筒結(jié)構應該按照空間結(jié)構分析其內(nèi)力與位移。精確的空間計算工作量大，在工程應用時都要作一些簡化。由于簡化的方法和程度不同，框筒和筒中筒結(jié)構的計算方法種類繁多，各有特點，下面介紹一些常見的方法。1)空間桿件有限元矩陣位移法將框筒的梁柱簡化為帶剛域桿件，按空間桿系方法求解，每個結(jié)點有6個自由度。將稿筒視為薄壁桿件，外筒與內(nèi)筒通過樓板連接協(xié)同工作。通常假定樓板為平面內(nèi)無限剛性板，忽略其平面外剛度，樓板的作用只是保證內(nèi)外筒縣有相同的水平位移，而樓板與簡之間無彎矩傳遞關系。2)等效連續(xù)體法將框筒的四片框架用四片等效均勻的正交異性平板代替，形成一個等效實腹筒，求出平板內(nèi)的雙向應力后再回復到梁柱內(nèi)力。內(nèi)筒為實腹筒體，與外筒協(xié)調(diào)工作。通常通過彈性力學方法得到函數(shù)解，也可通過程序計算，程序較小。3)有限條分法將外筒及內(nèi)筒均沿高度劃分成豎向條帶，條帶的應力分布用函數(shù)形式表示，條帶連接線上的位移為未知函數(shù)，通過求解位移函數(shù)得到應力。這種方法比平面有限元方法大大減少了未知量，適于在較規(guī)則的高層建筑結(jié)構的空間分析中采用。外筒與內(nèi)筒也通過無限剛性樓板連接協(xié)同工作。4)按平面結(jié)構方法分析矩形平面的框筒結(jié)構在水平荷載作用下的分析可簡化為等效平面結(jié)構，然后按平面結(jié)構方法計算。這樣可利用平面框架分析程序，比較方便。常用簡化方法有以下兩種。(1)翼緣展開法具有對稱軸的矩形平面框筒，將翼緣框架旋轉(zhuǎn)后，與腹板框架在同一平面內(nèi)，成為平面框架。根據(jù)空間結(jié)構的受力特點，建立該平面框架的計算簡圖。腹板框架與一般平面框類似，承受框架平面內(nèi)的水平剪力與傾覆力矩，引起梁柱彎曲、剪切與軸向變形。翼緣框架的變形與內(nèi)力則主要是由于角柱的軸向變形引起?？蓪⒔侵环譃槎涠儆诟拱蹇蚣?，其二屬于翼緣框架，二者之間由一個虛擬的剛性剪切梁連接，該虛擬梁的剪切剛度很大，彎曲剛度及軸向剛度都很小，它只能傳遞剪力，可保證角柱的兩半部分有相同的軸向變形。當框筒完全對稱時，可取1/4框筒計算。此時，根據(jù)其變形特點選擇邊界約束，翼緣框架的中點水平位移和彎矩為零，豎向有位移，因而選用滾動支座。腹板框架中點的豎向位移為零，但有彎曲與水平位移，因而選用滾動鉸支結(jié)點。應用本方法，可利用具有平面結(jié)構假定的協(xié)同工作計算程序進行內(nèi)力及位移分析，也可利用該方法進行大量計算后給出圖表曲線，供初步設計時查用。(2)等代角柱法等代角柱法的基本思路與上述方法類似，但用一根等代角柱代替實際的角柱及翼緣框架的作用。等代的原則是等代角柱的軸向變形與原角柱相同，其軸力則為角柱及翼緣框架柱承擔的軸力之和，即β稱為等代系數(shù)。在角柱上作用單位力，可計算各柱所受的軸力，即得到β值。當角柱與其他各柱的面積比不同，或框架梁、柱線剛度比，或跨度、層高、總高度改變時，β值都會改變。因此，要根據(jù)每個框筒的具體尺寸，直接用平面框架程序計算翼緣框架的β值，得到等代角柱面積后，再計算帶有等代角柱的腹板框架在水平荷載作用下的內(nèi)力，最后將等代角柱的軸力按照比例分配到翼緣框架各個柱上。用本方法計算時，也可在大量計算的基礎上建立一些查找β值的圖表曲線。根據(jù)具體情況直接查得β值及翼緣框架柱的軸力分配比例系數(shù)。這樣，只需進行等代框架的內(nèi)力分析，較為簡單。2．框筒結(jié)構的截面設計及配筋構造框筒結(jié)構的裙梁、柱及簡體的混凝土強度等級不宜低于C225。其截面設計及構造措施，除滿足以下規(guī)定外，還應滿足框架結(jié)構的要求?？蛲仓恼孛媸軓澇休d力按雙向偏心受壓計算。角筒或角柱的受彎承載力計算按雙向彎矩進行，且兩個方向的偏心矩均不應小于相應邊長的1/10。三.抗震設計要點1．一般規(guī)定對于滿足表6-6-6所示的最大高度范圍內(nèi)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構，抗震設計應滿足下列要求。適用的房屋最大高度表6-6-61)6度、7度和8度且房屋高度分別超過120m、lOOm和80m時，不宜采用有框支層的現(xiàn)澆抗震墻結(jié)構；9度時，不應采用。2)鋼筋混凝土房屋應根據(jù)烈度、結(jié)構類型和房屋高度采用不同的抗震等級，并應符合相應的計算和構造措施要求。3)規(guī)則結(jié)構宜符合下列各項要求：(1)房屋平面局部突出部分的長度不大于其寬度，且不大于該方向總長的30％；(2)房屋立面局部收進的尺寸，不大于該方向總尺寸的25％；(3)樓層剛度不小于其相鄰上層剛度的70％，且連續(xù)三層總的剛度降低不超過50％；(4)房屋平面內(nèi)質(zhì)量分布和抗側(cè)力構件的布置基本均勻?qū)ΨQ。4)鋼筋混