高层建筑结构课件.ppt

本章学习要点了解高层建筑的划分标准；熟悉高层建筑的特点；熟悉高层建筑的结构材料；了解高层建筑的发展简况。1.1 高层建筑的特点,1 绪论,随着社会经济的不断发展，工业化、城市化进程的不断加快，以及土木工程和相关领域科学技术水平的提高，高层、超高层建筑的发展速度越来越快。同时，城市中的高层建筑逐渐成为反映这个城市经济繁荣和社会进步的重要标志之一。1.1.1 高层建筑的界定多层建筑：8层。高层建筑：第一类：916层、高度50 m；,第二类：1725层、高度75 m；第三类：2540层、高度100 m。超高层建筑：40层、高度100 m。1.1.2 高层建筑的特点一般而言，高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高的特点。在现代化大都市中，过度的人口和建筑密度，城市用地日趋紧张，使得人们不得不向空间发展。高层建筑占地面积少，不仅可以大量的节省土地的投资，而且有,较好的日照、采光和通风效果。 1.2 高层建筑的结构材料现代高层建筑所采用的材料，主要是钢材和混凝土。根据结构材料的不同，高层建筑结构可分为钢结构、钢筋混凝土结构和钢-混凝土组合结构三种形式：1.2.1 钢结构 钢材强度高、韧性大、易于加工。钢结构构件可以在工厂加工，缩短了现场施工工期，便于施工。,图1.1 上海环球金融中心 图1.2 中信广场大厦,1.2.2 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构造价低，材料来源丰富，可以浇注成各种复杂的断面形式，节省钢材，承载能力也较高。1.2.3 钢-混凝土组合结构将型钢布置在构件内部，外部由钢筋混凝土做成，或者是在钢管内部填充混凝土，做成钢-混凝土组合结构。 1.3 高层建筑的发展简介,图1.3 帝国大厦 图1.4 中国银行大厦,图1.5 台北101大厦 图1.6 石油双塔,1.4 本课程的教学内容与要求“高层建筑结构”课程是专业课，是“混凝土及砌体结构设计”的后继课程。,图1.7 金茂大厦,本章学习要点了解各种高层建筑的结构体系特点及适用范围；掌握结构总体布置原则的相关要求，并理解“概念设计”的重要性；了解高层建筑基础的类型及基础结构布置,2 高层建筑结构体系及结构布置,的基本要求。,图2.1 框架结构,2.1 高层建筑的结构体系,图2.2 框架结构水平变形,图2.3 框架结构典型平面,图2.4 长富宫饭店,图2.5 长城饭店,结构体系是指结构抵抗外部作用构件的组成方式。在高层建筑结构体系中，抵抗水平力成为设计的主要矛盾，因而抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。 2.1.1 框架结构体系 2.1.2 剪力墙结构体系 2.1.3 框架-剪力墙结构,图2.6 剪力墙结构变形,图2.7 剪力墙结构常见平面布置,体系,图2.8 广州白云宾馆,2.1.4 筒体结构体系1)框架-筒体结构体系2)筒中筒结构体系,图2.9 框架-剪力墙协同工作,图2.10 上海联谊大厦 图2.11 广州中信大厦,该结构由内外两层筒体组合而成，通常核心筒为剪力墙薄壁筒，外围是框筒图2.12(b)。3)束筒结构体系2.1.5 巨型结构体系,图2.12 筒体结构,图2.13 深圳国贸大厦 图2.14 广州国际大厦,图2.15 西尔斯大楼结构布置示意图(a)筒体沿高度变化；(b)平面及柱轴力分布,图2.16 巨型结构体系(a)巨型桁架；(b)巨型框架,1)巨型框架结构 2)巨型空间桁架结构2.2 结构总体布置原则2.2.1 控制房屋的高度和高宽比,2.2.2 结构的平面布置高层建筑的外形可以分为板式和塔式两 大类。楼板开大洞削弱后，宜采取以下构造措施予于加强：加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋,图2.17 结构平面布置,率；采用双层双向配筋，或加配斜向 钢筋；洞口边缘设置边梁、暗梁；在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。,(1)竖向收进和外挑建筑顶部内收形成塔楼。楼层外挑内收。,图2.18 结构竖向收进和外挑示意,(2)竖向抗侧力结构布置改变底层或底部若干层取消一部分剪力墙或柱子形成大空间，这样产生结构刚度的 突变。中部楼层剪力墙不连续。顶层设置空旷的大,图2.19 结构转换层,空间，取消部分剪力墙或内柱。 高层建筑结构中宜设置地下室，这是因为地下室的设置会有以下几个作用：利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆；减小土的重力，降低地基的附加压 应力；提高地基土的承载力；减少地震作用对上部结构的影响。,2.2.4 对抗震有利的结构布置形式 对抗震有利的建筑平面形状是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。对抗震有利的建筑立面应规则、均匀，从上到下外形不变或变化不大，没有过大的外挑或内收。合理设置防震缝。应具有明确的计算简图和合理的传力 途径。,布置成具有多道抗震防线的结构形式。结构应有足够的承载力和刚度。突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受鞭梢效应影响。,2.2.5 变形缝的设置1)伸缩缝顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率； 顶层加强保温隔热措施，外墙设置外保温层； 每3040 m间距留出施工后浇带，带宽8001 000 mm，钢筋采用搭接接头，后浇带混凝土宜在2个月后浇灌；,顶部楼层改用刚度较小的结构形式或顶部设局部温度缝，将结构划分为长度较短的区段； 采用收缩小的水泥，减少水泥用量，在混凝土中加入适宜的外加剂； 提高每层楼板的构造配筋率或采用部分预应力结构。 2)沉降缝 高层建筑在下述平面位置处应考虑设置沉降缝：,建筑高度有差异较大处；上部不同结构体系或结构类型的相邻交界处；地基土的压缩性有显著的差异处；基础底面标高相差较大，或基础类型不一致处。3)防震缝(1)宜设防震缝的情况平面长度和突出部分超过了表2.6的限值,而又没有采取加强措施时；各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没有采取有效措施时；房屋有较大错层时。(2)设置防震缝的相关规定2.2.6 楼盖结构布置1)楼盖按结构形式分类(1)梁板结构体系(2)井式楼盖,图2.20 楼盖的结构类型(a)单向板肋梁楼盖；(b)双向板肋梁楼盖；(c)井式楼盖；(d)密肋楼盖；(e)无梁楼盖,(3)无梁楼盖 (4)密肋楼盖2)楼盖按预应力情况分类(1)非预应力平板(2)预应力平板预应力空心板。预应力大楼板。预应力叠合板。无粘结预应力现浇平板。,3)楼盖按施工方法分类2.3 基础结构布置2.3.1 基础形式(1)筏形基础,图2.21 高层结构基础埋深,(2)箱形基础(3)桩基2.3.2 基础的埋置深度天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15。桩基础，可取房屋高度的 1/18(桩长不计在内)。当高层主楼周围为连成一体的筏形基础的裙房(或仅有地下停车库)时，基础埋置,深度d可取裙房基础底面以上所有竖向荷载(不计活荷载)标准值(有地下停车库时应包括顶板以上填土及地面重)F与土的重度之比，即d=F/。相邻建筑物的基础埋深。地震作用下高层建筑结构的动力效应与基础埋置深度关系较大。,本章学习要点熟悉高层建筑结构上的各种荷载，并了解其对高层建筑结构的影响；掌握风荷载及地震作用的取值标准和计算方法；了解高层建筑结构设计基本假定和要求；,3 荷载与作用及结构设计的一般原则,熟练掌握荷载效应的组合方法。3.1 竖向荷载3.1.1 恒荷载恒荷载是指各种结构构件的自重和找平层、保温层、防水层、装修材料层、隔墙、幕墙及其附件、固定设备及其管道等重量，其标准值可按构件及其装修的设计尺寸和材料单位体积或面积的自重计算确定。对常用材料和构件的容重可从荷载规范附表中查得。,3.1.2 活荷载1)楼面活荷载(1)设计楼面梁时的折减系数第1(1)项当楼面梁从属面积(楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸1/2梁间距的范围内的实际面积确定)超过25 m2时，应,取0.9；第1(2)7项当楼面梁从属面积超过50 m2时应取0.9；第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8；第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。(2)设计墙、柱和基础时的折减系数,第1(1)项应按表3.2规定采用；第1(2)7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；第8项对单向板楼盖应取0.5,对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；第912项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。,2)屋面活荷载3)雪荷载 Sk=rS0 (3.1) 4)施工活荷载3.2 风荷载,空气从气压大的地方向气压小的地方流动形成了风，与建筑物有关的是靠近地面的流动风，简称为近地风。当风遇到建筑物时在其表面上所产生的压力或吸力即为建筑物的风荷载。 3.2.1 风荷载标准值 wk=z s zw0 (3.2) 1)基本风压w02)风压高度变化系数z,(1)山峰和山坡,(2)山间盆地、谷地,图3.1 山峰和山坡的示意,3)风荷载体型系数s(1)单体风压体型系数(2)群体风压体型系数(3)局部风压体型系数4)风振系数z,续表,3.2.2 总风荷载与局部风荷载1)总风荷载,2)局部风荷载3.3 地震作用,3.3.1 地震作用概述1)地震作用的特点,图3.2 高层结构外形尺寸及计算简图,2)结构的抗震性能,3)三水准设防要求(1)小震不坏(2)中震可修(3)大震不倒4)二阶段抗震设计(1)第一阶段设计(2)第二阶段设计3.3.2 地震作用的一般计算原则1)高层建筑分类及抗震要求,(1)甲类建筑(2)乙类建筑(3)丙类建筑2)地震作用计算原则3)地震作用计算方法(1)底部剪力法(2)振型分解反应谱法(3)时程分析法(4)各类建筑适宜的计算方法,3.3.3 地震作用的计算1)重力荷载代表值 FE=G (3.8),2)地震影响系数,图3.3 地震影响系数曲线地震影响系数；max地震影响系数最大值；T结构自振周期；Tg特征周期；曲线下降段衰减指数；1直线下降段下降斜率调整系数；2阻尼调整系数,(1)水平地震影响系数最大值max(2)特征周期值Tg(3)地震影响系数曲线参数调整,(4)建筑的场地类别3)水平地震作用计算(1)底部剪力法,图3.4 底部剪力法 计算示意图,(2)不考虑扭转影响的振型分解反应谱法,(3)考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法,(4)动力时程分析法(5)楼层水平地震剪力最小值,4)竖向地震作用计算,图3.5 结构竖向地震作用计算示意图,3.3.4 结构的自振周期1)质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构、框架-剪力墙结构和剪力墙结构2)结构基本自振周期的经验公式(1)一般情况(2)具体结构,3.4 结构设计的一般原则3.4.1 结构计算的基本假定、计算简图和计算要求1)弹性工作状态假定2)平面抗侧力结构和刚性楼板假定下的整体共同工作,(1)平面抗侧力结构假定(2)刚性楼板假定3)风荷载和地震作用的方向,图3.6 高层建筑结构整体共同工作的计算简图,3.4.2 荷载效应及地震作用效应组合1)荷载效应组合概念,图3.7 结构有无绕竖轴扭转示意图(a)无扭转；(b)有扭转,2)荷载效应组合方法,(1)无地震作用效应组合(2)有地震作用效应组合3)荷载效应组合时应注意的几个问题,3.4.3 结构整体稳定与抗倾覆验算1)重力二阶效应概念,图3.8 重力二阶效应示意图,2)整体结构稳定要求(1)剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构(2)框架结构3)抗倾覆验算,(1)倾覆力矩与抗倾覆力矩的计算(2)整体抗倾覆的控制基础底面零应力区控制,图3.9 结构整体倾覆计算示意图,图3.10 基础底板反力示意图,3.4.4 水平位移限制和舒适度要求,1)水平位移限制2)舒适度要求,3.4.5 罕遇地震作用下的变形验算(1)弹塑性变形验算,79度设防的、楼层屈服强度系数y小于0.5的框架结构；采用隔震和消能减震技术的建筑结构；79度设防的甲类建筑和9度设防的乙类建筑结构。(2)结构层间变形验算,本章学习要点了解框架结构计算单元的选取及计算简图的确定；熟练掌握框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的内力计算方法；掌握框架结构的内力组合原则，框架结构在水平荷载作用下的侧移验算方法；,4 架结构设计,掌握框架梁、柱及节点的截面设计与构造。4.1 框架结构的计算简图4.1.1 计算单元的确定4.1.2 计算简图,图4.1 框架结构计算单元与计算简图,1)跨度与层高的确定(1)梁的跨度(2)柱的计算长度(3)多层框架结构无地下室时底层层高的 确定混凝土结构设计规范规定：框架结构底层层高为从基础顶面到一层楼盖顶面,的高度。参照砌体结构设计规范，当基础埋置较深且有刚性地坪并配构造钢筋时，底层层高可取室外地面以下500 mm到一层楼盖顶面高度。当为柱下独立基础，基础埋置深度又较深时，为了减小底层柱的计算长度和底层位移，可在0.000以下适当位置设置基础 拉梁。 2)现浇楼板的面外刚度,3)周期的调整系数T框架结构可取0.60.7;框架-剪力墙结构可取0.70.8；剪力墙结构可取0.91.0。4)楼面梁的扭转5)楼面荷载分配,4.2 框架结构在竖向荷载作用下的近似 计算4.2.1 竖向荷载作用下框架结构的内力 计算1)分层法(1)基本假定忽略框架的侧移。作用在框架梁上的竖向荷载，仅使该层框架梁及跟该层梁直接连接的柱产生内,力，其他层框架梁和柱的内力忽略不计。(2)计算简图(3)计算步骤将框架分层；将除底层之外的所有层柱的线刚度均乘,图4.2 分层法计算示意图(a)原结构；(b)分层计算简图,以0.9；分层后的简单框架可用弯矩分配法计算。一般来讲，每一节点经过二次分配就足够了；,图4.3 框架二层及其以上柱线刚度系数及传递系数(a)线刚度修正；(b)传递系数修正,在采用弯矩分配法的计算过程中，二层及其以上柱传递系数取1/3，底层柱及梁均取1/2；梁的弯矩为最后弯矩，柱的弯矩为与之相连两层计算弯矩的叠加。若节点弯矩不平衡，可将不平衡弯矩再分配一次，重新分配的弯矩不再考虑传递。2)用弯矩分配法计算(1)顶层 (2)中层,图4.4 框架荷载图 图4.5 分层法相对线刚度图,(3)底层,3)迭代法,图4.10 底层计算简图,图4.11 底层弯矩图,(1)单根杆件的角变位移方程式(2)框架节点i平衡关系,图4.12 分层法总弯矩图,图4.13 单跨固支梁变形情况,图4.14 框架节点平衡关系示意图,图4.15 迭代法相对线刚度图,(3)计算步骤求各杆固端和各节点不平衡弯矩；求节点处每一杆件的分配系数；按公式迭代，先从不平衡力矩较大节点开始，到前后两轮弯矩相差很小为止；将固端弯矩、二倍近端角变弯矩以及远,图4.16 永久荷载作用下的迭代计算(712层),图4.17 永久荷载作用下的迭代计算(16层),图4.18(a)迭代法框架弯矩总图；(b)系数法框架弯矩图,端角变弯矩相加，得杆件最终杆端弯矩。(4)迭代法的特点其特点是不需要事先已知梁柱截面尺寸，适用条件如下：相邻跨跨长相差不大于短跨跨长的 20%；活载与恒载之比不大于 3；荷载均匀布置；框架梁的截面为矩形。,(1)框架梁内力的计算,图4.19 两跨时框架梁的弯矩系数和剪力系数(a)弯矩系数；(b)弯矩系数,图4.20 两跨以上时框架梁的弯矩系数和剪力系数(a)弯矩系数；(b)弯矩系数,(2)框架柱内力计算(3)系数法的优点4.2.2 梁支座负弯矩调幅 4.3 框架结构在水平荷载作用下的近似 计算,4.3.1 框架结构在水平荷载作用下内力的近似计算,图4.22 框架在水平荷载作用下弯矩图,各杆的弯矩均为直线，并且每一根杆件都有一个弯矩等于零的反弯点；,图4.23 水平荷载作用下的框架变形,所有各杆的最大弯矩均在杆件的两端。1)反弯点法,图4.24 水平荷载作用下横梁简化成刚度无穷大的刚性梁的框架变形,(1)确定各柱反弯点位置 (2)同层各柱的剪力的确定,图4.25 反弯点推导计算简,(3)柱端弯矩,图4.26 边节点计算简图,(4)梁端弯矩,图4.27 中间节点计算简图,(5)梁内剪力(6)柱内轴向力2)D值法(1)修正后框架柱的抗侧移刚度D,图4.28 D值推导计算简图,(2)确定柱的反弯点的高度影响两端约束刚度的主要因素是：,图4.29 底层柱不等高图 图4.30 底层为复式框架图,结构总层数以及该层所在位置；梁柱线刚度比；荷载形式；上层与下层梁刚度比；上、下层层高变化。在D值法中，通过力学分析求得标准情况下的标准反弯点高度比y0(即反弯点到柱下端距离与柱全高的比值)，再根据上、下梁线刚度比值及上、下层层高变化，对y0进,行调整。标准反弯点高度比y0。上、下梁刚度变化时的反弯点高度修正,图4.31,图4.32 弯矩图,值y1。层高变化时反弯点高度比修正值y2和y3。 y=y0+y1+y2+y3 (4.43),图4.33 框架结构侧移,4.3.2 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算 (1)梁柱弯曲变形产生的侧移(2)柱轴向变形产生的侧移,图4.34 F(n)计算图表,(3)弹性层间位移角u/h控制指标4.4 框架截面设计与构造,4.4.1 框架延性设计概念 =u/y (4.56) (1)“塑性铰控制”的基本要点钢筋混凝土结构可以通过选择合理截面形式及配筋构造控制塑性铰出现部位。通过合理的设计控制塑性铰的出现位置和出现次序，使其对整体框架结构抗震 有利。 在预期出现塑性铰的部位，应通过合理,的配筋构造增大它的塑性变形能力，防止过早出现脆性的剪切及锚固破坏。(2)提高框架延性的基本措施塑性铰应尽可能出在梁的两端，设计成强柱弱梁框架。避免梁、柱构件过早剪坏，在可能出现塑性铰的区段内，应设计成强剪弱弯。避免出现节点区破坏及钢筋的锚固破坏，要设计成强节点、强锚固。,4.4.2 框架截面的设计内力1)框架梁柱设计控制截面,图4.35 结构延性,图4.36 梁端控制截面弯矩及剪力,2)竖向荷载的最不利位置4.4.3 框架梁设计1)剪压比的限制 2)按“强剪弱弯”的原则调整梁的截面剪力,3)斜截面受剪承载力的验算4)框架梁构造要求(1)框架梁构造要素的确定(2)框架梁设计应满足的要求,抗震设计时，计入受压钢筋作用的梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比值，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。纵向受拉钢筋的最小配筋百分率min，非抗震设计时，不应小于0.2和45 ft / fy 二者的较大值；抗震设计时，不应小于表4.9规定的数值。抗震设计时，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。,抗震设计时，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小 于0.3。抗震设计时，梁端箍筋的加密区长度、,箍筋最大间距和最小直径应符合表4.10的要求；当梁端纵向钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径应增大2 mm。 (3)梁的纵向钢筋配置的规定,(4)抗震设计时框架梁的箍筋的构造要求框架梁沿梁全长箍筋的面积配筋率sv应符合下列要求：一级：sv0.30 ft / fyv；二级：sv0.28 ft / fyv ；三、四级：sv0.26 ft / fyv 。第一个箍筋应设置在距支座边缘50 mm处。在箍筋加密区范围内的箍筋肢距：一级,不宜大于200 mm和20倍箍筋直径的较大值；二、三级不宜大于250 mm和20倍箍筋直径的较大值；四级不宜大于300 mm。箍筋应有135弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10倍的箍筋直径和75 mm的较大值。在纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距，钢筋受拉时不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100 mm；钢筋受压时不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且,不应大于200 mm。框架梁非加密区箍筋最大间距不宜大于加密区箍筋间距的2倍。4.4.4 框架柱设计1)柱的正截面承载力计算(1)轴压比的限制 (2)按“强柱弱梁”原则复核柱的配筋,2)柱的斜截面承载力的计算(1)剪压比的限制 (2)按“强剪弱弯”的原则调整柱的截面剪力 (3)斜截面受剪承截力的验算,3)框架柱构造要求(1)柱截面尺寸的要求矩形截面柱的边长，非抗震设计时不宜小于250 mm，抗震设计时截面的宽度和高度均不宜小于 300 mm；圆柱直径不宜小,于 350 mm；柱剪跨比宜大于 2；截面长边与短边的边长比不宜大于 3。 (2)抗震设计对柱轴压比的要求(3)柱的钢筋配置要求柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表 4.12采用，同时每一侧配筋率不应小 0.2；抗震设计时，对建造于类场地且较高的高层建筑，表中的数值应增加 0.1。,抗震设计时，柱箍筋在规定的范围内应加密，加密区的箍筋间距和直径，应符合下列要求： a.一般情况下，箍筋的最大间距和最小直径，应按表4.13采用。,b.二级框架柱的箍筋直径不小于10 mm，且箍筋肢距不大于200 mm 时，除柱根外最大间距应允许采用 150 mm；三级框架柱的截面尺寸不大于 400 mm 时，箍筋最小直径应允许采用6 mm；四级框架柱剪跨,比不大于 2 时，箍筋直径不应小于 8 mm。(4)框支柱和剪跨比不大于 2 的柱(5)柱的纵向钢筋配置的要求抗震设计时，宜采用对称配筋。抗震设计时，截面尺寸大于400 mm的柱，其纵向钢筋间距不宜大于200 mm；非抗震设计时，柱纵向钢筋间距不应大于350 mm；柱纵向钢筋净距均不应小于 50 mm。,全部纵向钢筋的配筋率，非抗震设计时不宜大于5%、不应大于6%；抗震设计时不应大于5%。一级且剪跨比不大于2的柱，其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于1.2%。边柱、角柱及剪力墙端柱考虑地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。(6)柱的纵筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接,(7)抗震设计时，柱箍筋加密区的范围底层柱的上端和其他各层柱的两端，应取矩形截面柱之长边尺寸(或圆形截面柱之直径)、柱净高之1/6和500 mm三者之最大值范围；底层柱刚性地面上、下各500 mm的 范围；底层柱柱底以上1/3柱净高的范围；剪跨比不大于2的柱和因填充墙等形成的柱净高与截面高度之比不大于4的柱全,高范围；一级及二级框架角柱的全高范围；需要提高变形能力的柱的全高范围。 (8)柱箍筋加密区的体积配箍率 柱箍筋加密区的体积配箍率，应符合下列要求： vv fc / fyv (4.73) 对一、二、三、四级框架柱，其箍筋加密区范围内箍筋的体积配箍率分别不应小,于0.8%，0.6%，0.4%和0.4%。剪跨比不大于2的柱宜采用复合螺旋箍或井字形复合箍，其体积配箍率不应小于1.2%；设防烈度为9度时，不应小于1.5%。计算复合箍筋的体积配箍率时，应扣除重叠部分的箍筋体积；计算复合螺旋箍筋的体积配箍率时，其非螺旋箍筋的体积应乘以换算系数0.8。(9)抗震设计时柱箍筋设置的要求,(10)非抗震设计时柱中箍筋设置的相关 规定周边箍筋应为封闭式；,箍筋间距不应大于400 mm，且不应大于构件截面的短边尺寸和最小纵向受力钢筋直径的15倍；箍筋直径不应小于最大纵向钢筋直径的1/4，且不应小于6 mm；当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不应小于8 mm，箍筋间距不应大于最小纵向钢筋直径的10倍，且不应大于200 mm；箍筋末端应做成135弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍,箍筋直径；当柱每边纵筋多于3根时，应设置复合箍筋(可采用拉筋)；柱内纵向钢筋采用搭接做法时，搭接长度范围内箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍；在纵向受拉钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100 mm；在纵向受压钢筋的搭接长度范围内的箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不,应大于200 mm。当受压钢筋直径大于25 mm时，尚应在搭接接头端面外100 mm的范围内各设置两道箍筋。(11)框架节点核心区应设置水平箍筋及相关规定 4.4.5 框架节点区抗震设计1)影响框架节点承载力及延性的主要因素(1)直交梁对节点核心区的约束作用(2)轴压力对节点核心区混凝土抗剪强度及节点延性的影响,(3)剪压比和配箍率对节点受剪承载力的 影响(4)梁纵筋滑移对结构延性影响2)框架节点的受剪承载力计算,(1)节点剪力设计值,图4.37 节点受力简图,(2)节点剪压比的控制,(3)框架节点受剪承载力的验算 (4)节点截面有效宽度4.5 框架结构设计实例4.5.1 设计条件,图4.38 结构平面与剖面简图,4.5.2 重力荷载代表值4.5.3 框架刚度1)梁的刚度,2)柱的刚度 14层框架柱的抗侧移刚度计算结果列于表4.16。,4.5.4 自振周期计算4.5.5 多遇水平地震作用计算设防烈度8度，类场地时，设计地震分组为第一组，max0.16，Tg0.35,4.5.6 框架各层地震力及弹性位移4.5.7 水平地震作用下框架的内力分析以中框架KJ3为例，计算结果见图4.39。图中左半部分为水平地震荷载作用下D值法,的部分计算过程，右半部分为水平地震荷载作用下的框架梁、柱弯矩图。剪力图没有标出，作为练习，请读者抽取框架梁隔离体，根据平衡条件自行计算。图中所有内力或弯矩均为标准值。4.5.8 框架重力荷载效应计算以中框架KJ3为例，竖向恒荷载、活荷载作用下框架内力计算可采用分层法、迭代法、矩阵位移法。,图4.39 水平地震作用下框架的内力,图4.40 竖向恒荷载分布图,图4.41 竖向恒荷载作用下弯矩图,图4.42 竖向恒荷载作用下轴力图,图4.43 竖向活荷载分布图,图4.44 竖向活荷载作用下弯矩图,图4.45 竖向活荷载作用下轴力图,4.5.9 内力组合内力组合时考虑了抗震、非抗震两种情况，分别为重力荷载代表值作用+地震作用、恒载作用+活载作用。 4.5.10 截面承载力验算(考虑地震的正反方向作用)1)梁截面设计(1)正截面受弯承载力验算(2)斜截面受剪承载力计算,2)柱截面设计(1)轴压比验算 (2)正截面验算(3)斜截面受剪承载力计算(4)验算柱截面受剪承载力,本章导读了解不同近似计算方法的适用范围；掌握整体墙、小开口整体墙、双肢墙的计算方法；了解多肢墙的计算方法，墙肢剪切变形和轴向变形对内力的影响以及各类剪力墙的划分；,5 剪力墙结构设计,掌握壁式框架在水平作用下的近似计算；掌握剪力墙墙肢及连梁的截面设计方法及构造要求。5.1 剪力墙结构的计算方法剪力墙是一种抵抗侧向力的结构单元，与框架结构相比，其截面薄而长(受力方向截面高宽比大于4)，在水平力作用下，截面抗剪问题较为突出。 5.1.1 基本假定,当剪力墙的布置在满足有关间距要求的条件下，其内力计算可以采用以下基本假定：刚性楼板假定。 各榀剪力墙在自身平面内的刚度取决于,图5.1 剪力墙的翼缘有效宽度,剪力墙本身，在平面外的刚度为零。也就是说，剪力墙只能承担自身平面内的作 用力。5.1.2 剪力墙的类别和计算方法1)剪力墙的类别,(1)整体墙(2)整体小开口墙(3)联肢墙(4)壁式框架2)剪力墙的计算方法(1)竖向荷载作用下的计算方法(2)水平荷载作用下的分析方法材料力学分析法。连续化方法。,壁式框架分析法。,图5.3 轴线错开的墙段,图5.4 折线形剪力墙,有限元法。3)特殊情况的处理(1)轴线错开的墙段(2)折线形剪 力墙5.2 整体墙的计算,图5.5 整体墙受力状态,5.2.1 洞口削弱系数及等效惯性矩 5.2.2 整体墙的计算 5.3 整体小开口墙的计算,试验研究分析的结果表明，整体小开口墙在水平荷载作用下，整体剪力墙既要绕组合截面的形心轴产生整体弯矩变形，还要绕各自截面的形心轴产生局部弯曲变形。 5.3.1 内力计算 (1)墙肢弯矩,图5.6 整体小开口墙的受力特点,(2)墙肢剪力,(3)墙肢轴力(4)个别细小墙肢弯矩的修正(5)连梁剪力和弯矩5.3.2 位移计算5.4 联肢墙的计算实际建筑中，门窗洞口在剪力墙中往往排列得比较均匀和整齐，剪力墙可划分为许多墙肢和连梁，再将连梁看成是墙肢间的连杆，并把此连杆用一系列沿层高均匀、,离散分布的连续连杆代替，从而使连梁的内力可以用沿竖向分布的连续函数表示，用相应的微分方程求解。 5.4.1 双肢墙的计算1)连续连杆法的基本假定将在每一楼层处的连梁离散为均布在整个层高范围内的连续连杆；连梁的轴向变形忽略不计，即假定楼层同一高度处两个墙肢的水平位移相等；,假定在同一高度处，两个墙肢的截面转,图5.8 双肢墙计算简图,角和曲率相等，故连梁的两端转角相等，反弯点在连梁的中点；各个墙肢、连梁的截面尺寸、材料等级及层高沿剪力墙全高都是相同的。,图5.9 连梁切口处的竖向相对位移(a)墙肢剪切变形；(b)墙肢轴向变形；(c)连梁弯曲及剪切,2)微分方程的建立(1)1(x)是墙肢弯曲变形产生的相对位移(2)2(x)是墙肢轴向变形产生的相对位移,(3)3(x)是连梁弯曲变形和剪切变形产生的相对位移,(4)墙肢转角与外荷载间的关系,3)微分方程的解,4)双肢墙的内力计算,(1)连梁内力计算(2)墙肢内力计算5)双肢墙的位移计算,图5.10 连梁的剪力及弯矩(a)连杆剪力；(b)连梁的剪力、弯矩,图5.11 墙肢内力,5.4.2 多肢墙的计算要点,图5.12 多肢墙的结构尺寸,1)计算几何参数,图5.13 多肢墙的基本体系,(1)连梁折算惯性矩,(2)连梁刚度 (3)梁墙刚度比参数 双肢墙： 多肢墙：由于多肢墙中计算墙肢轴向变形的影响比较困难，T值用表5.6中近似值代替。(5)整体性系数,(6)剪切影响系数,2)计算墙肢等效刚度3)计算连梁的约束弯矩m(),4)计算连梁内力,图5.14 多肢墙连梁的剪力分布示意,续表,5)计算墙肢轴力 6)计算墙肢弯矩及剪力7)计算顶点位移,5.5 剪力墙类型的判别5.5.1 按整体性系数来划分由上述分析，可以对剪力墙类型的判别给出一个定性的标准：,当1时，可以忽略连梁对墙肢的约束作用，剪力墙按独立墙肢进行计算；当10时，连梁对剪力墙的约束作用很强，剪力墙可按整体小开口墙进行 计算；当110时，可按联肢墙进行计算。,5.5.2 按墙肢惯性矩比值来划分5.5.3 剪力墙类型的判别方法(1)整体墙的判别条件,图5.15 壁式框架计算简图,(2)整体小开口墙的判别条件,图5.16 刚域长度,(3)联肢墙的判别条件(4)壁式框架的判别条件,5.6 壁式框架的计算5.6.1 计算简图及计算方法计算壁式框架内力和位移的方法有下面 两种：用杆件有限元矩阵位移法计算，且在程序计算时，可考虑杆件的弯曲变形、剪切变形及轴向变形。用修正的D值法计算。 5.6.2 壁式框架柱的D值计算,图5.17 带刚域杆件的转角与内力,5.6.3 壁式框架柱的反弯点高度,图5.18 带刚域柱的反弯点高度 图5.19 截面尺寸,5.7 剪力墙截面设计及构造5.7.1 墙肢正截面承载力计算(1)一级抗震等级剪力墙墙肢截面组合弯矩设计值(2)双肢墙墙肢截面组合弯矩设计值与剪力设计值(3)矩形、T形、工字形截面偏心受压剪力墙的正截面受压承载力,5.7.2 墙肢斜截面承载力计算1)墙肢底部加强区截面组合剪力计算2)偏心受压剪力墙的斜截面受剪承载力,计算(1)无地震作用组合时 (2)有地震作用组合时3)偏心受拉剪力墙的斜截面受剪承载力 计算,(1)无地震作用组合时 (2)有地震作用组合时 5.7.3 水平施工缝抗滑移能力验算,5.7.4 连梁的计算1)正截面受弯承载力2)斜截面受剪承载力(1)无地震作用组合时 (2)有地震作用组合时,5.7.5 连梁梁端截面组合剪力设计值,5.7.6 墙肢与连梁的构造要求1)墙肢的构造要求(1)按抗震设计的剪力墙墙肢截面厚度(2)矩形截面独立墙肢的截面高度(3)墙肢受剪最小截面尺寸无地震作用组合时：V0.25c fcbwhw0 有地震作用组合时：,(4)墙肢轴压比(5)墙肢竖向和水平分布钢筋布置方式,图5.20 剪力墙的约束边缘构件(a)暗柱；(b)有翼墙；(c)有端柱；(d)转角墙(L形墙),(6)剪力墙边缘构件约束边缘构件设置要求:约束边缘构件的设置要求如图5.20所示。,构造边缘构件设置要求：构造边缘构件的范围以及计算纵向钢筋用量所使用的截面面积Ac宜取图5.21中阴影部分。(7)墙肢分布钢筋的配置一般剪力墙墙肢竖向与水平分布筋的配筋率，一、二、三级抗震设计时不应小于0.25%，四级抗震设计以及按非抗震设计均不应小于0.2%。一般剪力墙墙肢竖向与水平分布筋直径不应小于8 mm，且不宜大于墙肢截面厚度,的1/10，间距则不应大于300 mm。房层顶层剪力墙，长矩形平面房屋的楼梯间和电梯间剪力墙、端开间的纵向剪力墙、端山墙，其墙肢水平与竖向分布钢筋间距不应大于200 mm，配筋率不应小于0.25%。,图5.22 分布钢筋的连接,(8)墙肢钢筋的锚固与连接抗震设计时，墙肢纵向钢筋最小锚固长度应取laE。墙肢竖向与水平分布钢筋的搭接连接见图5.22所示。暗柱与端柱，其纵向钢筋的连接与锚固要求宜与框架柱相同。2)连梁的构造要求(1)连梁的截面尺寸应满足的要求,无地震作用组合时： V0.25c fcbbhb0 (5.120),图5.23 连梁配筋构造示意(非抗震设计时图中laE应取la),有地震作用组合时：(2)连梁的配筋(图5.23)应满足的要求(3)剪力墙墙面开洞连梁开洞时的要求5.8 剪力墙结构设计实例5.8.1 工程概况,5.8.2 主体结构布置及剪力墙截面选择 5.8.3 结构总等效刚度计算,图5.24 洞口补强配筋示意(a)剪力墙洞口补强；(b)连梁洞口补强,图5.25 标准层 平面图,图5.26 标准层结构布置图,图5.27 剪力墙Q1,图5.28 剪力墙Q2,(1)剪力墙Q1(图5.27)等效刚度计算(2)剪力墙Q2(图5.28)等效刚度计算(3)剪力墙Q3(图5.29)等效刚度计算,图5.29 剪力墙Q3,(4)剪力墙Q4,Q5,Q6,Q7等效刚度计算剪力墙Q4,Q5,Q6,Q7均为整体墙，因篇幅有限，有关参数计算过程从略，计算结果见表5.15。(5)y方向结构总等效刚度,续表,5.8.4 重力荷载代表值5.8.5 结构基本自振周期5.8.6 结构整体稳定验算,图5.30 剪力墙Q8 图5.31 屋面电梯机房结构平面图,5.8.7 水平地震作用计算(1)总地震作用标准值(2)顶部附加水平地震作用(3)突出屋面电梯机房塔楼(图5.30)水平地震作用放大系数 (4)各楼层的水平地震作用(5)各楼层水平地震作用总剪力和总弯矩5.8.8 地震作用下结构总体水平位移验算5.8.9 构件内力计算及内力组合,1)剪力墙Q1内力计算及内力组合(1)剪力墙Q1在竖向荷载作用下的内力计算,(2)剪力墙Q1在水平荷载作用下的内力计算(3)剪力墙Q1内力组合,2)剪力墙Q2内力计算及组合(1)剪力墙Q2在竖向荷载作用下的内力计算(2)剪力墙Q2在水平荷载作用下的内力计算,(3)剪力墙Q2内力组合3)剪力墙Q3内力计算及组合(1)剪力墙Q3在竖向荷载作用下的内力计算(2)剪力墙Q3在水平荷载作用下的内力计算(3)剪力墙Q3内力组合5.8.10 截面设计1)剪力墙Q1截面设计,(1)截面尺寸限制条件验算(2)剪力墙Q1首层截面设计正截面承载力计算(偏心受压)。竖向分布钢筋选双层配筋10200(Asw=5 738 mm2，w=0.4%)。剪力墙Q1斜截面受剪承载力计算。剪力墙Q1轴压比验算。 (3)剪力墙Q1第四层截面设计因剪力墙Q1首层截面配筋大都为构造配,筋，而其以上各层内力小于首层内力，所以首层以上配筋同首层配筋。(4)剪力墙Q1顶点水平位移验算2)剪力墙Q2截面设计,(1)截面尺寸限制条件验算(2)剪力墙Q2首层截面设计剪力墙Q2墙肢1截面设计。墙肢1内力设计值：第一组 M=8 120.1 kNm，V=1.4324.0 kN=453.6 kN，N=4 319.9 kN第二组 M=8 120.1 kNm，V=1.4324.0 kN=453.6 kN，N=405 kN剪力墙Q2墙肢2截面设计。墙肢2内力设计值：,第一组 M=6 720.5 kNm，V=1.4300.8 kN=421.1 kN，N=164.0 kN第二组 M=6 720.5 kNm，V=1.4300.8 kN=421.1 kN，N=4 078.8 kN剪力墙Q2连梁截面设计：连梁截面尺寸，hb=600 mm200 mm。a.剪力墙Q2连梁正截面受弯承载力计算：连梁最大弯矩设计值M=176