多层混凝土结构.ppt

第七章 钢筋混凝土多层及高层房屋结构,概述1.高层建筑的定义,多层与高层建筑的界限各国定义不一。我国曾将8层以上的民用建筑或高度超过22m的工业建筑定义为高层建筑,高层建筑混凝土结构技术规程将10层和10层以上的民用建筑定义为高层建筑。这是由是否设电梯、建筑物的防火等级以及传统历史的影响所确定的。,一、概述2.高层建筑的分类,*钢结构高层建筑：自重轻、强度高、延性好、施工快，但用钢量大、造价高、防火性能较差,按结构材料分,*混凝土结构高层建筑：造价低、耐火性能好、结构刚度大，但自重较大,*钢-混凝土组合结构：兼有两者的优点，克服了两者的缺点。,一、概述2.高层建筑的分类,按结构材料分,1998年的统计结果,括号内的数据为2009年的统计结果,一、概述2.高层建筑的分类,按结构承重体系,*框架结构,*剪力墙结构,*框架-剪力墙结构,*筒体结构,*巨型框架结构,*悬挂结构,二、高层建筑结构体系1.框架结构,*在地震设防区层数相应减少,*常用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑,*在非地震区可做到15层，最高可做到20层,组成和适用范围,*由梁和柱组成的空间结构体系,二、高层建筑结构体系1.框架结构,变形特征,*在水平荷载作用下，表现出刚度小、水平侧移大的特点，水平侧移呈剪切型。,*例如，在地震设防烈度为8度，IV类场地的情况下，框架结构一般只能做到56层,二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构,组成,*利用房屋墙体作为竖向承重和抗侧力结构的体系称为剪力墙结构,*剪力墙上可开洞口，洞口越大，越接近于框架,二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构,变形特征和应用范围,*水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，且在水平荷载下的侧移呈弯曲型,*剪力墙结构可用于较高的房屋中（100m以上）,*剪力墙可用来分隔房间，楼板的跨度即为剪力墙的间距，一般为38m，适合于有小房间的住宅、旅馆等高层建筑,二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构,框支剪力墙,二、高层建筑结构体系3.框架-剪力墙结构,组成,*由框架和剪力墙共同承受竖向和水平荷载的结构体系称为框架-剪力墙结构体系。在整个结构体系中，剪力墙负担决大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主，分工合理，物尽其用,二、高层建筑结构体系3.框架-剪力墙结构,变形特征和应用范围,*水平荷载作用下，框架和剪力墙协调工作，使房屋各层变形趋于均匀，在水平荷载下的侧移呈弯剪型,*剪力墙克服了框架抗侧刚度低的缺点，框架弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足。因此，普遍应用于宾馆和办公楼等公用建筑中。,*框架-剪力墙结构体系一般用于25层以下为宜，最高不超过35层。但若布置合理，也可更高。,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,组成和变形特征,*将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体，以此来承受房屋大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体系称为筒体结构体系,*分实腹筒体和空腹筒体两类,*变形呈弯剪型,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-筒体结构,将框架-剪力墙结构中的剪力墙相对集中组成封闭的筒体，竖向荷载主要由框架和筒体共同承担，水平荷载主要由筒体承担框架-筒体结构,框架-筒体结构的受力性能类似于框架-剪力墙结构，水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但前者的刚度远大于后者。,框架-筒体结构常用于50层左右的高层建筑中，最高可建到100层,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-筒体结构,框架-筒体结构有框架-实腹筒体结构和框架-空腹筒体结构两种形式。,实腹筒一般位于框架之内框架-核心筒结构,将空腹筒布置在房屋的外围，框架布置在房屋的中部形成的框架-筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-实腹筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-实腹筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-实腹筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-空腹筒体结构,由于空腹筒体的密排立柱之间的距离较小，建筑底部如何设大的入口？,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,框架-空腹筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,筒中筒结构,*将实腹筒体置于建筑物的内部，空腹筒体作为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一体，共同承受竖向荷载和水平荷载的结构承重体系筒中筒结构,*筒中筒结构水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但抗侧刚度大于框架-筒体结构。,*筒体具有很大的抗侧能力和抗扭能力，筒中筒结构广泛应用于65层左右的公用建筑中。,建筑底部设大开口的方法同框架-剪力墙结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,筒中筒结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,组合筒体结构,*将几个筒体组合成一个整体，共同承担竖向和水平荷载的结构承重体系组合筒体结构,*常用于75层左右的高层建筑中,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,其他筒体结构,二、高层建筑结构体系4.筒体结构,其他筒体结构,三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系,竖向承重结构体系,根据房屋的用途、各种结构体系的特点和适用范围进行选择：,*框架结构,*剪力墙结构,*框架-剪力墙结构,*筒体结构,三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系,楼板结构体系,*平板结构体系：单向板和双向板常用于剪力墙结构和筒体结构；板柱结构体系可采用无梁楼盖。一般非预应力板的跨度不宜超过6m，预应力平板的跨度不超过9m。,*密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度较大而梁高受到限制的情况，筒体结构角区部也常用密肋楼盖。现浇混凝土密肋楼盖的跨度不宜超过9m，预应力混凝土密肋楼盖的跨度不超过12m。,三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系,楼板结构体系,*肋梁楼盖：是高层建筑中应用最为广泛的楼盖形式。当楼盖的高度受到限制时，可以考虑采用扁宽梁。,*在下列情况下应考虑采用现浇楼盖：,1）建筑物高度超过50m；2）抗震设防烈度为9度时；3）屋面；4）平面十分复杂，楼面不规则，有较多洞口；5）上下层刚度变化较大时，如底层大空间结构的过渡层楼板。,三、结构布置的原则2.结构平面布置,*平面宜选风压较小的形状，并应考虑邻近高层建筑对其风压的影响。一般地，圆形或椭圆形平面可比矩形平面减少风荷20%40%。,平面形状,*平面应尽量规整、均匀对称，使得结构单元的总体刚度中心与单元的几何中心（风载作用位置）、质心（地震作用位置）相重合,三、结构布置的原则2.结构平面布置,平面尺寸,*平面总长度L不宜过长，避免两端振动不一致而使建筑破坏。,*各种平面对相关尺寸的要求：L/B、L/Bmax、l/b、l/b见教材表5-3,三、结构布置的原则3.结构竖向布置,*高层建筑的高宽比不宜过大，应满足教材表5-4的要求。如不能满足表5-4所示的要求或房屋的高度超过150m，则要对房屋进行抗倾覆和整体稳定性验算。,*沿竖向结构的刚度和强度宜均匀、连续、不突然变化,三、结构布置的原则4.抗震缝、沉降缝和伸缩缝的布置,当结构不同部位荷载差异较大地基土压缩性有显著差异,沉降缝,当平面形状复杂、高度方向有高差、质量分布不均匀,抗震缝,当房屋过长或过宽时,伸缩缝,第7章 框架结构,第 7.1 章 框架结构,结构组成和结构布置,框架结构的计算简图及荷载,竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,水平荷载作用下框架结构内力和侧移的近似计算,荷载效应组合和构件设计,框架结构的构造要求,主要内容：,重点：,结构组成和结构布置,框架结构的计算简图及荷载,反弯点法，值法,1结构组成及特点,框架结构（frame structure）由梁、柱构件通过节点连接构成，如整幢房屋均采用这种结构形式，则称为框架结构体系或框架结构房屋。,框架结构平面布置和剖面示意图,7.2结构组成和结构布置,按施工方法不同，框架结构可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。,（1）框架结构的受力特点在竖向荷载和水平荷载作用下，框架结构各构件将产生内力和变形。框架结构的侧移一般由两部分组成：由水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形us；由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩），形成框架结构的整体弯曲变形ub。当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。,7.2结构组成和结构布置,框架结构的侧移,7.2结构组成和结构布置,（2）框架结构体系的优缺点建筑平面布置灵活，能获得大空间（特别适用于商场、餐厅等），也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。框架结构的侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大，有时会影响正常使用；如果框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也较大，而且引起的倾覆作用也较严重。因此，设计时应控制房屋的高度和高宽比。,7.2结构组成和结构布置,2结构布置（structural configuration）,框架结构布置主要是确定柱在平面上的排列方式（柱网布置）和选择结构承重方案，这些均必须满足建筑平面及使用要求，同时也须使结构受力合理，施工简单。,民用建筑柱网布置,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,框架柱的布置框架结构柱网的布置应满足以下几个方面的要求：(1)柱网布置应满足建筑功能的要求在住宅、旅馆等民用建筑中，柱网布置应与建筑隔墙布置相协调，尽量减少柱网对建筑使用功能影响(2)柱网布置应规则、整齐、间距适中，传力体系明确，结构受力合理 框架结构是全部由梁、板构件组成的，承受竖向荷载并同时承受水平荷裁，并且框架结构只能承受自身平面内的水平力，因此应沿建筑物的两个主轴方向都应设置框架；柱网的尺寸还受到梁跨度的限制，一般常使梁跨度在69m为宜。(3)柱网布置应便于施工结构布置应考虑施工方便，以加快施工进度，降低工程造价。设计时应尽量考虑到构件尺寸的模数化、标准化，尽量减少构件规格。柱网布置时应尽量使梁、板布置简单、规则。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,梁格布置 柱网确定后，用梁把柱连起来，即形成框架结构 实际的框架结构是一个空间受力体系 为计算分析方便起见，实际框架结构看成纵横两个方向平面框架 沿建筑物长向的称为纵向框架，沿建筑物短向的称为横向框架 纵向框架和横向框架分别承受各自方向上的水平力，而楼面竖向荷载则依楼盖 结构布置方式而按不同的方式传递。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,框架结构的承重方案 1）横向框架承重。主梁沿房屋横向布置，板和连系梁沿房屋纵向布置。2）纵向框架承重。主梁沿房屋纵向布置，板和连系梁沿房屋横向布置。3）纵、横向框架承重。房屋的纵、横向都布置承重框架，楼盖常采用现浇双向板井字梁楼盖。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,框架结构的承重方案,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,变形缝实际设计中经常遇到房屋纵向太长、立面高差太大、体型比较复杂的情况，这时我们对建筑就应进行变形缝的设置，使结构受力合理。变形缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝三种。,伸缩缝也叫温度缝，其设置主要与结构的长度有关,当未采取可靠措施时，伸缩缝间距不宜超过下表,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,伸缩缝最大间距,对于不具有独立基础的框架结构，当设置伸缩缝时，双柱基础可以不断开。,沉降缝的设置：主要与基础受到的上部荷载及场地的地质条件有关。当上部荷载差异较大，或地基土的物理力学指标相差较大，则应设沉降缝，沉降缝可利用挑梁、搁置预制板、预制梁、设双柱等方法处理。,伸缩缝与沉降缝的缝宽一般不小于50mm。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,防震缝的设置：主要与建筑平面形状、质量分布、刚度、地理位置等有关；防震缝的设置，应力求使各结构单元简单、规则，刚度和质量分布均匀，避免发生地震作用下的扭转效应。,框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。,在多层及高层建筑结构中，在设缝时宜尽可能地将“三缝合一”，应尽量少设缝或不设缝，这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构整体性和空间刚度。在进行建筑设计时，应通过调整平面形状、尺寸、体型等措施；在进行结构设计时，应通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施，在施工方面，应通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀汉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的损坏。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,北京民航办公大楼框架结构的柱网布置,该结构共15层，高60.8m，为装配整体式钢筋混凝土框架结构。由于竖向荷载差异较大、房屋长度过长以及抗震要求。整个结构设两条缝(三缝合一)。分成3个结构单元。其柱网和梁格的布置也都规则、整齐、统一。,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,框架结构房屋最大适用高度,根据国内外大量震害调查和工程设计经验，为了达到既安全又经济合理的要求。多层与高层钢筋混凝土房屋高度不宜太高。在水平荷载作用下，框架的变形成弯矩与框架的层数多少有极大的关系，框架层数越多，产生的水平位移越大，框架的内力也随层数的增加而迅速增长，层数超过一定程度时，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力，这时水平荷载对设计起主要控制作用，而竖向荷载对设计己失去控制作用，框架结构的优越性就不能表现出来，层数越多，就越不优越。所以，对于框架的适用层数就是从这个意义上提出的。,房屋最大适用高度,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,框架结构抗震等级,在同样地震烈度下不同结构类型的钢筋混凝土房屋有不同抗震要求。例如，次要的抗侧力结构单元的抗震要求可低于主要抗侧力结构，如框架-抗震墙结构中框架，其抗震要求就可低于框架结构中的框架。例如，多层房屋的抗震要求可低于高层房屋，因为前者的地震反应小，延性要求就可低于后者。,框架结构的抗震等级,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,规则结构与不规则结构,地震震害调查表明。在抗震设计中，对不规则结构如未采取妥善处理，则会给建筑带来不利影响甚至造成严重震害。区别规则结构和不规则结构目的，是为了在抗震设计中予以区别对待。对不规则结构不利部位，应采取有效措施，以提高其抗震能力，对规则结构则应按规范一般规定进行设计。,根据理论分析和设计经验，框架结构和框架-抗震墙结构，平面、立面尺寸和刚度沿房屋平面和高度变化符合下列各项要求时，结构扭转效应和鞭稍效应都较小，同时，楼层屈服强度系数沿房屋高度分布也比较均匀。因此，可以认为是规则结构。,结构平面要求,1)平面宜简单、规则、对称，减少偏心2)平面长度尽宜过长，突出部分长度不宜过大,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,建筑平面,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,L，l 限值,3)不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形,第7章 框架结构,7.2结构组成和结构布置,结构竖向布置要求,1)竖向体系宜规则、均匀、对称，避免过大的外挑和内收,2)结构上部楼层收进部位到室外面的高度与房屋高度比大于0.2时，上部楼 层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的0.75倍；当上部结构楼 层相对于下部楼层外挑时，下部楼层的水平尺寸不宜小于上部楼层水平尺 寸的0.9倍，且水平外挑尺寸不宜大于4m,结构竖向收进和外桃示意图,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,1 框架结构的计算简图及荷载,梁、柱截面尺寸,框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验或估算先选定截面尺寸，以后进行承载力、变形等验算，检查所选尺寸是否合适。梁截面尺寸确定 框架结构中框架梁的截面高度hb可根据梁的计算跨度lb、活荷载大等，按hb=(1/181/10)lb确定。为了防止梁发生剪切脆性破坏，hb不宜大于1/4净跨。主梁截面宽度可取bb=(1/31/2)hb，且不宜小于200mm。为了保证梁的侧向稳定性，梁截面的高宽比（hb/bb）不宜大于4。,第7章 框架结构,为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按(1/181/15)lb估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。,加腋梁,梁截面惯性矩,4.2 框架结构的计算简图及荷载,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,柱截面尺寸 柱截面尺寸可直接凭经验确定，也可先根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。即式中 Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；1.25为重力荷载的荷载分项系数平均值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（1214）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,Ac(1.11.2)N/fc,N=1.25Nv,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱截面直经不宜小于350mm，柱截面高宽比不宜大于3。为避免柱产生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4，或柱的剪跨比宜大于2。,梁截面惯性矩 在结构内力与位移计算中，与梁一起现浇的楼板可作为框架梁的翼缘，每一侧翼缘的有效宽度可取至板厚的6倍；装配整体式楼面视其整体性可取等于或小于6倍；无现浇面层的装配式楼面，楼板的作用不予考虑。设计中，为简化计算，也可按下式近似确定梁截面惯性矩I：,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,2框架结构的计算简图,计算单元,框架结构的计算单元及计算模型,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构房屋是空间结构体系，一般应按三维空间结构进行分析。但对于平面布置较规则的框架结构房屋，为了简化计算，通常将实际的空间结构简化为若干个横向或纵向平面框架进行分析，每榀平面框架为一计算单元。就承受竖向荷载而言，当横向（纵向）框架承重，且在截取横向（纵向）框架计算时，全部竖向荷载由横向（纵向）框架承担，不考虑纵向（横向）框架的作用。当纵、横向框架混合承重时，应根据结构的不同特点进行分析，并对竖向荷载按楼盖的实际支承情况进行传递，这时竖向荷载通常由纵、横向框架共用承担。,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构计算简图,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,在框架结构的计算简图中，梁、柱用其轴线表示，梁与柱之间的连接用节点（beam-column joints）表示，梁或柱的长度用节点间的距离表示，由图可见，框架柱轴线之间的距离即为框架梁的计算跨度；框架柱的计算高度应为各横梁形心轴线间的距离，当各层梁截面尺寸相同时，除底层外，柱的计算高度即为各层层高。对于梁、柱、板均为现浇的情况，梁截面的形心线可近似取至板底。对于底层柱的下端，一般取至基础顶面；当设有整体刚度很大的地下室；且地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍时，可取至地下室结构的顶板处。,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,在实际工程中，框架柱的截面尺寸通常沿房屋高度变化。当上层柱截面尺寸减小但其形心轴仍与下层柱的形心轴重合时，其计算简图与各层柱截面不变时的相同。当上、下层柱截面尺寸不同且形心轴也不重合时，一般采取近似方法，即将顶层柱的形心线作为整个柱子的轴线，但是必须注意，在框架结构的内力和变形分析中，各层梁的计算跨度及线刚度仍应按实际情况取；另外，尚应考虑上、下层柱轴线不重合，由上层柱传来的轴力在变截面处所产生的力矩。此力矩应视为外荷载，与其他竖向荷载一起进行框架内力分析。,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,变截面柱框架结构的计算简图,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,装配式框架的铰节点,框架柱与基础的连接,第7章 框架结构,4.2 框架结构的计算简图及荷载,框架结构上的荷载,作用在多、高层建筑结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。竖向荷载包括恒载和楼（屋）面活荷载，水平荷载包括风荷载和水平地震作用。,楼面活荷载 作用在多、高层框架结构上的楼面活荷载，可根据房屋及房间的不同用途按荷载规范取用。应该指出，荷载规范规定的楼面活荷载值，是根据大量调查资料所得到的等效均布活荷载（equivalent uniform live load）标准值，且是以楼板的等效均布活荷载作为楼面活荷载。,风荷载 当计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值仍按式（）计算，对于多、高层框架结构房屋，式中的计算参数应按规定采用。,第7章 框架结构,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,1竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,在竖向荷载（vertical load）作用下，多、高层框架结构的内力可用力法、位移法等结构力学方法计算。工程设计中，如采用手算，可采用迭代法、分层法、弯矩二次分配法及系数法等近似方法计算。,分层法,竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算假定：（1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响；（2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽略不计。应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力，因为某层梁上的荷载对下部各层柱的轴力均有较大影响，不能忽略。,第7章 框架结构,竖向荷载作用下分层计算示意图,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,第7章 框架结构,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,（2）除底层柱的下端外，其他各柱的柱端应为弹性约束。为便于计算，均将其处理为固定端。这样将使柱的弯曲变形有所减小，为消除这种影响，可把除底层柱以外的其他各层柱的线刚度乘以修正系数0.9。,分层法计算要点（1）将多层框架沿高度分成若干单层无侧移的敞口框架，每个敞口框架包括本层梁和与之相连的上、下层柱。梁上作用的荷载、各层柱高及梁跨度均与原结构相同。,第7章 框架结构,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,（3）用无侧移框架的计算方法（如弯矩分配法）计算各敞口框架的杆端弯矩，由此所得的梁端弯矩即为其最后的弯矩值；因每一柱属于上、下两层，所以每一柱端的最终弯矩值需将上、下层计算所得的弯矩值相加。在上、下层柱端弯矩值相加后，将引起新的节点不平衡弯矩，如欲进一步修正，可对这些不平衡弯矩再作一次弯矩分配。如用弯矩分配法计算各敞口框架的杆端弯矩，在计算每个节点周围各杆件的弯矩分配系数时，应采用修正后的柱线刚度计算；并且底层柱和各层梁的传递系数均取1/2，其他各层柱的传递系数改用1/3。（4）在杆端弯矩求出后，可用静力平衡条件计算梁端剪力及梁跨中弯矩；由逐层叠加柱上的竖向荷载（包括节点集中力、柱自重等）和与之相连的梁端剪力，即得柱的轴力。,第7章 框架结构,弯矩二次分配法,具体计算步骤：（1）根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数，并计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩。（2）计算框架各节点的不平衡弯矩，并对所有节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配（其间不进行弯矩传递）。（3）将所有杆端的分配弯矩同时向其远端传递（对于刚接框架，传递系数均取1/2）。（4）将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，使各节点处于平衡状态。至此，整个弯矩分配和传递过程即告结束。（5）将各杆端的固端弯矩（fixed-end moment）、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端弯矩。,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,第7章 框架结构,系数法（Approximate analysis by coefficients）,采用上述两种方法计算竖向荷载作用下框架结构内力时，需首先确定梁、柱截面尺寸，而且计算过程较为繁复。系数法是一种更简单的方法，只要给出荷载、框架梁的计算跨度和支承情况，就可很方便地计算出框架梁、柱各控制截面内力。此法是统一建筑规范（Uniform Building Code）中介绍的方法，在国际上被广泛采用。,4.3 竖向荷载作用下框架结构内力的近似计算,第7章 框架结构,（1）框架梁,2构件设计,为了避免梁支座处抵抗负弯矩的钢筋过分拥挤，以及在抗震结构中形成梁铰破坏机构增加结构的延性，可以考虑框架梁端塑性变形内力重分布，对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。对现浇框架梁，梁端负弯矩调幅系数可取0.80.9；对于装配整体式框架梁，由于梁柱节点处钢筋焊接、锚固、接缝不密实等原因，受力后节点各杆件产生相对角变，其节点的整体性不如现浇框架，故其梁端负弯矩调幅系数可取0.70.8。,4.5 荷载效应组合和构件设计,第7章 框架结构,框架梁端截面负弯矩调幅后，梁跨中截面弯矩应按平衡条件相应增大。截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中截面弯矩设计值的50%。应先对竖向荷载作用下的框架梁弯矩进行调幅，再与水平荷载产生的框架梁弯矩进行组合。,4.5 荷载效应组合和构件设计,第7章 框架结构,4.7 框架结构的构造要求,框架结构的构造要求,（）框架梁,1梁纵向钢筋的构造要求梁纵向受拉钢筋的数量除按计算确定外，还必须考虑温度、收缩应力所需要的钢筋数量，以防止梁发生脆性破坏和控制裂缝宽度。纵向受拉钢筋的最小配筋百分率和最大配筋率要求。沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋，钢筋的直径不应小于12mm。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋及预埋件等焊接。,2梁箍筋的构造要求 应沿框架梁全长设置箍筋。箍筋的直径、间距及配筋率等要求与一般梁的相同，可参见混凝土结构设计原理12第6章中的 有关内容。,第7章 框架结构,（）框架柱,柱箍筋形式示例,4.7 框架结构的构造要求,第7章 框架结构,（）梁柱节点（beam-column joints）,1）现浇梁柱节点梁柱节点处于剪压复合受力状态，为保证节点具有足够的受剪承载力，防止节点产生剪切脆性破坏，必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节点内的箍筋除应符合上述框架柱箍筋的构造要求外，其箍筋间距不宜大于250mm；对四边有梁与之相连的节点，可仅沿节点周边设置矩形箍筋。2）装配整体式梁柱节点装配整体式框架的节点设计是这种结构设计的关键环节。设计时应保证节点的整体性；应进行施工阶段和使用阶段的承载力计算；在保证结构整体受力性能的前提下，连接形式力求简单，传力直接，受力明确；应安装方便，误差易于调整，并且安装后能较早承受荷载，以便于上部结构的继续施工。,4.7 框架结构的构造要求,第7章 框架结构,（）钢筋连接和锚固,框架梁、柱的纵向钢筋在框架节点区的锚固要求,4.7 框架结构的构造要求,第7章 框架结构,4.8 多层框架柱下基础,1基础类型,基础类型,第7章 框架结构,4.8 多层框架柱下基础,十字交叉基础节点类型,第7章 框架结构,4.1 框架结构的计算简图及荷载,小 结,（1）框架结构是多、高层建筑的一种主要结构形式。结构设计时，需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸，确定结构计算简图。（2）设计框架结构房屋的梁、柱和基础时，应将楼面活荷载乘以折减系数，以考虑活荷载满布在各层楼面上的可能性程度。计算作用在框架结构房屋上的风荷载时，对主要承重结构和围护结构应分别计算。,（3）竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法和系数法等近似方法计算。（4）水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法和门架法等近似方法计算。其中D值法的计算精度较高。,第7章 框架结构,4.1 框架结构的计算简图及荷载,（5）D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力，可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的，故比较接近实际情况。（6）在水平荷载作用下，框架结构各层产生层间剪力和倾覆力矩。层间剪力使梁、柱产生弯曲变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点；倾覆力矩使框架柱（尤其是边柱）产生轴向拉、压变形，引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。,7.2剪力墙结构的设计,四、剪力墙结构的设计1.剪力墙结构的布置,*应双向布置宜拉通对直，避免一个方向刚度很大而另一方向刚度较小,*较长的剪力墙可用楼板或弱的连梁分为若干个独立墙段，每个独立墙段的总高度与长度之比不宜小于2,*剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明显的墙肢和连梁，不宜采用错洞墙。洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。墙肢截面长度与厚度之比不宜小于3,一般剪力墙结构,四、剪力墙结构的设计1.剪力墙结构的布置,*多层大空间剪力墙结构的底层应设落地剪力墙或筒体，在平面为长矩形的建筑中，落地横向剪力墙的数目与全部横向剪力墙数目之比非抗震设计时不宜少于30；抗震设防不宜少于50,框支剪力墙结构,*底层落地剪力墙和筒体应加厚，并可提高混凝土强度等级以补偿底层的刚度。落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部,*落地剪力墙的间距l应符合以下规定：非抗震设计：l3B,l36m 抗震设计：6度、7度时，l2.5B,l30m 8度时，l2B,l24m,楼面宽度,*框支剪力墙结构框支梁上的一层墙体不宜设边门洞，不得在中柱上方设门洞,四、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,各剪力墙间外荷载的分配主要是水平荷载,假定楼板的平面内刚度为无穷大，各剪力墙承担的荷在载与其刚度成正比,四、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,*作为整截面悬臂构件，按平截面假定计算截面应力分布。同样用材料力学的方法求位移，只是对有洞口的剪力墙应考虑洞口对位移的增大影响。,整截面剪力墙的内力和位移计算不开洞或虽有洞口但孔洞面积与墙面面积之比不大于0.16,四、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,整体小开口剪力墙的内力和位移计算孔洞面积虽超过墙面面积的16%，但总体来说洞口仍很小,接近于整截面剪力墙，墙肢洞口高度方向没有反弯点出现；截面受力后基本上保持为平面，正应力大体按直线分布，各墙肢中仅有少量的局部弯矩,只要作一些修正，就能利用材料力学的有关公式来进行整体小开口剪力墙的内力和侧移计算,四、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,联肢剪力墙的内力和位移计算以双肢墙为例,将仅在楼层标高处才有的有限连接点（连系梁和墙肢的连接点）看成是在整个高度上连续分布的无限个连接点，并作如下假定：,*忽略连系梁的轴向变形对墙肢水平位移的影响,*各墙肢的变形曲线相似,*各连系梁的反弯点位于该梁的跨度中央,四、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,联肢剪力墙的内力和位移计算以双肢墙为例,先研究切开处的相容关系,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析,*可将剪力墙视作带刚域的所谓壁式框架来进行计算,大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算,当剪力墙的洞口尺寸很大且连系梁的线刚度接近墙肢的线刚度时，墙肢的弯矩图除在连系梁处有突变外，几乎所有的连系梁之间的墙肢都有反弯点出现,节点刚度大，连梁剪切变形不容忽视。,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,剪力墙的配筋形式,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,剪力墙的构造要求材料和截面尺寸,*钢筋混凝土剪力墙的混凝土强度等级不宜低于C20,*墙中的分布钢筋和箍筋一般采用HPB235级钢筋，其它钢筋可用HRB335钢筋,*钢筋混凝土剪力墙的厚度不应小于140mm，同时不应小于楼层高度的1/25,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,剪力墙的构造要求墙肢纵向受力钢筋,*钢筋混凝土剪力墙按正截面承载力计算集中配置于墙水平截面两端的纵向受力钢筋，应位于由箍筋或水平分布钢筋和拉筋约束的边缘构件（暗柱）内。,*当按正截面计算不需要配置纵向受力钢筋时，应在墙水平截面两端各设置不少于两根、直径不小于12mm的竖向构造钢筋,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,分布钢筋,*钢筋混凝土剪力墙的水平或竖向分布钢筋的配筋率sh和sv（sh、sv分别为竖向和水平分布钢筋的间距）不应小于0.2。重要部位的剪力墙，其水平和竖向分布钢筋的配筋率宜适当提高。剪力墙中温度、收缩应力较大的部位，水平分布钢筋的配筋率宜适当提高。,*水平和竖向分布钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于300mm,*承受垂直于墙面的荷载的墙（如地下室）以及厚度大于160mm的重要部位的剪力墙应配置双排分布钢筋网。,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,分布钢筋,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,分布钢筋,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,剪力墙洞口处的处理,五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求,剪力墙联系梁的构造,第 7.3章 框架-剪力墙结构设计,高层建筑结构的设计,标 题,7.1 结构布置,7.1 结构布置 1）总体平面布置、竖向布置及变形缝设置等，见第 2.2 节所述；2）具体布置除应符合下述的规定外，其框架和剪力墙的布置尚应分别符合框架结构和剪力 墙结构的有关规定。,7.1 结构布置,7.1.1 基本要求1、双向抗侧力体系 1）在框架-剪力墙结构中，框架与剪力墙协同工作共同抵抗水平荷载，其中剪力墙是结构的主要抗侧力构件。2）为了使框架-剪力墙结构在两个主轴方向均具有必需的水平承载力和侧向刚度，应在两个主轴方向均匀布置剪力墙，形成双向抗侧力体系。3）如果仅在一个主轴方向布置剪力墙，将造成两个主轴方向结构的水平承载力和侧向刚度相差悬殊，可能使结构整体扭转，对结构抗震不利。,2、节点刚性连接与构件对中布置 1）在框架-剪力墙结构中，为了保证结构的整体刚度和几何不变性，同时为提高结构在大震作用下的稳定性而增加其赘余约束，主体结构构件间的连接（节点）应采用刚接。2）梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合，以使内力传递和分布合理，且保证节点核心区的完 整性。,7.1 结构布置,7.1.2 框架-剪力墙结构中剪力墙的布置（了解）1、剪力墙的数量 1）在框架-剪力墙结构中，结构的侧向刚度主要由同方向各片剪力墙截面弯曲刚度的总和EcIw控制，结构的水平位移随 EcIw 增大而减小。,3）一般以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据较为合适。,2）剪力墙数量也不宜过多，否则地震作用相应增加，还会使绝大部分水平地震力被剪力墙吸收，框架的作用不能充分发挥，既不合理也不经济。,7.1 结构布置,2、剪力墙的布置（参考课本）(1)剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化或恒载较大的部位，剪力墙的间距不宜过大；平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。,(2)纵、横向剪力墙宜组成 L 形、T 形和匚形等形式，以使纵墙（横墙）可以作为横墙（纵墙）的翼缘；楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置，以增强其空间刚度和整体性。,(3)剪力墙布置不宜过分集中，单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总剪力的40%，以 免结构的刚度中心与房屋的质量中心偏离过大、墙截面配筋过多以及不合理的基础设计。当剪力墙墙肢截面高度过大时，可用门窗洞口或施工洞形成联肢墙。,7.1 结构布置,（5）保证框架与剪力墙协同工作，其剪力墙的布置宜符合下列要求：1)横向剪力墙沿房屋长方 向的间距宜满足表 7.1.1 的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；2)纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。,（4）剪力墙宜贯通建筑物全高，避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上、下对齐。抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。,7.1 结构布置,7.1.4 梁、柱截面尺寸及剪力墙数量的初步拟定1、梁、柱截面尺寸 框架梁截面尺寸一般根据工程经验确定，框架柱截面尺寸可根据轴压比要求确定，详见框架结构部分。2、剪力墙数量 在初步设计阶段，可根据房屋底层全部剪力墙截面面积 Aw 和全部柱截面面积 Ac 之和与楼面面积 Af 的比值，或者采用全部剪力墙截面面积Aw与楼面面积Af 的比值，来粗估剪力墙的数量。,7.1.3 板柱-剪力墙结构的布置（略）,7.2 基本假定与计算简图,7.2 基本假定与计算简图 7.2.1 框架与剪力墙的协同工作1、定义：框架-剪力墙结构是由框架和剪力墙组成的结构体系。在水平荷载作用下，平面内刚度很大的楼盖将二者连接在一起组成框架-剪力墙结构时，