1、多层及高多层及高 层层 建建 筑筑 结结 构设计构设计合肥工业大学土木建筑与工程学院合肥工业大学土木建筑与工程学院2006-04参考资料:1.高层建筑混凝土技术规程(JGJ 3-2002)2.建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)3.高层建筑结构（吕西林高层建筑结构（吕西林 主编）主编）0、绪论高层建筑结构体系及布置常用的结构体系竖向结构体系（抗侧力体系）的选择水平承重体系（楼盖体系）及其选择back0.1高层结构体系的发展过程始用年代结构体系和特点18851889190320世纪初二次大战后20世纪50年代20世纪六七十年代20世纪80年代20世纪80年代中期砖墙、铸铁柱、钢梁钢框柱
2、钢筋混凝土框架钢框架支撑钢筋混凝土框架剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土结构钢框架钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构0.2常用的结构体系back框 架 结 构剪 力 墙 结 构框 架-剪 力 墙 结 构框 架-筒 体 结 构筒 中 筒 结 构成 束 筒 结 构筒 体 结 构悬 挂 结 构巨 型 框 架 结 构应 力 蒙 皮 结 构钢 筋 混 凝 土 结 构框架筒体结构组合筒体结构剪力桁架与框桥架结构交错钢结构钢结构竖向结构体系（抗侧力体系）的选择建筑使用功能建
3、筑平面建筑高度抗震等级地质条件施工技术用途50m50m住宅剪力墙、框架-剪力墙剪力墙、框架-剪力墙旅馆剪力墙、框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体公共框架-剪力墙、框架框架-剪力墙、筒体back水平承重体系（楼盖体系）及其选择 楼（屋）盖体系的作用 承受竖向荷载 连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力 选择原则 结构整体性、面内刚度 结构高度小、质量轻 建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等 常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖 预制板楼盖 预应力叠合板楼盖 组合楼盖back常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖S 肋梁楼盖普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装宽扁梁（用于层高受限
4、时）S 密肋楼盖省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用荷载较大时可有较好技术经济指标好；不美观、吊顶处理S 无梁楼盖适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题S 非预应力平板楼盖广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整；跨度大时自重大、不经济现浇非预应力空心板楼盖S 无粘结预应力平板楼盖适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活 预制板楼盖S 预应力空心板楼盖适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、设现浇面层、加强板端连接）S 预应力大楼板楼盖与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题 预应力叠合板楼盖预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚度大
5、、整体性好 组合楼盖压型钢板上现浇RC。省模板、自重小、厚度小；用钢量大back0.3结构布置原则 1抗震设防结构布置原则（1）选择有利的场地（2）保证地基基础的承载力、刚度（3）合理设置抗震缝（4）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径（5）多道抗震设防能力（6）合理选择结构体系（7）结构应有足够的刚度（8）结构应有足够的结构承载力（9）节点的承载力应大于构件的承载力（10）结构应有足够的变形能力及耗能能力 2房屋适用高度和高宽比结构类型非抗震6度7度8度9度框架7060554525框架-剪力墙14013012010050剪力墙全部落地剪力墙150部分框支剪力墙130不应采用筒体160
6、筒中筒20070适用的房屋最大高度（m）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电梯机房等高度）；2 框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构；4 9度抗震设防、超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施。back 3结构平面布置原则 高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。4结构竖向布置原则第一章结构极限状态设计的基本原理 结构功能要求能承受正常施工和正常使用是可能出现的各种作用在正常使用时具有良好的工作性能在正常维护下具有足够的耐久性能
7、在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性 结构可靠度在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率在规定的时间内设计基准期（50年）在规定的条件下正常设计、正常施工、正常使用预定功能四项结构功能 极限状态设计 可靠指标失效概率可靠指标backZ=ZZZfZ(Z)0Z=R-S0=Z/Z Z=R-S Z2=R2+S21.1极限状态设计 定义w 整个（或部分）结构超过某特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求 两类极限状态w 承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形（如倾覆、疲劳、机构、失稳等）w 正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值（如
8、影响正常使用或外观的变形、局部损坏、振动或其它特定状态）极限状态方程w g(X1,X2,Xn)=0 极限状态设计表达式w g(X1,X2,Xn)0w Z=R-S0back1.2作用及其分类直接作用（荷载）施加在结构上的集中或分布荷载GBJ68-84间接作用（作用）引起结构外加变形或约束变形的原因（温度变化、焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等）back时间变异位置变异结构反应q永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接q可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震q偶然作用地震、爆炸、撞击q固定作用自重、固定设备荷载q可动作用吊车荷载、人员荷载q静态作用自重、楼面活荷
9、载q动态作用地震、吊车荷载、设备振动、风荷载1.3风荷载 基本风压w 定义：当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均最大风速v0为标准，按v02/1600确定的风压值w 按全国基本风压分布图采用，=0.25kN/m2w 调整系数（略）back0zszk风压高度变化系数风荷载体型系数风振系数考虑范围房屋结构 H30m&H/B1.5高耸结构 T10.25s考虑方法zzz 1脉动增大系数),(210ZoneTypeTf脉动影响系数),/,(ZoneTypeBHHf振型系数HHTypeHHfiiz/),(1.4抗震设计规范以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。术语抗
10、震设防烈度seismicfortificationintensity按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。1.4.1地震作用 建筑抗震设防目标与标准w 抗震设防及其思想w 设防依据w 设防目标及其实现w 建筑类别与设防标准 建筑结构抗震验算w 地震作用计算w 结构抗震验算back1、抗震设防及其思想 抗震设防抗震设防w 对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施 指导思想指导思想w 预防为主w 减轻结构震害w 避免人员伤亡w 减少经济损失w 使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行 趋势趋势w 使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力back2、设防依据抗震设防烈度 定义
11、：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定w 一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值）w 对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防 设防范围w 6-9度back3、抗震设防目标：小震不坏、中震可修、大震不倒抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。大于9度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑，抗震设计有专门规定。4、两阶段设计back阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可
12、修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，即怍用分项系数均取1.0说明：第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。5、三水准地震作用的标定 基本假定w 地震强度呈极值分布w 烈度符合极值III型back地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475
13、年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年 计算 F(I)=exp-(12-I)k/(12-Im)k，RT=-T/ln(1-F(I)If(I)ImI0Is 一般关系 烈度：Im=I0-1.55,Is80m，7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H60m，8度III、IV类场地和9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）竖向弹性 底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构back计算模型集中质量模型 多高层房屋w 无扭转w 有扭转 单层厂房w 横向w 纵向back基本计算数据 重力荷载代表值 结构自振周期 设计反应谱重力荷载代表值 重力荷载代表值w 永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+
14、可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值backniikQikEQGG1永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值设计反应谱 水平地震影响系数 水平地震影响系数曲线 水平地震影响系数曲线GkGgPGAPGASgmmSFaa 水平地震影响系数最大值T(s)max0.45max0 0.1Tg（特征周期）3.0=(Tg/T)0.9 max =0.2 max场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震0.250.400.550.85烈度6789多遇地震183672144罕遇地震-225405630烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震-0.500.901.40back
15、设计近远震场地类别5、场地类别的划分back场地覆盖层厚度(m)场地土类型0 3 9 80坚硬中硬中软软弱IIIIIIIVback6、水平地震作用的计算 振型分解反应谱法 底部剪力法 时程分析法 楼层水平地震剪力的分配 扭转问题 地基结构动力相互作用振型分解反应谱法back gxIMxKxCxM ijijjjiGaF2jSS计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合xg(t)xi(t)njijinniijiiiiyayayayayax12211a1iajiani nijiinijiijTjTjjamamaMaIMa121两点注意：计算步骤塔楼底部剪力法 计算
16、方法w 底部剪力的计算w 地震作用沿高度的分配eqniiiniiiniiniiEkGGmHGaFFF11111111111EkniiiiiiFHGHGF1mHiHiFiFEkFnn1EknnFFniminiFFV 顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物 适用条件backGeq结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85楼层水平地震剪力的分配 现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配 木楼屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配 普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑，可取上述两种分配结
17、果的平均值 考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时，可按各有关规定对上述分配结果作适当调整back7、竖向地震作用的计算 高层房屋（9度）w 地震作用标准值FviHiFviFEvk 楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8、9度）eqeqveqvEvkGGGFmaxmax165.0EvkniiiiiviFHGHGF1niieqGG175.0 长悬臂和其它大跨结构（8、9度）iviGF)2.0,1.0(iviGFbackback结构抗震验算 一般规定 地震作用下的作用效应组合 截面抗震验算 抗震变形验算结构抗震验
18、算的一般规定 验算范围w 除6度建筑（IV类场地上的较高层除外）和规定可不进行验算的结构外，均应验算 验算内容w 截面抗震验算w 抗震变形验算 多遇地震作用下的弹性变形验算非结构构件的破坏 罕遇地震作用下的弹塑性变形验算抗倒塌backback地震作用下的作用效应组合组合类型地震作用用途多遇地震作用下作用效应的基本组合多遇地震截面抗震验算多遇地震作用下短期效应多遇地震弹性变形验算罕遇地震作用下短期效应罕遇地震弹塑性变形验算kwwwvkEvEvhkEhEhEGGwCECECGCShkEhsECS hkEhsECSback截面抗震验算RERS内力基本组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数第二章第二
19、章 荷载效应组合荷载效应组合 承载能力极限状态backRS 0niikCQQkQQkGGQCQCGCSiii2111基本组合偶然组合niikQQkGGQCGCSii1正常使用极限状态niikCQkQkGSQCQCGCSii211niikqQkGlQCGCSii1短期效应组合长期效应组合第三章计算原则及一般规定第一节弹性及弹塑性分析 我国规范规定在风荷载作用下，内力及位移分析采用弹性计算方法。抗震设计的两阶段设计计算方法不同，在第一阶段内力及位移分析采用弹性计算方法，在第二阶段，采用弹塑性时程分析方法校核变形。为了实现三水准抗震设防目标，抗震设计采取的二阶段方法是：第一阶段第一阶段为小震作用下的
20、结构设计，内容包括：确定结构方案和结构布置，用小震(即众值烈度地震)作用计算结构的弹性位移和构件内力，进行结构变形验算，极限状态方法设计截面配筋，进行截面承载力抗震验算，按延性和耗能要求，采取相应的抗震构造措施，做到小震不坏，中震可修。第二阶段第二阶段为罕遇地震作用下薄弱部位弹塑性变形验算，如果层间变形超过允许值，应修改设计，直到满足变形要求为止，现行抗震规范并未要求对一般高层建筑结构进行第二阶段验算，但是对于高度较大，或者是超过规程规定的最大适用高度的建筑，用弹塑性时程分析方法进行第二阶段的变形验算是一种有效的校核设计的手段。第二节 静力分析与动力分析 静力分析静力分析是指在结构上加静力荷载
21、，也就是用不变的荷载进行内力和位移的计算，内力与位移当然也是不变的，所有内力符合平衡条件，所有位移符合变形协调条件。竖向恒载与活载，风荷载作用下的计算都是静力计算。动力分析动力分析是指外力作用是随时间而变化的，例如地震作用，因而位移与内力也是随时间而变化的。但是目前的地震作用计算方法采用了反应谱方法，是把动力问题简化成每个振型的静力分析，再把振型计算的结果组合起来(SRSS方法或CQC方法)，所以又称为拟静力方法(有人也把它叫做“动力分析方法”)。我国现在通用的说法是把动力特性的分析叫做“动力分析”，它包括周期(频率)与振型的计算，这是地震作用下计算不可缺少的部分。动力特性分析及振型组合的计算
22、都是弹性计算，其计算基本假定、计算简图都与静力计算相同。时程分析方法是动力分析方法，它通过动力分析求得结构的运动状态(位移、速度、加速度)，由每个时刻的位移再求出每个时刻的内力，时程分析方法可分为弹性时程分析与弹塑性时程分析。第三节水平力作用方向 实际风荷载及地震作用的方向是任意的，但是在规范中规定，结构计算只考虑x、y两个正交方向作用的水平力，各方向水平地震力全部由该方向抗侧力结构承担，这是一种简化。x、y 方向通常是指结构的主轴方向。主轴方向的定义是当水平力在主轴方向作用时，只产生主轴方向的位移，且位移最大。主轴是一对正交的轴，在大多数规则形状的结构中，主轴是很容易确定的；凡是具有对称轴的
23、平面，其对称轴及其正交方向即主轴方向；一个平面可能有多组主轴。在主轴方向结构抗侧刚度最小，变形最大，因而规范规定只作主轴方向计算，但对于一些斜向布置的构件，可能作用力沿这个斜方向会使它的内力最大，因而有时也需要用斜方向计算。有时结构主轴不易判断，则应根据经验判断取最接近主轴的x、y两个方向，或通过计算确定。第四节 计算基本假定 对结构进行分析时，首先分析结构的动力特性，再分析结构的变形及内力。在需要时，再进行时程分析。对结构工程师的基本要求是；合理运用简化假定，善于抓住主要的，忽略次要的，正确选用恰当的计算方法。规程中对结构计算作了如下的一些基本假定，不同的方法采用的假定会有所不同，应当根据设
24、计要求选用符合实际的假定与方法。基本简化假定基本简化假定(1)(1)平面结构假定平面结构假定 任何一个建筑物都是空间结构，都应该能承受来自不同方向的力的作用，因此每个构件都与不在同一平面内的其它构件相联系，形成三维传力体系。但是，经常将结构简化为平面结构分析，平面结构是一种简化假定，假定结构只能在它自身平面内具有有限刚度，例如平面框架、剪力墙、只能抵抗平面内的作用力。在平面外刚度为零，也不产生平面外的内力。因此杆件每一个结点具有的三个自由度(在二维平面中，以下简称基本简化假定(1)。多数结构符合这些条件，但是有一些结构必需考虑与平面外有相互传力关系，例如框筒的角柱、空间框架、空间桁架等，则必须
25、按空间杆件计算，计算时每个结点具有六个自由度(在三维平面中)。基本简化假定基本简化假定(2)(2)楼板平面内无限刚性假定楼板平面内无限刚性假定 在大多数情况下，都可假定楼板在其自身平面内无限刚性，不能变形，而在平面外则刚度为零(以下简称基本简化假定(2)。因而楼板经常作为若干个平面结构之间的联系，使这些平面结构在水平荷载作用下同一楼层处的侧移都相等(无扭转时)，或侧移分布成直线关系(有扭转时)。楼板的这种作用称为“水平位移协调“(注意这些平面结构的竖向变形是独立的，互不相关的)。采用基本简化假定(1)及(2)，不考虑结构扭转时，称为平面协同计算(此时，正交方向的抗侧单元不参加工作)。考虑扭转时
26、称为空间协同计算(此时，正交方向的抗侧力结构结构参加抵抗扭矩)。另一种变形协调的计算竖向变形协调。当有两片相互交汇的平面结构(符合基本简化假定(1)，通过交汇处的柱竖向变形一致而传递内力，这种计算称为竖向变形协调的协同计算。在框筒结构中，当楼板较薄，忽略腹板框架(或翼缘框架)与楼板大梁的传力关系时，往往采用这种方法。这种计算比仅有水平位移协调的计算更符合实际，又简化了计算。如果结构平面布置较复杂，无法分成单片抗侧力结构，或当筒中筒结构的框筒与内筒之间有较大的梁时，需要考虑这些大梁与框筒柱的刚性连接(传递弯矩)，每一根柱都需要考虑框架平面内与平面外的变形与受力，则此时结构必须采用完全的三维构件计
27、算，可称为(真正的)空间计算。楼板是保证协同工作的重要构件，当采用基本简化假定(2)时，应确定楼板在其自身平面内确有足够大的刚度，当楼板长宽比较大，或者局部楼板长宽比较大，局部外伸的楼板较细长或楼板开大孔，在水平荷载下楼板会有较大变形时，则按无限刚性假定计算所得结果与实际情况不符。这种情况下规范规定要考虑楼板的有限刚性结构分析。这种分析会增加计算自由度，目前只有很少的程序可做这种计算，一般情况下是避免设计这种结构；在框架-剪力墙结构中要限制剪力墙的间距，就是为了减少楼板的水平变形。当楼板变形情况不严重时可在按刚性楼板计算的基础上对内力进行适当调整，并采取相应构造措施。构件的刚度及构件变形影响因
28、素构件的刚度及构件变形影响因素 我国规范规定在风荷载及地震作用下(小震)，结构处于弹性状态，因而除少量情况外，构件均采用弹性刚度。构件变形包括三种，相应有三种刚度（轴向、弯曲及剪切），结构分析时计入那些刚度涉及对构件变形所做的计算假定。一个构件应有轴向、弯曲及剪切变形，相应的刚度为EA、EI及GA。一般情况下梁、柱构件的弯曲变形都是基本变形，抗弯刚度EI必须考虑；在高度较小的多层结构中，柱轴向变形小，可忽略，因而视EA为无限大，计算中不考虑；在高度较大时忽略柱轴向变形会造成较大的误差；规范规定在高度超过50m、以及高宽比大于4的结构中，宜考虑柱轴向变形影响，长细比lh大于4的构件中剪切变形都忽
29、略，GA无限大。基本简化假定(2)的实质是在同一层楼板上的所有节点间水平距离不变，也就是说梁没有轴向变形。实际上梁的轴向力很小，设计时被忽略而作为受弯构件设计足够精确。支撑只考虑轴向变形而只有轴向刚度EA，其他变形一般都忽略。在程序计算中，除了忽略梁轴向变形外，构件中的其他变形都考虑，计算精度较高。在手算中，为了简化，经常忽略某一项或两项。在下面的各种结构计算方法中再分别介绍。在弹性计算中都采用材料模量E及剪切模量G(混凝土的G=0.42E)，I为截面的惯性矩；但要注意轴向刚度EA中的A是取构件全截面，而剪切刚度GA中的A则只取腹板面积，这是由于在I形或T 形截面中，翼缘的剪应变很小而被忽略了
30、，只计算腹板的剪切变形(矩形截面A为全截面)。第五节 塑性内力重分布 在超静定结构中，构件的内力与刚度大小有关。在某些情况下，构件很容易开裂(有时出现塑性铰)，开裂后刚度降低，该杆件的内力分配比例减小，另一些构件内力增大，这种现象称为塑性内力重分配。考虑塑性内力重分配，设计时的内力调整有两种：调幅调幅 一方面是为了使计算较为符合实际，另一方面也是利用这种性质，使某个部位降低内力，减少配筋，可采用“调幅”方法调整内力，一些构件内力降低，另一些构件内力增大。降低了内力的部位就会早出裂缝，或早进入屈服，调幅愈大，裂缝出得愈早。调整内力调整内力 考虑到在地震作用下，某些部位先屈服，则未屈服部位必然内力
31、增大，为了后者的安全，有意加大其内力，但前者内力并不减少。调幅(调整)的多少可由设计人员根据需要确定和控制，但是规范对各种调幅有限制，也就是规定了内力的最低值。两类调幅两类调幅(调整调整)的方法：的方法：(1)用弹性计算所得到的内力乘以系数(大于1或小于)，(2)在计算时降低杆件刚度，计算时构件刚度记降低愈多，内力愈小。在在高规高规中规定的调幅有下列几处中规定的调幅有下列几处:框架梁(连续梁)在竖向荷载下的调幅，采用方法(1)进行：框架-剪力墙结构中框架的内力调整，采用方法(1)进行：框架-剪力墙结构中框架与剪力墙之间的联系梁的调幅，采用方法(2)进行：联肢剪力墙中连梁的调幅，采用方法(1)或
32、方法(2)进行。第六节 分析方法 规范规定在进行内力及位移分析时可以采用较为精确的程序计算方法，也可以采用近似的简化计算方法。程序计算的基本方法程序计算的基本方法 计算高层建筑结构的程序很多，国内程序都有下列几部分：前处理图形输入原始数据及选择参数。计算部分 动力特性、及内力分析、内力组合及截面计算、弹性时程分析。后处理 输出计算结果，截面配筋及超筋、超轴压比等信息。有些设计也引入了国外计算程序,但是由于规范不同，主要用国外程序进行动力特性、位移及内力计算，作为一种复核的手段。各种程序的结构分析都采用杆件有限元方法，有少数采用有限条方法或线法。第四章 框架结构第一节 框架结构的布置1 1框架结
33、构只能承受自身平面内的水平力，因此沿建筑的两个主轴方向都应设置框架。2 2有抗震设防的框架结构，或非地震区层数较多的房屋框架结构，横向和纵向均应设计为刚接框架。设计成双向梁柱抗侧力体系。主体结构除个别部位外，不应采用铰接。抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。梁柱刚接可增大结构的刚度和整体性。3 3布置框架时，首先要确定柱网尺寸。框架的抗侧刚度除了与柱断面尺寸有关外，梁的断面尺寸对抗侧刚度影响很大，但是由于抗震结构的延性框架要求，抗震框架的梁不宜太强，因此抗震的钢筋混凝土框架柱网一般不宜超过68m。大柱网适用于建筑平面要求有较大空间的房屋，但将增大梁柱的截面尺寸。小柱网梁柱截面尺寸小，适用于饭店
34、、办公楼、医院病房楼等分隔墙体较多的建筑。在有抗震设防的框架房屋中，过大的柱网将给实现强柱弱梁及延性框架增加一定困难。4.4.框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时，在计算中应考虑梁荷载对柱子的偏心影响。为承托隔墙而又要尽量减少梁轴线与柱轴线的偏心距，可采用梁上挑板承托墙体的处理方法。梁、柱中心线之间的偏心距不宜大于柱截面在该宽度的1/4。当为8度抗震设防时，如偏心距大于该方向柱宽的1/4时，可采取增设梁的水平加腋等措施。设置水平加腋后，仍须考虑梁荷载对柱子的偏心影响。5.5.框架结构按抗震设计时，不得采用部分由砌体墙承重之混合形式。框架结构中的楼、电梯及局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间
35、、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。框架结构中有填充墙时，填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，一、二级抗震的框架，宜采用轻质填充墙，或与框架柔性连接的墙板，二级且层数不超过五层、三级且层数不超过八层、四级框架等情况才可考虑粘土砖填充墙的抗侧力作用，但粘土砖填充墙应符合下列要求：避免形成上、下层刚度变化过大；避免形成短柱 减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。抗震设计时，填充墙及隔墙应注意与框架及楼板拉结，并注意填充墙及隔墙自身的稳定性；框架-剪力墙的布置要求。6.6.抗震设计的框架结构中，当楼、电梯间采用钢筋混凝土墙时，结构分析计算中，应考虑该剪力墙与框架的协同工作。如果在框架结构中布
36、置了少量剪力墙(例如楼梯间)，而剪力墙的抵抗弯矩少于总倾覆力矩的50%时，则规范要求该结构按框架结构确定构件的抗震等级，但是内力及位移分析仍应按框架-剪力墙结构进行，否则对剪力墙不利。如因楼、电梯间位置较偏等原因，不宜作为剪力墙考虑时，可采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等方法，以减少墙的作用，此时与墙相连的柱子，配筋宜适当增加。7.7.框架按支承楼板方式，可分为横向承重框架、纵向承重框架和双向承重框架。但是就抗风荷载和地震作用而言，无论横向承重还是纵向承重，框架都是抗侧力结构。8.8.框架沿高度方向各层平面柱网尺寸宜相同。柱子截面变化时，尽可能使轴线不变，或上下仅有较小
37、的偏心。当某楼层高度不等形成错层时，或上部楼层某些框架柱取消形成不规则框架时，应视不规则程度采取措施加强楼层，如加厚楼板、增加边梁配筋。第二节第二节 梁截面尺寸的确定及其刚度取值梁截面尺寸的确定及其刚度取值1.框架梁截面尺寸应根据承受竖向荷载的大小、跨度、抗震设防烈度、混凝土强度等诸多因素综合考虑确定。2.在一般荷载情况下，框架梁截面高度可按(1/101/18)梁跨度，且不小于400mm,也不宜大于1/4净跨，梁的宽度不宜小于1/4梁高，且不应小于200mm。为了降低楼层高度，或便于通风管道等通行，必要时可设计成宽度较大的扁梁。此时应根据荷载及跨度情况，满足梁的挠度限值，扁梁截面高度可取(1/
38、151/18)梁跨度。3.采用扁梁时，楼板应现浇，梁中线宜与柱中线重合；当梁宽大于柱宽时，扁梁应双向布置；扁梁的截面尺寸应符合下列要求，并应满足挠度和裂缝宽度的规定：(6-32)(6-33)(6-34)cbbb2bcbhbbdhb16 式中 柱截面宽度，圆形截面取柱直径的0.8倍；、分别为梁截面宽度和高度；柱纵筋直径。cbbbbhd4.当梁高较小时，除验算其承载力外，尚应注意满足刚度及剪压比的要求。在计算梁的挠度时，可以扣除梁的合理起拱值，对现浇梁板，宜考虑梁受压翼缘的有利影响。5.为满足梁的刚度和承载力要求，节省材料和有利建筑空间，可将梁设计成加腋形式。这种加腋梁在进行框架的内力和位移计算时
39、，可采用等效线刚度代替变截面加腋梁的实际线刚度。当梁两端加腋对称时，其等效线刚度为：(6-35)bbKK 式中 加腋梁中间部分截面的线刚度 等效刚度系数，查表。bK 按等效线刚度电算输出的跨中，支座纵向钢筋及支座边按剪力所需箍筋是不真实的。应根据内力手算确定配筋。6.6.现浇框架梁的混凝土强度等级，当抗震等级为一级时，不应低于C30，当二、三、四级及非抗震设计时，不应低于C20。梁的混凝土强度等级不宜大于C40。当梁柱的混凝土强度不同时，应先浇灌梁柱节点高等级混凝土，并在梁上留坡槎。装配整体叠合梁的预制部分混凝土强度等级不宜低于C30。7.7.在进行框架的内力和位移计算时，现浇楼板、上有现浇叠
40、合层的预制楼板和楼板虽无现浇叠合层但为拉开预制板板缝且有配筋的装配整体叠合梁，均可考虑梁的翼缘作用。增大梁的惯性矩。此时框架梁的惯性矩可按下表取值。梁部位梁部位楼板楼板边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁预制楼板预制楼板I=1.2II=1.2I0 0I=1.5II=1.5I0 0现浇楼板现浇楼板I=1.5II=1.5I0 0I=2.0II=2.0I0 0 预制楼板上现浇叠层和预制预应力混凝土叠合楼板均可按现浇楼板取梁的惯性矩。8.8.框架梁应具有足够的抗剪承载力。矩形、T形和工字形截面梁其截面能组合的剪力设计值应符合下列条件：(1)无地震作用组合时：(6-36)(6-37)(6-38)025.0b
41、hfVcc (2)有地震作用组合时：跨高比大于2.5的梁)2.0(10bhfVccRE 跨高比不大于2.5的梁)15.0(10bhfVccRE式中 框架梁的剪力设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；梁截面宽度和有效高度；承载力抗震调整系数为0.85；混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不大于 C50时取1.0；当混凝土强度等级为C80时取0.8，其间按线性内插取用。bVcf0hb、REc 9.为了使框架梁具有较好的变形能力，梁端的受压高度应满足以下要求：(6-39)035.025.00hxhxhxbb二、三级有地震组合时，一级无地震组合时 式中 相对界限受压区高度 (6-40)bsyhEfhx00
42、33.011 如果梁的受压区x不满足公式(6-39)要求时，应增大梁的截面尺寸。在确定梁端混凝土受压区高度时，可考虑梁的受压钢筋计算在内。式中 受拉钢筋的强度设计值；钢筋的弹性模量；梁的截面有效高度；混凝土受压区高度；混凝土强度影响系数。yfsE0hx1第三节 柱截面尺寸的确定 1.现浇框架柱的混凝土强度等级，当抗震等级为一级时，不得低于C30；抗震等级为二至四级及非抗震设计时，不低于C20。抗震设防烈度为8度时不宜大于C70,9度时不宜大于C60。2.框架柱截面尺寸，可根据柱支承的楼层面积计算由竖向荷载产生的轴力设计值Nv，(荷载分项系数可取1.25)，按下列公式估算柱截面积 ，然后再确定柱
43、边长。cAvNN)1.105.1(ccfNA (2)有水平地震作用组合时 (6-43)vNN 为增大系数，框架结构外柱取1.3,不等跨内柱取1.25，等跨内柱取1.2；框剪结构外柱取1.11.2，内柱取1.0。(1)仅有风荷载作用或无地震作用组合时 (6-41)(6-42)有地震作用组合时柱所需截面面积为：(6-44)cNcfNA其中 为混凝土轴心抗压强度设计值，为柱轴压比限值见表。当不能满足公式(6-42)、(6-44)时，应增大柱截面或提高混凝土强度等级。3.柱截面尺寸：非抗震设计时，不宜小于250mm,抗震设计时不宜小于300mm;圆柱截面直径不宜小于350mm;柱剪跨比宜大于2；柱截面
44、高宽比不宜大于3。cfN 框架柱剪跨比可按下式计算：(6-45)/(0VhM式中 框架柱的剪跨比。反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面有效高度之比值；M柱端截面组合的弯矩计算值，可取上、下端的较大值；V柱端截面与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值；计算方向上截面有效高度。0h 4.柱的剪跨比宜大于2，以避免产生剪切破坏，在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力以外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力。5.框架柱截面尺寸应满足抗震要求，矩形截面柱应符合下列要求：无地震组合时 (6-46)025.0bhfVccc 有地震组合时 (6-47)02.01bhfV
45、ccREc剪跨比大于2的柱式中 框架柱的剪力设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；柱截面宽度和截面有效高度；承载力抗震调整系数为0.85；当C50时，取1.0，C80时，取0.8；C50C80时取其内插值。cVcf0hb、REccc 如果不满足公式(6-46)至(6-48)时，应增大柱截面或提高混凝土强度等级。剪跨比不大于2的柱 (6-48)015.01bhfVccREc第四节 竖向荷载作用下的计算 1.1.高层建筑框架结构，在竖向荷载作用下采用手算进行内力分析时，可不考虑框架的侧移影响，可采用力矩分配法或迭代法。2.2.根据高层建筑层数多、上部各层竖向荷载多数相同或出入不大、各层层高多数相同和梁
46、柱截面变化较小等特点，竖向荷载作用下可采用分层法进行简化计算内力。3.3.分层法是把每层框架梁连同上下层框架柱作为基本计算单元，柱的远端按固定端，考虑顶层梁对柱的约束较弱，将顶层的各柱刚度乘以折减系数0.9。4.框架梁在竖向荷载作用下，梁端负弯矩允许考虑塑性变形内力重分布予以适当降低，可采用调幅系数 对于现浇框架 9.08.0 对于装配整体式框架 8.07.0为计算方便，在求梁固端弯矩值时先可乘以调幅系数 值，然后再进行框架弯矩分配计算。5.5.竖向荷载产生的梁固端弯矩只在本计算单元内进行弯矩分配，单元之间不再进行分配。弯矩分配完成后，梁端弯矩为固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩之代数和，柱端分配弯
47、矩之代数和的平衡弯矩，须向远端传递，传递弯矩值在底层计算单元为平衡弯矩的1/2，上部其他计算单元为平衡弯矩的1/3。由于每根柱分别属于上下两个计算单元，所以柱端弯矩值为本计算单元柱端平衡弯矩与相邻计算单元传递弯矩之代数和。由于分层法分计算单元进行计算，最后梁柱节点的弯矩总和可能不等于零，此时不需要再进行分配计算。6.6.框架梁端的弯矩调幅只在竖向荷载作用下进行，水平力作用下梁端弯矩不允许调幅。因此，必须先对竖向荷载作用下梁端弯矩按调幅计算后的各杆弯矩再与水平力作用下的各杆弯矩进行组合，而不应采用竖向荷载作用下与水平力作用下计算所得弯矩组合后再对梁端弯矩进行调幅。7.7.高层建筑在竖向荷载作用下
48、，活荷载一般按均布考虑，不进行不利分布的计算。但是，当活荷载值较大时，应考虑其不利分布对梁跨中弯矩的影响。8.8.竖向荷载作用下，框架梁跨中计算所得的弯矩值小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%时，则至少按简支梁计算的跨中弯矩的50%进行截面配筋。第六节 水平力作用下的计算1、框架在水平力(风荷载或水平地震作用)作用下的内力和位移计算，手算可采用D值法。2、采用D值法进行计算时，其步骤为：在水平力作用下求出各楼层剪力 。将楼层剪力 按该层各柱的D值比例分配到各柱，得到柱剪力求出柱的反弯点y，由剪力 及反弯点高度y计算出柱上下端弯矩。根据梁柱节点平衡条件，梁柱节点的上下柱端弯矩之和应等于节点左右边梁
49、端弯矩之和，从而求得梁端弯矩值。iViVijVijV将框架梁左右端弯矩之和除以梁的跨度，则可得到梁端剪力。从上到下逐层叠加梁柱节点左右边梁端剪力值，可得到各层柱在水平力作用下的轴力值。3、柱的抗推刚度D值按下式计算：(6-49)212hKDcc式中 层高 柱的线刚度，；柱混凝土弹性模量；柱截面惯性矩；与梁柱刚度比有关有刚度修正系数hcKhEIKcc/EcIc4、当同一楼层中有个别柱的 、与一般柱的高度 不相等时，这些个别柱的抗推刚度按下列公式计算：(6-50)ahbhh221212bcbbbacaaahKDhKD5、带有夹层的柱，其抗推刚度按下式计算：(6-51)212121111DDDDDD
50、D 式中 (6-52)22222211111212hKDhKDcccc 6、框架柱的反弯点高度y按下式计算；(6-53)3210yyyyy式中 标准反弯高度，由表查取；上、下层梁刚度不等时的修正值，由表查取；、上、下层层高不等时的修正值，由表查取。0y1y2y3y 当反弯点高度为0时，反弯点在本层；当时，本层无反点，反弯点在上层；当=2,L=8m 立面布置w 门窗洞口宜上下对齐，成列布置w 刚度避免突变，上下连续 楼板与墙连接back5.2剪力墙结构内力和位移的简化计算方法 剪力墙的类型 计算原则与假定 各类剪力墙的简化计算方法 剪力墙内力及变形规律back剪力墙的类型 剪力墙的受力特点 剪力
