[DOC]-钢筋混凝土结构的计算

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DOC-钢筋混凝土结构的计算第五讲 钢筋混凝土结构(1)第五讲   钢筋混凝土结构(1)【内容提要】1.材料性能：钢筋、混凝土；2基本设计原则：结构功能、极限状态及其设计表达式、可靠度；3承载能力极限状态计算：受弯构件、受扭构件、受压构件、受拉构件、冲切、局压、疲劳；4正常使用极限状态验算：抗裂、裂缝、挠度；5预应力混凝土：轴拉构件、受弯构件；【重点、难点】承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算2混凝土的变形混凝土的变形可分为在荷载下的受力变形和与受力无关的体积变形。它涉及混凝土

2、在单调、短期加荷作用下的变形性能、混凝土在重复荷载下的变形性能、混凝土在荷载长期作用下的变形性能以及混凝土自身的收缩和膨胀。(三)粘结1粘结力的组成粘结力是指钢筋和混凝土接触界面上沿钢筋纵向的抗剪能力，也就是分布在界面上的纵向剪应力。而锚固则是通过在钢筋一定长度上粘结应力的积累、或某种构造措施，将钢筋“锚固”在混凝土中，保证钢筋和混凝土的共同工作，使两种材料正常、充分的发挥作用。钢筋与混凝土的粘结锚固作用所包含的内容有：1混凝土凝结时，水泥胶的化学作用，使钢筋和混凝土在接触面上产生的胶结力；2由于混凝土凝结、收缩，握裹住钢筋，在发生相互滑动时产生的摩阻力；3钢筋表面粗糙不平或变形钢筋凸起的肋纹

3、与混凝土的咬合力；4当采用锚固措施后所造成的机械锚固力等。2粘结力的破坏机理及影响粘结强度的因素(1)粘结力的破坏机理1) 光面钢筋的粘结破坏光面钢筋与混凝土之间的粘结力主要由胶结力形成，根据试验资料，光面钢筋的粘结强度为1.53.5 。新轧制的光面钢筋，粘结强度只有0.4 。若光面钢筋表面有微锈，只要表面凹凸达到0.1mm，借助于摩阻力和咬合力的作用，粘结强度可增至1.4 (但浮锈无粘结效果，2) 必须清除)。外表光滑的冷加工钢丝，其粘结强度较光面钢筋还要低约30。光面钢筋粘结强度低、滑移量大，其破坏形态可认为是钢筋与混凝土相对滑移产生的，或钢筋从混凝土中被拔出的剪切破坏

4、，其破坏面就是钢筋与混凝土的接触表面。为了提高光面钢筋的抗滑移性能，须在光面钢筋的端部附加弯钩或弯转、弯折以加强锚固。3) 变形钢筋的粘结破坏  由于表面轧有肋纹，能与混凝土犬牙相错紧结合，其粘结力和摩阻力的作用自是有所增加，但主要还是机械咬合发挥的作用最大，往往占粘结力一半以上的份额。根据试验，变形钢筋的粘结强度能高出光圆钢筋23倍，我国螺纹钢筋的粘结强度为2560 N/mm2。(2)影响粘结强度的因素1)混凝土的质量  水泥性能好、骨料强度高、配比得当、振捣密实、养护良好的混凝土对粘结力和锚固非常有利。2)钢筋的形式  使用变形钢筋比使用光面钢筋对粘

5、结力要有利得多。3)钢筋保护层厚度  钢筋的混凝土保护层不能过薄；另外，钢筋的净间距不能过小。就粘结力的要求而言，为了保证粘结锚固性能可靠，应取保护层厚度C钢筋的直径d，以防止发生劈裂裂缝。4)横向钢筋对粘结力的影响  横向钢筋可以延缓内裂缝和劈裂裂缝的发展，提高粘结强度。设置箍筋可将纵向钢筋的抗滑移能力提高25，使用焊接骨架或焊接网则提高得更多。5)钢筋锚固区有横向压力时对粘结力的影响  此时混凝土横向变形受到约束，摩阻力增大，抵抗抗滑好，有利于粘结强度。6)反复荷载对粘结力的影响   结构和构件承受反复荷载对粘结力不利。反复荷载所产生的应力

6、愈多，则粘结力遭受的损害愈严重。二、基本设计原则我国规范规定，对建筑物和构筑物作结构设计时，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。(一)结构功能建筑结构必须满足下述各项功能要求：1安全性。要求结构能承受在正常施工和正常使用时可能出现的各种作用；而且，在偶然事件发生时及发生后，结构仍应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。2适用性。要求结构在正常使用时具有良好的工作性能。3耐久性。要求结构在正常维护的条件下具有足够的耐久性。(二)极限状态及其设计表达式1结构的极限状态若整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，那么，这个特定状态就称为该功能的极限状态。极限状态可分为两

7、类。(1)承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了承载能力极限状态：1)整个结构或构件的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等)；2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载；3)结构转变为机动体系；4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。(2)正常使用极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，即认定超过了正常极限状态：1)影响正常使用或外观的变形；2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(

8、包括裂缝)；3)影响正常使用的振动；4)影响正常使用的其他特定状态。2设计表达式对于结构的极限状态，我国采用了以基本变量的标准值并考虑各种分项系数的使用设计表达式的形式。表达式中的各项分项系数都是以其统计特性，按结构可靠度概率分析为基础确定的，它们的作用与可靠度指标是同等的。(1)承载能力极限状态设计表达式对于承载能力极限状态，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。当按基本组合进行构件的强度设计时，其表达式为(四)受拉构件1轴心受拉构件(1)受力过程和破坏特征轴心受拉构件从加载开始到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。1)第阶段：从加载到混凝土开裂前，属于第1阶段。此

9、时，钢筋和混凝土共同承受拉力。应力与应变大致成正比。拉力荷载N值和截面平均拉应变 值之间基本上呈线性关系，见图6-5-7a中的OA段。2)第阶段：混凝土开裂后至钢筋屈服前，属于第阶段。首先在截面最薄弱处产生第一条裂缝，随着荷载的增加，先后在一些截面上出现裂缝，逐渐形成图6-5-7b()中所示的裂缝分布形式。此时，在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担。在相同的拉力增量作用下，平均拉应变增量加大，反映在图6-5-7a中的AB段斜率比第阶段的OA段的斜率要小。3)第阶段：当拉力值接近屈服荷载 时，受拉钢筋开始屈服。对于真正的轴心受拉构件，所有钢筋应当同时屈服。实际上，由于受到钢筋材料

10、的不均匀性、钢筋位置的误差等各种因素的影响，各钢筋的屈服有一个先后出现的过程。在此过程中，荷载稍有增加，裂缝迅速扩展。当钢筋全部达到屈服时，(即荷载达到屈服荷载Ny时)裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态。见图6-5-7的C点。四、正常使用极限状悉计算(一)裂缝宽度验算【例题1】对于无明显屈服点的钢筋，其强度标准值取值的依据是下列哪种?(    )(A)最大应变对应的应力    (B)极限抗拉强度(C)0.9倍极限强度         (D)条件屈服强度

11、答案：(D)解析：无明显屈服点的钢筋，其强度标准值取其条件屈服强度。【例题6】大偏心受压构件随N和M的变化，会发生下列哪种情况?(    )(A)M不变时，N越大越危险(B)M不变时，N越小越危险(C)N不变时，M越小越危险(D)(A)和(C)答案：(A) 解析：大偏心受压构件当M不变时，N越大越危险。【例题7】控制混凝土构件因碳化引起的沿钢筋走向的裂缝的最有效措施是(    )。(A)提高混凝土强度等级    (B)减小钢筋直径(C)增加钢筋截面面积    

12、60; (D)选用足够的钢筋保护层厚度答案：(D)解析：选用足够的钢筋保护层厚度可防止混凝土构件的碳化，因此水和氧气就不能使钢筋锈蚀，钢筋和混凝土间的粘接强度就不会降低，可防止沿钢筋走向的裂缝的发生。【例题8】下列表达哪项为错误?(    )(A)规范验算的裂缝宽度是指钢筋水平处构件侧表面的裂缝宽度(B)受拉钢筋应变不均匀系数愈大，表明混凝土参加工作程度愈小(C)钢筋混凝土梁采用高等级混凝土时，承载力提高有限，对裂缝宽度和刚度的影响也很有限(D)钢筋混凝土等截面受弯构件，其截面刚度不随荷载变化，但沿构件长度变化答案：(D)解析：钢筋混凝土等截面受弯构件，其截面刚度

13、不随荷载变化，但沿构件高度变化。故答案(D)不正确。【例题9】梁中钢筋的混凝土保护层厚度是指(    )。(A)箍筋外表面至梁表面的距离(B)主筋外表面至梁表面的距离(C)主筋截面形心至梁表面的距离(D)主筋内表面至梁表面的距离答案：(B)解析：梁中钢筋的混凝土保护层厚度是指主筋外表面至梁表面的距离。【例题10】混凝土平面楼盖按结构型式分类，主要可分为下列哪类?(    )(A)单(双)向板肋形楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖(B)钢筋混凝土楼盖、钢和钢筋混凝土组合楼盖、木楼盖(C)预应力楼盖、非预应力楼盖、部分预应力楼盖(D)现浇

14、楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖答案：(A)解析：混凝土平面楼盖按结构型式分类，主要可分为单(双)向板肋形楼盖、井式楼盖、密肋楼盖和无梁楼盖。第六讲  钢筋混凝土结构（2）【内容提要】单层厂房部分：组成与布置、柱、基础；多层及高层房屋部分：结构体系及布置、剪力墙结构、框剪结构、框筒结构设计要点；抗震设计的一般规定、构造要求。【重点、难点】多层及高层房屋部分的结构体系及布置、剪力墙结构、框剪结构、框筒结构设计要点；抗震设计的一般规定、构造要求。一、单层厂房(一)组成与布置结构组成：屋盖结构：分无檩和有檩两种体系，无檩体系系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋盖支撑)所组成；有檩体系由小型

15、屋面板、檩条、屋架(包括屋盖支撑)所组成。屋盖结构有时还设有天窗架、托架，屋盖结构起围护和承重双重作用。柱子：承受屋架、吊车梁、外墙和支撑传来的荷载。吊车梁：两端简支在柱子牛腿上，主要承受吊竖向和水平荷载。支撑：包括屋架、天窗架支撑和柱间支撑等，其作用是加强厂房的稳定性和空间刚度，起传递风荷载和吊车水平荷载或地震力的作用。基础：承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。围护结构：包括纵墙和横墙(山墙)及由墙梁、抗风柱(有时还有抗风梁及抗风桁架)和基础梁等组成的墙架，它们主要是承受墙体和构件的自重以及作用在墙上的风荷载。单层厂房结构布置：厂房平面布置：柱网布置首先满足生产工艺要求，其次应符合统一

16、模数，厂房跨度可选用9m、12m、15m、18m、24m、30m、36m、，柱距可选为6m、9m和12m。厂房应按规范要求设置变形缝。对于装配式钢筋混凝土排架结构，屋面板上部有保温或隔热措施且有墙体封闭时，其伸缩缝最大间距为100m，无墙体封闭而处于露天时，则为70m。单层厂房除非有特殊要求外，一般不设沉降缝。在地震区应按防震缝的要求做伸缩缝。变形缝处一般设置双排架。厂房剖面布置：柱高度按生产需要，主要是满足吊车轨顶要求，且符合模数。屋盖结构布置：优先采用无檩体系，选用预应力大型屋面板；有檩屋盖中，檩条常用T型、r型的钢筋混凝土檩条，或轻型钢檩条，檩条应布置在屋架节点上，檩条上布置小型屋面板或

17、其他瓦材。有天窗架时，一般从两端头算起的第二柱间开始布置，天窗架两端焊在屋架上。有抽柱时应沿纵向布置托架。支撑系统布置：支撑系统除加强厂房整体刚度和稳定性外，还可传递风荷载与吊车水平荷载。它可分为屋盖支撑和柱间支撑两大类。屋盖包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑与纵向水平系杆、天窗架支撑等。柱间支撑一般应布置在温度区段的中间。围护结构布置：厂房檐口标高8m、跨度12m时抗风柱可用砖壁柱，一般用钢筋混凝土抗风柱。圈梁、过梁、联系梁和基础梁应综合考虑，尽可能一梁多用，避免重复。(二)排架计算1排架计算的主要内容为：确定计算简图，此时应确定柱子的各段高度，假定柱截面尺寸，算

18、出各部分柱子截面惯性矩；各项荷载计算；在各项荷载作用下进行排架内力分析，求出各控制截面的内力值；内力组合，求出各控制截面的最不利内力。2计算假定：柱下端固接于基础顶面，横梁铰接在柱上。但当地基土质较差、变形较大或有比较大的地面荷载(如大量堆料)等，则应考虑基础位移和转动对排架内力的影响。横梁在排架平面内的轴压刚度为无限大，受力后不产生轴向变形。但对于下弦杆用圆钢或角钢的组合式屋架、二铰、三铰拱屋架，则应考虑其轴向变形对排架内力的影响。3排架的荷载计算：作用在排架上的荷载分永久荷载和可变荷载两类。永久荷载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重；吊车梁和轨道等零件重以及有时支承在柱牛腿上的围护结构等重量

19、。可变荷载一般包括屋面活载、吊车荷载、均布风载以及作用在屋盖支承处的集中风载等。4排架内力分析：单层厂房排架为超静定结构，它的超静定次数等于它的跨数。由结构力学知道，等高排架不论跨数多少，由于等高排架柱顶水平全部相等的特点，可由比位移法更为简捷的“剪力分配法”来计算。对于不等高排架则用力法计算要比位移法简便得多。5内力组合一般排架控制截面、荷载组合和内力组合按表6-6-1选用。排架控制截面、荷载组合和内力组合               

20、0;       表6-6-1(3)运输及吊装验算：构件采用平卧浇制时，采用半吊较为方便，平吊验算不能满足要求时，可采用翻身吊进行验算。(4)牛腿：根据牛腿所受竖向荷载作用点到牛腿根部的水平距离与牛腿有效高度的比值，可分为长牛腿和短牛腿。长牛腿按悬臂梁设计，短牛腿按变高截面深梁设计。（四）柱下单独基础设计在选定了地基持力层和基础埋置深度后，单独基础的设计主要有确定基础底面尺寸，验算和计算基础高度，计算底板配筋和进行构造处理几方面内容。 二、多层及高层房屋(一)结构体系及布置当建筑物高度增加时，水平荷载(风荷载及地震作用)对结

21、构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。图6-6-1是结构内力(N，M)或位移()与高度的关系，弯矩和位移都成指数曲线上升。多层和高层建筑结构都要抵抗竖向及水平荷载作用，但是在高层建筑中，结构要使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题。在地震区，地震作用对高层建筑的威胁也比多层建筑要大，抗震设计应受到加倍重视。多层和高层建筑抗侧力体系在不断的发展和改进，建筑高度也不断增高。现在，多层和高层建筑结构体系大约可分为四大类型：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构和简体结构，各有不同的适甩高度和优缺点。下文将介绍各种体系及其组成和布置。多层建筑可

22、以采用砖石和钢筋混凝土材料建造。高层建筑结构所用的材料，主要是钢筋混凝土和钢。钢结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工方便等优点。在钢材多的国家，很多都采用钢结构建造高层建筑。钢筋混凝土结构造价较低、材料来源丰富，便于做成各种形状，而且结构刚度大，耐火性能好。它的缺点是自重较大、抗震性能不如钢结构、建造高度也低于钢结构。近年来，开始采用高强混凝土，并且改进了结构体系，钢筋混凝土的建造高度也逐渐增加。  框架、剪力墙、框架一剪力墙结构体系是多层及高层建筑中传统的、广为应用的抗侧力体系；在高度较大的高层建筑中，利用结构空间作用，又发展了框架筒体结构、框筒结构、筒中筒结构及多筒结构等多种

23、抗侧力很好的结构体系。1框架结构体系当采用梁柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载时，称其为框架结构体系。它适用于多层及高度不大的高层建筑。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室餐厅、办公室及工业车间、实验室等，加隔墙后，也可做成小房间。框架结构的构件主要是梁和柱，可以做成预制或现浇框架，布置比较灵活，立面也可变化。通常，梁、柱断面尺寸都不能太大，否则影响使用面积。因此，框架结构的侧向刚度较小，水平位移大，这是它的主要缺点，并因此限制了框架结构的建造高度，一般不易超过60m。在抗震设防烈度较高的地区，高度更加受到限制。通过合理设计，框架结构本身的抗震性能

24、较好，能承受较大变形。但是，变形大了容易引起非结构构件(如填充墙、装修等)出现裂缝及破坏，这些破坏会造成很大经济损失，也会威胁人身安全。所以，如果，在地震区建造较高的框架结构，必须选择既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。否则，就要严格控制框架建造的高度。在北京，已建成了高18层、局部22层的现浇框架结构，采用了延性框架设计方法，并采用轻钢龙骨石膏板作隔断墙，外墙采用玻璃幕墙。通常根据使用要求和建筑布置确定的柱网和层高布置梁和柱。在高层建筑中，梁柱必须做成刚接。梁的跨度受到梁断面尺寸的限制。过大的梁断面会增加层高，是不经济的，对抗震也不利。柱断面的尺寸要根据所承受轴力和弯矩的大小确

25、定。在地震区，柱断面尺寸受到轴压比限制，不能过小。梁、柱布置要整齐、规则。图6-6-2列举了一些框架结构的平面布置形式。2剪力墙结构体系利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，称为剪力墙结构体系。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为38m。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑，此时可省去大量填充墙的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法，施工速度很快。现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形小。墙体截面积大，承载力要求比较容易满足。剪力墙的抗震性能也好。因此，它适宜于建造高层建筑，在1050层范围内都

26、适用，目前我国10-30层的高层公寓式住宅大多采用这种体系。由于它适合于建造住宅，我国许多58层住宅也都采用剪力墙结构体系。剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是剪力墙间距太小，平面布置不灵活，不适应于建造公共建筑，结构自重较大。为了减轻自重和充分利用剪力墙的承载力和刚度，剪力墙的间距要尽可能做大些，如做成6m左右。当把墙的底层做成框架柱时，称为框支剪力墙。底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，致使结构破坏。因此，在地震区不允许单独采用这种框支剪力墙结构。为了满足地震区住宅建筑需要底层商店或旅馆中底层需设置大的公用房间的要求，可做成部分剪力墙框支、

27、部分剪力墙落地的底层大空间剪力墙结构。在底层大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并使纵向、横向墙围成简体，在底层还要采取加大墙厚、提高混凝土强度等级等措施加大底层墙的刚度，使整个结构上下刚度差别减小。上部则应采用开间较大的剪力墙布置方案。因为框支剪力墙承受的剪力大部分要通过楼板传到落地剪力墙上，落地剪力墙之间的距离要加以限制(墙的距离与楼板宽度之比不超过3，抗震设计时不超过225)，同时还要加强过渡层楼板的整体性和刚性(底层大空间与上部剪力墙之间的楼板称过渡层楼板)，这层楼板应采用厚度较大现浇钢筋混凝土板。3框架-剪力墙及框架-筒体结构体系框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能

28、力较低，地震作用下变形大，但它具有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大，但限制了使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架-剪力墙结构。在北京饭店的结构平面图中可见，大多数剪力墙是单片式的分散布置形式，这种结构刚度比较小，建造高度一般在1020层。如果把剪力墙连在一起，做成井筒式，井筒的刚度和承载力都将大大提高，也增强了抗扭能力，因此，可以建造高达3040层的建筑。这种结构也称为框架一筒体结构。从受力和变形性能来看，它与框架-剪力墙结构相同，可统称为框架-剪力墙体系。在这种体系中，剪力墙(或筒体)常常担负大部分水平荷载

29、，结构总刚度加大，侧移减小。同时，由于框架和剪力墙协同工作，通过变形协调，使各层变形趋于均匀，改善了纯框架和纯剪力墙结构中上部和下部层间变形相差较大的缺点，因而在地震作用下可减少非结构构件的破坏。从框架本身看，上下各层柱的受力也比纯框架柱的受力均匀，因此，柱子断面尺寸和配筋都可比较均匀。无论从使用上，还是从受力、变形性能上看，框架剪力墙(简体)结构都是一种比较好的体系，在公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用。框架一剪力墙结构布置的要点是剪力墙的数量和位置。剪力墙的数量与结构体形、高度有关。剪力墙多一些，结构刚度大一些，侧向变形就小一些，可减少结构及非结构构件的破坏。但剪力墙太多，不仅会增加建筑

30、布置的困难，而且在地震作用下，刚度大则地震力也大，这是不利的，通常以保证结构侧向变形不超过规范规定的限制值为宜。也可以综合考虑地基、填充墙材料、装修要求、使用情况等加以适当调整。剪力墙布置可以灵活，但要考虑以下几点要求：(1)剪力墙布置以对称为好，可减少结构的扭转。在地震区，要求更加严格。当不能对称布置剪力墙时，也要使刚度中心尽量和质量中心接近，减少地震作用产生的扭转。(2)剪力墙应贯通全高，使结构刚度上下连续而均匀。(3)在层高不高的情况下，剪力墙可做成T形，形或L形，以充分发挥剪力墙的作用。在高度较大的建筑中，剪力墙布置成井筒，以加大结构的抗侧力的刚度和抗扭的刚度。这种布置方式还可以便框架

31、柱的布置灵活形成丰富多变的立面效果。(4)剪力墙靠近结构外围布置，可以增强结构的抗扭作用。但要注意，在同一轴线上分设在两端、相距较远的剪力墙，会限制两墙之间构件的收缩和膨胀，由此产生的温度应力可能造成不利影响。(5)在两片平行的剪力墙(或两个井筒)之间布置剪力墙时，两片墙之间的楼板在水平力作用下可能在平面内产生挠曲。对框架产生不利的影响要限制剪力墙(或井简)之间的距离与楼板宽度之比LB。剪力墙的间距不要超过表6-6-3所列的值，表中B为楼板宽度。4筒中筒结构体系当建筑超过4050层时，要采用抗侧力刚度更大的结构体系框筒结构或筒中筒结构体系。框筒通常放在建筑物的外围，由间距很密的柱与截面很高的梁

32、(称为窗裙梁)组成。这种密柱深梁结构，形式上缘框架，实质上是一个开了许多窗的简体，因此称为框筒，它靠空间的简体受力特性来抵抗水平力。在水平荷载作用下框筒柱所受的轴力分布，迎风面柱受拉，背风面柱受压，腹板框架柱则有拉有压。翼缘框架中各柱轴力分布并不均匀，愈靠近角部的柱所受轴力愈大。由于翼缘框架柱参加抵抗水平荷载，整个框筒像一个悬臂简体一样，它的刚度和承载力都很大。水平荷载下的楼板只是一个刚性隔板保持框筒的侧向稳定和侧向刚度，有如竹子中的竹节。楼板中板和梁则按照承受垂直荷载的要求进行设计。框筒可以作为抗侧力结构单独使用，称为框筒结构，它可形成很大的使用空间。为了减小楼板和梁在垂直荷载下的跨度，在房

33、屋内部需要设置一些柱子，这些柱子对抵抗侧向力几乎不起作用。在多数情况下，要使框筒与剪力墙组成的实腹内筒结合，形成筒中筒。内筒中布置楼梯、电梯、竖向管道等。内、外筒之间不再设柱，内筒、外简直接承受楼板传来的垂直荷载，并共同抵抗水平荷载，楼板除了承受垂直荷载以外，仍然可起刚性隔板的作用。这种布置方式有较大的灵活空间，使用合理，结构上也合理，适用于较高的建筑。框筒的柱距很密。大约1.23m，最大为4.5m；窗裙梁高度约为0.6l.2m，宽0.30.5m；一般窗洞面积不超过建筑立面面积的50；框筒的平面形状宜接近方形或圆形，长短边比一般不易超过2。通常，在结构总高和总宽之比H/B大于3时，才能充分发挥

34、框筒的作用。所以，在多层或较低的高层建筑中，不适于采用框简或筒中筒结构，而可以采用框架一简体结构，它在建筑布置和使用上与筒中简具有相同的优点，但可避免框简所需要的密柱深梁，使设计和施工大大简化。5多筒结构多筒结构可分为两类，一类是将多个简体合并在一起形成成束筒，一类是在简体之间用刚度很大的水平构件相互联系，成为巨形框架。成束筒的抗侧刚度比筒中筒结构更大，可以建造更高的高层建筑，目前世界上最高的美国芝加哥西尔斯大楼就是采用9个框筒合并在一起的成束筒体系，随着高度增加，筒的数目逐渐减少。巨形框架不是由普通梁柱组成的，而是用筒体作柱子，用高度很大(一层或几层楼高)的水平构件作梁，巨形框架梁可以隔若干

35、层设置一根。小框架不抵抗侧向力，主要承受各楼层竖向荷载，传到巨形梁上。巨形框架的抗侧刚度视简体及水平构件的刚度而定。(二)框架近似计算框架结构是一个空间受力体系，但在工程设计中，一般都简化为平面结构进行计算。平面框架的内力计算方法很多，如弯矩分配法、无剪力分配法、迭代法等均已在结构力学中作了介绍，但当结构跨数较多、层数较多时，用上述方法进行手算需耗费大量的人力，因此目前较多的是根据结构力学的基本原理编制电算程序，由计算机直接求出结构内力与位移以至各截面的配筋。但用电算方法需要相应的计算设备与计算软件，计算费用较高，特别是在初步设计阶段，为确定结构布置方案或构件截面尺寸，往往需要采用一些简单的近

36、似计算方法进行估算，以求既快又省的解决问题。下文主要介绍框架结构设计中常用的近似计算方法，包括竖向荷载作用下的分层法，水平荷载作用下的反弯点法和修正反弯点法(D值法)。1框架结构计算简图1)计算单元的确定一般情况下，框架结构是一个空间受力体系图6-6-3(a)。为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算图6-6-3(c)、(d)。取出来的平面框架承受图6-6-3(b)阴影范围内的水平荷载，竖向荷载则需要按楼盖结构的布置方案确定。在分析图6-6-3所示的各榀平面框架时，由于通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载

37、相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可；而作用于纵向框架上的荷载则各不相同。必要时应分别进行计算。2)节点的简化框架节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。框架节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点，这要根据施工方案和构造措施确定。在现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区(图6-6-4)。显然这时应简化为刚接节点。装配式框架结构则是在梁底和柱子的某些部位预埋钢板，安装就位后再焊接起来(图6-6-5)，由于钢板在其自身平面外的刚度很小，同时焊接质

38、量随机性很大，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动，因此常把这类节点简化成铰接节点图6-6-5()或半铰节点图6-6-5(b)。在装配整体式框架结构中，梁(柱)中的钢筋在节点处或为焊接或为搭接，并在现场浇注部分混凝土。节点左右梁端均可有效地传递弯矩因此可认为是刚接节点。当然这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值。框架支座可分为固定支座和铰支座，当为现浇钢筋混凝土柱时，一般设计成固定支座，当为预制柱杯形基础时，则应为构造揩施不同分别简化为固定支座和铰支座。(3)地震作用多层框架结构，当高度不超过40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法计算水平地震作用

39、。2框架结构的计算方法框架结构的内力及其侧移的计算，可以用计算机或手算来完成。1)计算机计算方法用计算机计算时，高层框架结构可以分别按平面框架和空间框架，采用矩阵位移法编出程序，由计算机进行内力与位移分析。现已有多种通用程序可供应用，只需将荷载和框架的几何尺寸等参数输入，则各杆件的内力、侧移、甚至各构件的截面面积与配筋量等都能一一算出。2)手算的近似计算方法用手算时，一般均采用近似的简化方法。(1)竖向荷载作用下框架内力近似计算在竖向荷载作用下框架内力可以采用分层法进行简化计算。分层法的基本简化假定如下：在竖向荷载作用下框架侧移的影响可忽略不计；每层梁上的荷载对其他各层梁、柱的影响忽略不计。按

40、上述假定，计算时可将每层框架梁连同上、下柱组成基本计算单元，梁与柱刚接，柱远端均视为固结，用弯矩分配法或其他方法(如迭代法)进行计算。在计算分配系数时，考虑支座转动的影响，除底层柱外，其他各层柱的线刚度均应乘以折减系数0.9，相应的传递系数为1/3(底层柱仍为1/2)。竖向荷载产生的梁固端弯矩只在本层进行弯矩分配，单元之间不再传递。梁的弯矩取分配后的数值；柱端弯矩取相邻两单元对应柱端弯矩之和。验算节点弯矩，如不平衡弯矩值偏大，可在该节点重新分配一次(不再传递)。(2)水平荷载作用下框架内力近似计算在风荷载和水平地震作用下的框架内力可以用D值法进行简化计算。(三)剪力墙结构设计1剪力墙结构的计算

41、1)剪力墙结构的计算方法高层剪力墙结构可以采用平面抗侧力结构的空间协同工作分析方法进行内力与位移计算。此时开口较大的联肢墙按壁式框架考虑；实体墙、整截面墙和整体小开口墙按其等效刚度作为单片墙考虑。布置较复杂的剪力墙宜按薄壁杆件系统进行三维空间分析，此时剪力墙肢作为开口空间薄壁杆件考虑，连梁作为空间杆件考虑。剪力墙结构也可以采用连续化方法、有限条法等方法计算。简化计算时，水平力可以按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进行单片剪力墙的计算。当剪力墙孔洞面积及墙面面积之比不大于0.16且孔洞净距及孔洞边至墙边距离大于孔洞长边尺寸时，可作为整截面悬臂构件；按平截面假定计算截面应力分布。其等效刚度可参考有关

42、文献。计算剪力墙的内力与位移时，可以考虑纵、横墙的共同作用。总墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。每一侧有效翼缘的宽度可取翼缘厚度的6倍、墙间距的一半和总高度的1/20中的最小值，且不大于至洞口边缘的距离。在双十字形和井字形平面的建筑中，核芯墙各墙段轴线错开距离不大于实体连接墙厚度的8倍，并且不大于2.5m时，整片墙可以作为整体平面剪力墙考虑；计算所得内力应乘以增大系数1.2，等效刚度应乘以折减系数O.8。当折线剪力墙的各墙段总转角不大于15º时，可按平面剪力墙考虑。3)整体小开口墙的内力与位移计算(1)整体小开口墙的内力整体小开口墙的内力可参考有

43、关公式计算，连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。(2)整体小开口墙的顶点位移由于洞口的削弱，小开口墙的位移比按材料力学计算的组合截面构件的位移增大20。具体计算公式可参考有关书籍。(3)小墙肢端部的附加局部弯矩剪力墙多数墙肢基本均匀，又符合整体小开口墙的条件，当夹有个别细小墙肢时，仍可按整体小开口墙计算内力，但小墙肢会产生显著的局部弯曲，使墙肢弯矩增大。这时，小墙肢端部应计算附加局部弯曲的影响，具体公式可参考有关文献。4)联肢墙内力与位移计算联肢墙内力与位移按连续方法计算，并采用以下假定：(1)连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替；(2)各墙肢的变形曲线相似；

44、(3)连梁和墙肢考虑弯曲和剪切变形；墙肢还应考虑轴向变形的影响。联肢墙内力与位移计算公式可见有关参考文献。5)壁式框架内力与位移计算壁式框架内力与位移计算与一般框架相同，只是对带刚域杆的刚度进行修正。将壁式框架带刚域杆件变为等效等截面杆件后，可采用D值法进行简化计算。壁式框架梁柱轴线由剪力墙连梁和墙肢的形心轴线决定，梁柱相交的节点区中，梁柱的弯曲刚度为无限大而形成刚域，刚域的具体形式可见有关参考文献。2剪力墙截面设计及配筋构造1)剪力墙墙肢截面承载力计算钢筋混凝土剪力墙应进行斜截面抗剪、偏心受压或偏心受拉、平面外竖向荷载轴心受压承载力计算。在集中荷载作用下，还应进行局部受压承载力计算。矩形、T

45、形、I形偏心受压剪力墙的正截面承载力、矩形受拉剪力墙的正截面承载力、墙肢斜截面受剪承载力计算公式可见有关参考文献。2)剪力墙配筋构造要求(1)墙身的分布钢筋剪力墙水平和竖向分布钢筋应满足表6-6-5的要求。加强区是墙体受力不利的部位和受温度影响较大的部位，这些部位有：剪力墙的顶层；剪力墙的底部加强区(加强区高度为墙肢总高度的八分之一、墙肢宽度和底层层高中的较大值)；楼梯间和电梯间墙；现浇端部山墙；内纵墙的端开间。一级抗震等级的剪力墙的所有部位和二级剪力墙的加强部位应采用双排钢筋，二级剪力墙一般部位、三级、四级和非抗震设计剪力墙加强部位宜采用双排钢筋。双排钢筋之间应采用拉筋连接，拉筋直径不小于6

46、，间距不大于700mm，拉筋应与外皮水平钢筋钩牢，底部加强部位的拉筋宜适当加密。(2)剪力墙端部钢筋剪力墙端部钢筋由大小偏心受压、偏心受拉承载力计算决定。 剪力墙的端部钢筋配置在离墙边1.52倍墙厚范围内；当钢筋多于4根时，应设钢箍和拉筋。(3)小墙肢的配筋剪力墙小墙肢(截面高度hw3bw的墙肢)，其截面配筋要求：抗震设计时，底部加强区竖向钢筋不少于0.015AC；其他部位不少于0.01 AC。非抗震设计时，竖向钢筋不少于0.008 AC，箍筋直径不少于 8，间距不大于150mm。 AC为小墙肢的截面面积。3剪力墙连梁截面设计及配筋构造要求1)剪力墙连梁的截面尺寸剪力墙连梁的截面尺寸

47、应符合下列要求：2)连梁的剪力设计值连梁的剪力设计值应按下列规定计算：  抗震设计，取考虑水平荷载组合的剪力设计值。    抗震设计，有关公式可见相关参考文献。3)连梁内力调整当联肢墙中某几层连梁的弯矩设计值超过其最大受弯承载力时，可降低这些部位的连梁弯矩设计值，并将其余部位的连梁弯矩设计值相应提高，以补偿减少的弯矩，满足平衡条件。经调整的连梁弯矩设计值，可均取为最大弯矩的连梁调整前弯矩设计值的80。4)连梁的受剪承载力计算连梁的斜截面受剪承载力，有关公式可见相关参考文献。5)连梁构造配筋要求连梁配筋构造要求如下：(1)设计时，连梁纵向钢筋的锚固、箍筋及水平分布筋

48、的设置应符合下列要求：梁上、下水平纵向钢筋伸人墙内的长度应Ia，且不应小于600mm；钢筋直径不应小于6mm，间距不大于150mm。在顶层连梁伸入墙体的钢筋长度范围内，应设置间距小于150mm的构造箍筋，构造箍筋的直径同该连梁的箍筋直径；跨高比In/h<2.5的连梁，在距连梁底边0.206h范围内，应设置配筋率小于0.25的水平分布筋。(2)抗震设计时，连梁纵向钢筋的锚固、箍筋及水平分布筋的设置应符合下列要求： 连梁上、下水平纵向钢筋伸入墙内的长度应IaE，并且伸人墙内长度不应小于600mm；连梁沿梁全长箍筋的构造要求应按有关规定对框架梁箍筋加密区的要求进行配置；顶层连梁锚入墙体内的纵向

49、钢筋长度范围内的箍筋设置及对跨高比In/h<2.5的连梁，距梁底0.20.6h范围内水平分布筋的设置要求同非抗震设计。(四)框架剪力墙结构设计1框架-剪力墙结构的计算1)框架-剪力墙结构计算的基本原则在水平荷载作用下，剪力墙呈弯曲变形，其曲线向下弯，顶端斜率最大；而框架呈剪切变形，其曲线向上弯，底部的斜率最大。当框架与剪力墙通过刚性楼板连接而相互作用、共同作用时，结构产生不同于框架和剪力墙的变形，其变形曲线在下部主要呈弯曲形，而上部主要呈剪切形。由于这一变形协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力分配沿高度在不断调整。因此，框架剪力墙结构的计算中应考虑剪力墙和框架两种类型结构的不同受力特点，按

50、协同工作条件进行内力、位移分析，不宜将楼层剪力简单地按某一比例在框架和剪力墙之间分配。框架结构中设置了电梯井、楼梯井或其他剪力墙型的抗侧力结构后，应按框架-剪力墙结构计算。2)框架-剪力墙结构的计算方法(1)简化的计算方法框架-剪力墙结构在竖向荷载作用下的内力，按各自柱距面积或间距范围内的荷载计算，其计算方法与框架结构、剪力墙结构相同。在水平荷载作用下手算的近似计算方法，是把各榀剪力墙和框架视作只能在其自身平面内受力的竖向平面结构，并且由它们共同承担水平荷载。分析时将结构用一个均匀的连续模型代替，其所有的框架和剪力墙具有共同的变形曲线，为此，采用下列假定：在整个高度上，框架和剪力墙的几何和力学

51、特性不变。剪力墙可由一个受弯悬臂构件代替，即仅产生弯曲变形。框架可由一个连续的受剪悬臂构件代替，即仅产生剪切变形。连接杆件可由水平刚性连接介质代替，它仅传递水平力并且使受弯和受剪悬臂构件的变形协调。根据上述基本假定，将结构单元内所有框架合并为总框架，所有剪力墙合并为总剪力墙。总框架与总剪力墙的刚度分别为各类构件单元刚度之和。通过解微分方程求出剪力墙(也就是框架)的侧移曲线，进而求得总剪力墙和总框架的内力及荷载，然后按各榀框架的等效抗侧刚度对总框架的剪力进行分配。同样，按各片剪力墙的等效刚度比例将总剪力墙的弯矩和剪力分配到每片剪力墙上。最后，进行单片框架和剪力墙计算。具体的计算公式和图表可见有关

52、参考文献。(2)框架-剪力墙结构刚度特征系数在上述确定框架一剪力墙结构中剪力墙的数量时和进行总剪力墙和总框架的荷载分配时都要引用结构刚度特征系数。的表达式如下：上式可以看出，是与剪力墙和框架刚度有关的一个参数，而框架-剪力墙结构变形曲线的形状是无量纲参数的函数，是代表框架-剪力墙的结构特性。(4)框架剪力的调整在地震作用下，结构进入弹塑性状态后会产生内力重分布，框架承受的地震力会增加。因此，抗震设计时，框架-剪力墙结构计算所得的框架各层总剪力Vf (即各框架柱剪力之和)，应按下列方法调整。为保证框架的安全，采用计算机计算时这项调整也必须进行。规则建筑中的楼层按下列方法调整框架总剪力。当屋面突出

53、部分也采用框架剪力墙结构时，突出部分框架的总剪力取本层框架部分计算值的1.5倍。按振型分解反应谱法计算时，调整在振型组合之后进行。各层框架总剪力调整后，按调整前后的比例调整各柱和梁的剪力和端部弯矩，柱轴向力不调整。2框架-剪力墙结构的截面设计框架-剪力墙结构中有框架及剪力墙两类构件，其截面设计方法分别与框架结构和剪力墙结构相同。框架。剪力墙结构中的剪力墙往往与梁柱连在一起，形成带边框剪力墙。周边有梁柱的现浇剪力墙，当剪力墙与梁柱有可靠连接时，其截面设计应采用一般剪力墙结构的截面设计方法，其主要竖向受力钢筋应配置在柱截面内。梁与墙为整体现浇时，不必对梁进行专门的截面设计，其钢筋可按构造要求配置。

54、1)截面尺寸要求梁的截面宽度bb2bw，截面高度bb3bw，bw为剪力墙厚度；边柱的截面宽度bc2.5 bw，截面高度hcbc；  剪力墙的厚度bc160mm，且不小于墙净高的1/20。剪力墙中线与墙端边柱中线宜重合，防止偏心；剪力墙周边仅有柱而无梁时，则应设置暗梁。非抗震设计时：剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不应小于0.2，直径不应小于8，且应双排配置。抗震设计时：剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不应小于025，直径不应小于8，间距不应大于300mm，且应双排配置。(五)框筒结构设计框筒与筒中筒结构应该按照空间结构分析其内力与位移。精确的空间计算工作量大，在工程应用时都要作一些简

55、化。由于简化的方法和程度不同，框筒和筒中筒结构的计算方法种类繁多，各有特点，下面介绍一些常见的方法。1)空间杆件有限元矩阵位移法将框筒的梁柱简化为带刚域杆件，按空间杆系方法求解，每个结点有6个自由度。将稿筒视为薄壁杆件，外筒与内筒通过楼板连接协同工作。通常假定楼板为平面内无限刚性板，忽略其平面外刚度，楼板的作用只是保证内外筒县有相同的水平位移，而楼板与简之间无弯矩传递关系。2)等效连续体法将框筒的四片框架用四片等效均匀的正交异性平板代替，形成一个等效实腹筒，求出平板内的双向应力后再回复到梁柱内力。内筒为实腹筒体，与外筒协调工作。通常通过弹性力学方法得到函数解，也可通过程序计算，程序较小。3)有

56、限条分法将外筒及内筒均沿高度划分成竖向条带，条带的应力分布用函数形式表示，条带连接线上的位移为未知函数，通过求解位移函数得到应力。这种方法比平面有限元方法大大减少了未知量，适于在较规则的高层建筑结构的空间分析中采用。外筒与内筒也通过无限刚性楼板连接协同工作。4)按平面结构方法分析矩形平面的框筒结构在水平荷载作用下的分析可简化为等效平面结构，然后按平面结构方法计算。这样可利用平面框架分析程序，比较方便。常用简化方法有以下两种。(1)翼缘展开法 具有对称轴的矩形平面框筒，将翼缘框架旋转 后，与腹板框架在同一平面内，成为平面框架。根据空间结构的受力特点，建立该平面框架的计算简图。腹板框架与一般平面框

57、类似，承受框架平面内的水平剪力与倾覆力矩，引起梁柱弯曲、剪切与轴向变形。翼缘框架的变形与内力则主要是由于角柱的轴向变形引起。可将角柱一分为二，其二属于腹板框架，其二属于翼缘框架，二者之间由一个虚拟的刚性剪切梁连接，该虚拟梁的剪切刚度很大，弯曲刚度及轴向刚度都很小，它只能传递剪力，可保证角柱的两半部分有相同的轴向变形。当框筒完全对称时，可取1/4框筒计算。此时，根据其变形特点选择边界约束，翼缘框架的中点水平位移和弯矩为零，竖向有位移，因而选用滚动支座。腹板框架中点的竖向位移为零，但有弯曲与水平位移，因而选用滚动铰支结点。应用本方法，可利用具有平面结构假定的协同工作计算程序进行内力及位移分析，也可

58、利用该方法进行大量计算后给出图表曲线，供初步设计时查用。(2)等代角柱法等代角柱法的基本思路与上述方法类似，但用一根等代角柱代替实际的角柱及翼缘框架的作用。等代的原则是等代角柱的轴向变形与原角柱相同，其轴力则为角柱及翼缘框架柱承担的轴力之和，即称为等代系数。在角柱上作用单位力，可计算各柱所受的轴力，即得到值。当角柱与其他各柱的面积比不同，或框架梁、柱线刚度比，或跨度、层高、总高度改变时，值都会改变。因此，要根据每个框筒的具体尺寸，直接用平面框架程序计算翼缘框架的值，得到等代角柱面积后，再计算带有等代角柱的腹板框架在水平荷载作用下的内力，最后将等代角柱的轴力按照比例分配到翼缘框架各个柱上。用本方

59、法计算时，也可在大量计算的基础上建立一些查找值的图表曲线。根据具体情况直接查得值及翼缘框架柱的轴力分配比例系数。这样，只需进行等代框架的内力分析，较为简单。2框筒结构的截面设计及配筋构造框筒结构的裙梁、柱及简体的混凝土强度等级不宜低于C225。其截面设计及构造措施，除满足以下规定外，还应满足框架结构的要求。框筒柱的正截面受弯承载力按双向偏心受压计算。角筒或角柱的受弯承载力计算按双向弯矩进行，且两个方向的偏心矩均不应小于相应边长的1/10。三.抗震设计要点1一般规定对于满足表6-6-6所示的最大高度范围内的现浇钢筋混凝土结构，抗震设计应满足下列要求。适用的房屋最大高度        表6-6-6 1)6度、7度和8度且房屋高度分别超过120m、lOOm和80m时，不宜采用有框支层的现浇抗震墙结构；9度时，不应采用。2)钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。3)规则结构宜符合下列各项要求：(1)房