多層及高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計

目錄第1章多層框架結(jié)構(gòu)§1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成與布置§1.2框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與側(cè)移計算的近似計算方法1.2.1概述與計算簡圖

1.2.2豎向荷載作用下的分層法

1.2.3水平荷載作用下的反彎點法和D值法

1.2.4框架結(jié)構(gòu)側(cè)移計算及限值§1.3多層框架內(nèi)力組合§1.4無抗震設(shè)防要求時框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計§1.5框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(6學(xué)時)1.5.1框架結(jié)構(gòu)的延性

1.5.2框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一般規(guī)定

1.5.3框架梁的抗震設(shè)計

1.5.4框架柱的抗震設(shè)計

1.5.5框架節(jié)點的抗震設(shè)計目錄第2章高層建筑結(jié)構(gòu)§2.1高層建筑的定義和發(fā)展§2.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置一般原則§2.3高層建筑結(jié)構(gòu)上的作用，受力特點及相關(guān)要求§2.4剪力墻結(jié)構(gòu)2.4.1單榀剪力墻分配的剪力

2.4.2剪力墻的受力特點與分類

2.4.3整截面剪力墻及整體小開口剪力墻內(nèi)力與位移計算

2.4.4雙肢剪力墻內(nèi)力與位移計算

2.4.5壁式框架剪力墻內(nèi)力與位移計算

2.4.6剪力墻截面設(shè)計及構(gòu)造要求§2.5框架-剪力墻2.5.1框架-剪力墻組成及受力特點

2.5.2框架-剪力墻的計算

2.5.3框架-剪力墻的結(jié)構(gòu)布置、截面設(shè)計及構(gòu)造要求第1章多層框架結(jié)構(gòu)§1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成與布置1.1.1多層框架結(jié)構(gòu)的組成框架結(jié)構(gòu)由梁、柱和節(jié)點（梁柱節(jié)點和支座）組成。1.1.2多層框架結(jié)構(gòu)布置二、承重框架布置

根據(jù)樓蓋的布置方式及豎向荷載傳遞途徑，承重框架的布置有以下三種：橫向框架承重、縱向框架承重.縱橫向框架混合承重

三、變形縫布置非地震區(qū)建筑物變形縫有伸縮縫（又稱溫度縫）和沉降縫，在地震區(qū)還需設(shè)置防震縫；在非地震區(qū)的沉降縫可兼作伸縮縫，僅設(shè)防震縫時，基礎(chǔ)可不分開，但在基礎(chǔ)處應(yīng)加強連接構(gòu)造。一、框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法

主要介紹框架結(jié)構(gòu)近似手算方法，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D值法。1.2.1框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法與計算簡圖§1.2框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與側(cè)移計算的近似計算方法（二）框架的計算簡圖

節(jié)點簡化：現(xiàn)澆鋼筋混凝土節(jié)點常簡化為剛性節(jié)點。

5.框架構(gòu)件的抗彎剛度EI：框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移計算前必須先計算梁、柱截面慣性矩，但應(yīng)考慮樓板的影響。梁節(jié)點附近，樓板受拉，樓板對梁的截面抗彎剛度影響較小，在梁跨中，樓板受壓，影響較大，但為了方便設(shè)計，假定梁I沿軸線不變。

現(xiàn)澆樓蓋：中框架取I=2.0I。邊框架取I=1.5I。

裝配整體：中框架取I=1.5I。邊框架取I=1.2I。

裝配式：框架取I=I。圖框架結(jié)構(gòu)的剛度取值（三）荷載計算作用于框架結(jié)構(gòu)上的荷載有豎向荷載和水平荷載。豎向荷載包括恒載和活載，一般為分布荷載，有時也為集中荷載。水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用，一般簡化為節(jié)點水平集中力。3風(fēng)荷載風(fēng)荷載定義：空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用稱為風(fēng)。風(fēng)荷載與基本風(fēng)壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，及建筑體型等諸因素有關(guān)。

2）風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值說明：按上式計算的風(fēng)載，再按節(jié)點負載面積換算為節(jié)點集中力；《高層混凝土規(guī)程》的補充規(guī)定《高層混凝土規(guī)程》的補充規(guī)定多層及高層房屋的風(fēng)荷載考慮風(fēng)振的情形

(1)H＞30m、H/B(窄邊寬度)＞1.5同時滿足(2)自振周期T1＞0.25s的高聳結(jié)構(gòu)(3)跨度＞36m的屋蓋高層建筑自振周期的確定《荷載規(guī)范》風(fēng)荷載的等效換算例題1.七層樓房的風(fēng)荷載計算條件：某七層框架結(jié)構(gòu)如圖所示，基本風(fēng)壓為

，地面粗糙度為A類。要求：在圖示風(fēng)向作用下，房屋橫向各樓層的風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值。2.十層樓房的風(fēng)荷載計算條件：某10層現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架－剪力墻辦公樓，平面及剖面如圖如圖所示，當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓為0.7kN／m2，地面粗糙度為A類。要求：建筑物各樓層的風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值。4水平地震作用水平地震作用計算方法有：底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法、時程分析法。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：高度不超過40m、以剪力變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布較均勻結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法計算。其計算方法：(1)底部剪力（地震影響系數(shù)由地震影響系數(shù)曲線上查得）(圖1.12)(2)各質(zhì)點水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值及各樓層水平地震層間剪力：(圖1.13)

1.2.2豎向荷載作用下的分層法一、分層法的計算假定

在豎向荷載作用下，多層多跨框架的側(cè)移忽略不計；每層梁上的荷載對其他各層梁的影響忽略不計；根據(jù)疊加原理，多層多跨框架在多層豎向荷載作用同時作用下的內(nèi)力，可視作各層豎向荷載單獨作用下的內(nèi)力疊加。即將框架的各層梁及上下柱作為獨立計算單元分層進行計算，分層計算所得的梁內(nèi)彎矩為梁在該荷載作用下的最后彎矩；每一柱的柱端彎矩取上下兩層計算所得彎矩和。(圖1.14)

分層法適合于節(jié)點梁柱線剛度比不小于3.0的結(jié)構(gòu)及豎向荷載沿高度分布均勻的多層框架結(jié)構(gòu)。1.2.3水平荷載作用下的反彎點法和D值法

風(fēng)或地震對框架結(jié)構(gòu)的水平作用，一般可簡化為作用于框架節(jié)點上的水平力。其定性的彎矩圖(圖1.19)為：各桿的彎矩圖是直線形，且一般都有一個反彎點.

反彎點定義：柱上彎矩為0的點。求出各柱反彎點位置及各柱分配到的層間剪力，則各梁、柱的內(nèi)力很容易計算。

二、D值法(修正的反彎點法)

反彎點法中首先假定(1)梁柱線剛度比為無窮大;(2)柱的反彎點高度為一定值.雖然簡化了計算，但也帶來了誤差。

在實際結(jié)構(gòu)中，梁柱線剛度比較接近，在抗震設(shè)計中可能梁的線剛度小于柱的線剛度，框架節(jié)點對柱的約束為彈性支座，不為固端(強柱弱梁），因此柱的側(cè)移剛度(D)應(yīng)修正，不僅與柱線剛度(ic)和層高(h)有關(guān)，還與梁的線剛度(ib)有關(guān)；柱的反彎點(y.h)與梁柱線剛度比(ib/ic)、上下層梁線剛度比(ibj+1/ibj)、上下層(hj+1,hj)高變化等有關(guān)。日本武藤清教授對反彎點法進行了修正。改進了柱的側(cè)向剛度和反彎點高度的計算方法。1)修正后的柱抗側(cè)剛度D式中α反映了梁柱線剛度比值對柱側(cè)向剛度的影響。按表3.6.2選用。當(dāng)框架橫梁的線剛度無窮大時，K趨近于無窮大，趨近于1，這即是反彎點法所假設(shè)的情況。§2.1高層建筑的定義與發(fā)展一、高層建筑的定義

第2章高層建筑結(jié)構(gòu)我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3—2010（簡稱“高規(guī)”）中規(guī)定：10層及10層以上或房屋高度大于28m的建筑物為高層建筑。1972年召開的國際高層建筑會議上，建議把高層建筑劃分為四類：第四類高層：40層以上(或高度超過100m)；§2.2高層建筑結(jié)構(gòu)體系與布置一般原則

一、高層建筑結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體和板柱-剪力墻幾種結(jié)構(gòu)體系。二、高層建筑結(jié)構(gòu)布置的一般原則1平面布置

我國《高規(guī)》給出的鋼筋混凝土高層建筑抗震平面布置的要求是：（1）平面宜簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心；（2）平面長度不宜過長，突出部分長度l不宜過大；L、l等值滿足限值要求；（3）不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。2豎向布置

高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免過大外挑或內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜上小下大、逐漸均勻變化。結(jié)構(gòu)沿豎向的強度宜均勻、連續(xù)、無突變。避免錯層和局部夾層。§2.3高層建筑結(jié)構(gòu)上的作用荷載，受力特點及相關(guān)要求

一、高層建筑結(jié)構(gòu)上的作用荷載

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中荷載及作用的計算方法與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計相同，如豎向荷載（恒載、活載）和水平作用（風(fēng)荷載、水平地震作用），與前面多層框架結(jié)構(gòu)類似。二、高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點

高層建筑結(jié)構(gòu)受力特點與多層建筑結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是：

側(cè)向力為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及造價的主要因素。隨層數(shù)的增加，柱子軸向變形和構(gòu)件截面剪切變形對結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移的影響不可忽略。

高層建筑結(jié)構(gòu)的軸力、彎矩和變形如圖所示。三、高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的限制

包括正常使用條件下水平位移限制和罕遇地震作用下抗震變形驗算。1正常使用條件下水平位移限制在正常使用條件下，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性狀態(tài)，并具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。《高規(guī)》規(guī)定：按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比△u／h宜符合以下規(guī)定：

(1)高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比△u/h從不宜大于下表的限值；結(jié)構(gòu)類型△u/h限值框架1/550框架-剪力墻、框架-核心筒、板柱－剪力墻1/800筒中筒、剪力墻1/1000框支層1/1000

(2)高度等于或大于250m的高層建筑,樓層層間最大位移與層高之比△u/h不宜大于1/500；

(3)高度在150～250m之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比△u/h的限值按第1款和第2款的限值線性插入取用。2.4.2剪力墻的受力特點與分類

剪力墻時常設(shè)有洞口（如門窗洞口或結(jié)構(gòu)洞口），將剪力墻分為墻肢和連梁。根據(jù)墻肢剛度與連梁剛度比、洞口的大小常將剪力墻分為四類：整體剪力墻：沒有門窗洞或只有少量很小的洞口（洞口面積與剪力墻面積之比≤16%）。整體小開口剪力墻：16%<洞口面積與剪力墻面積之比≤25%。雙肢剪力墻:剪力墻上開有一列或多列洞口，且洞口尺寸相對較大，剪力墻的受力相當(dāng)于通過洞口之間的連梁連在一起的一系列墻肢。壁式框架：聯(lián)肢墻中，如果開洞增大，使得墻肢剛度較弱，連梁剛度相對較強時，剪力墻的受力特征接近框架。§2.4剪力墻結(jié)構(gòu)2墻肢的受力特點與計算方法（1）沒有門窗洞口或只有很小的洞口，可以忽咯洞口的影響。這類剪力墻實際是一個整體的懸臂墻，符合平截面假定，正應(yīng)力為直線規(guī)律分布，可按材料力學(xué)公式計算應(yīng)力，這種墻叫整體剪力墻（圖a）；（2）當(dāng)門窗洞口稍大一些，墻肢應(yīng)力中已出現(xiàn)局部彎矩（圖b），但局部彎矩的值不超過整體彎矩的15％，可以認為截面變形大體上仍符合平截面假定，仍按材料力學(xué)公式計算應(yīng)力，然后加以適當(dāng)?shù)男拚＿@種墻叫整體小開口剪力墻。（3）開有一排較大洞口的剪力墻叫雙肢剪力墻（圖c），開有多排較大洞口的剪力墻叫多肢剪力墻（圖d）。由干洞口開得較太，截面的整體性已經(jīng)破壞。正應(yīng)力分布較直線規(guī)律差別較大。這時可采用連續(xù)化方法求解，其優(yōu)點是可得到解析解，且精度基本滿足要求。不足之處在于，假定條件較多，使用范圍受限。（4）如果剪力墻洞口更大，且屬于連梁剛度很大、墻肢剛度較弱的情況，已接近框架的受力特性，稱為壁式框架。可采用修正D值法進行計算。2.4.6剪力墻截面設(shè)計

剪力墻在豎向荷載和水平荷載作用下，在墻肢和連梁內(nèi)將產(chǎn)生軸力、彎矩和剪力。

在進行剪力墻截面設(shè)計時：墻肢按偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件，分別進行(1)正截面及(2)斜截面承載力計算。

連梁可按受彎構(gòu)件計算，由于樓蓋結(jié)構(gòu)的作用，連梁內(nèi)的軸力可忽略不計。對處于小偏心受壓狀態(tài)墻肢，尚應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件驗算其墻體平面外穩(wěn)定性。在集中荷載作用下，墻內(nèi)無暗柱時還應(yīng)驗算其局部受壓承載力。在地震區(qū)，剪力墻除了必須保證有足夠的承載力外，特別應(yīng)保證有足夠的延性，以提高整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。剪力墻墻肢常考慮翼緣的作用，在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻常與梁柱連成一體，形成帶連框剪力墻。因此，剪力墻墻肢常按T形或I形截面進行設(shè)計。墻肢連梁正截面承載力計算斜截面承載力計算正截面承載力計算斜截面承載力計算設(shè)計內(nèi)容一、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)的變形與受力特征1.在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架和剪力墻同時承受豎向荷載和側(cè)向力。在豎向荷載作用下，框架和剪力分別承擔(dān)其受荷范圍內(nèi)的豎向力，受荷范圍的確定與樓蓋結(jié)構(gòu)