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1、混凝土结构设计第四章高层建筑结构山东大学期末考试知识点复习山东大学 期末考试 知识点复习 第四章 高层建筑结构 1412 内容总结 1高层建筑的受力特点 高层建筑结构受力特点与多层建筑结构的主要区别是侧向力成为影响结构内力、结构变形的主要因素。随着建筑高度的增大，水平荷载效应逐渐增大。柱内轴力随着层数的增加而增大，可近似地认为轴力与层数呈线性关系；在水平向的均布荷载作用下，在结构底部所产生的弯矩与结构高度成平方关系；结构顶部的侧向位移与高度的四次方成正比(图14一1)。上述弯矩和侧向位移常常成为决定结构方案、结构布置及构件截面尺寸的控制因素，即 2常用的高层建筑结构体系及其特点 (1)框架结构
2、 框架结构由线形杆件梁柱所构成(图142a)，框架结构为建筑提供灵山东大学 期末考试 知识点复习 活布置的室内空间。由于它的构件截面小，抗震性能较差，刚度较低，在强震下容易产生震害，因此它主要用于非抗震设计、层数较少的建筑中。按照抗震设计的钢筋混凝土延性框架结构，除必须加强梁、柱节点的抗震措施外，还要注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接，避免框架过大变形时填充墙的损坏。 (2)剪力墙结构 用钢筋混凝土剪力墙承受竖向荷载和抵抗水平力的结构称为剪力墙结构(图142b)。现浇钢筋混凝土结构的整体性好、抗侧刚度大、承载力大，在水平力作用下侧移小。经过合理设计，能设计成抗震性能好的钢筋混凝土延性剪力墙
3、。剪力墙结构中，剪力墙的间距小，平面布置不灵活，建筑空间受到限制是它的主要缺点。由于自重大、刚度大，使剪力墙结构的基本自振周期短、地震惯性力较大。因此，高度很大的剪力墙结构并不经济。 (3)框架一剪力墙结构 框架剪力墙结构兼有框架结构布置灵活、延性好的优点和剪力墙结构刚度大、承载力大的优点。由于框架、剪力墙的协同受力，在结构的底部框架侧移减小，在结构的上部剪力墙的侧移减小，侧移曲线兼有这两种结构的特点，称为弯剪型。弯剪型变形曲线的层间变形沿建筑高度比较均匀，均小于框架和剪力墙单独抵抗水平力时的层间变形，适合用于较高的建筑(图142c)。 (4)简体结构 随着建筑层数、高度的增加和抗震设防要求的
4、提高，以平面工作状态的框架、山东大学 期末考试 知识点复习 剪力墙来组成高层建筑结构往往不能满足抗侧要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形筒；加密框架柱子，并增强梁的刚度，以形成空间整体受力的框筒。由一个或多个筒体为主要抵抗水平力的结构称为简体结构。通常简体结构有： 框架核心筒结构(图143a)，中央布置剪力墙薄壁筒，由它承受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架。这种结构的受力特点类似于框架一剪力墙结构。 筒中筒结构(图14-3b)，由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒是由密柱组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门窗洞口面积小，因而框筒的工作不同于普通平面框
5、架，而有很好的空间整体作用和抗风抗震性能。 多筒体结构(图14-3c)，在平面内布置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小。这多用于平面形状复杂的建筑中，也常用于加强角部。 (5)巨型结构 由若干个巨大的柱子以及巨大的桁架梁组成的框架结构。巨形梁一般每隔若干个自然层设一道。梁截面一般占12层高，组成巨型框架为一级结构，承受主要的水平和竖向荷载；其余的楼面梁柱组成二级结构，它只将楼面荷载传递到一级结构上去。这样二级结构的梁柱截面可以做得很小，增加建筑布置的灵活性和有效使用面积(图144)。 山东大学 期末考试 知识点复习 3结构布置的要求和规定 (1)平面结构布置 结构平面布置必须考虑有利于抵抗水
6、平和竖向荷载，受力明确、传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。抗震结构平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面。但更重要的是结构平面布置时要尽可能使平面刚度均匀，所谓平面刚度均匀就是“刚度中心”与“质量中心”靠近，减小地震作用下的扭转。 平面刚度是否均匀是地震是否造成扭转的重要原因，而影响刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置，剪力墙集中布置在结构平面的一端是不好的，大刚度抗侧力单元集中布置在某一侧的结构在地震作用下扭转大，对称布置剪力墙、井筒有利于减少扭转。周边布置剪力墙，或周边布置刚度很大的框筒，或在角部布置角筒都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转。为了减少地震作用下的
7、扭转，还要注意平面上质量分布，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边也会加大扭转。 对于有些平面上有突出部分的建筑，例如L形、T形、H形的平面，即使总体平面对称，还会表现出局部扭转。因此，一般不宜设计突出部分过长的L形、T形、H形平面，突出部分长度较大时可在其端部设置刚度较大的剪力墙或井筒，以减少突出部分端部的侧向位移，可减少局部扭转。 (2)竖向结构布置 结构宜做成上下等宽或由下向上逐渐减小的体形，更重要的是结构的抗侧刚山东大学 期末考试 知识点复习 度应当沿高度均匀，或沿高度逐渐减小。实际工程中沿竖向刚度突变由于下述两个原因：抗侧力结构(框架、剪力墙和筒体等)的突然改变布置；结构的竖向体形突变
8、。 抗侧力结构布置改变的情况包括：底层或底部若干层由于取消一部分剪力墙或柱子；在某个中间楼层抽去剪力墙，或在某个楼层设置刚度很大的实腹梁作为加强或转换构件(架构的加强层或转换层)。楼层的刚度突然减小或突然增大都会使该层及其附近楼层的地震反应(位移和内力)发生突变而产生危害。 由于竖向体形突变而使刚度削弱有下面几种：建筑物立面有较大收进或顶部有小面积的突出小房间造成建筑立面体形沿高度变化，或者为了加大建筑空间而顶部减少剪力墙等，都可能使结构顶部少数层刚度突然变小，这可能加剧地震作用下的鞭梢效应，顶部的侧向甩动变形也会使结构遭受破坏。 (3)结构高宽比 高层建筑中控制侧向位移常常成为结构设计的主要
9、矛盾，而且随着高度增加，倾覆力矩也将迅速增大，而高宽比是结构刚度、整体稳定、承载力和经济合理性的宏观控制要素。一般将结构的高宽比HB限制在5-6以下，H是指建筑物檐口高度，B是指建筑物平面的短方向宽度。当然，如果选择适当的结构体系，进行合理的结构布置，并采用可靠的构造措施，高宽比限制可以有所突破。规范中高层建筑高宽比的限值见表14-1和表14-2。 山东大学 期末考试 知识点复习 142重点讲解和难点分析 1421结构布置的不规则问题 平面简单、规则对称以及构件沿高度布置连续、均匀的结构，其地震反应相对比较简单，计算结果能较好地反映结构的受力状态。在实际工程中，由于使用功能、建筑艺术及城市规划
10、等需要，平面和竖向不规则的高层建筑是难以避免的。对严重不规则的结构，除了进行弹性计算分析外，还对结构进行静力弹塑性分析、弹塑性时程分析。通过弹塑性分析，发现结构的薄弱部位，揭示结构构件屈服、出现塑性铰的过程，可以有针对性地采取加强措施。平面不规则的类型包括：扭转不规则、楼板凹凸不规则和楼板局部不连续，见表143并如图145所示；竖向不规则的类型包括：抗侧刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变，见表14-4并如图146所示。 山东大学 期末考试 知识点复习 1422剪力墙结构 山东大学 期末考试 知识点复习 1剪力墙结构布置的要求和规定 (1)剪力墙应在纵、横两个方向上都有布置，以承受
11、任意方向的侧向力(图147)。抗震设计中的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式，以使其具有较好的空间工作性能，并宜使两个方向抗侧刚度接近。剪力墙要均匀布置，数量要适当。剪力墙配置过多时，墙体材料强度得不到充分利用，抗侧刚度过大，会使地震力加大，自重加大，并不有利。 (2)剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙的竖向刚度应均匀，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。要避免使墙肢刚度相差悬殊的洞口布置。抗震设计时一、二、三级抗震等级剪力墙的底部不宜采用错洞墙(见图14-8a)；一、二、三级抗震等级剪力墙均不宜采用叠合错洞墙(见图14-8b)。剪力墙洞口的布置，会极大地影响剪
12、力墙的力学性能。规则开洞，洞口成列、布置成排，能形成明确的墙肢和连梁，应力分布比较规则，又与当前普遍应用程序的计算简图较为符合，设计计算结果安全可靠。错洞剪力墙应力分布复杂，计算、构造都比较复杂和困难。当无法避免错洞布置时，应该按有限单元方法进行计算分析。 山东大学 期末考试 知识点复习 (3)剪力墙布置时要注意单榀剪力墙的长度不宜过大。因为如果剪力墙的长度大，会导致刚度迅速增大，使结构自振周期过短，地震作用力加大；另一方面，低而宽的剪力墙墙肢容易发生脆性的剪切破坏。为了避免剪力墙过长，较长的剪力墙宜开设洞口，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱梁连接，每个独立墙段的总高度与其墙段长
13、度之比不应小于2。墙肢墙段长度不宜大于8m。 (4)剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。剪力墙的布置对结构的抗侧刚度有很大影响，剪力墙沿高度不连续，将造成结构沿高度刚度突变。 (5)应控制剪力墙平面外的弯矩，以保证剪力墙平面外的稳定性。当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应至少采用以下措施中的一个，以减少梁端部弯矩对墙的不利影响，如图149所示： (a)沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗墙肢平面外弯矩(图14-9a)； (b)当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁相交处设置扶壁柱，扶壁柱宜按计算确定截面及配筋(图149b)； (c)当不能设置扶壁柱时，应在墙与梁相交处设置
14、暗柱，并宜按计算确定配筋(图149c)； (d)必要时，剪力墙内可设置型钢(图14-9d)。 剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外产生弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外的刚度及承载力。为了保证剪力墙平面外的安全，上述山东大学 期末考试 知识点复习 措施均可增大墙肢抵抗平面外弯矩的能力。 (6)不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。楼板主梁支承在连梁上时，主梁端部约束达不到要求，同时对支承梁不利，因此要尽量避免。 2剪力墙的分类 剪力墙根据有无洞口、洞口大小和位置以及形状等可分为三类：整截面墙，整体小开口墙，联肢
15、墙，如图1410所示。 (1)整截面墙，包括没有洞口的实体墙，其受力状态如同竖向悬臂构件。当剪力墙高宽比较大时，受弯变形后截面仍保持平面，法向应力呈线性分布。 (2)整体小开口墙，即洞口稍大的墙，截面上的法向应力接近线性分布，可看成整体弯矩直线分布应力和局部弯曲应力的叠加。墙肢的局部弯矩一般不超过总弯矩的15，且墙肢在大部分楼层没有反弯点。 (3)联肢墙，这种墙的洞口更大，使连梁刚度比墙肢刚度小得多，连梁中部有反弯点，各墙肢单独作用较显著，可看成是若干单肢剪力墙由连梁连接起来的剪力墙。 3剪力墙的受力特点 由于各类剪力墙洞口大小、位置及数量的不同，在水平荷载作用下其受力特点也不同。这主要表现为
16、两点：一是各墙肢截面上的正应力分布；二是沿墙肢高度方向上弯矩的变化规律，如图14一ll所示。 山东大学 期末考试 知识点复习 (1)整截面墙的受力状态如同竖向悬臂梁，截面正应力呈直线分布，沿墙的高度方向弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲形为主。 (2)独立悬臂墙是指墙面洞口很大，连梁刚度很小，墙肢的刚度又相对较大时，即值很小。此时连梁的约束很弱，犹如铰接在墙肢上的连杆，每个墙肢相当于一个独立悬臂梁，墙肢轴力为零，各墙肢自身截面上的正应力呈直线分布，弯矩图既不发生突变也无反弯点，变形曲线以弯曲形为主。 (3)整体小开口墙的洞口很小，连梁刚度很大，墙肢刚度又较小时，即口值很大。此时连
17、梁的约束作用很强，墙的整体性很好。水平荷载作用产生的弯矩主要由墙肢的轴力负担，墙肢弯矩较小，弯矩图有突变，但基本上无反弯点，截面正应力接近直线分布，变形曲线仍以弯曲形为主。 (4)双肢墙介于整体小开口墙和独立悬臂墙之间，连梁对墙肢有一定的约束作用，墙肢弯矩图有突变，并且在顶部某些楼层有反弯点存在，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布，变形曲线为弯曲形。 由以上可知，由于连梁对墙肢的约束作用，使墙肢弯矩产生突变，突变值的大小主要取决于连梁与墙肢的相对刚度比。 4剪力墙结构的设计要点 钢筋混凝土剪力墙的设计要求是：在正常使用荷载及风载、小震作用下，结构应处于弹性工作状态，裂缝宽度不能过
18、大；在中等强度地震作用下，允许进入弹塑性状态，必须保证在非弹性变形的反复作用下，有足够的承载力、延性及良好山东大学 期末考试 知识点复习 吸收地震能量的能力；在强烈地震作用下，剪力墙不允许倒塌。 (1)剪力墙墙肢的设计要点 剪力墙结构中，墙肢对结构的安全与否是至关重要的，根据试验研究，我国规范提出了加强墙肢的一些措施，例如剪力墙要满足最小厚度要求、强剪弱弯要求、轴压比和剪压比限制要求，墙肢要设置约束边缘构件或构造边缘构件，墙肢内设置的分布钢筋不能小于最小配筋率，保证墙肢平面外的稳定与承载力等。 1)剪力墙截面的最小厚度 墙肢的厚度除了应满足承载力的要求外，还要满足稳定和避免过早出现剪切裂缝的要
19、求。通常把稳定要求的厚度称为最小厚度，通过构造要求设定。 实际结构中，楼板是剪力墙的侧向支承，可防止剪力墙由于侧向变形而失稳，与剪力墙平面外相交的剪力墙也是剪力墙的侧向支承，也可以防止剪力墙平面外失稳。因此，剪力墙最小厚度由楼层高度和无支长度(与该剪力墙平面外相交的剪力墙之间的距离)两者中的较小值控制。层高较小时，由层高确定墙厚度，反之，由无支长度确定墙厚度；如果剪力墙只有上、下楼板支承，则必须按照楼层高度确定剪力墙最小厚度。规范规定剪力墙的最小厚度不应小于表145的要求，取两个要求中数值较大者。 2)强剪弱弯 剪力墙都是在底部弯矩最大，底截面可能出现塑性铰，底截面钢筋屈服以后由于钢筋和混凝土
20、的粘结力破坏，钢筋屈服范围扩大而形成塑性铰区。塑性铰区也是剪力最大的部位，斜裂缝常常在这个部位出现，且分布在一定范围，反复荷山东大学 期末考试 知识点复习 载作用就形成交叉裂缝，可能出现剪切破坏。在塑性铰区要采取加强措施，称为剪力墙的加强部位。一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的18和底部两层的较大者，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的110。由于剪力墙截面高度较大，腹板厚度小，对剪切变形比较敏感，为了避免脆性的剪切破坏，应该按照强剪弱弯的要求设计剪力墙墙肢，也就是在加强区要采用比受弯承载力更大的剪力设计值计算抗剪钢筋。规范采用的方法是将剪力墙加强部位
21、的剪力设计值V增大，达到强剪弱弯的目的。 3)剪压比限制 验表明，剪压比超过一定值时，将较早出现斜裂缝，增加横向钢筋并不能有效提高其受剪承载力，很可能在横向钢筋未屈服的情况下，墙肢混凝土发生斜压破坏，或发生受弯钢筋屈服后的剪切破坏。为了避免这些破坏，应按照下列公式限制墙肢剪压比，剪跨比较小的墙(矮墙)，限制应更加严格。当剪压比超过限制值时，应增加墙的厚度或提高混凝土强度等级，实际上限制剪压比就是要求剪力墙截面达到一定厚度。 山东大学 期末考试 知识点复习 限制轴压比数值，以保证剪力墙的延性要求，见表146。当剪力墙的轴压比虽未超过表146的限制值，但是轴压比又比较高时，在墙肢边缘应力较大的部位
22、用端部竖向钢筋和箍筋组成暗柱或明柱，称为边缘构件，边缘构件内的混凝土是约束混凝土，它是提高墙肢端部混凝土极限压应变、改善剪力墙延性的重要措施。边缘构件又分为约束边缘构件和构造边缘构件两类，当边缘的压应力较高时采用约束边缘构件，其约束范围大，箍筋较多，对混凝土的约束较强；当边缘的压应力较小时，采用构造边缘构件，其箍筋较少，对混凝土约束程度较差，表147是规范关于边缘构件设置的要求。 剪力墙的约束边缘构件的几种形式见图1412，图中阴影所示为约束边缘构件范围。约束边缘构件的主要措施是加大边缘构件的长度lc及其体积配箍率v，体积配箍率v由配箍特征值v计算，约束边缘构件沿墙肢方向的长度lc和箍筋配箍特
23、征值v宜符合表148的要求。 山东大学 期末考试 知识点复习 lc为约束边缘构件沿墙肢长度方向的长度，不应小于表148中数值、15bw和450mm三者的较大值(表中hw为剪力墙墙肢长度)；有翼墙或端柱时尚不应小于翼墙厚度或端柱沿墙肢方向截面高度加300mm；翼墙长度小于其厚度3倍或端柱截面边长小于墙厚2倍时，视为无翼墙或无端柱。 v为约束边缘构件的配箍特征值，体积配箍率v应按下式计算： 实际上，约束边缘构件配箍特征值的大小应与剪力墙轴压比水平有关。当墙肢轴压比较大且接近表146限值时，约束边缘构件的配箍特征值v按表148采用；当墙肢轴压比较小时，约束边缘构件的配箍特征值v可根据实际情况适当降低
24、，但不应小于01。 山东大学 期末考试 知识点复习 剪力墙构造边缘构件按构造要求配置，构造边缘构件的范围见图1413。首先，无论哪种情况，构造边缘构件的纵向钢筋都应满足受弯承载力要求。同时构造边缘构件的最小配筋宜符合表149的规定(因为一、二级抗震等级剪力墙的底部加强部位要求约束边缘构件，表中无构造要求钢筋用量)，其中钢筋用量的截面面积Ac取表中的阴影部分计算。 5)墙肢截面承载力计算 钢筋混凝土剪力墙属于偏心受压或偏心受拉构件，应进行平面内的斜截面受剪偏心受压或偏心受拉、平面外轴心受压承载力计算。在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应进行局部受压承载力计算。一般情况下主要验算剪力墙平面内的承载力
25、，当平面外有较大弯矩时，也应验算平面外的抗弯承载力。偏心受力计算以及斜截面计算可以参考前面章节。这里有几点需要说明： 一级抗震等级的剪力墙，应按照设计意图控制塑性铰的出现部位，在其他部山东大学 期末考试 知识点复习 位则应保证不出现塑性铰，因此，规范规定，对一级抗震等级的剪力墙各截面的弯矩设计值，应按图1414所示计算调整：对于底部加强部位及其上一层应按墙底截面组合弯矩计算值采用，其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的12倍采用。 对于双肢剪力墙，如果有一个墙肢出现小偏心受拉，该墙肢可能会出现水平裂缝而失去抗剪能力，则外荷载产生的剪力将全部转移到另一个墙肢，导致其抗剪承载力不足，因此在双肢剪力墙中墙
26、肢不宜出现小偏心受拉，当墙肢出现大偏心受拉时，墙肢会出现裂缝，使其刚度降低，剪力将在两墙肢中进行重分配，此时，可将另一墙肢按弹性的弯矩设计值和剪力设计值乘以增大系数125，以提高其抗剪承载力。 规范规定按一级抗震等级设计的剪力墙，要防止水平施工缝处发生滑移。考虑了摩擦力的有利影响后，验算水平施工缝处的竖向钢筋是否足以抵抗水平剪力，其受剪承载力应符合下列要求： (2)连梁设计要点 连梁对于联肢剪力墙的刚度、承载力、延性等都有十分重要的影响，它也是实山东大学 期末考试 知识点复习 现剪力墙二道设防设计的重要构件。连梁两端承受反向弯曲作用，截面厚度较小，是一种对剪切变形十分敏感、且容易出现斜裂缝和容
27、易剪切破坏的构件。设计连梁的特殊要求是：在小震和风荷载作用的正常使用状态下，起着联系墙肢且加大剪力墙刚度的作用，它承受弯矩和剪力，不能出现裂缝；在中震作用下它应该首先出现弯曲屈服，耗散地震能量；在大震作用下，可能、也允许它剪切破坏。 1)剪压比 研究表明，在普通配筋连梁中，改善屈服后剪切破坏性能、提高连梁延性的主要措施是控制连梁的剪压比。若连梁截面的平均剪应力过大，箍筋就不能充分发挥作用，连梁就会发生剪切破坏，尤其是连梁跨高比较小的情况。为此应限制连梁截面的平均剪应力。连梁截面尺寸应符合下列要求： 无地震作用组合时 2)强墙弱梁 为了得到较为理性的延性剪力墙结构，需要设计“强墙弱梁”的联肢剪力
28、墙，首先要保证墙肢不过早出现脆性的剪切破坏，应设计延性的墙肢；其次应使连梁屈服早于墙肢屈服；同时尽可能避免连梁中过早出现脆性的剪切破坏，即要设计延性的连梁。这样当连梁屈服以后，可以吸收地震能量，同时又能继续起到约束墙肢的作用，使联肢墙的刚度和承载力均维持在一定水平。如果部分连梁剪坏或全部剪坏，则墙肢间约束将削弱或全部消失，使联肢墙退化为两个或多个独立墙肢，结构的刚度会大大降低，承载力也将随之降低。 为了使连梁首先屈服，可对连梁中的弯矩进行调幅，降低连梁弯矩，按降低后弯矩进行配筋，使连梁抗弯承载力降低，从而使连梁较早出现塑性铰，改善整个剪力墙结构的延性。降低连梁弯矩可以通过以下方法进行： 山东大
29、学 期末考试 知识点复习 在进行结构弹性内力分析时，将连梁刚度进行折减，就可以减小连梁的弯矩和剪力值。折减系数不能小于O5。这种方法与一般弹性计算方法并无区别，且可以自动调整墙肢内力，比较简便。 用弹性分析所得的内力进行内力调幅，按调幅以后的弯矩设计连梁配筋。一般是将中部弯矩最大的连梁的弯矩调小，调幅大约在20以内。中部连梁的弯矩设计值降低以后，其余部位的连梁和墙肢弯矩设计值应相应的提高以维持静力平衡，如图1415所示。 无论哪一种方法，如果与弹性内力相比，连梁弯矩降低得愈多，就愈早出现塑性铰，塑性转动也愈大，对连梁的延性要求就愈高。所以应当限制连梁的调幅值，同时注意应使这些连梁能承受正常使用
30、荷载和风荷载作用下的内力，钢筋不能在这些内力下屈服。 3)强剪弱弯 无地震作用组合，以及四级抗震等级时，可直接按水平风荷载或水平地震作用组合的剪力设计值设计连梁配筋。其他抗震等级时，要使连梁具有延性，还要按照“强剪弱弯”的构件设计要求，使连梁的剪力设计值等于或大于连梁的抗弯极限状态相应的剪力，应将连梁的剪力设计值进行调整，即将连梁的剪力设计值乘以增大系数。 有地震作用组合的一、二、三级抗震等级时，连梁的剪力设计值应按下式进山东大学 期末考试 知识点复习 行调整： 4)连梁配筋 为了使连梁具有足够的延性，交叉配筋是一种有效的配筋方式。试验表明，具有交叉配筋的连梁剪力墙的耗能性能好、延性好。在普通
31、配筋的连梁中，要依靠混凝土传递剪力，反复荷载作用下混凝土会被挤压破碎，连梁便失去了承载力；而交叉配筋的连梁中，连梁的剪力由交叉斜撑承担，交叉斜撑起拉、压杆作用，形成桁架传力途径，混凝土虽然破碎，桁架仍然能够继续受力，对墙肢的约束仍起作用。 交叉配筋连梁的构造要求高，其配筋构造见图1416，为防止斜筋压屈，必须用矩形箍筋或螺旋箍筋与斜向钢筋绑在一起，成为既要受拉、又要受压的斜撑杆。因此，配置交叉斜撑的连梁厚度不能小于300mm，交叉斜撑还必须伸入墙体并有足够的锚固长度，同时也还要配置横向和竖向钢筋，形成网状配筋，防止混凝土破碎后掉落。 山东大学 期末考试 知识点复习 1423框架一剪力墙结构的设
32、计要点 框架一剪力墙结构中有框架也有剪力墙，在结构布置合理的情况下，可以同时发挥两者的优点并克服其缺点，即既具有较大的抗侧刚度，又可以形成较大的使用空间，而且两种结构形成两道抗震防线，对结构抗震有利，因此，框架一剪力墙结构在实际工程中得到广泛地采用。 1框架一剪力墙的受力性能 框架剪力墙中的框架和剪力墙的受力性能和变形特性都不同。剪力墙抗侧刚度较大，相比之下，框架的抗侧力刚度则较小。剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，在水平荷载作用下，剪力墙结构的变形曲线呈弯曲形，越向上侧移增加越大。框架的变形曲线为剪切型，越向上挠度增加越慢。在框架剪力墙结构中，平面内刚度很大的楼板把框架和剪力墙连接在一起，它们各自不
33、再自由变形，而在同一楼层上必须保持相同位移，其变形曲线呈弯剪型，介于剪力墙结构和框架结构的变形曲线之间，如图1417所示。 山东大学 期末考试 知识点复习 在结构的下部楼层，剪力墙位移较小，框架位移较大，前者拉着后者按弯曲型变形，剪力墙承受大部分水平力；上部楼层则相反，剪力墙位移较大，框架位移较小，框架拉着剪力墙按剪切型曲线变形，框架除承受外荷载产生的水平力外，还要负担把剪力墙拉回来的附加水平力，剪力墙不但不承受荷载产生的水平力，还因给框架一个附加水平力而承受负剪力，因此，在上部楼层，即使外荷载产生的楼层剪力很小，框架中也出现相当大的剪力。 在纯框架结构中，水平剪力按各柱的抗侧刚度在各柱之间分
34、配。在纯剪力墙结构中，水平剪力按各片墙的等效抗弯刚度进行分配。而在框架一剪力墙结构中，水平力在框架和剪力墙之间的分配取决于框架和剪力墙的抗侧刚度，但又不是一个简单的比例关系，必须按位移协调的原则进行分配。 2框剪结构的结构布置 框架一剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙。 框架剪力墙结构中，主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接；梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合；框架梁、柱中心线之间有偏离时，应符合框架结构中梁、柱中心线的有关规定。 框架一剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求： 剪力墙宜布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位
35、，剪力墙间距不宜过大； 山东大学 期末考试 知识点复习 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； 纵横剪力墙宜组成L形、T形和形等截面形式； 单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40，以免受力过分集中； 剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐； 楼电梯间等竖井的设置，宜尽量与其附近的框架或剪力墙的布置相结合，使之形成连续、完整的抗侧力结构； 抗震设计时，剪力墙的布置宜使两个主轴方向的侧向刚度接近。 剪力墙布置在建筑物的周边附近，目的是发挥其抗扭作用，布置在楼电梯间、平面形状变化和凸出较大处，是为了加强平面的薄弱部位；把纵、横剪力
36、墙组成L形、T形等非一字形，是为了发挥剪力墙自身的刚度，同时增强平面外的稳定性；单片剪力墙承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40，是避免该片剪力墙对刚心位置影响过大且一旦破坏对整体结构不利和其基础承担过大水平力等。 当建筑平面为长矩形或平面有一部分为长条形(平面长宽比较大)时，在该部位布置的剪力墙除应有足够的总体刚度外，各片剪力墙之间的距离不宜过大宜满足表1410的要求。因为间距过大时，两墙之间的楼盖可能无法满足平面内刚性的要求，造成处于该区间的框架不能与邻近的剪力墙协同工作而增加负担。当两墙之间的楼盖开大洞时，该段楼盖的平面刚度更差，墙的间距应再适当缩小。 山东大学 期末考试 知识点
37、复习 长矩形平面中布置的纵向剪力墙，不宜集中布置在平面的两尽端，原因是集中在两端时，房屋的两端被抗侧刚度较大的剪力墙锁住，中间部分的楼盖在混凝土收缩或温度变化时容易出现裂缝，这种现象工程中常常见到，应予以重视。 3剪力墙数量 剪力墙作为框架一剪力墙结构中主要的抗侧力结构单元，其数量多少将直接影响整个结构的抗侧刚度。框架一剪力墙结构中，剪力墙的作用在于加强结构的抗侧移刚度，因而，剪力墙的数量以能满足结构的抗侧移要求为宜，剪力墙的总抗侧刚度(指全部剪力墙的抗弯刚度总和)可用EIW表示。通常建筑物愈高，要求的EIW也愈大。另一方面在抗震设计时，剪力墙抵抗的总弯矩最好不小于总倾覆力矩的50，如果小于5
38、0，规范规定框架部分要按框架结构的抗震等级设计。这一要求表明，在框架一剪力墙结构中，剪力墙的数量不宜太少。计算表明，当特征系数不大于24时，可实现这一要求。剪力墙的数量也不宜过多，过多的剪力墙不仅会影响建筑物的使用空间、增加材料用量和结构自重，从结构上说也是不利的，因为剪力墙过多，会使结构总刚度过大，地震力将加大，而且绝大部分地震力又会被吸引到剪力墙上，既不合理也不经济。下面按层间位移等方法求剪力墙的合理数量。 结构刚度特征值的选取。 (1)抗震规范要求，剪力墙承受的底部地震弯矩不应小于底部地震总弯矩的50，小于50时框架抗震等级应按纯框架结构划分，因此，24； 山东大学 期末考试 知识点复习
39、 在框剪结构中，合理选择框架梁、柱断面，使它具有足够的抗推刚度，能与剪力墙数量匹配也是重要的。 4框架一剪力墙结构的简化及计算简图 框架剪力墙结构是由两种变形性质不同的抗侧力单元通过楼板协调变形，共同抵抗竖向荷载与水平荷载的结构。在竖向荷载作用下，按各自的承荷面积计算出每榀框架和每榀剪力墙的竖向荷载，并分别计算其内力。在水平荷载作用下，因为框架与剪力墙的变形性质不同，不能直接把总水平剪力按抗侧刚度的比例分配到每榀结构上，而必须通过协同工作分析求得框架与剪力墙各自的水平剪力，再分别进行内力分析。这种方法概念清楚，结果的规律性较好。 框架一剪力墙协同工作计算作了一些假定，它适用于比较规则的结构，而
40、且只适宜于计算平移时的剪力分配；如果存在扭转，计算过程就比较复杂。该方法是把结构中所有的框架集合成总框架，采用D值法计算它的抗侧刚度及内力；把所有的剪力墙集合成总剪力墙，按照悬臂墙方法计算它的抗侧刚度。与剪力墙在同一平面内且连接墙肢与框架柱之间的梁统称为连系梁，所有连系梁集合成总连系梁，连系梁简化成带刚域杆件。 山东大学 期末考试 知识点复习 当墙肢之间有连梁(1)或墙肢与框架柱之间有连系梁相连，则这些连系梁对墙肢和框架柱有较明显的约束作用，则应采用图1418所示的刚接体系计算简图。图中的总连系梁刚度为所有连梁和连系梁刚度之和。 当墙肢之间没有连梁或连梁很小(1)，墙肢与框架柱之间也没有连系梁
41、相连，总剪力墙与总框架之间是靠楼板协同工作，则这些连系梁对墙肢和框架柱的约束作用很小，因而可取图1419所示的铰接体系计算简图。 5协同工作的基本原理及刚度特征值 与联肢剪力墙的简化分析方法类似，框架剪力墙结构协同工作简化计算方法也是采用连续化的思想，以连续分布的连杆代替总连系梁分散到全高，然后将连杆切开，分成剪力墙及框架两个基本体系，总剪力墙是悬臂杆，按照静定的弯曲杆件计算变形，框架按照D值法计算变形，连杆切断处侧移必须相等，作用力与反作用力必须平衡。根据平衡及变形协调条件就可建立一个四阶常微分方程，即 山东大学 期末考试 知识点复习 6协同工作的计算步骤 (1)根据结构平面图确定总剪力墙、
42、总框架和总连梁的组成(墙肢、框架柱、连系梁刚域的个数及它们的尺寸)，并确定采用铰接还是刚接体系。 山东大学 期末考试 知识点复习 (3)由水平荷载(均布、倒三角、顶点集中力)及值查曲线得到侧移系数及总剪力墙的弯矩及剪力系数，并由此计算出弯矩Mw与层剪力Vw。 (4)在铰接体系中，由外荷载形成的总层剪力VP减去总剪力墙的总层剪力Vw，得到总框架的层剪力VF。 (5)总剪力墙弯矩及剪力要按每片墙的刚度EIw分配给每片墙，总框架剪力VF要按每根柱的D值分配到每根柱，总连梁约束弯矩m要按每根连系梁的mabi分配到每个梁端。 7框剪结构中刚度特征值对结构受力、位移特性的影响 在框架剪力墙结构中，由于框架
43、和剪力墙间相互作用、协同工作，则外荷载及外荷载产生的内力在总框架和总剪力墙之间的分配及结构的变形等都受到刚度特征值的直接影响。刚度特征值反映了总框架抗推刚度CF与总剪力墙抗弯刚度EIw的比值。当CF很小时，值也很小，当=O时，说明框架的抗推刚度为零，整个结构为纯剪力墙结构；当EIw很小时，值很大，当=时，说明剪力墙的抗弯刚度接近于零，此时结构成为纯框架结构。下面以均布荷载作用为例，说明对荷载分配、内力分配及位移的影响。 山东大学 期末考试 知识点复习 (1)对荷载分配的影响 图14-21给出了均布荷载作用下框架和剪力墙所承受的荷载pF和pww。由图14-21可见，框架在下部分若干层分配到的荷载
44、为负值，上部变为正值，在顶部，pF=O。因而造成剪力墙在下部若干层所分配到的荷载大于外荷载的值。在顶部，pwp。 (2)对内力分配的影响 图14-22给出了均布荷载作用下外荷载所产生的总剪力在总框架和总剪力墙之间的分配，由图可见，当很小时，剪力墙承担大部分剪力，=O时，剪力墙承担全部剪力。当很大时框架承担大部分剪力，=时，全部剪力由框架承担。值得注意的是，在结构的顶部尽管外荷载所产生的总剪力为零，但总剪力墙所受到的剪力和总框架所受到的剪力都不为零，说明由于框架和剪力墙的变形协调的要求在顶部有一对以相反的方向分别作用在框架和剪力墙顶端的集中力。这一点在设计中应予以注意，以保证剪力墙与框架的整体共
45、同作用。 在图14-22中阴影部分为=6时的剪力分配图，从这两个阴影图中可见，总剪力墙在底部承受了大部分剪力，在顶部剪力出现了负值。对框架而言，顶部承担了较大的正剪力，在结构的下部承担的剪力却很小，在上部剪力沿高度变化比较均匀，随值的增大，最大剪力向下移动，最大剪力出现在=O3O6之间。对框架起控制作用的是中部的剪力值。 (3)对结构侧移的影响 山东大学 期末考试 知识点复习 图14-23中给出了均布荷载作用下，具有不同值时结构的位移曲线。当很小时，结构的变形曲线呈弯曲型，剪力墙起主要作用，承担大部分剪力。当很大时，结构的侧移曲线呈剪切型，框架起主要作用，承担大部分剪力。当=16时，侧移曲线介
46、于弯曲变形和剪切变形之间，下部呈弯曲型，上部呈剪切型，称之为弯剪型。 8框架一剪力墙结构的框架内力调整 在框架一剪力墙结构中，剪力墙的刚度较大，承担大部分水平力，在内力分析时总是假设框架一剪力墙结构在弹l生阶段协同工作。实际上在地震作用下，结构常处于弹塑性状态，承受大部分地震作用的剪力墙将局部屈服首先开裂，剪力墙刚度降低，其承载力也将下降，外荷载将在框架和剪力墙之间重新分配，使一部分地震剪力向框架转移，此时需要适当调整框架的内力值。 另外，在结构计算中假定楼板在其自身平面内的刚度无限大，不发生变形。然而，在框架一剪力墙结构中，剪力墙作为主要承受侧向荷载的结构间距较大，楼板必然要产生变形，变形的结果将会使框架部分的水平位移大于剪力墙的水平位移，相应地，框架实际承受的水平力将大于采用刚性楼板假定的计算结果。 鉴于上述原因，地震作用下需要对框架剪力墙结构中按协同工作计算所得到的框架的剪力作适当调整。如图1424所示，对于Vf0.2V0的楼层，取Vf为15Vmax和02V0两者中的较小值；对于Vf02V0的楼层，Vf可按计算值采用，不作调整。 山东大学 期末考试 知识点复习 其中，
