框架剪力墙框剪结构布置(0).ppt

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1、第5章 框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构的近似计算方法与设计概念,5.0 结构布置和计算简图5.1 计算基本假定5.2 框架结构的近似计算方法5.3 剪力墙结构的近似计算方法5.4 框架剪力墙(筒体)结构的近似计算方法5.5 扭转近似计算,5.0 结构布置和计算简图,5.0.1 框架结构布置与计算简图5.0.2 剪力墙结构布置5.0.3 框架剪力墙结构的布置5.0.4 筒体结构布置 多高层钢结构的选型与结构布置,5.0 结构布置和计算简图5.0.1 框架结构布置与计算简图一、柱网布置1、柱网布置应满足使用要求 在多层工业厂房设计中，柱网布置方式可分为内廊式、等跨式、对称不等跨式等。内廊式柱

2、网常为对称三跨，边跨跨度(房间进深)常为6m，6.6m，6.9m，中间跨为走廊跨度常为2.4m，2.7m、3.0m。等跨式柱网适用于厂房、仓库、商店，其进深常为6m，7.5m、9m、12m等，柱距常为6m。对称不等跨柱网常用于建筑平面宽度较大的厂房，常用的柱网有(5.8+6.2+6.2+5.8)6.0m、(7.5+7.5+12.0+7.5+7.5)6.0m，(8.0+12.0+8.0)6.0m。,2、柱网布置应满足建筑平面布置的要求 在旅馆、办公楼等民用建筑中，柱网布置应与建筑分隔墙布置相协调。四行柱三跨框架（15m左右）；三行柱两跨框架（10m左右）；开间3.3m4.5m。3、柱网布置要使结

3、构受力合理跨度均匀或边跨略小时较合理；三跨框架比两跨框架内力小，较合理。4、柱网布置应使施工方便 对于装配式结构：构件的最大长度和最大重量，使之满足吊装，运输条件，构件尺寸的模数化，标准化，以满足工业化生产的要求。,现浇框架结构可不受建筑模数和构件标准的限制，但在结构布置时亦应尽量使梁板布置简单规则，以方便施工。二、承重框架的布置实际的框架结构是一个空间受力体系；简化计算(手算)时把实际框架结构看成纵横两个方向的平面框架；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；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。承重框架指承受楼面竖

4、向荷载的框架。,1横向框架承重方案 横向框架承重方案是在横向上布置框架主梁，而在纵向上布置连系梁。有利于提高建筑物的横向抗侧刚度；纵向布置较小的连系梁。这也有利于房屋室内的采光与通风。2纵向框架承重方案 纵向框架承重方案是在纵向上布置框架主梁，在横向上布置连系梁。横梁高度较小，有利于设备管线的穿行；可获得较高的室内净高；可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降；房屋的横向刚度较差；进深尺寸受预制板长度的限制。,3纵横向框架混合承重方案 纵横向框架混合承重方案是在两个方向上均需布置框架主梁以承受楼面荷载。纵横向框架混合承重方案具有较好的整体工作性能；框架柱均为双向偏心受压构件，为空间受力体系，

5、因此也称为空间框架。,三、结构布置要求1、应设计成双向框架（主体结构除个别部位外，不应采用铰接）。2、抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。3、框架梁、柱中心线宜重合。当梁柱中心线不能重合时，在计算中应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响；,梁、柱中心线之间的偏心距，不应大于柱截面在该方向宽度的14；偏心距大于该方向柱宽的14时，可采取增设梁的水平加腋等措施；,梁的水平加腋厚度可取梁截面高度，其水平尺寸宜满足下列要求：bx/lx1/2 bx/bb23 bb+bx+xbc/2 式中 bx梁水平加腋宽度；lx梁水平加腋长度；bb梁截面宽度；bc沿偏心方向柱截面宽度

6、；x非加腋侧梁边到柱边的距离。设置水平加腋后，仍须考虑梁柱偏心的不利影响。,4、结构应受力明确，构造简单；5、框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式；框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。6、电梯井贴梁柱布置，不得独立；7、填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；8、现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级设计时，不应低于C30；按二四级和非抗震设计时，不应低于C20；9、现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40；框架柱的混凝土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70

7、；,10、抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。四、截面尺寸的确定(方案设计时用)(一)框架梁的截面尺寸 hb=(1/71/15)lb(刚度要求)hblbn/4（避免短梁）bb=(1/21/3.5)hb bb200mm(构造要求)bbbc/2式中 lb、lbn分别为主梁的计算跨度和净跨度。梁高也可以按下列经验公式估算：两端无支托的梁，按弯矩（0.60.8）M0来估算梁高；两端有支托的梁，按弯矩（0.40.6）M0来估算梁高；M0按简支梁计算的跨中最大弯矩。,框架结构纵向连系梁截面高度：可按hb=(1/141/18)lb确定(lb为连系梁

8、计算跨度)。(二)框架柱的截面尺寸 1、最小构造尺寸矩形截面柱：hc/bc3；抗震设计时：bc300mm；非抗震设计时，bc250mm；bc(1/151/20)h；hc400mm。hc(1/151/20)h（h为层高）。圆形截面柱：dc350mm。2满足轴压比限制 轴压比：柱的平均轴向压应力与混凝土的轴心抗压强度fc的比值（或指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值）。即 N=N/(Acfc),轴压比要求：N=N/(Acfc)N,N竖向静、活(考虑活荷载折减)荷载与地震作用组 合下的轴力；G荷载分项系数，可取G=1.25；计入地震时轴力放大系数，6度

9、设防：=1.0；7度设防：=1.051.1；8度设防：=1.11.15；S柱的负荷面积；w单位面积上的竖向荷载初估值，w=1014kN/m2；n柱计算截面以上的楼层数；N柱的轴压比限制值(pp162表6-4)。,AC柱的截面面积，Ac=bchc；bc、hc柱的截面高度和宽度；其 中宜bc250mm、hc400mm;,3避免出现短柱 Hc0/hc4式中 Hc0柱的净高。当柱的净高与柱截面长边(高度)之比小于4时(Hc0/hc4)容易发生剪切破坏，4满足抗剪承载力的要求无地震作用组合时：V0.25cfcbh0有地震作用组合时：V(0.20cfcbh0)/REc混凝土强度影响系数；RE截面承载力抗震

10、调整系数。（三）楼盖结构尺寸框架的楼盖结构(楼板和楼面梁)的尺寸确定见表1、表2。,表1梁截面高度与跨度之比(hb/l)表2楼板的厚度与跨度之比(t/l),五、结构计算简图（手算）1.计算单元的确定横向框架：一般取中间有代表性的一榀进行分析即可；纵向框架：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.节点的简化梁柱节点可简化为刚接节点、铰接节点和半铰节点：现浇钢筋混凝土框架刚接节点；装配式框架铰接节点或半铰节点（预埋钢板在其自身平面外的刚度很小，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动）；装配整体式框架刚接节点（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）。

11、框架柱脚支座可分为固定支座和铰支座：现浇钢筋混凝土柱固定支座；预制柱杯形基础视构造措施不同分别简化为固定支座和铰支座。,3.跨度与层高的确定跨度即取柱子轴线之间的距离（当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定）；层高(框架柱的长度)即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算起。为了简化计算，还可作如下规定：(1)当框架横梁为坡度i1/8的斜梁时，可简化为水平直杆。(2)对于不等跨的框架；当各跨跨度相差不大于10时，可简化为等跨框架，计算跨度取原框架各跨跨度的平均值。(3)当框架横梁为有支托的加腋梁时，如Im/I4或hm/h1.6，则可不考虑支托的影响，而简化为无支托的等截

12、面梁，Im、hm为支托端最高截面的惯性矩和高度，I，h为跨中等截面梁的截面惯性矩和高度。,4构件截面弯曲刚度的计算对现浇楼盖,中框架取I=2I0，边框架取I=1.5I0；对装配整体式楼盖，中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0；这里I0为矩形截面梁的截面惯性矩。对装配式楼盖，则按梁的实际截面计算I。5荷载计算竖向荷载按结构布置情况导算到承重框架梁上；建筑物上的总水平荷载（风荷载和水平地震作用）则由变形协调条件，按柱的抗侧刚度分配。计算荷载可作如下简化：(1)集中荷载的位置允许移动不超过1/20梁的跨度；(2)次梁传至主梁的集中荷载，按简支梁反力考虑；(3)沿框架高度分布作用的风荷载可以

13、简化为框架节点荷载，而略去它对节间的局部弯曲作用。,5.0.2 剪力墙结构布置 一、原则 剪力墙是承受竖向荷载、水平地震作用和风荷载的主要受力构件：1、剪力墙应沿结构的主要轴线布置：当平面为矩形、T形、L形时，剪力墙沿纵横两个方向布置；当平面为三角形、Y形时，剪力墙可沿三个方向布置；当平面为多边形、圆形和弧形平面时，则可沿环向和径向布置。2、力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。当稍有错开或转折时，可作为一道墙来进行考虑。,3、剪力墙应沿竖向贯通建筑物的全高（不宜突然取消或中断）。顶层取消部分剪力墙而设置大房间时，其余的剪力墙应在构造上予以加强。底层取消部分剪力墙时，应设置转换楼层，并按专门规

14、定进行结构设计。4、剪力墙的厚度沿高度可按阶段变化，每次厚度减少宜为50 l00mm（使剪力墙刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层）。一般情况下厚度宜两侧同时内收（为减少上下剪力墙结构的偏心）。外墙为保持外墙面平整，可以只在内侧单面内收。电梯井因安装要求，可以只在外侧单面内收。,5、剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置（使剪力墙形成明确的墙肢和连梁）。6、避免小墙肢。小墙肢宽度与厚度之比小于3的墙肢。在反复荷载作用下，小墙肢早开裂，早破坏。墙肢宽度不宜小于3bw(bw为墙厚)，不应小于500mm。,7、墙段的高宽比应不小于2（呈受弯工作状态）。墙段一片独立剪力墙。每一墙段可以是

15、单片墙，小开口墙或联肢墙，具有若干个墙肢；同一轴线上的连续剪力墙过长时，应该用楼板(不设连梁)或细弱的连梁分成若干个墙段。,8、每一墙肢的宽度不宜大于8m。保证墙肢也是受弯承载力控制；靠近中和轴的竖向分布钢筋在破坏时能充分发挥其强度。在内力计算时，不考虑墙段之间楼板或弱连梁的作用，每一墙段作为一片独立的剪力墙计算。二、平面布置方案 1、横墙承重方案：楼板支承在横向剪力墙上。小开间横墙承重：适用于住宅、旅馆等。特点：楼板短，墙体多，自重大，平面布置不灵活。大开间横墙承重：楼板为长向板。特点：横墙少，节省混凝土，适用于滑模施工。2、纵横墙承重方案：小开间纵横墙承重：楼板直接搁置在纵横墙上。适用于房

16、间尺寸小，布置不规则的塔式建筑。大开间纵横墙承重：楼板搁置在进深大梁与横梁上，进深大梁支承在纵墙上。,3、底层大空间剪力墙方案：对商店带住宅房屋，可将几片墙不落地，改用框架支撑，形成框支剪力墙结构。特点：框支墙上下刚度相差悬殊，不利抗震。要求：(1)不允许单独采用框支剪力墙；落地墙的数量：非地震区30%；地震区50%；(2)控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度；令为结构上下层的刚度之比,在非抗震设计时，不应大于3；在抗震设计时，应尽量接近于1，不应大于2。,(3)落地剪力墙的间距L应满足以下要求：非抗震设计时，L3B，且L36m；抗震设计时：底部为12层框支层时，L2B，且L24m；底部为3层及

17、以上框支层时，L1.5B，且L20m。其中B为楼盖结构的宽度。(4)提高转换层附近楼盖的强度及刚度。转换层附近的楼盖应采用现浇钢筋混凝土结构；板厚不宜小于180mm。三、剪力墙的数量 1、剪力墙的间距一般来说，采用大开间剪力墙(间距为6.0m7.2m)比小开间剪力墙(间距3m3.9m)的效果更好。,2、剪力墙的厚度剪力墙的厚度由下面几个方面决定：（1）构造要求：规范规定 一、二级抗震等级剪力墙：底部加强部位，bwh16，bw200mm；其他部位bwh20，bw160mm。h层高或剪力墙无支长度。三、四级抗震等级剪力墙：底部加强部位，bwh20，bw160mm；其他部位bwh25，bw160mm

18、。非抗震设计的剪力墙：bwh25，bw160mm。分隔电梯井或管道井的墙肢：bw160mm。,短肢剪力墙：bw200m；短肢剪力墙墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙(hw/bw=58)；一般剪力墙是指hw/bw8的剪力墙。（2）墙肢轴压比限制：一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，墙肢的轴压比不宜超过下表的限制。,各层短肢剪力墙的轴压比：抗震等级为一、二、三级时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1；,（3）结构刚度判断：结构基本自振周期：T1=(0.040.05)ns(ns为层数)。底部剪力控制在：FEK=(0.020.03)G(7度

19、，类土)FEK=(0.040.06)G(8度，类土)式中，G为建筑物总重力荷载。当周期过短，地震力过大时，宜加以调整。调整（减小）结构刚度的方法有：适当减小剪力墙的厚度；降低连梁高度；增大门窗洞口宽度；对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。墙肢长度超过8m时，一般都应由施工洞口划分为小的墙肢。墙肢由施工洞分开后，如果建筑上不需要，可以用砖墙填充。,5.0.3 框架剪力墙结构的布置一、适用高度及高宽比 框剪结构的类型：一般框剪结构由框架和单肢墙（整截面墙、整体小开口墙、联肢墙）组成；框架筒体结构周边为柱距较大的框架、中部为封闭式剪力墙筒体组成。框剪结构房屋的高度限值 不宜超过pp3132要求 高

20、宽比限值见pp33表2-6。二、震害与剪力墙数量的关系 随剪力墙数量增加而震害减少 单指标控制：当每m2楼面平均剪力墙长度少于50mm时，震害严重；多于150mm时，破坏极轻微，甚至无震害；,双指标控制：平均压应力=G/（Ac+Aw），即楼层以上重量除以墙，柱截面面积，反映了层数、重量以及结构截面面积等因素；壁率以剪力墙截面面积表示的，反映了墙厚。当平均压应力小干1.2Mpa，壁率大于5000mm2m2时，无震害；两个条件均不满足时，严重震害。三、剪力墙的合理数量兼顾抗震性和经济性两方面的要求在满足侧移和舒适度的前提下剪力墙尽量少。,四、决定剪力墙合理数量的方法1、参考目前国内实际工程中的剪力

21、墙数量(Aw+Ac)Af值或Aw/Af值大约在下表的范围内。,当设计烈度，场地土情况不同时，可根据适当增减。层数多，高度大的框架-剪力墙结构，宜取上限值。剪力墙纵横两个方向总量在上述范围内，两个方向剪力墙的数量宜相近。,2、由剪力墙截面抗弯刚度确定：每一方向剪力墙的刚度之和EIw(kN.m2)可参考下表决定。,注：H结构地面以上的高度(m)；W一结构地画以上的总重量(kN)3、满足轴压比要求：框架柱、墙肢轴压比要求见节剪力墙部分。4、由刚度特征值判定：Vf，maxV0在0.20.4之间较合适，相应的值在1.12.2之间。,5、由自振周期T1和地震力判定：基本自振周期大约在下式范围内：Tl=(0

22、.090.12)n(计算周期，T=1.0)Tl=(0.060.08)n(实际值，考虑T=0.7 0.8)式中n为结构层数。比较适宜的地震系数值（FEk=G）,当自振周期和底部剪力偏离上述范围太远时，应适当调整结构的截面尺寸。,五、框架剪力墙的布置框架应在各主轴方向均做成刚接；剪力墙应沿各主轴布置（在非抗震设计，层数不多的长矩形平面中，允许只在横向设剪力墙）；剪力墙的布置，应遵循“均匀、分散、对称、周边”的原则；剪力墙的布置位置：(1)竖向荷载较大处；(2)建筑物端部附近；(3)平面形状变化处；(4)楼梯、电梯间。纵横向剪力墙宜合并布置为L形、T形和H字形；合理调整剪力墙的长度每一道剪力墙(包括

23、单片墙，小开口墙和联肢墙)H/L宜大于2；单个墙肢长度不宜大于8m；每一道剪力墙在底层承受的弯矩和剪力均不宜大于整个结构底部剪力和倾覆力矩的40；,剪力墙的最大间距（见pp17表2-1）剪力墙的最小厚度（同剪力墙结构）,5.0.4 筒体结构布置实腹筒体框筒,筒体结构布置一、实腹筒：用剪力墙围成的筒体。与剪力墙相同，筒壁厚度由轴压比要求和最小构造厚度要求确定。二、框筒：在实腹筒的墙体上开出许多规则排列的窗洞所形成的开孔筒体(一般是建筑物的外围筒体)。它实际上是由密排柱和刚度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。柱中距为1.2m3.0m；横梁跨高比为2.54，当横梁尺寸较大时，柱间距亦可相应加

24、大；角柱面积约为其他柱面积的1.52倍；孔洞面积不大于立面面积的50%。,多高层钢结构的选型与结构布置,一、钢结构房屋适用的最大高度(m),注：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。二、钢结构民用房屋适用的最大高度比,三、截面尺寸（一）钢梁截面型式：I字钢、槽钢、轧制或焊接H型钢等；框架梁截面高度：(1/151/40)l；楼、屋面梁截面高度：(1/201/50)l；翼缘宽度：根据梁间侧向支撑的间距按l/b的极限值确定（避免验算钢梁的整体稳定性）；板件厚度：按钢结构设计规范GB 50017-2003局部稳定的构造规定预估，且不超过建筑抗震设计规范GB 50011-2

25、001的宽厚比限值。,（二）钢柱截面型式：圆管、H型钢、格构式柱等，按受力条件(轴心受压、单向偏向受压、双向偏向受压)确定；柱截面：按长细比预估，一般60120，见下表,注：表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材时，应乘以,注：表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材时，应乘以,板件厚度：不超过建筑抗震设计规范GB 50011-2001的宽厚比限值。,（三）中心支撑中心支撑截面：按长细比要求，见下表。,中心支撑板件宽厚比要求：见下表。,注：两表所列数值适用于Q235钢。,（三）偏心支撑偏心支撑截面：偏心支撑的长细比不应大于,120,偏心支撑板件宽厚比要求：见下表。,四、材料钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E 的低合金高强度结构钢；当有可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号。,