混凝土框架結(jié)構(gòu)

第4章混凝土框架結(jié)構(gòu)4.1多高層混凝土結(jié)構(gòu)概述4.1.1結(jié)構(gòu)類型鋼筋混凝土:承載力和剛度大、耐久性和耐火性好、可模性好。應(yīng)用廣泛。型鋼混凝土、鋼管混凝土：具有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?；旌辖Y(jié)構(gòu)：由鋼（或型鋼混凝土、鋼管混凝土）框架與鋼筋混凝土筒體（或剪力墻）組成的高層建筑結(jié)構(gòu)。上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心是位于中國上海陸家嘴的一棟摩天大樓，2008年8月29日竣工。樓高492米，地上101層，是目前中國第八高樓（截至2014年）、世界最高的平頂式大樓。上海環(huán)球金融中心建筑平面圖：LowerFloorMax.12TenantsHigherFloorMax.14Tenants4.1多高層混凝土結(jié)構(gòu)概述4.1.2結(jié)構(gòu)體系框架體系剪力墻體系筒體體系組合體系框架結(jié)構(gòu)1、什么是框架結(jié)構(gòu)？2、框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)？3、框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)？由梁柱組成的結(jié)構(gòu)平面布置靈活側(cè)向變形大，致使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞嚴(yán)重；不能建造較高的建筑。15-20層為宜。異形柱框架結(jié)構(gòu)360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300剪力墻結(jié)構(gòu)什么是剪力墻結(jié)構(gòu)？剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)？剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)？如何克服剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，擴(kuò)大其使用范圍？利用混凝土墻體作為承受豎向荷載和抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)。整體性好，剛度大，側(cè)向變形小。布置不靈活，結(jié)構(gòu)自重大。底部大空間（設(shè)轉(zhuǎn)換層)；跳層剪力墻。不同形式剪力墻結(jié)構(gòu)框架-剪力墻結(jié)構(gòu)（框架-筒體結(jié)構(gòu)）注意的問題：1、剪力墻的數(shù)量2、剪力墻的布置及間距。筒體：1.實(shí)腹筒組成構(gòu)件:由剪力墻圍合而成的固定在基礎(chǔ)上的懸臂箱形梁2.框筒組成構(gòu)件:由密排柱和剛度很大的窗群梁形成的密柱深梁框架圍合而成的筒體

3.桁架筒組成構(gòu)件:由筒的四壁做成桁架,就形成桁架筒

香港中銀大廈組成構(gòu)件:由實(shí)腹筒組成內(nèi)部核心筒,外框筒或桁架筒組成圖例：深圳國貿(mào)中心大廈成束筒:

組成構(gòu)件:兩個(gè)以上框筒（或其他筒體）排成一起成束狀，稱為成束筒.圖例：西爾斯大樓

優(yōu)點(diǎn)：具有很好的空間

整體作用和抗風(fēng)抗震性

能，建筑布置靈活，能

提供較大的可自由分隔

的空間，適用于超高層

（30層以上或100米以上）

的辦公樓、旅館、綜合樓

等建筑。

4.1多高層混凝土結(jié)構(gòu)概述4.1.3結(jié)構(gòu)總體布置建筑平面力求簡單、規(guī)則、對(duì)稱。豎向布置：結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力自下而上逐漸減小、變化均勻、連續(xù)、不突變。4.1多高層混凝土結(jié)構(gòu)概述4.1.4結(jié)構(gòu)分析方法1.精細(xì)分析方法空間桿系計(jì)算模型空間組合結(jié)構(gòu)計(jì)算模型2.簡化分析方法平面協(xié)同計(jì)算模型空間協(xié)同計(jì)算模型4.1多高層混凝土結(jié)構(gòu)概述4.1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求承載力、剛度、延性、整體性、穩(wěn)定性4.2框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置包括平面布置和豎向布置結(jié)構(gòu)平面布置主要進(jìn)行柱網(wǎng)布置和選擇結(jié)構(gòu)承重方案。4.2框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置民用建筑：小柱網(wǎng)：3.3m、3.6m、4.0m、4.2m、4.5m大柱網(wǎng)：6.0m、6.6m、7.2m、7.5m跨度：4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.2m、7.5m層高：2.8m~4.8m4.2.1柱網(wǎng)和層高4.2框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置橫向框架承重方案縱向框架承重方案縱橫向框架混合承重方案4.2.2框架結(jié)構(gòu)承重方案（1）橫向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的橫向布置。沿房屋的縱向設(shè)置板和連系梁，見圖4-15（a）。圖4-15（a）框架結(jié)構(gòu)圖（2）縱向框架承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱向布置。沿房屋的橫向設(shè)置板和連系梁，見圖4-15（b）。圖4-15（b）框架結(jié)構(gòu)圖（3）縱橫向框架混合承重方案在這種布置方案中，主要承重框架沿房屋的縱、橫向布置，見圖4-15（c）。圖4-15（c）框架結(jié)構(gòu)圖4.2.3梁柱相交位置1、梁、柱軸線宜重合。2、偏心時(shí)，梁、柱中心線之間的偏心距不宜大于柱在該方面寬度的1/4。3、若不滿足，增設(shè)梁的水平加腋。4.2.4結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置在初步設(shè)計(jì)階段，確定結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，除了要考慮梁、柱、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置外，還要考慮是否要設(shè)置變形縫。用變形縫將房屋分成若干獨(dú)立的部分，可以消除結(jié)構(gòu)不規(guī)則、收縮和溫度應(yīng)力、不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的有害影響。變形縫有沉降縫、伸縮縫、防震縫、構(gòu)造縫、防連續(xù)倒塌的分隔縫等。為防止地基不均勻或房屋層數(shù)和高度相差很大引起房屋開裂而設(shè)的縫稱為沉降縫。沉降縫不但上部結(jié)構(gòu)要斷開，基礎(chǔ)也要斷開?？拐鹪O(shè)防的結(jié)構(gòu)，沉降縫的寬度應(yīng)符合防震縫最小寬度的要求。1.沉降縫在建筑物的下列部位宜設(shè)置沉降縫：①土層變化較大處；②地基基礎(chǔ)處理方法不同處；③房屋在高度、重量、剛度有較大變化處；④建筑平面的轉(zhuǎn)折處；⑤新建部分與原有建筑的交界處。沉降縫由于是從基礎(chǔ)斷開，縫兩側(cè)相鄰框架的距離可能較大，給使用帶來不便，此時(shí)可利用挑梁或擱置預(yù)制梁、板的方法進(jìn)行建筑上的閉合處理。(a)設(shè)挑梁（板）；(b)設(shè)預(yù)制板（梁）沉降縫的處理：設(shè)置沉降縫后，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)在縫的兩側(cè)分別布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，形成所謂雙梁、雙柱和雙墻的現(xiàn)象。但將導(dǎo)致其他問題，如建筑立面處理困難、地下室滲漏不容易解決等。一般地，建筑物各部分不均勻沉降差大體上有三種方法來處理：①放——設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)由于不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力。采用“放”的方法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)比較方便，但將導(dǎo)致建筑、設(shè)備、施工各方面的困難。

②抗——采用端承樁或利用剛度很大的基礎(chǔ)。前者由堅(jiān)硬的基巖或砂卵石層來盡可能避免顯著的沉降差；后者則用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差。采用“抗”的方法不設(shè)縫，基礎(chǔ)材料用量多，不經(jīng)濟(jì)。③調(diào)——在設(shè)計(jì)與施工中采取措施，調(diào)整各部分沉降，減少其差異，降低由沉降差產(chǎn)生的內(nèi)力。采用“調(diào)”的方法，采用介于兩者之間的辦法，調(diào)整各部分沉降差，在施工過程中留出后澆帶作為臨時(shí)沉降縫，等到各部分結(jié)構(gòu)沉降基本穩(wěn)定后再連為整體。通常有以下“調(diào)”的方法不設(shè)永久性沉降縫：①調(diào)整地基上壓力:主樓和裙房采用不同的基礎(chǔ)形式,使各部分沉降基本均勻一致，減少沉降差；②調(diào)整施工順序:施工先主樓，后裙房；主樓工期較長、沉降大，待主樓基本建成，沉降基本穩(wěn)定后，再施工裙房，使后期沉降基本相近。③預(yù)留沉降差:地基承載力較高、有較多的沉降觀測資料、沉降值計(jì)算較為可靠時(shí)，主樓標(biāo)高定得稍高，裙房標(biāo)高定得稍低，預(yù)留兩者沉降差，使最后兩者實(shí)際標(biāo)高一致?；炷潦湛s和溫度應(yīng)力常常會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。為了避免收縮裂縫和溫度裂縫，房屋建筑可以設(shè)置伸縮縫。在建筑中，頂層和底層溫度應(yīng)力問題比較嚴(yán)重，容易出現(xiàn)裂縫。伸縮縫只設(shè)在上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)可不設(shè)伸縮縫。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫最大間距見下表。2.伸縮縫環(huán)境條件框架類別室內(nèi)或土中（m）露天（m）裝配式7550現(xiàn)澆式5535當(dāng)建筑物平面復(fù)雜或房屋各部分剛度、高度和重量相差懸殊時(shí)，在地震作用下薄弱部位容易造成震害。處理的措施一種是加強(qiáng)各部分的連接，使整個(gè)結(jié)構(gòu)整體性很強(qiáng)。另一種是設(shè)置防震縫，將房屋劃分成簡單規(guī)則的形態(tài)，使每部分成為獨(dú)立的抗震單元。故在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建筑物各部分之間的關(guān)系應(yīng)明確：如分開，則徹底分開；如相連，連接牢固。3.防震縫4.3.1框架梁、柱截面尺寸框架主梁，其截面形式在全現(xiàn)澆的整體式框架中以T形為多；在裝配式框架中可做成矩形、T形、梯形和花籃形等。框架柱的截面形式一般為矩形或正方形。1.梁、柱截面的形狀§4.3框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖框架橫梁截面形式2.梁、柱截面尺寸（1）框架梁梁截面尺寸可參考受彎構(gòu)件來初步確定。梁高h(yuǎn)b一般可取(1/8-1/12)lb(lb為梁的計(jì)算跨度），梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的寬度bb=(1/2-1/3)hb，一般不宜小于200mm。選擇梁截面尺寸還應(yīng)符合規(guī)定的模數(shù)要求。

梁、柱截面尺寸應(yīng)根據(jù)承載力、剛度及延性要求確定。初步設(shè)計(jì)時(shí)需事先估算。(2)框架柱截面尺寸估算框架柱截面常常采用正方形或矩形，有時(shí)也采用正多邊形、圓形和工字形。柱截面尺寸應(yīng)考慮以下要求：A、截面高度h不宜小于250mm，圓柱截面直徑不宜小于350mm;B、柱凈高與截面高度h之比宜大于4，在有抗震設(shè)計(jì)要求時(shí)不得小于3；C、矩形柱的截面高度與寬度之比不宜大于3；D、柱截面的寬度一般取為(1／15～1／10)層高，高度一般取為(1～2)柱的寬度;由于柱承受的軸壓力較大，還必須滿足軸壓比限制的要求，實(shí)驗(yàn)表明變形能力隨軸壓比增大而急劇降低。軸壓比：柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比，即式中：N為組合軸壓力設(shè)計(jì)值；

b、h為截面的短長邊；

fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。軸壓比限值，它是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強(qiáng)度，還是受壓區(qū)混凝土先達(dá)到其極限壓應(yīng)變的主要指標(biāo)。非抗震設(shè)計(jì)：抗震設(shè)計(jì)：一級(jí)抗震設(shè)防：二級(jí)抗震設(shè)防：三級(jí)抗震設(shè)防：q為折算在建筑面積上均布豎向荷載（結(jié)構(gòu)自重和活荷載）及填充墻重量。n為結(jié)構(gòu)層數(shù)C為柱軸壓力放大系數(shù)：等跨內(nèi)柱取1.2，不等跨內(nèi)柱取1.25，邊柱取1.3.F為柱承受荷載的從屬面積。

3.梁截面的慣性矩框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算中，需要計(jì)算梁的抗彎剛度，在初步確定梁的截面尺寸后，可按材料力學(xué)方法計(jì)算梁截面慣性矩。由于樓板作為框架梁的翼緣參與工作，使得梁的剛度有所提高，為了簡化計(jì)算，作如下規(guī)定：框架結(jié)構(gòu)的剛度取值（1）對(duì)現(xiàn)澆樓面的整體框架，中部框架梁I=2I0；邊框架梁I=1.5I0。其中I0為矩形截面梁的慣性矩（圖3.8(a))。4.3.2框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖框架結(jié)構(gòu)是由橫向框架和縱向框架組成的空間結(jié)構(gòu)。為了簡化計(jì)算，通常忽略它們之間的空間聯(lián)系，而將空間結(jié)構(gòu)體系簡化為橫向和縱向平面框架計(jì)算，并取出單獨(dú)的一榀框架作為計(jì)算單元，該單元承受的荷載如圖4-19中陰影部分所示。圖4-19框架的計(jì)算單元框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖4.3.3框架結(jié)構(gòu)上的荷載注意：樓面活荷載設(shè)計(jì)樓板時(shí)直接取用計(jì)算梁、柱、墻時(shí)乘以折減系數(shù)4.4豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似計(jì)算4.4.1分層法4.4.2彎矩二次分配法4.4.3系數(shù)法4.5水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力和側(cè)移的近似計(jì)算4.5.1受力及變形特點(diǎn)4.5.2D值法4.5.3反彎點(diǎn)法4.5.4門架法§4.6荷載效應(yīng)組合及構(gòu)件設(shè)計(jì)框架在求出內(nèi)力以后，要通過內(nèi)力組合求出梁、柱控制截面的最不利內(nèi)力，然后進(jìn)行截面配筋計(jì)算及構(gòu)造設(shè)計(jì)。框架梁按照受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，框架柱按照壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。§4.6荷載效應(yīng)組合及構(gòu)件設(shè)計(jì)1、控制截面及最不利內(nèi)力對(duì)于框架橫梁，其控制截面通常是兩個(gè)支座截面及跨中截面。梁支座截面是最大負(fù)彎矩及最大剪力作用的截面，在水平荷載作用下可能出現(xiàn)正彎矩；而跨中控制截面常常是最大正彎矩作用的截面。在組合前應(yīng)經(jīng)過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力。柱的控制截面為柱的上、下兩個(gè)端截面。柱的最不利內(nèi)力可歸納為以下四種類型：（1）|M|max及相應(yīng)的N、V；（2）Nmax及相應(yīng)的M、V；（3）Nmin及相應(yīng)的M、V。（4）|V|max及相應(yīng)的N。梁端控制截面彎矩及剪力2、樓面活荷載的最不利布置作用于框架結(jié)構(gòu)上的豎向荷載包括恒荷載和活荷載。恒荷載是長期作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，任何時(shí)候必須全部考慮。在計(jì)算內(nèi)力時(shí)，恒荷載必須滿布。但是活荷載卻不同，它有時(shí)作用，有時(shí)不作用。各種不同的布置就會(huì)產(chǎn)生不同的內(nèi)力，因此應(yīng)該由最不利布置方式計(jì)算內(nèi)力，以求得截面最不利內(nèi)力?？梢圆豢紤]活荷載不利布置，與恒荷載一樣均按滿布方式計(jì)算內(nèi)力，從而使計(jì)算工作量大為減少。永久荷載分布