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1、第七节 多层及高层房屋一、考试大纲的规定结构体系及布置、框架近似计算、迭合梁、剪力墙结构、框-剪结构、框一剪结构设计 要点、基础二、重点内容1.结构体系和布置多层及高层房屋常用的结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架一剪力墙体系、筒 体体系。(1)框架体系框架体系是指竖向承重结构全部由框架所组成的多(高)层房屋结构体系。按照框架 布置方向的不同,框架体系可分为横向布置,纵向布置及纵横双向布置等三种。 框架结构用以承受竖向荷载是合理的,在非地震区框架结构一般可建至15层,最高 可达20层左右。框架结构在水平荷载作用下,房屋的抗侧移刚度小,水平位移大,故一般称它为柔性结构体系。(2)剪力墙体系剪力
2、墙是一片高大的钢筋混凝土墙体。剪力墙既承受竖向荷载又承受水平荷载,因剪 力墙在其自身平面内有很大的侧向刚度,在水平面方向有刚性楼孟的支承,一般称此种结构体系为刚性结构体系。板式(条式)体型的剪力墙一般均按横向布置。通常剪力墙的问距为3. 38m。当剪 力墙开有门窗洞口时,宜上下各层对齐,避免出现错洞墙,门窗洞口宜均匀布置。 (3)框架-剪力墙体系框架-剪力墙体系是指由框架和剪力墙共同承受竖向荷载和侧向力的承重结构体系。 在框架-剪力墙结构中,竖向荷载主要由框架承受,水平荷载则主要由剪力承受。在一般 情况下,剪力墙约可承受70 %90 %的水平荷载。剪力墙的布置除应满足使用要求外,宜放在恒载较大
3、处,并宜尽量均匀对称,以免整个房屋在水平力作用下发生扭转。为了增加房屋的抗扭能力,剪力墙宜布置在房屋各区段 的两端。在平面形状或刚度有变化处,宜设置剪力墙,以加强薄弱环节。 (4)筒体体系简体体系是指由单个或几个简体作为竖向承重结构的高层房屋结构体系。筒体可由实心钢筋混凝土或密集柱(称框筒)构成。在实际工程中,简体常和框架、剪力墙等结构同 时应用。结构布置时,一般应考虑以下原则: (1)应满足建筑使用要求,在布置结构时,应考虑施工上技术先进,提高工业化程度等因素。(2)应使房屋平面尽可能规则整齐、均匀对称,体型力求简单,以尽可能减小房屋的扭转效应。(3)提高结构的总体刚度减小侧移。除选择合理的
4、结构体系外,还应从平面形状和立面变化等方面考虑减小结构的侧移;应避免结构竖向刚度的突变而形成结构薄弱层。 (4)考虑沉降、温度收缩,以及抗震缝等因素对建筑的影响。 2.框架结构计算(1)内力近似计算在框架结构内力与位移计算中,现浇楼面可作为框架梁的有效翼缘,无现浇面层的装配式楼面,楼面的作用不予考虑。对现浇楼面的边框架梁,取I=1.5I0,中框架梁,取I=2I0;对装配整体式楼盖的边框架梁,取I=1.2I0,中框架梁,取I=1.5 I0,。I0,为矩形 部分的惯性矩。竖向荷载作用于框架内力采用分层法进行简化计算。如图14-71所示,此时每层框架梁连同上、下层柱组成基本计算单元,如同开口的 框架
5、。竖向荷载产生的梁固端弯矩是在本层内进行弯矩分配,单元之间不再传递。除了底 层柱子外,其它各层柱的线刚度均乘以0. 9的折减系数,其弯矩传递系数为1/3;底层柱 的线刚度不予折减,其传递系数取为1/2。按照迭加原理,多层多跨框架在多层竖向荷载 同时作用下的内力,可看成是各层竖向荷载单独作用下内力的迭加。最后,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。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。 水平荷载作用下的反弯点法假定梁柱之间的线刚度之比元穷大,还假定柱的反弯点高 度为一定值,即假定各层框架柱的反弯点位于层高的中点;底层柱的反弯点位于距支座 2/3层高处
6、。水平荷载作用下的D值法对反弯点法中柱的侧向刚度和反弯点高度的计算方yh= (y0十y1十y2十y3)h式中y0为标准反弯点高度比,是在假定各层层高相等,各层梁线刚度相等的情况下 通过理论推导得到的; y1、y2、y3则是考虑上、下梁刚度不同和上、下层层高有变化时 反弯点位置变化的修正值。根据上述求得的柱的侧向刚度、各柱的剪力、各柱的反弯点高度后,可求出各柱的杆 端弯矩,再根据节点平衡条件求出梁端弯矩,再求出梁端的剪力和各柱的轴力。 (2)水平荷载作用下侧移近似计算对多层或高层框架结构,控制侧移包括两部分内容,一是控制顶层最大侧移;二是控 制层间侧移。框架结构在水平荷载作用下的变形包括:总体剪
7、切变形和总体弯曲变形。对 一般框架结构通常忽略总体剪切变形只考虑由梁柱弯曲变形,则:框架顶点总绝对位移u为各层层间相对位移之和,即: u式中为第j层的层间相对位移; n为框架结构的总层数。(3)最不利内力组合柱的最不利内力可归纳为:Mmax及相应的N、V; Nmax及相应的M、V; Nmin及相应的M、V; M较大但不是最大,N较小或N较大但不是绝对最小或最大。 (4)弯矩调幅在变向荷载作用下可以考虑梁端塑性内力重分布而对梁端负弯矩进行调幅。现浇框架 调幅系数为0. 80. 9;装配整体式框架调幅系数为0. 70. 8。梁端负弯矩减小后,应按 平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。竖向荷载产生的梁的弯
8、矩应先进行调幅,再与风载荷和水平荷载作用产生的弯矩进行组合。(5)截面设计与框架节点构造要求对框架柱设计时,其计算长度l0的取值规定见表14-7-1。框架结构各层柱的计算长度表14-7-1楼盖类型柱的类别l0现浇楼盖底层柱1.0H其余各层柱1. 25H装配式楼盖底层柱1. 25H其余各层柱1.5H注:表中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度;对其余各层柱为上、下两层楼盖顶面之间的高度。框架体系的多层厂房,节点常采用全刚接或部分刚接、部分饺接的方案;框架体系的 高层民用房屋,多采用全刚接的情况。现浇框架节点处钢筋的锚固和搭接要求见本章第二节受弯构件中纵筋构造要求部分。 装配整体式接头的设计
9、应满足施工阶段和使用阶段的承载力、稳定性和变形的要求。3.迭合梁迭合梁指在装配整体式结构中分两次浇捣混凝土的梁。第一次在预制厂内进行,做成 预制梁;第二次在施工现场进行,当预制楼板搁置在预制梁上后,再浇捣梁上部的混凝土 使板和梁连成整体。在施工阶段不加支撑的迭合式受弯构件(如迭合梁) ,应对迭合构件 及其预制构件部分分别进行计算。其中预制部分应按第二节和第三节混凝土受弯构件的规 定计算。当hl/h0.4时,应在施工阶段设置可靠支撑,此处, h1为预制构件的截面高度, h 为迭合构件的截面高度。施工阶段设有可靠支撑的迭合式受弯构件,可按普通受弯构件计 算,但是迭合构件斜截面受剪承载力和迭合面受剪
10、承载力应按规范) 10. 6. 4条和 10. 6. 5条计算。施工阶段不加支撑的迭合梁,其承载力计算如下。(1)荷载规定10.6.2施工阶段不加支撑的迭合式受弯构件,其内力应分别按下列两个阶段计算: 1第一阶段后浇的迭合层混凝土未达到强度设计值之前的阶段。荷载由预制 构件承担,预制构件按简支构件计算;荷载包括预制构件自重、预制楼板自重、迭 合层自重以及本阶段的施工活荷载。2第二阶段迭合层混凝土达到设计规定的强度值之后的阶段。迭合构件按整 体结构计算;荷载考虑下列两种情况并取较大值: 1)施工阶段计入迭合构件自重、预制楼板自重、面层、吊顶等自重以及本 阶段的施工活荷载; 2)使用阶段计入迭合构
11、件自重、预制楼板自重、面层、吊顶等自重以及使 用阶段的可变荷载。(2)受弯承载力和斜截面受剪承载力计算10.6.3预制构件和迭合构件的正截面受弯承载力应按本规范第7.2.1条或第 7.2.2条计算,其中,弯矩设计值应按下列规定取用:预制构件M1 = M1G十M1Q (10.6.3-1)迭合构件的正弯矩区段M=M1G十M2G十M2Q (10.6.3-2)迭合构件的负弯矩区段M=M2G十M2Q (10.6.3-3) 式中M1G预制构件自重、预制楼板自重和迭合层自重在计算截面产生的弯矩设计值; M2G一一第二阶段面层、吊顶等自重在计算截面产生的弯矩设计值; M1Q一一第一阶段施工活荷载在计算截面产生
12、的弯矩设计值; M2Q第二阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值,取本阶段施工活荷载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的弯矩设计值中的较大值。在计算中,正弯矩区段的混凝土强度等级,按迭合层取用;负弯矩区段的混凝 土强度等级,按计算截面受压区的实际情况取用。10.6.4预制构件和迭合构件的斜截面受剪承载力,应按本规范第7. 5节的有关规 定进行计算,其中,剪力设计值应按下列规定取用:预制构件V1= V1G + V1Q (10.6.4-1)迭合构件V = V1G + V2G十V2Q (10.6.4-2) 式中V1G一一预制构件自重、预制楼板自重和迭合层自重在计算截面产生的剪力设计值;V2G一一第二阶
13、段面层、吊顶等自重在计算截面产生的剪力设计值; V1Q一一一第一阶段施工活荷载在计算截面产生的剪力设计值; V2Q一一第二阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值,取本阶段施工活荷 载和使用阶段可变荷载在计算截面产生的剪力设计值中的较大值。 在计算中,迭合构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值Vcs应取迭合层 和预制构件中较低的混凝土强度等级进行计算,且不低于预制构件的受剪承载力设 计值。(3)迭合面受剪承载力计算V式中ft取迭合层和预制梁中的较低值。 (4)迭合梁的钢筋应力和裂缝宽度验算在迭合梁中有钢筋应力超前的特点, (规范对此作出了限制,具体参阅规范10. 6. 6- 10. 6. 1
14、3条。(5) 叠合梁的构造规定10.6.14叠合梁除应符合普通梁的构造要求外,尚应符合下列规定: 1预制梁的箍筋应全部伸入迭合层,且各肢伸入叠合层的直线段长度不宜小于 l0d (d为箍筋直径) ; 2在承受静力荷载为主的迭合梁中,预制构件的叠合面可采用凹凸不小于 6mm的自然粗糙面; 3叠合层混凝土的厚度不宜小于100mm, 叠合层的混凝土强度等级不应低 于C20。4叠合梁预制部分高度必须满足h1/h0.4，否则宜在施工阶段设置可靠支撑。4.剪力墙结构(1)剪力墙结构计算的基本假定基本假定是:一是楼板在其自身平面内刚度很大,可视为刚度元限大的刚性楼盖,在 平面外,则由于刚度很小,可忽略不计;二
15、是各片剪力墙在其自身平面内的刚度很大,而 相对地在其平面外的刚度很小,可忽略不计。由此以来,可以把不同方向的剪力墙结构分 墙肢弯矩:墙肢轴力:墙肢剪力: 式中M, V分别为外荷载在计算截面上所产生的弯矩、剪力; Ij、Aj分别为第j墙 肢的截面惯性矩、截面面积; I为整个剪力墙截面对组合截面形心的惯性矩; yj为第j墙 肢截面形心至整个剪力墙组合截面形心的距离。连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。位移计算。剪力墙顶点的水平位移,计算时应考虑截面剪切变形和洞口对截面刚度削 弱的影响,即:u (均布荷载) u ( 倒二角荷载) u (顶点集中力) 式中V0为外荷载在墙底部产生的总剪力;H为剪刀墙的总高度; EIeq为等效抗弯 刚度。式中Iw为剪力墙截面惯性矩。对整体墙(包括有小洞口的墙)可取组合截面惯性矩。 对整体小开口墙可取组合截面惯性矩的80%; Aw为在洞口剪力墙的截面面积,小洞口整 截面剪力墙取折算截面面积,即Aw =（1）A,
