【正文】 置、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)；抗震設(shè)計的一般規(guī)定、構(gòu)造要求。 【例題 9】梁中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是指 ( )。 【例題 7】控制混凝土構(gòu)件因碳化引起的沿鋼筋走向的裂縫的最有效措施是 ( )。當(dāng)鋼筋全部達(dá)到屈服時， (即荷載達(dá)到屈服荷載 Ny 時 )裂縫開展很大，可認(rèn)為構(gòu)件達(dá)到了破壞狀態(tài)。 3)第 Ⅲ 階段： 當(dāng)拉力值接近屈服荷載 時，受拉鋼筋開始屈服。 2)第 Ⅱ 階段： 混凝土開裂后至鋼筋屈服前，屬于第 Ⅱ 階段。 1)第 Ⅰ 階段： 從加載到混凝土開裂前，屬于第 1階段。 2．設(shè)計表達(dá)式 對于結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，我國采用了以基本變量的標(biāo)準(zhǔn)值并考慮各種分項(xiàng)系數(shù)的使用設(shè)計表達(dá)式的形式。 當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認(rèn)為超過了承載能力極限狀態(tài)： 1)整個結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的一部分作為剛體失去平衡 (如傾覆等 )； 2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度被超過而破壞 (包括疲勞破壞 )，或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載； 3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系； 4)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定 (如壓屈等 )。 (二 )極限狀態(tài)及其設(shè)計表達(dá)式 1．結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) 若整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求，那么，這個特定狀態(tài)就稱為該功能的極限狀態(tài)。 2．適用性。反復(fù)荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力愈多，則粘 結(jié)力遭受的損害愈嚴(yán)重。 4)橫向鋼筋對粘結(jié)力的影響 橫向鋼筋可以延緩內(nèi)裂縫和劈裂裂縫的發(fā)展，提高粘結(jié)強(qiáng)度。 (2)影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 1)混凝土的質(zhì)量 水泥性能 好、骨料強(qiáng)度高、配比得當(dāng)、振搗密實(shí)、養(yǎng)護(hù)良好的混凝土對粘結(jié)力和錨固非常 有利。光面鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度低、滑移量大，其破壞形態(tài)可認(rèn)為 是鋼筋與混凝土相對滑移產(chǎn)生的，或鋼筋從混凝土中被拔出的剪切破壞，其破壞面就是鋼筋與混凝土的接觸表面。 2．粘結(jié)力的破壞機(jī)理及影響粘結(jié)強(qiáng)度的因素 (1)粘結(jié)力的破壞機(jī)理 1) 光面鋼筋的粘結(jié)破壞光面鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力主要由膠結(jié)力形成，根據(jù)試驗(yàn)資料，光面鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度為 ～ 。它涉及混凝土在單調(diào)、短期加荷作用下 的變形性能、混凝土在重復(fù)荷載下的變形性能、混凝土在荷載長期作用下的變形性能以及混凝土自身的收縮 和膨脹。 (三 )粘結(jié) 1．粘結(jié)力的組成 粘結(jié)力是指鋼筋和混凝土接觸界面上沿鋼筋縱向的抗剪能力，也就是分布在界面上的縱向剪應(yīng)力。新軋制的光面鋼筋，粘結(jié)強(qiáng)度只有 。為了提高光面鋼筋的抗滑移性能，須在光面鋼筋的端部附加彎鉤或彎轉(zhuǎn)、彎折以加強(qiáng)錨固。 2)鋼筋的形式 使用變形鋼筋比使用光面鋼筋對粘結(jié)力要有利得多。設(shè)置箍筋可 將縱向鋼筋的抗滑移能力提高 25％，使用焊接骨架或焊接網(wǎng)則提高得更多。 二、基本設(shè)計原則 我國規(guī)范規(guī)定，對建筑物和構(gòu)筑物作結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用以概 率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法。要求結(jié)構(gòu)在正常使用時具有良好的工作性能。極限 狀態(tài)可分為兩類。 (2)正常使用極限狀態(tài)。表達(dá)式中的各項(xiàng)分項(xiàng)系數(shù)都是以其統(tǒng)計特性，按結(jié)構(gòu)可靠度概率分析為基礎(chǔ)確定的，它們的作用與可靠度指標(biāo)是同等的。此時，鋼筋和混凝土共同承受拉力。首先在截面最薄弱處產(chǎn)生第一條裂縫，隨著荷載的增加，先后在一些截面上出現(xiàn)裂縫，逐漸形 成圖 657b(Ⅱ) 中所示的裂縫分布形式。對于真正的軸心受拉構(gòu)件，所有鋼筋應(yīng)當(dāng)同時屈服。見圖 657的 C點(diǎn)。 (A)提高混凝土 強(qiáng)度等級 (B)減小鋼筋直徑 (C)增加鋼筋截面面積 (D)選用足夠的鋼筋保護(hù)層厚度 答案： (D) 解析：選用足夠的鋼筋保護(hù)層厚度可防止混凝土構(gòu)件的碳化，因此水和氧氣就不能使鋼筋銹蝕，鋼筋和混凝土間的粘接強(qiáng)度就不會降低，可防止沿鋼筋走向的裂縫的發(fā)生。 (A)箍筋外表面至梁表面的距離 (B)主筋外表面至梁表面的距離 (C)主筋截面形心至梁表面的距離 (D)主筋內(nèi)表面至梁表面的距離 答案： (B) 解析：梁中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是指主筋外表面至梁表面的距離。 一、單層廠房 (一 )組成與布置 結(jié)構(gòu)組成：屋蓋結(jié)構(gòu)：分無檁和有檁兩種體系，無檁體系系由大型屋面板、屋面梁或屋架 (包括屋蓋支撐 )所組成；有檁體系由小型屋面板、檁條、屋架 (包括屋蓋支撐 )所組成。支撐：包括屋架、 天窗架支撐和柱間支撐等，其作用是加強(qiáng)廠房的穩(wěn)定性和空間剛度，起傳遞風(fēng)荷載和吊車水平荷載或地震力的作用。廠房應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置變 形縫。變形縫處一般設(shè)置雙排架。有抽柱時應(yīng)沿縱向布置托架。柱間支撐一般應(yīng)布置在溫度區(qū)段的中間。 2．計算假定：柱下端固接于基礎(chǔ)頂面，橫梁鉸接在柱上。 3．排架 的荷載計算：作用在排架上的荷載分永久荷載和可變荷載兩類。由結(jié)構(gòu)力學(xué)知道，等高排架不論跨數(shù)多少，由于等高排架柱頂水平全部相等的特點(diǎn)，可由比位移法更為簡捷的 “ 剪力分配法 ” 來計算。 (4)牛腿：根據(jù)牛腿所受豎向荷載作用點(diǎn)到牛腿根部的水平距離與牛腿有效高度的比值，可分為長牛腿和短牛腿。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加更快。 多層和高層建筑抗側(cè)力體系在不斷的發(fā)展和改進(jìn)，建筑高度也不斷增高。 高層建筑結(jié)構(gòu)所用的材料，主要是鋼筋混凝土和鋼。它的缺點(diǎn)是自重較大、抗震性能不如鋼結(jié)構(gòu)、建造高度也低于鋼結(jié)構(gòu)。它適用于多層及高度不大的高層建筑。因此，框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，水平位移大，這是它的主要缺點(diǎn)，并因此限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高度，一般不易超過 60m。所以，如果，在地震區(qū)建造較高的框架結(jié)構(gòu)，必須選擇既減輕重量，又能經(jīng)受較大變形的隔墻材料和構(gòu)造做法。在高層建筑中，梁柱必須做 成剛接。在地震區(qū)，柱斷面尺寸受到軸壓比限制，不能過小。墻體同時也作為維護(hù)及房間分隔構(gòu)件。墻體截面積大，承載力要求比較容易滿足。 剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)和局限性也是很明顯的，主要是剪力墻間距太小，平面布置不靈活，不適應(yīng)于建造公共建筑，結(jié)構(gòu)自重較大。因此，在地震區(qū)不允許單獨(dú)采用這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)。因?yàn)榭蛑Ъ袅Τ惺艿募袅Υ蟛糠忠ㄟ^樓板傳到落地剪力墻上，落地剪力墻之間的距離要加以限制 (墻的距離與樓板寬度之比不超過 3，抗震設(shè)計時不超過 2～ 2． 5)，同時還要加強(qiáng)過渡層樓板的整體性和剛性 (底層大空間與上部剪力墻 之間的樓板稱過渡層樓板 )，這層樓板應(yīng)采用厚度較大現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。 在北京飯店的結(jié)構(gòu)平面圖中可見，大多數(shù)剪力墻是單片式的分散布置形式，這種結(jié)構(gòu)剛度比較小，建造高度一般在 10～ 20 層。在這種體系中，剪力墻 (或筒體 )常常擔(dān)負(fù)大部分水平荷載，結(jié)構(gòu)總剛度加大，側(cè)移減小。 框架一剪力墻結(jié)構(gòu)布置的要點(diǎn)是剪力墻的數(shù)量和位置。也可以綜合考慮地基、填充墻材料、裝修要求、使用情況等加以適當(dāng)調(diào)整。 (2)剪力墻應(yīng)貫通全高，使結(jié)構(gòu)剛度上下連續(xù)而均勻。 (4)剪力墻靠近結(jié)構(gòu)外圍布置，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗 扭作用。剪力墻的間距不要超過表 663所列的值，表中 B為樓板寬度。在水平荷載作用下框筒柱所受的軸力分布，迎風(fēng)面柱受拉，背風(fēng)面柱受壓，腹板框架柱則有拉有壓。樓板中板和梁則按照承受垂直荷載的要求進(jìn)行設(shè)計。內(nèi)筒中布置樓梯、電梯、豎向管道等。大約 ～ 3m，最大為 ；窗裙梁高度約為 ～ ，寬 ～ ；一般窗洞面積不超過建筑立面面積的 50％；框筒的平面形狀宜接近方形或圓形，長短邊比一般不易超過 2。 成束筒的抗側(cè)剛度比筒中筒結(jié)構(gòu)更大，可以建造更高的高層建筑，目前世界上最高的美國芝加哥西爾斯大樓就是采用 9個框筒合并在一起的成束筒體系，隨著高度增加，筒的數(shù)目逐漸減少。 (二 )框架近似計算 框架結(jié)構(gòu)是一個空間受力體系，但在工程設(shè)計中，一般都簡化為平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。 1．框架結(jié)構(gòu)計算簡圖 1)計算單元的確定 一般情況下，框架結(jié)構(gòu)是一個空間受力體系 [圖 663(a)]。必要時應(yīng)分別進(jìn)行計算。顯然這時應(yīng)簡化為剛接節(jié)點(diǎn)。當(dāng)然這種節(jié)點(diǎn)的剛性不如現(xiàn)澆式框架好，節(jié)點(diǎn)處梁端的實(shí)際負(fù)彎矩要小于計算值。 1)計算機(jī)計算方法 用計算機(jī)計算時，高層框架結(jié)構(gòu)可以分別按平面框架和空間框架，采用矩陣位移法編出程序，由計算機(jī)進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。分層法的基本簡化假定如下：在豎向荷載作用下框架側(cè)移的影響可忽略不計；每層梁上的荷載對其他各層梁、柱的影響忽略不計。 梁的彎矩取分配后的數(shù)值；柱端彎矩取相鄰兩單元對應(yīng)柱端彎矩之和。此時開口較大的聯(lián)肢墻按壁式框架考慮；實(shí)體墻、整截面墻和整體小開口墻按其等效剛度作為單片墻考慮。 當(dāng)剪力墻孔洞面積及墻面面積之比不大于 長邊尺寸時，可作 為整截面懸臂構(gòu)件；按平截面假定計算截面應(yīng)力分布。每一側(cè)有效翼緣的寬度可取翼緣厚度的 6 倍、墻間距的一半和總高度的 1/20 中的最小值，且不大于至洞口邊緣的距離。 3)整體小開口墻的內(nèi)力與位移計算 (1)整體小開口墻的內(nèi)力 整體小開口墻的內(nèi)力可參考有關(guān)公式計算，連梁的剪力可由上、下墻肢的軸力差計算。這時，小墻肢端部應(yīng)計算附加局部彎曲的影響，具體公式可參考有關(guān)文獻(xiàn)。將壁式框架帶剛域桿件變?yōu)榈刃У冉孛鏃U件后，可采用 D值法進(jìn)行簡化計算。 矩形、 T 形、 I 形偏心受壓剪力墻的正截面承載力、矩形受拉剪力墻的正截面承載力、墻肢斜截面受剪承載力計算公式可見有關(guān)參考文獻(xiàn)。雙排鋼筋之間應(yīng)采用拉筋連接，拉筋直徑不小于 φ6 ，間距不大于 700mm，拉筋應(yīng)與外皮水平鋼筋鉤牢，底部加強(qiáng)部 位的拉筋宜適當(dāng)加密。 非抗震設(shè)計時，豎向鋼筋不少于 AC，箍筋直徑不少于 8，間距不大于 150mm。 3)連梁內(nèi)力調(diào)整 當(dāng)聯(lián)肢墻中某幾層連梁的彎矩設(shè)計值超過其最大受彎承載力時，可降低這些部位的連梁彎矩設(shè)計值，并將其余部位的連梁彎矩設(shè) 計值相應(yīng)提高，以補(bǔ)償減少的彎矩，滿足平衡條件。在頂層連梁伸入墻體的鋼筋長度范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置間距小于 150mm的構(gòu)造箍筋，構(gòu) 造箍筋的直徑同該連梁的箍筋直徑； ③ 跨高比 In/h 的連梁，在距連梁底邊 ～ 0． 6h 范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置配筋率小于 ％的水平分布筋。由于這一變形協(xié)調(diào)作用，框架和剪力墻的荷載和剪力分配沿高度在不斷調(diào)整。 在水平荷載作用下手算的近似計算方法，是把各榀剪力墻和框架視作只能在其自身平面內(nèi)受力的豎向平面結(jié)構(gòu)，并且由它們共同承擔(dān)水平荷載。 ④ 連接桿件可由水平剛性連接介質(zhì)代替，它僅傳遞水平力并且使受彎和受剪懸臂構(gòu)件的變形協(xié)調(diào)。同樣，按各片剪力墻的等效剛度比例將總剪力墻的彎矩和剪力分配到每片剪力墻上。 λ 的表達(dá)式如下： 上式可以看出， λ 是與剪力墻和框架剛度有關(guān)的一個參數(shù)，而框架 剪力墻結(jié)構(gòu)變形曲線的形狀是無量綱參數(shù) λ 的函數(shù)， λ 是代表框架 剪力墻的結(jié)構(gòu)特性。 ① 規(guī)則建筑中的樓層按下列方法 調(diào)整框架總剪力。 2．框架 剪力墻結(jié)構(gòu)