【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，不僅會(huì)增加建筑布置的困難，而且在地震作用下，剛度大則地震力也大，這是不利的，通常以保證結(jié)構(gòu)側(cè)向變形不超過(guò)規(guī)范規(guī)定的限制值為宜。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。 剪 力墻布置可以靈活，但要考慮以下幾點(diǎn)要求： (1)剪力墻布置以對(duì)稱(chēng)為好，可減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。在地震區(qū)，要求更加嚴(yán)格。當(dāng)不能對(duì)稱(chēng)布置剪力墻時(shí)，也要使剛度中心盡量和質(zhì)量中心接近，減少地震作用產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)。 (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。 (3)在層高不高的情況下，剪力墻可做成 T形， Γ 形或 L 形，以充分發(fā)揮剪力墻的作用。在高度較大的建筑中，剪力墻布置成井筒，以加大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力的剛度和抗扭的剛度。這種布置方式還可以便框架柱的布置靈活形成豐富多變的立面效果。 (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。但要注意，在同一軸線上分設(shè)在兩端、相距較遠(yuǎn)的剪力墻，會(huì)限制兩墻之間構(gòu)件的收縮和膨脹，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力可能造成不利影響。 (5)在兩片平行的剪力墻 (或兩個(gè)井筒 )之間布置剪力墻時(shí)，兩片墻之間的樓板在水平力作用下可能在平面內(nèi)產(chǎn)生撓曲。對(duì)框架產(chǎn)生不利的影響要限制剪力墻 (或井簡(jiǎn) )之間的距離與樓板寬度之比 L／ B。剪力墻的間距不要超過(guò)表 663所列的值，表中 B為樓板寬度。 4．筒中筒結(jié)構(gòu)體系 當(dāng)建筑超過(guò) 40～ 50 層時(shí)，要采用抗側(cè)力剛度更大的結(jié)構(gòu)體系．框筒結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)體系。 框筒通常放在建筑物的外圍，由間距很密的柱與截面很高的梁 (稱(chēng)為窗裙梁 )組成。這種密柱深梁結(jié)構(gòu)，形式上緣框架，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)開(kāi)了許多窗的簡(jiǎn)體，因此稱(chēng)為框筒，它靠空間的簡(jiǎn)體受力特性來(lái)抵抗水平力。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。翼緣框架中各柱軸力分布并不均勻，愈靠近角部的柱所受 軸力愈大。由于翼緣框架柱參加抵抗水平荷載，整個(gè)框筒像一個(gè)懸臂簡(jiǎn)體一樣，它的剛度和承載力都很大。水平荷載下的樓板只是一個(gè)剛性隔板保持框筒的側(cè)向穩(wěn)定和側(cè)向剛度，有如竹子中的竹節(jié)。樓板中板和梁則按照承受垂直荷載的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 框筒可以作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單獨(dú)使用，稱(chēng)為框筒結(jié)構(gòu)，它可形成很大的使用空間。為了減小樓板和梁在垂直荷載下的跨度，在房屋內(nèi)部需要設(shè)置一些柱子，這些柱子對(duì)抵抗側(cè)向力幾乎不起作用。在多數(shù)情況下，要使框筒與剪力墻組成的實(shí)腹內(nèi)筒結(jié)合，形成筒中筒。內(nèi)筒中布置樓梯、電梯、豎向管道等。內(nèi)、外筒之間不再設(shè)柱，內(nèi)筒 、外簡(jiǎn)直接承受樓板傳來(lái)的垂直荷載，并共同抵抗水平荷載，樓板除了承受垂直荷載以外，仍然可起剛性隔板的作用。這種布置方式有較大的靈活空間，使用合理，結(jié)構(gòu)上也合理，適用于較高的建筑。 框筒的柱距很密。大約 ～ 3m，最大為 ；窗裙梁高度約為 ～ ，寬 ～ ；一般窗洞面積不超過(guò)建筑立面面積的 50％；框筒的平面形狀宜接近方形或圓形，長(zhǎng)短邊比一般不易超過(guò) 2。通常，在結(jié)構(gòu)總高和總寬之比 H/B 大于 3 時(shí)，才能充分發(fā)揮框筒的作用。所以，在多層或較低的高層建筑中，不適于采用框簡(jiǎn)或筒中筒結(jié)構(gòu)，而可以采用 框架一簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，它在建筑布置和使用上與筒中簡(jiǎn)具有相同的優(yōu)點(diǎn)，但可避免框簡(jiǎn)所需要的密柱深梁，使設(shè)計(jì)和施工大大簡(jiǎn)化。 5．多筒結(jié)構(gòu) 多筒結(jié)構(gòu)可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是將多個(gè)簡(jiǎn)體合并在一起形成成束筒，一類(lèi)是在簡(jiǎn)體之間用剛度很大的水平構(gòu)件相互聯(lián)系，成為巨形框架。 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(guó)芝加哥西爾斯大樓就是采用 9個(gè)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。 巨形框架不是由普通梁柱組成的，而是用筒體作柱子，用高度很大 (一層或幾層樓高 )的水平構(gòu)件作梁，巨形 框架梁可以隔若干層設(shè)置一根。小框架不抵抗側(cè)向力，主要承受各樓層豎向荷載，傳到巨形梁上。巨形框架的抗側(cè)剛度視簡(jiǎn)體及水平構(gòu)件的剛度而定。 (二 )框架近似計(jì)算 框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間受力體系，但在工程設(shè)計(jì)中，一般都簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。平面框架的內(nèi)力計(jì)算方法很多，如彎矩分配法、無(wú)剪力分配法、迭代法等均已在結(jié)構(gòu)力學(xué)中作了介紹，但當(dāng)結(jié)構(gòu)跨數(shù)較多、層數(shù)較多時(shí)，用上述方法進(jìn)行手算需耗費(fèi)大量的人力，因此目前較多的是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理編制電算程序，由計(jì)算機(jī)直接求出結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移以至各截面的配筋。但用電算方法需要相應(yīng)的計(jì)算設(shè) 備與計(jì)算軟件，計(jì)算費(fèi)用較高，特別是在初步設(shè)計(jì)階段，為確定結(jié)構(gòu)布置方案或構(gòu)件截面尺寸，往往需要采用一些簡(jiǎn)單的近似計(jì)算 αα 方法進(jìn)行估算，以求既快又省的解決問(wèn)題。 下文主要介紹框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的近似計(jì)算方法，包括豎向荷載作用下的分層法， 水平荷載作用下的反彎點(diǎn)法和修正反彎點(diǎn)法 (D 值法 )。 1．框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 1)計(jì)算單元的確定 一般情況下，框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間受力體系 [圖 663(a)]。為方便起見(jiàn)，常常忽略結(jié)構(gòu)縱向和橫向之間的空間聯(lián)系，忽略各構(gòu)件的抗扭作用，將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進(jìn)行分析計(jì)算 [圖 663(c)、 (d)]。取出來(lái)的平面框架承受圖 663(b)陰影范圍內(nèi)的水平荷載，豎向荷載則需要按樓蓋結(jié)構(gòu)的布置方案確定。在分析圖 663所示的各榀平面框架時(shí)，由于通常橫向框架的間距相同，作用于各橫向框架上的荷載相同，框架的抗側(cè)剛度相同，因此，各榀橫向框架都將產(chǎn)生相同的內(nèi)力與變形，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一般取中間有代表性的一榀橫向框架進(jìn)行分析即可；而作用于縱向框架上的荷載則各不相同。必要時(shí)應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算。 2)節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化 框架節(jié)點(diǎn)一般總是三向受力的，但當(dāng)按平面框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，則節(jié)點(diǎn)也相應(yīng)地簡(jiǎn)化?？蚣芄?jié)點(diǎn)可簡(jiǎn) 化為剛接節(jié)點(diǎn)、鉸接節(jié)點(diǎn)和半鉸節(jié)點(diǎn)，這要根據(jù)施工方案和構(gòu)造措施確定。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，梁和柱內(nèi)的縱向受力鋼筋都將穿過(guò)節(jié)點(diǎn)或錨入節(jié)點(diǎn)區(qū) (圖664)。顯然這時(shí)應(yīng)簡(jiǎn)化為剛接節(jié)點(diǎn)。 裝配式框架結(jié)構(gòu)則是在梁底和柱子的某些部位預(yù)埋鋼板，安裝就位后再焊接起來(lái) (圖665)，由于鋼板在其自身平面外的剛度很小，同時(shí)焊接質(zhì)量隨機(jī)性很大，難以保證結(jié)構(gòu)受力后梁柱間沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此常把這類(lèi)節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化成鉸接節(jié)點(diǎn) [圖 665(α)] 或半鉸節(jié)點(diǎn) [圖 665(b)]。在裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中，梁 (柱 )中的鋼筋在節(jié)點(diǎn)處或?yàn)楹附踊驗(yàn)榇罱樱⒃诂F(xiàn)場(chǎng)澆注部分混凝土。節(jié)點(diǎn)左右梁端均可有效地傳遞彎矩．因此可認(rèn)為是剛接節(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(jì)算值。 框架支座可分為固定支座和鉸支座，當(dāng)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱時(shí)，一般設(shè)計(jì)成固定支座，當(dāng)為預(yù)制柱杯形基礎(chǔ)時(shí)，則應(yīng)為構(gòu)造揩施不同分別簡(jiǎn)化為固定支座和鉸支座。 (3)地震作用 多層框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)高度不超過(guò) 40m，且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻時(shí)，可采用底部剪力法計(jì)算水平地震作用。 2．框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及其側(cè)移的計(jì)算，可以用計(jì)算機(jī)或手算來(lái)完成。 1)計(jì)算機(jī)計(jì)算方法 用計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)，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(jì)算機(jī)進(jìn)行內(nèi)力與位移分析?，F(xiàn)已有多種通用程序可供應(yīng) 用，只需將荷載和框架的幾何尺寸等參數(shù)輸入，則各桿件的內(nèi)力、側(cè)移、甚至各構(gòu)件的截面面積與配筋量等都能一一算出。 2)手算的近似計(jì)算方法 用手算時(shí)，一般均采用近似的簡(jiǎn)化方法。 (1)豎向荷載作用下框架內(nèi)力近似計(jì)算 在豎向荷載作用下框架內(nèi)力可以采用分層法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。分層法的基本簡(jiǎn)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(jì)；每層梁上的荷載對(duì)其他各層梁、柱的影響忽略不計(jì)。 按上述假定，計(jì)算時(shí)可將每層框架梁連同上、下柱組成基本計(jì)算單元，梁與柱剛接，柱遠(yuǎn)端均視為固結(jié)，用彎矩分配法或其他方法 (如迭代法 )進(jìn)行計(jì)算 。在計(jì)算分配系數(shù)時(shí)，考慮支座轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，除底層柱外，其他各層柱的線剛度均應(yīng)乘以折減系數(shù) ，相應(yīng)的傳遞系數(shù)為 1/3(底層柱仍為 1/2)。豎向荷載產(chǎn)生的梁固端彎矩只在本層進(jìn)行彎矩分配，單元之間不再傳遞。 梁的彎矩取分配后的數(shù)值；柱端彎矩取相鄰兩單元對(duì)應(yīng)柱端彎矩之和。驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)彎矩，如不平衡彎矩值偏大，可在該節(jié)點(diǎn)重新分配一次 (不再傳遞 )。 (2)水平荷載作用下框架內(nèi)力近似計(jì)算 在風(fēng)荷載和水平地震作用下的框架內(nèi)力可以用 D值法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。 (三 )剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算 1)剪力墻結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 高層 剪力墻結(jié)構(gòu)可以采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同工作分析方法進(jìn)行內(nèi)力與位移計(jì)算。此時(shí)開(kāi)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(kāi)口墻按其等效剛度作為單片墻考慮。 布置較復(fù)雜的剪力墻宜按薄壁桿件系統(tǒng)進(jìn)行三維空間分析，此時(shí)剪力墻肢作為開(kāi)口空間薄壁桿件考慮，連梁作為空間桿件考慮。 剪力墻結(jié)構(gòu)也可以采用連續(xù)化方法、有限條法等方法計(jì)算。 簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，水平力可以按各片剪力墻的等效剛度分配，然后進(jìn)行單片剪力墻的計(jì)算。 當(dāng)剪力墻孔洞面積及墻面面積之比不大于 長(zhǎng)邊尺寸時(shí)，可作 為整截面懸臂構(gòu)件；按平截面假定計(jì)算截面應(yīng)力分布。其等效剛度可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 計(jì)算剪力墻的內(nèi)力與位移時(shí)，可以考慮縱、橫墻的共同作用?？倝Φ囊徊糠挚梢宰鳛闄M墻的有效翼緣，橫墻的一部分也可以作為縱墻的有效翼緣。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。 在雙十字形和井字形平面的建筑中，核芯墻各墻段軸線錯(cuò)開(kāi)距離不大于實(shí)體連接墻厚度的 8 倍，并且不大于 ，整片墻可以作為整體平面剪力墻考慮；計(jì)算所得內(nèi)力應(yīng)乘以增大系數(shù) ，等效剛度應(yīng)乘以折減系數(shù) 。 當(dāng)折線剪力墻的各墻段總轉(zhuǎn)角不大于 15186。時(shí)，可按平面剪力墻考慮。 3)整體小開(kāi)口墻的內(nèi)力與位移計(jì)算 (1)整體小開(kāi)口墻的內(nèi)力 整體小開(kāi)口墻的內(nèi)力可參考有關(guān)公式計(jì)算，連梁的剪力可由上、下墻肢的軸力差計(jì)算。 (2)整體小開(kāi)口墻的頂點(diǎn)位移 由于洞口的削弱，小開(kāi)口墻的位移比按材料力學(xué)計(jì)算的組合截 面構(gòu)件的位移增大 20％。具體計(jì)算公式可參考有關(guān)書(shū)籍。 (3)小墻肢端部的附加局部彎矩 剪力墻多數(shù)墻肢基本均勻，又符合整體小開(kāi)口墻的條件，當(dāng)夾有個(gè)別細(xì)小墻肢時(shí)，仍可按整體小開(kāi)口墻計(jì)算內(nèi)力，但小墻肢會(huì)產(chǎn)生顯著的局部彎曲，使墻肢彎矩增大。這時(shí)，小墻肢端部應(yīng)計(jì)算附加局部彎曲的影響，具體公式可參考有關(guān)文獻(xiàn)。 4)聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移計(jì)算 聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移按連續(xù)方法計(jì)算，并采用以下假定： (1)連梁的反彎點(diǎn)在跨中，連梁的作用可以用沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片代替； (2)各墻肢的變形曲線相似； (3)連梁和墻肢考慮彎曲和剪 切變形；墻肢還應(yīng)考慮軸向變形的影響。 聯(lián)肢墻內(nèi)力與位移計(jì)算公式可見(jiàn)有關(guān)參考文獻(xiàn)。 5)壁式框架內(nèi)力與位移計(jì)算 壁式框架內(nèi)