【文章內容簡介】 ，不僅會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，通常以保證結構側向變形不超過規(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調整。 剪 力墻布置可以靈活，但要考慮以下幾點要求： (1)剪力墻布置以對稱為好，可減少結構的扭轉。在地震區(qū)，要求更加嚴格。當不能對稱布置剪力墻時，也要使剛度中心盡量和質量中心接近，減少地震作用產生的扭轉。 (2)剪力墻應貫通全高，使結構剛度上下連續(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，以加大結構的抗側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)剪力墻靠近結構外圍布置，可以增強結構的抗 扭作用。但要注意，在同一軸線上分設在兩端、相距較遠的剪力墻，會限制兩墻之間構件的收縮和膨脹，由此產生的溫度應力可能造成不利影響。 (5)在兩片平行的剪力墻 (或兩個井筒 )之間布置剪力墻時，兩片墻之間的樓板在水平力作用下可能在平面內產生撓曲。對框架產生不利的影響要限制剪力墻 (或井簡 )之間的距離與樓板寬度之比 L／ B。剪力墻的間距不要超過表 663所列的值，表中 B為樓板寬度。 4．筒中筒結構體系 當建筑超過 40～ 50 層時，要采用抗側力剛度更大的結構體系．框筒結構或筒中筒結構體系。 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 (稱為窗裙梁 )組成。這種密柱深梁結構，形式上緣框架，實質上是一個開了許多窗的簡體，因此稱為框筒，它靠空間的簡體受力特性來抵抗水平力。在水平荷載作用下框筒柱所受的軸力分布，迎風面柱受拉，背風面柱受壓，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，整個框筒像一個懸臂簡體一樣，它的剛度和承載力都很大。水平荷載下的樓板只是一個剛性隔板保持框筒的側向穩(wěn)定和側向剛度，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行設計。 框筒可以作為抗側力結構單獨使用，稱為框筒結構，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，在房屋內部需要設置一些柱子，這些柱子對抵抗側向力幾乎不起作用。在多數情況下，要使框筒與剪力墻組成的實腹內筒結合，形成筒中筒。內筒中布置樓梯、電梯、豎向管道等。內、外筒之間不再設柱，內筒 、外簡直接承受樓板傳來的垂直荷載，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，結構上也合理，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。通常，在結構總高和總寬之比 H/B 大于 3 時，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，不適于采用框簡或筒中筒結構，而可以采用 框架一簡體結構，它在建筑布置和使用上與筒中簡具有相同的優(yōu)點，但可避免框簡所需要的密柱深梁，使設計和施工大大簡化。 5．多筒結構 多筒結構可分為兩類，一類是將多個簡體合并在一起形成成束筒，一類是在簡體之間用剛度很大的水平構件相互聯系，成為巨形框架。 成束筒的抗側剛度比筒中筒結構更大，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 )的水平構件作梁，巨形 框架梁可以隔若干層設置一根。小框架不抵抗側向力，主要承受各樓層豎向荷載，傳到巨形梁上。巨形框架的抗側剛度視簡體及水平構件的剛度而定。 (二 )框架近似計算 框架結構是一個空間受力體系，但在工程設計中，一般都簡化為平面結構進行計算。平面框架的內力計算方法很多，如彎矩分配法、無剪力分配法、迭代法等均已在結構力學中作了介紹，但當結構跨數較多、層數較多時，用上述方法進行手算需耗費大量的人力，因此目前較多的是根據結構力學的基本原理編制電算程序，由計算機直接求出結構內力與位移以至各截面的配筋。但用電算方法需要相應的計算設 備與計算軟件，計算費用較高，特別是在初步設計階段，為確定結構布置方案或構件截面尺寸，往往需要采用一些簡單的近似計算 αα 方法進行估算，以求既快又省的解決問題。 下文主要介紹框架結構設計中常用的近似計算方法，包括豎向荷載作用下的分層法， 水平荷載作用下的反彎點法和修正反彎點法 (D 值法 )。 1．框架結構計算簡圖 1)計算單元的確定 一般情況下，框架結構是一個空間受力體系 [圖 663(a)]。為方便起見，常常忽略結構縱向和橫向之間的空間聯系，忽略各構件的抗扭作用，將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進行分析計算 [圖 663(c)、 (d)]。取出來的平面框架承受圖 663(b)陰影范圍內的水平荷載，豎向荷載則需要按樓蓋結構的布置方案確定。在分析圖 663所示的各榀平面框架時，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，框架的抗側剛度相同，因此，各榀橫向框架都將產生相同的內力與變形，結構設計時一般取中間有代表性的一榀橫向框架進行分析即可；而作用于縱向框架上的荷載則各不相同。必要時應分別進行計算。 2)節(jié)點的簡化 框架節(jié)點一般總是三向受力的，但當按平面框架進行結構分析時，則節(jié)點也相應地簡化。框架節(jié)點可簡 化為剛接節(jié)點、鉸接節(jié)點和半鉸節(jié)點，這要根據施工方案和構造措施確定。在現澆鋼筋混凝土結構中，梁和柱內的縱向受力鋼筋都將穿過節(jié)點或錨入節(jié)點區(qū) (圖664)。顯然這時應簡化為剛接節(jié)點。 裝配式框架結構則是在梁底和柱子的某些部位預埋鋼板，安裝就位后再焊接起來 (圖665)，由于鋼板在其自身平面外的剛度很小，同時焊接質量隨機性很大，難以保證結構受力后梁柱間沒有相對轉動，因此常把這類節(jié)點簡化成鉸接節(jié)點 [圖 665(α)] 或半鉸節(jié)點 [圖 665(b)]。在裝配整體式框架結構中，梁 (柱 )中的鋼筋在節(jié)點處或為焊接或為搭接，并在現場澆注部分混凝土。節(jié)點左右梁端均可有效地傳遞彎矩．因此可認為是剛接節(jié)點。當然這種節(jié)點的剛性不如現澆式框架好，節(jié)點處梁端的實際負彎矩要小于計算值。 框架支座可分為固定支座和鉸支座，當為現澆鋼筋混凝土柱時，一般設計成固定支座，當為預制柱杯形基礎時，則應為構造揩施不同分別簡化為固定支座和鉸支座。 (3)地震作用 多層框架結構，當高度不超過 40m，且質量和剛度沿高度分布比較均勻時，可采用底部剪力法計算水平地震作用。 2．框架結構的計算方法 框架結構的內力及其側移的計算，可以用計算機或手算來完成。 1)計算機計算方法 用計算機計算時，高層框架結構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，由計算機進行內力與位移分析。現已有多種通用程序可供應 用，只需將荷載和框架的幾何尺寸等參數輸入，則各桿件的內力、側移、甚至各構件的截面面積與配筋量等都能一一算出。 2)手算的近似計算方法 用手算時，一般均采用近似的簡化方法。 (1)豎向荷載作用下框架內力近似計算 在豎向荷載作用下框架內力可以采用分層法進行簡化計算。分層法的基本簡化假定如下：在豎向荷載作用下框架側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。 按上述假定，計算時可將每層框架梁連同上、下柱組成基本計算單元，梁與柱剛接，柱遠端均視為固結，用彎矩分配法或其他方法 (如迭代法 )進行計算 。在計算分配系數時，考慮支座轉動的影響，除底層柱外，其他各層柱的線剛度均應乘以折減系數 ，相應的傳遞系數為 1/3(底層柱仍為 1/2)。豎向荷載產生的梁固端彎矩只在本層進行彎矩分配，單元之間不再傳遞。 梁的彎矩取分配后的數值；柱端彎矩取相鄰兩單元對應柱端彎矩之和。驗算節(jié)點彎矩，如不平衡彎矩值偏大，可在該節(jié)點重新分配一次 (不再傳遞 )。 (2)水平荷載作用下框架內力近似計算 在風荷載和水平地震作用下的框架內力可以用 D值法進行簡化計算。 (三 )剪力墻結構設計 1．剪力墻結構的計算 1)剪力墻結構的計算方法 高層 剪力墻結構可以采用平面抗側力結構的空間協(xié)同工作分析方法進行內力與位移計算。此時開口較大的聯肢墻按壁式框架考慮；實體墻、整截面墻和整體小開口墻按其等效剛度作為單片墻考慮。 布置較復雜的剪力墻宜按薄壁桿件系統(tǒng)進行三維空間分析，此時剪力墻肢作為開口空間薄壁桿件考慮，連梁作為空間桿件考慮。 剪力墻結構也可以采用連續(xù)化方法、有限條法等方法計算。 簡化計算時，水平力可以按各片剪力墻的等效剛度分配，然后進行單片剪力墻的計算。 當剪力墻孔洞面積及墻面面積之比不大于 長邊尺寸時，可作 為整截面懸臂構件；按平截面假定計算截面應力分布。其等效剛度可參考有關文獻。 計算剪力墻的內力與位移時，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開距離不大于實體連接墻厚度的 8 倍，并且不大于 ，整片墻可以作為整體平面剪力墻考慮；計算所得內力應乘以增大系數 ，等效剛度應乘以折減系數 。 當折線剪力墻的各墻段總轉角不大于 15186。時，可按平面剪力墻考慮。 3)整體小開口墻的內力與位移計算 (1)整體小開口墻的內力 整體小開口墻的內力可參考有關公式計算，連梁的剪力可由上、下墻肢的軸力差計算。 (2)整體小開口墻的頂點位移 由于洞口的削弱，小開口墻的位移比按材料力學計算的組合截 面構件的位移增大 20％。具體計算公式可參考有關書籍。 (3)小墻肢端部的附加局部彎矩 剪力墻多數墻肢基本均勻，又符合整體小開口墻的條件，當夾有個別細小墻肢時，仍可按整體小開口墻計算內力，但小墻肢會產生顯著的局部彎曲，使墻肢彎矩增大。這時，小墻肢端部應計算附加局部彎曲的影響，具體公式可參考有關文獻。 4)聯肢墻內力與位移計算 聯肢墻內力與位移按連續(xù)方法計算，并采用以下假定： (1)連梁的反彎點在跨中，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；墻肢還應考慮軸向變形的影響。 聯肢墻內力與位移計算公式可見有關參考文獻。 5)壁式框架內力與位移計算 壁式框架內