钢筋混凝土结构的计算(编辑修改稿)

钢筋混凝土结构的计算(编辑修改稿)内容摘要：

，不仅会增加建筑布置的困难，而且在地震作用下，刚度大则地震力也大，这是不利的，通常以保证结构侧向变形不超过规范规定的限制值为宜。 也可以综合考虑地基、填充墙材料、装修要求、使用情况等加以适当调整。 剪 力墙布置可以灵活，但要考虑以下几点要求： (1)剪力墙布置以对称为好，可减少结构的扭转。 在地震区，要求更加严格。 当不能对称布置剪力墙时，也要使刚度中心尽量和质量中心接近，减少地震作用产生的扭转。 (2)剪力墙应贯通全高，使结构刚度上下连续而均匀。 (3)在层高不高的情况下，剪力墙可做成 T形， Γ 形或 L 形，以充分发挥剪力墙的作用。 在高度较大的建筑中，剪力墙布置成井筒，以加大结构的抗侧力的刚度和抗扭的刚度。 这种布置方式还可以便框架柱的布置灵活形成丰富多变的立面效果。 (4)剪力墙靠近结构外围布置，可以增强结构的抗 扭作用。 但要注意，在同一轴线上分设在两端、相距较远的剪力墙，会限制两墙之间构件的收缩和膨胀，由此产生的温度应力可能造成不利影响。 (5)在两片平行的剪力墙 (或两个井筒 )之间布置剪力墙时，两片墙之间的楼板在水平力作用下可能在平面内产生挠曲。 对框架产生不利的影响要限制剪力墙 (或井简 )之间的距离与楼板宽度之比 L／ B。 剪力墙的间距不要超过表 663所列的值，表中 B为楼板宽度。 4．筒中筒结构体系 当建筑超过 40～ 50 层时，要采用抗侧力刚度更大的结构体系．框筒结构或筒中筒结构体系。 框筒通常放在建筑物的外围，由间距很密的柱与截面很高的梁 (称为窗裙梁 )组成。 这种密柱深梁结构，形式上缘框架，实质上是一个开了许多窗的简体，因此称为框筒，它靠空间的简体受力特性来抵抗水平力。 在水平荷载作用下框筒柱所受的轴力分布，迎风面柱受拉，背风面柱受压，腹板框架柱则有拉有压。 翼缘框架中各柱轴力分布并不均匀，愈靠近角部的柱所受 轴力愈大。 由于翼缘框架柱参加抵抗水平荷载，整个框筒像一个悬臂简体一样，它的刚度和承载力都很大。 水平荷载下的楼板只是一个刚性隔板保持框筒的侧向稳定和侧向刚度，有如竹子中的竹节。 楼板中板和梁则按照承受垂直荷载的要求进行设计。 框筒可以作为抗侧力结构单独使用，称为框筒结构，它可形成很大的使用空间。 为了减小楼板和梁在垂直荷载下的跨度，在房屋内部需要设置一些柱子，这些柱子对抵抗侧向力几乎不起作用。 在多数情况下，要使框筒与剪力墙组成的实腹内筒结合，形成筒中筒。 内筒中布置楼梯、电梯、竖向管道等。 内、外筒之间不再设柱，内筒 、外简直接承受楼板传来的垂直荷载，并共同抵抗水平荷载，楼板除了承受垂直荷载以外，仍然可起刚性隔板的作用。 这种布置方式有较大的灵活空间，使用合理，结构上也合理，适用于较高的建筑。 框筒的柱距很密。 大约 ～ 3m，最大为 ；窗裙梁高度约为 ～ ，宽 ～ ；一般窗洞面积不超过建筑立面面积的 50％；框筒的平面形状宜接近方形或圆形，长短边比一般不易超过 2。 通常，在结构总高和总宽之比 H/B 大于 3 时，才能充分发挥框筒的作用。 所以，在多层或较低的高层建筑中，不适于采用框简或筒中筒结构，而可以采用 框架一简体结构，它在建筑布置和使用上与筒中简具有相同的优点，但可避免框简所需要的密柱深梁，使设计和施工大大简化。 5．多筒结构 多筒结构可分为两类，一类是将多个简体合并在一起形成成束筒，一类是在简体之间用刚度很大的水平构件相互联系，成为巨形框架。 成束筒的抗侧刚度比筒中筒结构更大，可以建造更高的高层建筑，目前世界上最高的美国芝加哥西尔斯大楼就是采用 9个框筒合并在一起的成束筒体系，随着高度增加，筒的数目逐渐减少。 巨形框架不是由普通梁柱组成的，而是用筒体作柱子，用高度很大 (一层或几层楼高 )的水平构件作梁，巨形 框架梁可以隔若干层设置一根。 小框架不抵抗侧向力，主要承受各楼层竖向荷载，传到巨形梁上。 巨形框架的抗侧刚度视简体及水平构件的刚度而定。 (二 )框架近似计算 框架结构是一个空间受力体系，但在工程设计中，一般都简化为平面结构进行计算。 平面框架的内力计算方法很多，如弯矩分配法、无剪力分配法、迭代法等均已在结构力学中作了介绍，但当结构跨数较多、层数较多时，用上述方法进行手算需耗费大量的人力，因此目前较多的是根据结构力学的基本原理编制电算程序，由计算机直接求出结构内力与位移以至各截面的配筋。 但用电算方法需要相应的计算设 备与计算软件，计算费用较高，特别是在初步设计阶段，为确定结构布置方案或构件截面尺寸，往往需要采用一些简单的近似计算 αα 方法进行估算，以求既快又省的解决问题。 下文主要介绍框架结构设计中常用的近似计算方法，包括竖向荷载作用下的分层法， 水平荷载作用下的反弯点法和修正反弯点法 (D 值法 )。 1．框架结构计算简图 1)计算单元的确定 一般情况下，框架结构是一个空间受力体系 [图 663(a)]。 为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算 [图 663(c)、 (d)]。 取出来的平面框架承受图 663(b)阴影范围内的水平荷载，竖向荷载则需要按楼盖结构的布置方案确定。 在分析图 663所示的各榀平面框架时，由于通常横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可；而作用于纵向框架上的荷载则各不相同。 必要时应分别进行计算。 2)节点的简化 框架节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。 框架节点可简 化为刚接节点、铰接节点和半铰节点，这要根据施工方案和构造措施确定。 在现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区 (图664)。 显然这时应简化为刚接节点。 装配式框架结构则是在梁底和柱子的某些部位预埋钢板，安装就位后再焊接起来 (图665)，由于钢板在其自身平面外的刚度很小，同时焊接质量随机性很大，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动，因此常把这类节点简化成铰接节点 [图 665(α)] 或半铰节点 [图 665(b)]。 在装配整体式框架结构中，梁 (柱 )中的钢筋在节点处或为焊接或为搭接，并在现场浇注部分混凝土。 节点左右梁端均可有效地传递弯矩．因此可认为是刚接节点。 当然这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁端的实际负弯矩要小于计算值。 框架支座可分为固定支座和铰支座，当为现浇钢筋混凝土柱时，一般设计成固定支座，当为预制柱杯形基础时，则应为构造揩施不同分别简化为固定支座和铰支座。 (3)地震作用 多层框架结构，当高度不超过 40m，且质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可采用底部剪力法计算水平地震作用。 2．框架结构的计算方法 框架结构的内力及其侧移的计算，可以用计算机或手算来完成。 1)计算机计算方法 用计算机计算时，高层框架结构可以分别按平面框架和空间框架，采用矩阵位移法编出程序，由计算机进行内力与位移分析。 现已有多种通用程序可供应 用，只需将荷载和框架的几何尺寸等参数输入，则各杆件的内力、侧移、甚至各构件的截面面积与配筋量等都能一一算出。 2)手算的近似计算方法 用手算时，一般均采用近似的简化方法。 (1)竖向荷载作用下框架内力近似计算 在竖向荷载作用下框架内力可以采用分层法进行简化计算。 分层法的基本简化假定如下：在竖向荷载作用下框架侧移的影响可忽略不计；每层梁上的荷载对其他各层梁、柱的影响忽略不计。 按上述假定，计算时可将每层框架梁连同上、下柱组成基本计算单元，梁与柱刚接，柱远端均视为固结，用弯矩分配法或其他方法 (如迭代法 )进行计算。 在计算分配系数时，考虑支座转动的影响，除底层柱外，其他各层柱的线刚度均应乘以折减系数 ，相应的传递系数为 1/3(底层柱仍为 1/2)。 竖向荷载产生的梁固端弯矩只在本层进行弯矩分配，单元之间不再传递。 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。 验算节点弯矩，如不平衡弯矩值偏大，可在该节点重新分配一次 (不再传递 )。 (2)水平荷载作用下框架内力近似计算 在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。 (三 )剪力墙结构设计 1．剪力墙结构的计算 1)剪力墙结构的计算方法 高层 剪力墙结构可以采用平面抗侧力结构的空间协同工作分析方法进行内力与位移计算。 此时开口较大的联肢墙按壁式框架考虑；实体墙、整截面墙和整体小开口墙按其等效刚度作为单片墙考虑。 布置较复杂的剪力墙宜按薄壁杆件系统进行三维空间分析，此时剪力墙肢作为开口空间薄壁杆件考虑，连梁作为空间杆件考虑。 剪力墙结构也可以采用连续化方法、有限条法等方法计算。 简化计算时，水平力可以按各片剪力墙的等效刚度分配，然后进行单片剪力墙的计算。 当剪力墙孔洞面积及墙面面积之比不大于 长边尺寸时，可作 为整截面悬臂构件；按平截面假定计算截面应力分布。 其等效刚度可参考有关文献。 计算剪力墙的内力与位移时，可以考虑纵、横墙的共同作用。 总墙的一部分可以作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可以作为纵墙的有效翼缘。 每一侧有效翼缘的宽度可取翼缘厚度的 6 倍、墙间距的一半和总高度的 1/20 中的最小值，且不大于至洞口边缘的距离。 在双十字形和井字形平面的建筑中，核芯墙各墙段轴线错开距离不大于实体连接墙厚度的 8 倍，并且不大于 ，整片墙可以作为整体平面剪力墙考虑；计算所得内力应乘以增大系数 ，等效刚度应乘以折减系数。 当折线剪力墙的各墙段总转角不大于 15186。 时，可按平面剪力墙考虑。 3)整体小开口墙的内力与位移计算 (1)整体小开口墙的内力 整体小开口墙的内力可参考有关公式计算，连梁的剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。 (2)整体小开口墙的顶点位移 由于洞口的削弱，小开口墙的位移比按材料力学计算的组合截 面构件的位移增大 20％。 具体计算公式可参考有关书籍。 (3)小墙肢端部的附加局部弯矩 剪力墙多数墙肢基本均匀，又符合整体小开口墙的条件，当夹有个别细小墙肢时，仍可按整体小开口墙计算内力，但小墙肢会产生显著的局部弯曲，使墙肢弯矩增大。 这时，小墙肢端部应计算附加局部弯曲的影响，具体公式可参考有关文献。 4)联肢墙内力与位移计算 联肢墙内力与位移按连续方法计算，并采用以下假定： (1)连梁的反弯点在跨中，连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替； (2)各墙肢的变形曲线相似； (3)连梁和墙肢考虑弯曲和剪 切变形；墙肢还应考虑轴向变形的影响。 联肢墙内力与位移计算公式可见有关参考文献。 5)壁式框架内力与位移计算 壁式框架内。