《结构设计砼部分》PPT课件.ppt

2005新版PKPM结构软件,砼结构部分,框架结构设计,概念设计,为实现抗震设防目标，钢筋混凝土框架除了必须具备有足够的承载力和刚度外，还应有良好的延性和耗能能力 框架抗震设计必须遵循以下原则，才有可能形成延性耗能框架 强柱弱梁。以保证塑性铰出现在梁端而不是在柱端 强剪弱弯。以保证构件受弯破坏而不是受剪破坏 强核心区、强锚固。 强压若拉。以保证梁、柱各构件的受拉钢筋屈服早于混凝土的压溃和保证形成塑性铰 局部加强。提高和加墙柱根部以及角柱、框支柱等受力不利部位的承载力和抗震构造措施 限制柱轴压比，加墙柱箍筋对混凝土的约束,结构体系布置,宜设计成双向梁柱抗侧力体系，除个别部位外不应采用铰接，也不宜采用单跨框架 梁柱节点的偏心不宜太大：1、不宜大于柱宽的1/4；2、按有效截面限制核心区剪压比，核心区有效计算宽度应满足高层规程C.1.2条的规定 框架填充墙尽管不反映在结构施工图上，但应考虑其在地震作用下对框架的不利作用：1、楼层平面内不对称布置填充墙引起扭转作用；2、沿高度填充墙布置不连续形成软弱层；3、填充墙对梁、柱引起的附加剪力和轴力；4、柱、梁受填充墙约束形成短柱或短梁,结构体系布置,混合承重。高规规定，框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。 框架结构和砌体结构是两种截然不同的结构体系，其抗侧刚度、变形能力等相差很大，不应在同一建筑物中混合使用。在框架结构的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，也不应采用砌体结构承重，而应采用框架承重 在框架结构中仅布置少量钢筋混凝土剪力墙时，结构分析计算应该考虑剪力墙与框架的协同工作,结构体系布置,材料的影响 混凝土强度等级的影响 强度等级低的混凝土，由于它与钢筋之间的握裹能力小而宜使钢筋受力后引起滑移，影响构件变形能力的增长 若混凝土的强度等级过高而又无相应措施时，则混凝土的脆性明显 对于C50以上的高强混凝土宜通过适当的配筋构造措施，合理的提高配筋率等办法来增大构件的延性 钢筋的级别的影响 钢筋的级别越高，含碳量愈大，则其延伸率愈小，延性愈差 在施工中，不宜在无保证构件原有的延性条件下，以强度等级高的钢筋按其受拉承载力设计值相等的的原则去替代原设计中的纵向受力钢筋，以免降低构件的原有延性性能 钢筋的极限抗拉强度实测值与其屈服强度实测值之比值，按一、二级抗震等级设计的各类框架结构中的纵向受力主筋，不应小于1.25 钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值，按一、二级抗震等级设计的框架结构中的纵向受力主筋，不应大于1.3,框架横梁,框架梁的破坏主要分为两种：弯曲破坏和剪切破坏。剪切破坏属脆性破坏，应通过强剪弱弯的设计予以避免。弯曲破坏分为三种：少筋破坏、超筋破坏、适筋破坏。少筋破坏和超筋破坏都属于脆性破坏，应予以避免。 框架梁的计算主要有：正截面承载力计算、斜截面受剪承载力计算。在确定梁的剪力设计值时，为保证梁端塑性铰不发生脆性破坏，按“强剪弱弯”的思想，对梁的剪力设计值乘以增大系数予以增大,梁的构造措施,梁的截面尺寸应满足三方面的要求：承载力要求、构造要求、剪压比要求。在构造方面主要控制跨高比 纵向钢筋的配筋率 箍筋的面积配筋率,扁梁的处理,采用扁梁时，楼板应现浇，梁中线宜于柱中线重合；当梁宽大于柱宽时，扁梁应双向布置。 框架的边梁不宜采用宽度大于柱截面该方向尺寸的扁梁 变量的纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.3%。 扁梁两侧应配置腰筋 每侧的截面面积不应小于梁腹板截面面积的10% 扁梁的箍筋肢距不宜大于200mm,框架柱的设计,剪跨比小的短柱的处理,高层建筑结构中，由于设置设备层，层高矮而柱截面大等原因，某些工程中短柱难以避免。如同一楼层均为短柱，各柱之间抗侧刚度不很悬殊，这种情况按有关规定进行内力分析和截面设计构造，结构安全是可以保证的。应避免同一楼层出现少数短柱，因为这少数短柱的抗侧刚度远大于一般柱的抗侧刚度，在水平地震作用或风荷载作用下吸收较大水平剪力，可能是少数短柱遭受严重破坏 纯框架结构中楼梯间平台处当设置柱间梁时常使支撑该梁的柱形成短柱，为避免形成短柱可在平台靠踏步处设梁，而梁两端设置从楼层框架梁上支撑的小柱，平台板外端不再设梁而楼梯跑步板外伸悬挑板。 有抗震设计的框架短柱应按要求验算柱的剪压比。剪跨比小于1.5的极短柱应采取特殊构造措施，可采用型钢混凝土或芯柱,框架柱的计算,柱端弯矩设计值的确定。在地震作用下，框架柱应设计成“强柱弱梁”、“强剪弱弯”，以实现延性框架的目的。要做到“强柱弱梁”、梁端塑性铰早于柱端出现，就要求做到在同一节点处的上、下柱端截面设计弯矩值大于左、右两侧梁端截面的抗弯承载力，设计中采用增大柱端弯矩设计值的方法来实现 应注意以下几种特殊情况： 顶层框架柱、轴压比小于0.15的各层框架柱，以及抗震等级位司机的框架柱在抗震设计时，对这些框架柱的柱端弯矩值均可直接取自考虑地震作用组合的弯矩值而不必再作调整 鉴于框架结构的底层柱下端截面以及框支柱的顶层柱上端和其底层柱下端截面的重要性，在设计中，这些柱截面的弯矩设计值，在抗震等级为一、二和三级时，应直接取用按考虑地震作用组合的弯矩设计值分别乘以1.5、1.25和1.1.5确定，以提高其正截面承载力,框架柱的计算,框架结构的角柱。角柱承受轴力、双向弯矩和双向剪力以外，有时还承受扭矩等不利影响。抗震设计为一、二、三级时的框架角柱端弯矩设计值经调整后的弯矩设计值再乘以不小于1.1的增大系数，但框架角柱的轴力设计值不增大。纵向钢筋按双向偏压构件考虑,框架结构的计算,框架结构应验算正截面受压承载力计算、斜截面受剪承载力计算。相应的计算应满足高规第6.2中诸条的规定 截面构造措施。具体的要求参见高规第6.4中诸条的要求,框架梁柱节点,框架梁柱节点设计，不论是否按抗震设计，都要保证梁柱的合理传力、变形一致及钢筋的有效锚固。梁柱节点的构造设计，包括梁柱纵向受力钢筋在节点范围内的合理设置和配置节点区的水平箍筋这两个问题 对于抗震、非抗震这两种情况下的梁柱纵向钢筋在梁柱节点处的锚固和梁柱节点出的水平箍筋设置都在规范里有明确规定。特别注意节点核心区水平截面面积的校核和受剪承载力的计算,剪力墙结构设计,剪力墙结构布置,剪力墙结构应双向布置，形成空间结构，并宜使两个方向刚度接近。为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使结构具有适意的侧向刚度 剪力墙结构应具有延性，细高的剪力墙（高宽比大于2）容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙，从而可避免脆性的剪切破坏。当墙的长度很长时，为了满足每个墙段高宽比大于2的要求，可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较均匀的联肢墙或整体墙，洞口连梁宜采用约束弯矩较小的若连梁（其跨高比宜大于6），使其可近似认为分成了独立墙段,剪力墙结构布置,剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力都相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时，会造成墙肢平面外弯矩，而一般情况下并不验算墙的平面外的刚度及承载力。当梁高大于墙厚的2倍时，梁端弯矩对墙平面外的安全不利，因此应采取措施，以保证剪力墙平面的安全。对截面较小的楼面梁可设计成铰接或半刚接，减小墙肢平面外弯矩。铰接端或半刚接端可通过弯矩调幅活两便截面来实现，此时应相应加大梁跨中弯矩,剪力墙结构的分类,按截面墙肢的高度与厚度之比进行分类： 柱：H/B 8。（不限） 当有大于两肢的短肢剪力墙或异型柱时，尽管各肢的长宽比满足要求，也宜按墙输入、设计,钢筋混凝土剪力墙设计要求,在正常使用荷载及小震（或风载）作用下，结构应处于弹性工作阶段，裂缝宽度不能过大 在中等强度地震作用下（设防烈度），允许进入弹塑性状态，但应具有足够的承载能力、延性及良好吸收地震能量的能力 在强烈地震作用（罕遇烈度）下，剪力墙不允许倒塌，还应保证剪力墙结构的稳定,剪力墙结构的计算,剪力墙结构的设计分为两部分：墙肢和连梁 剪力墙截面的计算按高规规定，应进行平面内的斜截面受剪、偏心受压或偏心受拉、平面外轴心受压承载力计算，在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应进行局部受压承载力计算，按一级抗震等级设计的剪力墙，在水平施工缝处应进行抗滑移验算 现有软件可以进行剪力墙平面内斜截面受剪、偏心受压或偏心受拉配筋的计算，没有其他的内容，需要进行人工计算,一般剪力墙结构设计要点,具体规定详见高规第7.2诸条的规定,连梁的设计,由连梁形成的连肢剪力墙的延性取决于墙肢的延性、连梁的延性及连梁的刚度。连梁设计得过强而形成整体墙，破坏时会造成墙肢剪坏的脆性破坏，因而没有延性或延性很小。所以，按“强墙若梁”原则设计连肢墙，并按“强剪弱弯”原则设计墙肢和连梁，可以得到较为理想的延性连肢墙结构,连梁的设计,连梁按壳元进行划分单元方式的有限元分析模型，如果单元划分可以很细，则连梁跨高比再大，计算结果也是正确的。 当单元划分受到限制，对跨高比较大的连梁，由于单元划分不够细，将造成较大的分析误差。为此，可以按以下方式处理： 当跨高比大于5时，连梁按框架梁输入、分析。 当跨高比小于2.5时，连梁按壳元（洞口）输入、分析。 当跨高比介于5和2.5之间时，按壳元（洞口）分析，应细化单元划分；按框架梁分析，结构刚度将偏柔。,连梁的单元划分,连梁与墙的协调节点,框架梁与墙的协调节点,连梁的超筋,剪力墙结构设计中连梁超筋是常见现象。其实质是连梁剪力不满足高规公式7.2.23-1及7.2.23-3剪压比要求。连梁一般有书香荷载产生的剪力值较小，剪力主要由约束弯矩产生 连梁宜超筋的部位。竖向楼层在一般剪力墙结构中总高度的1/3左右的楼层；平面中，当墙段较长时其中部的连梁，在某墙段中墙肢截面高度（即平面中的长度）大小悬殊不均匀时，在大墙肢中的连梁宜超筋,连梁超筋的处理,减小连梁截面高度 抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可以进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。但已进行了刚度折减的连梁，其调幅范围应当限制或不再调幅。当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁和墙肢的弯矩设计值应相应提高 当连梁破坏对承受竖向荷载无大影响时，可考虑在大震作用下该连肢墙的连梁不参与工作，按独立墙肢进行第二次结构内力分析（第二道防线），墙肢应按两次计算所得的较大内力配筋 可在工程宜超筋部位连梁按铰接处理进行整体计算，但应注意按此种处理后计算结果结构层间位移比尚需满足规范要求。连梁按铰接处理后，主要承受竖向荷载，施工时仍为现浇，上部钢筋按构造设置,剪力墙边缘构件的设置要求,高规的7.2.15条规定：抗震设计时，一、二级剪力墙结构底部加强部位及以上一层的墙肢设置约束边缘构件，一、二级剪力墙的其它部位以及三、四级和非抗震设计的剪力墙墙肢均应设置构造边缘构件。 对于这两类边缘构件，程序都可以通过自动搜索确定。边缘构件的一些特征尺寸、主筋面积、箍筋面积或者配箍率，用户都可以在边缘构件简图中看到。,约束边缘构件的规范的要求,边缘构件的配筋,新规范程序对于剪力墙配筋结果的表示提供两张图，一张是配筋简图中对于各个直线剪力墙段的配筋结果，另一张是边缘构件配筋结果。值得注意的是：直线剪力墙段的暗柱主筋给出的是计算值，如果计算值小于零则取零，并不考虑构造要求；而边缘构件简图中的配筋结果则同时考虑了钢筋计算值和构造值，也即二者当中取大。简言之，剪力墙的配筋结果以边缘构件简图为准，直线剪力墙段的配筋图仅供校核之用。,按单肢墙配筋的剪力墙配筋简图,形成边缘构件的配筋,剪力墙配筋存在的问题,由于一般采取直线段配筋模式，所以产生以下问题: 对超长直线段墙，采用平截面假定配筋，截面刚度估计偏大，配筋偏小。尤其是地下室外墙的配筋问题。而把长墙分段配筋也是没有依据的。 对有面外墙相连的直线段墙，没有考虑面外墙的翼缘作用，如果考虑翼缘作用，则配筋将减少。 对弧墙的配筋，目前没有好的办法。 当有边框柱与墙相连时，没有考虑边框柱与墙的共同工作，使得边框柱和与之相连的剪力墙配筋都偏大。,L形边缘构件的配筋，是两个墙肢配筋的叠加，这样L形边缘构件的配筋将偏大。 带边框柱的边缘构件配筋，是柱配筋与墙配筋的叠加，则这样的边缘构件配筋也偏大。 弧墙的边缘构件配筋，有时生成得不对，要注意察看、复核。 超长墙产生的边缘构件，由于受到配筋合理性的影响，也需要复核。 对于多肢斜交墙肢的端部，是多个墙肢配筋的叠加，造成这个边缘构件配筋很大，须注意。,边缘构件配筋存在的问题,超长墙的配筋,超长墙分段配筋,L形边缘构件的配筋,弧墙的配筋,多肢斜交边缘构件的配筋,边框柱的配筋,由此产生的边缘构件的配筋,剪力墙边缘构件的设计,加强区约束边缘构件剪力墙加强区及约束边缘构件的确定： 加强区按要求取1/81/10的结构总高度，并不小于2层。 在加强区及以上一层为约束边缘构件。 加强区的设计调整系数与非加强区不同。 地下室程序自动认为是加强区，也可用人工指定加强区的起算层号的手段来指定地下室为非加强区。 有地下室时，程序自动扣除地下室的高度计算加强区。,边缘构件设计注意事项,当两个边缘构件靠的很近时，程序会自动考虑合并。 边框柱作为剪力墙的一部分与墙共同工作，边框柱按柱配筋作为参考。 边缘构件的配筋，尤其是L形端部，按分段直线段配筋有时过大，可以考虑钢筋的共用，如考虑翼缘的作用，两个方向的配筋可以取大值，至少可以减去中间部分的钢筋面积。 边缘构件中的箍筋按构造要求配置，尤其是一、二级抗震等级的边缘构件。,剪力墙边缘构件配筋面积太大怎么办？,目前的SATWE软件在计算剪力墙配筋时是针对每一个直墙段进行的，当直墙段重合时，程序取各段墙肢端部配筋之和，从而使剪力墙边缘构件配筋过大 调整的方法： 调整剪力墙砼标号 提高砼标号并不一定能使剪力墙边缘构件配筋面积降低，有时反而会使配筋面积升高，产生这种情况的主要原因是虽然随着砼标号的提高，砼的抗压强度设计值增大，但砼弹性模量增大，结构的刚度增加，地震力也随着增大。当地震力增大的幅度低于砼抗压强度设计值增大的幅度时，墙体的配筋面积就会增加。因此，在设计中当发现提高砼标号后墙体的配筋面积增大，就应考虑采用降低砼标号的方法来降低墙体的配筋面积,提高剪力墙主筋钢筋级别 提高墙体分布筋的配筋率 根据剪力墙抗弯承载力的计算公式：M分布+M端部M设计，在设计中一般都是通过制定剪力墙分布筋的最小配筋率，反算出剪力墙分布筋所在区域的抗弯设计承载力，从而在计算出剪力墙端部的配筋面积。因此，我们可以通过提高墙体分布筋的配筋率来达到降低剪力墙端部配筋面积的目的。,考虑钢筋共用而对配筋面积进行折减 由于目前的SATWE软件在计算剪力墙配筋面积时偏大，因此可以对该配筋面积进行折减，但折减多少不易掌握 调整剪力墙边缘构件阴影区的面积 规范规定剪力墙边缘构件阴影区的长度最小为300mm。有些设计人员在设计中将阴影区的长度加长以达到降低阴影区的配筋率的目的。这里需要指出的是，这样处理时偏不安全的。阴影区的加长有可能是剪力墙计算的有效高度减小，从而使配筋增加。因此，如果加大阴影区长度，则以相应加大剪力墙配筋面积,剪力墙加强区起算层号,加强区层数，下部要扣除“起算层号”,单肢墙的轴压比,L形边缘构件的配筋可以适当减少,带边框柱的边缘构件的配筋可以减少,多肢斜交边缘构件的配筋可以减少,短肢剪力墙的特点及其与异形柱的区别,对于1216层的小高层建筑结构，采用既可以保证结构的刚度、位移，又可以使室内空间方正合理。所以短肢剪力墙结构得以普遍应用。 短肢剪力墙的受力、变形特征，类似于框剪结构。但比框剪结构的刚度分配、内力分配更合理，结构的变形协调导致的竖向位移差别，也比框剪结构小，则传基础荷载更均匀、合理。,短肢墙与异形柱的区别,截面尺寸： 柱：H/B 8。（不限） 当有大于两肢的短肢墙或异形柱时，尽管各肢的长宽比符合要求，也宜按墙输入、设计。,短肢剪力墙结构的界定方法,规程相关规定：高规第7.1.2条规定了高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构，并且应符合一系列规定。第7.1.3条规定了B级高度高层建筑和9度抗震设计的A级高度高层建筑，不应采用第7.1.2条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。,短肢剪力墙结构的定义：（1）短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙；（2）高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙的剪力墙结构；（3）短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。 短肢剪力墙结构的必要条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的 50%。 短肢剪力墙结构的下限：当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的 15% 40%，则可以按普通剪力墙结构设计。下限规范没有规定，用户可以灵活掌握。,短肢剪力墙结构的应用范围,B级高度高层建筑和 9度抗震设计的 A级高度高层建筑，即使设置筒体，也不能采用。 其最大适用高度比高规表4.2.2-1中剪力墙结构的规定值适当降低，且7度和8度抗震设计时分别不应大于100m和60m。 如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。,短肢剪力墙结构，其首先应是全剪力墙结构。 短肢剪力墙结构中，应有足够的长肢剪力墙。 如果把短肢墙看成异形柱，则短肢剪力墙结构可以认为呈框剪结构的变形特征。 当结构形式符合短肢剪力墙结构形式后，才能在软件“总信息”参数的结构体系中，定义结构为“短肢剪力墙结构”。 当采用壳元模型时，应加细单元的划分。 短肢剪力墙结构有时用薄壁杆元（TAT）分析可能更合适。因短肢墙的模型更符合薄壁杆元模型，采用壳元则有单元划分不细的问题。,短肢剪力墙结构的变形特征,框架或短肢墙的楼层位移曲线,剪力墙的楼层位移曲线,框剪或短肢剪力墙结构的楼层位移曲线,都是短肢墙不一定属于短肢剪力墙结构,典型的短肢剪力墙结构中间有核心筒,底部倾覆弯矩不满足规范大于50%,短肢剪力墙结构的设计,短肢墙与异形柱的设计区别： 异形柱：轴压比（按框架柱）、刚度（梁考虑刚域）、配筋（双偏压）、构造（按异形柱规程）。 短肢墙：轴压比（按剪力墙）、刚度（墙输入、采用壳元或薄壁杆元）、配筋（按剪力墙）、构造（按高规的短肢墙构造）。,超短肢墙的处理,弱短肢剪力墙（截面高厚之比小于5的墙肢）：高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚度之比小于为5的剪力墙；当其小于5时，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。 短墙（截面高厚之比不大于3的墙肢） ：高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定剪力墙的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。,总结短肢剪力墙结构的抗震加强,抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。 抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。 抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。 抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。,短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。 7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。 高规7.2.1条文规定了带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。,21层短肢墙结构,立面,短肢墙所占倾覆弯矩的比例,短肢剪力墙结构与转换层结构的混合设计讨论,混合的结构类型，给设计来混淆，虽然不提倡，但是实际工程确实不时遇到。典型案例：下部是转换层结构，上部是短肢剪力墙结构。 该结构类型的判断基于以下方面： 1。短肢墙被下部托梁抬起，上下不连续，结构整体变形特征不符合短肢剪力墙（框剪）结构的形式。 2。控制短肢剪力墙结构的倾覆弯矩失去依据，因为要求短肢墙上下连续，且下部短肢墙所占倾覆弯矩小于50%，此时所要求的“下部”已经失去。,3。在加强区，“复杂高层结构”的设计要比“短肢剪力墙”结构严得多。结构的薄弱部位也是在底部转换层区，所以这类结构应该按“复杂高层结构”来设计。 4。转换层上部剪力墙应按框支剪力墙结构的要求，设置加强钢筋。 5。对于非加强区部位的短肢墙设计，可以参考“短肢剪力墙结构”的要求，适当加强构造。当然，也可以按短肢剪力墙结构设计的要求设计。,21层底部框支上部短肢墙结构按复杂高层设计,短肢墙平面,立面,加强区配筋简图,非加强区配筋简图,按复杂高层设计配筋小些,上部非加强区配筋简图按短肢墙设计,按短肢墙设计配筋大些,总结,下部转换层上部短肢剪力墙结构，其加强区应按框支剪力墙结构的要求设计。 非加强区没有特殊要求也可以按复杂高层设计，有特殊要求，可以按短肢剪力墙结构设计加强。 结构的位移控制、转换层强制薄弱层、转换梁、框支柱、配筋构造等等，均应按“复杂高层结构”控制、设计。,异形柱结构的基本要求,目前正在编制全国性的“混凝土异形柱结构技术规程”。 可执行的地区标准有：天津、上海、陕西、江苏、广东等。 异形柱结构设计除应符合所在地规程外，还应符合国家颁布的其它规范、规程，如：抗震规范、混凝土规范、荷载规范、高层规程、异形柱规程（修订稿），等等。 异形柱规程（修订稿）的特殊点之一：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不应大于楼层平均值的1.35倍。 其它的对异形柱结构的基本要求，应参照相应的规范、规程。,异形柱结构的分析模型,异形柱应考虑特有的“剪切不均匀系数”：异形柱的剪切不均匀系数采用分块积分法计算。 异形柱的局部坐标：截面形心主轴，如下图所示。,与异形柱相连的框架梁，一般应选择“梁柱重叠作为刚域”这个设计参数。此时梁长度变化，如下图所示：,当异形柱柱肢较长时，由于梁长度的变化造成结构刚度变化较大。所以，对异形柱结构需要考虑这个影响。,异形柱截面的变异,有时异形柱截面会产生变异，此时，最好简化成矩形柱输入，按异形柱输入刚度偏小、配筋也有问题，如下图所示：,简化,变异后的异形柱截面将损失刚度，要简化。,异形柱与墙相连不应按边框柱输入,墙,异形柱,应按墙输入,异形柱的配筋及设计,异形柱配筋，应按考虑双偏压（拉）。如下图所示：,9层异形柱结构,梁柱重叠考虑为刚域,计算的周期,计算位移,梁弯矩图也可以表达,当梁柱重叠不考虑为刚域时计算周期,当梁柱重叠不考虑为刚域时计算位移,梁弯矩也可以表示出,异形柱的配筋不论配筋方式选择如何，均按双偏压计算,框架-剪力墙结构,框架-剪力墙结构的特点,框剪结构（框架-剪力墙结构）是框架结构和剪力墙结构组成的结构体系，既能为建筑提供较大的平面空间，又具有较大的抗侧力刚度。其组成形式一般有： 框架与剪力墙（单片墙、连肢墙或较小井筒）分开布置，各自形成抗侧力结构 在框架结构的若干跨度内嵌入剪力墙（有边框剪力墙） 在单片抗侧力结构内连续布置框架和剪力墙 上述两种或几种形式的混合,框架-剪力墙结构特点,框剪结构有框架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成。在水平力作用下，剪力墙是竖向悬臂弯曲结构，其变形曲线呈弯曲性，楼层越高水平位移增长速度越快，顶点水平位移与高度是四次方关系，在一般剪力墙结构中，由于所有抗侧力结构都是剪力墙，在水平力作用下各道墙的侧向位移曲线相类似，所以，楼层剪力在各道墙之间是按其等效刚度比例进行分配；框架在水平力作用下，其变形曲线为剪切型，楼层越高水平位移增长越慢，在纯框架结构中，各榀框架的变形曲线类似，所以，楼层剪力按框架柱的抗推刚度D值比例进行分配,框架-剪力墙结构的特点,框剪结构在水平力作用下，由于框架与剪力墙协同工作，在下部楼层，因为剪力墙位移小，它拉着框架变形，使剪力墙承担了大部分的剪力；上部楼层则相反，剪力墙的位移越来越大，而框架的变形反而小，所以，框架除承担水平力作用下的那部分剪力以外，还要负担拉回剪力墙变形的附加剪力，因此，在上部楼层即使水平力产生的楼层剪力很小，而框架仍要承担相当数量的剪力 框剪结构中的框架底部剪力为零，剪力控制部位在房屋高度的中部甚至在上部，而纯框架最大剪力在底部。因此，当实际布置有剪力墙（如楼梯间墙、电梯井道墙、设备管道井墙等）的框架结构，必须按框剪结构协同工作计算内力，不应简单按纯框架分析，否则不能保证框架部分上部楼层构件的安全,框架-剪力墙结构的特点,框剪结构有延性较好的框架、抗侧刚度较大并带有边框的剪力墙和有良好耗能能力的连梁所组成，具有多道抗震防线，从国外经受地震后震害调查表明，确为一种抗震性能良好的结构体系 框架结构在水平力作用下，水平位移是由楼层层间位移与层高之比u/h控制，而不是顶点水平位移进行控制。层间位移最大值发生在（0.40.8）H范围的楼层，H为建筑物总高度 框剪结构在水平力作用下，框架上下各楼层的剪力取用值比较接近，梁、柱的弯矩和剪力值变化较小，使得梁、柱构件规格减少，有利于施工,框剪结构布置,框剪结构的最大适用高度、高宽比和层间位移限制均应符合高规有关规定 框剪结构的框架和剪力墙的布置尚应分别符合框架和剪力墙结构的有关规定 框剪结构应设计成双向抗侧力体系，主体结构构件之间不宜采用铰接。抗震设计时，两主轴方向均应布置剪力墙。梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合，框架的梁与柱中线之间的偏心距不宜大与柱宽的1/4,框剪结构布置,框剪结构中剪力墙的布置以符合下列要求： 剪力墙宜均匀对称的布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位；在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙 平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近设置剪力墙 剪力墙布置时，如因建筑使用需要，纵向或横向一个方向无法设置剪力墙时，该方向可采用壁式框架或支撑等抗侧力构件，但是，两方向在水平作用下的位移值应接近。壁式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑 剪力墙的布置以分布均匀，单片墙的刚度宜接近，长度较长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。每段剪力墙底部承担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%,框剪结构布置,纵向剪力墙宜布置在结构单元的中间区段内。房屋纵向长度较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙，否则在平面中适当部位应设置施工后浇缝以减少混凝土硬化过程中的收缩应力影响，同时应加强屋面保温以减少温度变化产生的影响 楼电梯间、竖井等造成连续楼层开洞时，宜在洞边设置剪力墙，且尽量与靠近的抗侧力结构结合，不宜孤立的布置在单片抗侧力结构或柱网以外的中间部分 剪力墙间距不宜过大，应满足楼盖平面刚度的需要，否则应考虑楼盖平面变形的影响,框剪结构布置,框剪结构中的剪力墙宜设计成周边有梁柱（或暗梁柱）的带边框剪力墙。纵横向相邻剪力墙宜连接在一起形成L形、T形或口形，以增大剪力墙的刚度和抗扭能力 带边框剪力墙的布置尚应满足以下要求： 墙端处的柱（框架柱）应保留，柱截面应与该片框架其他柱的截面相同 剪力墙平面的轴线宜于柱截面轴线重合 与剪力墙重合的框架梁可保留，梁的配筋按框架梁的构造要求配置。该梁亦可做成宽度与厚度相同的暗梁，暗梁高度可取墙厚的2倍。,框剪结构布置,剪力墙上的洞口宜布置在截面的中部，避免开在端部或仅靠柱边，洞口至柱边的距离不宜小于墙厚的2倍，开洞面积不宜大于墙面积的1/6，洞口宜上下对齐，上下洞口的高度（包括梁）不宜小于层高的1/5 剪力墙宜贯通建筑物全高，沿高度墙的厚度宜逐渐减薄，避免刚度突变。当剪力墙不能全部贯通时，相邻楼层刚度的减弱不能大于30%，在刚度突变的楼层板应按转换层楼板的要求加强构造措施 框剪结构中，剪力墙应有足够的数量。当取基本振型分析框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%时，框架的抗震等级应按框架结构考虑 当框架结构中仅设置少量剪力墙时，剪力墙的布置应符合上述的要求，在计算分析中应考虑该剪力墙与框架的协同工作,框架柱与剪力墙相连的梁,框架柱与剪力墙平面内相连，且跨高比小于5的梁界定为连梁，其刚度折减系数不小于0.5。框架柱与剪力墙平面外相连的梁，可不作为连梁，并与剪力墙相交支座按铰接处理,剪力墙的边框柱,在单片剪力墙中的边框柱，墙平面内是墙体的组成部分，不再按框架柱考虑；墙的平面外边框柱属于框架柱，支撑框架梁并共同组成抗侧力结构。 边框柱在墙平面内按墙计算确定纵向钢筋，平面外按框架柱计算确定纵向钢筋，并满足构造所需最小配筋率。 特一、一、二级抗震等级的剪力墙，在底部加强部位的边框柱，尚应满足约束边缘构件的箍筋和纵向钢筋构造要求,板柱-剪力墙结构,板柱-剪力墙结构应用范围,由于无楼层梁便于机电管道通行，争取了房屋的净高，有利于建筑物减小层高，在城市规划限制房屋总高度的条件下能争取增加层数，可多得到建筑物面积已取得更好的经济效益 此类结构是用于商场、图书馆的阅览室和书库、仓储楼、饭店、公寓、多高层写字楼及综合楼等房屋,板柱-剪力墙结构特点,此类结构采用现浇钢筋混凝土，水平构件以板为主，仅在外圈采用梁柱框架，竖向构件有柱和剪力墙或核心筒，抗水平地震作用主要靠剪力墙或核心筒，板柱结构侧向刚度较小。楼板对柱的约束较弱，因此，在水平地震作用下板柱结构侧向变形的控制和延伸必须由剪力墙或核心筒来保证 板柱-剪力墙结构在水平力作用下侧向变形的特征与框剪结构相似，属于弯剪型，接近弯曲型，侧向刚度有层间位移与层高的比值（u/h）控制 板柱-剪力墙结构系指楼层平面除周边框架柱有梁，内部多数柱之间不设梁，主要抗侧力构件为剪力墙或核心筒组成。当楼层平面周边框架柱间有梁，内部设有核心筒及仅有一部分柱主要承受竖向荷载而不设梁，此类结构属于框架-核心筒结构，不作为板柱-剪力墙结构对待,板柱-剪力墙结构特点,此类结构抗震性能较差，特别是板柱节点是抗震的不利部位。因此，抗震设防房屋的最大适用高度，对抗震设防烈度为6度、7度和8度时，分别为40m、35m和30m。9度时不应采用板柱-剪力墙结构,板柱-剪力墙结构布置,应布置成双向抗侧力体系，两主轴方向均应设置剪力墙 房屋的顶层及地下一层顶板宜采用梁板结构 横向及纵向剪力墙应能承担该方向全部地震作用，板柱部分仍能承担相应方向地震作用的20% 抗震设计时，楼盖周边不应仅布置外挑板，必须设置周边柱间框架梁。剪力墙之间的楼、屋盖长宽比，6、7度时不宜大于3，8度时不宜大于2 楼盖有楼电梯间等较大开洞时，洞口周围宜设置框架梁，洞边设边梁 抗震设计时，纵横柱轴线均应设置暗梁，暗梁宽可取与柱宽相同,无梁板可采用无柱帽板，当板不能满足冲切承载力要求且建筑许可时可采用平托板式柱帽，平托板的长度和厚度按冲切要求确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不小于1/4无梁板的厚度，平托板处总厚度不应小于16倍柱纵筋的直径。不能设平托板式柱帽时可采用剪力架 楼板跨度在8m以内时，可采用钢筋混凝土平板。跨度较大而应采用预应力楼板且抗震设计时，楼板的纵向受力钢筋应以非预应力低碳钢筋为主，部分预应力放进主要用作提高楼板刚度和加强板的抗裂能力,板柱-剪力墙结构布置,板柱-剪力墙结构布置,无梁楼板的板厚除应满足抗冲切要求外，尚应满足刚度要求，其厚度不宜表内要求，且非抗震设计时不应小于150mm，抗震设计时不应小于200mm 无内梁且板的长度与短跨之比不大于2时的最小厚度,注：表中L为长跨方向跨度,板柱-剪力墙结构布置,无梁楼盖的柱截面可按建筑设计采用方形、矩形、圆形和多边形。柱的构造要求、截面设计与其他楼盖的柱相同 无梁楼盖根据使用功能要求和建筑室内装饰需要，可设计成有柱帽无梁楼盖和无柱帽无梁楼盖。多高层建筑中常采用无柱帽无梁楼盖,底部大空间剪力墙结构,结构形式,底部大空间剪力墙结构也称为部分框支剪力墙结构，在高层或多高层剪力墙结构的底部，因建筑使用功能的要求须设大空间，上部楼层的部分剪力墙不能直接连续贯通落地，需设置结构转换层，在结构转换层布置梁、桁架、箱形结构、厚板等转换构件。转换构件以下的楼层称为框支层，即底部大空间部分框支大空间层，从上到地下室贯通的墙称为落地剪力墙 高规规定，底部大空间部分框支剪力墙高层建筑结构在地面以上的大空间层数，8度时不宜超过3层，7度时不宜超过5层，6度时起层数可适当增加,结构设计应遵循的原则,减少转换。布置转换层上下主体结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在框架-核心筒结构中，核心筒应尽量予以上下贯通 传力直接。布置转换层上下主体竖向结构是，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，尽量避免多级复杂转换，更应尽量避免厚板转换结构 强化下部，弱化上部。为保证下部大空间整体结构有适度的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近。如加大筒体尺寸、加厚筒壁厚度、提高混凝土强度等级、上部剪力墙开洞、开口、短肢、薄墙等,优化转换结构。抗震设计时，当建筑功能需要不得以高位转换时，转换结构还宜优先选择不致引起框支柱（边柱）柱顶弯矩过大、柱剪力过大的结构形式，如斜腹杆桁架（包括支撑）、空腹桁架和宽扁梁等，同时要注意需使其满足承载力、刚度要求，避免脆性破坏 计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中的一个重要组成部分，采用符合实际受理变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。整体结构宜进行弹性时程分析补充计算和弹塑性静力或动力分析校核,结构设计应遵循的原则,转换结构的受力、变形特点,特点 竖向力的传递不连续。 在转换层上下一、二层范围内，水平力有突变。 转换层上下容易产生刚度突变。 转换层落地和不落地竖向构件变竖向形差较大，造成转换层上部结构在恒载作用下弯矩、剪力突变，容易超限。 变形复杂、传力不明确，尤其在复杂的转换层结构中，如：厚板转换层、超大梁转换层、箱形大梁转换等等。 转换层刚度、质量集中，造成地震效应突然增大。 转换层跨度大，需要考虑竖向地震作用。设计从严。 转换层分析不能采用简化方式，如转换梁的轴向变形不能忽略，则不能采用刚性楼板假定。 转换层构件容易产生剪力突变，有时这种剪力集中现象需要采用二次补充计算才能发现。,转换结构的类型,属于标准杆系有限元分析模型，不需要简化。注意：要定义转换梁。,梁托柱转换。这种转换可以采用经典的杆系有限元分析，不需要进行专门的模型简化。,框支剪力墙结构：应用最广的形式。 变形特点 转换梁与框支墙在交接面上变形协调。 受力特点 转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略按偏心受力构件设计配筋。 分析要点 转换梁的准确分析，取决于与上部剪力墙的变形协调节点的多少。,框支柱,托梁,转换层上部剪力墙需加强的区域,墙梁的变形协调节点,剪力集中点，造成剪力突变。在框支柱边和洞口边的梁截面上,厚板转换层结构：应用很少，抗震很不利 变形特点 厚板上部的结构变形，通过厚板的面外变形，传到下部结构中。由于上下部结构完全对应不上，厚板的面外变形传力方式特别复杂。 受力特点 厚板自重大，地震效应大，抗震很不利。厚板受到较大的剪切，需要验算厚板的冲切。 分析要点 由厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生较多的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在分析时考虑“弹性板3”。对于较大的房间，还应再划分成几个小房间，以协助厚板的单元划分。厚板计算的准确性，取决于厚板单元的类型和单元划分的合理性。,红色为下部结构的轴线,黄色为上部结构的轴线,超大梁转换结构 ： 变形特点 转换梁占据整个一层的高度，并且有上下两层楼板作为侧向支撑。转换梁与框支墙在交接面上变形协调。 受力特点 转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略按偏心受力构件设计配筋。但是两层的侧向楼板对大梁有较强的约束，所以大梁的轴向变形较小。这是有利因数。 分析要点 转换梁的准确分析，取决于与上部剪力墙的变形协调节点的多少。以及大梁与两层小梁的协调关系。,占据一层的转换大梁，有时梁中间开有小洞,两层楼板,桁架转换结构 ： 变形特点 桁架与上下部结构杆系相连，采用杆模型，变形自然协调。 受力特点 桁架上下层刚度突变，应力容易集中，造成内力突变。上下玄杆应考虑轴向变形。 分析要点 要考虑上下玄杆的轴向变形，就不能考虑刚性楼板假定。,上玄杆,下玄杆,梁托柱结构的计算模型,这类转换层的计算模型，可以仍采用杆模型即可。如结构中采用大量的梁托柱的受力形式，则该结构也应该定义为“复杂高层”及“转换层结构”，托柱梁应按框支梁设计及构造控制，当转换层在3层及3层以上时，框支柱的抗震等级应提高1级，所以在特殊构件定义中应把与托柱梁相连的柱定义为框支柱。 梁抬柱的传力，是由梁柱协调变形完成的，柱的轴力由梁的剪力平衡，所以，可以通过查看梁剪力或柱轴力来确认上部柱传来的集中力。,梁柱的变形协调,梁柱位移协调点，也是柱轴力、梁剪力的平衡点,梁抬柱点,梁抬柱点,上层柱内力小,上层柱内力小,再向上层则柱内力变大,再向上层则柱内力变大,梁抬柱的柱轴力随刚度减弱而减少,立面观察,框支剪力墙结构的计算模型,高规10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如SATWE、PMSAP等。 注意“壳元最大边长”这个参数应取得尽量小。这是为了转换梁与上部剪力墙协调点多些，变形协调更合理。 转换梁应该考虑轴向变形的影响，所以要考虑弹性楼板，转换梁才能计算出轴力。,转换层弹性楼板的定义,为了与上部剪力墙协调，托梁被划分成4小段，协调接点5个,厚板转换结构的计算模型,“高规”10.2.1条，非抗震设计和6度抗震设计可采用；7、8度抗震设计的地下室转换构件可采用厚板。厚板转换层结构，目前没有很好的分析方法，应尽量避免。 由厚板上部结构的轴线，加上厚板下部结构的轴线，在厚板层产生较多的房间，此时房间四周可以用虚梁输入，定义真实的板厚，在分析时考虑“弹性板3”。厚板计算的准确性，取决于厚板单元的类型（采用块体单元、中厚板单元等）和单元划分的合理性。 采用SATWE时要注意：对于较大的房间，还应再划分成几个小房间，以协助厚板的单元划分。 采用PMSAP时，由于其有楼板单元的划分功能，分析时选择楼板单元划分即可。 厚板的冲切验算必须考虑。,一层平面,厚板转换层的实际工程,二层厚板转换层平面,定义虚梁,标准层平面4个塔,厚板的单元划分,厚板自重太大造成转换层地震作用的突变,超大梁转换结构的计算模型,一般这种超大梁占有一层的高度，分析模型与构件的配筋模型难以统一，所以采用两次分析用不同的计算模型来解决问题。 模型一：梁所占有的一层仍按一层输入，大梁按剪力墙定义，此时可以正确分析整体结构及构件内力，除大梁（用剪力墙输入）的配筋不能用以外，其余构件的配筋均能参考采用。 模型二：把大梁作为一层输入，即两层合并为一层，大梁则按梁定义，层高为两层之和，这种计算模型仅用于考察、计算大托梁受力、配筋，其余构件及结构整体分析的结果可以不用参考。层高的增加使柱的计算长度增加，此时程序自动考虑柱上端的刚域，亦使结构分析准确。也可以用FEQ进行二次分析。,模型一,模型二,柱竖向刚域,按墙定义,按大梁定义,桁架转换结构的计算模型,桁架转换结构可由SATWE、TAT、PMSAP输入计算，其分析的关键是桁架上、下层弦杆的轴力，所以在分析时一定要在上下弦杆层定义弹性楼板，计算出上、下弦杆的轴力。 当斜腹杆的连接比较简单，如只与上下层节点相连，则用SATWE、TAT计算没有问题。 如果联结复杂，用SATWE、TAT计算时就需要简化。复杂连接的转换结构可以用SPASCAD建模，PMSAP计算。 桁架转换长见于高层钢结构，其中中心支撑虽然刚度贡献大，但会引起结构局部的内力突变，所以，大量采用偏心支撑和耗能梁，以提高结构的延性。,上玄杆,下玄杆,耗能梁,偏心支撑,转换结构的内力调整,薄弱楼层地震剪力放大 高规的10.2.6 条，带转换层高层建筑结构，其薄弱层地震剪力应按高规的5.1.14条规定乘以1.15增大系数。转换层应强制为薄弱层。 楼层最小地震剪力系数控制 高规的3.3.13 条，水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合表3.3.13的要求。 其中的框架柱应考虑0.2Qo调整 抗震规范6.2.13条规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框剪结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和按框剪结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。,框支柱地震作用下的内力调整，高规10.2.7条规定： 1）支柱数目不多于10根时:当框支层为12层时各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%； 2）当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。； 3）框支柱数目多于10根时，当框支层为12层时每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力20%； 4）当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力30%。 框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩。 高规4.9.2、10.2.12条规定规定，框支柱在特一级、一、二级抗震时，地震作用产生的轴力分别乘以增大系数1.8、1.5、1.2。但在计算轴压比时不考虑该增大系数。,组合设计内力的调整 梁设计剪力调整 转换梁设计剪力调整 柱设计内力调整 框支柱设计剪力调整 剪力墙设计内力调整,转换结构的设计控制,基本要求的条文规定： 4.2.2-1和表4.2.21关于A、B级最大适用高度的规定； 第10.2.2条 8度不宜超过3层；7度不宜超过5层； 第10.1.2条 9度抗震设计，不应采用带转换层结构； 按表4.8.2和表4.8.3，正确填写结构构件的抗震等级； 第10.2.3 条，底部带转换层的高层建筑结构布置有关规定。 设计调整 薄弱层。 水平转换构件。 竖向转换构件框支柱。,转换层刚度的条文规定 位移比、周期比 。 转换层上部与下部结构的侧向刚度比 。 剪力墙底部加强部位