多层及高层钢筋混凝土房屋.ppt

多层及高层钢筋混凝土房屋,全美目前的最高建筑是芝加哥西尔斯大厦，这座110层大厦，高443米；而世界最高建筑是中国台北的101层摩天大楼，高达503.7米。,高层与多层的界限：1、高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002（以下简称高规）10层及10层以上或大于28m的房屋为高层建筑；（High-risebuilding）2、2-9层且高度不大于28米的建筑则为多层建筑。（Multistorybuilding）,NO.1迪拜塔,地点：位于阿拉伯联合酋长国迪拜高度：有162个楼层，总高度828米设计单位：美国芝加哥公司的美国建筑师阿德里安史密斯（AdrianSmith）设计，韩国三星公司负责实施。竣工时间：在2004年9月21日开始动工，在2010年1月4日竣工启用。,NO.1迪拜塔,设计特点：建筑设计采用了一种具有挑战性的单式结构，由连为一体的管状多塔组成，具有太空时代风格的外形，基座周围采用了富有伊斯兰建筑风格的几何图形六瓣的沙漠之花。总投资：总投资超70亿美元。,NO.2台北101大楼,地点：台北市信义区西村里信义路五段7号开工时间：1999年7月竣工时间：2003年10月17日占地面积：30278平方米建筑面积：28.95万平方米建筑高度：508米建筑层数：地上101层，地下3层,被称为“台北新地标”的101大楼于1998年1月动工，主体工程于2003年10月完工。有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。在世界高楼协会颁发的证书里，台北101大楼拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”（508）“最高使用楼层”(438米)和“最高屋顶高度”(448米)。,NO.2台北101大楼,结构形式：钢筋混凝土结构，新式的巨型结构建筑造价：580亿元新台币投资单位：台北金融大楼控股有限公司设计单位：李祖原建筑师事务所建设用途：购物中心，办公，观景，施工单位：KTRT地位，高度：508米,NO.2台北101大楼,设计特点：超越单一量体的设计观，以中国人的吉祥数字“八”作为设计单元。每八层楼为一个结构单元，彼此接续、层层相叠，构筑整体。在外观上形成有节奏的律动美感，开创国际摩天大楼新风格。造型宛若劲竹节节高升、柔韧有余，象征生生不息的中国传统建筑意涵。取自竹子“节节高升”。这种多节式、锯齿状外观，还有防灾防风的显著效益。每八层形成一组自主构成的空间，自然化解高层建筑引起的气流对地面造成的风场效应，经由风洞测试，能减少30-40%风所产生的摇晃。其中还有双层隔热玻璃帷幕墙、垃圾运送及减量系统、中水系统、能源管理控制系统、楼宇管理系统；,NO.3上海中心大厦,建设地点：陆家嘴金融中心区Z3-2地块。开工时间：2008年11月29日。竣工时间：2014年。占地面积：30368平方米。建筑面积：574058平方米，其中地上总建筑面积约410139平方米。建筑高度：632米。建筑层数：地下结构5层，地上部分包括124层塔楼和7层东西裙房。结构形式：钢筋混凝土核心筒-外框架结构。用钢量：约100000吨。建筑造价：148亿元。,NO.3上海中心大厦(在建),建筑/结构设计单位：M.ArthurGenslerJr.&Associat-es,Inc.同济大学建筑设计研究院设计管理顾问单位：上海现代建筑设计（集团）有限公司机电咨询顾问单位：柏诚工程技术（北京）有限公司投资监理单位及招标代理单位：利比有限公司、上海申元工程投资咨询有限公司工程监理单位：上海建科建设监理咨询有限公司绿色建筑顾问单位：上海市建筑科学研究（集团）有限公司LEED认证顾问单位：德国誉德（KOOPX）建筑设计集团投资单位：陆家嘴集团，公司拟与上海市城市建设投资开发总公司、上海建工集团合作总承包单位：上海建工（集团）总公司建设用途：国际标准的二十四小时甲级办公、超五星级酒店和配套设施、主题精品商业、观光和文化休闲娱乐、特色会议设施五大功能。,NO.3上海中心大厦(在建),设计特点：上海中心”建筑外观呈螺旋式上升，建筑表面的开口由底部旋转贯穿至顶部，与金茂大厦经典隽永的塔形和环球金融中心简洁明快的立体造型形成鲜明对比。从天空向下俯瞰，“上海中心”非对称的顶部卷折状造型，与金茂的点状和环球金融中心的线状顶部遥相辉应，将进一步丰富上海的城市天际线。上海中心大厦的外观可看做奥运“祥云火炬”，五行属火。而环球金融中心是2把军刀的外观，五行属金。按照五行原理，火克金。从风水上说，正好可以克制环球金融的煞气。,NO.4环球金融中心,建筑位置：上海市浦东陆家嘴金融贸易区Z4-1号地块。开工日期：1997年年初首次开工；后遭1997年亚洲金融危机停工，于2003年2月工程复工。竣工日期：2008年8月29日。用地面积：30,000。占地面积：14,400。建筑面积：381,600。建筑层数：地上101层、地下3层。建筑高度：492米。结构形式：钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构）。建筑造价：1050亿日元（73亿人民币）投资单位：森海外株式会社（ForestOverseasCo.,Ltd.）。,NO.4环球金融中心,结构形式：钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构）。建筑造价：1050亿日元（73亿人民币）投资单位：森海外株式会社（ForestOverseasCo.,Ltd.）。建筑设计：KPF建筑师事务所。结构设计：籁思理罗伯逊联合股份有限公司(LERA)。设计单位：上海现代建筑设计（集团）有限公司、华东建筑设计研究院有限公司。施工单位：中国建筑工程总公司、上海建工（集团）总公司总承包联合体。监理单位：上海市建设工程监理有限公司所获荣誉：2008年竣工的最佳高层建筑（美国芝加哥“高层建筑和城市住宅委员会”评选）。,NO.4环球金融中心,设计特点：1、在这个设计中，方的造型可以说是通过一种有着超大直径的圆形雕刻出来的，因此，从建筑外形上看，带有曲线的表面设计其实是这种超大圆形的片断。最初设计的顶部圆孔是开放式的，这既有利于减缓风压，又代表着中国的“月亮门”。但这并不构成这栋建筑的基础概念。,NO.4环球金融中心,2、主体是一个正方形柱体，由两个巨型拱形斜面逐渐向上缩窄于顶端交会而成，为减轻风阻，在原设计中建筑物的顶端设有一个巨型的环状圆形风洞开口，借鉴了中国庭园建筑的“月门”，在2005年10月18日时，上海环球金融中心有限公司宣布，考虑大楼新设计增高后对于高空风阻和空气动力学的影响，将大楼顶部风洞改为倒梯形，并确定为最终设计方案。,NO.5国家石油公司双塔大楼,建设地点：吉隆坡市中市KLCC计划区的西北角开工时间：1993年12月27日竣工时间：1996年2月13日占地面积：40公顷建筑面积：28.95万平方米建筑高度：452米建筑层数：88层结构形式：高轧制钢梁支托的金属板，钢筋混凝土建筑造价：20亿马币投资单位：马来西亚石油公司设计单位：西萨佩里建筑事务所西萨.佩里建设用途：办公英文名称：ThePetronasTwinTowers.,NO.5国家石油公司双塔大楼,设计特点：这座有人字形支架的桥似乎像一座登天门。双塔的楼面构成以及其优雅的剪影给它们带来了独特的轮廓。其平面是两个扭转并重叠的正方形，用较小的圆形填补空缺；这种造型可以理解为来自伊斯兰的灵感，而同时又明显是现代的和西方的。,NO.6威利斯大厦,建设地点：美国伊利诺伊州芝加哥开工时间：1972年竣工时间：1974年建筑面积：418000平方米建筑高度：443米（527.3米含天线）建筑层数：地上110层，地下3层结构形式：高层建筑抗风结构建筑造价：39亿投资单位：西尔斯百货公司设计单位：SOM建筑师事务所建设用途：办公英文名称：WillisTower别称：希尔斯大厦,NO.6威利斯大厦,设计特点：大厦结构工程师是1929年出生于达卡的美籍建筑师F.卡恩。他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑的关键性抗风结构问题，提出了束筒结构体系的概念并付诸实践。整幢大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地面越远剪力越小，大厦顶部由风压引起的振动也明显减轻。顶部设计风压为305千克力米2，设计允许位移（振动时允许产生的振幅）为建筑总高度的1/500，即900毫米，建成后最大风速时实测位移为460毫米。,NO.6威利斯大厦,大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起，挺拔利索,简洁稳定。不同方向的立面,形态各不相同，突破了一般高层建筑呆板对称的造型手法。这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。,NO.7紫峰大厦,开工日期：2005年5月底竣工日期：2010年9月28日用地面积：12721m2建筑面积：160000m2建筑层数：地上89层、地下3层建筑高度：整体设计高度达450米，其高度在位居世界第七。2建筑造价：约35亿投资单位：上海绿地集团设计单位：华东建筑设计研究院有限公司设计施工单位：上海建工,NO.8金茂大厦,建设地点：中国上海浦东新区世纪大道88号开工日期：1994年5月10日竣工日期：1999年3月18日占地面积：2.3公顷建筑面积：29万平方米建筑层数：地上88层，地下3层建筑高度：420.5米结构形式：钢筋混凝土结构建筑造价：50亿投资单位：中国金茂（集团）股份有限公司建筑设计：美国芝加哥SOM设计事务所,、主创建筑师AdrianSmith中方配合设计：上海现代建筑设计（集团）有限公司,NO.8金茂大厦,设计特点：由美国最大的建筑师-工程师事务所之一的美国芝加哥著名的SOM设计事务所设计规划。由前任设计合伙人，AdrianSmith主创设计。设计师以创新的设计思想，巧妙地将世界最新建筑潮流与中国传统建筑风格结合起来，成功设计出世界级的，跨世纪的经典之作，成为海派建筑的里程碑，并已成为上海著名的标志性建筑物，先后荣获伊利诺斯世界建筑结构大奖、新中国50周年上海十大经典建筑金奖第一名、第二十届国际建筑师大会艺术创作成就奖等多项国内外大奖。,NO.9国际金融中心大厦（广州）,建设地点：广州市珠江新城J区开工时间：2005年12月底竣工时间：已竣工占地面积：3.1万平方米建筑面积：44.8万平方米建筑高度：楼高432米，加上直升机停机坪总高度达到440米建筑层数：103层结构形式：钢筋混凝土结构投资单位：广州市城市建设开发有限公司、广州市城市建设开发集团有限公司、越秀投资有限公司（联合体）设计单位：WilkinsonEyreArchitectsLtd及OveArup&Partners联合体,NO.9国际金融中心大厦（广州）,设计特点：广州国际金融中心，它就站在江边，与电视塔相呼应，这个3亿元的外墙玻璃幕纱般自432米的高空倾泻而下，横陈交错的钢柱，纵横着如芭宝利的格子一样向上攀升。她弧形幕纱流畅着带些冷艳，弯曲中略有温婉。钢铁沉重的纠结，攀升处总显柔肠。那样的矛盾的组合，在挑战传统审美的同时，总有突显张力的欲望，但这欲望终归被内敛的理性束缚。建筑总是这样被一个城市的气质浸染，广州国际金融中心就像广州，先锋不是她的代名词。,NO.10香港国际金融中心,中文名称：国际金融中心英文名称：InternationalFinanceCentre所在地：香港岛中环金融街8号建造期间：第一期：1998年；第二期：2003年用途：购物中心、办公室楼高：415.8米楼层：88层楼板面积：43万6千平方米电梯数：62建筑师：CsarPelli、严迅奇,NO.10香港国际金融中心,建设特点：1国际金融中心是世界少数采用双层电梯的大厦之一，国金二期共有电梯62部，乘电梯由地面至90楼的顶层只需2分钟，共有2,500级楼梯。2在国金两座办公室大厦工作的所有职员均获发给一张八达通卡，以供出入大厦时保安检查之用。3整个国际金融中心的公共休憩地方共有14万平方尺，停车场车位则有1800个。4在国金二期兴建高峰期，每日有3,500人同时进行工程，建筑每一层平均所需时间为3日。,7.1.1常用结构体系结构体系系指结构构件受力与传力的结构组成方式。钢筋混凝土多层及高层建筑常用的结构体系有：框架体系、框架剪力墙体系、剪力墙结构、筒体结构。,7.1多层及高层房屋结构体系,框架结构,组成：横梁和立柱组成,特点：平面布局灵活，易于设置大房间的需要，承受竖向荷载很合理。但框架的抗侧刚度小，抵抗水平荷载能力较差。,应用：非地震区，建1520层，地震区，建10层以下。,1.框架结构,框架结构是由梁、柱、节点、基础组成的结构体系，横梁和立柱通过节点连接在一起作为竖向承重结构，同时承受水平荷载，并将其传至基础。内、外墙只起分隔和维护作用（图7-1）。,图7-1框架结构,框架结构在建筑上能提供较大的空间，平面布置灵活，适用于多层工业厂房、仓库、商场、学校、办公楼等建筑。但其侧向刚度较小，抗震性能较差，故一般不适于超过20层或超过60m的建筑。,剪力墙结构（抗震墙）,组成：由钢筋混凝土的墙体，组成房屋的结构体系。,特点：钢筋混凝土墙体承受竖向荷载和水平荷载，有很大的抗侧刚度。但房屋被剪力墙分割成较小空间，不适用于需大空间的建筑物。,应用：15-50层，用于高层住宅、旅馆、写字楼等。,2.剪力墙结构,剪力墙结构是把钢筋混凝土墙体作为竖向承重和抵抗水平力的构件的结构（图7-2）。剪力墙结构的房屋横墙多，侧向刚度大，整体性好。但剪力墙结构的房间划分受到很大限制，因而一般用于住宅、旅馆等开间要求较小的建筑，其使用高度为1550层。,图7-2剪力墙结构,框架-剪力墙结构（框剪结构）,组成：由若干框架和局部剪力墙组成。,特点：竖向荷载主要由框架承担，水平荷载主要由剪力墙承担。兼有框架体系和剪力墙体系的优点。,应用：1530层的办公楼、公寓、旅馆等。,小贴士：北京东华金座项目，位于北京市宣武区牛街，由华尔森集团开发建设，总建筑面积约10万平方米，建筑高度73.84米，地上20层、地下3层。东华金座集商业、娱乐、居住功能为一体，地下室为人防工程及车库，裙房12层为商场、餐厅，裙房3层为会所。4层以上主体建筑分为三部分：18层的北楼为住宅，20层的东西塔楼为酒店式公寓。结构形式为框架剪力墙结构。,3.框架-剪力墙体系,框架-剪力墙体系是由框架和剪力墙共同承受外加荷载的结构体系（图7-3）。框-剪体系的侧向刚度比框架结构大，大部分水平力由剪力墙承担，而竖向荷载主要由框架承担。,图7-3框架剪力墙结构,与框架结构体系相比，框-剪体系改善了框架结构侧向刚度小的缺点，部分保留了框架结构建筑平面布置灵活的优点；而与剪力墙体系相比，框-剪体系改善了剪力墙结构的房间划分限制的缺点，部分保留了剪力墙结构侧向刚度大的优点。因而，框-剪体系在多层及高层办公楼、旅馆等建筑中得到了广泛应用。框-剪体系的使用高度为1525层，一般不宜超过30层。,筒体结构,组成：由钢筋混凝土墙或框架柱（框筒）组成。,特点：将剪力墙集中到房屋内部或外围，形成空间封闭筒体，使结构既有极大的抗侧刚度，同时又能获得较大的空间。,应用：一般用于45层左右甚至更高的建筑。,小贴士：美国西尔斯大厦为成束筒结构。位于芝加哥市。由9个22.9米见方的正方形组成。大厦平面随层数增加而分段收缩，在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。,4.筒体体系,筒体是由若干片剪力墙围合而成的封闭井筒式结构，其受力情况相当于一个固定于基础上的筒形悬臂构件。,图7-4筒体结构（a）实腹筒；（b）空腹筒,筒体结构是框架剪力墙和剪力墙结构的发展，它将剪力墙集中到房屋的内部与外部形成空间封闭体，使结构体系有很大的刚度，又因剪力墙集中能获得较大的空间。主要用于高度较大的高层建筑中（图7-4）。筒体有实腹筒与空腹筒之分。实腹筒由剪力墙组成，一般由电梯井、楼梯间、管道井等形成，开孔少，因其常位于房屋中部，故又称为核心筒。空腹筒又称框筒，外筒为密柱深梁框架组成的空间结构，内筒为剪力墙围成的实腹核心筒。,7.1.2多层及高层房屋结构布置结构布置的任务是设计和选择建筑物的平面、剖面、立面、基础以及变形缝。结构布置应满足建筑使用要求，便于施工；增强结构的整体刚度减少侧移；满足地震区的抗震要求；合理布置和处理沉降缝、伸缩缝、防震缝。,1.结构的平面布置,结构平面布置应有利于抵抗竖向和水平荷载，平面形状和刚度应均匀对称，以减少结构的扭转影响。结构布置时，应考虑以下几点：（1）建筑及其抗侧力结构的平面布置宜简单，规则，均匀对称，并应具有良好的整体性，以减少震害影响。（2）平面长度L不宜过长，L/B宜小于6，避免两端振动不一致而使建筑物破坏。（3）平面的外伸突出部分应尽可能小，平面的凹角部分宜产生应力集中，在凹角和端部不易设置楼电梯间。,2.结构的竖向布置,为保证建筑物在水平荷载作用下不发生倾覆，保证建筑物的整体稳定性，建筑物的高宽比不宜过大。沿竖向结构的承载力与刚度宜均匀、连续、没有突变。,3.变形缝的设置,变形缝包括伸缩缝、沉降缝、抗震缝。（1）伸缩缝伸缩缝是为了避免由于温度变化和混凝土收缩使房屋产生裂缝而设置的。伸缩缝将基础顶面以上的结构分开，其间距与施工方法和房屋长度有关。（2）沉降缝沉降缝是为了避免因房屋产生过大的不均匀沉降导致结构拉裂而设置的。沉降缝将基础至屋顶全部分开。,当有下列情况之一时应考虑设置沉降缝：1）地质条件变化较大处。2）地基基础处理方法不同处。3）房屋平面形状变化的凹角处。4）房屋高度、重量、刚度有较大变化处。5）新建部分与原有建筑的结合处。,（3）抗震缝设置抗震缝是为了防止在地震作用下，由于结构各部位变形不协调，导致结构一些部位破坏发生。抗震缝将基础顶面以上的结构断开，把复杂不规则结构变为若干简单规则的结构，以免在地震作用下相互碰撞。一般在下列情况宜设抗震缝：1）平面形状复杂而无有效构造措施。2）房屋各部分有较大错层。3）结构各部分的刚度或质量相差较大。,高层钢筋混凝土房屋当需要设置防震缝时，防震缝的最小宽度应符合下列规定：1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加宽20mm。2）框架剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架结构缝宽的70%；剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用框架结构缝宽的50%；且均不宜小于70mm。3）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。当需要同时设置伸缩缝、沉降缝和抗震缝时，应三缝合一，并均应符合抗震缝要求。,7.1.3抗震设计的一般规定1.房屋适用的最大高度表7.1现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度（m）,注：1）房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度（不包括局部突出屋顶部分）。2）框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构。3）部分框支抗震墙结构指首层或两层框支抗震墙结构。4）乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度。5）超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采用有效地加强措施。,2.结构的高宽比,表7.2高层混凝土结构的高宽比限值,3.建筑物的抗震等级,建筑物不仅要按建筑设防类别区别对待，还要按抗震等级划分。抗震等级是确定结构和构件抗震计算和构造措施的标准。建筑抗震设计规范根据烈度、结构类型和房屋高度等因素将丙类建筑的抗震等级划分为四级。,表7.3现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,注：1)建筑场地为I类时，除6度外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低。2)接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件确定抗震等级。3)部分框支抗震墙结构中，抗震墙加强部位以上的一般部位，应允许按抗震墙结构确定其抗震等级。,7.2框架结构,7.2.1框架结构的种类框架结构按施工方法的不同，分为整体式，装配式和装配整体式三种。,7.2.2框架结构布置,按照承重方式的不同，框架结构分为横向承重、纵向承重、纵横双向承重三种布置方案(图7-5)。,图7-5框架结构布置,7.2.3多层框架梁、柱的截面尺寸和计算简图1.梁、柱截面的选择（1）截面形状,图7-6梁的截面形状,（2）截面尺寸框架梁、柱截面尺寸应根据承载力、刚度及延性等要求确定。初步设计时，通常由经验估算选定截面尺寸，然后进行承载力、变形验算，检验所选构件截面尺寸是否合适。,1）框架梁。框架梁截面高度可根据跨度来估算。框架梁高一般取(为梁的跨度)，梁高不宜大于1/4净跨，以防止梁发生剪切脆性破坏。框架梁宽，且不少于1/2柱宽和200mm，宽度不宜小于梁高的1/4。框架连系梁的截面高度取。选择梁截面尺寸还应符合模数要求。一般梁的截面宽度和高度取50mm的倍数。,2）框架柱。框架柱的截面高度一般可取层高。截面宽度可取，最小截面尺寸高度和宽度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm。在两个主轴方向上，刚度不宜相差太大，矩形截面的边长比不大于3。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。,框架柱的截面尺寸一般根据柱的轴压比（柱的平均轴向应力与混凝土轴心抗压强度的比值）估算，估算公式为（7-1）式中：柱轴压比限值。,对以承受竖向荷载为主的框架柱，可按负荷面积估算柱轴力，再按轴心受压柱验算，考虑到弯矩的影响，将轴向力乘以1.21.4的系数。,表7.4柱轴压比限值,2.构件的截面惯性矩,框架梁截面惯性矩可以按照材料力学的方法计算，但应考虑楼板与梁的共同工作，一般按下述规定取值。注：为矩形截面梁惯性矩。框架柱的抗弯刚度按实际截面计算。,表7-5梁截面惯性矩取值,3.框架计算简图,（1）计算单元一般情况下，框架是均匀布置的，各榀框架刚度相同，荷载分布均匀，其空间作用不明显。为了简化计算，可从各榀纵向框架和横向框架中选出一榀或几榀有代表性的框架作为计算单元，按平面框架进行计算（图7-7）。,图7-7框架计算单元及计算简图,（2）计算简图现浇框架梁与柱、柱与基础均为刚性连接。构件用轴线表示，荷载的作用点也转移到轴线上。计算简图的主要尺寸以梁、柱截面几何轴线来确定。在一般情况下，框架梁的跨度取柱轴线间的距离。柱高除底层柱外，其余各层柱高为梁中心线至中心线距离，对底层柱取基础顶面到底层梁中心线距离（图7-7）。对于不等跨框架，当各跨跨度相差不超过10%时，按等跨考虑。,7.2.4.多层框架结构的荷载、内力和侧移计算1.多层框架结构的荷载,多层结构房屋上的荷载可分为竖向荷载和水平荷载两类。（1）竖向荷载竖向荷载包括恒载（结构自重）和活载。1)竖向荷载中的恒载按相应材料和构件的自重计算。2)活荷载按建筑结构荷载规范选用，当有特殊要求时，应按实际考虑。,（2）水平荷载水平荷载包括风荷载和地震作用。1）风荷载。建筑物表面上的风荷载标准值按建筑结构荷载规范（GB500092001）计算。根据规范公式算得的风压标准值是沿房屋高度变化的。为简化计算，在内力分析时，可将沿框架高度分布的风荷载进一步简化为水平集中荷载，合并于迎风面一侧，分别作用于楼面和屋面处。,2）地震作用。按抗震规范规定抗震设防的烈度为6度以上，6度设防时一般不必计算地震作用，只须采取必要的抗震构造措施既可；79度时要计算地震作用，并采取相应的构造措施。地震作用及相应的构造措施均按建筑抗震设计规范（GB500112001）规定确定。,内力计算（1）竖向荷载作用下内力的近似计算分层法、弯矩二次分配法1）分层法。计算假定用位移法或力法计算的结果表明，在竖向荷载作用下的多层多跨框架，当框架梁的线刚度大于柱的线刚度，且结构基本对称，荷载较为均匀的情况下，框架的侧移是极小的，每层梁上的荷载对本层梁及与之相连的上、下柱的弯矩影响较大，对其他各层梁的影响很小。,分层法假定：在竖向荷载作用下，框架的侧移很小忽略不计。每层梁上的竖向荷载对其他各层梁的影响忽略不计，仅考虑本层梁、柱内力的影响。,图7-8多层框架分层法的计算单元,计算要点根据上述假定，计算时可将各梁及其上、下层柱所组成的框架作为一个独立的计算单元分层计算（图7-8），计算单元中各层梁的荷载、跨度及层高与原结构相同。分层计算所得的梁弯矩即为其最终弯矩，而每一层柱的弯矩由上、下两层叠加得到。弯矩叠加后，节点处的弯矩之和常不等于零，若需进一步修正，可对节点不平衡力矩再进行一次分配。,分层法计算内力时，假定上、下柱的远端是固定的，但实际上除底层柱外，其它各层柱均是弹性支承，有转角产生。为了减少计算中的误差，将除底层柱以外的其它各层柱的线刚度乘以折减系数0.9，并取它的传递系数为1/3；底层柱不折减，传递系数取1/2。分层法适用于节点梁柱线刚度比，结构和荷载沿高度变化不大的规则框架。,2）弯矩分配法。由分层法的计算可知，多层框架某节点的不平衡弯矩仅对与其相邻的节点影响较大，对较远节点的影响较小，因而可将各节点的不平衡弯矩进行第一次分配，并向远端传递，再将新的不平衡弯矩进行第二次分配，此即弯矩二次分配法。,具体计算步骤为：根据各杆件的线刚度计算各节点的杆端弯矩分配系数。计算每一跨横梁在竖向荷载作用下的固端弯矩。将各节点的不平衡弯矩同时进行第一次分配，并将所得杆端的分配弯矩同时向其远端传递（传递系数均为1/2）。将各节点因传递弯矩而产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，再一次使各节点处于平衡状态。将各杆端的固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩叠加，即得各杆端最终弯矩值。,（2）框架在水平荷载作用下内力的近似计算反弯点法和D值法作用于框架结构的水平荷载，可以简化为作用于框架节点上的水平集中力。因无节间荷载，各杆的弯矩图都是直线形见图7-9，每个杆都有一个反弯点，该点弯矩为零，剪力不为零。如求出各柱的剪力和反弯点位置，就可以求出柱端弯矩，进一步求出梁、柱内力。,图7-9框架变位图和弯矩图(a)框架变位图；(b)框架弯矩图,1）反弯点法。对于梁柱线刚度比3，且各层结构比较均匀的多层框架，不考虑轴力所引起的各杆的变形，可采用反弯点法计算内力。计算假定：确定各柱的反弯点位置时，假定除底层柱以外的其余各层柱，受力后上下两端的转角相等。进行各柱间的剪力分配时，认为各柱上下端都不发生角位移，即梁与柱的线刚度之比为无限大。不考虑柱的轴向变形，同一层各节点的水平位移相等。,计算内容反弯点高度。反弯点高度指反弯点处至该层柱下端的距离。根据假定各柱上下端转角相等，则柱上下端弯矩相等，反弯点在柱中央，取(h为层高)。对于底层柱，柱下端固定，转角为零，柱上端弯矩小于下端，反弯点位置偏离中央上移，取(h1为底层柱高)。,柱的侧移刚度。侧移刚度表示柱上下端产生单位水平位移时柱中产生的剪力，与两端约束条件有关。根据假定，各柱端转角为零，柱的侧移刚度为（7-2）式中：柱的线刚度；柱的高度。,同层各柱剪力。以图7-9(b)为例，将框架沿第i层各柱的反弯点处切开，令Vi为框架第i层的层间剪力，它等于i层以上所有水平力之和；Vik为第i层第k根柱分配到的剪力，假定第i层共有m根柱，由层间水平力平衡条件得（7-3）由假定，同层各柱柱端水平位移相等，第i层各柱柱端相对侧移均为，则有（7-4）式中：第层根柱的侧移刚度。,代入式（7-3）得（7-5）将式（7-5）代入式（7-4）得（7-6）由此可见，同层各柱剪力是按各柱间的侧移刚度比进行分配的。,柱端弯矩。根据求得的各柱层间剪力和反弯点位置，即可求得柱端弯矩。底层柱：上端：（7-7）下端：（7-8）其余各层柱：（7-9）式中：、柱子上端和下端弯矩；第层柱的柱高。,梁端弯矩。根据节点平衡条件，梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，节点左右梁端弯矩大小按其线刚度比例分配。（7-10）（7-11）式中：、节点上、下两端柱的弯矩；、节点左、右两端梁的弯矩；、节点左、右梁的线刚度。,梁端剪力。根据梁的平衡条件，由图7-10可求出水平力作用下梁端剪力。（7-12）式中：、梁左、右两端剪力；梁的跨度。,图7-10梁端剪力计算,柱的轴力。节点左右两端剪力之和即为柱的层间轴力，图7-11。（7-13）式中：第i层第k根柱子的轴力；、第i层第k根柱两侧梁端传来的剪力。,图7-11柱轴力计算,2）值法(改进反弯点法)。柱的侧移刚度不但与柱本身的线刚度和层高有关，而且还与梁的线刚度有关；柱的反弯点高度也不是定值，而与梁柱的线刚度比、柱所在楼层的位置，上下层梁间的线刚度比、上下层的层高、房屋的总层数等因素有关。因此采取对框架柱的抗侧移刚度和反弯点高度进行修正的方法，称为“改进反弯点法”或“D值法”。,1）侧移刚度的修正。值法认为框架的节点均有转角，柱的侧移刚度有所降低。修正后柱的侧移刚度为（7-14）式中：柱侧移刚度修正系数，或称两端固定时柱的抗侧移刚度的修正系数。,考虑了梁柱线刚度比值对柱侧移刚度的影响，它反映了节点转动引起柱侧移刚度的降低，而节点转动又取决于梁对柱的约束程度，当梁的线刚度很大时，取1。的计算公式见表7-6。,表7-6柱抗侧移刚度修正系数,2）柱的反弯点高度。框架在水平力作用下各层柱的反弯点与该柱上下端转角的大小有关。两端转角不同，则反弯点偏于转角大的一端。影响柱两端转角大小的因素有：该柱所在楼层的位置，梁柱线刚度比、上下横梁线刚度比和上下层层高的变化等。标准反弯点高度比。主要与梁柱线刚度比，结构总层数，该柱所在层数，水平荷载作用形式有关，其取值可由附表查得。,上下层梁线刚度不同时反弯点高度比修正值。柱上、下横梁的线刚度不同，则该柱的反弯点位置相对于标准反弯点将发生移动，用加以修正图7-12，值可由附表查出。查表时，若上层梁线刚度大于下层梁时，取倒数，取负值，反弯点位置下移。对底层柱，当无基础梁时可不考虑这项修正。,图7-12梁刚度变化对反弯点影响图7-13层高变化对反弯点影响,上、下层层高变化时反弯点高度比修正值和、当柱所在楼层的上下层层高变化时，反弯点位置也随之变化图7-13。若上层较高时，反弯点将上移，从标准反弯点算起向上移动；若下层较高时，反弯点将从标准反弯点下移，这时取负值。对顶层柱不考虑的修正，对底层柱不考虑的修正。、可由附表查出。,反弯点总是向刚度弱的一侧移动，反弯点高度由下式计算：（7-15）式中：反弯点高度，即反弯点到柱下端的距离柱高；反弯点高度比，表示反弯点高度与柱高的比值；标准反弯点高度比；考虑梁线刚度不同的修正；、考虑上下层层高变化的修正。求得各层柱的侧移刚度和反弯点位置后，框架在水平荷载作用下内力的计算与反弯点法完全相同。,3.侧移计算,（1）框架侧移的分类在水平荷载作用下，框架的侧移有两种：一是梁柱弯曲变形引起的层间相对侧移，具有越往下越大的特点，侧移曲线与悬臂梁的剪切变形曲线相似，称为“剪切型”变形(图7-14)；另一种是由框架两侧柱的轴向变形引起的，框架的变形越往上越大，侧移曲线与悬臂梁的弯曲变形类似，故称为“弯曲型”变形(图7-15)。,图7-14框架总体剪切变形图7-15框架总体弯曲变形,对于多层框架，其侧移主要是由总体“剪切型”变形引起的，柱轴向变形引起的侧移很小，可以忽略不计。对于房屋高度大于50m或高宽比H/B4的框架结构，柱轴向变形引起的侧移则不可忽略。,2）侧移计算。侧移控制包括两部分内容：一是控制顶层最大位移，二是控制层间相对位移。1）用D值法计算水平荷载作用下的框架内力时，计算出第i层任意柱的侧移刚度Dk及同层各柱的侧移刚度之和Dik，按侧移刚度的定义，可得层间i相对侧移为（7-16）式中：i第i层层间侧移；Vi第i层层间剪力；Dik第i层所有柱抗侧移刚度之和。框架顶层总侧移值为各层相对侧移之和，即（7-17）,2）侧移限值。求得框架的侧移值后，应使其侧移值满足相应规范规定允许的侧移值限值。,7.2.5框架结构的内力组合及截面设计,框架结构构件的内力确定后，要进行内力组合。内力组合的目的是找出框架梁柱各控制截面的最不利内力，即使截面配筋最大的内力，以此作为梁、柱配筋的依据。,1.控制截面及最不利内力,控制截面是指内力较大截面或尺寸改变处截面。（1）框架梁梁的内力主要是弯矩和剪力。框架梁的控制截面通常是支座截面和跨中截面，在竖向荷载作用下，支座产生最大剪力和最大负弯矩，在水平荷载作用下还可能出现正弯矩；跨中截面一般产生最大正弯矩，有时也可能出现负弯矩。,框架梁的控制截面最不利内力组合有以下几种：1)梁端支座截面、和。2)梁跨中截面、。,（2）框架柱柱的内力包括弯矩、剪力和轴力。框架柱的控制截面一般在柱的两端，柱的两端为弯矩最大值，剪力和轴力在同一层中无变化或变化很小。,由于框架柱一般采用对称配筋，组合时要选择绝对值最大的弯矩，柱最不利内力可归纳成以下四种：及相应的、。及相应的、。及相应的、。比较大(不是绝对最大)，但比较小或比较大(不是绝对最小或最大)。绝对最大或最小的内力不一定就是最不利的，对大偏心受压构件，若不是最大，而N较小，则最大，截面配筋可能最多；对小偏心受压构件，越小截面配筋越多。,以上组合中前三组用来计算柱正截面受压承载力，以确定纵向受力钢筋数量；第四组用以计算斜截面受剪承载力，以确定箍筋数量。,进行内力分析时是以柱轴线处考虑的，实际梁支座截面的最不利位置在柱边缘处，在进行截面配筋计算时，应根据梁轴线处的弯矩和剪力算出柱边缘的弯矩和剪力，柱的内力也应换算为梁边柱端截面的内力。图7-16梁端控制截面,2.荷载组合,多层框架的恒荷载不变，而活荷载的出现有各种可能，进行内力组合时，既要考虑各种活荷载单独作用时的不利情况，又要考虑他们同时作用的可能性，按照不利和可能的原则进行选择和叠加，得到最不利内力组合。对于非地震区的多层框架，可考虑三种荷载组合方式：恒荷载+活荷载。恒荷载+风荷载。恒荷载+0.85(活荷载+风荷载)。,3.活荷载布置,手算时对楼面活荷载标准值不超过的一般工业与民用建筑多层框架结构，可采用满布活荷载法。计算结果与考虑活荷载不利布置的结果相比，支座内力相差不大，跨中弯矩偏低，为保证安全可将求得的跨中弯矩乘以1.11.2的提高系数。,4.框架梁及柱的截面设计,（1）框架梁设计框架梁的设计包括正截面抗弯和斜截面抗剪计算，由正截面受弯承载力计算确定所需纵筋数量，斜截面受剪承载力计算确定所需箍筋数量，并满足相应的构造规定，纵向受拉钢筋还应满足裂缝宽度的要求。纵筋的弯起和截断位置，应根据弯矩包络图确定。,框架中允许梁端出现塑性铰，在梁中可考虑塑性内力重分布，通常是降低支座弯矩，即对竖向荷载作用下的梁端进行调幅。对于现浇框架，支座弯矩的调幅系数采用0.80.9；对于装配整体式框架，由于钢筋焊接及接缝不密实等原因，后浇节点连接刚度较差，受力后可能产生节点变形，造成梁端弯矩降低，调幅系数取0.70.8。,支座弯矩降低会引起跨中弯矩增加，但荷载组合求出的跨中最大正弯矩和支座最大负弯矩不是在同一荷载作用下出现的，支座弯矩调幅后，若调幅后的跨中弯矩不超过跨中最不利正弯矩，跨中配筋不必增大。应注意调幅是在竖向荷载作用下的内力调整，必须在组合前进行调幅，然后和水平荷载作用下内力进行组合。,（2）框架柱设计框架柱属偏心受压构件，一般采用对称配筋，在中间轴线上的框架柱，按单向偏心受压考虑，边柱按双向偏心受压考虑，框架平面外尚应按轴心受压构件验算。框架柱除进行正截面受压承载力计算外，还应根据内力组合得到的剪力进行斜截面抗剪承载力计算，确定柱的箍筋配置。,7.2.6框架结构的一般构造要求1.框架梁纵向钢筋的锚固,框架梁上部纵向钢筋伸入中间层端节点的锚固长度按充分受拉考虑，应不小于纵向受拉钢筋最小锚固长度，且伸过柱中心线不宜小于。当柱截面尺寸不足时，在范围内钢筋水平和垂直部分的长度应符合图7-17中要求（水平投影长度不小于，垂直投影长度不小于，为上部纵向钢筋直径）,图7-17梁上部纵向钢筋在框架中间层端节点内的锚固,框架梁的上部纵向钢筋应贯穿中间节点或中间支座范围。该钢筋自节点或支座边缘伸向跨中的截断位置应符合下列要求：当时，应延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小于处截断；且从该钢筋充分利用截面伸出的长度不应小于（为受拉钢筋的锚固长度）。当时，应延伸至按正截面受弯承载力计算不需要该钢筋的截面以外不小于且不小于处截断；且从该钢筋充分利用截面伸出的长度不应小于（+）。,若按上述规定确定的截断点仍位于负弯矩受拉区内，则应延伸至不需要该钢筋的截面以外不小于且不小于处；且从该钢筋充分利用截面伸出的长度不应小于（+）。,框架梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座处应满足下列锚固要求：当计算中不利用该钢筋强度时，其伸入节点或支座的锚固长度，带肋钢筋不应小于12d，光面钢筋不应小于15d。,当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时，下部纵向钢筋应锚固在节点内或支座内。此时，可采用直线锚固（图7-18a），也可采用带90弯折的锚固形式（图7-18b），此时，竖直段应向上弯折，锚固端的水平投影长度不应小于端节点处梁上部带90弯折锚固的规定；也可伸过节点或支座范围，在梁中弯矩较小处设置搭接接头（图7-18c）；,图7-18梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座范围的锚固与搭接,当计算中充分利用钢筋的抗压强度时，下部纵向钢筋应按受压钢筋锚固在中间节点内。此时其直线锚固长度不应小于；下部纵向钢筋也可伸过节点或支座范围，并在梁中弯矩较小处设置搭接接头。,框架梁下部纵向钢筋在端节点的锚固要求与中间节点处梁下部纵向钢筋的锚固要求相同。,2.框架柱纵向钢筋的锚固,框架柱的纵向钢筋应贯穿中间层中间节点和中间层端节点，柱纵向钢筋接头应设在节点区之外。顶层中间节点的柱纵向钢筋及顶层端节点的内侧柱纵向钢筋可用直线方式锚入顶层节点，其自梁底标高算起的锚固长度不应小于，且柱纵向钢筋必须伸至柱顶。当顶层节点处梁截面高度不足时，柱纵向钢筋应伸至柱顶并向节点内水平弯折。,当充分利用柱纵向钢筋的抗拉强度时，其锚固段弯折前的竖直投影长度不应小于，弯折后的水平投影长度不应小于。当柱顶有现浇板且板厚不小于80mm、混凝土强度等级不低于C20时，柱纵向钢筋也可向外弯折，弯折后的水平投影长度不应小于。,框架顶层端节点处，可将柱外侧纵向钢筋的相应部分弯入梁内作梁上部纵向钢筋使用，也可将梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点及其附近部位搭接。搭接采用下列方式：,搭接接头沿顶层端节点外侧及梁端顶部布置（图7-19（a）。搭接长度不应小于，伸入梁内的外侧柱纵向钢筋截面面积不宜小于外侧柱纵向钢筋全部截面面积的65；梁宽范围以外的外侧柱纵向钢筋宜沿节点顶部伸至柱内边，当柱纵向钢筋位于柱顶第一层时，至柱内边后宜向下弯折不小于8d后截断；当柱纵向钢筋位于柱顶第二层时，可不向下弯折。当有现浇板且板厚不小于80mm、混凝土强度等级不低于C20时，梁宽范围以外的外侧柱纵向钢筋可伸入现浇板内，其长度与伸入梁内的柱纵向钢筋相同。,当外侧柱纵向钢筋配筋率大于1.2时，伸入梁内的柱纵向钢筋应满足以上规定，且宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20d。梁上部纵向钢筋应伸至节点外侧并向下弯至梁下边缘高度后截断。,图7-19梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点的搭接（a）位于节点外侧和梁端顶部的弯折搭接接头；（b）位于柱顶部外侧的直线搭接接头,搭接接头沿柱顶外侧布置（图7-19b）。此时，搭接长度竖直段不应小于。当梁上部纵向钢筋的配筋率大于1.2时，弯入柱外侧的梁上部纵向钢筋应满足以上规定的搭接长度，且宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于。柱外侧纵向钢筋伸至柱顶后宜向节点内水平弯折，弯折段的水平投影长度不宜小于。,框架顶层端节点处梁上部纵向钢筋的截面面积应符合下式规定：(7-18)式中:bb梁腹板宽度；h0梁截面有效高度；梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在节点角部的弯弧内半径，当钢筋直径25mm时，不宜小于；当钢筋直径25mm时，不宜小于。,3.对箍筋的要求,在框架节点内应设置水平箍筋，箍筋应符合柱中箍筋的构造规定，但间距不宜大于250mm。对四边均有梁与之相连的中间节点，节点内可只设置沿周边的矩形箍筋。当顶层端节点内设有梁上部纵向钢筋和柱外侧纵向钢筋的搭接接头时，柱内水平箍筋应符合前面章节中关于纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋的规定。,7.2.7抗震设计的构造措施,建筑结构抗震设计除了要按规范对结构进行计算，以满足承载力和变形要求外，还要采用正确的构造措施，提高结构的延性，防止建筑物的倒塌。即强度不是控制设计的唯一指标，变形能力变得与强度同等重要。因为一般结构并不具备足以抵抗强烈地震的能力，而要利用结构的变形吸收地震能量，以达到抗御强震的目的。,要提高框架结构延性应从构件的截面选择、材料、构造措施等方面着手，还特别要注意做到：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点，强锚固等措施。,1.框架梁,1）梁中纵向钢筋。保证结构的延性主要依靠在梁端形成的塑性铰来完成。梁端纵向受拉钢筋增多，混凝土受压区相对高度增大，变形能力降低。因此对梁截面的最大配筋率和受压区相对高度应加以限制。应满足下列要求：,梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二三级不应大于0.35。梁端底面的底面钢筋在负弯矩作用时，使截面上的混凝土受压区高度减小，可以提高梁端塑性转动能力。因此，梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不小于0.5，二、三级不小于0.3。,由于地震作用的不确定性，框架梁的反弯点位置可能变化，因而，沿梁全长顶面和底面的钢筋，一、二级不少于214，且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级框架不少于212。一、二级框架内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于在该方向截面尺寸的1/20；对圆形柱不宜大于纵向钢筋所在弦长的1/20。,2）梁的箍筋应在梁端设置加密的封闭式箍筋。梁端箍筋加密区长度、箍筋的最大间距和最小直径按表7.7采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小值数值应增大2mm。梁端加密区的箍筋肢距，一级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。,表7.7梁端箍筋加密区长度、箍筋的最大间距和最小直径,注：d为纵向钢筋直径，为梁截面高度,2.框架柱,1）柱的纵向钢筋。为提高柱端屈服弯矩的变形能力，保证柱有足够的延性。柱中纵向钢筋的最小总配筋率应按表7.8中规定的数值，同时，每一侧的配筋率不应小于0.2%；对类场地土上较高的高层建筑，表中数值应增加0.1。,表7.8柱截面纵向受力钢筋最小总配筋率（%）,注：采用HRB400级热轧钢筋时应允许减小0.1；混凝土强度等级高于C60时应增加0.1。,柱的纵筋配置，尚应符合下列规定：由于地震