钢筋混凝土结构

第六讲钢筋混凝土结构

一、单层厂房

(一)组成与布置

结构组成：

屋盖结构：

分无檩和有檩两种体系，无檩体系系由大型屋面板、屋面梁或屋架(包括屋盖支撑)所组成；有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架(包括屋盖支撑)所组成。

屋盖结构有时还设有天窗架、托架，屋盖结构起围护和承重双重作用。

柱子：

承受屋架、吊车梁、外墙和支撑传来的荷载。

吊车梁：

两端简支在柱子牛腿上，主要承受吊竖向和水平荷载。

支撑：

包括屋架、天窗架支撑和柱间支撑等，其作用是加强厂房的稳定性和空间刚度，起传递风荷载和吊车水平荷载或地震力的作用。

基础：

承受柱和基础梁传来的荷载并将它们传至地基。

围护结构：

包括纵墙和横墙(山墙)及由墙梁、抗风柱(有时还有抗风梁及抗风桁架)和基础梁等组成的墙架，它们主要是承受墙体和构件的自重以及作用在墙上的风荷载。

单层厂房结构布置：

厂房平面布置：

柱网布置首先满足生产工艺要求，其次应符合统一模数，厂房跨度可选用9m、12m、15m、18m、24m、30m、36m、……，柱距可选为6m、9m和12m。

厂房应按规范要求设置变形缝。

对于装配式钢筋混凝土排架结构，屋面板上部有保温或隔热措施且有墙体封闭时，其伸缩缝最大间距为100m，无墙体封闭而处于露天时，则为70m。

单层厂房除非有特殊要求外，一般不设沉降缝。

在地震区应按防震缝的要求做伸缩缝。变形缝处一般设置双排架。

厂房剖面布置：

柱高度按生产需要，主要是满足吊车轨顶要求，且符合模数。

屋盖结构布置：

优先采用无檩体系，选用预应力大型屋面板；

有檩屋盖中，檩条常用T型、r型的钢筋混凝土檩条，或轻型钢檩条，檩条应布置在屋架节点上，檩条上布置小型屋面板或其他瓦材。

有天窗架时，一般从两端头算起的

第二柱间开始布置，天窗架两端焊在屋架上。有抽柱时应沿纵向布置托架。

支撑系统布置：

支撑系统除加强厂房整体刚度和稳定性外，还可传递风荷载与吊车水平荷载。

它可分为屋盖支撑和柱间支撑两大类。

屋盖包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑与纵向水平系杆、天窗架支撑等。

柱间支撑一般应布置在温度区段的中间。

围护结构布置：

厂房檐口标高≤8m、跨度≤12m时抗风柱可用砖壁柱，一般用钢筋混凝土抗风柱。

圈梁、过梁、联系梁和基础梁应综合考虑，尽可能一梁多用，避免重复。

(二)排架计算

1．排架计算的主要内容为：

确定计算简图，此时应确定柱子的各段高度，假定柱截面尺寸，算出各部分柱子截面惯性矩；各项荷载计算；在各项荷载作用下进行排架内力分析，求出各控制截面的内力值；内力组合，求出各控制截面的最不利内力。

2．计算假定：

柱下端固接于基础顶面，横梁铰接在柱上。但当地基土质较差、变形较大或有比较大的地面荷载(如大量堆料)等，则应考虑基础位移和转动对排架内力的影响。横梁在排架平面内的轴压刚度为无限大，受力后不产生轴向变形。但对于下弦杆用圆钢或角钢的组合式屋架、二铰、三铰拱屋架，则应考虑其轴向变形对排架内力的影响。

3．排架的荷载计算：

作用在排架上的荷载分永久荷载和可变荷载两类。永久荷载包括屋盖自重、上柱自重、下柱自重；吊车梁和轨道等零件重以及有时支承在柱牛腿上的围护结构等重量。可变荷载一般包括屋面活载、吊车荷载、均布风载以及作用在屋盖支承处的集中风载等。

4．排架内力分析：

单层厂房排架为超静定结构，它的超静定次数等于它的跨数。由结构力学知道，等高排架不论跨数多少，由于等高排架柱顶水平全部相等的特点，可由比位移法更为简捷的“剪力分配法”来计算。对于不等高排架则用力法计算要比位移法简便得多。

5．内力组合

一般排架控制截面、荷载组合和内力组合按表6-6-1选用。

排架控制截面、荷载组合和内力组合表6-6-1

(3)运输及吊装验算：构件采用平卧浇制时，采用半吊较为方便，平吊验算不能满足要求时，可采用翻身吊进行验算。

(4)牛腿：根据牛腿所受竖向荷载作用点到牛腿根部的水平距离与牛腿有效高度的比值，可分为长牛腿和短牛腿。长牛腿按悬臂梁设计，短牛腿按变高截面深梁设计。

（四）柱下单独基础设计

在选定了地基持力层和基础埋置深度后，单独基础的设计主要有确定基础底面尺寸，验算和计算基础高度，计算底板配筋和进行构造处理几方面内容。

二、多层及高层房屋

(一)结构体系及布置

当建筑物高度增加时，水平荷载(风荷载及地震作用)对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移增加更快。

多层和高层建筑结构都要抵抗竖向及水平荷载作用，但是在高层建筑中，结构要使用更多的材料来抵抗水平力，抗侧力成为高层建筑结构设计的主要问题。在地震区，地震作用对高层建筑的威胁也比多层建筑要大，抗震设计应受到加倍重视。

多层和高层建筑抗侧力体系在不断的发展和改进，建筑高度也不断增高。现在，多层和高层建筑结构体系大约可分为四大类型：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构和简体结构，各有不同的适甩高度和优缺点。下文将介绍各种体系及其组成和布置。

多层建筑可以采用砖石和钢筋混凝土材料建造。

高层建筑结构所用的材料，主要是钢筋混凝土和钢。钢结构具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工方便等优点。在钢材多的国家，很多都采用钢结构建造高层建筑。钢筋混凝土结构造价较低、材料来源丰富，便于做成各种形状，而且结构刚度大，耐火性能好。它的缺点是自重较大、抗震性能不如钢结构、建造高度也低于钢结构。近年来，开始采用高强混凝土，并且改进了结构体系，钢筋混凝土的建造高度也逐渐增加。

框架、剪力墙、框架一剪力墙结构体系是多层及高层建筑中传统的、广为应用的抗侧力体系；在高度较大的高层建筑中，利用结构空间作用，又发展了框架——筒体结构、框筒结构、筒中筒结构及多筒结构等多种抗侧力很好的结构体系。

1．框架结构体系

当采用梁柱组成的结构体系作为建筑竖向承重结构，并同时承受水平荷载时，称其为框架结构体系。它适用于多层及高度不大的高层建筑。

框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可做成需要较大空间的会议室餐厅、办公室及工业车间、实验室等，加隔墙后，也可做成小房间。框架结构的构件主要是梁和柱，可以做成预制或现浇框架，布置比较灵活，立面也可变化。

通常，梁、柱断面尺寸都不能太大，否则影响使用面积。因此，框架结构的侧向刚度较小，水平位移大，这是它的主要缺点，并因此限制了框架结构的建造高度，一般不易超过60m。在抗震设防烈度较高的地区，高度更加受到限制。

通过合理设计，框架结构本身的抗震性能较好，能承受较大变形。但是，变形大了容易引起非结构构件(如填充墙、装修等)出现裂缝及破坏，这些破坏会造成很大经济损失，也会威胁人身安全。所以，如果，在地震区建造较高的框架结构，必须选择既减轻重量，又能经受较大变形的隔墙材料和构造做法。否则，就要严格控制框架建造的高度。在北京，已建成了高18层、局部22层的现浇框架结构，采用了延性框架设计方法，并采用轻钢龙骨石膏板作隔断墙，外墙采用玻璃幕墙。

通常根据使用要求和建筑布置确定的柱网和层高布置梁和柱。在高层建筑中，梁柱必须做成刚接。梁的跨度受到梁断面尺寸的限制。过大的梁断面会增加层高，是不经济的，对抗震也不利。柱断面的尺寸要根据所承受轴力和弯矩的大小确定。在地震区，柱断面尺寸受到轴压比限制，不能过小。

梁、柱布置要整齐、规则。图6-6-2列举了一些框架结构的平面布置形式。

2．剪力墙结构体系

利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，称为剪力墙结构体系。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。

剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为3～8m。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑，此时可省去大量填充墙的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法，施工速度很快。

现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平力作用下侧向变形小。墙体截面积大，承载力要求比较容易满足。剪力墙的抗震性能也好。因此，它适宜于建造高层建筑，在10～50层范围内都适用，目前我国10-30层的高层公寓式住宅大多采用这种体系。由于它适合于建造住宅，我国许多5～8层住宅也都采用剪力墙结构体系。

剪力墙结构的缺点和局限性也是很明显的，主要是剪力墙间距太小，平面布置不灵活，不适应于建造公共建筑，结构自重较大。

为了减轻自重和充分利用剪力墙的承载力和刚度，剪力墙的间距要尽可能做大些，如做成6m左右。

当把墙的底层做成框架柱时，称为框支剪力墙。底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，致使结构破坏。因此，在地震区不允许单独采用这种框支剪力墙结构。

为了满足地震区住宅建筑需要底层商店或旅馆中底层需设置大的公用房间的要求，可做成部分剪力墙框支、部分剪力墙落地的底层大空间剪力墙结构。

在底层大空间剪力墙结构中，一般应把落地剪力墙布置在两端或中部，并使纵向、横向墙围成简体，在底层还要采取加大墙厚、提高混凝土强度等级等措施加大底层墙的刚度，使整个结构上下刚度差别减小。上部则应采用开间较大的剪力墙布置方案。因为框支剪力墙承受的剪力大部分要通过楼板传到落地剪力墙上，落地剪力墙之间的距离要加以限制(墙的距离与楼板宽度之比不超过3，抗震设计时不超过2～2．5)，同时还要加强过渡层楼板的整体性和刚性(底层大空间与上部剪力墙之间的楼板称过渡层楼板)，这层楼板应采用厚度较大现浇钢筋混凝土板。

3．框架-剪力墙及框架-筒体结构体系

框架结构侧向刚度差，抵抗水平荷载能力较低，地震作用下变形大，但它具有平面灵活、有较大空间、立面处理易于变化等优点。而剪力墙结构则相反，抗侧力刚度、强度大，但限制了使用空间。把两者结合起来，取长补短，在框架中设置一些剪力墙，就成了框架-剪力墙结构。

在北京饭店的结构平面图中可见，大多数剪力墙是单片式的分散布置形式，这种结构刚度比较小，建造高度一般在10～20层。如果把剪力墙连在一起，做成井筒式，井筒的刚度和承载力都将大大提高，也增强了抗扭能力，因此，可以建造高达30～40层的建筑。这种结构也称为框架一筒体结构。从受力和变形性能来看，它与框架-剪力墙结构相同，可统称为框架-剪力墙体系。在这种体系中，剪力墙(或筒体)常常担负大部分水平荷载，结构总刚度加大，侧移减小。同时，由于框架和剪力墙协同工作，通过变形协调，使各层变形趋于均匀，改善了纯框架和纯剪力墙结构中上部和下部层间变形相差较大的缺点，因而在地震作用下可减少非结构构件的破坏。从框架本身看，上下各层

柱的受力也比纯框架柱的受力均匀，因此，柱子断面尺寸和配筋都可比较均匀。

无论从使用上，还是从受力、变形性能上看，框架．剪力墙(简体)结构都是一种比较好的体系，在公共建筑和办公楼等建筑中得到广泛应用。

框架一剪力墙结构布置的要点是剪力墙的数量和位置。剪力墙的数量与结构体形、高度有关。剪力墙多一些，结构刚度大一些，侧向变形就小一些，可减少结构及非结构构件的破坏。但

剪力墙太多，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6-6-3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1.2～3m，最大为4.5m；窗裙梁高度约为0.6～l.2m，宽0.3～0.5m；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6-6-3(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6-6-3(c)、(d)]。取出来的平面框架承受图6-6-3(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6-6-3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6-6-4)。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6-6-5)，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6-6-5(α)]或半铰节点[图6-6-5(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0.9，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0.16且孔洞净距及孔洞边至墙边距离大于孔洞长边尺寸时，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2.5m时，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1.2，等效刚度应乘以折减系数O.8。

当折线剪力墙的各墙段总转角不大于15o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

壁式框架内力与位移计算与一般框架相同，只是对带刚域杆的刚度进行修正。将壁式框架带刚域杆件变为等效等截面杆件后，可采用D值法进行简化计算。

壁式框架梁柱轴线由剪力墙连梁和墙肢的形心轴线决定，梁柱相交的节点区中，梁柱的弯曲刚度为无限大而形成刚域，刚域的具体形式可见有关参考文献。

2．剪力墙截面设计及配筋构造

1)剪力墙墙肢截面承载力计算

钢筋混凝土剪力墙应进行斜截面抗剪、偏心受压或偏心受拉、平面外竖向荷载轴心受压承载力计算。在集中荷载作用下，还应进行局部受压承载力计算。

矩形、T形、I形偏心受压剪力墙的正截面承载力、矩形受拉剪力墙的正截面承载力、墙肢斜截面受剪承载力计算公式可见有关参考文献。

2)剪力墙配筋构造要求

(1)墙身的分布钢筋

剪力墙水平和竖向分布钢筋应满足表6-6-5的要求。加强区是墙体受力不利的部位和受温度影响较大的部位，这些部位有：剪力墙的顶层；剪力墙的底部加强区(加强区高度为墙肢总高度的八分之一、墙肢宽度和底层层高中的较大值)；楼梯间和电梯间墙；现浇端部山墙；内纵墙的端开间。

一级抗震等级的剪力墙的所有部位和二级剪力墙的加强部位应采用双排钢筋，二级剪力墙一般部位、三级、四级和非抗震设计剪力墙加强部位宜采用双排钢筋。双排钢筋之间应采用拉筋连接，拉筋直径不小于φ6，间距不大于700mm，拉筋应与外皮水平钢筋钩牢，底部加强部

位的拉筋宜适当加密。

(2)剪力墙端部钢筋

剪力墙端部钢筋由大小偏心受压、偏心受拉承载力计算决定。剪力墙的端部钢筋配置在离墙边1.5～2倍墙厚范围内；当钢筋多于4根时，应设钢箍和拉筋。

(3)小墙肢的配筋

剪力墙小墙肢(截面高度hw≤3bw的墙肢)，其截面配筋要求：

抗震设计时，底部加强区竖向钢筋不少于0.015AC；其他部位不少于0.01 AC。

非抗震设计时，竖向钢筋不少于0.008 AC，箍筋直径不少于8，间距不大于150mm。

AC为小墙肢的截面面积。

3．剪力墙连梁截面设计及配筋构造要求

1)剪力墙连梁的截面尺寸

剪力墙连梁的截面尺寸应符合下列要求：

2)连梁的剪力设计值

连梁的剪力设计值应按下列规定计算：

①抗震设计，取考虑水平荷载组合的剪力设计值。

②抗震设计，有关公式可见相关参考文献。

3)连梁内力调整

当联肢墙中某几层连梁的弯矩设计值超过其最大受弯承载力时，可降低这些部位的连梁弯矩设计值，并将其余部位的连梁弯矩设计值相应提高，以补偿减少的弯矩，满足平衡条件。经调整的连梁弯矩设计值，可均取为最大弯矩的连梁调整前弯矩设计值的80％。

4)连梁的受剪承载力计算

连梁的斜截面受剪承载力，有关公式可见相关参考文献。

5)连梁构造配筋要求

连梁配筋构造要求如下：

(1)设计时，连梁纵向钢筋的锚固、箍筋及水平分布筋的设置应符合下列要求：

①梁上、下水平纵向钢筋伸人墙内的长度应≥Ia，且不应小于600mm；

②钢筋直径不应小于6mm，间距不大于150mm。在顶层连梁伸入墙体的钢筋长度范围内，应设置间距小于150mm的构造箍筋，构造箍筋的直径同该连梁的箍筋直径；

③跨高比In/h<2.5的连梁，在距连梁底边0.2～0．6h范围内，应设置配筋率小于0.25％的水平分布筋。

(2)抗震设计时，连梁纵向钢筋的锚固、箍筋及水平分布筋的设置应符合下列要求：

①连梁上、下水平纵向钢筋伸入墙内的长度应≥IaE，并且伸人墙内长度不应小于600mm；

②连梁沿梁全长箍筋的构造要求应按有关规定对框架梁箍筋加密区的要求进行配置；

③顶层连梁锚入墙体内的纵向钢筋长度范围内的箍筋设置及对跨高比In/h<2.5的连梁，距梁底0.2～0.6h范围内水平分布筋的设置要求同非抗震设计。

(四)框架．剪力墙结构设计

1．框架-剪力墙结构的计算

1)框架-剪力墙结构计算的基本原则

在水平荷载作用下，剪力墙呈弯曲变形，其曲线向下弯，顶端斜率最大；而框架呈剪切变形，其曲线向上弯，底部的斜率最大。当框架与剪力墙通过刚性楼板连接而相互作用、共同作用时，结构产生不同于框架和剪力墙的变形，其变形曲线在下部主要呈弯曲形，而上部主要呈剪切形。由于这一变形协调作用，框架和剪力墙的荷载和剪力分配沿高度在不断调整。因此，框架．剪力墙结构的计算中应考虑剪力墙和框架两种类型结构的不同受力特点，按协同工作条件进行内力、位移分析，不宜将楼层剪力简单地按某一比例在框架和剪力墙之间分配。框架结构中设置了电梯井、楼梯井或其他剪力墙型的抗侧力结构后，应按框架-剪力墙结构计算。

2)框架-剪力墙结构的计算方法

(1)简化的计算方法

框架-剪力墙结构在竖向荷载作用下的内力，按各自柱距面积或间距范围内的荷载计算，其计算方法与框架结构、剪力墙结构相同。

在水平荷载作用下手算的近似计算方法，是把各榀剪力墙和框架视作只能在其自身平面内受

力的竖向平面结构，并且由它们共同承担水平荷载。分析时将结构用一个均匀的连续模型代替，其所有的框架和剪力墙具有共同的变形曲线，为此，采用下列假定：

①在整个高度上，框架和剪力墙的几何和力学特性不变。

②剪力墙可由一个受弯悬臂构件代替，即仅产生弯曲变形。

③框架可由一个连续的受剪悬臂构件代替，即仅产生剪切变形。

④连接杆件可由水平刚性连接介质代替，它仅传递水平力并且使受弯和受剪悬臂构件的变形协调。

根据上述基本假定，将结构单元内所有框架合并为总框架，所有剪力墙合并为总剪力墙。总框架与总剪力墙的刚度分别为各类构件单元刚度之和。通过解微分方程求出剪力墙(也就是框架)的侧移曲线，进而求得总剪力墙和总框架的内力及荷载，然后按各榀框架的等效抗侧刚度对总框架的剪力进行分配。同样，按各片剪力墙的等效刚度比例将总剪力墙的弯矩和剪力分配到每片剪力墙上。最后，进行单片框架和剪力墙计算。

具体的计算公式和图表可见有关参考文献。

(2)框架-剪力墙结构刚度特征系数

在上述确定框架一剪力墙结构中剪力墙的数量时和进行总剪力墙和总框架的荷载分配时都要引用结构刚度特征系数λ。λ的表达式如下：

上式可以看出，λ是与剪力墙和框架刚度有关的一个参数，而框架-剪力墙结构变形曲线的形状是无量纲参数λ的函数，λ是代表框架-剪力墙的结构特性。

(4)框架剪力的调整

在地震作用下，结构进入弹塑性状态后会产生内力重分布，框架承受的地震力会增加。因此，抗震设计时，框架-剪力墙结构计算所得的框架各层总剪力Vf (即各框架柱剪力之和)，应按下列方法调整。为保证框架的安全，采用计算机计算时这项调整也必须进行。

①规则建筑中的楼层按下列方法调整框架总剪力。

②当屋面突出部分也采用框架．剪力墙结构时，突出部分框架的总剪力取本层框架部分计算值的1.5倍。

③按振型分解反应谱法计算时，调整在振型组合之后进行。

④各层框架总剪力调整后，按调整前后的比例调整各柱和梁的剪力和端部弯矩，柱轴向力不调整。

2．框架-剪力墙结构的截面设计

框架-剪力墙结构中有框架及剪力墙两类构件，其截面设计方法分别与框架结构和剪力墙结构相同。框架。剪力墙结构中的剪力墙往往与梁柱连在一起，形成带边框剪力墙。

周边有梁柱的现浇剪力墙，当剪力墙与梁柱有可靠连接时，其截面设计应采用一般剪力墙结构的截面设计方法，其主要竖向受力钢筋应配置在柱截面内。梁与墙为整体现浇时，不必对梁进行专门的截面设计，其钢筋可按构造要求配置。

1)截面尺寸要求

①梁的截面宽度bb≥2bw，截面高度bb≥3bw，bw为剪力墙厚度；②边柱的截面宽度bc≥

2.5 bw，截面高度hc≥bc；

①剪力墙的厚度bc≥160mm，且不小于墙净高的1/20。剪力墙中线与墙端边柱中线宜重合，防止偏心；

④剪力墙周边仅有柱而无梁时，则应设置暗梁。

非抗震设计时：剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不应小于0.2％，直径不应小于φ8，且应双排配置。

抗震设计时：剪力墙水平和竖向分布钢筋配筋率均不应小于0．25％，直径不应小于φ8，间距不应大于300mm，且应双排配置。

(五)框筒结构设计

框筒与筒中筒结构应该按照空间结构分析其内力与位移。精确的空间计算工作量大，在工程应用时都要作一些简化。由于简化的方法和程度不同，框筒和筒中筒结构的计算方法种类繁多，各有特点，下面介绍一些常见的方法。

1)空间杆件有限元矩阵位移法

将框筒的梁柱简化为带刚域杆件，按空间杆系方法求解，每个结点有6个自由度。将稿筒视为薄壁杆件，外筒与内筒通过楼板连接协同工作。通常假定楼板为平面内无限刚性板，忽略其平面外刚度，楼板的作用只是保证内外筒县有相同的水平位移，而楼板与简之间无弯矩传递关系。

2)等效连续体法

将框筒的四片框架用四片等效均匀的正交异性平板代替，形成一个等效实腹筒，求出平板内的双向应力后再回复到梁柱内力。内筒为实腹筒体，与外筒协调工作。通常通过弹性力学方法得到函数解，也可通过程序计算，程序较小。

3)有限条分法

将外筒及内筒均沿高度划分成竖向条带，条带的应力分布用函数形式表示，条带连接线上的位移为未知函数，通过求解位移函数得到应力。这种方法比平面有限元方法大大减少了未知量，适于在较规则的高层建筑结构的空间分析中采用。外筒与内筒也通过无限刚性楼板连接协同工作。

4)按平面结构方法分析

矩形平面的框筒结构在水平荷载作用下的分析可简化为等效平面结构，然后按平面结构方法计算。这样可利用平面框架分析程序，比较方便。常用简化方法有以下两种。

(1)翼缘展开法

具有对称轴的矩形平面框筒，将翼缘框架旋转后，与腹板框架在同一平面内，成为平面框架。根据空间结构的受力特点，建立该平面框架的计算简图。

腹板框架与一般平面框类似，承受框架平面内的水平剪力与倾覆力矩，引起梁柱弯曲、剪切与轴向变形。翼缘框架的变形与内力则主要是由于角柱的轴向变形引起。可将角柱一分为二，其二属于腹板框架，其二属于翼缘框架，二者之间由一个虚拟的刚性剪切梁连接，该虚拟梁的剪切刚度很大，弯曲刚度及轴向刚度都很小，它只能传递剪力，可保证角柱的两半部分有相同的轴向变形。

当框筒完全对称时，可取1/4框筒计算。此时，根据其变形特点选择边界约束，翼缘框架的中点水平位移和弯矩为零，竖向有位移，因而选用滚动支座。腹板框架中点的竖向位移为零，但有弯曲与水平位移，因而选用滚动铰支结点。

应用本方法，可利用具有平面结构假

定的协同工作计算程序进行内力及位移分析，也可利用该方法进行大量计算后给出图表曲线，供初步设计时查用。

(2)等代角柱法

等代角柱法的基本思路与上述方法类似，但用一根等代角柱代替实际的角柱及翼缘框架的作用。等代的原则是等代角柱的轴向变形与原角柱相同，其轴力则为角柱及翼缘框架柱承担的轴力之和，即

β称为等代系数。在角柱上作用单位力，可计算各柱所受的轴力，即得到β值。当角柱与其他各柱的面积比不同，或框架梁、柱线刚度比，或跨度、层高、总高度改变时，β值都会改变。因此，要根据每个框筒的具体尺寸，直接用平面框架程序计算翼缘框架的β值，得到等代角柱面积后，再计算带有等代角柱的腹板框架在水平荷载作用下的内力，最后将等代角柱

的轴力按照比例分配到翼缘框架各个柱上。

用本方法计算时，也可在大量计算的基础上建立一些查找β值的图表曲线。根据具体情况直接查得β值及翼缘框架柱的轴力分配比例系数。这样，只需进行等代框架的内力分析，较为简单。

2．框筒结构的截面设计及配筋构造框筒结构的裙梁、柱及简体的混凝土强度等级不宜低于C225。其截面设计及构造措施，除满足以下规定外，还应满足框架结构的要求。

框筒柱的正截面受弯承载力按双向偏心受压计算。角筒或角柱的受弯承载力计算按双向弯矩进行，且两个方向的偏心矩均不应小于相应边长的1/10。

三.抗震设计要点

1．一般规定

对于满足表6-6-6所示的最大高度范围内的现浇钢筋混凝土结构，抗震设计应满足

下列要求。

适用的房屋最大高度表6-6-6

1)6度、7度和8度且房屋高度分别超过120m、lOOm和80m时，不宜采用有框支层的现浇抗震墙结构；9度时，不应采用。

2)钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。

3)规则结构宜符合下列各项要求：

(1)房屋平面局部突出部分的长度不大于其宽度，且不大于该方向总长的30％；

(2)房屋立面局部收进的尺寸，不大于该方向总尺寸的25％；

(3)楼层刚度不小于其相邻上层刚度的70％，且连续三层总的刚度降低不超过50％；

(4)房屋平面内质量分布和抗侧力构件的布置基本均匀对称。

4)钢筋混凝土房屋宜选用合理的建筑结构方案不设防震缝，当必须设置防震缝时，其最小宽度应符合下列要求：

(1)框架房屋和框架．抗震墙房屋，当高度不超过15m时，可采用70mm；当高度超过15m 时，6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m，宜加宽20mm；

(2)抗震墙房屋的防震缝宽度，可采用第一款数值的70％。

5)对建筑装修要求较高的房屋和高层建筑，应优先采用框架．抗震墙结构或抗震墙结构。

6)框架结构和框架。抗震墙结构中，框架或抗震墙均宜双向设置，梁与柱或柱与抗震墙的中线宜重合，框架的梁与柱中线之间偏心距不宜大于柱宽的1/4。

7)抗震墙之间无大洞口的楼、屋盖的长宽比，不宜超过表6-6-7的规定，超过时，应考虑楼盖平面内变形的影响。

抗震墙之间楼、屋盖的长宽比表6-6-7

8)当框架-抗震墙结构采用装配式楼、屋盖时，应采取措施保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。

9)框架．抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求：

(1)抗震墙宜贯通房屋全高，且横向与纵向抗震墙宜相连；

(2)抗震墙不应设置在墙面需开大洞口的位置；抗震墙开洞面积不宜大于墙面面积的1/6，洞口不宜上下对齐，洞口梁高不宜小于层高的1/5；

(3)房屋较长时，纵向抗震墙不宜设置在端开间。

10)框架结构中，砌体填充墙在平面和竖向的布置，宜均匀对称，宜避免形成薄弱层或短柱；

一、二级框架的围护墙和隔墙，宜采用轻质墙或与框架柔性连接的墙板。

11)二级且层数不超过五层、三级且层数不超过八层和四级的框架结构，可考虑粘土砖填充墙的抗侧力作用，但应符合抗震墙设置的要求。

12)抗震墙结构中的抗震墙设置，应符合下列要求：

(1)较长的抗震墙宜结合洞口设置弱连梁，将一道抗震墙分成较均匀的若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于2。

(2)抗震墙有较大洞口时，洞口位置宜上下对齐；

(3)房屋底部有框支层时，框支层的刚度不应小于相邻上层刚度的50％；落地抗震墙数量不宜小于上部抗震墙数量的50％，其间距不宜大于四开间和24m的较小值，且落地抗震墙之间楼盖长宽比不应超过表6-6-8规定的数

抗震墙分布钢筋配筋要求表6-6-8

13)房屋顶层、楼梯间和抗侧力电梯间的抗震墙，端开间的纵向抗震墙和单肢墙、小开洞墙和联肢墙的底部应符合加强部位的要求。

14)框架结构有下列情况之一者，宜沿两主轴方向设置基础系梁：

(1)一、二级的框架；

(2)各柱基承受的重力荷载代表值差别较大；

(3)基础埋置较深，或各基础埋置深度差别较大；

(4)地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、液化土层和严重不均匀土层。

15)框架-抗震墙结构中的抗震墙基础和框支层的落地抗震墙基础，应有良好的整体性和抗转动的能力。

2．构造要求

1)二级抗震墙和三级抗震墙加强部位的各墙肢应设置翼柱、端柱或暗柱等边缘构件，暗柱的截面范围为1.5～2倍的抗震墙厚度，翼柱的截面范围为暗柱及其两侧各不超过2倍翼墙厚度。

2)两端有翼墙或端柱的抗震墙墙板厚度，一级不应小于160mm，且不应小于层高的1/20，

二、三级不应小于140mm，且不应小于层高的1/25。

3)抗震墙的竖向和横向分布钢筋，一级的所有部位和二级的加强部位，应采用双排布置；二级的一般部位和三、四级的加强部位，宜采用双排布置；双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于700mm，且直径不应小于6mm，对底部加强部位，拉筋间距尚应适当加密。

4)抗震墙墙板竖向、横向分布钢筋的配筋，均应符合表6-6-8的要求：Ⅳ类场地上三级的较高的高层建筑，其一般部位的分布钢筋最小配筋率不应小于0．20％。

5)抗震墙边缘构件的配筋，应符合表6-6-8

5)顶层连梁的纵向钢筋的锚固长度范围内，应设置箍筋。