高层结构总复习-2015

1、Structure Design of High-rise Building深圳大学深圳大学 土木工程学院土木工程学院2015-20162015-2016第一学期第一学期建筑结构设计中的总体问题建筑结构设计中的总体问题高层建筑的定义高层建筑的定义通常以建筑的高度高度和层数层数两个指标来判定，但世界范围内目前还没有一个统一的划分标准。定义定义2）我国： u ut H uy2.1 高层建筑结构设计中的基本原则高层建筑结构设计中的基本原则 2.2 高层建筑的结构选型高层建筑的结构选型2.3 高层建筑的结构布置高层建筑的结构布置）高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成多种

2、结构体系。框架框架剪力墙剪力墙筒体筒体 单向板、双向板、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖 独立基础、条形基础、筏形基础、箱型基础、桩基础带加强层的高层建筑结构 框架-核心筒结构 框架-剪力墙结构 2.2.1 框架结构体系框架结构体系 定义：定义：房屋结构均由梁、柱构件通过节点连接而构成。横向主梁柱纵向连系梁平面布置灵活，可形成较大的使用空间施工简便，较经济抗侧刚度小，侧移大对支座不均匀沉降较为敏感 定义：定义：房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。房屋竖向承重结构全部由剪力墙组成。剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图抗侧刚度大，侧移小室内墙面平整平面布置不灵活结构自重大，地震作用大施工较麻烦，造价较高剪力

3、墙侧向变形结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般剪力墙间距38m）。定义：定义：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作框架和剪力墙共同工作的结构体系。 剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙 注：在水平荷载作用下，框架的侧向变形属剪切型，层间侧移自上而下逐层增大；剪力墙的侧向变形一般是弯曲型，其层间侧移自上而下逐层减小。当框架与剪力墙通过楼盖形成框架-剪力墙结构时，各层楼盖因其巨大的水平刚度使框架与剪力墙的变形协调一致

4、，其侧向变形介于剪切型与弯曲型之间，一般属于弯剪型。 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于 1020 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。l与建筑功能相结合l数量不宜过多，以满足位移限值为宜l均匀对称，质量中心与刚度中心接近；外围布置，可以加强结构的抗扭作用A级高度与B级高度对B级高度的高层建筑，采用更严格的计算和构造措施，且须通过抗震专项审查平面和竖向不规则结构及类场地土上的结构，最大适用高度应适当降低高层建筑结构的平面布置高层建筑结构的竖向布置高层建筑结构的变形缝设置规则性 平面宜简单、规则 平面长度不宜过长 突出部分宜减

5、小 凹角部分应采取加强措施对称性 核心筒位置要居中或对称 抗震墙沿房屋周边布置（较大抗扭刚度和抗倾覆能力）立面变化要均匀避免“柔弱”底层顶层大厅的改善3.1 高层建筑结构上的作用类型高层建筑结构上的作用类型3.2 恒载恒载3.3 楼面活荷载楼面活荷载3.4 屋面活荷载屋面活荷载3.5 雪荷载雪荷载3.6 风荷载风荷载3.7 地震作用地震作用 我国荷载规范规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地 10m高，统计所得的 50 年一遇 10 分钟平均最大风速v0（m/s）为标准，按风速确定的风压值，但不得小于 0.3kN/m2。特别重要的高层建筑，取100年。 1）风压分布系数风压与体型的关系

6、2）定义：风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面所引起的压力(吸力)与原始风速算得的理论风压的比值。 3）特点：风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关。4）风压的空间不均匀性5）风荷载体型系数的确定：根据设计经验和风洞试验+0.8-0.6-0.6(0.48+0.03H/L)0.8+1.2/n1/2建筑物每个表面的风荷载沿建筑物高度总风荷载izzizsiziikiizWwBwBWcos)(cos0isiiiwBWcos0izzzWW总风荷载为建筑物各个表面上承受风力的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。

7、通常按x、y两个互相垂直的方向分别计算总风荷载。集中于楼层标高处的风荷载合力221iizihhWF结构计算的一般规定重力二阶效应和结构稳定作用效应组合构件承载力计算抗震等级水平位移验算罕遇地震下的弹塑性变形验算 计算原则内力、位移弹性；截面设计材料弹塑性重力二阶效应复杂结构验算地震下薄弱层的弹塑性变形框架梁、连梁可考虑塑性内力重分布计算模型尽量采用空间分析模型复杂高层和不规则结构应至少采用两个不同力学模型的结构分析软件电算结果简单判断结构整体位移楼层剪力振型形态自振周期超筋超限几个比值：轴压比、剪重比、刚度比、剪承比、位移比、周期比、刚重比（稳定性）、有效质量比。 电算结果简单判断轴压比cNf

8、 A电算结果简单判断剪重比 nEKijj iVG电算结果简单判断刚度比 抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。电算结果简单判断剪承比 4.4.3 A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。5.1.14 对竖向不规则的高层建筑结构，包括某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%，

9、或某楼层竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数。电算结果简单判断位移比4.3.5 结构平面布置应减少扭转的影响。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，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。电算结果简单判断周期比4.3.5 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层

10、建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。电算结果简单判断刚重比（稳定性）构件刚度构件刚度 现浇混凝土楼盖可视为水平放置的深梁，平面内无限刚； 开洞等不规则楼面，楼板刚度可等效为剪弯水平梁的简化法计算； 按无限刚计算时，需对削弱部位的构件内力放大，加强配筋。 刚度小，配筋大；可允许适当开裂，把内力传到墙体上；通常做法是对连梁计算内力进行折减；6、7度时折减系数取0.7；8、9度取0.5；但不宜小于0.5。 应对梁的计算扭矩给与适当的折减；大于0.4。考虑地下室的嵌固作用需要满足相应的条件：侧向刚度大于上部结构的2倍；采用现浇梁板结构；板厚度大于180mm等。重力二阶效应的概念P-效应：构件自身挠曲引

11、起的附加重力效应P-效应：结构在水平风荷载或水平地震作用下产生侧移后，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应高层建筑结构稳定设计，主要控制P-效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳重力二阶效应的考虑方法简化的有限元法内力和位移增大系数方法（JGJ3-2002采用方法）5.5.4剪切型结构（框架结构） ，可保证P-效应影响在20%之内njijihGD110弯剪型结构（剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构） ，可保证P-效应影响在20%之内niidGHEJ124 . 1弯剪型结构（剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构） ，可保证P-效应影响在5% 之内，可不考虑；剪切型结构（框架结构） ，

12、可保证P-效应影响在5%之 内，可不考虑。niidGHEJ127 . 2njijihGD120无地震作用效应组合时GGkQQQkwwwkSSSS 公式要熟记！公式要熟记！地震作用效应组合时GGEEhEhkEvEvkwwwkSSSSS 公式要熟记！公式要熟记！无地震作用组合时有地震作用组合时RSr0RErRS/延性要求抗震等级抗震措施延性要求抗震等级抗震措施过大层间位移的危害：非结构构件的损伤1.主结构的附加内力，加速倒塌层间位移角：层间位移与层高之比1iiiiuuh1iiiiuuh 防倒塌设计的难度和代价很大，一般结构只防倒塌设计的难度和代价很大，一般结构只进行防连续倒塌的进行防连续倒塌的：如

13、加强楼梯、避难：如加强楼梯、避难室、底层边墙、角柱等重要部位；在关键要害区室、底层边墙、角柱等重要部位；在关键要害区域设置缓冲装置（防撞墙、裙房等）或泄能通道域设置缓冲装置（防撞墙、裙房等）或泄能通道（开敞布置或轻质墙体、轻质屋盖等）；布置分（开敞布置或轻质墙体、轻质屋盖等）；布置分割缝以控制倒塌范围；增加关键部位的冗余约束割缝以控制倒塌范围；增加关键部位的冗余约束及备用传递途径以定性设计的方法增强结构的防及备用传递途径以定性设计的方法增强结构的防连续倒塌的能力。连续倒塌的能力。1 1、局部加强法、局部加强法2 2、拉结构件法、拉结构件法3 3、拆除构件法、拆除构件法双向布置框架，梁柱刚接，不

14、宜铰接合适的柱网尺寸 偏心距大于该方向柱宽的1/4时,增设梁的加腋慎用单跨框架 超静定次数少,一旦出现塑性铰,容易连续倒塌避免砌体墙承重与框架承重的混合体系 抗侧力刚度、变形能力相差较大注意填充墙对结构的不利影响 上下层填充墙布置的差异造成层间刚度的差异，形成薄弱层， 如底层； 窗台墙容易造成短柱的出现； 布置不均匀造成刚度偏心； 梁尺寸用跨度估算结构分析时必须考虑现浇楼板对梁刚度的增大，一般简单采用中梁刚度放大系数（2.0或1.5）2(1.11.2)(1.11.2)(12 14)/vccccNNkN mbhfbhfbhf负荷面积n柱尺寸根据轴压比估算，不同抗震等级采用不同的限值，即对轴压比的

15、限制hb)3121(0)181101(lh 梁的抗弯刚度梁的抗弯刚度柱的抗弯刚度柱的抗弯刚度30112Ibh30112Ibh0cE Iil梁截面惯性矩柱截面惯性矩梁线刚度ciE IiH柱线刚度基本假定基本假定修正一：除底层外，各层柱的线刚度乘以0.9修正二：除底层外，各层柱的传递系数由1/2改为1/3各开口框架计算的弯矩图叠加为最终弯矩图，节点不平衡弯矩分配一次所有构件均可采用弹性刚度。考虑梁端塑性内力重分布，对负弯矩进行调幅，调幅系数：现浇框架：0.80.9；装配式框架：0.70.8。调幅后按照平衡条件计算跨中弯矩。调幅后按照平衡条件计算跨中弯矩。跨中弯矩不小于简支跨中弯矩一半。竖向荷载下的

16、弯矩先调幅，后组合。楼面活载大于4kN/m2，需考虑活载不利布置。计算各杆件的相对线刚度分别计算顶层、中间层和底层开口框架的弯矩图叠加各弯矩图得到总弯矩图反弯点：M=0，V0框架弯矩图要解决 几个问题：1 1、各柱、各柱V V的大小；的大小；2 2、柱反弯点的位置；、柱反弯点的位置；3 3、由柱端弯矩求梁端、由柱端弯矩求梁端弯矩弯矩反弯点位置与柱上下端的约束条件（转角）有关“反弯点法”关于反弯点位置的假设：除底层外各层柱端转角相等，底层柱反弯点在2/3层高处，其它层反弯点在1/2层高处柱抗侧刚度：柱顶产生单位位移 所需的水平力（柱的剪力）“反弯点法”关于柱抗侧刚度的假设：假设柱两端转角为0，即

17、认为梁刚度为无穷大26hEIMM下上3121MMVEIDhh下上212ih基本假定：同层各点侧移相等（楼面刚度无穷大）柱端弯矩：柱剪力 X 反弯点至柱端距离梁端弯矩：根据节点平衡和梁线刚度分配计算步骤1、确定各柱反弯点的位置2、计算各层、各柱反弯点处的剪力3、计算柱端弯矩和梁端弯矩适用范围：梁线刚度/柱线刚度3，一般为多层框架反弯点法的缺点反弯点法的缺点D D值法的改进之处值法的改进之处柱抗侧移刚度修正系数c312hEIDcy=y0+y1+y2+y3标准反弯点高度比y0与该层所在的楼层位置，及梁、柱线刚度比有关 因上、下横梁相对线刚度变化的修正值y1 因上、下层层高变化的修正值y2、y3用D值

18、法计算侧移层间侧移顶点侧移ijPjjDVunjjuu1控制截面梁取三个控制截面：左端支座、跨中、右端支座柱取两个控制截面：柱顶、柱底最不利内力组合的种类梁：支座-Mmax、Vmax，跨中Mmax柱(一般情况下)： Mmax及相应N、V-Mmax及相应N、VNmax及相应M、VNmin及相应M、VVmax及相应M、N三跨六层框架，内力计算过程（分层法和D值法）略对二层梁和二层柱进行内力组合框架结构的延性框架结构的延性 构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且具有塑性变形能力的一种性能具有塑性变形能力的一种性能结构延性的作用结构延性的

19、作用结构的延性指标结构的延性指标提高结构延性的措施提高结构延性的措施 构件位移延性比截面曲率延性比yufffyu结构延性比yu“强柱弱梁”设计原则控制塑性铰的位置 “强剪弱弯”设计原则控制构件的破坏形态 “强节点弱构件”设计原则 记住记住“强柱弱梁”、 “强剪弱弯”如何调整！角柱、底层柱等特殊构件剪力与弯矩的调整！角柱、底层柱等特殊构件剪力与弯矩的调整！梁端设计剪力的规定注意区别不同抗震等级的规定GbnrblbvbVlMMV/GbnrbualbuaVlMMV/1 . 1受压区高度最大受拉钢筋配筋率最小受压钢筋配筋量梁端箍筋加密（加密区长度、最大间距、最小直径）箍筋形式无地震作用组合时有地震作用

20、组合时剪跨比 长柱，压弯破坏，延性较好 短柱，剪切破坏，延性较差 极短柱，剪切斜拉破坏，延性极差0/hVMcc225 . 15 . 1配箍特征值与体积配箍率箍筋形式与约束作用调整柱端弯矩，实现强柱弱梁调整柱端弯矩，实现强柱弱梁底层固定端弯矩增大，推迟其屈服底层固定端弯矩增大，推迟其屈服加大角柱设计内力，提高其承载力加大角柱设计内力，提高其承载力清楚清楚如何进行内力数值的调整！柱端设计剪力的规定注意区别不同抗震等级的规定/tbvcccnVMMH1.2/tbcuacuanVMMH无地震作用组合时有地震作用组合时抗震等级为一、二级时，根据剪力设计值验算框架节点核心区的抗剪承载力抗震等级为三、四级时，

21、按构造要求配置箍筋结构布置剪力墙分类及判别方法剪力墙翼缘有效宽度确定方法剪力墙结构在竖向荷载下的内力计算方法剪力墙结构在水平荷载下的内力和位移计算方法剪力墙截面承载力计算方法构造要求双向布置，双方向刚度接近，数量合适墙肢截面宜简单、规则，形成明确 的墙肢和连梁，避免错洞墙和叠合 错洞墙避免脆性破坏，慎用“长墙”注意剪力墙平面外的稳定性不宜将楼面主梁支承于连梁上 剪力墙分类一（按墙肢长度）一般剪力墙（墙肢截面高度与墙厚之比大于8）短肢剪力墙（墙肢截面高度与墙厚之比为58）剪力墙分类二（按是否开洞、开洞大小）整截面剪力墙整体小开口剪力墙联肢剪力墙壁式框架按整体性系数、墙肢惯性矩比对剪力墙类型的判别

22、方法无洞口的剪力墙或洞口面积不超过墙体面积的15%，且洞口至墙边的净距及洞口之间的净距大于洞孔长边尺寸时，可以忽略洞口对墙体的影响，这种墙体称为整截面剪力墙（或称为悬臂剪力墙）。整体剪力墙的受力状态如同竖向悬臂梁，截面变形后仍符合平面假定，因而截面应力可按材料力学公式计算。 洞口面积稍大、超过墙体面积的15%时，通过洞口的正应力分布已不再成一直线，而是在洞口两侧的部分横截面上，其正应力分布各成一直线除了整个墙截面产生整体弯矩外，每个墙肢还出现局部弯矩，实际正应力分布相当于在沿整个截面直线分布的应力之上叠加局部弯矩应力由于洞口还不很大，局部弯矩不超过水平荷载的悬臂弯矩的15。因此，可以认为剪力墙

23、截面变形大体上仍符合平面假定，且大部分楼层上墙肢没有反弯点内力和变形仍按材料力学计算，然后适当修正洞口开得比较大，截面的整体性已经破坏，横截面上正应力分布和截面变形已不再符合平截面假设 墙肢的线刚度比连梁的线刚度大得多，每根连梁中部有反弯点，各墙肢单独弯曲作用较为显著，仅在个别或少数层内出现反弯点这种剪力墙可视为由连梁把墙肢联结起来的结构体系，故称为联肢剪力墙洞口开得比联肢剪力墙更宽，墙肢宽度较小，墙肢与连梁刚度接近时，墙肢明显出现局部弯矩，在许多楼层内有反弯点。剪力墙的内力分布接近框架，故称壁式框架。壁式框架实质是介于剪力墙和框架之间的一种过渡形式，它的变形已很接近剪切型，只不过壁柱和壁梁都

24、较宽，因而在梁柱交接区形成不产生变形的刚域。 利用两个参数整体性系数反映连梁与墙肢刚度间的比例关系墙肢惯性矩比值1.判别准则（教材P159）231212bnbI aIHh IIIlmjbjjbjmjjlaIIhH1321112IIn双肢多肢2a2c利用两个参数整体性系数反映连梁与墙肢刚度间的比例关系墙肢惯性矩比值1.判别准则（教材P159）23126bnI cIHh IIaI213116mbjjmjjjjI cHahIIIn双肢多肢10nII当当当1010nIInII且且且为整体小开口墙；为壁式框架；为连肢墙；15层剪力墙，总高42.4m，截面尺寸如图所示，试判别剪力墙的类型。基本假定：不同方向的剪力墙分别作为平面结构处理楼板刚度无穷大，每一方向的各榀剪力墙按等效刚度分配水平荷载剪力墙翼缘有效宽度确定方法各榀剪力墙的内力和位移计算方法整截面剪力墙：材料力学方法整体小开口剪力墙：材料力学方法（修正）联肢剪力墙：连续化近似方法1.壁式框架：D值法,1,1ceq jipmceq jjE IVVE I,1,1ceq jipmceq