高层建筑结构设计（剪力墙、框剪、筒体、转换层结构设计）

1、第4章 高层建筑结构设计4.1 结构体系及布置原则4.2 剪力墙结构分析4.3 框架剪力墙结构分析4.4 剪力墙截面设计4.5 筒体结构简介4.6 转换层结构简介1高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1 高层建筑结构体系及布置原则4.1.1 高层结构的基本受力单元框架剪力墙筒体落地剪力墙框支剪力墙核心筒框筒24.1.2 高层结构体系框架结构体系优点：布置灵活；缺点：侧向刚度较小。 北京长富宫中心，26层，90.85m，89年建成4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元40008000800080008000800040004000580040005800

2、62003框架支撑结构体系4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4剪力墙结构体系优点：侧向刚度大缺点：布置受限制广州白云宾馆：33层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230054.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元北京国际饭店：1987年建成，27层，底层层高5m，标准值层层高2.9m，总高度104m，剪力墙厚度为200600mm。上海花园饭店：34层，123m，89年建成6

3、框架剪力墙结构体系94000=36000750075002000北京民族饭店： 59年建成，12层框架剪力墙结构。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元7上海明天广场：60层，238m，最高的框架剪力墙结构，98年建成。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元8筒体结构体系框筒结构体系筒中筒结构体系束筒结构体系筒体外伸结构体系5.13.437.04.04.04.04.04.03.45.122.835.14.53.33.34.53.93.93.93.93.916.8广东国际大厦： 1990年建成，63层，底层层高4m，标准层3m，总高200.

4、18米。外筒平面尺寸35.1m37m，由24根中柱和4根异形角柱组成；内筒为16.8m22.8m的矩形平面，壁厚300700mm。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元9香港中环中心广场60层，374米，92年建成。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元10美国西尔斯大厦：110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。允许位移900mm，实测460mm。用钢76000吨，砼55700立方米，安装了102部高速电梯。150层5166层6790层91层以上4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元11筒体外伸结构体系

5、4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元12框架筒体结构体系南京金陵饭店：37层，108米，框架-筒体结构，1983年建成。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元134.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元广州中信大厦37层，322米高，97年建成14上海金茂大夏： 1998年建成， 框架部分采用了钢骨混凝土，88层，总高度达到421米，是目前中国最高的建筑。深圳地王大厦：68层，325m，框架部分为钢结构，96年建成。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元15马来西亚双塔楼：88层，4

6、50米，框筒结构，1996年建成。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元164.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元高雄T&C大楼347.6米台北101101层，508米。预计2004年9月完工174.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元南京紫峰大厦450米18巨型框架结构体系香港汇丰银行4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元194.1.3 高层结构布置原则一、平面布置1. 简单、规则、对称、减小偏心4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则高

7、层结构，水平荷载往往起控制作用。从抗风角度：圆形、椭圆形等建筑屋受到的风荷载较小。从抗震角度：平面对称、结构侧向刚度均匀、平面长宽 比较为接近，抗震性能好。204.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则2. 长宽比限制 平面长度L不宜过长，突出部分应尽可能小，凹角位置宜采取加强措施。 结构平面长宽比限制参见P265表42所示21高层结构，高宽比超过5需进行整体稳定性和抗倾覆验算。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则 增加结构平面宽度，对提高结构的整体侧向刚度非常显著。高宽比参见P265表43。3. 高

8、宽比限制整体稳定性验算：抗倾覆验算：抗倾覆力矩 倾覆力矩倾覆力矩取风荷载或地震作用设计值对倾覆点的力矩；计算抗倾覆力矩时：0.5楼面活载标准值0.9恒载标准值。224. 底层大空间剪力墙结构的落地剪力墙数量、间距要求4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则当平面形状为矩形：落地剪力墙的最大间距：B为结构楼面宽度。235. 框架剪力墙结构中的剪力墙间距4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则剪力墙间距参见P266表44。 横向剪力墙宜均匀布置在建筑物的端部附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化处以及恒荷载较大

9、处。 单榀剪力墙承受的水平力不宜超出总水平力的40%。 纵向剪力墙宜均匀布置在结构单元的中间区段。若纵向过长，纵向剪力墙不宜集中布置在两端，以减少温度和收缩应力。246. 筒体结构的高宽比4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则筒体结构的高宽比不宜太小。筒中筒：3；框筒：4框筒墙面孔洞面积不大于墙面总面积的50%。筒中筒的内外筒之间的距离：框筒的外侧柱矩不宜大于层高，宜小于3m；矩形框筒的长宽比不宜大于1.5，任何情况下不应大于2。25二、竖向布置力求规则、均匀，避免过大的外挑和内收。楼层刚度沿高度逐渐 变化，没有突变。竖向规则建筑：立面局部收紧尺

10、寸不大于该方向总尺寸的25%；楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%，且连续三层的总刚度下降不超过50%。对于底层大开间建筑，通过增加落地墙体的厚度或提高混凝土等级等措施，使上下层刚度比 尽可能接近。4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则剪力墙宜贯通建筑物全高，厚度逐渐减薄。26三、变形缝设置4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则伸缩缝、沉降缝、防震缝274.1.4 截面尺寸估算（根据变形限制要求）过大侧移会使非结构构件破损：填充墙、装修、电梯过大侧移会使人感觉不适过大侧移，竖向荷载会产生较大的附加弯矩

11、 效应 4.1.4 尺寸估算4.1.2 结构体系高层结构4.1 体系与布置4.1.1 受力单元4.1.3 布置原则通过正常使用条件下结构的水平位移限制来估算截面尺寸：水平位移限制：顶点侧移和层间侧移，参见P268表45。剪力墙厚度应满足P268表46。对有抗震设防的框架剪力墙结构中，剪力墙周边宜设置梁与柱。梁的宽度 ，梁的高度 ，柱的宽度284.2.1 单榀剪力墙受到的水平荷载一、空间问题的简化楼盖结构在其平面内的刚度为无限大；各榀剪力墙主要在其平面内发挥作用。 根据假定2，可将纵向和横向剪力墙分开考虑。在计算横墙受力时，把纵墙的一部分作为横墙的翼缘；在计算纵墙受力时，把横墙的一部分作为纵墙的

12、翼缘。 有效翼缘宽度取法参见P269表47。二、剪力墙的抗侧刚度柱：上下单位相对位移，发生单位层间位移时，剪力墙承受的剪力bf=b01bf=b02S01S02S03bfbfhf4.2 剪力墙结构分析29三、水平荷载在各榀剪力墙之间的分配 一般情况下，楼盖在侧向水平荷载作用下将发生自身平面内的移动和转动。但如果水平力通过某一中心点，则楼盖仅发生移动而无转动，这一中心位置称为抗侧刚度中心。设抗侧刚度中心在C点，通过C点建立X、Y直角坐标；y方向第i榀剪力墙（抗侧刚度为 ）距y轴的距离为 ；x方向第j榀剪力墙(抗侧刚度为 ）距x轴的距离为 xyoc高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4

13、.2 剪力墙分析30yxoc设楼盖受到某侧向力 的作用，可以将 分解成平行于坐标轴的两个分力 、 ，这两个分力又可等效为通过抗侧刚度中心的力 、 及扭矩 。假定 、 与坐标方向一致为正，扭矩以顺时针方向为正。（4-3）xyoc高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析31欲求侧向力 在各榀剪力墙之间的分配，可先求出 、 、 单独作用下各榀剪力墙所受的作用，然后叠加。xyoc当仅有 单独作用时，楼盖仅有沿x方向的平移 ，这时仅考虑x方向的剪力墙参加工作。 设x方向j榀剪力墙所受的剪力为 ，由平衡条件：(a)x方向j榀剪力墙的抗侧刚度为 ，注意到各榀剪力墙在楼盖处的侧移相

14、同，均为 ，则 (b)高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析32将（b）式代入（a）式，得(4-6a)同理，可求得在 单独作用下，y方向i榀剪力墙所受到的剪力(4-6b)(a)(b)yoc高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析33当仅有 作用时，楼盖将发生绕抗侧刚度中心的转动，x、y方向的剪力墙都将受力。设转角为 ，则x方向第j榀剪力墙x方向的侧移为：(c)y方向第i榀剪力墙y方向的侧移(d)设在 作用下，x、y方向剪力墙所受的剪力为 、 ，则(e)(f)xyoc高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析34

15、由力矩平衡条件：将 代入式(e)、(f)，得(4-9a)(4-9b)因此，在侧向荷载 作用下，剪力墙的总剪力(4-10a)(4-10b)(e)(f)高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析35以O点为参考点，设抗侧刚度中心C点的坐标为 、 。在 作用下，楼盖的侧移为 ，对O点取矩 将（4-6a）代入，得(4-11a)四、抗侧刚度中心的确定(4-11b)同理xyoc(4-6a)高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析36(a)(b)(c)(d)4.2.2剪力墙的受力特点试验研究发现，当剪力墙上的洞口较小时（图 a），剪力墙水平截面内的正应力

16、接近线性分布，仅在洞口附近局部区域有应力集中现象发生，但从整体来讲，洞口对墙体内力的影响可以忽略不计，这类剪力墙称为整截面剪力墙。如果剪力墙上开洞很大，连系梁和墙肢的刚度均较小（图d ），在侧向荷载作用下，墙肢内沿截面高度方向几乎每层均有一个反弯点。但由于连系梁和墙肢的截面尺寸比一般的框架梁柱大得多，因而有别于一般框架，这类剪力墙称为壁式框架。4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析当剪力墙上开洞介于上述两者之间时，剪力墙的受力性能也介于(a)、(d)两者之间。根据连系梁刚度的大小，这一范围的剪力墙又可以分为整体小开口剪力墙(b)和联肢剪力墙(c

17、)两种。37单榀剪力墙的内力分析可利用计算机进行较精确的有限元分析。从实用出发，工程中常采用简化计算方法。常用的简化计算方法有：材料力学方法(适用于整截面剪力墙和整体小开口剪力墙)连续化方法，也称之为连续栅片法(适用于联肢剪力墙)D值法(适用于壁式框架)4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析384.2.3 材料力学方法1111整体弯曲应力局部弯曲应力实际应力4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析39一、内力计算 对于整截面剪力墙，洞口对墙肢内力分布的影响极小，在水平荷载作用

18、下，墙肢水平截面内的正应力呈直线分布，可直接应用材料力学公式计算。 对于整体小开口剪力墙，墙水平截面在受力后基本保持平面，墙肢在水平截面内的正应力可以看成是剪力墙整体弯曲所产生的正应力与墙肢局部弯曲所产生的正应力之和。 相应地可将总弯距分成整体弯距和局部弯距。在整体弯距下，剪力墙按组合截面弯曲，正应力在整个截面高度按直线分布；在局部弯距下，剪力墙按各个独立的墙肢截面弯曲，正应力仅在各墙肢截面高度上直线分布。4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析40近似认为局部弯矩在各墙肢中按抗弯刚度进行分配，则任一墙肢弯矩则各墙肢分担的整

19、体弯矩为：设整体弯矩所占比例为 .，整体弯矩作用下，各墙肢的曲率相等：（4-12a）4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析41各墙肢受到的轴力为：（4-12b） 由外荷载所产生的总剪力 在各墙肢之间的分配既与墙肢截面惯性矩有关，又跟墙肢的截面积有关。近似取两者的平均值进行分配：（4-13）4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析42剪切变形HxM=PxV=11HxM=xV=P墙顶受集中力墙顶受单位力当不考虑轴向变形的影响时，位移计算公式为：二、侧移计算4

20、.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析43外荷载在墙底产生的总剪力；剪应力分布不均匀系数，对于矩形截面， =1.2；对工字形 截面，为全面积除以腹板面积，对T形截面参见表48剪力墙的总高度；考虑洞口影响后剪力墙水平截面的折算面积，对于整截面剪力墙：对于整体小开口剪力墙：分别为剪力墙水平截面的宽度和高度；分别为剪力墙的洞口面积和总立面面积；剪力墙第j墙肢水平截面面积；4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析44考虑开洞影响后剪力墙水平截面的 折算惯性矩，对于

21、整截面剪力墙：对于整体小开口剪力墙：剪力墙沿竖向各段水平截面的惯性矩，有洞口时，扣除洞口。（4-15）4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析等效抗弯刚度454.2.4.连续栅片法 对于联肢剪力墙（双肢或多肢），由于洞口较大，整体性能受较大影响，截面变形不再符合平截面假定，水平截面上的正应力已不再呈一连续的直线分布，不能再作为单个构件用材料力学方法计算。连续栅片法思路： 将每层的连梁用沿高度连续分布的栅片代替，连续栅片在层高范围内的总抗弯刚度与原结构中的连系梁的抗弯刚度相等，从而使得连系梁的内力可用沿竖向分布的连续函数表示；

22、建立相应的微分方程；求解后在换算成实际连系梁的内力，进而求出墙肢的内力。4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析464.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析一、基本假定1. 连梁简化为均布于整个层高范围内的无限个小梁，称剪力栅片；2. 连梁无轴向变形；3. 各墙肢在同一标高处的水平位移和转角相同；4. 剪力墙的几何参数沿墙高方向为常数。假定1将整个结构沿高度连续化，为建立微分方程提供条件；根据假定2，墙肢在同一标

23、高处具有相同的水平位移；由假定3可得出连梁的反弯点位于梁的跨中；假定4保证了微分方程的系数为常数。47hHz二、微分方程的建立原结构替代结构基本结构4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析48将连续化的连梁从跨中切开，此处没有弯距。设截面上的剪力集度为 。根据几何相容条件，切口处的竖向相对位移为零，建立微分方程。 位移由墙肢和连梁的弯曲变形、剪切变形、轴向变形引起。可通过在切口处加一组方向相反的竖向单位力求得。z向位移由墙肢的弯曲变形引起的 、墙肢轴向变形引起的 、连梁弯曲和剪切变形引起的 组成。在竖向

24、单位力作用下，连梁内没有轴力，略去在墙肢内产生的剪力，因而在切口处的竖4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析49(a)由墙肢弯曲变形引起的竖向相对位移(a)(b)由墙肢轴向变形引起的竖向相对位移(b)z4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析50由连梁的弯曲和剪切变形引起的竖向相对位移(c)连系梁的折算惯性矩，连系梁的惯性矩；层高；连系梁的计算跨度，；、连系梁截面高度和截面积。l4.2.4 连续栅片法4.2.3

25、 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析51根据变形协调条件将上式对z微分两次，得（d）建立外荷载引起的内力与 的关系。（e）z4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析52（f）（均布）（倒三角）（顶点集中）；令对z微分一次，并代入各种典型荷载下 的表达式，可得（e）墙底处总剪力；4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析单位高度上连梁的刚度参数不考虑墙肢

26、轴向变形的剪力墙整体性系数反映墙肢轴向变形的一个参数剪力墙整体性系数53（4-21）令（4-22）（d）将代入4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析54（4-25）由此可求出未知力（4-26）三、微分方程的求解（均布）（倒三角）（顶点集中）4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析55四、内力计算（4-27a）J层连梁的剪力（4-27b）J层连梁的端部弯距（4-27c）J层墙肢的轴力（4-27d）J层两个墙肢的弯

27、距（4-27e）J层墙肢的剪力近似按折算惯性矩进行分配4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析56剪力墙在水平荷载下的侧移由两部分组成：五、侧移计算三种典型水平荷载下的顶点位移可以表示为：（4-32）（4-33）4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析均不荷载到三角形顶点集中荷载574.2.5 壁式框架的D值法4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1

28、体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析 普通框架在进行结构内力分析时，截面尺寸效应不考虑，构件被简化为杆系结构。对等截面构件，认为沿构件长度的截面刚度相等。 实际上在构件两端，由于受到相交构件的影响，截面刚度相当大，即节点处有刚性区域。 对壁式框架，刚性区域较大，对内力影响不能忽略。由于构件截面尺寸较大，需考虑剪切变形的影响。58刚域的影响用刚度无限大的刚臂反映。4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析 壁式框架仍采用杆系计算模型，取墙肢和连梁的截面形心线作为梁柱轴

29、线。59对于梁：（4-34a）对于柱：（4-34b）若算得的刚臂长度为负值，则取为零。一、刚臂长度的取值4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析60推导当其两端各转动一单位角时，杆端弯距 、 。二、带刚臂杆件的转角位移方程12设有杆12，总长为 ，两端有刚域 和 。先以杆的等截面部分 为脱离体进行分析。当1、2两端各有一个单位转角时， 、 两点除了有单位转角外，还有线位移 和 。与结构力学的转角位移方程有所不同，由于壁式框架杆截面高度大，应考虑剪切变形的影响。4.2.5壁式框架D

30、值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析61杆端相对位移 产生的弯距为：单位杆端转角所产生的杆端弯距为：12因此， 杆端总弯距为： 、 处的剪力为：4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析62以刚臂为脱离体，根据平衡条件，得到1、2处的杆端弯距12(4-35)其中；杆端弯矩之和三、带刚臂柱的抗侧刚度D（4-36）式中 值的计算公式见表4-10。4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅

31、片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2 剪力墙分析63或四、带刚臂框架柱的反弯点高度（4-37）无刚臂部分柱与柱总高之比，标准反弯点高度比，可根据K值由附表3-1或3-2查得；上、下层横梁刚度比对 的影响，根据I值查附表3-3；上、下层层高变化对 的影响，查附表3-4。；壁式框架的楼层剪力在各柱的分配；柱端弯距的计算；梁端弯距、剪力的计算；柱轴力计算以及框架侧移的计算方法均与普通框架相同。4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2.1 水平荷载分配4.2

32、 剪力墙分析644.2.6 剪力墙分类判别方法整体弯曲应力局部弯曲应力可见，剪力墙的受力特性与连梁的刚度密切相关。4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析整截面整体小开口联肢壁式框架 当连梁刚度很大，墙肢刚度相对较小时，连梁对墙肢约束很强，连梁内剪力很大，墙肢轴力较大，由墙肢轴力形成的弯矩平衡了水平荷载产生的总弯矩的大部分，各墙肢自身弯矩较小，说明结构整体性能很好。 当连梁刚度较小，墙肢刚度相对较大时，墙肢轴力形成的弯矩较小，墙肢自身弯矩较大，说明结构整体性能较差。 结构的整体性可用

33、整体系数 来表示。65一、剪力墙的整体性系数 双肢墙的整体性系数： （前面推导过）其中 对于多肢墙， 可表示为：令 ，为墙肢轴向变形影响系数。4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析不考虑墙肢轴向变形的剪力墙整体性系数墙肢轴向变形参数单位高度上连梁的刚度参数66对于双肢墙如果两个墙肢的面积相同，即4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析a为两墙肢中心线距离67(4-39a)

34、多肢墙(4-39b)双肢墙对于多肢墙，可取：34肢时，0.8；57肢时0.85；8肢以上0.9。4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析68(d)(b)4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析 整体系数是反映剪力墙受力特性的重要参数，但仅用 值大小还不能完全判别剪力墙的类型。 例如：右图 分析表明：墙肢是否出现反弯点，与墙肢惯性矩比值 、整体性系数 及结构的层数 等因素有关

35、。 判别条件：（1）整体性系数（2） 的限制 ，其中 前者连梁和墙肢刚度均较大，属于整体小开口剪力墙。后者连梁和墙肢刚度均较小，墙肢内将出现反弯点，属于壁式框架。但两者整体性系数 值可能很接近，若仅通过 值很难判断剪力墙的类型。可由表411查得。69二、剪力墙的分类判别条件当且时为整体小开口剪力墙；当且时为壁式框架；当且时为联肢剪力墙；当时称为独力墙肢。忽略连梁对墙肢的约束作用，将连梁简化为一铰接连杆。满足以下两条则认为是整截面剪力墙：（1）洞口面积小于墙体立面面积的15%；（2）洞口之间的距离及洞口至墙边的距离均小于洞口的长边尺寸。4.2.6剪力墙分类4.2.5壁式框架D值法4.2.4 连续

36、栅片法4.2.3 材料力学法4.2.2 受力特点高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析704.3.1 框架剪力墙结构的简化分析模型一、空间问题的简化在竖向荷载下，框架和剪力墙各自承担负荷范围内的楼面荷载，内力计算比较简单；在水平荷载作用下，框架和剪力墙由于楼盖的联结作用而协调变形，共同工作，各楼层处具有相同的位移，其受力特点既不同于单榀框架，也有别于单榀剪力墙。4.3 框架剪力墙结构分析规则框架： 沿高度方向的层间抗侧刚度变化不大，楼层剪力及层间位移自顶向下越来越大，属于剪切变形。剪力墙： 剪力墙层间位移自顶向下越来越小，属于弯曲变形。71楼盖结构在其平面内的刚度为无限大，平面外刚度可忽

37、略不计；水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心，不考虑扭转效应；框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度为常量。基本假定由前两条假定可以推断：在侧向荷载作用下，结构仅有沿荷载方向的位移，没有转动位移。在同一楼层标高处，各榀框架和各榀剪力墙的侧移值是相等的。楼层剪力与抗侧刚度成正比。于是：可以将所有的框架等效成综合框架；将所有的剪力墙等效成综合剪力墙。4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析72 将综合框架和综合剪力墙放在同一平面进行分析，而在综合框架与综合剪力墙之间用轴向刚度为无限大的连杆（铰接体系）或连梁（刚接体系）相连接。框架剪力墙铰接体系与刚接体

38、系综合剪力墙综合框架连杆框架剪力墙铰接体系综合剪力墙综合框架连梁框架剪力墙刚接体系4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析73刚度特征综合剪力墙的抗弯刚度等于各榀剪力墙等效抗弯刚度之和：综合框架的抗侧刚度等于各榀框架抗侧刚度之和：对框架高度大于50m或高宽比大于4时，需考虑柱的轴向变形时对抗侧刚度影响，框架的抗侧刚度修正为4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析不考虑柱轴向变形的抗侧刚度、 分别仅考虑柱弯曲变形、轴向变形时的顶点最大侧移发生单位剪切角74为了计算侧向荷载在综合框架和综合剪力墙之间

39、的分配，将刚性连杆沿高度方向连续化，切开后用等代分布力 代替。4.3.2 框架剪力墙铰接体系的基本方程（仅传递轴力，无弯矩）计算模型基本结构综合剪力墙综 合 框 架综 合 连 杆4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析75脱离后的综合剪力墙可看成受侧向分布荷载 作用下的悬臂构件，由材料力学可得：（a）根据综合框架抗侧刚度的定义（b）由材料力学，称刚度特征值；，将（b）代入（a）得（4-41a）综合剪力墙4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分

40、析764.3.3 框架剪力墙结构刚接体系的基本方程将综合连梁（带刚域）连续化，切开后所加的等效力除了轴向分布力 外，还有分布剪力 。（连梁反弯点位于连梁中点）综合剪力墙综 合 框 架综 合 连 梁计算模型基本结构4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析77脱离后的综合剪力墙，由于综合连梁内分布剪力 的作用，将存在沿竖向分布的线力矩 。 由式（4-35），单根连梁的杆端约束弯矩：（c）将综合连梁约束弯矩 折算成沿高度分布的线力矩：其中称为综合连梁的约束刚度。对于综合剪力墙：（e）zdyHy等

41、效模型4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析78（e）对于综合框架，近似忽略 的作用，因而仍有（d）（4-41b）（c）将（c）、（d） 、（f）代入（e）（4-42）其中4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析（f）794.3.4 内力和位移计算四阶常系数线性微分方程，其解包括：相应齐次方程的通解和一个特解。三种典型水平荷载下，微分方程的特解可表示为1. 求解4.3.4 内力和位移

42、计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析80齐次方程的特征方程为：其解，齐次方程的通解：（4-43b）常数利用4个边界条件确定。（4-43c）4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析81结构底部转角为零，即结构底部位移为零，即结构顶部综合剪力墙弯矩为零，即4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析

43、模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析（4-43b）（4-43c）82结构顶部的总剪力，其中可得到，4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析83(4-45)均布荷载倒三角分布荷载顶点集中荷载4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析84 求得侧移 后，根据弯距与位移的关系可求得综合剪力墙弯距（4-46）

44、2. 综合剪力墙弯矩4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析85 根据弯距与剪力的关系 可求得综合剪力墙名义剪力（4-47） 3. 综合剪力墙名义剪力4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析86图4-28、4-29、4-30分别绘制了三种典型荷载下， 框架剪力墙结构的侧向位移 、综合剪力墙的弯距 、综合剪力墙的名义剪力 与结构刚度特征

45、值 的关系。表中采用的自变量为 ，应变量分别为：为外荷载作用于纯剪力墙结构（ ）时，顶点侧移值；为外荷载作用于纯剪力墙结构（ ）时，基底总弯距；为外荷载作用于纯剪力墙结构（ ）时，基底总剪力。4. 计算图表4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析875. 综合剪力墙、综合框架剪力，综合连梁约束弯矩=（4-50)（4-49）由水平力平衡条件：因此有（4-51)对于铰接体系只需取4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.

46、1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析886. 单榀框架、单榀剪力墙和单根连梁的内力计算单榀剪力墙的内力按剪力墙的等效抗弯刚度进行分配；单榀框架的 内力按框架的抗侧刚度进行分配；单根连梁的内力按连梁的约束刚度进行分配。4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析89框架结构剪力墙结构自顶层向下，层间位移越来越大，呈上凹形，与悬臂梁的剪切变形曲线类似。故称“剪切型”自底层向上，位移增量越来越大，呈下凹形，与悬臂梁的弯曲变形曲线

47、类似。故称“弯曲型”4.3.5 框架与剪力墙的共同工作性能一、结构的侧移特性4.3.5 框剪工作性能4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析904.3.5 框剪工作性能4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析较大较小00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.20.40.60.81相对侧移相对高度剪力墙框剪框架由于

48、楼盖的刚性连接作用，两者的变形必须协调，称“弯剪型。具体形状随刚度特征值 而变化：当 较小时，侧移曲线较接近剪力墙结构；当 较大时，侧移曲线较接近框架结构。91二、结构的内力分布特征00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91相对高度(z/H)层间位移剪力墙框剪框架4.3.5 框剪工作性能4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析 在结构底部： 剪力墙的层间位移小于框架结构

49、的层间位移，为了两者具有相同的层间位移，剪力墙承担的分布荷载 大于外荷载 ，而框架承受的分布荷载 与外荷载相反，但 。在结构顶部： 框架的层间位移小于剪力墙的层间位移，为了两者具有相同的层间位移，剪力墙受到框架结构的“扶持”作用，剪力墙承担的分布荷载 小于外荷载 ，框架承担的分布荷载 与外荷载方向一致，但 。924.3.5 框剪工作性能4.3.4 内力和位移计算4.3.3 刚接体系基本方程4.3.2 铰接体系基本方程4.3.1 简化分析模型4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析 当 时，综合框架的刚度忽略不计，剪力全部由综合剪 力墙承担。 当 时，综合剪力墙的刚度忽

50、略不计，剪力全部由综合 框架承担。在结构顶部： 由于框架结构的“扶持”作用，综合框架承担的剪力将超过外荷载产生的总剪力。在结构底部： 综合框架承担的剪力为零，综合剪力墙承担全部剪力。因为，底部为固接端，综合剪力墙的刚度为无限大，而综合框架的抗侧刚度在固接端为有限值。93墙肢按偏心受力构件进行正截面和斜截面计算；由于楼盖的作用，连梁内的轴力可忽略不计，按受弯构件设计。剪力墙在竖向荷载和水平荷载作用下，墙肢和连梁内将产生轴力、弯距和剪力。墙肢连梁正截面承载力计算斜截面承载力计算正截面承载力计算斜截面承载力计算设计内容当内力组合包括地震作用时，承载力除以抗震承载力调整系数。4.4 剪力墙截面设计94

51、4.4.1 混凝土剪力墙设计一、墙肢正截面承载力计算与一般偏心受力构件不同，墙肢内除了端部集中配筋外，一般还有分布钢筋。试验表明：受反复荷载的剪力墙，其正截面承载力并不降低。1.大偏心受压（ ，）大偏心受压小偏心受压大偏心受拉剪力墙不允许发生小偏拉破坏！4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析95简化假定：离受压边缘为 1.5x范围以外的受拉分布筋达到 ，略去其余分布筋的作用。（4-53）4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析96设计时一般先假定分布筋 ，于

52、是利用式（4-53）可求出压区高度 x 及端部钢筋 ：（4-54）当墙肢截面为T型或I形时，可参照相应的偏压构件列出计算公式，对分布筋的处理方法与矩形截面相同。4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析972.小偏心受压简化假定：不考虑分布筋的作用。墙肢小偏心受压的计算公式与小偏心柱相同，即4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析98简化假定：离受压边缘为 1.5x范围以外的受拉分布筋达到 ，考虑其作用；略去其余分布筋的作用。（4-55）3.大偏心受拉4.4 剪

53、力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析99斜截面破坏形态：斜拉破坏（通过最小配筋率来避免）斜压破坏（通过限制剪压比来避免）剪压破坏（建立计算公式）二、墙肢斜截面承载力计算1.剪力设计值的确定为保证墙肢塑性铰不过早发生剪切破坏，应使墙肢截面的受剪承载力大于其受弯承载力。在墙肢底部H/8范围内，剪力设计值一级抗震等级：二级抗震等级：三级抗震等级：试验表明：反复荷载下，斜截面承载力比单调加载降低1520%。4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析100（4-57a）2.偏心

54、受压无地震作用组合：有地震作用组合：（4-57b）I形或T形截面的全截面积和腹板面积；与剪力设计值对应的轴力设计值，同一水平截面内水平分布筋的截面积和设计强度；计算截面处的剪跨比，；。4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析101（4-58a）无地震作用组合：有地震作用组合：（4-58b）3.偏心受拉当等号右边第1项小于零时，取等于零。4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析102三、连梁的正截面承载力计算当跨高比大于5时，正截面承载力按一般受弯构件进行计算；

55、当连系梁的跨高比不大于5时，正截面承载力按深受弯构件计算：（4-59）（4-60） 截面的有效高度，当跨高比不大于2时，跨中截面取 ，支座截面取 ；当跨高比大于2时，按受拉区纵向钢筋合力点至受拉边缘的实际距离取用。时，x截面受压区高度，计算方法同一般受弯构件，但当 时，取：（4-61）4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析103（4-62）跨高比大于5时，按一般受弯构件计算；四、连梁的斜截面承载力计算跨高比不大于5时，按下式计算：剪压比；轴压比；配筋率。五、构造4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析

56、高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析104一、概述4.4.2 钢骨混凝土剪力墙设计剪力墙周边有梁和钢骨混凝土柱的剪力墙称为带边框钢骨剪力墙；周边没有梁、柱的称为无边框钢骨剪力墙。试验表明，由于端部设置了钢骨，无边框钢骨剪力墙的受剪承载力大于普通钢筋混凝土剪力墙。混凝土剪力墙中设置钢骨可以很好地解决钢梁或钢骨混凝土梁与剪力墙的连接问题。钢骨混凝土剪力墙中连梁的截面设计方法与混凝土剪力墙相同。4.4.2钢骨砼剪力墙4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析105二、正截面承载力计算AsWAsAssAsAsshW0hW1.偏心

57、受压对于墙肢内的分布钢筋，采用与普通混凝土剪力墙相同的近似假定，即离受压区边缘1.5x范围以外的受拉钢筋达到强度设计值，忽略其余分布筋的作用。适用条件：（4-65）4.4.2钢骨砼剪力墙4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析106（4-66）当属小偏心，不考虑分布筋的作用。（4-67）2. 偏心受拉分布筋采用与普通钢筋混凝土剪力墙采用相同的基本假定。（4-68）4.4.2钢骨砼剪力墙4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析107无边框墙：钢骨砼剪力墙的斜截面

58、受剪承载力由端柱与钢筋砼腹板两部分构成。三、斜截面承载力计算剪力墙中钢筋砼腹板部分的受剪承载力，同普通砼剪力墙；（4-69a）（4-69b）无边框剪力墙中钢骨部分的受剪承载力；有边框墙：有地震作用组合时，取4.4.2钢骨砼剪力墙4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析无地震作用组合时，取有边框剪力墙中钢骨混凝土边框柱的受剪承载力；108钢骨混凝土边框柱的受剪承载力考虑柱内混凝土、箍筋、钢骨的贡献及轴向压力的有利影响。（4-70）；当 时，取当剪力设计值包含地震组合时，式（4-70）右边乘以0.8，除以承载力抗震调整系数 。4.

59、4.2钢骨砼剪力墙4.4 剪力墙截面设计4.4.1 砼剪力墙4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析1094.5 筒体结构分析简介4.5.1 筒体结构受力特点FBF2B/3TCB整个截面变形基本符合平截面假定。水平荷载下，不仅腹板参与工作，翼缘也完全参与工作。一、实腹筒剪力墙既承受弯矩又承受剪力作用；而筒体的弯矩主要由翼缘承担，剪力主要由腹板承担。当筒体高宽比小于1时，侧移以剪切变形为主，位移曲线呈剪切型；当高宽比大于4时，侧移以弯曲变形为主，位移曲线呈弯曲型；当高宽比介于14之间时，侧向位移曲线介于剪切型与弯曲型之间。110二、框筒L实际应力实际应布实体筒应力B水平荷载 普通框架仅考虑平面内的承载能力和刚度，而忽略平面外的作用； 框筒结构的水平剪力主要有腹板框架承担，整体弯矩则主要有一侧受拉，另一侧受压的翼缘框架承担。 框筒的腹板框架和翼缘框架在角区附近的应力大于实腹筒体，而在中间部分的应力均小于实腹筒体，这种现象称为剪力滞后。4.4 剪力墙截面设计4.5.1 受力特点4.3 框架剪力墙分析高层结构4.1 体系与布置4.2 剪力墙分析4.5 筒体结构111