关于高层建筑(共12页)

1、第二章本章理解结构(jigu)的概念设计，对结构的平面与竖向布置原则有所了解。何谓(hwi)“概念设计”？什么情况下还要正确(zhngqu)运用“概念设计”？哪些方面须用概念设计的方法加以正确处理？“概念设计”是指对一些难以做出精确计算分析，或在某些规程中难以具体规定的问题，应该由设计人员运用概念进行判断和分析，以便采取相应的措施，做到比较合理地进行结构设计。综合运用力学概念、结构破坏机理的概念、地震对建筑物造成破坏的经验教训、结构试验结论和对计算结果的分析判断等进行的设计。 须用概念设计的方法加以正确处理的方面：结构方案、结构布置、结构计算(模型)、构件设计、构造措施等每一个设计步骤结构平面

2、布置基本要求：在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。抗震设计的级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度 L 不宜过长，突出部分长度 l 不宜过大；不采用角部重叠或细腰形平面图形。注：级高度钢筋混凝土高层建筑和混合结构高层建筑的最大适用高度较高，复杂高层建筑的竖向布置已不规则，这些结构的地震反应较大，故对其平面布置的规则性应要求更严一些。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。平面不规则、质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的结构，其震害严重。

3、竖向布置应符合下列要求：1）竖向宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收；侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化；不应采用竖向布置严重不规则的结构。对内挑外收和侧向刚度的规定（1）当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1 不宜小于B的 0.75 倍；（2）当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼 层水平尺寸B1的 0.9 倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m。 思考题： 1 为什么规范对每一种结构体系规定最大约适用高度?实际工程是否允许超过规范规定的最大适用高度？ 2 什么样的建筑体形对结构抗震有利？为什么?为什么结构平立面布置对称、均匀及沿竖向布置连续、无突变有利于抗震?建筑物越高，所受地震作

4、用和倾覆(qngf)力矩就越大，限制(xinzh)建筑物的高宽比的原因1.高宽比大，侧向变形(bin xng)大(结构抗侧向变形能力减弱)。2.高宽比大，结构易倾覆(使结构倾覆的力矩会减小)。3.高宽比大，结构容易丧失整体稳定结构平面布置宜：简单、规则、尽量减少突出、凹进等复杂平面。更重要的是尽可能使平面刚度均匀：即“刚心”与质心靠近，减少地震作用下的扭转剪力墙的布置：均匀、分散、对称、周边 、双向、连续平面布置上减少突出、凹进等。突出部分过长的L形、T形、H形会表现出局部扭转，可在其端部设置剪力墙或井筒，减少突出部分端部的侧向位移，可减少局部扭转。避免带才长翼的对称，避免虚假对称1、变形缝伸

5、缩缝（也称温度缝）、沉降缝、防震缝 伸缩缝（也称温度缝）：为防止高层建筑结构因温度变化和混凝土收缩而产生裂缝 沉降缝：防止高层建筑结构在高层部分和低层部分之间的不同沉降而产生裂缝 防震缝：防止建筑物各部分层数、质量、刚度差异过大，或有错层时发生震害2、沉降缝 沉降缝是为了预防建筑物各部分由于不均匀沉降引起的破坏而设置的变形缝。 宽度：一般为30-70mm下列情况时应考虑设置变形缝：（1）同一建筑物相邻部分的高度相差较大或荷载大小相差悬殊、或结构形式变化较大，易导致地基沉降不均匀；（2）当建筑物各部分相邻基础的形式、宽度及埋置深度相差较大，造成基础底部压力有很大差异，易造成不均匀沉降；（3）当建

6、筑物建造在不同地基上，且难于保证均匀沉降时；（4）建筑物体型比较复杂、连接部位又比较薄弱时；（5）新建筑物与原有建筑物紧相毗邻时。 伸缩缝和沉降缝的宽度应符合(fh)防震缝的要求3、防震(fngzhn)缝地震(dzhn)作用下，复杂高层结构会产生扭转及复杂的振动形式，并在房屋的连接薄弱部位造成损坏，宜通过设缝将复杂建筑分为规则建筑。建筑平面过长、结构单元的结构体系不同、高度或刚度相差过大以及各结构单元的地基有较大差异。三缝的主要区别？什么情况下设置？不设缝时应采取什么措施？沉降缝 避免主体与裙房过大的沉降差伸缩缝 减小结构温度应力防震缝 避免地震时结构间的相互碰撞结构方案选择指：结构类型、结构

7、体系和施工方法的选择。 历次震害调查表明，在不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的，故而，选择对抗震有利的场地，避开不利场地，就能大大减轻地震灾害。（2）提高结构阻尼 结构阻尼简单的理解就是结构本身的，内部的阻尼，是引起能量损耗的原因，主要有以下几个方面：由于材料的内摩擦作用而使机械能量逐渐转化为热能消失在周围的介质中, 这是能量耗散的主要原因;周围介质对振动的阻尼; 节点、支座联接间的摩擦阻力, 主要是由构件之间或构件与支座间的相对运动所产生的; 通过支座基础散失一部分能量屈曲约束支撑（BRB）也简称屈曲支撑，是一种有效的耗能减震构件，无论受拉还是受压都能达到承载全截

8、面屈服的轴向受力构件，较之传统的支撑构件，它具有更稳定的力学性能。BRB在承受压力和承受拉力的情况下，表现出相同的滞回性能和优良的耗能能力，这种特性使它具有双重结构功能，既能提供必要的抗侧刚度，又可为结构附加阻尼，降低结构在罕遇地震作用下的振动响应。 软钢阻尼器是采用特种软钢为材料制作的一种易屈服、高耗能的结构防震(振)装置，主要利用特种软钢板材屈服后的非弹性特点来耗散地震等外部激励输入结构中的能量，属于位移相关型消能减震(振)装置。使用软钢板材具有屈服点低、坚固耐用且长期使用免维护的优点，抗震(振)性能不受温度影响，是目前各类消能减震装置中较具经济效益的产品。 （3）提高结构延性 结构的延性

9、是在外力作用下,结构超过弹性阶段后,其承载能力无显著(xinzh)下降的情况下,结构的后期非弹性变形能力。合理(hl)选择结构体系 结构体系(tx)是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。 在结构设计初期需选择结构体系。正确选择结构体系是结构方案设计的关键，是保证建筑物安全、经济的基本要素，建筑物的总高度、层数、建筑空间、承载能力、抗侧刚度、抗震性能、材料用量、造价高低均与结构体系有关。选择时虽然影响因素众多，但通常主要考虑3个因素：建筑物高度、建筑物用途及建筑物的抗震性能。 侧移是控制指标 高层建筑侧移称为主要控制指标。 1.侧移过大会使人感觉不适应，未能达到正常使用的要求。 2.侧移过大会使填

10、充墙装修等非承重构件受损。 3.侧移过大会使结构开裂或受损。 4.大震作用下靠弹塑性变形吸收地震能量。延性结构的概念延性：是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且具有足够塑性变形能力的一种性能。一般用延性比表示。延性比：是指极限变形（曲率、转角或挠度）与屈服变形的比值。屈服变形：指钢筋屈服时的变形。极限变形：承载力降低10%-20%时的变形。结构延性比：是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。“屈服” ：结构塑性铰达到一定数量以后，结构塑性变形迅速增大而承载能力略微增大的阶段极限” ：整个结构不能维持其承载能力，即承载力下降到最大承载能力的80%-90%。 当时，延性比=

11、1表示结构屈服即坏，没有延性，是脆性破坏。延性比1时，越大，表示结构的延性越好。延性对结构抗震性能的影响延性越好，结构的抗震能力也就越好。延性设计的一般原则强柱弱梁从抗弯角度来讲，要求柱端截面的屈服弯矩要大于梁端截面的屈服弯矩，使塑性(sxng)铰尽可能出现在梁的端部，从而形成强柱弱梁。强剪弱弯要求构件的抗剪能力要比其抗弯承载能力对应的剪力强，从而推迟或避免梁、柱构件过早(u zo)发生剪切破坏。强节点(ji din)（核芯区）、强锚固 强压弱拉尽量减小侧移高层建筑限制侧移综合考虑以下因素：1、保证主体结构安全，防止开裂破坏失稳和倾覆，结构在风荷载及小震作用下均不开裂，在大震作用下，结构不发生

12、倒塌。2、防止填充墙装修等因位移过大而破损。3、避免居住者感觉不良及电梯运行困难。4、防止因P-效应显著，导致结构内力增大。抗震结构除了承担水平地震作用外，更重要的是承担竖向荷载作用。一旦竖向承载能力不足，就会导致建筑的倒塌。 多道抗震防线的意义 一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。如框架-抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成；双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。确保结构的整体性结构具有连

13、续性，避免散架。 加强结构构件的延性，避免脆性破坏。 保证结构的节点的强度和延性，使节点的强度、连接、及锚固等强于构件。本章习题1何谓“概念设计”？什么情况下还要正确运用“概念设计”？哪些方面须用概念设计的方法加以正确处理？ 2结构平面布置与结构竖向布置有哪些要求？高层建筑混凝土结构技术规程将高层建筑分为了哪两级？4.为什么要限制高层建筑的高宽比H/B？5.高层建筑平面与竖向布置分别应考虑什么原则？6. 设置“三缝”的条件及原则第三章1.识记(sh j)（1）计算单元的确定；框架梁截面(jimin)抗弯刚度的计算；荷载计算。（2）分层法的计算假定、适用条件(tiojin)和计算步骤。（3）反弯

14、点的概念；反弯点法的计算假定、适用条件和计算步骤。（4）修正反弯点的概念；反弯点法的计算假定、适用条件和计算步骤（5）侧移的计算多层框架结构的组成框架结构：由横梁、立柱和基础连接而成，梁柱连接处称为节点，一般有刚性连接和铰接点。 框架结构一般采用刚性连接，铰连接一般用在多层排架。 缺点抵抗水平荷载能力差；侧向刚度小，侧移大 ；受地基的不均匀沉降影响大 。优点 结构轻巧；整体性好；可形成大空间；施工方便；较为经济。计算方法1.基本假定（1） 弹性假定 两阶段设计方法：小震下按照弹性方法进行计算。 中震大震下，无承载力计算问 题，部分结构需要进行弹塑性 变形验算。（2）平面结构假定 任何建筑结构都

15、是一个空间结构。但对框架、剪力墙及框架剪力墙结构体系而言，大多数可以把空间结构简化为平面结构，使计算大大简化，这里作了假定： 一片框架或一片墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略。刚性楼板假定各个平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。楼板在其自身平面内刚度很大，可视为刚度无限大的平板。楼板平面外的刚度很小，可忽略不计。 在水平力作用下的高层，各抗侧力构件在同一标高处的水平位移相等，整个建筑物的水平力可以按照水平位移协调原则，分配到各抗侧力单元。框架结构计算方法竖向荷载下内力(nil)计算-分层法；水平荷载下内力(nil)计算 反弯点法；D值法；分层法基本(jbn

16、)假定框架结构无侧移；每层梁上的荷载只在本层梁及与其相连的上、下层柱产生内力，不在其他层梁和其他层柱上产生内力。（不包括轴力）分层法的适用条件：在竖向荷载作用下，顶点的侧移值很小，而且每层横梁的荷载对上下层横梁的影响很小。计算要点（书上50页）分配系数：AB=SAB/SAC=SAC/SAD=SAD/SAE=SAE/S同一节点处某杆件转动刚度与所有杆件转动刚度和的比值（远端固定）转动刚度表示杆端抵抗转动的能力。它在数值上等于使杆端产生单位转角时需要施加的力矩。其值与杆件的线刚度i=EI/l及远端的支承情况有关。传递系数 远端固定时:c=1/2 远端铰支时:c=0 远端定向时:C=-11.在用分层

17、法计算竖向荷载作用下的框架内力时，除底层柱外，其它各层柱的弯矩传递系数为（）A.1/2 B. 1/3C. 1/4 D.12.用分层法计算框架内力时，应对柱线刚度进行如下修正：（ ）A底层柱不变，其余各层柱乘以0.9B底层柱不变，其余各层柱乘以0.8C底层柱乘以0.9，其余各层柱不变D底层(d cn)柱乘以0.8，其余各层柱不变1关于多层框架的分层法，下面(xi mian)说法不正确的是（）A假定(jidng)框架无侧移B忽略本层梁上荷载对上、下柱的影响C以若干开口框架作为计算单元D除底层柱外，其它各层柱的线刚度均应乘以0.9的折减系数反弯点的概念反弯点是指构件上弯矩为零的点。 在反弯点处构件截

18、面上没有弯矩，只有轴力和剪力。在反弯点处截开构件，截面上未知内力较少。反弯点：弯矩为0 的点，反弯点可能在柱上，也可能在柱外。反弯点法的基本假定、假定框架梁的抗弯刚度无穷大。框架梁的抗弯刚度无穷大时，框架柱两端转角为零。、假定梁的轴向变形很小，可以忽略。反弯点的位置 (1)当梁柱的线刚度比超过 3 时，一般楼层柱端的转角很小，反弯点接近中点，可假定它就在中点。 (2)底层柱由于底端固定而上端有转角（虽然很小），反弯点上移，通常假定反弯点在距底端2h/3高度处。h为楼层高度。适用范围在确定柱的剪力时，假定框架梁的线刚度为无穷大，实际中，当框架节点处的梁、柱线刚度比ib/ic3，才可认为此假定成立

19、。D值法反弯点法缺点 在反弯点法中，计算柱的剪力时假定框架梁的线刚度为无穷大，柱的抗侧移刚度仅与柱本身性质有关；确定反弯点位置时则认为柱的反弯点是固定的，与梁、柱的线刚度和层高等因素无关。 当框架结构的层数较多时，柱的截面尺寸增大，梁柱线刚度比也常常小于3，此时用反弯点法计算将产生较大的误差，另外，反弯点法计算反弯点高度时，假设柱上下节点转角相等，这样误差也较大，特别是在最上和最下层。为此提出了D值法，该方法精度更高，适用范围更广。 D值法对反弯点法做了如下改进： 、修正了柱的侧移刚度，允许框架节点有转角，但假定同层各结点转角相同。、 调整了柱的反弯点高度，假定柱上下端转角可以不同，对反弯点的

20、高度进行了修正。修正(xizhng)柱侧移刚度D值一般情况下，框架节点都有转角。如果梁刚度无限大，则转角很小，可忽略(hl)而近似认为柱端固定，见右图，根据结构力学的杆端部侧移于内力关系的推导，可得柱剪力V与层间位移的关系(gun x)：令d 称为柱的抗侧刚度也就是梁的刚度较小时，在水平荷载作用下，框架不仅有侧移且各节点都有转角： D值定义是：柱结点有转角时，使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。D值也称为柱的抗侧刚度，与d值的定义相同。D值与位移和转角均有关（即D值不但与柱本身刚度有关，而且与柱上下两端转动约束有关）。 为推导修正后的抗侧移刚度，引入以下假定：(1) 柱两端节点及与之相邻

21、各杆的远端转角均相等；(2) 柱及与之相邻的上、下层柱的弦转角均相等；(3) 柱及与之相邻的上、下层柱的线刚度均相等。假定框架各层层高相等，并假定各层梁柱节点转角相等，各层层间位移相等，可导出D的表达式为其中，称为柱的刚度修正系数，与梁柱刚度比K有关。修正后的抗侧移刚度 修正后的抗侧移刚度与柱的线刚度，层高以及梁柱的线刚度之比均有关。柱的剪力 得到修正后的抗侧移刚度后，相应柱的剪力值为反弯点高度 D值法中，框架柱的反弯点位置是变化的，柱的反弯点高度（反弯点到柱下端的高度记为yh.反弯点高度 本质上，柱的反弯点高度与其上、下端的约束条件有关。当上下端转角相同时，反弯点在柱高的中点；当转角不同时，

22、反弯点将向转角较大的一端移动，即向约束弱方向移动；当一端为铰接时，反弯点与铰接点重合。影响柱两端约束刚度的主要因素是：、结构总层数及该层所在位置；、梁柱线刚度比；、荷载形式；、上层与下层梁刚度比；、上层与下层层高变化。 当21时， 上层对本层的约束减小， y2 取正值，反弯点向上(xingshng)移动；当2 1时， 上层对本层的约束增大， y2 取负值，反弯点向下移动；对于(duy)顶层柱，y2 = 0 当31时， 下层对本层的约束减小， y3 取负值(f zh)，反弯点向下移动；当31时，下层对本层的约束增大，y3 取正值，反弯点向上移动；对于底层柱，y3 = 0。适用范围 D值法除了能解

23、决反弯点法适用的问题之外，同样适用于 ib/ic 3 的情况以及高层结构，特别适合求解考虑抗震要求、有强柱弱梁的问题。侧移计算及限值ppt上的书上都有第四章 主要是 剪力墙分类的判别一般地说，水平外荷载产生的总弯矩由剪力墙墙肢内的局部弯矩和墙肢轴力所形成的整体弯矩所平衡。 当剪力墙中连系梁的刚度很小,连梁对墙 肢的约束作用很弱，连梁内的剪力很小，因而墙肢内的轴力很小，墙肢轴力所形成的整体弯矩亦小，这样外荷载所产生的弯矩主要由墙肢内的局部弯矩所平衡，即结构的整体性较差 可见结构整体性主要与连梁和墙肢之间的刚度比有关，另外还跟墙开洞大小等因素有关.问题：整截面墙与竖向悬臂梁的主要区别？整截面墙应考

24、虑剪切变形+弯曲变形；悬臂梁仅考虑弯曲变形。 1）壁式框架与整截面墙或整体小开口墙都有很大的 值，但二者受力特点完全不同。所以，除根据 值进行剪力墙分类判别外，还应判别沿高度方向墙肢弯矩图是否会出现反弯点。 2）I n / I 值反映了剪力墙截面削弱的程度。 I n / I 值大，说明截面削弱较多，洞口较宽，墙肢相对较弱。 因此，当 I n / I 增大到某一值时，墙肢表现出框架柱的受力特点，即沿高度方向出现反弯点。剪力墙分类判别式4.4 双肢墙的内力(nil)和位移计算 双肢墙由连梁将两墙肢联结在一起(yq)，且墙肢的刚度一般比连梁的刚度大较多，相当于柱梁刚度比很大的一种框架，属于高次超静定结