高层建筑结构课件

1、第四章 高层建筑结构4.1 概述4.2 高层建筑结构体系与布置原则4.3 高层建筑结构上的作用4.4 剪力墙结构4.5 框架-剪力墙结构4.6 筒体结构4.1概述4.1.1高层建筑结构受力特点4.1.2正常使用条件下水平位移的限制 4.1.1高层建筑结构受力特点 高层建筑结构受力特点与多层建筑结构的主要区别，是侧向力(风或地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要 因素。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，通常可以忽略；在多层结构中，水平荷载的效应 (内力和位移)逐渐增大；而到高层建筑中，水平荷载 和地震作用将成为控制因索。图4-1表示水平均布 荷载效应与建筑高度的关系

2、。由图可见，随着高度增 大，位移增加最快，弯矩次之。 4.1.1高层建筑结构受力特点在正常使用条件下，应使高层建筑处于弹性状态。高层规程对楼层层间最大位移与层高之比u /h小作出了以下规定：(1)高度不大于150 m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比u h，不宜大 于表4-1中的数值。 4.1.2正常使用条件下水平位移的限制4.1.2正常使用条件下水平位移的限制(2)高度等于或大于250m的高层建筑，共楼层层间最大位移与层高之比u /h不 宜大于1500。 (3)高度在150250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比u /h 的限位按线性差值取用。 3. 罕遇地震作用下薄弱层(

3、部位)的抗震变形验算 为实现“大震不倒”，应对某些高层建筑进行罕遇地震作用下薄弱居(部位)的抗 震变形验算，具体规定见高层规程。 4.1.2正常使用条件下水平位移的限制4.2高层建筑结构体系与布置原则 高层建筑结构体系都是空间结构体系，这类空间体系可以进一步划分为竖向结构 体系和水乎结构体系。对于高层建筑结构来说，侧向力和侧向位移是是结构设计的主 要控制因素，因此，竖向承重结构体系不但要承受与传递竖向荷载、还要抵抗侧向力的 作用，故竖向结构也称为抗侧力结构。水平结构即日常所说的楼盖及屋盖结构，在高层 建筑中，楼(屋)盖结构除承受与传递楼(屋)面竖向荷载以外，还要协调各榀抗侧力结 构的变形与位移

4、，对结构的空间整体刚度的发挥和抗震性能有直接的影响。 4.2.1框架结构体系 框架结构体系是由线型的梁和柱杆件组成的能够承受竖向荷载和水平荷载的结构 体系。框架结构中的梁和柱节点一般要求为“刚节点”。 高层建筑采用框架结构体系时，框架梁应纵横向布置，形成双向框架，使之具有较 强的空间整体性，以承受任意方向的侧向力。 高层中框架柱网或梁系的布置要求与多 层框架相似，但随着层数的增加和高度的提高，侧向力对结构受力和变形的影响加大， 结构布置时应特别注意增强结构在各个方向的抗侧刚度，以保证结构的整体性和空间 工作性能。 4.2.1框架结构体系 框架结构具有建筑平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较

5、大的使用空间，易于满足多功能的使用要求。在结构受力性能方面，框架结构属于柔性结构，自振周期较长，地震反应较小，经过合理的结构设计，可以具有较好的延性性能。其缺点是结构抗 侧刚度较小，在地震作用下侧向位移较大，容易使填充墙产生裂缝，并引起建筑装修、玻璃幕墙等非结构构件的损坏。地震作用下的大变形还将在框架柱内引起P效应， 严重时会引起整个结构的倒塌。因此，框架结构体系一般适用于非地震区、或层数较少 的高层建筑。 4.2.1框架结构体系4.2.2剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为承受竖向荷载和抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。 常利用建筑外墙和内隔墙位置布置钢筋混凝土剪力墙，墙的下端固定在基础

6、顶面上，因 此可视剪力墙为竖向悬臂构件。 竖向荷载在墙体内主要产生向下的压力，侧向力在墙体内产生水平剪力和弯矩。 因这类墙体具有较大的承受侧向力(水平剪力)的能力，故被称之为剪力墙。在地震区， 侧向力主要为水平地震作用力，因此，剪力墙有时也称为抗震墙。 现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好、刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小 承载力要求也容易满足，因此剪力墙结构适用于建造较高的高层建筑。 4.2.2剪力墙结构体系 早期的剪力墙结构多为小开间，全部建筑隔墙均为剪力墙，因而可以采用较薄的楼 板。但墙体太多，混凝土和钢筋用量增多，材料强度得不到充分利用，既增加了结构自 重，又限制了建筑上的灵活多变。目

7、前剪力墙结构多采用大开间，横墙间距为68m， 中间采甩轻质隔墙支承在楼板上，便于建筑上灵活布置，又可充分利用剪力墙的材料强 度、减轻结构自重。图4-2是广州白云宾馆(33层，高114.05m)结构平面布置。 4.2.2剪力墙结构体系4.2.2剪力墙结构体系4.2.3框架一剪力墙结构体系 在框架结构中的部分跨间布置剪力墙，或把剪力墙结构中的部分剪力墙抽掉改成 框架承重，即成为框架一剪力墙结构。 框剪结构既保留了框架结构建筑布置灵活、使用方便的优点，又具有剪力墙结构 抗侧刚度大、抗震性能好的优点，同时还可充分发挥材料的强度作用，具有较好的技术经济指标，因而被广泛地应用于高层办公楼建筑和旅馆建筑小。

8、 框架剪力墙结构的适用范围很广，1040层的高层建筑均可采用这类结构体 系。当建筑物较低时，仅布量少量的剪力墙即可满足结构的抗侧要求；而当建筑物较高 时，则要有较多的剪力墙，并通过合理的布置使整个结构具有较大的抗侧刚度和较好的 整体抗震性能。 4.2.3框架一剪力墙结构体系4.2.4筒体结构体系 钢筋混凝土筒体结构体系中的筒体主要有核心筒和框筒。1、核心筒核心筒一般由布置在电梯间、楼梯间及没备管线井道四周的钢筋混凝土墙所组成。 为底端固定、顶端自由、竖向放置的薄壁筒状结构，其水平截面为单孔或多孔的箱形截 面，如图4-3所示。 它既可以承受竖向荷载又可承受任意方向上的侧向力作用，是一 个空间受力

9、结构。在高层建筑平面布置中，为充分利用建筑物四周作为景观和采光，电 梯等服务性设施的用房常常位于房屋的中部，核心筒也因此而得名。因筒壁上仅开有 少量洞口，故有时也称为“实腹筒”。4.2.4筒体结构体系2、框筒 框筒是由布置在房屋四周的密集立柱与高跨比很大的窗间梁所组成的个多孔筒 体，如图4-4所示。从形式上看，犹如由四榀平面框架在房屋的四角组合而成，故称为 框筒结构。因其立面上开有很多窗洞，故有时也称为空腹筒。框筒结构在侧向力作用 下，不但与侧向力平行的两榀平面框架(常称为腹板框架)受力，而且与侧向力相垂直的 两榀框架(常称为翼缘框架)也参加工作，通过角柱的连接形成个空间受力体系。图 4-5是

10、深圳国际贸易中心大厦中筒体的布置情况。 4.2.4筒体结构体系4.2.4筒体结构体系4.2.4筒体结构体系4.2.5结构布置的原则 结构选型足建筑初步设计阶段就必须解决 的问题，高层建筑结构选型主要是根据结构件 能和经济条件确定采均何种结构体系，高层建 筑结构选型的基本依据是各种结构体系房屋的最大适用高度和结构高宽比限值。同时，房屋高宽比也是结构从总体布置必须满足的指标，它是保证建筑结构安全件能的基本要求。一、最大适用高度最大适用高度二、高宽比限值高宽比限值4.3高层建筑结构上的作用 高层建筑结构上的作用包括竖向荷载和水平荷载与作用。与一般建筑结构类似， 高层建筑结构的竖问荷载包括自重等恒载及

11、使用荷载等楼面、屋面活载；水平荷载与作 用包括风荷载和地震作用，在高层建筑结构设计中水平荷载与作用占据主导和控制地位。 4.3.1竖向荷载 高层建筑结构上的竖向荷载主要是恒荷载和楼面、屋面荷载。1、恒荷载标准值 恒荷载(结构自重)是永久荷载，是由于结构自身重力产生的竖向荷载，它可以由构 件和装修做法的尺寸和材料的重力密度直接计算，重力密度按荷载规范的规定采用。 对于自重变异较大的材料和构件(如现场制作的保温材料，混凝土薄壁构件等)，应根据 对结构的不利状态，取上限值或下限值。 2、活荷载标准值 （1）楼面、屋面活荷载 楼面、屋面使用活荷载按荷载规范的有关规定采用。（2）直升飞机平台的活荷载 直

12、升机的活荷载按高层规程第315条采用 3、活荷载的不利布置 计算高层建筑结构在竖向荷载作用下的内力时，一般不考虑楼面及屋面竖向活荷 载的不利布置，而是按满布考虑进行计算。这是由于其一，在高层建筑中各种活荷载占总竖向材荷载的比例很小。 其二，高层建筑结构是个复杂的空间结构体系、层数与跨数多，不利分布 的情况复杂多样，计算工作量极大。因此，在实际工程设计中，可以不考虑话荷载不利 分布，按满布方式布置进行内力计算后再将框架梁的跨中弯矩乘以1.11.3的放大系 数。但是当楼面活荷载大于4.0kN/m2时，各截面内力计算时仍须考虑活荷载不利分 布的影响，按不利荷载计算结构在竖向荷载作用下的内力；当近似考

13、虑活荷载不利分布 影响时，梁正、负弯矩应同时予以放大。 3、活荷载的不利布置4、竖向荷载经验值 对目前国内广泛采用的钢筋混凝土高层建筑结构，竖向荷载的统计平均值为 15kNm2。其中框架和框架剪力墙结构大约为1214kNm2，剪力墙和筒体结构大 约为1416kN/m2。这些经验数据，可以作为在方案设计阶段估算地基承载力、结构 底部剪力和初步确定结构截面的依据。 4.3.2风荷载 1、风荷载标准值 设计高层建筑结构时，应根据荷载规范和高层规程确定风荷载标准值。垂直 于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算，相应地，风荷载作用面积取垂直 于风向的最大投影面积。 （1）基本风压wo 一般情况下

14、，基本风压wo按荷载规范的规定采用。对于特别重要或对风荷载 比较敏感的高层建筑，基本风压采用100年重现期的风压值；在没有100年一遇的风压 资料时，可近似将50年一遇的基本风压乘以1.1的增大系数采用。 （2）风压高度变化系数uz 风压高度变化系数可按照地面粗糙积度和建筑物离地面或海平面高度确定。 a. 位于平坦或稍有起伏地形的高层建筑，其风压高度变化系数应根据地面粗糙度 类别按照表4-6确定。地面粗糙度应分为4类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙 漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

15、 （2）风压高度变化系数uzb.位于山区的高层建筑，其风压高度变化系数按照平坦地面的粗糙度类别由于表 4-6确定外，尚应按照现行国家标准荷载规范的有关规定，考虑地形条件加以修正。 4.3.2风荷载(3)风荷载体形系数us 风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表不同体型建 筑物表面风力的大小。当风流经过建筑物时，通常在迎风由产生压力(此时风荷载体型 系数用+表示)，在侧风面及背风面产生吸力(此时风荷载体型系数用-表示)。风压值 沿建筑物表面的分布并不均匀，迎风面的风压力在建筑物的中部最大，侧风向和背风面 的风吸力在建筑物的角区最大。风荷载体型系数与高层建筑的体型、平面尺寸、表

16、面状 况和房屋高宽比等因素有关。 4.3.2风荷载4.3.2风荷载(4)总风荷载 总风荷载是建筑物各个表面承受风力的合力，是沿高度变化的分布荷载。总风荷 载的作用点是各个表面风荷载的合力作用点。 4.3.3地震作用 我国抗震规范规定，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震计算。一、反应谱法 反应谱法是计算算结构地震作用的基本方法，高层设计中常用的底部剪力法和振型 分解反应谱法都是以它为基础的。 1反应谱法基本理论 4.3.3地震作用4.3.3地震作用二、设计反应谱 工程抗震设计是针对未来可能遭遇 的地震设防的，因此，由过去某次已经发 生的地震动记录得出的反应谱实际意义不大。国家组织专

17、家经过对我国历史上的所有 地震资料的专题研究，提出能利用抗震计算、曲线形状又相对简单的反应谱曲线，这就 是设计反应谱。图4-7是我国抗震规范以地震影响系数形式给出的设计反应谱。 也称为抗震规范反应谱曲线。 4.3.3地震作用4.3.3地震作用4.3.3地震作用4.3.3地震作用三、水平地震作用的计算计算高层建筑结构的水平地晨作用有底部剪力法、振型分解反应谱法和时程分析法。1底部剪力法 底部剪力法的计算简图如图4-8所示，结构的总水平地震作用标准值用下式计算。 4.3.3地震作用4.3.3地震作用4.3.3地震作用2振型分解反应谱法 振型分解反应谱法是在高层建筑结构中计算 地震作用时常用的一种比

18、较精确的算法。一般将n层房屋结构体系，当考虑扭转藕连 振动时总共有3n个振型，利用振型分解反应谱法 时，必须先求出其中的若干振型(必须是3的倍数)及周期。 4.3.3地震作用3时程分析法 当房屋高度较高，地震烈度较高或房屋沿高度方向刚度和质量特别不均匀时，要采 用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充分析计算。 4.3.3地震作用四、竖向地震作用的计算 竖向地震作用对高层建筑及大跨结构有很大影响，在地震高烈度区影响变为强烈。规范中规定高层建筑9度抗震设计时应计算竖向地震作用，对于 8度、9度抗震设防的大跨度、长悬臂结构也应计算竖向地震作 用。竖向地震作用的计算简图如图4-9所示。 4.3.3地震

19、作用4.3.3地震作用4.3.3地震作用 将计算的竖向总轴力按各墙、柱所承受的重力荷载代表值的大小，按比例进行分配。并宜乘以增大系数1.5。 4.3.3地震作用4.3.4温度作用 温度作用是因温度改变对结构发生作用及导致结构破坏，温差只在超静定结构中 产生温度内力，也会使结构产生变形，高层建筑结构是高次超静定结构，因此高层建筑 结构中的温度作用不可忽视。 解决温度作用的直接方法是设法减小或避免环境温度对结构的作用，可以采用保 温隔热措施，把结构隐蔽在立面墙体之内，使结构置丁恒温环境之中，不受外界温度变 化的影响。但由于考虑到建筑成本，目前对钢筋混凝土高层建筑，一般较多地采用结构 外露的设计方案

20、。这种情况下，结构的内力必将受到外界温度变化的影响。 引起高层结构温度内力的温度变化有3种，即：室内外温差、日照温差和季节温差。一般说来，由于温度变化引起的结构内约束力与结构内楼面的数量成正比。温度变化引起的结构变形一般有以下几种： 4.3.4温度作用1柱弯曲 由于室内外的温差作用，引起外柱的一侧膨胀或另一侧收缩，柱截面内应变不均而引起弯曲。 2内外柱之间的伸缩差 外柱柱列受室外温度影响，内柱柱列受室内空调温度控制，两者的轴向伸缩不一 致，便引起楼盖结构的平面外剪切变形。 3屋面结构与下部楼面结构的伸缩差 暴露的屋面结构随季节日照的影响，热胀冷缩变化较大，而下部楼面结构的温度变 化较小、由于上

21、下层水平构件的伸缩不等，就会引起墙体的剪切变形和剪切裂缝。4.3.4温度作用4.4剪力墙结构4.4.1剪力墙作用 4.4.5剪力墙的适用范围4.4.2剪力墙的类型 4.4.6剪力墙的设计原则4.4.3剪力墙的平面布置 4.4.7剪力墙的破坏形态4.4.4剪力墙的竖向布置4.4.1剪力墙作用 钢筋混凝土房屋建筑结构中，除框架结构外，其他结构体系都有剪力墙。剪力墙刚度大，容易满足风或小震作用下层间位移角的限值及风作用下的舒适度的要求；承载能力大；合理设计的剪力墙具有良好的延性和耗能能力；与框架一起抗侧力时，可以适当降低框架的抗震要求。剪力墙是钢筋混凝土房屋的主要抗侧力结构单元。 4.4.2剪力墙的

22、类型 图4-10 剪力墙分类(a)整体墙；(b)联肢墙；(c)不规则开洞墙 4.4.2剪力墙的类型 (1) 整体墙凡墙上门窗洞口开孔面积不超过墙面面积的16，且孔洞间净距及孔洞至墙边净距大于孔洞长边时，可以忽略洞口的影响。假设截面上应力为直线分布，见图4-10(a)，按整体悬臂墙计算(静定结构)这类墙的内力及位移，称为整体墙计算方法。 （2） 联肢墙当洞口较大，且排列整齐，可划分墙肢和连梁，则称为联肢墙，见图4-10(b)。联肢墙是超静定结构，其近似计算方法很多，例如小开口剪力墙计算方法、连续化方法、带刚域框架方法等。 （3） 不规则开洞剪力墙当洞口较大，而排列不规则，见图4-10(c)。这种

23、墙不能简化成杆件体系进行计算，如果要较精确的知道其应力分布，只能采用平面有限元方法。 4.4.2剪力墙的类型4.4.3剪力墙的平面布置 在平面上剪力墙应双向或多向布置，宜对直拉通。剪力墙结构中布置剪力墙时，还应注意以下4点具体要求：（1）剪力墙宜沿建筑主轴线方向布置，墙肢截面宜简单、规则。如采用矩形、L形、T形平面时，沿两个正交的主轴方向双向布置；三角形及Y形平面可沿三个主轴方向布置；正多边形、圆形和弧形平面，则可沿径向及环向布置。 4.4.3剪力墙的平面布置（2）不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构(短肢剪力 墙是指墙肢截面高度与厚度之比为58的剪力墙)。短肢剪力墙较多时应布置筒体(或一般剪

24、力墙)，形成短肢剪力墙与筒体(或一般剪力墙)共同抵抗水平力的剪力墙结构，并应符合高层规程中更加具体的要求。 4.4.3剪力墙的平面布置（3）较长的剪力墙宜开设洞口，将其划分为长度较为均匀的墙段，墙段宜采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2。 （4）剪力墙墙肢截面高度不宜大于8m。 4.4.4剪力墙的竖向布置 在进行剪力墙结构竖向布置时，剪力墙应尽量做到上下连续，不使结构刚度发生突变；并应控制剪力墙平面外的弯矩，防止剪力墙在平面外失稳。具体布置时尚应注意6点： （1）剪力墙应在整个建筑竖向连续，上应到顶，下要到底，中间楼层不要中断。剪力墙不连续会使结构刚度突变，对抗震不利

25、。 4.4.4剪力墙的竖向布置（2）剪力墙的洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁图4-11(a)，宜避免墙肢刚度相差悬殊的洞口设置。剪力墙相邻洞口之间以及洞口与墙边缘之间要避免小墙肢(图4-12)。抗震设计时， 一、二、三级抗震等级剪力墙的底部和加强部位不宜采用错洞墙；一、二、三级抗震等级的剪力墙均不宜采用叠合错洞墙图4-11(b)。 4.4.4剪力墙的竖向布置图4-11 剪力墙洞口图4-12 小墙肢（3）顶层取消部分剪力墙而设置大房间时，其余的剪力墙应在构造上予以加强；底层取消部分剪力墙时，应设置转换楼层，并按专门规定进行结构设计。（4）为避免刚度突变，剪力墙的厚度应按阶段变化，每

26、次厚度减少宜为50100 mm，使剪力墙刚度均匀连续改变。厚度改变和混凝土强度等级的改变宜错开楼层。 （5）为减少上下剪力墙结构的偏心，般情况下厚度宜两侧同时内收。外墙为保持外墙面平整，可以只在内侧单面内收；电梯井因安装要求，可以只在外侧单面内收。 4.4.4剪力墙的竖向布置4.4.4剪力墙的竖向布置(6)当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应至少采用以下措施中的一个措施，减小梁端部弯矩对墙的不利影响。a.沿梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙，抵抗该墙肢平面外弯矩； b.当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时，宜在墙与梁处设置扶壁柱，扶壁柱宜按计算确定截面及配筋； c.当不能设置扶壁柱时，应在

27、墙与梁相交处设置暗柱，并宜按计算确定配筋； d.必要时，剪力墙内可设置型钢。 4.4.5剪力墙的适用范围 剪力墙结构中的剪力墙间距一般为38m，适用于开间尺寸不大的高层宾馆、住宅和公寓等建筑。表4-11和表412分别是A级和B级高度的钢筋混凝土剪力墙结构的最大适用高度；表4-13和表4-14分别是A级和B级高度的钢筋混凝土剪力墙结构的最大高宽比限值。 4.4.5剪力墙的适用范围4.4.5剪力墙的适用范围4.4.6剪力墙的设计原则 为了实现延性剪力墙，剪力墙的抗震设计应符合下述原则： 强墙弱梁 、强剪弱弯 、 限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件 、加强重点部位、连梁特殊措施 4.4.6剪力墙的设

28、计原则1. 强墙弱梁 连梁屈服先于墙肢屈服，使塑性变形和耗能分散于连梁中，避免因墙肢过早屈服使塑性变形集中在某一层而形成软弱层或薄弱层。 2. 强剪弱弯侧向力作用下变形曲线为弯曲型和弯剪型的剪力墙，一般会在墙肢底部一定高度内屈服形成塑性铰，通过适当提高塑性铰范围及其以上相邻范围的抗剪承载力，实现墙肢强剪弱弯、避免墙肢剪切破坏。 对于连梁，与框架梁相同，通过剪力增大系数调整剪力设计值，实现强剪弱弯。4.4.6剪力墙的设计原则4.4.6剪力墙的设计原则 3. 限制墙肢的轴压比和墙肢设置边缘构件与钢筋混凝土柱相同，轴压比是影响墙肢抗震性能的主要因素之一。限制底部加强部位墙肢的轴压比、设置边缘构件是提

29、高剪力墙抗震性能的重要措施。4.连梁特殊措施普通配筋的、跨高比小的连梁很难成为延性构件，对抗震等级高的、跨高比小的连梁采取特殊措施，使其成为延性构件。 4.4.6剪力墙的设计原则 5、加强重点部位 剪力墙底部加强部位是其重点部位。剪力墙底部加强部位的高度可取墙肢总高度的18和底部两层高度二者中的较大值，且不大于15m；部分框支剪力墙结构的剪力墙，其底部加强部位的高度，可取框支层加框支层以上两层的高度及落地剪力墙总高度的l8二者中的较大值。除了适当提高底部加强部位的抗剪承载力、限制底部加强部位墙肢的轴压比外，还需要加强该部位的抗震构造措施，对一级剪力墙还需要提高其抗弯承载力。这些措施对于改善整个

30、结构的抗震性能非常有用。 4.4.7剪力墙的破坏形态 在轴压力和水平力的作用下，墙肢的破坏形态与实体墙的破坏形态相同(图4-13)，可以归纳为弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和滑移破坏等。实际工程中，可能出现滑移破坏的位置是施工缝截面。因此，抗震等级一级的剪力墙要进行施工缝截面抗滑移验算，无地下室且墙肢底截面为偏心受拉时，墙肢与基础交接面立另设防滑斜筋。 图4-13实体墙的破坏形态(a)弯曲破坏；(b)弯剪破坏；(c)剪切破坏；(d)滑移破坏 4.4.7剪力墙的破坏形态4.5框架-剪力墙结构4.5.1 框架-剪力墙结构协同工作计算4.5.2剪力墙和框架之间的联系4.5.3近似计算 底层为框架的剪力

31、墙结构，由于上部墙体与底层框架的不同性质，给计算带来一些 麻烦。底层为框架的剪力墙结构的计算包含两个方面的内容：1)底层为框架的剪力墙 在水平荷载作用下的内力和位移计算以及它们与落地剪力墙协同工作时的内力和位移 计算问题；2)底层为框架的剪力墙在坚向和水平荷载作用下墙框交接区的应力分布问 题。前一方面的问题，可以把上部墙体视为杆件结构，用杆件结构的计算理论采解决； 后一方面的问题，涉及到两种不同性质的构件(一维的杆件结构和两维的平面问题)的 接触问题，必须用弹性力学的理论来解决。 4.5.1 框架-剪力墙结构协同工作计算a.通过楼板。楼板对各平面结构不产生约束弯矩，简化为铰接连杆。b.通过联系

32、梁。联系梁与剪力墙连端为刚接，与框架相连端为铰接。4.5.2剪力墙和框架之间的联系4.5.2剪力墙和框架之间的联系图4-14 近似方法中把所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架，协同工作计算主要 解决荷载在总剪力墙和总框架之间的分配，得到总剪力墙和总框架的总内力，并计算侧向位 移。每片剪力墙的内力，将按各片墙等效抗弯刚度进行再分配。各个柱子的水平剪力也将按 每个柱子的D值进行再分配。4.5.3近似计算刚度特征值 ：框剪结构的刚度特征值，是框架抗推刚度与剪力墙抗弯刚度的比值铰结体系：刚结体系4.5.3近似计算剪力墙内力：框架梁、柱的内力4.5.3近似计算刚结联系梁的设计弯矩和剪力：4.5

33、.3近似计算4.6筒体结构 筒体结构是框架一剪力墙结构和剪力墙结构的演变和发展，它将抗侧力结构集 中布置于房屋的内部或外部而形成空间封闭的筒体。筒体是空间整截面工作的结构，如同竖立在地面上悬臂箱形截面梁，它使结构体系具有很大的抗侧刚度和抗水平推力的能力，并随房屋高度增加而具有明显的空间作用，因而筒体结构一般适用于层数或高度较大的结构。剪力墙的集中设置使建筑物获得较大的使用空间，使建筑平 面设计具有良好的灵活性，这样，筒体结构多用于综合性办公楼等各类超高层公共建筑。 筒体结构根据房屋高度、水平作用的性质及大小，可采用钢筋混凝土或钢建造。筒 体结构按照竖向结构的形式、布置及数量的不同，有以下常用体

34、系：(1)筒体框架结构体系：筒体为实腹墙围成的封闭筒体，布置于建筑平面的核心 位置，而外部为框架结构，平面布置如图4-15（a）所示。4.6.1筒体结构体系(2)框筒一框架结构体系：筒体结构为空腹墙围成的封闭筒体称为框筒，框筒可以认为是实腹筒在各楼层设置洞口而形成的，它由密排柱及裙梁组成，布置于建筑平面的外部，而框筒内部为框架结构。该结构体系水平力全部由框筒结构承受，而内部 框架仅承受竖向荷载，对抵抗水平力的作用可忽略不计。该体系平面布置如图4-15（b）所示。 4.6.1筒体结构体系(3)筒中筒结构体系：如图4-15(c)所示，它是由建筑平面外边缘为框筒、内部为实腹 墙筒体组成的结构。 (4

35、)成束筒体结构体系：如图4-15(e)所示，它是由若干单元筒体并联组成的空间刚 度极大的结构体系。 4.6.1筒体结构体系4.6.1筒体结构体系4.6.2框筒与筒中筒结构特点及布置 框筒及由框筒与实腹筒构成的筒中筒结构是筒体结构体系中两种最常用的结构形式。 在水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾覆力矩外，翼缘框架柱主要是通过 承受轴力抵抗倾覆力矩。同时，梁、柱都有在翼缘框架平面内的弯矩与剪力。内于翼缘 框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架各柱轴力向中心逐渐递减，如图4-16，这种 现象称为剪力滞后现象。由剪力滞后引起的柱轴力分布不均匀沿柜筒高度也是变化 的，图4-17是深圳国贸中心大厦静

36、力分析得到的1、20、43层翼缘框架轴力分布图，由于 对称，只画出半个框架。出图可见，底部剪力滞后现象相对严重一些，愈向上柱轴力减 小，分布也越平缓。 4.6.2框筒与筒中筒结构特点及布置4.6.2框筒与筒中筒结构特点及布置 为减少剪力滞后，在框筒结构中耍采取一系列措施，其中最主要的是缩小柱距加大梁向，即所谓密柱深梁。框筒结构将密柱深梁布置在建筑物外围，既充分利用材料的轴向承载力，使结构具有很大的抗侧刚度利抗扭刚度，可增大内部空间的使用灵活 件，是经济而高效的一种抗侧力结构。 4.6.3减少剪力滞后总复习第一章 梁板结构 第二章 单层厂房 第三章 多层框架结构 第四章 高层建筑结构 第一章 梁

37、板结构1-1 概述1-2 整体式肋梁楼盖的内力计算 1-3 整体式肋梁楼盖的截面设计与配筋构造 1-4 肋梁楼盖设计例题 1-5 整体式双向板及无梁楼盖 1-6 密肋楼盖和井式楼盖 1-7 无粘结预应力混凝土楼板 1-8 装配式楼板 1-9 楼梯 1-10雨篷等悬挑构件重点是现浇单向板楼盖的设计计算规范规定：对于四边支承的板，按弹性理论：当长短边比值L01L022时，可按沿短边方向的单向板计算；按塑性理论： L01L023时，可按沿短边方向的单向板计算。否则，宜按双向板计算。对于仅有两对边支承，另两对边为自由边的板，不论板平面两个方向的长度比如何，均属单向板。1、单、双向板的划分：2、 内力计

38、算楼盖结构构件(梁、板)的内力计算方法有两种： 一种是假定钢筋混凝土梁板为匀质弹性 体，按结构力学的方法计算，简称为按弹性理论的计算方法； 另一种是考虑钢筋混凝土塑性性质，按塑性理论的计算方法，对连续梁、板通常称之为考虑塑性内力重分布的计算方法。后者不 适用于下列情况： 1直接承受动态荷裁作用的结构， 2要求不出现裂缝的结构构件。如规范规定的裂缝控制等级为一级或二级的结构。此外，对于负温条件下工作的结构也不应考虑塑性内力重分布。上述情况下的结构构件都应按弹性理论进行计算。弹性理论的计算方法(一）计算简图支承条件一般混合结构，梁(板)的支承可按铰支 (或简支)考虑。但是，对于支承在钢筋混凝土柱上

39、的主梁，其支承条件应根据梁柱抗弯刚度比而定。计算表明， 如果主梁与柱的线刚度比大于3，可将主梁视为铰支于柱上的连续梁计算。否则，应 按弹性嵌固于柱上的框架梁计算。 对于支承在次梁上的板(或支承于主梁上的次梁），将其支座视为不动铰支座，按连续板(或梁)计算 由此引起的误差将在计算荷载和内力时加以调整。计算跨度和跨数计算跨度查表跨数：对5跨和5跨以内的按实际跨数取用，多余5跨的连续梁板，只按5跨计算，所有中间跨都按第三跨的来配筋。荷载计算 当楼面承受均布荷载时，对于板，通常取宽度为1m的板带作为计算单元为板带自重(包括面层及粉刷等)及板带上的均布可变荷载(也叫活载) 。次梁：均布荷载主梁：集中荷载

40、除主梁外，荷载要折算。（二）弹性计算法活荷载的最不利位置 ： 梁板上的荷载有恒荷载和活荷载。其中恒载的大小和位置均不变化，而活荷载的大小和位置是随意变化的，引起构件各截面的内力也是变化的。所以，要使构件在各种情况下保证安全，就必须确定活荷载布置在哪些位置，控制截面(支座、跨中)可能产生最大内力。 查表计算内力：内力包络图 对于连续梁，活荷载作用位置不同，各控制截面的内力也不相同，按照前述活荷载最不利位置布置后，可画出各控制截面最不利内力时的内力图，将这些内力图在同一基线上画出，这些内力图的外包线就是内力包络图。 内力包络图包括弯矩包络图和剪力包络图。做弯矩包络图的目的在于计算构件正截面配筋，合

41、理确定纵向受力钢筋弯起和截断位置，做剪力包络图的目的在于计算构件斜截面的配筋，合理布置腹筋。塑性计算法对配筋适量的受弯构件，当受拉纵筋在某个弯矩较大的截面达到屈服后，再增加很少弯矩，会在钢筋屈服截面两侧很短长度内的钢筋中产生很大的钢筋应变，形成塑性变形集中区域，使区域两侧截而产生较大的相对转角，这个集中区域在构件中的作用，犹如一个能够转动的“铰”，称之为塑性铰。对于超静定结构，由于存在多余的约束，构件某一截面出现塑性铰，并不能立即成为几何可变体系，仍能继续承受增加的荷载，直到不断增加的塑性铰使结构成为几何可变体系为止。一般采用弯矩调幅法计算。等跨连续梁板塑性法对于等跨板和次梁，采用查表的方法计

42、算内力，简单方便。板的构造要求受力钢筋方式：可采用分离式或弯起式。分离式配筋是将全部跨中钢筋伸入支座，支座上部负弯矩钢筋另外设置。 弯起式配筋是将跨中的一部分正弯矩钢筋在支座附近适当位置向上弯起，在支座上方抵抗支座负弯矩。一般采用隔一弯一或隔一弯二。弯起式配筋应注意相邻跨中与支座钢筋间距的协调。一种板通常采用一种间距，然后通过调整钢筋直径来满足钢筋面积的要求。构造钢筋：分布钢筋、垂直主梁向构造筋、墙内板顶的构造筋等。次梁的配筋计算与构造要求正截面承载力计算中，跨中截面按T形截面考虑，支座截面按矩形截面考虑。在斜截面承载力计算中，当荷载、跨度较小时，一般可仅配置箍筋。次梁中纵向受力钢筋的弯起与截

43、断，原则上应按弯矩包络图确定。但对于相邻跨度不超过20，承受均布荷裁且活荷载与恒荷载之比qg3时，可按图1.14确定钢筋弯起和截断的位置。次梁构造要求主梁的计算与构造要求主梁在正截面承载力计算时，截面选取和次梁相同。即跨中为T形截面，支座按矩形截面。对于出现负弯矩的跨中，也按矩形截面。主梁纵向受力钢筋的弯起和截断应根据弯矩包络图进行布置。 主梁主要承受集中荷载，剪力图呈矩形。如果在斜截面抗剪计算中利用弯起钢筋抵抗部分剪力，则应考虑跨中有足够的钢筋可供弯起，使抗剪承载力图完全覆盖剪力包络图。若跨中可供弯起的钢筋不够，则应在支座设置专门抗剪的鸭筋。第二章 单层工业厂房重点：1、结构组成 2、排架柱

44、的设计计算，包括荷载的种类和计算，内力计算与组合、配筋设计。 3、柱下基础设计结构组成单层工业厂房通常由屋盖结构、吊车梁、柱、支撑、基础及围护结构等结构构件组成。结构布置：柱网间距应符合模数；变形缝包括伸缩缝、沉降缝和防震缝三种 ；支撑包括屋面梁(屋架)间的垂直支撑及水平系杆、屋面梁(屋架)间的横向支撑、屋面梁(屋架)间的纵向水平支撑；抗风柱、圈梁、连系梁、过梁和基础梁的作用及布置应符合一定原则。荷载作用在排架上的荷载分恒荷载和活荷载两类。恒荷载即永久荷载：一般包括屋盖自重；上柱自重F2；下柱自重F3；吊车梁和轨道零件自重F ，以及有时支承在牛腿上的围护结构等重力F5。活荷载即可变荷载，一般包

45、括屋面活荷载F6，吊车荷载Tmax，Dmin、Dmax。均布风载q1，q2以及作用在屋盖支承处的集中风荷载等。活载：屋面活载（包括展面均布活荷载、雪荷载和屋面积灰荷载三种）、吊车竖向荷载、吊车水平荷载、风荷载。荷载示意图内力计算柱顶作用水平集中力时，用剪力分配法。对任意荷载就必须把计算过程分为两个 步骤：1、先在排架柱顶附加不动铰支座以阻止水平侧移，求出其支座反力R；2、然后撤除附加不动铰支座，将支座反力反向作用于排架 柱顶， 以恢复到原受力状念。3、叠加上述两步骤中的内力，即为排架 的实际内力。排架内力组合控制截面：上柱底面、下柱柱顶截面、下柱柱底截面建筑结构荷载规范中规定：对于一般排架、框

46、架结构，基本组合可采用简化规则，应按下列组合值中取最不利值确定组合方式注意事项第三章 多层框架结构31 多层框架结构的组成与布置32 框架结构内力与水平位移的近似计算方法33 多层框架内力组合34 无抗震设防要求时框架结构构件设计35 多层框架结构基础36 现浇混凝土多层框架结构设计示例一、截面形式框架梁的横截面通常是矩形，框架柱的截面形式通常为矩形或正方形。有时根据建筑功能的要求，也设计为圆形、八边 形或T形。二、分类 钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同，可分为现浇式、半现浇式、装配式和装配整体式等四种类型。截面形式与分类承重框架的布置横向框架承重方案纵向框架承重方案 纵横向框架双向承重方案

47、竖向荷载作用下的分层法；水平荷载作用下的反弯点法和D值法；对现浇楼盖，中框架取I 2Io，边框架取I=1.5Io；对装配整体式楼盖，中框架取I1.5Io，边框架取I=1.2Io；对装配式楼盖，则取I=Io，这里Io为矩形截面梁的截面惯性矩。内力计算方法分层法多层框架结构在竖向荷载作用下的内力计算可近似地采用分层法。假定如下： 1、框架无侧移。 2、每一层梁上的荷载只对本层的梁和上、下柱产生内力，忽略它对其他各层梁及其他柱内力的影响。 第2点假定是考虑到荷载在本层节点产生不平衡力矩，经过分配与传递，影响到柱的远端。然后在柱的远端再一次分配，才影响到相邻层的梁；而其值随着传递和分配次数的增加而衰减

48、，梁的线刚度越大，衰减越快。分层法1除底层以外，其他各层柱的线刚度均乘0.9的折减系数。2除底层柱以外，其他各层柱的弯矩传递系数由12改为13。 可以用弯矩分配法逐个计算各个开口框架的内力，然后将各个开口框架的弯矩图叠加起来成为整个框架的弯矩图。实际上主要是柱端弯矩的叠加，因为除底层柱以外的每根柱都是分别属于上、下层的。由分层法计算所得的框架节点弯矩是不平衡的，对于不平衡弯矩较大的节点，可将不平衡弯矩再分配一次，但不再传递。分层法反弯点法可以假定横梁的抗弯刚度无限大，则各柱上、下端都不发生角位移，且水平位移相同。由结构力学可知，反弯点必在柱高的中点。对于下端固定的底层柱，考虑到柱上端并非完全固定，而反弯点偏向刚度较小的一端，可以取其反弯点位于距柱底三分之二柱高处。以各个梁为截离体，将梁的左右端弯矩之和除以该梁的跨度，便得梁内剪力：自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，即可得到柱内轴向力。D值法反弯点法假定框架各楼层柱的反弯点高度为定值，并在确定柱的侧向刚度时假定框架的线刚度为无限大，因而各柱的侧向刚度只与柱本身有关而与框架梁无关。但当框架柱的线刚度较大(梁对柱的线刚度比小于3)，框架上、下层的层高变化较大，或上、下