山大《高层建筑结构》要点总结

第1章高层结构概述1、什么是高层建筑？(1)10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。(2)建筑高度大于1OOm的民用建筑为超高层建筑。2、试述高层建筑结构的受力特点随结构高度增加，在水平力作用下，侧向位移增加最快，其次是弯矩和轴力;水平荷载（作用）是主要荷载，结构高度和抵抗侧移是设计的主要矛盾。第2章抗侧力结构与布置1、高层建筑结构体系有哪些？各有什么优缺点？框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙（筒体）结构、筒中筒结构、成束筒结构、巨型框架。框架结构优点是：⑴建筑平面布置灵活，分隔方便；⑵整体性好，设计合理时具有较好的塑性变形能力和抗震能力；⑶墙体采用轻质材料时，结构自重小。缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。剪力墙结构的优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活。框架—剪力墙（筒体）结构，既克服了纯框架结构抗侧移刚度小的缺点，又解决了纯剪力墙结构建筑平面布置不灵活的问题。筒中筒结构具有更大的抗侧移刚度和承载力，并且具有很好的抗扭刚度。成束筒结构的刚度和承载力更高。沿高度方向，还可以逐渐减少筒体的个数，结构刚度逐渐变化，且不影响框筒中梁、柱和楼板的布置。巨型框架：其抗弯刚度和承载力也很大，比一般框架的抗侧移刚度大很多。高层建筑结构的总体布置原则：①控制结构的高宽比H/B。高宽比反映的是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。高宽比越大，结构的侧向变形能力也相对越强，倾覆力矩也越大，经济效益相对越低。②结构平面形状宜简单、规则、刚度和承载力分布均匀，且宜使风作用效应小。平面不规则的类型：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。③高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的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。④楼盖的采用：优先采用现浇楼盖，采用装配整体式楼盖时应满足有关构造要求。（房屋高度超过50m时，框架—剪力墙结构、筒体结构以及体形复杂的高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构；房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架—剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构，6、7度抗震设计的框架——剪力墙结构可采用装配整体式楼盖，但应满足有关构造要求；房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层，应采用现浇楼盖结构。）⑤缝的设置原则：尽量不设缝。如要设缝，缝宽必须满足抗震缝的要求。如不设缝，应采取相应的构造或施工措施。⑥地基的选用：高层建筑宜选用承载力较大、压缩变形较小、稳定性好的土层作为地基。（在地震区，尽可能避开对抗震不利的地段。当无法避开时，应采取可靠措施，使建筑物在地震时不致由于地基失稳而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式。当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。高层建筑的基础埋置深度要大）3.高层建筑的基础为什么要有埋置深度的要求？（1）较深的土层承载力大、压缩性小，稳定性好。高层建筑的水平荷载较大，要求基础周围的土壤应有一定的嵌固作用。（3）根据实测可知，通常在较深处地震波幅值较小，越靠近地面地震波幅值越大。4、框架-核心筒结构与框筒结构有何异同？相同点：都是由外围柱框架围起来的结构不同点：前者外框筒的柱距大、梁高小、为平面结构，后者外框筒柱距大、梁高大、为空间结构。5、高层建筑结构为什么要限制结构的水平侧移：高层建筑结构应具有必要的刚度，在正常使用条件下限制建筑结构层间位移有两个目的：第一，保证主要结构基本处于弹性受力状态，对钢筋混凝土结构要避免混凝土墙或柱出现裂缝；将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度限制在规范允许范围之内。第二，保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损坏。第3章高层建筑结构荷载1、如何确定高层建筑风荷载？确定高层建筑风荷载的方法有两种，大多数建筑（高度300m以下）可按照荷载规范规定的方法计算风荷载值，少数建筑（高度大、对风荷载敏感或有特殊情况者）还要通过风洞试验确定风荷载。单位面积风荷载标准值其中：①风荷载是一种动荷载。但是风的脉动周期相对较长，对多层建筑影响很小，对高度较大的高层建筑就应考虑动荷效应。②风荷载是一种面分布力。在结构分析时，为计算方便，往往将它处理成线分布力或节点集中力。③风荷载是一种随机荷载。风几乎每天都在刮，有时大，有时小。生活中人们习惯用风的级别（风级表）来描述它。高耸结构风荷载计算中，为什么要计算风振系数？风载是动荷载，结构在风载作用下产生振动，结构内力要大于静载作用。我国《荷载规范》采用基本风压乘以风振系数来考虑其影响。高度超过30m且高宽比H/B≥1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显。因此要计算风振系数。总体风荷载与局部风荷载。总体风荷载是指整个结构所受到的风作用。为建筑物各个表面承受风荷载的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。局部风荷载用于计算结构局部构件或围护构件或围护构件与主体的连接。如水平悬挑构件、幕墙构件及其连接件等，计算按公式做，但采用局部风荷载体型系数，檐口、雨篷、遮阳板、阳台等突出构件的上浮力，风载体型系数不宜小于2.0；建筑幕墙按标准规定采用。有震组合、无震组合？无震组合：组合时不考虑地震作用且荷载与荷载效应按线性关系考虑，；有震组合：考虑地震作用效应且作用与作用效应按线性关系考虑，。第4章设计要求及荷载效应组合1、延性的概念、抗震等级：延性一般是指材料的塑性变形能力，对于构件和构件截面来讲，延性是指保持承载力情况下的塑性变形能力。依据设防烈度、结构类型、房屋高度、场地类别，划分了结构的抗震等级。不同抗震等级，对应不同的延性要求。设计时采取不同的计算和构造措施。钢筋混凝土框架弯矩调幅：根据框架设计原则，梁端容许出现塑性铰。在框架梁的设计中，可以利用塑性内力重分布，降低梁端弯矩，减少负筋配筋量。内力组合、荷载组合：内力组合——截面内力之间的相关性，弯矩和剪力之间，不考虑相关性。故对框架梁来讲，只需计算到最大弯矩和最大剪力即可；弯矩和轴力之间，存在相关性，故框架柱弯矩、轴力要“相应”。荷载组合——多种荷载的共同作用，内力计算时，一般采用荷载的标准值，荷载组合时，再乘以相应的分项系数。补充设计时在那些方面有要求：①承载能力②水平位移限值和舒适度要求③高层建筑的稳定问题④延性的要求。第5章框架,剪力墙,框架剪力墙结构的近似计算方法与设计概念1、框架结构的基本布置原则。（1）框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，主体结构除个别部位外，不应采用铰接。（2）框架梁、柱中心线宜重合(拉通-对直)。当梁、柱中心线不能重合时，应做到大于柱截面在该方向宽度的1/4。（3）抗震设计的框架结构不应采用单跨框架。（4）框架结构的填充墙及隔墙宜选用轻质墙体，并与框架有良好的拉结。（5）框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。2、框架结构内力简化计算方法？基本假定、内力分布规律。计算方法：竖向荷载计算采用分层力矩分配法；水平荷载采用D值法和反弯点法。基本假定：一片框架或一片剪力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。楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略。忽略梁、柱轴向变形及剪切变形。杆件为等截面（等刚度），以杆件轴线作为框架计算轴线。弯矩图在竖向荷载下结构的侧移很小，因此在做竖向荷载下计算时，假定结构无侧移。弯矩图内力分布规律：。。。。。。剪力图剪力图轴力图轴力图框架柱的抗推刚度、柱子的串并联。抗推刚度：单位位移所需施加的水平推力。数柱并联（横向组合），总刚度等于各柱刚度之和；数柱串联（竖向组合），总刚度的倒数等于各柱刚度倒数和。反弯点、影响反弯点位置的因素。反弯点：弯矩等于0的点，且此点上下弯矩相反。影响反弯点位置的因素：框架结构的总层数以及该层所在的位置；梁柱的线刚度比；荷载的形式；上层与下层梁刚度比；上、下层层高的变化。应用范围：多层框架D值法对反弯点法的改进。考虑了梁柱刚度、层高、荷载的变化，考虑了转角的影响。应用范围：高层框架框架侧移有几部分构成？侧移类型。框架侧移由框架各层侧移和定点总侧移组成；侧移的类型有弯曲型侧移、剪切型侧移。剪力墙：一般在高层建筑中，用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，称之为剪力墙。有的也叫做抗震墙。分类：①按墙肢截面高厚比分——h/b≤4，柱子；h/b=5～8，短肢剪力墙；h/b＞8，普通剪力墙。②按结构材料分类——可以分为钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙、型钢混凝土剪力墙和配筋砌块剪力墙。③按洞口划分——整体墙、小开口整体墙、联肢墙、壁式框架、框支剪力墙、错洞剪力墙。剪力墙的布置原则。在剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，两个方向的侧向刚度不宜相差过大。抗震设计时，不应采用仅单向有墙的结构布置；宜自下到上连续布置，避免刚度突变；门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置；抗震设计时，一、二、三级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙，全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙；剪力墙不宜过长，较长的剪力墙宜设置跨高比较大（一般≥6）的连梁将其分成长度较为均匀的若干墙段，各墙段的高度与墙段长度之比不宜小于3。墙段长度不宜大于8m；楼面梁不宜支承在剪力墙或核心筒的连梁上。当剪力墙或核心筒墙肢与其平面外相交的楼面梁刚接时，可沿楼面梁轴线方向设置与梁相连的剪力墙、扶壁柱或在墙内设置暗柱，并应符合有关规定；当墙肢的截面高度与厚度之比不大于4时，宜按框架柱进行截面设计；抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙；B级高度高层建筑以及抗震设防烈度为9度的A级高度高层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构；当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，应符合有关要求。剪力墙平面计算基本假定。楼板在自身平面内刚度为无穷大，在平面外刚度为零；各榀剪力墙在自身平面内有较大的抗侧移刚度，在平面外的刚度为零。各种剪力墙受力特点、变形规律。整体墙：水平荷载作用下，剪力墙轴力为零；截面正应力分布符合直线规律。变形以弯曲变形为主。小开口整体墙：①弯矩：正应力在整个截面上大致是直线分布，局部弯曲弯矩不超过截面弯矩的15％；大部分楼层上，墙肢不存在反弯点。②剪力：当墙肢较窄时，剪力基本上按惯性矩分配；当墙肢较宽时，剪力基本上按截面积分配。变形以整体弯曲变形为主，洞口间的墙肢也有明显的局部弯曲变形。联肢墙：墙肢弯矩存在反弯点，越靠近底端，墙肢弯矩增加越快；墙肢轴力上小下大，且一拉一压、左右相等；剪力最大的连梁在墙肢高度中间偏下。变形：整体系数大，以整体弯曲变形为主，整体系数小，以局部弯曲变形为主。壁式框架：多数层层间墙肢存在反弯点。弯曲变形为主，杆件截面尺寸较大时，应考虑剪切变形。框支剪力墙：受力特点：墙体内、、均存在，应力非均布，柱顶压应力集中；框架梁存在拉应力，梁顶存在剪应力，梁端负弯矩较小，梁、柱端弯矩不平衡，跨中梁顶面压应力接近于零。框—剪结构布置原则。（1）框架—剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙。（2）框架—剪力墙结构中：结构构件不应采用铰接；梁与柱或柱与剪力墙的中心线宜重合。（3）剪力墙的布置宜符合下列要求，即均匀、分散、对称、周边：①剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼体间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；②平面形状凹凸较大的部位，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；③纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等；④单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的30%；⑤剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变，剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；⑥楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；⑦抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近；⑧纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端；⑨板柱—剪力墙布置详见《高层规程》；长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中其剪力墙的布置尚应符合下列要求：①横向剪力墙沿长方向的间距按规范规定取，当剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；②纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。在抗震设计的框—剪结构中，剪力墙的数量必须满足一定的要求。框—剪结构的协同工作。在水平荷载作用下，框架结构的侧移属剪切型。剪力墙在水平荷载作用下的侧移属弯曲型。而在框架—剪力墙结构中，既有框架、又有剪力墙，且楼盖将他们连接成一个整体。在每一楼层处，框架和剪力墙的侧移应该协调。因此，框—剪结构的侧移形式应为弯剪复合型。即结构底部，框—剪结构侧移小于纯框架侧移，而大于纯剪力墙侧移。相当于剪力墙将框架拉住。在结构顶部，框—剪结构侧移大于纯框架侧移，而小于纯剪力墙侧移。相当于框架将剪力墙顶住。框—剪结构中，框架和剪力墙间既存在相互作用、又保持共同变形的特点，称为协同工作。框—剪结构的计算模型铰接体系和刚接体系。框架和剪力墙之间，仅通过楼板相联系。而楼板只能传递水平力，不能够传递弯矩，相当于铰链，故为铰结体系。总剪力墙总剪力墙总框架铰结体系计算简图框架和剪力墙之间，不仅通过楼板相联系，也有连梁联系。连梁既能传递水平力，也能够传递弯矩，相当于刚链，故为刚结体系。框架—剪力墙结构的刚度特征值总框架抗推刚度与总剪力墙抗弯刚度的相对大小。即框—剪结构内力、侧移特点，两种不同抗侧力结构的相互作用。受力特点：剪力：（1）框架、剪力墙剪力分布与刚度特征值大小密切相关；（2）剪力墙底部剪力最大，顶部出现负剪力（顶部存在集中力）；（3）框架底部剪力为零（计算方法原因），最大层剪力出现在结构高度中部附近，且随刚度特征值的增大而下移；（4）框架中层剪力分布趋于均匀，梁与柱的弯矩、剪力变化较少；剪力墙、框架顶部剪力均不为零，顶层楼盖传递相互作用的集中力（注意楼盖的整体性）。弯矩（以均布荷载为例）：随增大，剪力墙受到框架上部的反向作用越来越强，剪力墙上部由正弯矩变为负弯矩，底部弯矩明显减小。变形特点：较小时，框—剪结构中框架作用较弱，结构类似于纯剪力墙结构。侧移以弯曲变形为主。较大时，框—剪结构中框架作用较强，结构类似于纯框架结构。侧移以剪切变形为主。适中时，框—剪结构中框架、剪力墙协同工作明显，侧移类型介于弯曲和剪切变形之间，称为弯剪型变形。刚度中心、质心、结构主轴刚度中心：各抗侧力结构抗侧刚度的中心。质心：与质量分布相关的惯性力合力作用点。结构主轴：层剪力和产生的层间位移方向一致时，层剪力的作用线。扭转存在时，结构的受力特点。扭转存在时，各方向抗侧力单元均有剪力产生；扭转存在时，各单元侧移、剪力变化不同，离刚心越远，单元侧移越大、剪力变化越大。剪力滞后、影响因素（框筒）。剪力滞后：由剪力引起的翼板中应力分布不均匀的现象。影响因素（框筒）：柱距与裙梁高度（裙梁剪切刚度越大，剪力滞后越小）、角柱面积（角柱面积越大，刚度越大，其轴力与中间柱子差距也越大，剪力滞后越严重）、框筒结构高度（框筒底部剪力滞后最严重，越向上越缓和）、框筒平面形状（翼缘长度越大，剪力滞后越严重）。伸臂的概念、特点。伸臂是指刚度很大，连接内筒和外柱的实腹梁或桁架。特点优点：能增大结构整体刚度、减小侧移、减小内筒弯矩、增大框架中柱内力。缺点：使内力沿高度发生变化，框架内力的突变不利于抗震。第6章框架结构设计1、延性框架的设计原则(1)多道设防：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固等。(2)塑性耗能：利用延性、防止脆性破坏。(3)连接锚固:可靠的连接、锚固措施。弹性抗震结构与延性抗震结构的区别：延性抗震结构:发生小震时，结构弹性变形；发生中震时，结构出现塑性变形；发生大震时，用塑性耗能但不倒塌。弹性抗震结构：发生大、中、小震时，结构保持弹性变形。框架梁端部弯矩调幅：框架梁端负弯矩值一般较大，相应负筋配筋量也较高，施工不便。照框架模型，计算的根据框架设计原则，梁端容许出现塑性铰。在框架梁的设计中，可以利用塑性内力重分布，降低梁端弯矩，减少负筋配筋量。弯矩调幅时应注意：塑性调幅仅对竖向荷载下内力进行—恒载、活载；塑性调幅必须在内力组合之前进行—先调幅后组合。框架梁、柱的控制截面有哪些？为什么？框架梁：端部截面、跨中截面。框架柱：上、下端截面影响框架梁延性的因素：1相对压区高度

2..纵筋配筋率，3.剪压比，4.跨高比，5.塑性铰区的箍筋量。

框架梁通长钢筋：为满足抗震要求，沿梁全长顶面和底面至少应各配两根通长钢筋。框架梁端部箍筋加密：在塑性铰区内，不仅有垂直裂缝，而且有斜裂缝。由于地震作用是往复荷载，会产生交叉斜裂缝，垂直裂缝也会裂通。混凝土的咬合作用会渐渐丧失。必须有足够的箍筋对其约束，保证剪力的可靠传递。框架柱破坏形态：（1）弯曲破坏(2)剪切受压破坏(3)剪切受拉破坏（4）剪切斜拉破坏（5）粘结开裂破坏。影响因素：（1）剪跨比（2）轴压比（3）剪压比（4）箍筋配置强节点、强锚固，节点破坏特征。强节点：足够的承载力、足够的箍筋、混凝土的强度及密实性；强锚固：足够的锚固长度、可靠的锚固方式。节点破坏特征：①通裂阶段。作用于核心的剪力达到60～70%极限剪力时，核心区出现贯通的斜裂缝（0.1～0.2mm）②破裂阶段。随着反复荷载逐渐加大，贯通裂缝加宽，剪力主要由箍筋承担并陆续达到屈服，最后混凝土压碎，节点破坏。设计时以该阶段作为极限状态。梁、柱、节点配筋构造①抗震设计时，不应少于柱端加密区的箍筋配置。②一、二、三级框架节点核心区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08，且箍筋体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。③柱剪跨比不大于2的框架节点核心区的配箍特征值，不宜小于核心区上、下柱端配箍特征值中的较大值。10、框架柱中为什么要控制体积配箍率？柱子体积配箍率的限值，目的是保证箍筋对核心混凝土的约束。既有箍筋形式的要求，也有配置量的限值。第7章剪力墙设计1、剪力墙的延性设计，如何实现多道设防？为实现延性剪力墙，剪力墙抗震设计应满足：强墙弱梁；（2）强剪弱弯；（3）加强重点部位