高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,吳方伯 教授 電話： E-mail,湖南大學(xué)土木工程學(xué)院,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,2,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,緒論,一、本課程講授的主要內(nèi)容,高層建筑的一般知識 高層建筑結(jié)構(gòu)的體系與布置 高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載與設(shè)計要求 框架結(jié)構(gòu)的計算 剪力墻的計算 框架剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算 扭轉(zhuǎn)近似計算,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,3,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、本課程的學(xué)習(xí)重點(diǎn),以現(xiàn)行鋼筋混凝土

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、規(guī)程為重點(diǎn)，介紹高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理與方法 ; 能夠進(jìn)行高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是高層框架結(jié)構(gòu)、高層剪力墻結(jié)構(gòu)和高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,4,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,三、本課程的學(xué)習(xí)方式,課堂講授與自學(xué)相結(jié)合 講課與作業(yè)相結(jié)合,四、主要參考文獻(xiàn),1.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 50009-2012） 2.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 3-2010) 3.建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB 50011-2010) 4.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50010-2010） 5.現(xiàn)行地基與樁基設(shè)計規(guī)范 6

3、.趙西安，現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，1999年 7.沈蒲生，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，2006 8.傅學(xué)怡，實(shí)用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，2010年,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,5,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,第一章 高層建筑的一般知識,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,6,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,一、高層建筑的定義（世界各國無統(tǒng)一的定義,表1-1 一部分國家和組織對高層建筑起始高度的規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,7,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,二、發(fā)展高層建筑的意義,

4、圖1-1 世界人口變化圖,節(jié)約用地 節(jié)省城市基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用 改善城市市容,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,8,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,金茂大廈 Jinmao Building,竣工日期】：1999年3月18日 【占地面積】：2.3公頃 【建筑面積】：29萬平方米 【建筑層數(shù)】：地上88層， 地下3層 【建筑高度】：420.5米 【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),三、典型工程（已建成,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,9,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,上海環(huán)球金融中心 Shanghai World Financia

5、l Center,竣工日期】 ： 2008年8月29日 【用地面積】 ： 30,000 m2 【占地面積】 ： 14,400 m2 【建筑面積】 ： 381,600 m2 【建筑層數(shù)】 ： 地上101層、 地下3層 【建筑高度】 ： 492米 【結(jié)構(gòu)形式】 ： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) （SRC結(jié)構(gòu)）、 鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,10,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,臺北101 TAIPEI 101,竣工日期】 ：2003年10月。 【建筑層數(shù)】 ：地上101層、 地下5層 。 【建筑高度】 ：508米 。 【結(jié)構(gòu)形式】 ：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 新

6、型的巨型結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,11,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,吉隆坡石油雙塔 The Petronas Twin Towers,開工時間】：1993年12月27日 【竣工時間】：1996年2月13日 【占地面積】：40公頃 【建筑面積】：28.95萬平方米 【建筑高度】：452米 【建筑層數(shù)】：88層,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,12,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,廣州塔（小蠻腰） Canton Tower,竣工時間】：2009年9月 【占地面積】：17.546萬平方米 【建筑面積】：1

7、1.4054萬平方米 【建筑高度】：塔身主體454米， 天線桅桿156米， 總高度610米。 【建筑層數(shù)】：108層， 最細(xì)處在66層 【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,13,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,迪拜塔 Burj Dubai,開工時間】：2004年9月21日 【竣工時間】：2010年1月4日 【建筑面積】：344,000萬平方米 【建筑高度】：總高度828米。 當(dāng)前世界第一高樓。 【建筑層數(shù)】：162層 【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,14,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Buildi

8、ng structures,四、典型工程（未建成,上海中心大廈 Shanghai Center Tower,開工時間】：2008年11月29日 【竣工時間】：2015年投入使用 【建筑高度】：結(jié)構(gòu)高度580米 總高度632米 【建筑層數(shù)】：127層 【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土核心筒 -外框架結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,15,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,深圳證券交易所營運(yùn)中心 Shenzhen International Trade Center,深圳證券交易所營運(yùn)中心營運(yùn)中心占地面積3.91萬平方米，建筑總高度245.8米，建設(shè)規(guī)模約26.7

9、萬平方米，其中地上部分約為18.3萬平方米，地下部分約為8.4萬平方米。 深圳證券交易所營運(yùn)中心營運(yùn)中心大樓外觀為立柱形，大廈底座被抬升至30多米形成一個巨大的“漂浮平臺”，平臺的“腰部”由一條鮮亮的紅色光帶“纏繞”，整體造型猶如一個漂亮的燭臺,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,16,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,深圳平安國際金融中心 PingAn International Finance Center,平安國際金融中心”共115層，18層為裙房，用作商業(yè)，8115層是辦公區(qū)。帶外伸臂的混合結(jié)構(gòu)。本工程于2011年11月15日動工，工期45年，計劃于2

10、016年3月竣工。 設(shè)計高度為塔頂646米，屋面588米，該中心將成為深圳市標(biāo)志性建筑物,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,17,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building structures,九龍倉長沙國際金融中心 Changsha International Finance Center,九龍倉”位于長沙市五一商圈和中央商務(wù)核心區(qū)。 最高塔樓設(shè)計高度510米，建成后將成為湖南第一高樓，長沙市的新地標(biāo)。項(xiàng)目計劃于2016年全部建成,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,18,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,第二章 結(jié)構(gòu)體系及布置,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,19

11、,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-1 引言,一、高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),當(dāng)建筑物高度增加時，水平荷載（風(fēng)荷載及地震作用）對結(jié)構(gòu)起的作用將愈來愈大。除了結(jié)構(gòu)內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)側(cè)向位移增加更快。圖2-1是結(jié)構(gòu)內(nèi)力（N，M）、位移（）與高度的關(guān)系，彎矩和位移都成指數(shù)曲線上升,內(nèi) 力 或 位 移,f (H4,M=f (H2,N=f (H,H,圖2-1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,20,二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)定,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注重概念設(shè)計，重視結(jié)構(gòu)選型與平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)好且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系，加

12、強(qiáng)構(gòu)造措施。在抗震設(shè)計中，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體性能，使整個結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度和延性。結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足下列規(guī)定,應(yīng)具有必要的承載力、剛度和變形能力； 應(yīng)避免因局部破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)破壞； 對可能的薄弱部位要采取加強(qiáng)措施； 結(jié)構(gòu)選型與布置合理，避免局部突變和扭轉(zhuǎn)； 宜具有多道抗震防線,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,21,三、高層建筑結(jié)構(gòu)體系,多層和高層建筑抗側(cè)力體系在不斷的發(fā)展和改進(jìn)，建筑高度也不斷增高。 現(xiàn)在，多層和高層建筑結(jié)構(gòu)體系大約可分為四大類型,框架結(jié)構(gòu)； 剪力墻結(jié)構(gòu)； 框架剪力墻結(jié)構(gòu)； 筒體結(jié)構(gòu)。 各有不同的適用的高

13、度和優(yōu)缺點(diǎn),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,22,2-2 常用結(jié)構(gòu)體系,框架、剪力墻、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系是多層及高層建筑中傳統(tǒng)的、廣為應(yīng)用的抗側(cè)力體系； 在高度較大的高層建筑中，利用結(jié)構(gòu)空間作用，又發(fā)展了：框架-筒體結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)及多筒結(jié)構(gòu)等多種抗側(cè)力很好的結(jié)構(gòu)體系,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,23,一、框架結(jié)構(gòu) 梁、柱、板構(gòu)成,當(dāng)采用梁、柱組成的結(jié)構(gòu)體系作為建筑豎向承重結(jié)構(gòu)，并同承受水平荷載時，稱其為框架結(jié)構(gòu)體系,1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 建

14、筑平面布置靈活； 可形成大空間； 施工簡便，較經(jīng)濟(jì)； 抗側(cè)剛度小，側(cè)移大； 對支座不均勻沉降敏感； 宜用于15層以下，最大 適用高度70m,圖2-2 框架結(jié)構(gòu)示例,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,24,2、類別: 整體式框架整體現(xiàn)澆； 裝配式框架構(gòu)件預(yù)制； 裝配整體式框架部分現(xiàn)澆、部分預(yù)制（采用疊合梁）。 3、承重分類： 橫向框架承重； 縱向框架承重； 縱橫向框架承重,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,25,二、剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻、梁、板構(gòu)成,利用建筑物的

15、墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 抗側(cè)剛度大； 整體性、抗震性好； 平面布置不靈活。 最大適用高度150-180m,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,圖2-3 剪力墻結(jié)構(gòu)示例,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,26,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,三、框架-剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 剪力墻承受大部分水平荷載， 框架主要承受豎向荷載。 一般用于140-170m,圖2-4 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)示例,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,27,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building

16、 Structures,四、筒體結(jié)構(gòu),1、框架-核心筒結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 類似框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。 最大適用高度160-220m,圖2-5 框架-核心筒結(jié)構(gòu)示例,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,28,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2、筒中筒結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 剛度大、空間整體性好。 最大適用高度200-300m,圖2-6 筒中筒結(jié)構(gòu)示例,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,29,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、多筒體結(jié)構(gòu),圖2-7 多筒體結(jié)構(gòu)示例,當(dāng)建筑物高度大，受到的水平荷載較大，筒中筒結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度不能滿足要求時

17、，可以采用多重筒結(jié)構(gòu)。 即：在建筑平面內(nèi)也布置多個筒體，形成如圖2-7所示的多筒體結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,30,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,五、其他結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 分兩級結(jié)構(gòu)，第二級為一般框架，只承受豎向荷載，并將其傳遞給第一級。第一級結(jié)構(gòu)承受全部水平荷載和豎向荷載。 適用于超高層建筑,圖2-8 新的豎向承重結(jié)構(gòu)體系,巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型桁架結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)等,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,31,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-3 結(jié)構(gòu)布置,1、柱網(wǎng)、層高按300mm進(jìn)級，一般3m、3.3m、

18、3.6m、3.9m、4.2m等。 2、主體結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用鉸接。 3、抗震不宜采用單跨框架。 4、填充墻宜用輕質(zhì)墻，抗震設(shè)計如采用砌體填充墻應(yīng)符合如下要求: （1）上、下層剛度不宜變化過大; （2）減小抗側(cè)移剛度偏心； （3）避免形成短柱。 5、抗震不應(yīng)采用砌體墻與框架梁混合承重。 6、抗震框架結(jié)構(gòu)少量剪力墻位置產(chǎn)生較大剛度偏心時，宜將剪力墻減 薄，開豎縫等措施減小剪力墻的作用,一、框架結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,32,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,1、非抗震時宜雙向布置剪力墻，抗震時避免單向布置剪力墻，抗側(cè)移 剛度不宜過大。 2、不應(yīng)采用全短肢

19、剪力墻（h/b8）結(jié)構(gòu)，其中，h為剪力墻墻肢截面高 度，b為剪力墻墻肢截面厚度。 3、剪力墻門窗洞口宜上下對齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁。 4、H/B應(yīng)大于2，防止地震力太大和受剪破壞，其中，H為剪力墻高 度，B為剪力墻寬度,二、剪力墻結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,33,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,1、剪力墻布置力求對稱、均勻。 2、各層剛度中心位置力求一致。 3、剪力墻盡可能離開房屋重心，提高抗扭能力。 4、沿高度剛度不宜發(fā)生突變，避免產(chǎn)生局部擺動。 5、盡可能增加剪力墻承擔(dān)的豎向荷載，從而可以減少鋼筋的用量。 6、每道剪力墻承擔(dān)的水

20、平剪力不宜超過總水平剪力的40,三、框架剪力墻結(jié)構(gòu),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,34,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-4 變形縫的設(shè)置,1、伸縮縫,減小溫度變化和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫，縫寬 t5cm,表2-1 伸縮縫最大間距,采用后澆帶可適當(dāng)放寬伸縮縫間距：后澆帶每3040m一道，帶寬8001000mm；鋼筋采用搭接，宜在2個月后澆筑,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,35,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、防震縫,避免地震附加力對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫，縫寬按規(guī)范要求設(shè)置。 防震縫最小縫寬應(yīng)符合

21、下列規(guī)定： （1）框架房屋，高度不超過15m 的部分，可取70mm；高度超過15m的部分，6度、7度、8度、9度相應(yīng)每增加5m、4m、3m、2m，宜加寬20mm。 （2）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)規(guī)定的70%采用，剪力墻結(jié)構(gòu)房屋可按第一項(xiàng)規(guī)定的50%采用，但二者均不宜小于70mm,2、沉降縫,避免不均勻沉降對結(jié)構(gòu)的影響而設(shè)置的縫，縫寬t5cm。 沉降縫不但上部結(jié)構(gòu)要斷開，基礎(chǔ)也要斷開,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,36,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-5 結(jié)構(gòu)高寬比控制,結(jié)構(gòu)高寬比應(yīng)控制在相應(yīng)的范圍內(nèi)，保證抗側(cè)移剛度和抗傾覆能力,表2-2 A級

22、高度鋼筋混凝土高層建筑適用的最大高寬比,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,37,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-6 結(jié)構(gòu)平面和豎向布置原則,二、豎向布置,體型規(guī)則、均勻、避免過大的外挑和內(nèi)收；側(cè)移剛度下大上小，逐漸均勻變化,一、平面布置,結(jié)構(gòu)平面應(yīng)盡量設(shè)計成規(guī)則、對稱而簡單的平面形狀，盡量減少因形狀不規(guī)則產(chǎn)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的可能性,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,38,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-7 樓蓋結(jié)構(gòu),1、房屋高度超過50m時宜采用現(xiàn)澆樓蓋； 2、高度不超過50m時，8、9度抗震設(shè)計的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)宜

23、采用現(xiàn)澆樓蓋，6、7度抗震設(shè)計的框架或剪力墻結(jié)構(gòu)可采用裝配式樓蓋。 3、樓蓋結(jié)構(gòu)型式：普通肋形樓蓋、無梁樓蓋、組合式樓蓋等,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,39,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2-8 高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計,高層建筑地基基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)該因地制宜，主要取決于具體工程及所在地的工程地質(zhì)狀況和施工條件。 一、具有共性的三個必須遵循的設(shè)計原則： 1、適宜的地基（樁基）剛度，保證高層建筑的穩(wěn)定和嵌固； 2、地基（樁基）的承載力控制，避免高層建筑在重力荷載、水平荷載等作用下發(fā)生地基破壞（主要是剪切破壞）。 3、重力荷載合力中心與基礎(chǔ)（樁基）平面形心的

24、重合，保證高層建筑的穩(wěn)定和抗傾覆,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,40,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、基礎(chǔ)型式及選擇,1、柱下獨(dú)立基礎(chǔ) 適用：層數(shù)不多、土質(zhì)較好的框架結(jié)構(gòu),2、交叉梁基礎(chǔ) 雙向?yàn)闂l形基礎(chǔ) 適用：層數(shù)不多、層數(shù)不多、土質(zhì)一般的框架、剪力墻、框架剪 力墻結(jié)構(gòu),圖2-9 交叉梁基礎(chǔ),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,41,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、片筏基礎(chǔ) 適用：層數(shù)不多土質(zhì)較弱或?qū)訑?shù)較多土質(zhì)較好時用,圖2-10 帶墩基的片筏基礎(chǔ),圖2-11 梁板式片筏基礎(chǔ),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,42,高層建筑

25、結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,4、箱形基礎(chǔ) 適用：層數(shù)較多、土質(zhì)較弱的高層建筑,圖2-12 箱形梁基礎(chǔ)剖面圖,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,43,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,5、樁基礎(chǔ) 適用：地基持力層較深時采用,圖2-13 樁基礎(chǔ),圖2-14 樁筏基礎(chǔ),圖2-15 樁箱基礎(chǔ),6、復(fù)合基礎(chǔ) 適用：層數(shù)較多或土質(zhì)較弱時采用,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,44,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,第三章 高層建筑的荷載及設(shè)計要求,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,45,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)

26、計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載和水平荷載,與多層建筑結(jié)構(gòu)有所不同，高層建筑結(jié)構(gòu)： 1）豎向荷載效應(yīng)遠(yuǎn)大于多層建筑結(jié)構(gòu)； 2）水平荷載的影響顯著增加，成為其設(shè)計的主要因素； 3）對高層建筑結(jié)構(gòu)尚應(yīng)考慮豎向地震的作用,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,46,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3-1 豎向荷載,二、樓面活荷載,見表3-1,一、恒載,為結(jié)構(gòu)自重，裝飾層重等。 結(jié)構(gòu)自重=構(gòu)件設(shè)計尺寸材料單位體積自重,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,47,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Buildin

27、g Structures,表3-1 民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其組合值、 頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,48,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,49,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,50,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,四、雪荷載,式中： Sk雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值； r屋面積雪分布系數(shù)； S0基本雪壓,三、屋面均布活荷載,上人的平屋頂 2.0 kN/m2 不上人的平屋頂 0.5 kN/m2 直升

28、機(jī)的等效均布荷載為 5 kN/m2,長沙,圖3-1 屋面積雪分布系數(shù),3-1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,51,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3-2 風(fēng)荷載,式中： 高度z處建筑物表面單位面積上的風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值； 風(fēng)載體形系數(shù)； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 基本風(fēng)壓值； 風(fēng)振系數(shù),3-2,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,52,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,一、基本風(fēng)壓值,長沙,一般高層建筑最大風(fēng)壓重現(xiàn)期為50年； 特別重要或?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用。當(dāng)沒有100年一遇的風(fēng)壓資料時，也可近

29、似將50年一遇的基本風(fēng)壓值乘以增大系數(shù)1.1采用。 對風(fēng)荷載比較敏感的建筑（H60m）,承載力設(shè)計時應(yīng)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,53,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、風(fēng)壓高度變化系數(shù),風(fēng)壓高度系數(shù)為某類地表上空高度處的風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值，該系數(shù)取決于地面粗糙程度指數(shù),表3-2 地面粗糙度分類,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,54,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,表3-3 風(fēng)壓高度變化系數(shù),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,55,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building S

30、tructures,續(xù)表3-3,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,56,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,三、風(fēng)荷載體型系數(shù),風(fēng)荷載體型系數(shù)主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。一般采用相似原理，在邊界層風(fēng)洞內(nèi)對擬建的建筑物模型進(jìn)行測試,房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類同時，可按表規(guī)定取用； 房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類不同時，可參考有關(guān)資料采用； 房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定； 對重要且體型復(fù)雜的房屋和構(gòu)筑物，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2012）表8.3.1列出39項(xiàng)不同類型的

31、建筑物和各類結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)，當(dāng)建筑物與表中列出的體型類同時可參考應(yīng)用,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,57,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,例：矩形截面,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,58,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,四、風(fēng)振系數(shù),式中：g 峰值因子，可取2.5； I1010m高度名義湍流，對應(yīng)A、B、C和D類地面粗糙度， 可分別取0.12、0.14、0.23和0.39； R 脈動風(fēng)荷載的共振分量因子； Bz 脈動風(fēng)荷載的背景分量因子,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,59,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Bu

32、ilding Structures,注意： 房屋高度大于200m時，宜采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來確定建筑物的風(fēng)荷載； 房屋高度大于150m，有下列情況之一時，宜采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來確定建筑物的風(fēng)荷載： 平面形狀不規(guī)則，立面形狀復(fù)雜； 立面開洞或連體建筑； 周圍地形和環(huán)境較復(fù)雜,五、風(fēng)洞試驗(yàn),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,60,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3-3 地震作用,地震作用由于地面運(yùn)動引起房屋的結(jié)構(gòu)反應(yīng)稱為地震。 我國是一個多地震的國家，地震災(zāi)害的面積占國土面積的一半以上。660個城市中，位于地震區(qū)的占74.5%；118 個百萬以上的大城市中，有85.7%位于

33、地震區(qū)，2/3的基本烈度為度及度以上,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,61,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,一、建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),表3-4,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,62,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)和兩階段設(shè)計方法,注：括號內(nèi)數(shù)值分別用于設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū),表3-5,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,63,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,圖3-2 框架結(jié)構(gòu)破壞程度與 房間側(cè)移的對應(yīng)關(guān)系,圖3-3 三個水準(zhǔn)烈度

34、的頻率 和對應(yīng)關(guān)系,1.55度,1度,不倒,可修,不壞,眾值 烈度,基本 烈度,大震 烈度,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,64,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,三、設(shè)計地震分組,分組的目的：體現(xiàn)震級于與震中距的影響。 分組：分第一組、第二組和第三組三個組。 湖南省縣級及縣級以上設(shè)防城鎮(zhèn)，設(shè)計地震分組均為第一組,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,65,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,四、特征周期值 （s,表3-6,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,66,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structur

35、es,五、基本地震加速度,表3-7,湖南?。?常德市抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值0.15g； 岳陽、岳陽縣、汨羅、湘陰、臨澧、澧縣、津市、桃源、安鄉(xiāng)、漢壽抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g; 長沙、益陽、張家界等抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,67,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,六、設(shè)計反映譜曲線,m,k,單質(zhì)點(diǎn)體系運(yùn)動方程為,式中: m，c，k 質(zhì)量、阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)； , , 質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度； 地面運(yùn)動加速度,圖3-4,3-3-1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,68,高

36、層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,如地面運(yùn)動 已知，便可求出質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度反應(yīng)，反應(yīng)的最大值分別為 ， ， 。 有了質(zhì)點(diǎn)最大加速度反應(yīng) 后，由牛頓定律可得最大慣性力為,式中：m，G 單質(zhì)點(diǎn)體系的質(zhì)量及重量； g， k 重力加速度及地震系數(shù)； 為動力系數(shù)； 地震影響系數(shù),3-3-2,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,69,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,注： 小于0時，取0 ； 小于0.55時，取0.55,3-3-3,3-3-4,3-3-5,圖3-5 地震影響系數(shù)曲線,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,70,高層建

37、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,七、等效地震荷載計算方法,1、水平地震作用計算 （1）底部剪力法： 當(dāng)結(jié)構(gòu)高度小于40m，沿高度方向質(zhì)量及剛度分布比較的均勻，并以剪切變形為主的高層建筑，可采用底部剪力法計算等效地震荷載。 采用底部剪力法時，各樓層可僅取一個自由度，結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式計算,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,71,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,式中： 相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值； 結(jié)構(gòu)等效總重力荷載， 對單質(zhì)點(diǎn)體系應(yīng)取總重力荷載代表值的85%； 頂部附加地震作用系

38、數(shù)，多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可 按表3-8采用，多層內(nèi)框架磚房可采用0.2，其他房屋可采用0,3-3-6,3-3-7,3-3-8,圖3-6,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,72,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,表3-8 計算式,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,73,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,結(jié)構(gòu)基本自振周期 可按下式計算,式中： 計算結(jié)構(gòu)基本自振周期用的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想位移（m)， 即假想把集中在各層樓面處的重力荷載代表值作為水平荷 載算得的頂點(diǎn)位移； 結(jié)構(gòu)基本自振周期考慮非承重磚墻影響的折減系數(shù),框架結(jié)構(gòu) 框

39、剪結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu),3-3-9,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,74,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,求建筑的重力荷載時，各荷載的組合值系數(shù)按表3-9采用,表3-9,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,75,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2)振型分解反應(yīng)譜法 適應(yīng)范圍除底部剪力法以外的所有建筑，宜采用振型分解法。 計算方法n個自由度體系有n個基本振型，如,圖3-7,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,76,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,A.第j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值,式

40、中： 相應(yīng)于第j振型周期 的地震影響系數(shù)； j振型i質(zhì)點(diǎn)的水平相對位移； 振型的參與系數(shù),3-3-10,3-3-11,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,77,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,B.水平地震作用效應(yīng)（內(nèi)力和位移）計算,水平地震作用效應(yīng)先根據(jù)各振型的地震作用分別計算，然后再 采用平方和的平方根方法（SRSS法）計算,一般情況下可只取前23個振型，當(dāng)基本自振周期大于1.5秒或房 屋高寬比大于5時，振型個數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。 為計算各振型所用的自振周期也應(yīng)按 考慮 建筑結(jié)構(gòu)估計水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響時，應(yīng)按規(guī)定計算其地震作 用和作用效應(yīng),3-3-12,高層建

41、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,78,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3)時程分析法,反應(yīng)譜法的缺陷： 設(shè)計反應(yīng)譜主要依據(jù)的是加速度反應(yīng)譜，未反映速度與位移及持續(xù)時間影響。 是建立在彈性動力分析的基礎(chǔ)上，未考慮彈塑性性能的影響。 高層建筑是多質(zhì)點(diǎn)體系，而反應(yīng)譜曲線是從單質(zhì)點(diǎn)體系得到的。 反應(yīng)譜方法得到的地震過程中的最大慣性力值，不能得到地震過程中的變形及破壞過程，無法確定某些薄弱部位的各種危險狀態(tài),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,79,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,注： 特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和表3-10所列高度范

42、圍內(nèi)高層建筑，應(yīng)采用時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值,表3-10,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,80,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,時程分析法又稱直接動力法，解動力方程式多自由度體系在地面運(yùn)動作用下的振動方程式為,3-3-13,圖3-8,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,81,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,注： 采用時程分析法計算時： 宜輸入本地區(qū)在設(shè)防烈度時記錄到的地震波進(jìn)行分析；當(dāng)缺少本地區(qū)達(dá)設(shè)防烈度的地震記錄時，宜按烈度、近震、遠(yuǎn)震和場

43、地類別，選用不少于二組的實(shí)際地震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線計算。 彈性時程分析時，每條時程曲線求得的底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%時，至少應(yīng)按80%取用多條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的80,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,82,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2、豎向地震作用計算,1）需進(jìn)行豎向地震作用計算的范圍： 9度設(shè)防時; 水平長懸臂構(gòu)件和大跨度結(jié)構(gòu)。 （2）豎向地震作用計算： 結(jié)構(gòu)總豎向地震計算的標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算,圖3-9結(jié)構(gòu)豎向地震作用計算圖形,3-3-14,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)

44、計,83,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,質(zhì)點(diǎn)的豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值,注：各樓層的豎向地震作用效應(yīng)按各構(gòu)件承受的重力荷載代表值 比例分配,式中： 結(jié)構(gòu)總豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值； 豎向地震影響系數(shù)的最大值,3-3-15,3-3-16,3-3-17,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,84,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、水平長懸臂構(gòu)件和大跨度結(jié)構(gòu)豎向地震作用,水平長懸臂構(gòu)件和大跨度結(jié)構(gòu)考慮豎向地震作用時，豎向地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值在8 度和9度設(shè)防時，可分別取該結(jié)構(gòu)及所承受重力荷載代表值的10%和20%進(jìn)行計算。

45、設(shè)計基本地震加速度為0.3g時，可取該結(jié)構(gòu)、構(gòu)件重力荷載代表值的15,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,85,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,八、地震作用考慮原則,一般情況下，應(yīng)允許在結(jié)構(gòu)兩個主軸方向分別考慮水平地震作 用計算，有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15時，應(yīng) 分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。 質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計算雙向水 平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；其它情況，應(yīng)計算單向水平地震作用 下的扭轉(zhuǎn)影響； 8度、9度抗震設(shè)計時，高層建筑中的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng) 考慮豎向地震作用； 9度抗震設(shè)計設(shè)計時應(yīng)計算豎向地震作用,

46、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,86,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,注：計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響。各層質(zhì)心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式計算,式中： 第i層質(zhì)心偏移值(m)，各層質(zhì)心偏移方向相同； 第i層垂直于地震作用方向的建筑物總長度(m,3-3-18,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,87,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3-4 荷載組合及設(shè)計要求,1、無地震作用,一、 荷載組合,式中,永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取 ； 對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，取 ； 當(dāng)其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時，取,分別為樓面活荷

47、載組合值系數(shù)和風(fēng)荷載組合值系數(shù); 當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時分別取0.7和0.0； 當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時分別取1.0和0.6或0.7和1.0,3-4-1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,88,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2、有地震作用,1. 進(jìn)行承載力計算時，分項(xiàng)系數(shù)按表3-11取值。 當(dāng)重力荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)承載力有利時， 取 ， 風(fēng)荷載組合值系數(shù)取 2. 進(jìn)行位移計算時，全部分項(xiàng)系數(shù)取,3-4-2,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,89,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,表3-11 作用分項(xiàng)系數(shù),注：表中“”

48、號表示該項(xiàng)作用不考慮,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,90,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,1、承載力計算公式,二、 設(shè)計要求,非抗震 抗 震,式中,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)； 作用效應(yīng)組合設(shè)計值，按非抗震與抗震兩種情況分別采用； 結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值，按非抗震與抗震兩種情況分別采用； 承載力抗震調(diào)整系數(shù)，按表3-12采用,3-4-3,3-4-4,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,91,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,表3-12 承載力抗震調(diào)整系數(shù),當(dāng)僅考慮豎向地震作用組合時，各類結(jié)構(gòu)桿件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)均取為1,高層建筑

49、結(jié)構(gòu)設(shè)計,92,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,式中 C變形、裂縫等限值,2、正常使用極限狀態(tài),3-4-5,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,93,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、位移驗(yàn)算和舒適度要求,1）層間位移,要求結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求,限制層間位移的主要目的： 保證主體結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)； 保證填充墻、隔墻完好,3-4-6,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,94,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,表3-13

50、層間位移限值,高度不大于150m的高層建筑， 不宜大于表3-13限值,高度等于或大于250 m的高層建筑，不宜大于1/500,高度在150m250m之間的高層建筑，按上述限值插值,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,95,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2）舒適度要求,頂點(diǎn)最大加速度,表3-14 頂點(diǎn)最大加速度限值,3-4-7,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,96,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,第四章 框架結(jié)構(gòu)計算,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,97,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structu

51、res,本章主要內(nèi)容,4.1 近似計算法 4.2 矩陣位移法計算,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,98,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,4-1 近似計算法,一、分層法,假定： 1、不考慮側(cè)移影響； 2、不考慮上、下層荷載的相互影響； 3、假定上、下柱遠(yuǎn)端為固端，柱子線剛度取0.9i，傳遞系數(shù)取1/3,底層取1/2,圖 5-1,圖 4-1 計算簡圖,計算時梁上活載可滿布，但跨中彎矩乘以1.11.2的系數(shù),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,99,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、D值法,1、D值法要解決的問題,反彎點(diǎn)位

52、置,柱中剪力分配,同一層各柱子側(cè)移相同,圖 4-2 D值法,2、假定,式中 ：Vij 每根柱子上分配的剪力； Vi i層總剪力； Diji層j柱的側(cè)移剛度,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,100,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、D值的計算,式中 : 與梁柱剛度比有關(guān)的系數(shù)，可查表,圖 4-3 反彎點(diǎn)位置,4、反彎點(diǎn)位置,式中 ：y0標(biāo)準(zhǔn)反彎點(diǎn)（不考慮層高,上、下 層梁的線剛度不同）； y1上、下層梁的線剛度不同時的修正； y2、y3分別為上、下層層高不同時的修正,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,101,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building

53、 Structures,4-2 矩陣位移法計算,一、結(jié)構(gòu)剛度矩陣,圖 4-4 座標(biāo)系,式中 ： 單元座標(biāo)系； 結(jié)構(gòu)座標(biāo)系； 總剛矩陣,二、位移法的基本方程,式中 ： 節(jié)點(diǎn)位移矩陣， 節(jié)點(diǎn)荷載矩陣， 總剛矩陣,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,102,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,三、邊界條件處理和基本方程求解,1、邊界條件,固支,不動鉸支,可動鉸支,已知位移支座,圖 4-5,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,103,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2、求解方程,解：1. 位移矩陣,例：如圖所示結(jié)構(gòu),2. 總剛矩陣,3

54、. 荷載矩陣,4. 由 ，有12個方程，6個位移 未知量，6個荷載未知量，可求解,圖 4-6,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,104,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,第五章 剪力墻的計算,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,105,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,本章主要內(nèi)容,5.1 計算方法 5.2 整體墻、小開口整體墻的計算 5.3 雙肢墻的計算 5.4 壁式框架的計算 5.5 剪力墻截面設(shè)計,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,106,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,5-1 計

55、算方法,一、假定,1、剪力墻平面外剛度可不考慮， 縱橫剪力墻可分別考慮； 2、樓板平面內(nèi)抗彎剛度無限大； 3、各片剪力墻按等效抗彎剛度分配剪力,圖 5-1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,107,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,二、受力特點(diǎn),1、整體墻和小開口整體墻,整體墻,小開口整體墻,可按整體懸臂墻計算，符合平截面定， 正應(yīng)力為直線分布，如圖5-2所示,大體符合平截面假定,圖 5-2 整體墻,圖 5-3 小開口整體墻,圖 5-4 小開口整體墻,5-1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,108,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Struc

56、tures,2、雙肢和多肢剪力墻,與小開口整體墻類似，如圖5-5所示,3、壁式框架,受力特點(diǎn)近似于框架結(jié)構(gòu)，如圖5-6所示,圖 5-5 雙肢墻,圖 5-6 壁式框架,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,109,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,5-2 整體墻、小開口整體墻的計算,1、應(yīng)力計算,當(dāng)剪力墻孔洞面積與墻面面積之比不大于0.15且孔洞凈距及孔洞至墻邊距離大于孔洞長邊時，可作為整截面懸臂構(gòu)件按平截面假定計算截面應(yīng)力分布,一、整體墻,圖 5-7,5-2-1,5-2-2,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,110,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building

57、 Structures,2、頂點(diǎn)位移,要考慮洞口對截面面積及剛度的削弱影響,1）小洞口整體墻的折算截面面積為,式中：A剪力墻截面毛面積； Aop 剪力墻面洞口面積； Af 剪力墻面總面積,111,5-2-3,5-2-4,圖 5-8,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,111,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3）頂點(diǎn)位移,5-2-5,5-2-6,5-2-7,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,112,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,5-2-8,5-2-9,5-2-10,5-2-11,5-2-12,5-2-13,三種荷載下Ec

58、Ieq分別為,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,113,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,1、適用條件,1,二、小開口整體墻,2） 墻肢不出現(xiàn)反彎點(diǎn),2、判別條件,1,2） ，不出現(xiàn)反彎點(diǎn),式中： 整體系數(shù)（ 值越大，剛度越大,扣去墻肢慣性矩后剪力墻的慣性矩,由 和層數(shù)n查表,當(dāng)不滿足條件（1）時按雙肢或多肢墻計算； 當(dāng)不滿足條件（2）時按壁式框架計算,5-2-14,5-2-15,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,114,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、計算公式,1）內(nèi)力計算,墻肢彎矩,墻肢軸力,式中： Ai 、Ii

59、第i墻肢的截面面積和慣性矩； yi第i墻肢的重心至組合截面重心的距離,墻肢剪力,式中： 水平荷載產(chǎn)生的剪力,5-2-16,5-2-17,5-2-18,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,115,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2）位移計算,式中： 等效抗彎剛度,考慮到開孔后剛度的削弱，應(yīng)將計算結(jié)果乘1.20。因此，小開口整 體墻的頂點(diǎn)位移可按下式計算,5-2-19,5-2-20,5-2-21,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,116,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,5-3 雙肢墻的計算（,1、基本假定,1）沿豎向墻肢和連

60、梁的剛度不變，層高不變，如有變 化取各層平均值； （2）連梁的反彎點(diǎn)在跨中，不考慮連梁的軸向變形，連 梁的作用可由均勻分布的豎向彈性薄板來代替； （3）各墻肢變形曲線相同，各層位移和轉(zhuǎn)角相同,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,117,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,2、計算簡圖,1,1,1,1,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,118,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,圖5-9 雙肢墻計算簡圖及基本體系,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,119,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計Design of Tall Building Structures,3、微