高層建筑結構復習

1、問題：問題：高層建筑主要有那些結構體系高層建筑主要有那些結構體系 ？ 高層建筑的基本抗側力單元有框架、剪力墻、筒體等，由高層建筑的基本抗側力單元有框架、剪力墻、筒體等，由它們可以組成多種結構體系。它們可以組成多種結構體系?？蚣芙Y構框架結構剪力墻結構剪力墻結構筒體結構筒體結構帶加強層的高層建筑結構帶加強層的高層建筑結構 框架框架- -核心筒結構核心筒結構 框架框架- -剪力墻結構剪力墻結構 框架結構屬于柔性結構，側移主要表現(xiàn)為整體剪框架結構屬于柔性結構，側移主要表現(xiàn)為整體剪切變形。切變形。 側移曲線為剪切型側移曲線為剪切型 層間位移越往上層越小層間位移越往上層越小H當框架的高寬比當框架的高寬比

2、H/B 4 時，整體彎曲變形的影響很小，時，整體彎曲變形的影響很小，可以略去?？梢月匀?。 優(yōu)點：優(yōu)點：建筑平面布置靈活，能獲得大空間；易于建建筑平面布置靈活，能獲得大空間；易于建筑造型；筑造型； 計算理論成熟、簡便，結構自重較輕；施計算理論成熟、簡便，結構自重較輕；施工方便；在一定高度范圍內造價較低。工方便；在一定高度范圍內造價較低。 缺點：缺點：側向剛度較小，水平荷載作用下側移較大；。側向剛度較小，水平荷載作用下側移較大；。適用范圍：適用范圍：非地震區(qū)（非地震區(qū)（70米）、米）、1520層以下為宜）層以下為宜）6度：度：60米，米，7度：度：55米，米， 8度：度：45米，米，9度：度：25

3、米米 2 剪力墻結構體系剪力墻結構體系 定義：由墻體承受全部水平荷載和定義：由墻體承受全部水平荷載和豎向荷載的剛性結構豎向荷載的剛性結構 剪力墻結構平面圖剪力墻結構平面圖受力變形特點：受力變形特點：在豎向荷載作用下，剪力墻是受壓的薄壁柱；在豎向荷載作用下，剪力墻是受壓的薄壁柱；在水平荷載作用下，剪力墻則是下端固定、上端自由的懸臂柱。在水平荷載作用下，剪力墻則是下端固定、上端自由的懸臂柱。 剪力墻結構屬于剛性結構，對于高寬比較大的剪力墻，側向變形剪力墻結構屬于剛性結構，對于高寬比較大的剪力墻，側向變形呈彎曲型。變形隨層高增加。呈彎曲型。變形隨層高增加。 優(yōu)點：水平承載力和側向剛度大，側向變形較小

4、；房間墻面優(yōu)點：水平承載力和側向剛度大，側向變形較小；房間墻面及天花板平整，層高較小，特別適用于住宅、賓館等建筑。（結及天花板平整，層高較小，特別適用于住宅、賓館等建筑。（結構高度：幾十米構高度：幾十米 100多米）多米） 缺點：結構自重較大；建筑平面布置局限性大，較難獲得大缺點：結構自重較大；建筑平面布置局限性大，較難獲得大的建筑空間（一般剪力墻間距的建筑空間（一般剪力墻間距38m）。）。（適用范圍：非地震區(qū)（適用范圍：非地震區(qū)（150米）、米）、 6度：度：140米，米，7度：度：120米，米， 8度：度：100米，米，9度：度：60米米3 框架框架-剪力墻結構體系剪力墻結構體系 為了充分

5、發(fā)揮框架結構平面布置靈活和剪力墻結構側向剛度大的特點，當建筑物需為了充分發(fā)揮框架結構平面布置靈活和剪力墻結構側向剛度大的特點，當建筑物需要有較大空間，且高度超過了框架結構的合理高度時，可采用要有較大空間，且高度超過了框架結構的合理高度時，可采用框架和剪力墻共同工作框架和剪力墻共同工作的的結構體系。結構體系。 剪力墻剪力墻剪力墻剪力墻框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁框架梁剪力墻剪力墻剪力墻剪力墻反反S變形變形優(yōu)點：優(yōu)點： 兼有框架和剪力墻的優(yōu)點，比框架結構的水平承載力和側向剛兼有框架和剪力墻的優(yōu)點，比框架結構的水平承載力和側向剛度都有很大提高，比剪力墻結構布置靈活，可應用于度都有很大提高，比剪力墻

6、結構布置靈活，可應用于 辦公樓、教辦公樓、教學樓、醫(yī)院和賓館等建筑中。學樓、醫(yī)院和賓館等建筑中。非地震區(qū)（非地震區(qū)（140米）、米）、 6度：度：130米，米，7度：度：120米，米， 8度：度：100米，米，9度：度：50米米 1 簡單、規(guī)則、均勻、對稱 2 剛柔適度、延性好 3 加強連接、整體穩(wěn)定性 4 輕質高強 5 多道設防問題：問題：結構布置原則有哪些？結構布置原則有哪些？ 1 結構的高度和高寬比 2 結構的平面布置 3 結構的豎向布置 4 溫度縫、沉降縫、防震縫 5 樓蓋結構布置 6 基礎結構布置問題：問題：高層建筑結構總體布置有何要求？高層建筑結構總體布置有何要求？建筑高度建筑高度

7、建筑外型建筑外型風的動力作用風的動力作用風向風向標準風速標準風速標準地貌標準地貌風對高層建筑的作用風對高層建筑的作用基本風壓風振系數計算風荷載風壓高度變化系數風壓高度系數體型系數問題：問題：風荷載計算需考慮的因素？風荷載計算需考慮的因素？對于高度較大、剛度較小的高層建筑，脈動風壓會產生不可忽略的動力效對于高度較大、剛度較小的高層建筑，脈動風壓會產生不可忽略的動力效應，在設計中必須考慮，目前采用加大風荷載的辦法來考慮這個動力效應，應，在設計中必須考慮，目前采用加大風荷載的辦法來考慮這個動力效應，即對風壓值乘以風振系數。即對風壓值乘以風振系數。z風荷載標準值計算風荷載標準值計算- - 垂直于建筑表

8、面垂直于建筑表面地震地面運動特性 描述地面地震動的三要素： 振幅 頻率（周期） 持時 和震源特性、傳播途徑、場地土特性有關建筑物所受地震作用 地震動特性（振幅、頻率、持時） 場地土動力特性（第四紀厚度、密度） 建筑物的動力特性（自振周期，振型、阻尼）、質量 具體反映在-材料（結構類型），結構體系（剛度，質量、阻尼）2）地震反應分析理論 靜力理論 20世紀初，日本-水平最大加速度是地震破壞的重要因素。把地面運動最大加速度(kg)和重力加速度(g)的比值K定義為“水平烈度”，即當房屋重量為G時,水平地震力為KG； 反應譜理論 建立在地震作用單質點體系的最大動力反應與結構自振周期的函數關系（不同場地

9、）-慣性力-等效荷載-靜力分析 （底部剪力法、振型分解法） 反應時程分析 多質點的振動體系 輸入地震波- 結構力學模型 -分析每一時刻結構的振動 結構反應（位移、內力）土木工程三水準抗震設防指導思想土木工程三水準抗震設防指導思想:“ 小震不壞小震不壞 中震可修中震可修， 大震不倒大震不倒多遇地震，多遇地震，50年超越概率為年超越概率為 63.2%基本烈度地震，基本烈度地震，50年超越概率為年超越概率為10%罕遇地震，罕遇地震，50年超越概率為年超越概率為23 %3 3 ）三水準設防要求）三水準設防要求 “小震不壞，中震可修，大震不倒小震不壞，中震可修，大震不倒” 1、遭遇第一水準烈度（小震）時

10、，一般情況下，建筑物不出現(xiàn)任何損壞。從使用角度看，建筑物處于正常狀態(tài)；從結構受力角度看，結構處于彈性變形階段。構件應力與完全按彈性反應譜理論分析計算結果相一致。2、遭遇第二水準烈度（中震）時，建筑物雖然可能出現(xiàn)一定程度的損壞，但修復后即可恢復正常使用。從結構受力角度看，結構雖越過屈服極限，進入非彈性變形階段，但結構的彈塑性變形被控制在某一限度內，震后殘留的永久變形不大。3、遭遇第三水準烈度（大震）時，建筑物破壞雖然比較嚴重，但整個結構的非彈性變形依然受到控制，與結構倒塌的臨界變形尚有一段距離，從而保障了建筑內部人員的安全。4 4）兩階段設計）兩階段設計 對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩

11、階段設計”來實現(xiàn)，其方法和步驟是： 第一階段設計第一階段設計 第一步采用第一水準烈度的地震動參數，先計算出結構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力等荷載效應組合，并引入承載力抗震調整系數，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步采用同一地震動參數計算出結構的彈性層間位移角，使其不超過規(guī)定的限值（ ， 其中 裝飾檔次）； 90018001H90018001h9001同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的同時采取相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求的變形要求。2、第二階段設

12、計 采用第三水準烈度的地震動參數，計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范限值 并結合采取必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌并結合采取必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。要求。1001H1001h501H501h1201H1201h框 架框剪 剪力墻、筒體 5) 抗震等級 設防烈度、建筑物高度、結構體系 混凝土結構劃分了不同的抗震等級，應分別采取相應的結構內力計算（調整）的要求和構造措施。6）抗震設計原則）抗震設計原則 1 場地選擇場地選擇 2 體型均勻規(guī)整體型均勻規(guī)整 3 提高構件的強度和延性提高構件的強度和延性 4 強聯(lián)結、強柱

13、弱梁、強剪弱彎強聯(lián)結、強柱弱梁、強剪弱彎 5 多道抗震防線多道抗震防線44 框架結構的簡化計算框架結構的簡化計算3 水平荷載作用下框架結構內力的簡化計算水平荷載作用下框架結構內力的簡化計算 節(jié)點集中力，反彎點節(jié)點集中力，反彎點44框架結構的簡化計算框架結構的簡化計算 2）D 值法值法-修正的反彎點修正的反彎點 框架節(jié)點框架節(jié)點-彈性約束彈性約束- 梁剛度對反彎點的影響（梁柱剛度比）梁剛度對反彎點的影響（梁柱剛度比） 上、下梁剛度之比的影響（層高）上、下梁剛度之比的影響（層高） 剪切型變形曲線剪切型變形曲線- 房屋的總層數、所在位置的影響、荷載房屋的總層數、所在位置的影響、荷載 假定假定-各層所

14、有節(jié)點轉角相同各層所有節(jié)點轉角相同柱抗側剛度的修正柱抗側剛度的修正-梁柱的線剛度比梁柱的線剛度比 212DhicKK244框架結構的簡化計算框架結構的簡化計算D值法值法 反彎點高度的修正反彎點高度的修正上層層高變化時的修正上層層高變化時的修正下層層高變化下層層高變化時的修正時的修正標準反彎點高度比標準反彎點高度比yyyyyn123各層等高、各跨相等、各各層等高、各跨相等、各層梁柱線剛度均不改變的層梁柱線剛度均不改變的多層框架在水平荷載下的多層框架在水平荷載下的反彎點高度比。反彎點高度比。Y1 上下層梁線剛度變化時的修正上下層梁線剛度變化時的修正4框架結構抗震設計框架結構抗震設計1 結構延性設計

15、概念結構延性設計概念以極限承載力與屈服承載力的比值以極限承載力與屈服承載力的比值 表示表示1 1）延性）延性- 結構、構件和截面達到屈服后，繼續(xù)承載的能力。結構、構件和截面達到屈服后，繼續(xù)承載的能力。結構延性：結構延性：用頂點水平位移延性比來衡量；用頂點水平位移延性比來衡量；uy維持承載能力的最大頂維持承載能力的最大頂點位移點位移屈服時的頂點位移屈服時的頂點位移構件延性：構件延性：以構件的變形能力或塑性鉸轉動能力來衡量；以構件的變形能力或塑性鉸轉動能力來衡量；fuyffuy4.3 框架結構抗震設計框架結構抗震設計3 3 框架柱抗震設計框架柱抗震設計1 1） 剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài)剪跨

16、比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài) 剪跨比剪跨比反映柱截面彎矩與剪力反映柱截面彎矩與剪力相對大小的一個參數；相對大小的一個參數；MVhc剪跨比剪跨比 2一般發(fā)生彎曲破壞；一般發(fā)生彎曲破壞；剪跨比剪跨比152. 一般發(fā)生剪切破一般發(fā)生剪切破壞；若砼強度較高或壞；若砼強度較高或配置足夠箍筋，可能配置足夠箍筋，可能出現(xiàn)剪壓破壞；出現(xiàn)剪壓破壞；剪跨比剪跨比15 .易發(fā)生剪切斜拉破壞；易發(fā)生剪切斜拉破壞；是區(qū)分變形特征和變形是區(qū)分變形特征和變形能力的一個參數；能力的一個參數；3 3 框架柱抗震設計框架柱抗震設計1 1） 剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài)剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài)假定柱反彎點在中點處，則有

17、假定柱反彎點在中點處，則有MVhHhccc120長細比長細比Hhcc04長柱長柱長細比長細比340Hhcc短柱短柱長細比長細比Hhcc03極短柱極短柱具有延性變形能力彎曲破壞具有延性變形能力彎曲破壞具有一定延性變形能力剪壓破壞具有一定延性變形能力剪壓破壞脆性的剪切斜拉破壞脆性的剪切斜拉破壞 剪跨比剪跨比MVhc3 3 框架柱抗震設計框架柱抗震設計1 1） 剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài)剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài) 剪壓比剪壓比0bhfVcRE主要用于限制內力、保證延性。主要用于限制內力、保證延性。3 3 框架柱抗震設計框架柱抗震設計1 1） 剪跨比、剪壓比、軸壓比和破壞形態(tài)剪跨比、剪壓比

18、、軸壓比和破壞形態(tài) 軸壓比軸壓比n是反映柱截面軸力與軸心抗壓承載力相對大小的參數；是反映柱截面軸力與軸心抗壓承載力相對大小的參數；nNf b hc c c對壓彎構件，軸壓比增大，可能導致大偏壓破壞狀態(tài)向小偏壓破壞狀態(tài)轉化，對壓彎構件，軸壓比增大，可能導致大偏壓破壞狀態(tài)向小偏壓破壞狀態(tài)轉化，降低構件截面的延性變形能力；降低構件截面的延性變形能力；在短柱中，軸壓比增大，會使截面從剪壓破壞變成的剪拉破壞。在短柱中，軸壓比增大，會使截面從剪壓破壞變成的剪拉破壞。6 6 基礎結構布置基礎結構布置 高層建筑基礎占的工程量大、造價高、消耗的材料多，對建筑物施工工期高層建筑基礎占的工程量大、造價高、消耗的材料

19、多，對建筑物施工工期也影響很大。一般也影響很大。一般9一一16層民用高層住宅的工期占總工期的層民用高層住宅的工期占總工期的13左右，造價也左右，造價也占總造價的占總造價的l3左右。因此，基礎設計對高層建筑的經濟技術指標有較大的影左右。因此，基礎設計對高層建筑的經濟技術指標有較大的影響。響。基礎設計應滿足要求：基礎設計應滿足要求： 1）沉降：基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規(guī)范規(guī)定的允許值；）沉降：基礎的總沉降量和差異沉降量滿足規(guī)范規(guī)定的允許值； 2）承載力：滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求；）承載力：滿足天然地基或復合地基承載力及樁基承載力的要求； 3）防水：地下結構滿足建筑防水的

20、要求；）防水：地下結構滿足建筑防水的要求； 4）影響：盡可能避免或減輕對毗鄰房屋或市政設施的影響；）影響：盡可能避免或減輕對毗鄰房屋或市政設施的影響； 5）經濟：應考慮綜合經濟效益，不僅考慮基礎本身的用料和造價，還應考）經濟：應考慮綜合經濟效益，不僅考慮基礎本身的用料和造價，還應考慮土方、降水、施工條件和工期等因素。慮土方、降水、施工條件和工期等因素。1、基礎形式、基礎形式 高層建筑應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節(jié)高層建筑應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節(jié)不均勻沉降的基礎形式。不均勻沉降的基礎形式?；A的選型應根據上部結構情況、工程地質

21、、施工條件等因素綜合考慮確定。1）單獨柱基適用于層數不多，地基土質較好的框架結構。2）一般宜采用整體性好和剛度大的）一般宜采用整體性好和剛度大的筏形基礎、交叉梁基礎、箱形基礎筏形基礎、交叉梁基礎、箱形基礎。3）當地質條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形要求時，也可采用）當地質條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形要求時，也可采用交叉梁交叉梁基礎基礎。4）當表層土質較差時，為了利用較深的堅實土層，減少沉降量，提高基礎嵌固程度，可以采用樁基，成為樁筏基礎或樁箱基礎。 2、基礎埋置深度、基礎埋置深度 1）埋置深度可從室外地坪算至基礎底面。）埋置深度可從室外地坪算至基礎底面。 2）在確定埋置

22、深度時，應考慮建筑物的高度、體型、地基土質、抗震設防）在確定埋置深度時，應考慮建筑物的高度、體型、地基土質、抗震設防烈度等因素。烈度等因素。 (1) 當采用天然地基或復合地基時，埋置深度可取房屋高度的當采用天然地基或復合地基時，埋置深度可取房屋高度的 1/15； (2) 當采用樁基礎時，埋置深度可取房屋高度的當采用樁基礎時，埋置深度可取房屋高度的 1/18（樁長不計在內）；（樁長不計在內）； (3) 當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時，在滿足地基承載力、穩(wěn)定當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性及基礎底面與地基之間零應力性及基礎底面與地基之間零應力 區(qū)面積不超過限值的

23、前提下，基礎埋置深度區(qū)面積不超過限值的前提下，基礎埋置深度可不受上述條件的限制可不受上述條件的限制,但應驗算傾覆和滑移。但應驗算傾覆和滑移。 3） 高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，主要是考慮：高層建筑基礎必須有足夠的埋置深度，主要是考慮： (1) 防止基礎發(fā)生滑移和傾斜，提高基礎的穩(wěn)定性。防止基礎發(fā)生滑移和傾斜，提高基礎的穩(wěn)定性。 (2) 增大埋深，可以提高地基的承載力，減少基礎的沉降量。增大埋深，可以提高地基的承載力，減少基礎的沉降量。 (3) 增大埋深后，地面運動時，阻尼增大，可減輕震害。增大埋深后，地面運動時，阻尼增大，可減輕震害。 高層建筑結構高層建筑結構 課堂練習（一）課堂練習（一

24、） 學生姓名：學生姓名： 班級：班級： 學號學號 一、名詞解釋一、名詞解釋1、抗震等級、抗震等級 2、反應譜理論、反應譜理論 3、剪跨比、剪跨比 4、 延性延性 5、強剪弱彎、強剪弱彎二、填空題二、填空題 6、建筑物所受地震作用與、建筑物所受地震作用與 1 、 2 、以及以及 3 有關。有關。7 三水準抗震設防目標三水準抗震設防目標 是是 、 、 。8、兩階段設計方法是：第一階段、兩階段設計方法是：第一階段 、 第二階段第二階段 。9、風荷載標準值計算公式、風荷載標準值計算公式 。10、D值法中，框架結構柱的反彎點高度應考慮值法中，框架結構柱的反彎點高度應考慮 、 、 的影響。的影響。三、判斷題三、判斷題 （判斷正確在括號內打Y ，錯誤打N ） 11豎向及水平荷載下產生的梁端彎矩，均可進行調幅。（ ） 12高層建筑在計算風荷載標準值時，必須考慮風振系數（1 ）的動力放大作用。（ ） 13D值法考慮樓層梁線剛度對柱抗側剛度的影響，反彎點法不考慮樓層梁對柱的約束。（ ） 14剛度與質量分布特別不均勻的高層建筑，宜采用底部剪力法計算。（ ）四、單選題四、單選題（只有一個答案是正確的，將正確答案的編號填入括弧中） 15、下列說法正確的是（ ）： A、柱剪跨比越大，其延性越差 B、柱軸壓比增大，其延性降低 C、縱向受拉鋼筋配筋率越小，延性越好 D