高层建筑结构

nullnull第15章 高层建筑结构null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.1 概述15.1.1高层建筑的定义定义指标：高度和层数 各国不统一,经济条件、电梯设备、消防装置等因素有关 我国《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定，规定10层及10层以上或房屋高度超过27米的混凝土结构高层民用建筑物称为高层建筑。 常规的高度称为A级高度的高层建筑，超过A级高度限值的高层建筑称为B级高度的高层建筑。A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)null建筑高度一般是指从室外地面至主要屋面的距离,不包括突出的水箱、电梯间、地下室等部分的高度。 1972年国际高层建筑会议，第一类：9～16层(最高50米);第二类：17～25层（最高到75米）第三类：26～40层（最高到100米) 第四类:40层以上(或高度在100米以上)第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.1.2 高层建筑的发展史 1883年美国芝加哥保险公司大楼 11层 框架结构 1905年美国纽约建造了50层的高层建筑 1931年美国纽约帝国大厦 102层 高381米（目前排名第9） 目前： 马来西亚吉隆坡石油大厦，88层，450米，钢－混凝土结构 美国芝加哥西尔斯大厦，110层，442米，钢结构 朝鲜平壤的柳京饭店，105层319.8米,钢筋混凝土结构 美国休斯敦的贝壳广场大厦,60层,226米,轻骨料混凝土 我国: 上海金茂大厦，88层，365米，混凝土核心筒－巨型钢骨架 深圳地王大厦，81层，325米，混凝土核心筒－外框钢结构 广州中天广场，80层，322米，钢筋混凝土 北京京广大厦，53层，208米，钢结构null世界贸易中心 null1. 台北101大楼被“世界第一高楼”，楼高508米 2.上海环球金融中心 492.5米 3.4马来西亚吉隆坡的双子星大楼 452米 5. 美国西尔斯大楼， 442米 6. 上海金茂大厦， 420米 (世界贸易中心大厦1、2号大厦，高度417米) 7. 香港国际金融中心，415米 8. 广州中信广场，391米 9. 深圳的信兴广场 ，384米 10. 美国纽约帝国大厦，381米 11. 香港中环广场，374米 阿拉伯联合酋长国的“迪拜塔” 目前已超过700米 预计818米1。 台北101大楼null迪拜大厦或 比斯迪拜塔 null1 台北101大楼5 上海金茂大厦nullnull2。3 双子星大楼4 西尔斯大厦null1 加拿大多伦多电视塔（CN Tower，也称作加拿大国家电视塔）是世界第一高的建筑物，建于1976年，位于加拿大第一大城市多伦多市中心，高553.33米。 2 莫斯科奥斯坦金诺电视塔建于1967年，高540米 3 上海东方明珠(高468米) 4 天津广播电视塔(高415米) 5 中央广播电视塔(高405米) nullnullnullnullnull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.1.3 高层建筑结构的受力特点多层建筑：竖向力起控制作用，水平力影响不大 高层建筑：侧向力成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.1.4 高层建筑的优缺点 优点：提高土地利用，节省土地买价，增加绿化面积，改善城市环境。减少建筑物的管理费用；节省市政建设投资（水、电、煤气等），虽然单体造价高，但从城市总体规划的角度来看，却是经济的。 缺点：造价昂贵，管理复杂，施工周期长，能量消耗大，难以充分利用自然采光、通风等自然环境，使人与自然的联系减少。刮风时建筑物摆动会使人感觉眩晕，电梯损坏时上下楼梯困难。高层建筑的阴影、对无线电波屏障。高层建筑的防火问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，抗震问题等null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.1.5 高层建筑水平位移的限制 正常使用条件下水平位移的限制 (1)高度不大于150米的高层建筑 楼层层间最大位移与层高之比的限值(2)高度为250米及250米以上的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比[u/h]的限值为1/500 (3) 高度为150米支250米之间的高层建筑，楼层层间最大位移与层高之比[u/h]的限值按线性插入取用。 2. 罕遇地震作用下薄弱层（部位）的抗震变形验算 建筑结构抗震 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.2 高层建筑体系与布置原则 高层建筑结构体系包括：竖向结构体系和水平结构体系 竖向结构:不但承受和传递竖向荷载,也要抵抗侧向力作用,抗侧力结构。 水平结构:楼盖和屋盖,承受楼面竖向荷载、协调变形和位移,影响空间刚度和抗震性能。 15.2.1 高层建筑的竖向结构体系 常用的:框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构等 框架结构体系 平面布置灵活、造型活泼等优点，可以形成较大的使用空间，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null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构的设计，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。地震下的引起P－效应；荷载大、层数多时，柱截面大影响使用面积，办公用品家具布置不便。 一般用于非抗震区，层数较少的高层，抗震区严格控制高度。 剪力墙结构体系 剪力墙结构体系是由剪力墙同时承受竖向和侧向力的结构。 墙体具有较大的承受侧向力（水平剪力）的能力，故被称为剪力墙。剪力墙也称为抗震墙 常用于高层住宅和高层旅馆建筑中，隔墙位置固定，布置剪力墙不会影响各个房间的使用功能，而且在房间内没有柱、梁等外凸构件，即整齐美观，又便于室内家具布置。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构3. 框架－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-剪力墙结构 特点：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，充分发挥 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 强度，有较好的技术经济指标。 多用于高层办公、旅馆建筑。 4. 筒体结构 筒体结构体系主要有核心筒结构和框筒结构组成 核心筒电梯间楼梯间设备管道井等钢筋混凝土墙组成一般为实腹筒。 框筒房屋四周墙体组成的多孔筒体，一般为空腹筒。 筒体结构有：框筒结构、核心筒结构、筒中筒结构、框架－核心筒结构、束筒结构、多重筒结构。nullnull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.2.2 高层建筑的水平结构体系 指楼盖及屋盖结构，空间协同工作或空间整体工作。作为竖向承重结构的支承，使各榀框架剪力墙不致产生平面外失稳。高层结构分析时，常常假定楼盖结构在其自身平面内刚度为无穷大。因此要求刚度大，整体性好。使结构高度小、重量轻；还要考虑建筑使用要求建筑装潢要求、设备布置及施工技术条件等 按施工方法分：现浇楼盖、叠合楼盖、装配整体式楼盖、组合楼盖等。 15.2.3 高层建筑结构的其他形式 1. 悬挂结构：自重轻、用钢量少有效使用面积大，占地面积小 2. 巨型框架结构 3. 竖向桁架结构 4. 核心筒加复合巨型柱结构nullnullnullnull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.2.4 高层建筑结构布置的一般原则 1. 高层建筑结构的平面布置 原则：外形宜简单、规则、对称。结构布置宜对称、均匀，尽量使结构抗侧中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，以减少扭转的影响。 一般形式：矩形、方形、圆形、Y形、L形、十字形、井字形 抗风：圆形、椭圆形等流线形 抗震：平面对称、长宽比较为接近、结构抗侧刚度均匀 平面上有局部凸出时凸出部分长度要满足表15－4要求 平面规则建筑满足的要求，结构平面局部凸出部分尺寸 l / B 1且 l / Bmax 0.3 见图 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构2. 高层建筑结构的竖向布置 原则：竖向体形应力求规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层，同一层的楼面应尽量设置在同一标高处。竖向强度和刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。 当某楼层侧向刚度小于上层时不宜小于相邻上部楼层的70％。当楼层刚度小于上一层的70％，或连续三层刚度均小于上层的80％时，在计算上除震型分解反应谱或弹性时程分析，还要验算薄弱层并采取有效抗震构造措施。 3. 建筑高宽比的限制 A级高度钢筋砼高层建筑结构适用的的最大高宽比null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构B级高度钢筋砼高层建筑结构适用的最大高宽比变形缝的设置 变形缝是伸缩缝、沉降缝、防震缝的统称。在高层中尽量少设缝或不设缝。 减少温度和收缩应力的措施：1）在顶层、底层、山墙和内纵墙端开间等温度变化影响较大的部位增加配筋；2）在顶层加强保温隔热措施或采用架空通风屋面；3）在顶部楼层采用刚度较小的结构形式或在顶部设置局部温度缝，把结构划分成长度较短的区段；4）每隔30～40米间距留出施工后浇带； 高层和裙房之间连接成整体不设沉降缝，措施有：1）采用桩null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构基；2）调整土压力；3）预留沉降差。 遇到下列情况是宜设置防震缝：1）结构平面尺寸超过限值而无加强措施；2）房屋有较大的错层；3）房屋各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施。 15.3 高层建筑结构上的作用 15.3.1 风荷载 风荷载的特点 风荷载是指风遇到建筑物时在 建筑物表面上产生的一种压力或吸力. 分两部分:一是长周期部分,其值长在10分钟以上;二是短周期部分,常常只有几秒钟左右。 常把实际风压分解为平均风压（由于平均风速产生的稳定风压）与脉动风压（不稳定风压）两部分。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构高层建筑和高耸结构，必须考虑风压脉动对结构的作用与影响。 凤荷载的大小与风速、风向有关，还与建筑物的高度、形状、表面情况、周围环境等因素有关。 2. 风荷载的计算 （同单层工业厂房） （1）基本风压（w0） 查荷载 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，对于特别重要或有特殊要求的高层建筑，基本风压乘1.1的系数（相当于100年一遇） （2）风载体型系数（s） 见下页图 （3）风振系数（z） null对于高度大于30米且高宽比大于1.5的高层建筑结构,应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。z ---振型系数，由结构力学确定 ---脉动增大系数，后面有附表 ---脉动影响系数，见 (建筑结构荷载 设计规范 民用建筑抗震设计规范配电网设计规范10kv变电所设计规范220kv变电站通用竖流式沉淀池设计 ) z---风压高度变化系数（同单层工业厂房）nullnullnull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构风荷载计算的几个问题 （1）对同一幢建筑，不同的风向有不同的风荷载体型系数。 （2）当建筑物立面上有竖线条、横线条、遮阳板、阳台等时，其风荷载体型系数比平整的墙面要大，一般大6％～8％。 （3）要对围护构件、连接部件、悬挑构件进行局部风压作用下的强度验算，并应采用局部风荷载体型系数。 （4）作用在高层建筑上的风荷载还受到邻近建筑物的影响，并能使对称建筑物受到不对称风压力的作用。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.3.2 地震作用 地震作用复杂性，人们对地震认识的具有局限性，所以常用近似方法进行计算。 结构中对抗震设计内容包括概念设计和计算设计两个方面。 高层建筑抗震设计在6～9度范围内设防，6度的Ⅰ～Ⅲ场地土上的高层建筑可不必进行地震作用力计算和截面抗震验算，只要满足相应的抗震构造，对于Ⅳ类场地土上为6度和7～9度的高层建筑，必须进行结构的抗震验算。 地震力计算方法： 底部剪力法 震型分解反应谱法 规则建筑 考虑扭转耦联振动影响的震型分解反应谱法。 时程分析法（作为补充验算）null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.3.3 温度作用 温度变化引起结构的变形： 柱弯曲 内外柱之间的伸缩差 屋面结构与下部楼面结构的伸缩差 10层以下,且建筑平面长度在60米以下时，可忽略温度作用。对10～30层的建筑物，温差变形逐渐加大，建筑隔热构造和结构配筋构造。对于30层以上或100米以上的超高层建筑，则在设计中必须注意温度作用，以防止建筑物的结构和非结构的破坏。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.4 剪力墙结构 15.4.1 结构组成与结构布置 1. 剪力墙的基本形式 剪力墙的高度一般与整个房屋的高度相同，自基础至屋顶，宽度则视建筑平面布置而定。厚度很薄一般200～300mm。 布置是纵横交叉连成整体，形成I、T、［、Z形。 墙上开洞时 2. 剪力墙的结构布置 屋面结构剪力墙的结构体系按其体型分有：“板式（条式）”和“塔式（点式）” （下页图15－11） 剪力墙的数量及布置 小开间布置3.3~4.2m 大开间6~8m 单榀剪力墙的长度不宜过大，一方面刚度大，另一方面低而宽的剪力墙易发生脆性的剪切破坏。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构3. 底部大空间剪力墙结构的布置 底部大空间剪力墙，框支剪力墙 竖向荷载有效传递，结构刚度沿高度方向要均匀，避免突变。低层取消了部分剪力墙而代之以框架，且层高大，刚度小位移大非常容易破坏。注意以下几点： （1）控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度 式中：Gi、Gi＋1－第i层第i+1层混凝土的剪切变形模量 Ai、Ai＋1－第i层第i+1层折算抗剪计算面积A＝AW＋0.12Ac 应尽量接近于1。在非抗震设计时，不应大于3；在抗震设计时， 应尽量接近于1，不应大于2 （2）控制落地剪力墙的数量与间距对于矩形平面的剪力墙结构，落地剪力墙的榀数与全部横向剪力墙的榀数的比值，nullnull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构非抗震设计时不宜少于30％，抗震设计时不宜少于50％。落地剪力墙的间距L应满足以下要求：非抗震设计时，L3B，且L36m；抗震设计时，底部为1～2层框支层时， L2B，且L24m；底部为3层及以上框支层时， L1.5B，且L20m； (3)提高转换层附近楼盖的强度及刚度。转换层附近的楼盖应采用现浇钢筋混凝土结构，板厚不宜小于180mm，砼强度等级不宜低于C30，并应采用双向上下层配筋，每层单向配筋率不小于0.25%null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.4.2 剪力墙结构计算中的几个问题 空间结构的平面化假定 (1)楼盖结构在其自身平面内的刚度为无穷大,平面外刚度很小,可忽略不计. (2)各榀剪力墙主要在其自身平面内发挥作用,在其平面外的刚度很小,可忽略不计. 楼盖作刚体运动,剪力墙位移协调,剪力墙纵横向分开计算,把空间工作的结构简化为平面结构。 剪力墙翼缘的有效宽度null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构侧向荷载在各榀剪力墙之间的分配 刚度中心C的坐标: y方向有m榀剪力墙EIxi x方向有n榀剪力墙EIyinull第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构在Fxc和 Fyc单独所用下,每榀剪力墙所受剪力建筑物受到某侧向力F,可分解为作用在C的Fxc、 Fyc及扭矩MT在MT所用下,每榀剪力墙所受剪力在侧向荷载F所用下,剪力墙内总剪力为null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构4. 单榀剪力墙的受力特点 (1)墙肢的受力特点 M1 、 M2－墙肢单独 承担的弯矩(局部弯矩) Na－墙整体组合弯矩 1）任意截面x的弯矩M是由局部弯矩和整体弯矩两部分组成的。整体弯矩大，局部弯矩就小；2）任意截面x的整体弯矩等于该截面以上所有连梁约束弯矩的总和,整体弯矩是由连梁提供的；3）任一截面x上墙肢的轴向力等于该截面以上所有连梁竖向剪力的总和。 整体弯矩越大，说明两个墙肢共同工作的程度越大，越接null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构近整体墙。整体弯矩的大小反映了墙肢之间协同工作的程度，这种程度称为剪力墙的整体性。 剪力墙的整体性取决于洞口的大小，剪力墙分类如右图所示。（2）连梁的受力特点 双肢墙中整体弯矩是由连梁对墙肢的约束弯矩所提供的。在设计中发挥连梁的延性作用，做到“强肢弱梁”。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构5. 结构计算方法概述 计算机方法：有限元法网,格划分灵活，适合任一立面形状，任意开洞情况。 手工计算（1）材料力学方法，适用于整体截面剪力墙或整体小开口剪力墙；（2）连续化方法，适用于联肢墙；（3）D值法，适用于壁式框架。 15.4.3 整截面剪力墙及小开口 剪力墙的内力与位移计算 内力计算 整截面剪力墙，正应力呈 线性分布，可直接用材料力学 公式计算剪力墙任一点的应力 或任意水平截面上的内力null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构各墙肢的弯矩 Mp－外荷载总弯矩；Ij －第J墙肢截面惯性矩； I －整个剪力墙组合惯性矩； －整体弯矩系数，设计中取0.85 各墙肢所受到轴力 总剪力Vp在各墙肢之间的分配，近似按下式计算： 2. 侧移计算和等效刚度 用材料力学公式，考虑弯曲变形和剪切变形null位移和等效刚度 由于剪力墙的截面高度较大，在计算位移时应考虑剪切变形的影响。同时，当墙面开有很小的洞口时，尚应考虑洞口对位移增大的影响。1、在水平荷载作用下，整截面墙考虑弯曲变形和剪切变形的顶点位移计算公式：第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null例：在水平均布荷载作用下，整截面墙考虑弯曲变形和剪切变形的顶点位移及等效刚度：第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null则可得到整截面墙的等效刚度计算公式为 第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null引入等效刚度 EIeq ，可把剪切变形与弯曲变形综合成弯曲变形的表达形式，位移公式可进一 步写成下列形式第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null15.4.4 双肢剪力墙的内力与位移计算 双肢墙由连梁将两墙肢联结在一起，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，属于高次超静定结构，可采用连梁连续化的分析法。 第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构null连梁连续化的分析法null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构连续栅片法：近似将连系梁看成是沿竖向无限密布的连续栅片 基本假定 （1）假定楼盖、屋盖在自身平面内的刚度为无限大； （2）将每一层处的连系梁简化成均布于整个层高范围内的许多个小梁－剪力栅片； （3）假定两个墙肢在同一标高处的水平位移和转角都是相等的； （4）假定个连系梁的反弯点位于连系梁的跨中； （5）假定层高h、墙肢的惯性矩I1、I2及其截面面积A1、A2 、连系梁的截面惯性矩Ibo与其截面积Ab等参数，沿剪力墙高度方向均为常数。null双肢墙内力和位移分布具有下述特点：null15.4.5 D值法应用于壁式框架的内力与位移计算 洞口尺寸较大，洞口上下梁的刚度大于洞口侧边墙的刚度时，强的有力特点接近于框架成为壁式框架。 壁式框架节点区存在刚域，并要考虑剪切变形的影响。 采用修正后的D值法进行计算 刚臂长度的计算 对于梁 对于柱 nullnull2. 带刚臂杆件的转角位移方程 （略） 3. 带刚臂框架柱的抗侧刚度（表15-8）4. 带刚臂框架柱的反弯点高度 yh=(a+sy0+y1+y2+y3)h 壁式框架与一般框架的区别： 1）梁柱杆端均有刚域，从而使杆件的刚度增大； 2）梁柱截面高度较大，需考虑杆件剪切变形的影响。null 由于各类剪力墙洞口大小、位置及数量的不同，在水平荷载作用下其受力特点也不同。这主要表现为两点：一是各墙肢截面上的正应力分布；二是沿墙肢高度方向上弯矩的变化规律。15.4.6 剪力墙结构的分类 剪力墙结构可分为整截面剪力墙、整体小开口剪力墙、联肢剪力墙及壁式框架等四类。（1）整截面墙如同竖向悬臂构件，截面正应力呈直线分布，沿墙的高度方向弯矩图既不发生突变也不出现反弯点，变形曲线以弯曲型为主。 null 6.8 剪力墙分类的判别 （2）独立悬臂墙是指墙面洞口很大，连梁刚度很小，墙肢的刚度又相对较大时，即 α 值很小（ α ≤1 ）的剪力墙。每个墙肢相当于一个 悬臂墙，墙肢轴力为零，各墙肢自身截面上的正应力呈直线分布。弯矩图既不发生突变也无反弯点，变形曲线以弯曲型为主。 null （3）整体小开口墙的洞口较小，α值很大，墙的整体性很好。水平荷载产生的弯矩主要由墙肢的轴力负担，墙肢弯矩较小，弯矩图有突变，但基本上无反弯点，截面正应力接近于直线分布，变形曲线仍以弯曲型为主，如 下图（c）所示 。 （4）双肢墙（联肢墙）介于整体小开口墙和独立悬臂墙之间，连梁对墙肢有一定的约束作用，仅在一些楼层，墙肢局部弯矩较大，整个截面正应力已不再呈直线分布，变形曲线为弯曲型，如下图 （d）所示 。 null （5）壁式框架是指洞口较宽，连梁与墙肢的截面弯曲刚度接近，墙肢中弯矩与框架柱相似，其弯矩图不仅在楼层处有突变，而且在大多数楼层中都出现反弯点，变形曲线呈整体剪切型。 注：由于连梁对墙肢的约束作用，使墙肢弯矩产生突变，突变值的大小主要取决于连梁与墙肢的相 对刚度比。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构1. 剪力墙的整体系数 2为连系梁总的抗弯线刚度与墙肢总的抗弯线刚度之比－墙肢轴向变形影响系数 m－洞口列数 l－连梁计算跨度 a－墙肢间距对于双肢墙 注：α值越大，表明连梁的相对刚度越大，墙肢刚度相对较小，连梁对墙肢的约束作用也较大，墙的整体工作性能好，接近于整截面墙或整体小开口墙。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构2 剪力墙分类的判别条件 当10，且In/I时，为整体小开口剪力墙； 当10，且In/I>时，为壁式框架； 当1.0<<10，且In/I时，为双肢剪力墙； 当<1.0，整体性很差，几个独立墙肢； In＝I－（I1＋I2） －是与整体性系数、层数n等因素有关的系数，查表15-10 整截面剪力墙（1）洞口面积小于整个墙面面积的15％； （2）洞口之间的距离及洞口至墙边的距离均大于洞口的长边尺寸。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.4.7 剪力墙截面设计 墙肢和连梁受力轴力（拉、压）、弯矩、剪力。 墙肢－偏拉、偏压构件；正截面、斜截面计算 连梁－按受弯构件计算（可忽略轴力） 墙肢考虑翼缘的作用，常常按T形或工字形截面设计 墙肢正截面承载力计算 墙肢斜截面承载力计算 墙肢平面外承载力验算 连梁承载力计算 5. 剪力墙构造要求null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.5 框架－剪力墙结构 15.5.1 框架－剪力墙结构的组成及受力特点 框架提供自由灵活的使用空间，剪力墙提供很大的抗侧刚度 。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构结构侧移曲线，框架结构为剪切型，剪力墙结构为弯曲型。 框架－剪力墙由于楼板的作用二者有相同的位移，协调后的侧向位移曲线呈弯剪型。在底层剪力墙发挥了较大的作用，框架的变形受到剪力墙的“制约”，在结构顶部剪力墙结构受到框架结构的“扶持”作用。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.5.2 框架－剪力墙结构中剪力墙的数量及布置 关键是剪力墙的数量及位置 剪力墙的合理数量 剪力墙布置的多，结构抗侧刚度大，侧向位移小；材料用量增加自振周期缩短，结构自重增加，地震反应加大。 剪力墙布置的少，材料用量减少，结构较柔，自振周期变长，地震反应小，但抗侧刚度小，位移大。 从抗震角度看剪力墙数量多时有利，从经济角度看剪力墙宜少设为好 剪力墙的合理数量，壁率平均每单位面积上剪力墙的长度，当少于50mm/m2时震害严重，当多于50mm/m2时，破坏轻微。我国工程经验一般认为剪力墙的面积率在3％～4％较为适宜。结构基本自振周期T=(0.1～0.15)n 较为合理。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构剪力墙的合理数量 按照国家规范：为避免剪力墙过少，框架剪力墙结构中框架承担的底部剪力不允许超过总剪力的50％，否则按纯框架结构进行计算。 当剪力墙过多时，框架承担的剪力将很小，当框架结构承担的剪力小于楼层剪力的20％时，按20％的楼层剪力进行地震作用计算。 经济设计时可使框架结构承担的剪力在40％左右 一般以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据较为合适。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构剪力墙的布置 剪力墙在建筑平面上布置宜均匀、对称。可两个方向布置（抗震），使两个方向结构自振周期较为接近；也可一个方向（横向）布置（适合非抗震地区）。 （1）剪力墙宜布置在房屋的竖向荷载较大处； （2）剪力墙宜布置在建筑平面形状变化处、楼梯间和电梯间的周围； （3）剪力墙应尽量布置在结构区段的两端或周边。 2. 楼盖结构的作用与布置 框架与剪力墙的协同工作需要由楼盖结构来保证。一般仅传递水平推力（相当于铰接刚性连杆），不传递平面外弯矩和剪力。有时既传递水平推力又传递弯矩（相当于连系梁）null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构作用：楼盖为铰接连杆，仅传递水平推力，不传递平面外弯矩和剪力。 连系梁，既传递水平推力，又传递弯矩。 根据结构布置的具体情况确定。 保证楼盖结构在其自身平面内有足够的刚度。剪力墙的最大间距（下表，图15-39）按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者是否考虑这些连梁对剪力墙转动的结束作用，将框架-剪力墙结构分为：框架-剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.5.3 框架－剪力墙结构计算 分两步：1）求出侧向力在各榀框架和剪力墙之间的分配；2）分别计算各榀框架或剪力墙的内力 1. 基本假定 1）楼盖结构在其自身平面内的刚度为无穷大； 2）侧向力的合力通过结构的抗侧刚度中心，即没有扭转 3）框架与剪力墙的结构刚度参数沿结构高度方向均为常数 可将结构单元内所有剪力墙综合在一起，形成一榀假想的总剪力墙，总剪力墙的弯曲刚度等于各榀剪力墙弯曲刚度之和；把结构单元内所有框架综合起来，形成一榀假想的总框架，总框架的剪切刚度等于各榀框架剪切刚度之和。null关于计算模型 1）分类： 按照剪力墙之间和剪力墙与框架之间有无连梁，或者是否考虑这些连梁对剪力墙转动的结束作用，将框架-剪力墙结构分为：框架-剪力墙铰结体系、框架-剪力墙刚结体系。2）特点：（1）框架-剪力墙铰结体系 对于下图 (a)所示结构单元平面，如沿房屋横向的 3 榀剪力墙均为双肢墙，因连梁的转动约束作用已考虑在双肢墙的刚度内，则总框架与总剪力墙之间可按铰结考虑。连杆是刚性的（即EA→∞），反映了刚性楼板的假定，保证总框架与总剪力墙在同一楼层标高处的水平位移相等。null（2）框架-剪力墙刚结体系 框架-剪力墙刚结体系。对于图 7.2.4(a)所示结构单元平面，沿房屋横向有 3 片剪力墙，剪力墙与框架之间有连梁连结，当考虑连梁的转动约束作用时，连梁两端可按刚结考虑，其横向计算简图如图7.2.4(b)所示。总连梁代表②⑤⑧轴线 3 列连梁的综合。 注： 1）对于图 7.2.3( a)和图 7.2.4(a)所示的结构布置情况，当考虑连梁的转动约束作用时，其纵向计 算简图均可按刚结体系考虑。 2）框架-剪力墙结构的下端为固定端，一般取至基础顶面；当设置地下室，且地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的 2 倍时，可将地下室的顶板作为上部结构嵌固部位。null框架-剪力墙铰结体系结构分析 连续栅片法是沿结构的竖向采用连续化假定，即把连杆作为连续栅片。这个假定使总剪 力墙与总框架不仅在每一楼层标高处具有相同的侧移，而且沿整个高度都有相同的侧移，从 而使计算简化到能用四阶微分方程来求解。连续栅片法nullnull基本方程 框架-剪力墙结构刚度特征值 y－位移（侧向挠曲线） －z /H 综合框架的抗侧刚度 2. 框架-剪力墙铰接体系的基本方程null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构3. 框架-剪力墙刚接体系的基本方程（刚接体系图15-43） 基本方程 综合连梁的等效剪切刚度 c－见壁式框架的D值法null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构4. 框架-剪力墙结构的内力与位移计算 （1）计算公式：可导出三种典型荷载作用下，框架－剪力墙结构的侧向位移y，综合剪力墙的弯矩MW，综合剪力墙的名义剪力V’W的计算公式。均布荷载倒三角形荷载见教材公式15-59 顶点集中荷载见教材公式15-60null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构(2)计算图表 框架－剪力墙结构的侧向位移y，综合剪力墙的弯矩MW，综合剪力墙的名义剪力V’W，按不同的结构刚度特征值绘制图表（图15-44、图15－45、图15-46所示）。 自变量=z/H，因变量y/y0， MW/M0，V’W/V0 y0－相应外荷载作用于纯剪力墙结构时顶点侧移值（ =0） M0－相应的外荷载在结构基底处所产生的总弯矩 V0－相应的外荷载在结构基底处所产生的总剪力 由相应的曲线查得不同值的y/y0， MW/M0，V’W/V0，从而求得结构各标高处的侧向位移值 y， MW，V’W， null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构(3)结构内力计算 1）综合框架、综合剪力墙、综合连梁的内力计算 a. 框架－剪力墙铰接体系 mb=0 V’W=Vw，查表可直接求出Mw， Vw， b. 框架－剪力墙刚接体系 c. 综合框架总剪力Vf的修正 当计算得到 时，取可按计算值，不作调整；null V0 － 外荷载在结构基底处所产生的总剪力； Vfmax －为整个结构所有各层中Vf的最大者 d. 单榀剪力墙、框架及单根连梁的内力 将上述各式求得的综合剪力墙的内力Mw， Vw按各单榀剪力墙等效刚度分配给每一榀剪力墙，综合框架的总剪力Vf按各单榀框架的抗侧刚度Cf分配给每一榀框架，综合连梁的约束弯矩mb按各连梁的刚度Ci分配给每一根连梁，从而进行各榀剪力墙、各榀框架及各根连梁的内力计算。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.5.4 框架与剪力墙的共同工作性能 1. 结构的侧向位移特征null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构2. 结构的内力分布特征15.5.5 截面设计及构造要求 框架－剪力墙结构的截面设计，框架和剪力墙分别按框架和剪力墙部分进行截面设计。 框架剪力墙结构中的剪力墙常常设有端柱，上下有框架梁或连梁－－带边框剪力墙null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.5.5 截面设计及构造要求 1. 周边有梁、柱的剪力墙的受力性能 一般剪力墙为弯曲破坏，有较好的变形能力。带边框剪力墙的抗震性能优于矩形截面剪力墙，设置端柱（有加密箍筋）可以延缓剪力墙内受压纵筋压屈，提高端柱核心区混凝土的抗压强度，增强剪力墙的受弯承载力，提高结构延性和耗能能力。设置于每层楼盖标高处的横梁则可作为剪力墙的加劲肋，可有效地阻止墙体内斜裂缝的开展，提高剪力墙的抗剪能力。边框加强了剪力墙的稳定性，当墙体内出现交叉的斜裂缝以后边框梁、柱可支持墙体裂而不倒，共同工作至极限状态。取消边框柱后剪力墙的极限承载力下降30％，取消边框梁后剪力墙的极限承载力下降10％。 加边框极限承载力提高42.5％，极限层间位移提高110％null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构2. 周边有梁、柱的剪力墙的设计要点 （1）截面尺寸要求：厚度不小于160mm，且不小于墙净高的1/20 梁截面宽度不小于2bw，梁截面高度不小于3bw，柱的截面宽度不小于2.5bw，柱的截面高度不小于柱的宽度。 （2）配筋计算：剪力墙计算时，端柱可作为剪力墙的翼缘，计算钢筋配在柱内，边框梁可不进行专门截面设计。 （3）配筋构造要求 竖向钢筋网，分布筋直径不小于8mm，间距不应大于300mm，非抗震竖向分布钢筋配筋率不应小于0.2％，抗震时不小于2.5％ 端部暗柱（见下页图），底部加强区。。。null抗震墙的约束边缘构件null15.6 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。 15.6.1筒体结构体系与布置 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，有以下常用体系： （1）核心筒结构 核心筒可以作为独立的高层建筑承重结构（竖向和侧向作用力） （2）框筒结构(下图b) （3）筒中筒结构(下图c) 把核心筒结构置于框筒结构的中间，一般把楼梯间、电梯间等服务性设施全部布置在核心筒内，而内外筒之间提供环形的开阔空间，以满足建筑上的自由分隔、灵活布置的要求 （4）框架核心筒结构d－受力性能与框架剪力墙结构相似 （5）成束筒结构e（组合筒、模数筒） （6）多重筒结构f15.6.1筒体结构体系与布置null框筒与筒中筒结构特点及布置 第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构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，如下图，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，下图是深圳国贸中心大厦静力分析得到的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。 剪力滞后现象：对于框筒结构，在翼缘框架中，远离腹板框架的各柱轴力愈来愈小；在腹板框架中，远离翼缘框架各柱轴力的递减速度比按直线规律递减的要快。上述现象称为剪力滞后。 nullnullnull 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高，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性，是经济而高效的一种抗侧力结构。 null产生剪力滞后现象的原因：框筒中各柱之间存在剪力，剪力使联系柱子的窗裙梁产生剪切变形，从而使柱之间的轴力传递减弱。 框筒中剪力滞后现象愈严重，参与受力的翼缘框架柱愈少，空间受力性能愈弱。 如何减少剪力滞后： （1）要求设计密柱深梁；（2）建筑平面应接近方形； （3）结构高宽比宜大于3，高度不小于60m；（4）楼板的整体性好。 优缺点： 筒体结构具有很大的侧向刚度及水平承载力，并具有很好的抗扭刚度。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.7 高层建筑结构基础 15.7.1 概述 荷载大，埋置深，设地下室（人防、车库），对总造价影响大 常用片筏基础、箱形基础，当不满足要求时也常采用桩基础。需要承台连接，承台形式有独立承台、筏板式承台、箱形承台等。 高层建筑结构基础有足够的埋深，采用天然地基时，不小于建筑物高度的1/15，采用桩基础时，不小于1/18 主楼和裙房之间的沉降缝和施工后浇带 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.7.2 箱形基础 箱形基础是由钢筋混凝土顶板、底板、西周外墙和纵横向内墙所组成的空间结构。地下人防、车库、水池、泵房、设备间。箱形基础也称为补偿式基础。 1. 箱形基础结构布置 (1)箱形基础的平面尺寸 平面尺寸根据上部结构的布置及荷载分布、地基土的承载力及地基的沉降控制等要求确定。一般与外墙齐平。也可适当扩大。恒加活组合时，偏心距不应大于B/60，恒＋活＋风时不大于B/30。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构(2)箱形基础的高度 取建筑物高度的1/8～1/12， 且不宜小于箱形基础长度 的1/16～1/18也不宜小于3米。 (3)箱形基础的埋深 箱形基础的埋深D不宜小于建筑物高度的1/12。null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构(4) 箱形基础的墙体布置 外墙沿四周，拉通、对直封闭、外包，内墙沿柱网纵横布置，刚度对称，利于上部荷载直接均匀的传至基础。内隔墙必须有一定数量，总墙体数量每平米墙体长度不小于400mm，墙体水平截面积不应小于基地面积的1/10。 长宽比大于4的建筑平面，纵墙截面积不小于箱基外墙外包尺寸水平投影面积的1/18 箱形基础上应尽量少开洞、开小洞。洞口宜尽量位于跨间距中部位，洞边至墙柱中心线的距离不宜小于1.2m 每一墙面的开洞系数满足 Aop－墙面洞口面积 Af－墙面总面积null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构2. 地基验算 包括地基承载力验算和地基变形验算。承载力验算，在竖向荷载和风荷载作用下地震组合时在地震作用下允许出现零应力区，但零应力区的面积不应超过基础底面积的15％ 箱基沉降量计算按分层总和法计算。建筑物横向整体倾斜允许值null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构3. 箱形基础结构计算 (1)基底反力计算 链杆法或基床系数法 基底反力系数法 40个方格，每个区格的反力null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构 (2)箱形基础内力计算 整体弯曲—在地基反力、基地水平压力和上部结构传来的荷载共同作用下，整个箱形基础将发生弯曲。局部弯曲—基础顶板在板面荷载作用下（类似于楼盖）将发生局部弯曲 。 分三种情况：a. 上部结构为框架结构，考虑整体弯曲与局部弯曲的作用，按刚度分配，由箱形基础承担的弯矩局部弯曲计算同楼盖。 整体弯曲的大小与上部荷载的大小与位置、基础刚度、地基土的物理力学指标有关，还与上部结构刚度有关。null箱形基础顶板底板承受轴力 箱形基础顶板和底板是在地基反力或楼面荷载作用下的双向板（局部弯曲应力）－－拉弯或压弯构件EGIG—箱形基础刚度 EBIB—上部结构包括框架和墙体的总折EGIG—算刚度null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构b. 当上部结构为剪力墙结构时 不考虑整体弯曲,只考虑局部弯曲，地板按倒楼盖设计 c. 当上部结构为框架-剪力墙结构时，一般情况下可按局部弯曲进行计算；剪力墙较少时，需要考虑整体和局部弯曲。 (3)构件承载力计算 （顶板、底板和墙体） a. 顶板和底板 既考虑整体弯曲又考虑局部弯 曲时，为偏心受拉和偏心受压构件。 只考虑局部弯曲时，为双向 受弯板，配筋时考虑整体弯 曲的影响。 斜截面受剪承载力应满足：null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构箱形基础底板的受冲切承载力 b. 墙体 内外墙当与上部剪力墙上下对齐者，可不必计算。 上面没有剪力墙时，按下式验算： 4. 箱形基础结构构造 见教材P.320～321null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构15.7.3 桩基础 特点：承载力大、稳定性好、沉降量小，均匀，能承受水平力和上拔力，承受动荷载的性能较好，但造价高、施工周期长。 桩的分类及选用 按受力状态有：端承桩和摩擦桩。 按桩的材料分类：木桩、灰土桩、碎石桩、砼桩和钢桩。 木桩、灰土桩、碎石桩常用于多层建筑的地基处理。 混凝土桩可分为预制桩－预制方桩和预应力砼管桩 和灌注桩，有钻孔灌注桩、冲孔灌注桩、沉管灌注桩、挖孔灌注桩和大直径扩底灌注桩； 钢桩－钢管桩、宽翼缘工字形截面桩null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构桩端持力层入土深度：粘土、粉土2d，砂土1.5d，碎石土1d。 抗震设计时，桩进入碎石土、砾砂、粗砂、中砂、密实粉土、坚硬粘性土的深度不应小于0.5m，桩端以下坚硬持力层厚度不宜小于4d，并进行下卧层验算。 2. 单桩设计 （1）预制混凝土桩 预制桩截面有方形、圆形和空心管形。 按受力状态有：端承桩和摩擦桩。 预制桩的沉桩方式有锤击法和压入法施工两种。 混凝土等级、配筋，构造，吊装验算见教材。 null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构 （2）灌注桩 灌注桩的成孔方式有钻孔、 冲孔、沉管、挖孔等。 钻孔和冲孔：直径300～1400mm 沉管:直径300~600mm,桩长较短, 不超过20m 人工挖孔:直径800~3000mm 可机 械挖孔,人工扩孔 灌注桩的构造见教材 扩底桩 (3)钢桩 预留腐蚀量null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构3. 桩基承载力计算 （1）单桩承载力设计值－单桩极限承载力 侧阻力、桩端阻力、承台土抗力（群桩效应系数） 采用现场静力载荷试验（试桩）确定，经验公式： 考虑群桩、土、承台的相互作用时，复合基桩竖向承载力： （2）桩数的确定 荷载效应基本组合下，竖向压力满足地震作用效应组合null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构桩顶竖向力设计值计算经验公式： (3)桩在平面上的布置 群桩重心与荷载合力作用点接近或重合,水平力和力矩较大方向有较大的截面模量。对于箱形基础，宜将桩布置在墙下；对于带肋梁的筏板基础布置在肋梁下；对于直径不小于800mm大直径桩，宜采用一桩一柱。 桩距一般用3～4d；对持力层为粘性土的打入桩不小于3.5d；对于钻孔桩，不宜小于3d；对于扩底桩，中心距不应小于扩底直径的1.5～2.0倍，且两个扩大头之间的净距不小于1m。 （4）桩基沉降计算 等效作用分层总和法 参考有关书籍null第15章 高层建筑结构第15章 高层建筑结构5. 桩基承台设计 包括承台底面尺寸、承台厚度、承台板的配筋计算、构造 （1）承台的内力计算 整体弯曲 局部弯曲 承台板冲切承载力计算（2）承台构造