5 高层建筑结构

null楚秀娟 chxj404@163.com chxj404@yahoo.com.cn楚秀娟 chxj404@163.com chxj404@yahoo.com.cn高层建筑结构设计null高层建筑结构体系及布置 荷载及设计要求 框架结构的内力和位移计算 剪力墙结构的内力和位移计算 框架—剪力墙结构的内力和位移计算 框架截面设计及构造 剪力墙截面设计及构造 第一章 高层建筑结构体系及布置第一章 高层建筑结构体系及布置高层结构体系的受力特点； 高层结构体系的种类及应用范围； 高层结构体系的总体布置原则 世界第一栋高层建筑 世界第一栋高层建筑 家庭生命保险大厦 钢结构 詹尼设计 10层高 1885年建成 1931年拆除 我国目前最高的建筑(投入使用)我国目前最高的建筑(投入使用)上海金茂大厦 高度420.5m 世界排名第四位。 目前世界最高建筑.目前世界最高建筑.1台北101大楼 ：台北，2004年共101层，高1671英尺(509米) 2吉隆坡双子塔：吉隆坡双子塔(Petronas Towers)，高1483英尺(452米)，88层,1998年完工，也是目前世界上最高的双子楼 3芝加哥西尔斯大厦 ：高1450英尺(442米)，共108层，其高度超过原纽约世贸中心，是美国最高的建筑物 4上海金茂大厦 ：金茂大厦高1380英尺(421米)，共88层，于1998年落成，是中国大陆最高的建筑 5香港国际金融中心(第二期)：高1362英尺(415米)，88层，于2003年建成。 6广州中信广场大楼 ：1997年建成，高1283英尺(391米)，80层。 7深圳顺兴广场大楼 ：在中国大陆排位第3。高1260英尺(384米)，69层，于1996年完工。同时也是中国最高的“钢铁”建筑物。 8纽约曼哈顿的帝国大厦：纽约最具人气的地点之一，也是目前纽约最高的建筑。帝国大厦高1250英尺(381米)，102层。 9香港中央广场大楼 ：于1992年建成，高1227英尺(374米)，78层. 参考资料：http://tech.163.com韩国将在汉城建580米高的世界最高建筑韩国将在汉城建580米高的世界最高建筑“国际商务中心（IBC）”大厦 将于2008年落户汉城上岩洞null目前我国内地正在使用的最高十大建筑 １金茂大厦，1998，88，420.5，组合，办公、宾馆 ２地王大厦，深圳，1996，81，325，组合，办公 ３中天（中信）广场，广州，1997，80，322，混凝土办公 ４塞格广场，深圳，1998，72，292，组合，办公 ５中银大厦，青岛，1996，58，246，混凝土，办公 ６明天大厦，上海，1998，60，238，混凝土，办公 ７上海交银金融大厦－北楼上海1998，55，230混凝土办公 ８武汉世界贸易大厦，1998，58，229，混凝土，办公 ９浦东国际金融大厦，1998，56，226，组合，办公 １０彭年广场，深圳，1998，58，222，混凝土，宾馆 高层建筑结构体系 高层建筑结构体系 高层建筑的界定 高层建筑的特点： 占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高、 有较好的日照、采光和通 风 防火、防灾、热岛效应 结构内力（N，M）、位移（△）高层建筑的结构（材料） 高层建筑的结构（材料） 钢结构 钢筋混凝土结构 钢—混凝土组合结构 高层建筑的发展高层建筑的发展河北定县开元寺塔 西尔斯大厦 纽约帝国大厦 纽约世界贸易中心被毁 高层建筑的结构体系 高层建筑的结构体系 框架结构体系 ①建筑平面布置灵活，分隔方便 ②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力 ③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小 ④侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差，限制了框架结构的建造高度 剪力墙结构体系 框架－剪力墙（框架－筒体）结构体系 筒结构体系 多筒体系——成束筒和巨型框架结构总体布置原则 结构总体布置原则 控制结构的高宽比H/B 结构的平面形状 对抗震有利的结构布置形式 有关缝的设置 温度差对房屋竖向的影响 高层建筑楼盖 基础埋置深度及基础形式 第二章 荷载及设计要求第二章 荷载及设计要求①风荷载的计算； ②荷载效应组合； ③高层建筑设计要求 平均风压与波动风压 平均风压与波动风压 风荷载 风荷载 风荷载标准值 式中 ——高层建筑基本风压值； ——风压高度变化系数(A、B、C三类 )； ——风载体型系数； ——风振系数(高度大于30m，且高宽比大于1.5的房屋建筑均需考虑风振系数) 基本风压 = 各地区空旷平坦地面上离地10m高、统计30年重现期的10分钟平均风速 （m/s） 总风荷载与局部风荷载 地震作用 地震作用 荷载效应组合 无地震作用组合： 有地震作用组合： 设计要求 无地震作用组合： 有地震作用组合： 位移限制: “三水准”（小震不坏、中震可修、大震不倒）设防及“两阶段”（弹性阶段、弹塑性阶段）的设计原则，遇到下列有些情况时，必须进行罕遇地震作用下的变形验算 下列情况必须进行罕遇地震作用下的变形验算 下列情况必须进行罕遇地震作用下的变形验算 ①7—9度设防的、楼层屈服强度系数 小于0.5的框架结构； ②7—9度设防的、高度较大且沿高度结构的刚度和质量分布很不均匀的高层建筑； ③特别重要的建筑。 其中，楼层屈服强度系数按下式计算 式中， ——按楼层实际配筋及材料强度标准值计算的楼层承载力，以楼层剪力 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示； ——在罕遇地震作用下，由等效地震荷载按弹性 计算所得的楼层剪力。 具体验算见《建筑结构抗震规范》。第三章 框架结构的内力和位移计算第三章 框架结构的内力和位移计算①分层法 ②反弯点法的计算理论及适用范围 ③ D值法的基本假定和影响反弯点的因素 ④框架侧移的特点及计算方法框架结构在竖向荷载作用下的近似计算——分层法框架结构在竖向荷载作用下的近似计算——分层法框架结构在竖向荷载作用下的近似计算——分层法 ①除底层外，各柱的线刚度乘以0.9加以修正； ②将各柱的弯矩传递系数修正为1/3 框架结构在竖向荷载作用下的近似计算——反弯点法框架结构在竖向荷载作用下的近似计算——反弯点法null的近似计算（一）——反弯点法 基本假定 ①假定框架横梁刚度为无穷大 ②假定底层柱子的反弯点位于柱子高度的2/3处，其余各层柱的反弯点位于柱中；实际结构中，尽管梁、柱的线刚度之比大于3，在水平力的作用下，节点仍然存在转角，则反弯点位置不在柱子中间 柱子的抗侧移（抗推）刚度d 反弯点法的计算步骤反弯点法的计算步骤 1、计算框架梁柱的线刚度，判断是否大于3； 2、计算柱子的抗推刚度； 3、将层间剪力在柱子中进行分配，求得各柱剪力值； 4、按反弯点高度计算到柱子端部弯矩； 5、利用节点平衡计算梁端弯矩，进而求得梁端剪力； 6、计算柱子的轴力。 框架在水平荷载作用下的近似计算（二）——改进反弯点（D值）法 框架在水平荷载作用下的近似计算（二）——改进反弯点（D值）法 基本假定 ①假定同层各节点转角相同； ②假定同层各节点的侧移相同。 柱子的抗推刚度D （ ——柱子抗推刚度的修正系数，其值小于等于1 ） 反弯点高度影响因素 ①结构总层数及该层所在的位置； ②梁、柱线刚度比； ③荷载形式； ④上、下层梁刚度比； ⑤上、下层层高变化。 各层柱的反弯点高度比 各层柱的反弯点高度比 柱子的“串、并联”： 在不规则框架中，常会碰到柱子的“串、并联”问题： 1、串联柱：数柱串联时，总的抗推刚度的倒数等于各层柱抗推刚度的倒数和 2、并联柱： 数柱并联时，总的抗推刚度等于各柱的抗推刚度之和 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算 框架侧移 框架侧移 第四章　剪力墙结构的内力和位移计算第四章　剪力墙结构的内力和位移计算基本假定 1、楼板在自身平面内刚度为无穷大，在平面外刚度为零 2、各榀剪力墙在自身平面内的刚度取决于剪力墙本身，在平面外的刚度为零 剪力墙的类别 ①整体墙 ②小开口整体墙 ③联肢墙 ④框支剪力墙 ⑤壁式框架 ⑥开有不规则洞口的剪力墙 剪力墙的计算方法 剪力墙的计算方法 ①整体墙和小开口整体墙 在水平力的作用下，整体墙类似于一悬臂柱，可以按照悬臂构件来计算整体墙的截面弯矩和剪力。小开口整体墙，由于洞口的影响，墙肢间应力分布不再是直线，但偏离不大。可以在整体墙计算方法的基础上加以修正 ②联肢墙 联肢墙是由一系列连梁约束的墙肢组成，可以采用连续化方法近似计算 ③壁式框架 　壁式框架可以简化为带刚域的框架，用改进的反弯点法进行计算。 ④框支剪力墙和开有不规则洞口的剪力墙 　此两类剪力墙比较复杂，最好采用有限元法借助于计算机进行计算 计算公式（略）计算公式（略）第五章　框架—剪力墙结构的内力和位移计算第五章　框架—剪力墙结构的内力和位移计算①框架—剪力墙的协同工作原理； ②框架—剪力墙结构的计算简图； ③框架—剪力墙结构的侧移特征； ④刚度特征值对框—剪结构内力、变形的影响 协同工作原理 协同工作原理 框架的侧移曲线是剪切型，曲线凹向原始位置； 而剪力墙的侧移曲线是弯曲型，曲线凸向原始位置。 框—剪结构的侧移曲线既不是剪切型，也不是弯曲型，而是一种弯、剪混合型，简称弯剪型。如图所示，在结构底部，框架将把剪力墙向右拉；在结构顶部，框架将把剪力墙向左推。因而，框—剪结构底部侧移比纯框架结构的侧移要小一些，比纯剪力墙结构的侧移要大一些；其顶部侧移则正好相反。 框架和剪力墙之间的这种相互作用关系，即为协同工作原理。 null基本假定 ①楼板在自身平面内的刚度为无穷大，平面外刚度为零。 ②结构区段在水平荷载作用下，不存在扭转。 框—剪结构的计算简图 ①铰结体系 ②刚结体系总框架的剪切刚度计算总框架的剪切刚度计算——分别表示框架弯曲变形、轴向变形产生的顶点侧移 null框—剪结构铰结体系在水平荷载下的计算 框—剪结构刚结体系在水平荷载下内力计算 1、剪力墙的弯矩和剪力 2、框架内力 框—剪结构刚结体系在水平荷载下内力计算框—剪结构刚结体系在水平荷载下内力计算一、刚结连梁的端部约束弯矩系数 二、基本方程及其解 三、框—剪结构内力计算 四、刚结连梁内力计算框架—剪力墙的受力和位移特征以及计算方法应用条件的说明 框架—剪力墙的受力和位移特征以及计算方法应用条件的说明 一、框—剪结构的受力和位移特征 ①框架承受的荷载在上部为正值（同外荷载作用方向相同），在底部为负值。这是因为框架和剪力墙单独承受荷载时，其变形曲线是不同的。二者共同工作后，必然产生上述的荷载分配形式。 ②框架和剪力墙顶部剪力不为零。因为变形协调，框架和剪力墙顶部存在着集中力的作用。这也要求在设计时，要保证顶部楼盖的整体性。 ③框架的最大剪力在结构中部，且最大值的位置随值的增大而向下移动。 ④框架结构底部剪力为零，此处全部剪力由剪力墙承担。 二、关于计算方法的说明 结构扭转的近似计算 结构扭转的近似计算 一方面，应尽可能使水平力通过或靠近刚度中心，减少扭转；另一方面，应尽可能加强结构的抗扭能力。抗扭计算只能作为一种补充手段。 抗扭计算仍然建立在平面结构和楼板在自身平面内刚度为无穷大这两个基本假定的基础上。第六章　框架截面设计及构造第六章　框架截面设计及构造框架延性设计的概念 越大，表示结构的延性越好。 延性越好，结构的抗震能力也就越好。在大震下，即使结构构件达到屈服，仍然可以通过屈服截面的塑性变形来消耗地震能，避免发生脆性破坏。在大震后的余震发生时，因为塑性铰的出现，结构的刚度明显变小，周期变长，所受地震力会明显减小，震害减轻。地震过后，结构的修复也较容易。因此在地震区，结构必须具备一定的延性。并且设防烈度越高、结构高度越大，对延性的要求也越高。延性框架的设计方法 延性框架的设计方法 1、结构抗震等级 2、框架设计的一般原则： ①强柱弱梁 ②强剪弱弯 ③强节点、强锚固 框架截面的设计内力 框架截面的设计内力 一、控制截面及最不利内力 ①梁端：最大正负弯矩、最大剪力； ②跨中：最大正负弯矩。 二、荷载的布置 三、内力调整 框架梁设计 框架梁设计 一、影响梁的延性的因素 1、破坏形态 2、拉、压钢筋的配筋率 3、受压翼缘 二、梁的抗弯设计 三、梁的抗剪设计 四、塑性铰区的配筋构造要求 框架柱的设计 框架柱的设计 一、柱子的破坏形态 　　柱子的破坏形态有弯曲破坏、剪切破坏、粘结破坏三种类型 二、影响柱子延性的几个因素 　　影响柱子延性的因素主要是剪跨比、轴压比和剪压比 三、钢箍的作用 ①与纵筋一起形成骨架，箍筋对纵筋的屈曲变形提供侧向的约束作用； ②箍筋承担剪力； ③箍筋对核心混凝土起约束作用。 四、柱子设计 五、柱中钢筋构造要求 框架节点区抗震设计 框架节点区抗震设计 一、强节点、强锚固 二、节点区设计剪力 三、节点区抗剪计算及箍筋构造 第七章　剪力墙截面设计及构造 第七章　剪力墙截面设计及构造 ①墙肢的设计 ②连梁的设计 墙肢截面承载力计算 正截面承载力计算 斜截面抗剪承载力计算 三、剪力墙的加强部位 ①剪力墙底层及顶层；　　②现浇山墙；　　③楼、电梯间；④内纵墙端开间；⑤抗震剪力墙的塑性铰区。 具体加强构造见《高层规程》连梁的设计 连梁的设计 一、抗弯承载力 二、抗剪承载力