第二章高层建筑的荷载作用与作用效应组合.

第4章高层建筑结构的计算分析和设计要求

4.1 高层建筑结构的计算分析

（1）随着高层的快速发展，层数多，高度大，平面布置和立面体形复杂，结构计算分析越来越重要，采用计算机进行计算分析已成为不可或缺的手段。（2）计算机技术和结构分析软件的普及，一方面使精度提高，另一方面为准确地了解结构的性能提供了技术手段。

因此，合理地选择计算分析方法，确定计算模型和相关参数，正确使用计算机分析软件，检验和判断计算结果的可靠性等对高层建筑结构至关重要。

4.1.1 结构计算分析方法

高层建筑结构应根据不同材料的结构、不同的受力形式和受力阶段，采用相应的计算方法。

主要有（1）线弹性分析方法

（2）考虑塑性内力重分布的分析方法

（3）非线性分析方法

（4）模型试验分析方法。

线弹性分析方法是最基本，也是最成熟的方法，目前大多采用该方法，实践证明，一般情况下该方法可以满足工程精度要求，

对复杂的不规则结构或重要的结构，可考虑非线性分析方法和模型实验方法

框架梁及连梁等构件可考虑局部塑性引起的内力重分布，如在竖向荷载作用下，对框架梁端负弯矩乘以调幅系数，装配整体式框架取0.7—0.8，现浇式框架取0.8—0.9；抗震设计的框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。

理论分析、试验研究和工程实践表明，对高层建筑结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态，确保结构安全可靠。

4.1.2 结构计算模型

（一）计算模型

高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系，应根据实际选取能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。可选择

（1）平面协同工作模型：平面和立面布置简单规则的框架结构、框架-剪力墙结构；

（2）空间协同工作模型：

（3）空间杆系模型：剪力墙结构、筒体结构和复杂布置的框架结构、框架-剪力墙结构应采用空间分析模型

（4）空间杆-薄壁杆系模型

（5）空间杆-墙板元模型

（6）有限元计算模型。

针对这些力学模型，目前我国均有相应的结构分析软件。

（二）计算假定：

（1）楼盖（面）平面内刚度为无限大

（2）考虑楼板平面内刚度

为简化计算，可视楼（屋）面为水平放置的深梁，具有很大的平面内刚度，可近似认为其平面内为无限刚性。可使自由度数减小，计算大为简化。实践证明，对很多高层建筑结构可满足工程精度的要求。

若采用了刚性楼（屋）面板假定，设计上应采取措施保证楼（屋）面的整体刚度。如结构平面宜简单、规则、对称，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大；宜采用现浇钢筋混凝土楼板；对局部削弱的楼面，可采取楼板局部加厚、设置边梁、加大楼板配筋等措施。

对（1）楼板有效宽度较窄或有较大开洞搂面、（2）狭长外伸段楼面、（3）局部变窄产生薄弱连接的楼面、（4）连体结构的狭长连接体搂面等，楼板面内刚度有较大的削弱，楼板会产生明显的平面内变形，与刚性楼板假定相差较大，计算时应考虑楼板平面内变形的影响。

考虑楼板平面内的刚度可采用将楼板等效为剪弯水平深梁的简化方法，也可采用有限单元法进行计算。

当需要考虑楼板平面内变形而采用楼板平面内刚度无限刚性的假定时，应将计算结果进行适当调整，一般可对楼板削弱部位的结构构件适当增大内力，加强配筋和构造措施。

（三）构件刚度与变形

结构计算时，应考虑下列变形：

（1）梁的弯曲、剪切、扭转变形，当考虑楼板平面内变形时，还有轴向变形；

（2）柱和墙的弯曲、剪切、轴向和扭转变形。柱、墙的轴向变形影响显著，计算时应予以考虑。

（3）对层数多的高层建筑，柱、墙轴向变形宜考虑施工过程的影响。施工过程的模拟可采用适当的方法，如结构刚度和竖向荷载逐层形成、逐层计算的方法，或结构竖向刚度一次形成、竖向荷载逐层施加的计算方法。

（四）计算要求

（1）对体形复杂、结构布置复杂。如结构平面不规则、竖向不规则等，应采用至少两个不同力学模型进行计算分析，相互比较和校核，确保可靠性。

（2）带加强层或转换层、错层结构、连体和立面开洞结构、多塔楼结构等均属复杂高层建筑结构，其竖向刚度变化大、受力复杂、易形成薄弱部位，计算分析应从严要求。应符合下列要求：

1）采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行计算；

2）抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍；

3）应采用弹性时程分析法进行补充计算；

4）宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。

（3）对受力复杂的结构构件，如复杂的剪力墙、加强层构件、转换层构件、错层构件、连接体及其相关构件等，除整体分析外，尚应按有限元等方法进行局部应力分析，并据此进行截面配筋设计校核。

（4）除选用可靠的结构分析软件外，还应对软件的计算结果从力学概念和工程经验等方面加以分析判断，确认其合理、有效后方可采用。如对结构整体位移、楼层剪力、振型和位移形态、自振周期、超筋情况等计算结果进行工程经验判断。

4.2 荷载效应和地震作用效应的组合

高层建筑结构的荷载效应和地震作用效应的组合表达式如下：

（1）无地震作用效应组合时

wk

w

w

Qk

Q

Q

Gk

G

S

S

S

Sγ

ψ

γ

ψ

γ+

+

=（4.2.1）式中S－荷载效应组合的设计值；

G

γ、

Q

γ、

w

γ—永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；

Gk

S—永久荷载效应标准值；

Qk

S－楼面活荷载效应标准值；

Q

ψ、

w

ψ－楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷

载效应起控制作用时分别取0.7和0.0；当可变荷载效应

起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0。

（2）有地震作用效应组合时

wk

w

w

Evk

Ev

Ehk

Eh

GE

G

S

S

S

S

Sγ

ψ

γ

γ

γ+

+

+

=（4.2.2）式中S——荷载效应和地震作用效应组合的设计值；

GE

S——重力荷载代表值的效应；

Ehk

S——水平地震作用标准值的效应；