高层建筑设计 抗侧力结构与布置
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❖ 结构体系：指结构抵抗外部作用的构件的组成方式。
❖高层建筑中基本的抗侧力单元有框架、剪力墙、 实腹筒(又称井筒)、框筒及支撑。由这几种单元 可以组成多种结构体系。
❖结构体系有：
•框架结构体系 •剪力墙结构体系 •框架－剪力墙结构(框架－筒体结构)体系 •筒体结构体系 •其他结构形式，如：板柱－剪力墙结构、框架－支撑(抗震 墙板)结构、竖向桁架结构、核心筒加复合巨型柱结构等。
2.1.4 框架结构的变形特点
❖框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点(变形曲线)
(1)柱和梁的弯曲变形产生——剪切型：
下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈 到上部层间变形愈小。
(2)柱的轴向变形产生——弯曲型：
这种侧移在上部各层较大，愈到底部 层间变形愈小。
(3)框架结构中第一部分侧移是主要的，
❖ 框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重(框架 结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、 水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重)；
❖ 电梯井贴梁柱布置，不得独立；
❖填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；
❖现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等 级设计时，不应低于C30；按二～四级和非抗震设计时，不应 低于C20；
一般剪力墙μN限制：一、二、三级抗震等级的剪力 墙，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过
下表的限值。
c.结构刚度判断
❖结构基本自振周期：T1=(0.04～0.05)N，(N为层数)。
❖当周期过短，地震力过大时，宜加以调整。
❖调整结构刚度的方法有： —适当减小剪力墙的厚度； —降低连梁高度； —增大门窗洞口宽度； —对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。
随着建筑高度加大，第二部分变形比例
逐渐加大，但合成以后框架仍然呈现剪 切型变形特征 。
2.2 剪力墙结构体系
❖利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构， 称为剪力墙结构体系（见图2-5、2-6）。墙体同时也作为维护 及房间分隔构件。
2.2.1 剪力墙的受力变形特点
(1)在承受水平荷载作用时，剪力墙 相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。
•剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置——洞口把墙体分成墙肢 和连梁。(见图2-8)。 •避免小墙肢（hw/bw<3）(见图2-8)。 •墙段的高宽比应≥3(呈受弯工作状态)(见图2-9)。 •每一墙肢的宽度不宜＞8m。
(2) 平面布置方案
❖横墙承重方案：楼板支承在横向剪力墙上。 ❖纵横墙承重方案：楼板直接支承在纵横向墙上或通过 进深大梁传递。 ❖底层大空间剪力墙方案
2.1.2 框架结构的特点
❖ ①建筑平面布置灵活； ❖ ②立面设计灵活多变；（外墙是非承重构件，立面可任意
划分） ❖ ③构件类型少，易于标准化、定型化。 ❖ ④具有较好的抗震性能——“延性框架”； ❖ ⑤梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，限制了框架结构的
使用高度。以15～20层以下为宜。
2.1.3 框架结构的布置要求
(1)承重框架的布置
❖承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。
❖框架结构承重方案有(见图2-4)：
•横向框架承重方案 •纵 向 框 架 承 重 方 •纵横 向 框 架 混 合承重案方 案
(2)结构布置要求
❖应设计成双向框架；
❖抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架； ❖框架梁、柱中心线宜重合；
❖结构应受力明确，构造简单；
2.1 框架结构体系
❖由梁、柱构件组成的结构称为框架。 ❖整幢结构都由梁、柱组成，就称为框架结构体系(见图 2-1~图2-3)，有时称为纯框架结构。
2.1.1 分类
❖按材料不同分为：钢、钢筋混凝土、钢骨(型钢)混凝土、 钢管混凝土等。
❖钢筋混凝土框架按施工方法的不同，可分为：现浇框架 、半装配式框架、全装配式框架等。
—墙肢长度超过8m时，一般都应由施工洞口划分为小的 墙肢。墙肢由施工洞分开后，如果建筑上不需要，可以 用砖墙填充。
❖短肢剪力墙——hw/bw= 4～8，且bw<300mm的剪力墙。
❖一般剪力墙——是指hw/bw＞8的剪力墙。 ❖异形柱 ——截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面 各肢的肢高肢厚比hw/bw<4的柱(剪力墙)。
b、墙肢轴压比μN限制：
轴压比的N定义：
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N fc A
短肢剪力墙μN限制：抗震等级为一、二、三级时分 别不宜大于0.45、0.50、0.55。
(3)抗震性能好——延性剪力墙结构。 (4)平面布置不灵活，(剪力墙的间距取决于楼板的跨度。一般 情况下剪力墙间距为3～8m，适用于要求较小开间的建筑)。
(5)结构自重较大。
❖ 底部大空间剪力墙结构(见图2-7)
2.2.3 剪力墙结构体系的布置要求
(1)结构布置原则
•剪力墙应沿结构的主要轴线布置。 •剪力墙应沿竖向贯通建筑物的全高。 •剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。 •剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50～l00mm。
❖现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40 ❖框 架 柱 的 混 凝 土 强 度 等 级 ， 抗 震 设 防 烈 度 为 9 度 时 不 宜 大 于 C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70；
❖抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时， 结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。
特点：框支墙上下刚度相差悬殊，不利抗震。 要求： ①不允许单独采用框支剪力墙。
②控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度。 ③落地剪力墙的间距L应满足一定要求。 ④提高转换层附近楼盖的强度及刚度。
(3) 剪力墙的数量
①剪力墙的间距：3m~7.2m
②剪力墙的厚度
a.构造要求(规范规定)： bw≥160mm~220mm。 ❖小墙肢——墙肢截面高度与厚度之比hw/bw<3的剪力墙。
(2)剪力墙的水平位移由弯曲变形和 剪切变形两部分组成。
(3)高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形 为主，特点是结构层间位移随楼层增
高而增加。
2.2.2 剪力墙结构体系的特点
(1)承载力要求容易满足(截面尺寸大)。
(2)整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小(现浇 钢筋混凝土剪力墙结构)，适合于建造较高的高层建筑(10～ 30层，100～140m)。
❖高层建筑中基本的抗侧力单元有框架、剪力墙、 实腹筒(又称井筒)、框筒及支撑。由这几种单元 可以组成多种结构体系。
❖结构体系有：
•框架结构体系 •剪力墙结构体系 •框架－剪力墙结构(框架－筒体结构)体系 •筒体结构体系 •其他结构形式，如：板柱－剪力墙结构、框架－支撑(抗震 墙板)结构、竖向桁架结构、核心筒加复合巨型柱结构等。
2.1.4 框架结构的变形特点
❖框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点(变形曲线)
(1)柱和梁的弯曲变形产生——剪切型：
下部的梁、柱内力大，层间变形也大，愈 到上部层间变形愈小。
(2)柱的轴向变形产生——弯曲型：
这种侧移在上部各层较大，愈到底部 层间变形愈小。
(3)框架结构中第一部分侧移是主要的，
❖ 框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重(框架 结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、 水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重)；
❖ 电梯井贴梁柱布置，不得独立；
❖填充墙应位于框架平面内，并受柱约束；
❖现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等 级设计时，不应低于C30；按二～四级和非抗震设计时，不应 低于C20；
一般剪力墙μN限制：一、二、三级抗震等级的剪力 墙，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过
下表的限值。
c.结构刚度判断
❖结构基本自振周期：T1=(0.04～0.05)N，(N为层数)。
❖当周期过短，地震力过大时，宜加以调整。
❖调整结构刚度的方法有： —适当减小剪力墙的厚度； —降低连梁高度； —增大门窗洞口宽度； —对较长的墙肢设置施工洞，分为两个墙肢。
随着建筑高度加大，第二部分变形比例
逐渐加大，但合成以后框架仍然呈现剪 切型变形特征 。
2.2 剪力墙结构体系
❖利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构， 称为剪力墙结构体系（见图2-5、2-6）。墙体同时也作为维护 及房间分隔构件。
2.2.1 剪力墙的受力变形特点
(1)在承受水平荷载作用时，剪力墙 相当于一根下部嵌固的悬臂深梁。
•剪力墙的洞宜上下对齐，成列布置——洞口把墙体分成墙肢 和连梁。(见图2-8)。 •避免小墙肢（hw/bw<3）(见图2-8)。 •墙段的高宽比应≥3(呈受弯工作状态)(见图2-9)。 •每一墙肢的宽度不宜＞8m。
(2) 平面布置方案
❖横墙承重方案：楼板支承在横向剪力墙上。 ❖纵横墙承重方案：楼板直接支承在纵横向墙上或通过 进深大梁传递。 ❖底层大空间剪力墙方案
2.1.2 框架结构的特点
❖ ①建筑平面布置灵活； ❖ ②立面设计灵活多变；（外墙是非承重构件，立面可任意
划分） ❖ ③构件类型少，易于标准化、定型化。 ❖ ④具有较好的抗震性能——“延性框架”； ❖ ⑤梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，限制了框架结构的
使用高度。以15～20层以下为宜。
2.1.3 框架结构的布置要求
(1)承重框架的布置
❖承重框架指承受楼面竖向荷载的框架。
❖框架结构承重方案有(见图2-4)：
•横向框架承重方案 •纵 向 框 架 承 重 方 •纵横 向 框 架 混 合承重案方 案
(2)结构布置要求
❖应设计成双向框架；
❖抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架； ❖框架梁、柱中心线宜重合；
❖结构应受力明确，构造简单；
2.1 框架结构体系
❖由梁、柱构件组成的结构称为框架。 ❖整幢结构都由梁、柱组成，就称为框架结构体系(见图 2-1~图2-3)，有时称为纯框架结构。
2.1.1 分类
❖按材料不同分为：钢、钢筋混凝土、钢骨(型钢)混凝土、 钢管混凝土等。
❖钢筋混凝土框架按施工方法的不同，可分为：现浇框架 、半装配式框架、全装配式框架等。
—墙肢长度超过8m时，一般都应由施工洞口划分为小的 墙肢。墙肢由施工洞分开后，如果建筑上不需要，可以 用砖墙填充。
❖短肢剪力墙——hw/bw= 4～8，且bw<300mm的剪力墙。
❖一般剪力墙——是指hw/bw＞8的剪力墙。 ❖异形柱 ——截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面 各肢的肢高肢厚比hw/bw<4的柱(剪力墙)。
b、墙肢轴压比μN限制：
轴压比的N定义：
N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N fc A
短肢剪力墙μN限制：抗震等级为一、二、三级时分 别不宜大于0.45、0.50、0.55。
(3)抗震性能好——延性剪力墙结构。 (4)平面布置不灵活，(剪力墙的间距取决于楼板的跨度。一般 情况下剪力墙间距为3～8m，适用于要求较小开间的建筑)。
(5)结构自重较大。
❖ 底部大空间剪力墙结构(见图2-7)
2.2.3 剪力墙结构体系的布置要求
(1)结构布置原则
•剪力墙应沿结构的主要轴线布置。 •剪力墙应沿竖向贯通建筑物的全高。 •剪力墙应尽量布置得比较规则，拉通、对直。 •剪力墙的厚度应按阶段变化，每次厚度减少宜为50～l00mm。
❖现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40 ❖框 架 柱 的 混 凝 土 强 度 等 级 ， 抗 震 设 防 烈 度 为 9 度 时 不 宜 大 于 C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70；
❖抗震设计的框架结构中，当布置少量钢筋混凝土剪力墙时， 结构分析计算应考虑该剪力墙与框架的协同工作。
特点：框支墙上下刚度相差悬殊，不利抗震。 要求： ①不允许单独采用框支剪力墙。
②控制建筑物沿高度方向的刚度变化幅度。 ③落地剪力墙的间距L应满足一定要求。 ④提高转换层附近楼盖的强度及刚度。
(3) 剪力墙的数量
①剪力墙的间距：3m~7.2m
②剪力墙的厚度
a.构造要求(规范规定)： bw≥160mm~220mm。 ❖小墙肢——墙肢截面高度与厚度之比hw/bw<3的剪力墙。
(2)剪力墙的水平位移由弯曲变形和 剪切变形两部分组成。
(3)高层建筑剪力墙结构，以弯曲变形 为主，特点是结构层间位移随楼层增
高而增加。
2.2.2 剪力墙结构体系的特点
(1)承载力要求容易满足(截面尺寸大)。
(2)整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小(现浇 钢筋混凝土剪力墙结构)，适合于建造较高的高层建筑(10～ 30层，100～140m)。