第5章高层建筑结构设计-近似计算方法
高层结构复习思考题及答案
第1章绪论1．我国对高层建筑结构是如何定义的《高规》将10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑，以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构房屋，称之为高层。
2．高层建筑结构的受力及变形特点是什么设计时应考虑哪些问题（1）水平荷载对结构的影响大，侧移成为结构设计的主要控制目标之一；（2）楼盖结构整体性要求高;（3）高层建筑结构中的构建的多种变形影响大；（4）结构受到动力荷载作用时的动力效应大；（5）扭转效应大；（6）必须重视结构的整体稳定和抗倾覆问题；（7）当建筑物高度很大时，结构内外与上下温差过大而产生的温度内力和温度位移也是高层建筑结构的一种特点。
4．为什么要限制结构在正常情况下的侧移何谓舒适度高规采用何种限制来满足舒适度要求限制侧移主要原因：防止主题结构及填充墙、装修等非结构构件的开裂与损坏；同时过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移还会使结构产生较大的附加内力。
人体对居住在高楼内的舒适程度。
通过限制振动加速度满足舒适度要求。
5．什么是结构的重力二阶效应高层建筑为什么要进行稳定性验算如何进行框架结构的整体稳定验算框架结构在水平荷载作用下将产生侧移，如果侧移量比较大，由结构重力荷载产生的附加弯矩也将较大，危及结构的安全与稳定。
这个附加弯矩称之为重力二阶效应。
有侧移时，水平荷载会产生重力二阶效应，重力二阶效应过大会导致结构发生整体失稳破坏。
故要进行稳定性验算。
满足下式要求，式中n为结构总层数，否则将认为结构不满足整体稳定性要求。
第2章高层建筑结构体系与布置1. 何为结构体系高层建筑结构体系大致有哪几类选定结构体系主要考虑的因素有哪些所谓高层建筑建筑的结构体系是指结构抵抗外部作用的构件类型及组成方式。
框架结构；剪力墙结构；框架-剪力墙结构；筒体结构；巨体结构。
因素：建筑高度；抗震设防类别；设防烈度；场地类型；结构材料和施工技术；经济效益；3.在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型（1）因为大量宏观震害标明，布置不对称，刚度不均匀的结构会产生难以计算和处理得地震作用（如应力集中，扭曲等）引起的严重后果，建筑平面尺寸过长，如建筑，在蒜辫方向不仅侧向变形加大，而且会产生两端不同步的地震运动，价赔偿的楼板在平面既有扭转又有挠曲，与理论计算结果误差较大。
高层建筑结构设计_苏原_第5章习题
第五章5.1 平面结构和楼板在自身平面内具有无限刚性这两个基本假定是什么意义，在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中为什么要用这两个假定？答：(1)假定一，一片框架或一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略。
因而整个结构可以划分成若干个平面结构共同抵抗与平面结构平行的侧向荷载，垂直于该方向的结构不参加受力。
假定二，楼板在其自身平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小，可以忽略。
因而在侧向力作用下，楼板可作刚体平移或转动，各个平面抗侧力结构之间通过楼板互相联系并协同工作。
上述两个基本假定的意义在于：近似方法将结构分成独立的平面结构单元，内力分析解决两个问题，第一，水平荷载在各片抗侧力结构之间的分配。
荷载分配与抗侧力单元的刚度有关，要计算抗侧力单元的刚度，然后按刚度分配水平力，刚度愈大，分配的荷载也愈多。
第二，计算每片平面结构在所分到的水平荷载作用下的内力和位移。
(2)在框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算中要用这两个假定,这三大结构体系的抗侧力构件均为平面构件，可以简化为平面结构，同时是为了简化计算，在不考虑扭转效应下，对计算的精度不会产生大的影响。
5.2分别画出一片三跨4层框架在垂直荷载（各层各跨满布均布荷载）和水平荷载作用下的弯距图形、剪力图形和轴力图形。
5.3 刚度系数D和d的物理意义是什么？有什么区别？为什么？应用的条件是什么？应用时有哪些不同？答：(1)D的物理意义：当柱端有转角时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。
d的物理意义：当柱端固定时使柱端产生单位水平位移所需施加的水平推力。
(2)抗侧刚度D值小于d值，即梁刚度较小时，柱的抗侧刚度减小了。
因为当梁的刚度较小时，对柱的约束作用减小，从而使柱的抗侧刚度减小。
(3)当梁比柱的抗弯刚度大很多时，刚度修正系数α值接近1，可近似认为α=1，此时第i层柱的侧移刚度为d值，在剪力分配公式中可用d值代替i i 时可采用D值，即反弯点法。
简化高层复习思考题
第1章绪论（1）我国对高层建筑结构是如何定义的？如何确定房屋高度？10层及10层以上和高度超过28m的钢筋混凝土民用建筑。
（2）高层建筑结构的受力及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？特点：水平荷载对结构影响大，随高度的增加除轴力与高度成正比外，弯矩和位移呈指数曲线上升，并且动力荷载作用下，动力效应大，扭转效应大。
考虑：结构侧移，整体稳定性和抗倾覆问题，承载力问题。
（3）从结构材料方面来分，高层建筑结构有哪些类型？各有何特点？按外形高层建筑有哪些类型？砌体结构，混凝土结构，钢结构，钢---混凝土混合结构（4）为什么要限制结构在正常情况下的侧移？何谓舒适度？高规采用何种限制来满足舒适度要求？①防止主体结构及填充墙，装修等非结构构件的开裂与破坏；②过大的侧向变形会使人不舒服③过大的侧移使结构产生较大的附加内力。
（5）什么是结构的重力二阶效应？高层建筑为什么要进行稳定性验算？如何进行框架结构的整体稳定验算？重力二阶效应包括2部分：①结构自身挠曲引起的附加重力效应二阶内力与构件挠曲形态有关，一般构件中间大，两端为0：②在水平荷载作用下结构产生侧移，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应主要是控制和验算结构在风或地震作用下重力效应对构件性能降低以及由此可能引起的结构失稳。
第2章高层建筑结构体系与布置思考题1. 何为结构体系？高层建筑结构体系大致有哪几类？选定结构体系主要考虑的因素有哪些？结构体系：结构抵抗外部作用的构件单元和组成方式。
①框架结构②剪力墙结构③框架--剪力墙结构④筒体结构⑤巨型结构；考虑因素：建筑高度，抗震设防类别，设防烈度，场池类别，结构材料，施工技术。
2 在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀？怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转？沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况？高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型？4. 防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？各种缝的特点和要求是什么？在高层建筑结构中，特别是抗震结构中，怎么处理好这3种缝？5．框架-筒体结构与框筒结构有何区别？何谓框筒剪力滞后现象？剪力滞后现象对结构设计和内力有何影响？框架--筒体结构是由框架和筒体结构单元组成的结构，框架和筒体是平行的受力单元，框架承担竖向荷载，筒体主要承担水平荷载。
第五章 高层建筑结构近似计算详解
构 设
• 忽略梁、柱轴向变形及剪切变形；
计 • 等截面杆件，以杆件轴线作为框架计
土 木
算轴线； • 竖向荷载作用下，结构无侧移。
系
结
构
一
5.2 框架结构的近似计算方法
高 5.2.1竖向荷载作用下内力近似计算
层
—分层力矩分配法
建 筑
计算假定：
结 构
• 框架的侧移和侧移力矩忽略不计;
设 • 每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽
构 设
底层柱： y=2/3
计 ⑹ 计算柱端弯矩；
土 木
柱上端弯矩 Mitj Vijh1 y
系 结
柱上端弯矩 Mibj Vijhy
构
一
5.2.2水平荷载作用下的近似计算
高 层
⑺ 由柱端弯矩、结点平衡，计算
建 筑
梁端弯矩；
结 构 设 计
M
l bi
M
t ij
Mb i1, j
ibl ibl ibr
计
则
土
木 系
为刚度修正系数，小于1，与梁柱刚度相
结 对大小有关（见表）；
构
D为结点有转角时柱的抗侧刚度，小于d。
一
高 层 建 筑 结 构 设 计 土 木 系 结 构 一
5.2.2水平荷载作用下的近似计算
框架结构同一层各柱侧移相等，
高 层
层剪力按柱的抗侧刚度分配：
建
筑
结
构
设
计
土
—框架结构i层总剪力 ；
木
—i层第j根柱分配到的剪力；
系 结
—i层第j根柱的抗侧刚度；
构 一
—i层全部柱的抗侧刚度之和。
5.2.2水平荷载作用下的近似计算
5高层建筑结构的分析方法与简化计算a
5.3.2 剪力墙结构的内力计算 5.3.2.1 竖向荷载作用下的内力计算
5.3.2.2 水平荷载作用下的计算单元和计算简图
可按纵横两方向墙体分别按平面结构进行分析。简化
为平面结构计算时，可以把与它正交的另一方向墙作为翼
缘。
横向地震作用计算
纵向地震作用计算
剪力墙的有效翼缘宽度bi
截面形式 考虑方式 按剪力墙的净距离S0考虑 按翼缘厚度hi考虑 按门窗洞净跨度b0考虑 T（或I形）截面 b+S02/2+S03/2 b+12hi b01 L形截面 b+S01/2 b+6hi b02
D值法。
修正后柱的抗侧移刚度D 反弯点法求柱的抗侧移刚度基于横梁无限刚性，认
为框架节点只有侧移，没有转角。D值法抛弃这一假定，
认为节点不仅有侧移，而且有转角，为了方便计算，作 了如下假设： 任一柱AB（不在底层）节点的转角、杆端转角都相同 (均为θ)
与柱AB相连上下两层柱的弦转角都相同
与柱AB相连上下两层柱的线刚度都相同 层高相等
5.2.2.2 水平荷载作用下框架的近似内力分析—反弯点法和D 值法
水平荷载：风荷载、地震水平作用
反弯点法
分析
① 水平荷载作用下框架各柱上下端既有水平位移Δ，又有转 角φ，而越往下框架所受的总水平力越大，所以转角自 下而上φ1>φ2>…>φn-1>φn
② 各层上下端的相对水平位移引起各柱变形特点是上下层 弯曲方向相反，从这点看，反弯点就在中点；但转角不
为简化计算，假定：
底层各柱反弯点高度距离基础顶面2/3底层柱高处，其余
各层柱反弯点在柱的中点；
在同层各柱间分配剪力时，假定横梁刚度无限大，即梁 端无转角。
高层建筑结构设计复习资料
第一章概述1、对于高层建筑，抵抗水平荷载成为结构设计需要解决的主要问题2、荷载效应：由荷载引起的结构内力、位移、速度、加速度等3、高层建筑结构设计，主要是抗水平力设计4、高层建筑结构的材料主要为钢、钢筋和混凝土5、按采用的材料，高层建筑的结构构件可分为钢构件、钢筋混凝土构件及组合构件，组合构件是指型钢或钢管与混凝土组合的构件6、按采用的材料，高层建筑结构的类型可分为钢结构、钢筋混凝土结构、混合结构，混合结构包括由全部构件为组合构件的结构，钢构件与钢筋混凝土组成的结构，钢构件与组合结构组成的结构，钢筋混凝土构件与组合构件组成的结构等7、钢结构以及混合结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢8、混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件，不应低于C20；剪力墙不宜超过C60；其他构件，9度时不宜超过C60，八度时不宜超过C70第二章结构体系1、高层建筑的结构体系包括框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构、巨型结构。
2、框架结构的设计要点：（1）必须在两个主轴方向上设置框架，以抵抗各自方向的水平力。
（2）抗震框架结构的梁柱不允许铰接，必须采用梁端能传递弯矩的刚接，以使结构具有良好的整体性和比较大的刚度。
（3）甲、乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架结构。
（4）承重体系主要取决于楼板布置。
（5）沿建筑高度，柱网尺寸和梁截面尺寸一般不变。
在建筑比较高的情况下，柱的截面尺寸沿建筑高度减小。
（6)侧向刚度小，总高度受到限制。
（7）框架结构的非承重墙宜采用轻质材料，减轻对结构抗震的不利影响。
（8）不应采用部分由框架承重、部分由砌体墙承重的混合承重形式。
（9）框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。
高层结构设计第5章 框架结构设计(新规范)
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计算方法 1、柱的抗侧移刚度D值——修正抗侧刚度的计算 水平荷载作用下，框架不仅有侧移，且各结点有转角，设 杆端有相对位移 ，转角 1 、 2 ，转角位移方程为：
12ic 6ic V 2 ( 1 2 ) h h
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令
D
V
（D值的物理意义同d相同——单位位移下柱的剪力） D值计算假定： （1）各层层高相等； （2）各层梁柱节点转角相等； （3）各层层间位移相等
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i1
θ3
3
i2
ic
i1
θ2
h
取中间节点i为隔离体， 由平衡条件 M 0 可得
2
i2 h
(4 4 2 2)ic (4 2)i1 (4 2)i2 (6 6)ic
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<c2>上下层高度变化时的反弯点高度比修正值y3 令下层层高/本层层高＝h上/h＝ 3 ——y3 3 >1——y3为负值，反弯点下移 3 <1——y3为正值，反弯点上移 说明：底层柱不考虑y2修正 柱反弯点高度比：
y yn y1 y2 y3
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弯矩图
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二、 水平荷载作用下内力近似计算方法— —反弯点法
1、反弯点法的基本假定 水平荷载：风力、地震作用 条件：梁的线刚度与柱的线刚度比≥3 假定： (1) 梁的刚度无限大； (2) 忽略柱的轴向变形； (3) 假定同一楼层中各柱端的侧移相等，节点转角为0 (4) 假定上层柱子的反弯点在中点 (5) 底层柱子的反弯点在距底端2h/3
高层建筑结构,第五章框架-剪力墙结构的内力和位移计算
§ 5.2 铰结体系协同工作计算
3、计算图表的应用 （1）根据荷载形式（有三种）、刚度特征值和高度坐标查 图表得系数 y( ) / f
y H
m M W ( ) / M 0 V VW ( ) / V0
（2）根据荷载形式按悬臂杆计算顶点侧移fH，底截面弯矩M0 和底截面剪力V0 （3）计算结构顶点侧移y、总剪力墙弯矩Mw和剪力VW以及总框 架剪力VF
P
PW 图
PF图
高层建筑结构——框架-剪力墙结构
§ 5.5 讨论
2、框剪结构设计中应注意的问题 框剪结构容易满足平面布置灵活和有较大抗侧刚度的要求。 此外，由于框架与剪力墙协同工作，使框架层剪力分布，从 底到顶趋于均匀（与纯框架结构中，框架层剪力上小下大不 同），这对框架的设计十分有利－框架柱和梁的断面尺寸和 配筋可以上下比较均匀 由此可以看出三个值得注意的问题： （1）纯框架设计完毕后，如果又增加了一些剪力墙（例如电梯 井，楼梯井等改成剪力墙），就必须按框架－剪力墙结构重 新核算 （2）剪力墙与框架协同工作的基本条件是：传递剪力的楼板必 须有足够的整体刚度。因此框剪结构的楼板应优先采用现浇 楼面结构，剪力墙的最大间距不能超过规定限值
高层建筑结构——框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：
1.剪力墙宜均匀地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、平 面形状变化 恒载较大的部位；在伸缩缝、沉降缩、防震 缝两侧不宜同时设置剪力墙。 2.平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力 墙； 3.剪力墙布置时，如因建筑使用需要，纵向或横向一个方向 无法设置剪力墙时，该方向采用壁式框架或支撑等抗侧力 构件，但是，两方向在水平力作用下的位移值应接近。壁 式框架的抗震等级应按剪力墙的抗震等级考虑。 4.剪力墙的布置宜分布均匀，各道墙的刚度宜接近，长度较 长的剪力墙宜设置洞口和连梁形成双肢墙或多肢墙，单肢 墙或多肢墙的墙肢长度不宜大于8m。单片剪力墙底部承 担水平力产生的剪力不宜超过结构底部总剪力的40%。
高层课后思考题答案
第1章绪论1.我国对高层建筑结构是如何定义的？答：我国规定：10层及10层以上或高度超过28m的住宅以及房屋高度大于24m的其他民用建筑为高层建筑。
2.高层建筑结构的受力及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？答:特点：水平荷载对结构影响大，随高度的增加除轴力与高度成正比外，弯矩和位移呈指数曲线上升，并且动力荷载作用下，动力效应大，扭转效应大。
考虑：结构侧移，整体稳定性和抗倾覆问题，承载力问题。
3.从结构材料方面来分，高层建筑结构有哪些类型？各有何特点？答：相应的结构分类（以材料分类）：砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构特点：（1）砌体结构具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差。
（2）钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。
（3）钢筋混凝土具有价格低，可浇筑成任何形状，不需要防火，刚度大。
但强度低，构件截面大占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。
（4）混合结构与钢构件比：用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比：重量轻，承载力大，抗震性能好。
第2章高层建筑结构体系与布置1. 高层结构体系大致有哪几类？各种结构体系优缺点和受力特点如何？答：高层结构体系类型:框架结构体系剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒中筒结构体系多筒体系巨型结构体系框架结构：受力变形特点：框架结构的侧移一般由两部分组成：1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us；2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。
注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。
高层课后思考题答案
第1章绪论1.我国对高层建筑结构是如何定义的？答：我国规定：10层及10层以上或高度超过28m的住宅以及房屋高度大于24m的其他民用建筑为高层建筑。
2.高层建筑结构的受力及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？答:特点：水平荷载对结构影响大，随高度的增加除轴力与高度成正比外，弯矩和位移呈指数曲线上升，并且动力荷载作用下，动力效应大，扭转效应大。
考虑：结构侧移，整体稳定性和抗倾覆问题，承载力问题。
3.从结构材料方面来分，高层建筑结构有哪些类型？各有何特点？答：相应的结构分类（以材料分类）：砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构特点：（1）砌体结构具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差。
（2）钢结构具有强度高，自重轻（有利于基础），延性好，变形能力大，有利于抗震，可以工厂预制，现场拼装，交叉作业但价格高，防火材料（增加造价），侧向刚度小。
（3）钢筋混凝土具有价格低，可浇筑成任何形状，不需要防火，刚度大。
但强度低，构件截面大占用空间大，自重大，不利于基础、抗震，延性不如钢结构。
（4）混合结构与钢构件比：用钢少，刚度大，防火、防锈；与混凝土构件比：重量轻，承载力大，抗震性能好。
第2章高层建筑结构体系与布置1. 高层结构体系大致有哪几类？各种结构体系优缺点和受力特点如何？答：高层结构体系类型:框架结构体系剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒中筒结构体系多筒体系巨型结构体系框架结构：受力变形特点：框架结构的侧移一般由两部分组成：1）水平力引起的楼层剪力，使梁、柱构件产生弯曲变形，形成框架结构的整体剪切变形Us；2）由水平力引起的倾覆力矩，使框架柱产生轴向变形（一侧柱拉伸，另一侧柱压缩）形成框架结构的整体弯曲变形Ub；3）当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。
注：框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。
高层建筑结构设计ppt课件
1.建筑结构荷载规范（GB 50009-2012） 2.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3-2010) 3.建筑抗震设计规范(GB 50011-2010) 4.混凝土结构设计规范（GB 50010-2010） 5.现行地基与桩基设计规范 6.赵西安，《现代高层建筑结构设计》，1999年 7.沈蒲生，《高层建筑结构设计》，2006 8.傅学怡，《实用高层建筑结构设计》，2010年
高层建筑结构设计 Design of Tall Building Structures
高层建筑结构设计
绪论
一、本课程讲授的主要内容
高层建筑的一般知识 高层建筑结构的体系与布置 高层建筑结构的荷载与设计要求 框架结构的计算 剪力墙的计算 框架—剪力墙结构的内力和位移计算 扭转近似计算
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高层建筑结构设计
深圳平安国际金融中心 PingAn International Finance Center
“平安国际金融中心”共115层，1～8层为裙房，用作商业，8～115层是办公区。带外伸臂的混合结构。本工程于2011年11月15日动工，工期4～5年，计划于2016年3月竣工。 设计高度为塔顶646米，屋面588米，该中心将成为深圳市标志性建筑物。
图2-2 框架结构示例
高层建筑结构设计
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2、类别: ①整体式框架——整体现浇； ②装配式框架——构件预制； ③装配整体式框架——部分现浇、部分预制（采用叠合梁）。 3、承重分类： ①横向框架承重； ②纵向框架承重； ③纵横向框架承重。
高层建筑结构设计
框架结构； 剪力墙结构； 框架剪力墙结构； 筒体结构。 各有不同的适用的高度和优缺点。
高层建筑结构设计
建筑结构第五章
设缝的缺点：
地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰幢而造成震害。
5.1 概述
高层建筑设防震缝情况： 1）平面长度和突出部分尺寸超出表5-6的限值，而又没
采取加强措施。
2）各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没采取有 效措施。
3）房屋有较大错层时。
5.1 概述
设置防震缝的要求：
1）防震缝最小宽度 框架结构：高度≤15ｍ时，取70mm；＞15ｍ时，每增加2~5m，加宽20mm；
5.1 概述
沉降缝不但应贯通上部结构，而且应贯通基础本身。
设置沉降缝后，上部结构应在缝的两侧分别布置抗
侧力结构，形成双梁、双柱和双墙的现象。
5.1 概述
一般地，对建筑结构各部分不均匀沉降采取“放”、“抗”、
“调”方法来处理。 放——即设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响；
抗——即采用端承桩或利用刚度很大的基础来抵抗沉降差
可塑性，其造价较低，其缺点是构件断面大、自重大。
2. 高层建筑的受力特点 高层建筑结构要同时承受竖向荷载和水平作用（即风荷载、
水平地震作用）。
在多层建筑结构中，水平作用产生的荷载效应逐渐增大；在 高层建筑结构中，水平作用将成为控制因素。
5.1 概述
（a）轴力与高度的关系；（b)弯矩与高度的关系；（c）侧向位移与高度的关系
V y ,i
Vy ,i 0.8Vy ,i 1
5.1 概述
4）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。
5.1 概述
5）当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应 满足： ①当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1不宜小 于B的 0.75 倍； ②当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼层水平尺寸B1 的0.9倍，且水 平外挑尺寸a不宜大于4m。
高层建筑结构设计作业答案
⾼层建筑结构设计作业答案《⾼层建筑结构设计》作业答案第1章概述思考题：1、什么是⾼层建筑和⾼层建筑结构？JGJ3-2002《⾼层建筑混凝⼟结构技术规程》和JGJ99-1998《⾼层民⽤建筑钢结构技术规程》是如何规定的？答：⾼层建筑尚⽆统⼀的严格定义，不同国家、不同时期，对⾼层建筑定义也不同，但原则上是以层数和建筑⾼度来标定的。
如：德国规定22m以上的建筑物为⾼层建筑英国规定24.3m以上的建筑物为⾼层建筑美国规定24.6m以上或7层以上的建筑物为⾼层建筑法国规定居住建筑物⾼度在50m以上，其他建筑物⾼度在28m以上的建筑为⾼层建筑⽇本规定8层以上或者⾼度超过31m的建筑为⾼层建筑，⽽30层以上的旅馆、办公楼和20层以上的住宅为超⾼层；前苏联则把9层和9层以上视为⾼层建筑；联合国教科⽂组织所属的世界⾼层建筑委员会在1972年年会上建议将⾼层建筑为四类第⼀类⾼层建筑9～16层（⾼度不超过50m）；第⼆类⾼层建筑17～25层（⾼度不超过75m）；第三类⾼层建筑26～40层（⾼度不超过100m）；第四类⾼层建筑40层以上（⾼度超过100m以上，即超⾼层建筑）；JGJ3-2002《⾼层建筑混凝⼟结构技术规程》规定：将10层及10层以上或⾼度超过28m的混凝⼟结构为⾼层民⽤建筑；JGJ99-1998《⾼层民⽤建筑钢结构技术规程》规定：10层及10层以上的住宅和约24m以上的其他民⽤建筑为⾼层建筑。
⾼层建筑结构是⾼层建筑中的主要承重⾻架。
2、⾼层建筑结构中结构轴⼒、弯矩和位移与结构⾼度的关系⼤体如何？答：⾼层建筑结构中轴⼒和结构⾼度成线性关系；弯矩和结构⾼度成⼆次⽅关系；位移和结构⾼度成四次⽅关系。
3、按功能材料分，⾼层建筑结构类型主要有哪⼏种？答：按功能材料分：①混凝⼟结构②钢结构③钢和混凝⼟的混合结构型式.4、⾼层建筑的抗侧⼒体系主要有哪⼏类？各有哪些组成和承受作⽤特点？答：⾼层建筑的抗侧⼒类型主要有：框架结构、剪⼒墙结构、框架－剪⼒墙结构、筒体结构、悬臂结构及巨型框架结构。
高层建筑结构设计 第五章
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法 5.2整体墙和小开口墙计算 等效抗弯刚度：
为了计算方便，引入等效刚度EIeq的概念，它把剪切变
形与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达，写成:
11 V0 H 3 60 EI eq 3 1 V0 H 8 EI eq 1 V0 H 3 3 EI eq 倒三角形分布荷载 均布荷载
qH
1
V0 H 3 V0 H V0 H 2 V0 H 2 V0 H 2 4 u (1 2 ) 8EI 2GA 8EI H GA 8EI (1 4 EI / H 2GA) 8EI eq
EI eq EI (1 4EI / H 2 GA)
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法 5.3 连续化方法计算联肢剪力墙 1.连梁连续化的分析方法： 此法将每一楼层的联系梁假想为分布在整个楼层高度的 一系列连续连杆，借助于连杆的位移协调条件建立墙的内
第五章 剪力墙结构近似计算方法 求解微分方程关键问题：
（1）建立连梁与墙肢的约束弯矩与连梁剪力关系式：
m( x) 2c ( x)
'' （2）建立 m 与外荷载对外荷载任意 和 m( x) 的关系式：
x
截面的总剪力 V
p
dM p 1 1 m ( m) (Vp m) E( I1 I 2 ) dx E ( I1 I 2 )
第五章 剪力墙结构近似计算方法
第五章
剪力墙结构近似计算方法
5.1剪力墙结构计算方法和计算简图 1.剪力墙结构：由一系列的竖向纵、横向和平面楼板组 合在一起的空间盒子式结构体系。
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3 计算梁、柱弯矩分配系数，确定传递系 数。除底层柱外，上层各柱的传递系数 取1/3；底层柱取1/2。 4 将框架分层。
分层后的柱端假定为固端
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
5 按力矩分配法计算每层梁、柱弯矩。 6 同层柱的柱端弯矩叠加。 7 将叠加后产生的节点不平衡弯矩再分配一次。
剪力墙是否开洞以及洞口的大小与分布情况 对其受力与变形影响很大。
剪力墙根据开洞情况的不同分两大类： 1）不开洞或开洞但洞口分布规则； 2）不规则开洞剪力墙。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
1）不开洞或开洞但洞口分布规则，可近似计算：
（1）整体墙（小开口整体墙）：16％及洞口长边与洞
口净距、洞边与墙边近距；
承受荷载：
竖向：恒载、使用活载、竖向地震 作用 水平：水平地震作用、风荷载
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
➢剪力墙的受力特点与类型
一般将其简化为平面结构，假定剪力墙在自 身平面内受力，在侧向荷载作用下处于二维应力 状态，应用平面有限元方法计算，但大都将其简 化为杆系采用结构力学的方法作近似计算。
联肢墙的结构尺寸
联肢墙的的计算简图
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 基本方法：力法
连 续 化 方 法 的 基 本 体 系
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 基本方程
d1(x)+d2(x)+d3(x)=0
d1(x)--由墙肢弯曲变形产生的相对位移
d2(x)--由墙肢轴向变形产生的相对位移。 d3(x)--由连梁弯曲和剪切变形产生的相对位移
5.3.3联肢墙的连续化计算方法
• 连续化方法：将连梁看作分散在整个剪力
墙高度上的连续连杆。
• 目的：能够进行微积分运算，进而求解结构
构件的内力与变形。
• 基本假定：
1）忽略连梁的轴向变形 2）两墙肢各截面的转角和曲率相等 3）各墙肢截面、连梁截面、层高等几何尺寸沿
全高相同
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
连杆自 身的弯曲和 剪切变形产 生的相对位 移：d3(x)
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 位移协调方程： d1(x)+d2(x)+d3(x)=0
将d1(x) 、 d2(x) 、 d3(x)的表达式分 别代入上述位移协调方程，并整理可得：
• 基本微分方程（上式的而阶微分）：
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 梁柱弯曲变形产生的剪切型侧移
根据柱D值的定义，按下式进行计算层间侧移：
顶点侧移为： • 柱轴向变形产生的侧移：
楼层i处的侧移： 楼层i的层间位移：
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
整体弯矩的15％）
双肢：开有一排较大洞口的墙
② 联肢墙：开口规则
整齐
多肢：开有多排较大洞口的墙
→整体性已经破坏，正应力分布与直线分布相差较大
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
较大洞口 联肢墙
（墙肢 独立墙肢（连梁刚度很小，墙肢刚度大）
连梁 ） 壁式框架（连梁刚度较大，墙肢较小接近框架）
③ 不规则开洞剪力墙
d1(x)=-2cqm(x)
墙肢的弯曲变形使
连杆产生的相对位移：
d1(x) 。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
d2(x)--由墙肢轴向变形产生的相对位移。
墙肢的轴向变形 使连杆产生的相对位 移：d2(x)
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
d3(x)--由连梁弯曲和剪切变形产生的相对位移。
墙肢截面在x高度处的内力（弯、剪、轴）
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 相对坐标：x=x/H • 基本微分方程的解（连杆沿高度分布的剪应力）：
式中:m-连梁对墙肢的约束弯矩 V0-剪力墙的底部剪力 T-轴向变形影响系数
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
一、竖向荷载作用下的内力
各片墙的竖向荷载可按其受荷面积计算 楼板传递： 注：连梁处有M、V对墙M、V有影响
其它主要为轴力
楼面大梁传来 大梁下：局部承压
（集中力） 下部45°向下传→均布kN/m （考虑侧墙）
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
二、基本假定：
① 楼面结构假定：自身平面内刚度很大，可
Φ(ξ)-系数
a-整体系数(连梁与墙肢刚度比） 双肢墙:
多肢墙:
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 连梁计算跨度 2al=2a+2hl/4
• 连梁折算惯性矩
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
• 联肢剪力墙肢内力:
连梁剪力: Vlj=(xj)h
• 连梁内力
连梁弯矩: Mlj= Vlj•a
水平荷载作用在房屋结构的 的主轴方向及斜交结构方向 （当斜交方向角大于15°时）
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
5.2 框架结构的近似计算方法
• 计算假定：忽略杆件的轴向变形 竖向荷载作用下框架无侧移。 杆件为等截面，其轴线为框架计算轴线。
5.2.1竖向荷载下内力计算—分层法
• 计算步骤： 1 计算梁柱线刚度。 有现浇板的梁：一边有板 I=1.5Ir 两边有板 I=2.0Ir 柱: 除底层外,各柱线刚度乘以0.9 2 统计荷载后，计算梁的固端弯矩。
视为刚度无限大的刚性楼板，平面外刚度较小， 可忽略不计。
楼板平面内没有相对变形，各墙在楼面连接 下水平受荷时作刚体运动。
② 平面结构假定 各墙在自身平面内刚度很 大，平面外刚度小。
平面内大
水平荷载作用下各墙受力
单向抗侧力结构
平面外小 不考虑
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
在单向抗侧力的基本假定前提下，将纵横
第5章高层建筑结构设计 -近似计算方法
2020/11/26
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
教学要求
熟练掌握框架结构的内力与侧移计算方法； 掌握一片剪力墙在侧向荷载作用下的内力 与侧移计算、掌握墙身开洞要求及洞口对墙肢 的受力与变形的影响； 理解框架与剪力墙的协同工作原理、掌握 协同工作计算方法以及刚度特征值对框－剪结 构的受力与变形的影响。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
5.1 计算基本假定
•平面结构假定：一片框架或剪力墙可以抵抗在本身平面内
的侧向力，平面外刚度忽略不计—可以计算平面结构的内力 和位移；
•刚性假定楼板：楼板在自身平面内刚度无限大，平面外刚
度忽略不计 —解决在水平荷载作用下各片平面结构之间的荷 载分配问题；
•水平荷载作用方向假定。
• D值法—改进的反弯点法
1 计算假定：
(1) 柱AB端节点以及相邻杆件的杆端转角均为θ。 (2)相柱应A地B以，柱及的相弦邻转上角下ψ柱=的Δ/线hj。刚度均为ic ；层间位移为Δ， (3) 与柱AB相交梁的线刚度为i1、i2、i3、i4。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
2 .柱的D值：由节点A、B的平衡条件和结构力学的转角
力和局部弯曲应力的和的比值。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
5.3 剪力墙结构的近似计算方法
抗侧力结构单元和承重单体均由剪力 墙（R.C墙）组成的空间结构体系称为剪 力墙结构。
5.3.1 剪力墙结构的受力特点及计算方法
结构组成：
竖向：纵、横墙 体系 （竖向分体系） 水平：楼盖 体系（水平分体系）
的反弯点位于2/3柱高处。
2 柱的抗侧刚度 ：
ijk=12ic/h2
图5.6框架在水平力作用下的弯矩图
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
3 柱剪力： 层间剪力是按各柱的抗侧刚度的比值分配给各柱
4 柱端弯矩 : 底层柱 :
其余各层柱：
5 梁端弯矩 :
6 其余内力：梁端剪力，柱轴力
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
洞口较大，不规则，不能简化为杆系，用平面有
限元方法计算
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
5.3.2 整体墙近似计算方法
思路：悬臂、静定 内力与位移按材料力 学 的方法计算
① 等效截面面积
Ad 剪力墙洞口立面面积 A0 剪力墙立面总面积
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
② 等效折算惯性矩
③ 等效抗弯刚度
相应的抗侧刚度影响系数，则抗侧刚度，按式(5-5)，
计算各框架柱的抗侧刚度D值。 6 (2) 每层各柱剪力按其刚度D分配，当j层的层剪力
Vj，柱jk的剪力：
7 (3) 计算柱jk的反弯点高度比y，按上式计算。
8 (4) 计算柱jk上下端弯矩。 =Vjkyh； y)h
=Vjk(1-
9 (5) 任一节点处左右横梁的端弯矩根据上下柱端弯 矩的代数和按横梁线刚度进行分配。
当
＜ 时，令
根据I和梁、柱的线刚度之比K，查表得 y1,
y2—上层层高与本层高度h不同时反弯点高度比的修正值。
y3—下层层高与本层高度h不同时反弯点高度比的修正值。
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
4 利用D值法计算在水平荷载作用下框架内力的步骤
5 (1) 根据表5-1，计算出各柱的梁柱刚度比K，及其
第5章高层建筑结构设算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法
第5章高层建筑结构设计-近似计算方 法