高层建筑结构设计(第四章)
高层建筑结构设计-第4章-结构设计基本规定
高层建筑结构设计广西大学土木建筑工程学院贺盛第四章结构设计基本规定4.6 舒适度验算4.7 抗震设防类别4.8 抗震等级4.9 变形缝设置4.1 适用最大高度及高宽比4.2 结构布置的规则性4.3 承载力验算4.4 荷载效应组合4.5 变形验算本章重点➢掌握各类房屋的适用最大高度及高宽比➢掌握各类结构布置原则及规则性判别方法➢掌握荷载效应组合及承载力验算方法➢掌握变形验算方法➢了解舒适度验算方法➢掌握各类建筑抗震等级确定方法➢熟悉各种变形缝的类型及设置原则4.1 适用最大高度及高宽比结构设计首先需根据房屋高度、抗震设防、设防烈度等因素，确定一个与之匹配的、经济且合理的结构体系，以使结构效能得到充分发挥，材料强度得到充分利用。
《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高混规》）及《高层民用建筑钢结构设计规程》JGJ-2015（以下简称《高钢规》）规定了钢筋混凝土结构、钢结构及混合结构房屋建筑的最大适用高度。
将钢筋混凝土结构房屋划分为A与B级。
当房屋高度满足下表时，为A级。
当钢筋混凝土结构房屋高度不满足上表，但满足下表时，为B级。
当房屋高度不满足下表时，为超限高层建筑。
民用钢结构房屋的最大适用高度如下表所示。
表中筒体不包括钢筋混凝土筒。
混合结构房屋的最大适用高度如下表所示。
4.1.2 房屋建筑适用的高宽比房屋建筑适用的高跨比，是对结构刚度、整体稳定承载能力及经济合理性的宏观控制指标。
当结构设计满足承载力、稳定、抗倾覆、变形及舒适度等基本条件之后，仅从结构安全角度考虑，高宽比限值不是必须满足的。
高宽比主要影响结构设计的经济性。
钢筋混凝土结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
4.1.2 房屋建筑适用的高宽比钢结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
混合结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
4.2 结构布置的规则性建筑平面可分为板式和塔式两大类。
高层建筑结构设计 第04章 高层框架结构内力计算
4.2 竖向荷载作用下的内力计算
一、分层法 1．竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算
假定 （1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响； （2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内
力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽 略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力， 因为各层柱的轴力对下部均有较大影响，不能忽 略。
M EH
FQHE
h2 2
3.42kN
3.3 m 2
5.64
kN m
（反弯点位于h/2处）
M EB
FQBE
h1 3
10kN
• 柱截面尺寸
框架柱的截面形式常为矩形或正方形。 有时由于 建筑上的需要， 也可设计成圆形、 八角形、 Ｔ 形、 Ｌ 形、十字形等， 其中 Ｔ 形、 Ｌ 形、十 字形也称异形柱。构件的尺寸一般凭经验确定。 如果选取不恰当， 就无法满足承载力或变形限值 的要求， 造成设计返工。确定构件尺寸时， 首先 要满足构造要求， 并参照过去的经验初步选定尺 寸， 然后再进行承载力的估算， 并验算有关尺寸 限值。
9.53 3.79 12.77 3.79
1.61
2.固端弯矩
下柱 3.79 3.79 1.61 7.11 4.84 3.64
相对线刚 度总和 左梁 11.42 0.000 21.63 0.353 11.82 0.864 20.43 0.000 30.93 0.308 18.02 0.709
分配系数 右梁 上柱 0.668 0.000 0.472 0.000 0.000 0.000 0.466 0.185 0.413 0.123 0.000 0.089
高层建筑结构设计思考题答案解析
第二章2.1钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？钢筋混凝土房屋建筑和钢结构房屋建筑各有哪些抗侧力结构体系？每种结构体系举1~2例。
答：钢筋混凝土房屋建筑的抗侧力结构体系有：框架结构(如主体18层、局部22层的北京长城饭店)；框架剪力墙结构（如26层的上海宾馆）；剪力墙结构（包括全部落地剪力墙和部分框支剪力墙）；筒体结构[如芝加哥Dewitt-Chestnut公寓大厦（框筒），芝加哥John Hancock大厦（桁架筒），北京中国国际贸易大厦（筒中筒）]；框架核心筒结构（如广州中信大厦）；板柱-剪力墙结构。
钢结构房屋建筑的抗侧力体系有：框架结构（如北京的长富宫）；框架-支撑（抗震墙板）结构（如京广中心主楼）；筒体结构[芝加哥西尔斯大厦（束筒）]；巨型结构（如香港中银大厦）。
2.2框架结构、剪力墙结构和框架----剪力墙结构在侧向力作用下的水平位移曲线各有什么特点？答：(1)框架结构在侧向力作用下，其侧移由两部分组成：梁和柱的弯曲变形产生的侧移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线为弯曲型，自下而上层间位移增大。
第一部分是主要的，所以框架在侧向力作用下的水平位移曲线以剪切型为主。
(2)剪力墙结构在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大。
(3)框架-剪力墙在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型, 层间位移上下趋于均匀。
2.3框架结构和框筒结构的结构构件平面布置有什么区别?答：(1)框架结构是平面结构，主要由与水平力方向平行的框架抵抗层剪力及倾覆力矩，必须在两个正交的主轴方向设置框架，以抵抗各个方向的侧向力。
抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。
框筒结是由密柱深梁组成的空间结构，沿四周布置的框架都参与抵抗水平力，框筒结构的四榀框架位于建筑物的周边，形成抗侧、抗扭刚度及承载力都很大的外筒。
2.5中心支撑钢框架和偏心支撑钢框架的支撑斜杆是如何布置的？偏心支撑钢框架有哪些类型？为什么偏心支撑钢框架的抗震性能比中心支撑框架好？答：中心支撑框架的支撑斜杆的轴线交汇于框架梁柱轴线的交点。
高层建筑结构设计要求及荷载效应组合讲解
③ 偶然设计状况：适用于结构出现的异常情况，包括结 构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等；
④ 地震设计状况：适用于结构遭受地震时的情况，在抗 震设防地区必须考虑地震设计状况。
1.1、持久设计状况和短暂设计状况下（无地震作用组合） 当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，按下式：
压区高度 材料变形能力 塑性变形中不能剪坏
计算和构造
我国《规范》依据设防分类、设防烈度、结构类型、 房屋高度，划分了结构的抗震等级。一级要求最高，延性 很好，二级、三级次之，四级要求最低。
不同抗震等级，对应不同的延性要求。设计时采取不 同的计算和构造措施。
对钢筋混凝土结构，如下表所示：
抗震设防标准：
⑵不利方面：出现塑性变形，意味着混凝土构件要出 现塑性铰、较大的裂缝和永久变形。会影响到结构的稳定。
结构的继续使用需要修复。
从抗震角度来看，出现超过设防烈度的地震是不可避 免的，结构应该具备足够的塑性变形能力。
但是结构过早地出现塑性变形也是十分不利的。结构 在小震、甚至风荷载作用下就出现塑性变形，必然导致裂 缝和变形过大，将影响到建筑物的正常使用。
结构顶点最大加速度
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆
alim (m / s2 )
0.15 0.25
2、楼盖竖向振动加速度限值
《高层规程》中规定楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz， 竖向振动加速度不应超过下表的限值。
2.4、稳定性与抗倾覆
结构整体稳定性是高层建筑设计的基本要求。研究表 明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整 体丧失稳定的可能性很小。稳定性设计主要是控制在风荷 载或水平地震力作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-Δ） 不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。
高层建筑结构
（2）风压高度变化系数uz
4.3.2风荷载
b.位于山区的高层建筑，其风压高度变化系数按照平坦 地面的粗糙度类别由于表 4-6确定外，尚应按照现行国 家标准《荷载规范》的有关规定，考虑地形条件加以修 正。
(3)风荷载体形系数us
风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比 值，它表不同体型建 筑物表面风力的大小。当风流经过建 筑物时，通常在迎风由产生压力(此时风荷载体型 系数用+表 示)，在侧风面及背风面产生吸力(此时风荷载体型系数用-表 示)。风压值 沿建筑物表面的分布并不均匀，迎风面的风压 力在建筑物的中部最大，侧风向和背风面 的风吸力在建筑 物的角区最大。风荷载体型系数与高层建筑的体型、平面尺 寸、表面状 况和房屋高宽比等因素有关。
4.3.3地震作用
4.3.3地震作用
4.3.3地震作用
二、设计反应谱
工程抗震设计是针对未来可能遭遇 的地震设防的，因此， 由过去某次已经发 生的地震动记录得出的反应谱实际意义 不大。国家组织专家经过对我国历史上的所有 地震资料的 专题研究，提出能利用抗震计算、曲线形状又相对简单的反 应谱曲线，这就 是设计反应谱。图4-7是我国《抗震规范》 以地震影响系数形式给出的设计反应谱。 也称为《抗震规 范》反应谱曲线。
4.1.1高层建筑结构受力特点
4.1.2正常使用条件下水平位移的限制
在正常使用条件下，应使高层建筑处于弹性状态。《高层 规程》对楼层层间最大位移与层高之比Δu /h小作出了以 下规定： (1)高度不大于150 m的高层建筑，其楼层层间最大位移与 层高之比Δu ／h，不宜大 于表4-1中的数值。
4.1.2正常使用条件下水平位移的限制
钢筋混凝土筒体结构体系中的筒体主要有核心筒和框筒。 1、核心筒 核心筒一般由布置在电梯间、楼梯间及没备管线井道四周的 钢筋混凝土墙所组成。 为底端固定、顶端自由、竖向放置 的薄壁筒状结构，其水平截面为单孔或多孔的箱形截 面， 如图4-3所示。
高层建筑结构设计_苏原_第4章习题
第四章4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。
我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。
(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。
对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。
4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。
4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。
在高层建筑结构设计中，一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。
4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。
(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。
第四章设计要求及荷载效应组合共59页文档
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
大部分钢结构计算需要考虑P-△效应。
《高钢规》5.2.10条 高层建筑钢结构同时符合下列条件
时，可不验算结构的整体稳定。
一、结构各层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要
求：
Nm m 1 N pm 80
式中，λm—楼层柱的平均长细比； Nm—楼层柱的平均轴压力设计值； Npm—楼层柱的平均全塑性轴压力；
钢结构
除框架结构外的转 换层
各种结构类型
1/120 1/50
4.2 侧移限制
4.2.2 防止倒塌层间位移限制
对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高10%；当柱子全 高的箍筋构造采用比本规程中框架柱最小配箍特征值大30% 时，可提高20%，但累计提高不宜超过25%。
4.3 舒适度要求
高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条 件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规 范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向 结构顶点最大加速度不应超过表4-4的值。必要时，可通过 专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大 加速度 a m a x。
Npm fyAm
fy—钢材屈服强度； Am—柱截面面积的平均值。
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
二、结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层相对侧移值， 满足下列公式要求：
u 0.12 Fh
h
Fv
式中，Δu—按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移； h—楼层层高； ∑Fh—计算楼层以上全部水平作用之和； ∑Fv—计算楼层以上全部竖向作用之和；
式中，E J d 为结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒 三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧
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第四章4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。
我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。
(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。
对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。
4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。
4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。
在高层建筑结构设计中，一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。
4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。
(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。
高层建筑结构设计3
C.小开口整体墙及独立墙肢近似计算方法
（1）小开口整体墙-洞口较窄而墙肢较宽
当门窗洞口稍大一些，墙肢应力中已出现局部弯矩，但局部弯矩的 值不 超过整体弯矩的15％时，可以认为截面变形大体上仍符合平面 假定按材料力学公式 计算应力，然后加以适当的修正。这种墙叫小 开口整体墙。 小开口墙的内力和应力分布特点
第四章剪力墙内力与位移的计算
• • • • 整体墙计算方法 多肢墙的连续化计算方法 小开口整体墙及独立墙肢近似计算方法 带刚域框架计算方法
Hale Waihona Puke 第一节 剪力墙结构的计算图和计算方法 一、基本假定 1. 楼板在其自身平面内刚度很大，可视为刚度无限大的刚性楼板， 而在平面外， 则由于刚度很小，可忽略不计， 这样楼板将各榀剪 力墙连成一体，在楼板平面内没有 相对变形，在剪力墙结构受水平 荷载后，楼板在其平面内作刚体运动，并把水平作用的 外荷载向各 榀剪力墙分配。 2．各榀剪力墙在其自身平面内的刚度很大；而相对来说，在其平 面外的刚度相 小，可忽略不计。换言之，在外水平荷载作用下，各 榀剪力墙结构受到的与自身平面垂 直的力是很小的，可忽略不计； 只承受在其自身平面内的水平力。这样，可以把不同方 向的剪力墙 结构分开，作为平面结构来处理。
a墙肢中大部分层都没有反弯点；
b截面上正应力分布接近于直线分布。
（2）独立墙肢计算方法
D带刚域框架计算方法
在联肢墙中，当洞口较大，连梁刚度接近或大于墙肢刚度时，可以 按带刚域框架计算 简图进行内力及位移分析。这种联肢墙的性能已 按近框架，大部分层的墙肢具有反弯点。 它具有宽粱、宽柱，它的 梁、柱相交部分面积 大、变形小，可以看成“刚域”。 可以把梁、 墙肢简化为杆端带刚域的变截面杆件，假定刚域部分没有任何变形， 因此称为带刚域框架，有时也称为壁式框架。
高层建筑结构的计算分析和设计要求
补充内容3：水平力作用方向
实际风荷载及地震作用的方向是任意的，但是在规范 中规定：
结构计算只考虑x、y两个正交方向作用的水平力，各 方向水平地震力全部由该方向抗侧力结构承担，这是一 种简化。
注：x、y 方向通常是指结构的主轴方向。
主轴方向定义：当水平力在主轴方向作用时，只产生 主轴方向的位移，且位移最大。
有时结构主轴不易判断，则应根据经验判断取最接近 主轴的x、y两个方向，或通过计算确定。
补充内容4：计算基本假定
对结构进行分析时，首先分析结构的动力特性，再分析 结构的内力及变形。
首先，按简化方法分析；在必要时，再进行时程分析。 对结构工程师的基本要求：合理运用简化假定，善于 抓住主要的，忽略次要的，正确选用恰当计算方法。 规范中对结构计算作了一些基本假定，不同的方法采 用的假定会有所不同，应根据设计要求，选用符合实际 的假定与方法。
两类调幅(调整)的方法： (1)用弹性计算所得到的内力乘以系数(大于或小于1)； (1)在计算时降低杆件刚度：构件刚度降低愈多，内力愈小。
《高规》中规定的调幅方法: 框架梁(连续梁)在竖向荷载下的调幅，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架的内力调整，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的联/连系梁的调幅， 采用方法(2)进行： 联肢剪力墙中连梁的调幅，采用方法(1)或方法(2)进行。
/计算与构造的特殊要求）
4.1 高层建筑结构的计算分析
4.1.1 结构计算分析方法
1. 线弹性法：常用的成熟法，计算精度和结构安全性基本可得到保证。 2. 考虑塑性内力重分布法：框架梁和连梁等构件宜对竖向载下内力进
行调整。 3. 非线性分析法：精度高，但复杂，常用于复杂结构整体受力分析。 5. 模型试验法：精度更高，但费用高，常用于复杂结构整体或局部受
高层建筑结构设计各章节试题及答案
高层建筑结构复习题及答案1 名词解释1. 高层建筑：10层及10层以上或房屋高度大于28m 的建筑物。
2. 房屋高度：自室外地面至房屋主要屋面的高度。
3. 框架结构：由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。
4. 剪力墙结构：由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。
6. 框架—剪力墙结构：由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。
9. 转换结构构件：完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而设置的结构构件，包括转换梁、转换桁架、转换板等。
17. 结构转换层：不同功能的楼层需要不同的空间划分，因而上下层之间就需要结构形式和结构布置轴线的改变，这就需要在上下层之间设置一种结构楼层，以完成结构布置密集、墙柱较多的上层向结构布置较稀疏、墙术较少的下层转换，这种结构层就称为结构转换层。
（或说转换结构构件所在的楼层）21. 剪重比：楼层地震剪力系数，即某层地震剪力与该层以上各层重力荷载代表值之和的比值。
22. 刚重比：结构的刚度和重力荷载之比。
是影响重力∆-P 效应的主要参数。
23. 抗推刚度（D ）：是使柱子产生单位水平位移所施加的水平力。
24. 结构刚度中心：各抗侧力结构刚度的中心。
28. 主轴：抗侧力结构在平面内为斜向布置时，设层间剪力通过刚度中心作用于某个方向，若结构产生的层间位移与层间剪力作用的方向一致，则这个方向称为主轴方向。
33. 剪切变形：下部层间变形（侧移）大，上部层间变形小，是由梁柱弯曲变形产生的。
框架结构的变形特征是呈剪切型的。
42. 剪力滞后：在水平力作用下，框筒结构中除腹板框架抵抗倾复力矩外，翼缘框架主要是通过承受轴力抵抗倾复力矩，同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩和剪力。
由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形，使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减，这种现象称为剪力滞后。
55. 延性结构：在中等地震作用下，允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，这时结构进入弹塑性状态。
高层建筑结构设计4
铰结体系：
刚结体系
剪力墙内力：
框架梁、柱的内力
刚结联系梁的设计弯矩和剪力：
第五章
框架-剪力墙结构协同工作计算
• 剪力墙和框架之间的联系
• 刚度特征值λ
第一节 底层大空间剪力墙结构的计算图和计算方法 底层为框架的剪力墙结构．出于上部墙体与底层框架的不同性质， 给计算带来一些 麻烦。底层为框架的剪力墙结构的计算包含两个方 面的内容： 1)底层为框架的剪力墙 在水平荷载作用下的内力和位移计算以及它 们与落地剪力墙协同工作时的内力和位移 计算问题； 2)底层为框架的剪力墙在坚向和水平荷载作用下墙框交接区的应力 分布问 题。 前一方面的问题，可以把上部墙体视为杆件结构，用杆件结构的计 算理论采解决； 后一方面的问题，涉及到两种不同性质的构件(一 维的杆件结构和两维的平面问题)的 接触问题，必须用弹性力学的 理论来解决。
第二节底层为框架的双肢剪力墙
一、双肢墙混合法的基本方程
第三节剪力墙和框架之间的联系： a.通过楼板。楼板对各平面结构不产生约束弯矩，简化为铰接连杆。
b.通过联系梁。联系梁与剪力墙连端为刚接，与框架相连端为铰接。
近似方法中把所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架， 协同工作计算主要 解决荷载在总剪力墙和总框架之间的分配，得到 总剪力墙和总框架的总内力，并计算侧向位 移。每片剪力墙的内力， 将按各片墙等效抗弯刚度进行再分配。各个柱子的水平剪力也将按 每个柱子的D值进行再分配。
高层建筑结构3(剪力墙结构)ql详解
厚比小于8的墙) 3）较长剪力墙宜开设洞口将其分成长度较均匀的若干墙段，
墙段之间采用弱连梁连接，每个独立墙段的总高度与其截 面高度之比不应小于2。墙肢截面高度不宜大于8m。 4）按一、二级抗震设计等级设计的剪力墙截面厚度，底部
上部各层剪力可按材料力学公式计算截面的剪应力，各 墙肢剪应力之合力即为墙肢剪力；或按墙肢截面面积和惯性 矩比例的平均值分配剪力，即：
1
Vi Vp 2
A
Ai
Ii Ii
剪力墙的顶点位移计算
剪力墙的等效刚度就是将墙的弯曲、剪切和轴向变形之 后的顶点位移，按顶点位移相等的原则，折算成一个只考虑 弯曲变形的等效竖向悬臂杆的刚度。
加强部位不应小于层高或剪力墙无支长度的1/16，且不 应小于200mm；其他部位不应小于层高或无支长度的 1/20，且不应小于160mm。
5）按三、四级抗震等级设计的剪力墙截面厚度，底部加强 部位不应小于层高或无支长度的1/20，且不应小于 160mm。其他部位不应小于层高或无支长度的1/25， 且不应小于160mm。
有了等效惯性矩，可以直接按受弯悬臂杆的计算公式计 算顶点位移。
顶点水平位移统一表达 其中
V0H 3
EIe
V0 --- 底部总剪力
H --- 剪力墙总高
E Ie --- 等效抗弯刚度
α --- 系数 顶点集中荷载1/3， 均布荷载 1/8， 倒三角形荷载 11/60.
以集中载荷为例：
弯曲变位 剪切变位 V0 H 3 V0 H
第四章 剪力墙结构
*********剪力墙结构概述**********
房屋建筑学第四章建筑体型和立面设计
落成时间：1923年
（3）利用形象变化突出主体
在建筑造型上运用圆形、折线形或比较复杂的轮廊线 都可取得突出主体、控制全局的效果。
上海大剧院
1998年
整幢建筑物晶莹、透明、 典雅、壮观，其屋顶的 天空展开，象征着上海 对世界文化艺术的热情 追求，建筑平面采用中 国传统环绕观众厅、舞 台组合成"＃"字型，充 满活力和梦幻，反映了 四个世纪以来的剧院建 设形象。
建筑不仅要满足人们生产、生活等物质功能的要 求，而且要满足人们精神文化方面的要求，为此， 不仅要有实用属性，同时也要给人以美的感受。 建筑美观主要是通过内部空间及外部造型的艺术 处理来体现，同时也涉及到建筑的群体空间布局， 而其中建筑的外观形象经常地、广泛地被人们所 接触，对人的精神感受上产生的影响尤其深刻。 轻巧、幽雅、通透的———园林建筑 雄伟、庄严、肃穆的——纪念性建筑 朴素、亲切、宁静的——居住建筑 简洁、完整、挺拔的——高层公共建筑
国家大剧院
流 水 别 墅
第一节 建筑体型和立面设计的要求
4.1.1、反映建筑功能要求和建筑个性特征
不同功能要求的建筑类型具有不同的内部空间组合特 点，房屋的外部形象也应相应地表现出这些建筑类型 的特征。
住宅：房小人少，浅 进深，小窗小入口， 多阳台、楼梯
深圳百仕达花园
（4）交错的韵律
指在建筑构图中，运用各 种造型（体型大小、空间 的虚实、细部的疏密等手 法），作有规律的纵横交 错，相互穿插的处理，形 成丰富的韵律感。 利用突凹的小窗构成交错 的韵律。
（四）对比与变化
在体型及立面设计中，对比指的是建筑物各部
分之间显著的差异，对比可以借助相互之间烘
高层建筑结构设计第4章剪力墙结构设计
4.1剪力墙结构布置与计算基本假定
剪力墙是由纵横两 个方向均由钢筋 凝土墙组成的空 间结构体系。除 了承受楼板的竖 向荷载外，还要 承受风荷载、水 平地震作用等水 平作用。
4.1剪力墙结构布置与计算基本假定
4.1.1剪力墙结构布置与设计要点 4.1.2剪力墙结构的承重方案 4.1.3计算基本假定 4.1.4剪力墙内力计算
⑴简化连杆的计算法
4.2.3剪力墙的计算方法
⑵带刚域框架的计算法 将剪力墙简化为一个等效多层框架。由于墙肢 和连梁都较宽，在墙梁相交处形成一个刚性区域 ，在这区域内，墙梁的刚度为无限大。因此，这 个等效框架的杆件便成为带刚域的杆件。 ⑶有限元及有限条法 ⑷矩阵位移法
4.2.3剪力墙的计算方法
⑵带刚域框架的计算法
4.3.1 整体墙的计算
（2）有洞口情况 （a）洞口截面面积的削弱： 等效截面面积：
Aw 0 A
洞口削弱系数：
0 1 1.25 A0 p / A f
Aop
剪力墙洞口总立面面积 Af 剪力墙立面总墙面面积
高层建筑结构设计第四章___水平地震作用计算及位移内力分析
第四章水平地震作用计算及位移内力分析对于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可以采用底部剪力法的简化方法计算水平地震作用。
底部剪力法适用于本工程。
此法是将结构简化为作用于各楼层位置的多质点葫芦串，结构底部总剪力与地震影响系数及各质点的重力荷载代表值有关。
为计算各质点的重力荷载代表值，先分别计算各楼面层梁板柱的重量，各楼层墙体的重量，然后按以楼层为中心上下各半个楼层的重量集中于该楼层的原则计算各质点的重力荷载代表值。
水平地震作用计算还涉及结构的自振周期，本工程采用假想顶点位移法确定。
水平作用下内力及位移分析均采用D值法计算。
一．重力荷载代表值计算1.各层梁、板、柱自重标准值见下表：梁重力荷载代表值2.墙自重标准值：3.各层（各质点）自重标准值计算一层（墙+梁+板+柱）：（1813.69+2160.86）/2+996.01+2350.823+(824.26+829.44)/2 =6160.958 kN二层（墙+梁+板+柱）：2160.86+996.01+2350.823+829.44=6337.13kN三层（墙+梁+板+柱）：2160.86+996.01+2350.823+829.44=6337.13kN四层（墙+梁+板+柱）：2160.86+996.01+2350.823+829.44=6337.13kN五层（墙+梁+板+柱）：2160.86/2+258.32+996.01+2434.97+829.44/2=5184.45kN4.重力荷载代表值重力荷载代表值G取结构和构件自重标准值和可变荷载组合值之和，各可变荷载组合值取为①雪荷载：0.5；②屋面活载：0.0；③按等效均布荷载计算的楼面活载：0.5；即，G=恒载+0.5×（楼板面积+楼梯面积）×活载标准值。
一层：G1=6160.958 +0.5×（549.495*2.0+44.4*2.5）=6765.953KN二层：G2=6337.13+0.5×（549.495*2.0+44.4*2.5）=6942.125KN三层：G3=6337.13+0.5×（549.495*2.0+44.4*2.5）=6942.125KN四层：G4=6337.13+0.5×（549.495*2.0+44.4*2.5）=6942.125KN五层：G5=5184.45+0.5×593.895*0.2=5303.229KN=5303.23KN6942.13KN6942.13KN6942.13KN=6765.95KN重力荷载代表值二．侧移刚度的计算地震作用是根据各受力构件的抗侧移刚度来分配的，同时，若用顶点位移法求结构的自振周期时也要用到结构的抗侧刚度，为此先计算各楼层柱的侧移刚度。
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。
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简化方法---平面结构协同分析（手算）
空间协同分析方法 杆件有限元方法 程序计算方法 三维杆件---薄壁杆件空间分析方法
有限元或有限条法
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
2、分析方法与方法
计算模型的选取： ①当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀，不计扭转效应时，可采用 平面结构计算模型；
各类构 件
受剪 偏拉 0.85
节点
受剪 0.85
受力 受弯 状态
RE
0.75
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
1.弹性位移验算
弹性层间位移验算，实际上是对构件截面大小、刚度大小进行控制的一 个相对指标；
弹性层间位移验算，可保证结构在多遇地震作用下基本处于弹性状态， 以及非结构构件的基本完好（填充墙、隔墙和幕墙等）；
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
② 弹塑性假定
理论不成熟，现有的计算无法普及，目前使用的较少； 主要用于罕遇地震作用下的位移验算。（罕遇地震作用下，
结构已经发生破坏，若再采用弹性假定，误差太大） ③ 平面结构假定、空间结构假定 基于结构计算精度要求、计算复杂、麻烦程度，权衡后选 择某种假定进行相应的结构计算。
显，但若跨高比较小时，则必须进行考虑。 构件变形的考虑： 忽略梁的轴向变形；
结构高度H＞50m及H/B＞4时，考虑柱、墙的轴向变形；
跨高比＞4时，忽略剪切变形的影响。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定 ⑥水平力作用方向假定
风荷载与地震作用的方向具有随机性，但进行结构计算时必须规定 其 作用方向，一般结构计算考虑纵向、横向两个方向。 （1）只考虑结构两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全
③ 平面结构假定、空间结构假定
上述六个假定中，现行结构设计使用较多的是： 弹性假定、楼板平面内无限刚性假定、平面结构假定、正交方向 （纵向、横向）水平作用方向假定。
目前，结构设计是程序来进行计算，要注意选择计算假定（方便建
立力学模型、满足工程精度要求）
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
判断。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.2 荷载效应和地震作用效应的组合（略）
4.3 高层建筑结构的设计要求
①强度问题---构件截面承载力验算 ②刚度问题---正常使用条件下结构水平位移验算
高层 结构 设计 主要 解决 问题
③倒塌问题---弹塑性位移验算
④稳定问题---结构稳定与抗倾覆验算 ⑤延性问题---抗震结构延性要求 ⑥经验问题---抗震结构的概念设计要求
1/50
框架-剪力墙、框架-核心筒 板柱-剪力墙
筒中筒、剪力墙 除框架结构外的转换层
1/100
1/120 1/120
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算
在预估的罕遇地震作用下，高层建筑结构薄弱层（部位）弹塑性变形计
算可采用方法： （1）弹塑性变形计算的简化计算方法
或《抗规》表5.4.2规定采用，当仅计算竖向地震作用时，各类结构构件承 载力抗震调整系数均应采用1.0。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.1 承载力要求
表3.8.2 承载力抗震调整系数
构件 类别
梁
轴压比小 于0.15的柱
偏压 0.75
轴压比不小 于0.15的柱
偏压 0.8
剪力墙
偏压（局 部承压） 0.85 （1.0）
适应于不超过12层且层侧移刚度无突变的框架结构；
结构薄弱层（部位）的为位置可按下列情况确定： ①楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层； ②楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层
（部位）和相对较小的楼层，一般不超过2~3处。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
3、计算要求
（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、连接体及相关构件等，除整体分析外，尚应按有限元方法进行局部
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
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
3.舒适度的要求
高层建筑在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高层建 筑内居住的人们感觉不舒服，甚至不能忍受。 表4.3.6 舒适度与风振加速度关系
不舒适的程度 无感觉 有感觉 建筑物的加速度 ＜0.005g 0.005g~0.015g
③采用隔震和消能减震设计的建筑结构；
④房屋高度大于150m的结构。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求
4.3.2
水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算 结构薄弱层（部位）层间弹塑性位移应符合下式规定：
u p h p
式中： u p ---层间弹塑性位移；
p ---层间弹塑性位移角限值，按表3.7.5采用；
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求
4.3.2
水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算 高层建筑结构在罕遇地震作用下，结构防倒塌，特别是对存在薄弱层的
结构楼层应进行弹塑性位移验算；
《高规》规定：下列结构应进行弹塑性变形验算： ①7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构； ②甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；
p
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算
（2）弹塑性变形计算的弹塑性分析法 常用的有：静力弹塑性分析方法（如Push-over方法） 弹塑性动力时程分析方法
必须输入地震波，地震波的选择应符合规范4.3.5条规定
由于水平地震作用模式和本构关系较为复杂，且现有的分析软件还不够完 善，因此弹塑性分析方法的普遍应用还受到较大的限制。
4.5 超限高层建筑工程抗震设计（简介）
主要内容
第4章 计算分析和设计要求
第4章 高层建筑结构计算分析和设计要求
结构设计程序
选择某个结构体系 根据计算结 果，对结构进 行配筋设计， 然后满足相应 的构造要求 结构布置 计算荷载（竖向、水平）效应组合
满足设计要求
简化为某个力学模型进行内力计算
承 载 力 要 求
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求
4.3.1
承载力要求
1）非抗震设计时，结构构件截面承载力设计表达式为：
0S R
0 对安全等级为一级、二级和三级结构，分别取1.1、1.0、0.9。 式中，
2）抗震设计时，其设计表达式为：
S R RE
RE 为承载力抗震调整系数，对钢筋混凝土构件，按《高规》表3.8.2 式中，
②当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分平面抗侧力单元的结构，
或为筒体结构时，应采用空间结构计算模型； ③多、高层建筑钢结构的计算模型，可采用平面抗侧力结构的空间协同计算 模型。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
3、计算要求
（1）对体型、结构布置复杂（如平面不规则、竖向不规则）的结构应至少 采 用两个不同的力学模型分别进行计算分析，相互比较和校核，确保计算结果的可 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 属于复杂高层建筑结构，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应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，振型数不少于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。
部由该方向抗侧力构件承担；
（2）对有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别 计
算各抗侧力构件方向的水平地震作用。（斜向剪力墙）
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
① 弹性假定 ② 弹塑性假定 ④ 楼板平面内无限刚性假定 ⑤ 构件刚度----弹性刚度（刚度与变形的考虑） ⑥水平力作用方向假定
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
④ 楼板平面内无限刚性假定
多数情况下，楼板平面内为无限刚性（水平方向上的楼板不变形，竖 直方向上变形，在竖向荷载作用下发生变形） 不考虑扭转效应：平面协同计算（正交方向抗侧力单元不参加工作） 考虑扭转效应：空间协同计算（正交方向抗侧力单元参与抵抗扭矩）
风荷载、多遇地震作用下，楼层层间最大位移与层高之比 ue h 应符合 下式要求： u h
e e
①高度不大于150m的高层建筑，其 ue h 不宜大于表3.7.3的限值； ②高度不小于250m的高层建筑，其 ue h不宜大于1/500； ③高度在150m~250m之间的高层建筑，其 ue h 的限值按线性内插取用。
对框架结构，当轴压比小于0.4时，可提高10％。
当柱全高的箍筋构造比规定的最小体积配箍率大30％时，可提高20％，