自考 第四章 高层建筑结构设计

不带边框的落地剪力墙 直接支承在基础上的剪力墙。
框支剪力墙 当底层要求大空间，不允许剪力墙全部落地时，可 在底层部分采用框架来支承上部的剪力墙，形成框支剪 力墙。
4.4.2 单榀剪力墙的受力特点
1）任意截面X的弯矩M是由局部弯矩（M1+M2）和整体 弯矩Na两部分组成。 2）任意截面X上的整体弯矩等于该截面以上所有连梁约 束弯矩的总和。 3）任意截面X上墙肢的轴向力等于该截面以上所有连梁 竖向剪力的总和。 整体弯矩越大，说明墙肢共同工作的程度越大，越接 近于整体墙。 连梁起着连接墙肢、保证墙体整体性的重要作用。工 程设计中应尽量发挥梁的延性作用，是墙肢主筋的屈服发 生在连梁主筋的屈服之后，达到“强肢弱梁”的要求。
EIeq 综合反映了剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响。
【4.4.4 水平作用下剪力墙结构的内力和水平位移计算】
二.小开口墙的内力和水平位移计算
小开口墙是指洞口沿竖向成列布置，洞口面积超过墙面总面积的15%，但符合下 列两个条件的剪力墙。
【4.1 概述】
4.1.4 高层建筑的优缺点
1、在相同的建设场地中，可以获得更多的建筑面积，部分解决城市用 地紧张和地价高涨问题。
2、在建筑面积与建筑场地面积相同比值的情况下，能够提供更多的空 闲地面，有利于美化环境，并带来更好的日照、采光和通风效果。 3、可以缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种公共管线的长度， 从而节省城市建设与管理的投资。 4、可以为城市增加景观。 5、竖向交通一般由电梯完成，增加建筑物的造价，电梯损坏时上下楼 梯困难；防火要求要高于中低层建筑，也会增加工程造价和运行成本。 6、高层建筑太多、太密集会对城市带来热岛效应，人口过分密集会造 成交通拥挤、出行困难，玻璃幕墙过多还可能造成光污染。 7、高层建筑会投下一个巨大的阴影，影响附近建筑物的采光和日照， 刮风时建筑物摆动可能会使人感觉眩晕。
4.3.1 高层建筑的结构体型和结构的布置 2.结构平面布置
对于有抗震设防要求的高层建筑，其平面布臵应考虑下列 要求：
①平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心； ②平面长度 L 不宜过长，突出部分长度 l 不宜过大； ③不采用角部重叠或细腰形平面图形。
3.结构竖向布置
高层建筑结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化 宜均匀、连续,不应突变。
剪力墙 剪力墙
在地震区，纵、横两个方向都应布置剪力墙。在非地 剪力墙 震区，对于长方形平面的建筑，纵、横两个方向迎风面相 框架梁 框架梁 剪力墙 差很大，当纵向框架有足够的刚度和抗风承载力时，也只 在横向设置剪力墙。
框架梁
4.2.4 筒体结构
是指由一个或几个筒体作为竖向承重结构的高层建筑结 构体系。
4.4.4 水平作用下剪力墙结构的内力和水平位移计算
一.整体墙的内力和水平位移计算
几何判定： ①无洞口的单肢剪力墙；
②有洞口，墙面洞口面积不大于墙面总面 积的15%，且洞口间的净距及洞口至墙边 的距离均大于洞口长边尺寸。 受力特点：
可视为上端自由、下端固定的竖向悬臂构件。 整体墙
4.4.4 水平作用下剪力墙结构的内力和水平位移计算
【4.1 概述】
பைடு நூலகம்
§4.2 高层建筑的结构类型
框架结构 剪力墙结构 整体墙 小开口墙 联肢墙 外筒结构 筒中筒结构 多筒结构
框架-剪力墙结构 筒体结构
4.2.1 框架结构
框架结构是由梁、柱组成的纯框架结构。 优点 建筑平面布臵灵活，能较大程度地满足建筑 使用的要求。 缺点 侧移刚度小，水平作用下抵抗变形的能力 较差，在强震下结构顶点水平位移和层间相 对水平位移都较大。 柱子的尺寸往往很大，不经济，也减少了 使用面积。
4.3.1 高层建筑的结构体型和结构的布置 5.楼、屋盖结构
按受力特性，高层建筑楼、屋盖结构可分为简单传力型 和分配型。 分配型楼盖结构是指上、下刚度突变层的特殊楼盖，称 为刚性转换层。 带转换层高层建筑结构在其转换层上、下层 间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部， 在地震作用下易遭破坏甚至倒塌。
一.高层建筑上的风荷载
1.风荷载的特点 ①风荷载与建筑物的外形直接有关，也与周围环境有 很大的关系。
②高层建筑外表面各部分的风压很不均匀。 ③要考虑风的动力作用--风振
高层建筑对风的动力作用比较敏感，建筑物 越柔，自振周期就越长，风的动力作用也越显著。
2.风荷载标准值
wk z s z w0
高层建筑的体型主要有板式和塔式。方形、圆形三角形和 矩形是塔式高层建筑平面的4种基本形式。
2.结构平面布置
高层建筑的结构平面布臵，应有利于抵抗水平荷载和竖向 荷载，受力明确，传力直接，力求均匀对称，减少扭转的影响。 1) 在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简 单、规则，刚度和承载力分布均匀。 不应采用严重不规则的平 面布臵。 2) 高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。
4.3.1 高层建筑的结构体型和结构的布置 6.高层建筑的高宽比限值
高层建筑结构可以近似地看做是固定于基础上的竖向悬 臂结构，因此增加建筑平面尺寸对减少其侧向位移是十分有 效的。
控制高层建筑的高宽比，可从 宏观上控制结构抗侧刚度、整体稳 定性、承载能力和经济合理性。
4.3.2 高层建筑结构上的作用
一.整体墙的内力和水平位移计算
在水平荷载作用下，整截面墙可视为上端自由、下端固定的竖向悬
臂梁，其任意截面的弯矩和剪力可按照材料力学方法进行计算。
在水平荷载作用下，整截面墙考虑弯曲变形和剪切变形的顶点位移计算公式：
11 V0 H 3 3.64 EI q (1 ) (倒三角形荷载) 2 60 EI H GA q q 3 4 EI q 1 V0 H u (1 2 ) (均布荷载) 8 EI H GA q q 1V H3 3 EI 0 (1 2 q ) (顶部集中荷载) 3 EI H GA q q
4.1.1 高层建筑的定义
高层建筑按结构形式和高度的不同，可分为： A级 B级：高度超过A级高度限值的高层建筑。
4-1 4-2
【4.1 概述】
4.1.3 高层建筑结构受力特点
侧向力（风或水平地震作用）成为影响结构内力、结 构变形及建筑物土建造价的主要因素。 侧向力产生的弯矩和侧向位移成为决定结构方案、结 构布臵及构件截面尺寸的控制因素。 结构的侧移与结构的使用功能和安全有着密切的关系； ①过大侧移会使人产生不安全感； ②使填充墙和主体结构出现裂缝或损坏，影响正常使用； ③因P-△效应而使结构产生的附加内力，甚至破坏。
1.外筒结构
由建筑平面四周密集布置的立体及立柱间的裙梁组成一 个刚度很大的框架筒，而平面中心的框架部分侧移刚度很小。
2.筒中筒结构
由内筒和外筒组成。通常外筒是框架，内筒是由墙体构 成的核心筒。
3.多筒结构
由几个连在一起的单元筒组成，具有极大的空间刚度。
4.3 高层建筑结构设计的一般原则
【4.3.1 高层建筑的结构体型和结构的布置】 1.体型
4.2.2 剪力墙结构
剪力墙结构是指建筑物的主要竖向承重结构是由多道钢 筋混凝土墙所组成的结构。 优点 剪力墙的水平承载力和侧移刚度大，侧向变形小。
缺点
结构的自重大；建筑平面被墙体划分为小的 开间，布臵不灵活，一般不能形成大的空间。
当剪力墙结构需要较大空间时，在底层采用框架结构， 上部仍为剪力墙结构，这类结构称为框支剪力墙。
H/B＞2
介于二者中间
弯曲变形
4.4.1 剪力墙的分类
根据洞口的有无、大小、形状和位置 等，剪力墙主要可划分为以下几类：
二.按洞口情况
整截面墙
整体小开口墙
联肢墙
壁式框架
4.4.1 剪力墙的分类
三.按有无边框及支承情况
带边框的剪力墙 框架-剪力墙结构中，框架的梁、柱与墙板共同构成 的整体，称为带边框的剪力墙，其水平截面是哑铃状。
Chap4 高层建筑结构设计
【目录】
1 2 3
概述 高层建筑的结构类型 高层建筑结构设计的一般原则 剪力墙结构
4 5
6 7
框架 -- 剪力墙结构
剪力墙的截面设计
筒体结构简介
§4.1 概述
4.1.1 高层建筑的定义
通常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围 内目前还没有一个统一的划分标准。 –我国《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002） 规定：层数≥10层 ，或房屋高度 ≥28m的建筑物称为 高层建筑。 •高度是指从室外地面至主要屋面的距离。
4.4.3 剪力墙的布置和有效翼缘宽度
一.剪力墙的布置
1）剪力墙应双向或多向布置，尽量拉通对直。
2 ）较长的剪力墙可用楼板（无连梁）或弱的连梁分为 若干墙段。每个独立墙段的总高度与长度之比应大于2. 3 ）剪力墙的门窗洞口宜上下对齐，成列布置，形成明 确的墙肢和连梁，尽量避免出现错洞墙。洞口设置应避免墙
V0——底部截面剪力； μ——剪力不均匀系数。 矩形截面取μ＝1.2， I形截面μ＝全面积／腹板面积。
4.4.4 水平作用下剪力墙结构的内力和水平位移计算
一.整体墙的内力和水平位移计算
相同水平荷载 相同侧向位移
剪力墙与竖向悬臂受弯构件具有相同的刚度
采用竖向悬臂受弯构件的刚度作为剪力墙的等效刚度
Ec I w EIeq 9I w 1 2 Aw H
【4.1 概述】
4.1.5 高层建筑水平位移和加速度的限值
1.层间弹性水平位移的限值
结构类型
框架 框架-剪力墙 框架-核芯筒 1/800 框支层 1/1000
[△u/h]
1/550
结构类型
筒中筒、剪力墙
[△u/h]
1/1000
板筑-剪力墙
2.结构风振加速度的限值
高度超过150m的高层建筑混凝土结构，为了满足舒适度 的要求，其顶点最大加速度，对住宅、公寓不应大于0.15m/s2， 对办公室、旅馆不应大于0.25m/s2。
4.3.3 结构水平位移曲线的类型
（a）弯曲型 （b）剪切型
（c）弯剪型
4.4 剪力墙结构
4.4.1 剪力墙的分类
一.按外形尺寸
剪力墙的高宽比对其受力性能和破坏形态关系很大。按此 可分为： 高宽比 低剪力墙 H/B≤1 破坏形态 剪切变形 破坏性质 脆性破坏 延性破坏
中等剪力墙
高剪力墙
1＜H/B≤2
4.2.3 框架-剪力墙结构
为了充分发挥框架结构平面布臵灵活和剪力墙结构侧向 刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框 架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作的结构 体系。 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力 和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应 用于 10～20 层的办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。
4.3.2 高层建筑结构上的作用
二.温度作用
引起高层建筑结构温度内力的温度变化主要有三种，即 室外温差、日照温差和季节温差。温度引起的结构变形有： ①柱弯曲；
②内外柱之间的伸缩差； ③屋面结构与下部楼面结构的伸缩差。
10层以下的建筑物，温度变化作用可以忽略不计。10层 至30层的建筑物，温差引起的变形逐渐加大。温度作用的大 小主要取决于结构外露的程度、楼盖结构的刚度及结构高度。
4.3.3 结构水平位移曲线的类型
在水平力的作用下结构的水平位移曲线大致有三种类型： （1）弯曲型 位移曲线凸向原始位臵。其特点是层间水平位移愈往顶部愈大。 （2）剪切型 位移曲线凹向原始位臵。其特点是层间水平位移愈往顶部愈小。
（3）弯剪型或剪弯型
位移曲线底下大部分是弯曲型，顶上少部分是剪切型的称 为弯剪型。大部分是剪切型，少部分是弯曲型的称为剪弯型。
肢刚度过分悬殊。
4 ）尽量避免出现小墙肢，墙肢截面长度与厚度之比不 宜小于3。
4.4.3 剪力墙的布置和有效翼缘宽度
二.剪力墙翼缘的有效宽度
计算剪力墙的内力与位移时，可以考虑纵横墙的共同工作。 纵、横墙的一部分均可作为堆放的有效翼缘。
每一侧的有效翼缘宽度可取翼缘厚度的6倍、 墙间距的一半和总高度的1/20中的最小值， 且不大于至洞口边缘的距离。
4.3.1 高层建筑的结构体型和结构的布置 4.下部结构
高层建筑宜设地下室。 基础应有足够的埋臵深度。埋臵深度可从室外地坪算至基 础底面，并符合下列要求： ①天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15； ②桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。
5.楼、屋盖结构
我国高层建筑常用的楼、屋盖体系有：现浇无梁平板、 现浇密肋板、现浇梁板、预制装配楼板，以及预制装配与现 浇结合的楼板。