对高层建筑结构设计计算方法
高层建筑结构设计D值法及侧移计算
【例题】用D值法作图示框架的M图。
【解】(1) D值计算和剪力分配
多层多跨框架在水平荷载作用下侧移的近似计算
框架侧移主要是由水平荷载引起的。设计时需要分别对 层间位移及顶点侧移加以限制，因此需要计算层间位移及顶 点侧移。
框架的总变形应由这两部分变形组成。但由图3-32可见， 在层数不多的框架中，柱轴向变形引起的侧移很小，常常可 以忽略。
【解】计算各层柱D值。因为该框架是对称的，所以右边柱 与左边柱的D值是一样的。由图可知，每层有10根边柱和5根 中柱，所有柱刚度之和为ΣD。可计算每根柱分配到的剪力。 查表得反弯点高度比的值。全部计算过程均示于下图。
下图给出了柱反弯点位置和根据柱剪力及 反弯点位置求出的柱端弯矩、根据结点平衡 求出的梁端弯矩。根据梁端弯矩可进一步求 出梁剪力。
( P2
P3 )
j
V23
D23 D2j
( P2
P3 )
j
V11
D11 D1j
(P1
P2
P3 )
j
V12
D12 D1j
(P1
P2
P3 )
j
V13
D13 D1j
(P1
P2
P3 )
j
各柱弯矩 ：
柱端弯矩＝反弯点处剪力×反弯点至柱端距离
梁端弯矩 ：
边节点和角节点处
柱的反弯点位置 ：
每一根杆的反弯点位置都不相同， 反弯点高度系数按下式计算：
y = y0 + y1 + y2 + y3
式中各符号意义见表5-4~5-6。
h yh
框架弯矩图 ：
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
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
高层结构内力与位移计算的一般方法
a
2 1 2
；
b
1 1 2
6EJ GAL2 0
；
c
3 L0 1 2
；
e
6 1 2 L2 0
；
式中：
—截面剪应力分布不均匀系数； —中段截面的弹性模量、剪切模量、惯性矩和面积；
A E、 G 、J 、
L0 —分别为杆端刚域和中段的长度。 d j 、d k 、
j K jj Ks K kj
k K jk j K kk k
其中每个子矩阵为3×3，可叠加到总刚度矩阵 K f 中去，
叠加完毕、形成总刚度矩阵后，对于位移约束点（如底层固定点）的某一个 的位移为零时，可令相应于该位移分量的主对角元素为非常大的数（例 如 1016、 1017等），则求解时，这些位移分量自动等于零。 令荷载向量只在某一层（第i层）施加单位水平力 Pxi 1 ，其余荷载 值均为零，由下式可以求出相应的位移
GJ p , NS hNS
（1-24）
M K
（1-25）
1.1.4 在水平荷载作用下高层建筑结构空间协调工作分析的基本公式
y
us
P
( Ns ) xs
Lxs
p ys
pxs
s
vs
O′
O
lb2 hz 2 0.25hl
对于柱
lz1 hL1 0.25hz lz 2 hL 2 0.25hz
如果梁太高或太细,可按 hL hz的大小适当调整刚域长度。刚域长度当算得
为负值时，应取为零。
在进行高层建筑结构分析时，假定各片抗侧力结构在自身平面内的刚度
多、高层房屋结构的分析和设计计算
对质量及刚度沿高度分布比较均匀的结构，基本 自振周期可用下列公式近似计算：
Un——结构顶层假想侧移(m)。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
初步计算时，结构的基本自振周期按经验公式估算： n—建筑物层数(不包括地下部分及屋顶小塔楼) 。
Tg=0.4s （Ⅱ类场地，第二组)
T=1.5s(Tg∽5Tg）地震影响系数
T=4s(5Tg∽6s）地震影响系数 T=0~0.1s 地震影响系数 0.45 max∼2 max T=0.1s~Tg地震影响系数2 max
0.015 0.012
0.023∼0.05 0.05
0.027 0.021
0.036∼0.09 0.09
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
(2)振型分解反应谱法
对不计扭转影响的结构，振型分解反应谱法可仅考虑 平移作用下的地震效应组合，并应符合下列规定： (a) j振型i层质点的水平地震作用标准值
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
(b) 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向力和变形) ：
突出屋面的小塔楼，应按每层一个质点进行地震作用计 算和振型效应组合。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
顶部突出物：底部剪力法计算顶部突出物的地震作用， 可按所在的高度作为一个质点，按其实际定量计算所得水平 地震作用放大3倍后，设计该突出部分的结构。
增大影响宜向下考虑1~2层，但不再往下传递。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
基本自振周期 T1：
(3)竖向地震作用
高层建筑结构设计中的风荷载计算方法
高层建筑结构设计中的风荷载计算方法随着城市化进程的不断推进，高层建筑在城市中越来越普遍地出现。
高层建筑的设计不仅需要考虑力学性能，在面对自然灾害如风灾时，也需要具备足够的安全性。
因此，高层建筑结构设计中的风荷载计算方法成为了一项非常重要的研究领域。
高层建筑一般拥有较大的高度和较小的底面积，这使得它们对风荷载特别敏感。
风荷载是由气流对建筑物表面施加的力量，其大小与风速、气体密度、建筑物形状和风向等因素有关。
因此，为了准确计算风荷载，设计者需要考虑多个因素，并使用相应的计算方法。
首先，设计者需要考虑建筑物的几何形状。
建筑物的形状对于风荷载的分布有着重要的影响。
例如，圆柱形建筑物在风的作用下会受到较小的风力，而锥形建筑物则更容易受到风力的影响。
因此，在设计中需要根据建筑物的形状选择适当的风荷载计算方法。
其次，设计者还需要考虑风速和高度的影响。
风速是计算风荷载时的关键参数，而高度则会影响风速的大小。
一般而言，建筑物越高，风速越大。
因此，在风荷载计算中，设计者需要通过风洞试验或计算模拟等方法获取风速数据，并结合建筑物的高度进行计算。
同时，风向和风的变化也需要被考虑在内。
风荷载是根据设计者假设的基本风向来计算的，而现实中风的方向并不是始终不变的。
因此，在计算中，设计者需要考虑到风向的变化，并结合实际情况，合理地选择基本风向和风荷载计算方法。
此外，还有其他一些影响风荷载计算的因素，如地表粗糙度、周围建筑物和植被的遮挡效应等。
这些因素会对风的传输和分布产生影响，因此需要在计算中予以考虑。
综上所述，高层建筑结构设计中的风荷载计算涉及多个因素和多种方法。
设计者需要根据建筑物的形状、风速、高度、风向等信息，选择合适的计算方法，并结合实际情况进行计算。
通过科学准确地计算风荷载，可以确保高层建筑的结构安全，为城市的可持续发展提供有力支撑。
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。
结构计算-D值法--混凝土、抗震,高层适用
第六讲水平荷载作用下框架内力的计算——D值法主要内容：D值法内容分解：1）两种计算方法的比较，引出较精确的D值法；2）具体计算步骤作用在框架上的水平荷载主要有风荷载和地震作用，它们均可简化成作用在框架节点上的水平集中力。
由于水平荷载均可简化为水平集中力的形式，所以高层多跨框架在水平荷载作用下的弯矩图通常如图1所示。
各杆的弯矩图均为直线，且均有一弯矩为零的点，称为反弯点。
该点弯矩为零，但有剪力，如图1中所示的。
如果能求出各柱的剪力及其反弯点位置，则各柱端弯矩就可算出，进而根据节点力矩平衡可算出梁端弯矩。
因此必须确定各柱间剪力的分配比和确定各柱的反弯点的位置一、反弯点法回顾反弯点法的适用条件为梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3，其计算过程如下：（1）反弯点位置的确定由于反弯点法假定梁的线刚度无限大，则柱两端产生相对水平位移时，柱两端无任何转角，且弯矩相等，反弯点在柱中点处。
因此反弯点法假定：对于上部各层柱，反弯点在柱中点；对于底层柱，由于柱脚为固定端，转角为零，但柱上端转角不为零，且上端弯矩较小，反弯点上移，故取反弯点在距固定端2/3高度处。
（2）柱的侧移刚度反弯点法中用侧移刚度d表示框架柱两端有相对单位侧移时柱中产生的剪力，它与柱两端的约束情况有关。
由于反弯点法中梁的刚度非常大，可近似认为节点转角为零，则根据两端无转角但有单位水平位移时杆件的杆端剪力方程，最后得（1）式中，V为柱中剪力，为柱层间位移，h为层高。
（3）同一楼层各柱剪力的分配根据力的平衡条件、变形协调条件和柱侧移刚度的定义，可以得出第j层第i根柱的剪力为：（2）式中，为第j层各柱的剪力分配系数，m为第j层柱子总数，为第j层以上所有水平荷载的总和，即第j层由外荷载引起的总剪力。
这里，需要特别强调的是，与第j层所受到的水平荷载是有所区别的。
由式（2）可以看出，在同一楼层内，各柱按侧移刚度的比例分配楼层剪力。
（4）柱端弯矩的计算由于前面已经求出了每一层中各柱的反弯点高度和柱中剪力，那么柱端弯矩可按下式计算：（3）式中，为第j层第i根柱的反弯点高度，为第j层的柱高。
建筑高层计算公式
建筑高层计算公式建筑高层的设计和施工是一项复杂的工程，需要考虑多种因素。
其中，建筑高度是一个重要的参数，需要通过合适的计算公式来确定。
本文将介绍建筑高层计算公式的相关知识，帮助读者更好地理解和应用这些公式。
首先，我们需要了解建筑高度的计算与建筑结构的特点有关。
一般来说，建筑高度的计算需要考虑到建筑的结构材料、结构形式、地基条件、风荷载、地震作用等因素。
在实际工程中，建筑高度的计算通常采用一定的公式或规范来确定，以保证建筑的安全性和稳定性。
在建筑高层的计算中，最常用的公式是高度与结构形式的关系。
一般来说，建筑的高度与结构形式有着密切的关系，不同的结构形式对建筑高度的限制也不同。
例如，钢结构和混凝土结构在高层建筑中有着不同的应用特点，需要采用不同的计算公式来确定建筑高度。
对于钢结构建筑，建筑高度的计算通常采用以下公式：H=K×L。
其中，H为建筑高度，K为结构形式系数，L为结构层高。
结构形式系数K是根据钢结构的特点和设计规范确定的，一般取值在1.0~1.5之间。
结构层高L是指建筑的楼层高度，通常在设计中确定。
对于混凝土结构建筑，建筑高度的计算通常采用以下公式：H=K×L×N。
其中，H为建筑高度，K为结构形式系数，L为结构层高，N为结构层数。
与钢结构类似，混凝土结构的结构形式系数K也是根据设计规范确定的，一般取值在1.0~1.5之间。
除了结构形式的影响，地基条件、风荷载和地震作用也是影响建筑高度的重要因素。
在计算建筑高度时，需要考虑这些因素对建筑的影响，并采用相应的修正系数进行修正。
这些修正系数是根据相关规范和经验确定的，可以帮助工程师更准确地确定建筑的高度。
在实际工程中，建筑高度的计算需要综合考虑以上因素，并进行合理的取舍和修正。
工程师需要根据具体的工程情况和设计要求，选择合适的计算公式和参数，以确保建筑的安全性和稳定性。
总之，建筑高层计算公式是建筑设计和施工中的重要工具，可以帮助工程师合理地确定建筑的高度，保证建筑的安全性和稳定性。
高层结构内力与位移计算的一般方法.
K MAB K QB 0 K MB K QB 0
K QA K QAB 0 K QB K QAB 0
0 0 KN 0 0 KN 66
（1-14）
式中
K MA a 2cd j ed 2 j
2 K MB a 2cd k ed k
L
M k k N k uk
N j u j Q j v j
L
Qk v k
M j j N j u j
Q j v j
图1-2
M j Q j N j Ps M k Qk Nk
(10)步由骤(2)求可节点位移和杆件内力。
1.1.2 杆件的刚度矩阵
1、等截面杆件的刚度矩阵 杆件的杆端力与杆端位移的关系：
Ps K sU s
式中 K s 为杆件刚度矩阵，是6×6对称方阵。内力与位移方向下以图2所示。
N k uk M k k Qk v k
M j j
1. 高层结构内力与位移计算的一般方法
1.1 高层建筑结构考虑空间协同工作的矩阵分析方法
高层建筑结构的内力与位移分析目前大体有两类。一类是对高层建筑结 构引入较多的假定进行简化计算,建立反映结构内力、位移与外荷载之间关
系的微分方程式,用手算的办法求解微分方程,从而求得内力和位移。另一类
是采用较少的计算假定,较为接近实际情况地考虑高层建筑结构的空问协同 工作,建立反映内力、位移与外荷载关系的大型代数方程组,用电子计算机求
j v j u j Us k v k u k
（1-8）
K MA K QA 0 Ks K MAB K QA 0
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
高层结构内力与位移计算的一般方法
对于柱
lz1 hL1 0.25hz lz2 hL2 0.25hz
如果梁太高或太细,可按 hL hz的大小适当调整刚域长度。刚域长度当算得 为负值时，应取为零。
在进行高层建筑结构分析时，假定各片抗侧力结构在自身平面内的刚度 比出平面的刚度大很多，纵、横两个方向的抗侧力结构可以分划成片、分别 考虑；此时并假定楼板在自身平面内的刚度为无限大,而出平面的刚度可以忽 略不计。
(4)由楼板刚度无限大的假定,求出整个建筑物各层楼面处的位移(两个方 向的水平位移和转角)和每一榀抗侧力结构水平位移的关系；
(5)由总的平衡条件,各榀抗侧力结构承受的水平力的合力应与外力相 平衡,水平力的合力矩应与外力矩平衡,建立总的平衡方程；
(6)将各榀抗侧力结构所受水平力，通过本榀的水平位移来表示[见步 骤(3)]， 再通过步骤(4),用建筑物各层楼面处的总位移来表示,这样，就 建立了楼层外力与楼层位移的关系——总刚度矩阵。步骤(5)建立的总平衡 方程成为楼层外力与楼层位移的相互关系；
0
K MB K QB
0
K QA K QAB
0
K QB K QAB
0
0
0
K 0
N
0
K N 66
பைடு நூலகம்（1-14）
式中
K MA
a
2cd j
ed
2 j
2EJ L0
K MB
a
2cd k
ed
2 k
2EJ L0
K MAB b c d j dk
Qk vk
M j
Q
j
高层建筑结构设计中计算方法研究
高层建筑结构设计中计算方法研究【摘要】本文结合某高层结构设计实例，对该项目中存在跃层柱分析其计算长度选取，同时合理选取弹塑性分析的构建单元，进行弹塑性分析，分析结果表明该结构设计的可行性。
【关键词】结构设计；弹塑性；跃层住；计算长度1.工程概况某高层建筑设计有四层地下室，主塔楼为33层，主体高132.5米；商业裙房为3层，高16.2米，主塔楼结构类型采用框架-核心筒结构。
本项目抗震设防烈度为7度，基本地震加速度值为0.10g。
针对本工程存在超限情况，对该结构的关键构件进行深入设计，以有效地对抗震性能采取可控。
尤其是对于本结构存在跃层柱问题，深入分析跃层柱的计算长度，以准确地设计跃层柱。
2.1～3层跃层外框柱计算长度分析为满足建筑大空间使用要求，在本结构1～3层存在16.15m通高的跃层柱，该柱截面尺寸为1200X1200mm，其模型见图1所示。
为准确地设计跃层柱，必须合理地确定跃层柱的计算长度，从而合理地计算出跃层柱的承载力及对其采取稳定验算。
2.1柱计算长度方法选取对柱构件的计算长度，采用两类方法计算确定：第一类参考规范计算方法，按《混凝土规范》计算方法计算取值；第二类采用欧拉公式推算构件计算长度。
当前《混凝土规范》是理想化地把柱两端假设为的铰接，但在实际情况中，柱两端的约束情况相当复杂，构件间存在互相约束关系，各构件的屈曲都会受其他构件约束。
显然，要较为精确地得出柱的计算长度，应当从结构整体屈曲分析入手。
第二种方法计算出柱计算长度应采取以下步骤进行：（1）通过对结构采取屈曲分析而得到结构的屈曲模态以及相应的屈曲临界荷载系数，从而得到构件相应的屈曲临界荷载Ncr；再根据欧拉公式计算出柱的计算长度。
经过该公式计算出对于现浇楼盖结构来收，首层柱的计算长度为 1.0H，其余各层柱的计算长度为1.25H。
经计算本工程跃层柱平面内外的计算长度为20.2m。
2.2按欧拉公式推算结果结构的屈曲与荷载分布模式密切相关。
高层建筑结构设计D值法及侧移计算
Midas
02
03
ETABS
专门用于桥梁、建筑和岩土工程 的结构分析软件，具有直观的用 户界面和强大的分析功能。
适用于高层建筑和复杂结构的分 析，尤其在抗震设计方面有很好 的表现。
软件实现方法与步骤
建立模型
根据高层建筑的结构特点，在软件中建立相应的三维模 型。
材料属性定义
为模型中的各个部分指定合适的材料属性，如弹性模量 、泊松比和剪切模量等。
侧移对高层建筑结构的影响
结构稳定性
侧移过大可能导致结构失稳，影响整体结构的稳定性。
承载能力
侧移会导致结构内部应力重分布，可能超出结构的承 载能力。
使用功能
过大的侧移可能导致建筑使用功能受限，如门窗开启 困难等。
侧移计算的步骤与方法
建立数学模型
根据计算简图建立数学模型， 包括对结构进行离散化、选择 合适的单元类型等。
绿色化设计
注重高层建筑的环保性能，采用 可再生能源、绿色建材等，降低 能耗和碳排放。
多学科融合
将高层建筑结构设计与其他学科 领域进行融合，如工程管理、环 境科学等，提高综合效益。
05
D值法及侧移计算的软件实 现
常用软件介绍
01
SAP2000
一款功能强大的结构分析软件， 适用于各种类型的结构分析和设 计。
边界条件和载荷设置
根据实际情况设置模型的边界条件，如固定、滑动或弹 性支撑，同时考虑各种载荷，如重力、风载和地震作用 。
D值法计算
利用D值法进行结构分析，计算出结构的内力和变形。
侧移计算
根据结构分析结果，计算出高层建筑在各种载荷作用下 的侧向位移。
结果评估与优化
根据计算结果对结构进行评估，找出薄弱环节并进行优 化设计。
高层建筑结构设计中计算方法研究
在 大震 作用下 ， 在Ｘ 主 方 向地 震作 用下， Ｏ Ｓ ～５ ｓ 结 构 保持 弹性 。 ５ ｓ ～１ ４ ｓ 结 构部分 连 梁发生弯曲塑性转 动， 中上部 核心筒墙体 部分 受拉 开 裂， 中 上部 框架梁 发生弯 曲塑性 转动 ； 在１ ４ ｓ 左右大部 分连梁发 生弯曲 塑性转 动 ， 同时核心筒底部墙 体开始受拉 开裂。 １ ４ ｓ １ ６ ｓ 结构 响应 到达 较 大水平 ， 大部 分连 梁、 框 架梁发生弯曲塑性 转动 ， 墙体受拉 裂缝 进一 步 发展 。 １ ６ ｓ ￣ ３ ０ ｓ 结 构塑性发展 缓慢 ， 顶部局部框 架柱发生弯 曲塑性转 动； 至３ ０ ｓ 结 构整体 塑性 发展趋 于稳定 。 同理 ， 在Ｙ 主方向地震作用下， 构件损伤发展历程与Ｘ 主方向地震作用下一致 。 结构 整体非线 性发展历 程符合性 能 Ｉ ｌ ｆ 标， 水平 构件先进 入塑性状 态， 耗散 地震能 量， 最后 墙体
图１ 跃 层 柱 位 置 三 维 示 意 图
算方法， 按《 混凝土规范》计算方法计算取值； 第二类采用欧拉公式推 以判 断结构最 终能保持基本直 立， 满足规范 “ 大震不倒” 抗倒塌的 抗震
算构件计 算长 度。 当前 《 混凝 土规范 》 是理 想化 地把柱 两端 假设为的铰 设 防基 本要求。 接， 但在 实际情况 中， 柱两端 的约束情况 相当复 杂， 构 件 间存在 互相约 束关系， 各构件的屈 曲都会 受其他构件 约束 。 显 然， 要较 为精确 地得 出 柱的计算长度， 应 当从结 构整体屈曲分析入手。 第二 种方 法计算 出柱计 算长度应 采 取以下步骤 进行 ：（ １ ） 通 过对 结构 采取 屈曲分 析而得 到结构 的屈 曲模态以及 相应的屈 曲临界 荷载 系 数， 从而得到构 件相应 的屈 曲临界 荷载Ｎｃ ｒ ； 再根据 欧拉 公式 计算 出柱 的计算长度 。 经过 该公式计算 出对 于现浇楼盖 结构来收 ， 首层柱的计算 长度 为１ ． Ｏ Ｈ， 其余各层柱 的计算长度为１ ． ２ ５ Ｈ。 经计算本 工程 跃层柱平 面内外的计算长度为２ ０ ． ２ ｍ。
浅谈高层建筑结构设计与计算
二 、 何做 好 高层建 筑 结构设计 如
一
厚 按 １０ ｍ计 ）： ．＝ （９ ４ ０ ２０×４ ０ ｘ２／ （５ ０ｍ ｖ ２ ０× ２ — ５ ０） ０ ２ ０×５０ ０）
结构设计是一项集结构分 析、数学优化方法 、计算机技术于 ＋ ５ ３ ８ ＋ ５ ２ ．， 梁 ３ ０ ×８０ （ 厚 按 １０ 计 ）： ２ ＝ ． ８ ２ ＝ ８５ ４ ０ ０ 板 ０ｍｍ
＝
体 的综合性技术工作 ，同时也是－ ｆ实用性很强 的工作。 － － ｊ
（ ） 好结 构 方 案 的概 念 设计 一 做
（４ ３０×７ ０ ３ ０×７０ ×２ （０ ８ ０ ＋ ５ ２ ＋ ５ ２ ．，剪 ２—０ ０） Ｏ ３ ０× ０） ２ ＝ ． ２ ＝ ７ ９ ９ 力 墙 厚 ２ ０ ＾ ４ ×２ ／０＋ ５． ２ ＝ ９ 剪 力 墙 厚 ３０ ０ ： ，０ ＝ ０２ ０ ２ － ＋ ５ ２ ， － ４ ０：
如何正确进行 结构设计和结构计算 ，以满足新规范 的要求 ，
是每个结构设计人员都必须面对的问题。要做好一个 高层建筑 的 刚度 ，从 而对整体结构的周期 、位移 、地震力等一系列参数产生 影响 ，不 可盲 目减小构件截面尺寸 ，使结构整体安全度降低 ，因 结构设计首先应满足以下基本要求 ： 必须要有规则的结构。高层建筑不应采用严重不规则 的结构 此在进行截 面优化设计 时，应以保证整体结构合理性为前提 ，在 体系 。应具有必要 的承载能力、刚度和变形能力 ，避免因部分结 施工 图 设计 阶段 ，还必 须 满 足规 范规 定 的各 项具 体措 施 和 要求 。 构或构件 的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷 载、风荷载和地 震作用 的能力 ，采取有效措施加强 可能 出现的薄弱部位。
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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对高层建筑结构设计计算方法的探讨摘要：本文通过对高层建筑结构设计中的一些问题进行探讨，结合实践经验提出具体建议。
关键词：高层建筑；结构设计；计算方法；计算结果随着人们对建筑功能要求的多样化,建筑类型和功能愈来愈复杂,结构体系日趋多样化,出现了各种形式的多塔、错层、带转换层、楼板局部开大洞的结构类型,其中立面布置也越来越复杂。
下面就本人在这几年的设计实践中的一些体会进行总结。
1 高层建筑结构设计的演变模式1.1 内核的形成高层建筑与其它建筑之间的最大区别, 就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核”。
而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重, 决定着高层建筑的空间构成模式。
随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步, 在高层建筑的设计过程中, 逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式, 这是各专业共同探索优化设计的结果。
在建筑处理上, 为了争取尽量宽敞的使用空间, 希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面的中央集中, 使功能空间占据最佳的采光位置, 力求视线良好、交通便捷。
在结构方面, 随着筒体结构概念的出现、高度的增加, 也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭, 而这些恰好与建筑师的要求不谋而合。
在建筑的中央部分, 有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构,形成中央核心筒, 而筒体处于几何位置中心, 还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合, 更加有利于结构受力和抗震。
这种“内核”空间构成模式, 经过长期的实践检验, 以其结构合理、使用方便和造价相对低廉的优势, 很快便成为高层建筑中最为流行的空间布局形式。
1.2 核的分散与分离然而, 随着时代的发展、技术的进步, 人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同, 以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空间构成模式开始受到了挑战。
对于结构专业来说, 加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏, 所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边, 则无疑也会对结构抗震有利。
同时, 这种分散的多个外核的空间构成模式, 也正好适用于新兴的巨型框架结构, 使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。
而从建筑设计的角度来看, 核的移动、垂直交通、服务性房间和管道井分散到建筑的周边, 对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。
它不但适应了其它专业的需求, 而且还有利于避难疏散, 创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。
此处, 在规模较小的高层建筑中, 近年来还出现一种核与主要使用空间分离化的现象, 垂直交通、服务性用房和设备管道井均分别独立, 与建筑主体分开。
主要使用空间更加完整, 四面对外, 核与主要使用空间之间以连廊相接。
从结构的角度来看, 核的刚度较大, 而主体较柔, 两部分各自分别工作, 既受力合理又相对经济。
核的分散和分离还可以使楼梯间、卫生间等直接对外自然采光通风, 既节约能源, 又省去消防所需的加压送风设备, 更符合低能耗, 可循环的现代设计原则。
因此, 近几年强调生态、节能的高层建筑多采用这种布局方式。
1.3 中庭空间的出现受高层旅馆的影响, 一些办公大楼为了追求气派和空间变化, 便在入口处附设一个中庭。
而随着人们环境观念的增强, 以及各国政府对由于在办公楼内长时间工作, 所引发的情绪紧张, 视觉疲劳和心理上的孤独感等“办公室综合症”的关注, 高层办公建筑内部空间的设计也越来越为人们所重视。
提供自然化的休息空间和改善封闭的室内环境, 成为高层办公楼设计必须解决的重要问题。
于是, 在高层办公建筑中插入一个或在不同区域插入数个封闭或开敞的中庭的设计手法开始出现。
实际上, 核心筒的分散和分离, 中庭空间的介入, 已使高层建筑的空间构成模式彻底发生了变化。
新一代的高层建筑空间组织更为灵活多样, 由于空间设计的侧重点已由追求经济效率向营造宽松舒适的生活环境转变, 所以许多新建的高层建筑都以“景观空间”的概念, 将共享空间与功能空间相结合, 把核分散向四周, 垂直交通采用玻璃电梯, 直接采光, 给人们以开敞明亮、将动线视觉化的空间感受。
空间构成模式也由封闭的“积层式”, 变为上下贯通的“动态流动空间”。
中庭空间的介入还使得楼层间的自然通风换气成为可能。
中庭和空中庭园既有通风采光的作用, 又为建筑内部创造了丰富的景观, 给每一个角落都带来了绿色和阳光。
大楼内的办公室都有可以开启的窗户,气流从窗户及空中庭园进入, 在中庭形成对流自然通风,明显地减轻了环境负荷。
1.4 底部空间的变化早期的高层建筑多直接面对街道, 从街道进入门厅, 再由门厅进入电梯厅, 乘座电梯至各楼层, 这是高层建筑中最为普遍的空间流线组织方式。
建筑空间与城市空间之间缺乏过渡, 没有“中间领域”的概念, 在人流集散的高峰期, 对城市交通环境的影响也较大。
尽管许多高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机, 设计得非常富丽壮观, 但是由于空间组织方面的缺陷, 门厅内往往留不住人, 形不成公共活动空间, 而入口处也常出现人流拥塞的现象。
为了解决人流集散和城市交通与建筑内部交通相衔接的问题,现在的高层建筑常常采用多个出入口和立体化组织交通流线的方法。
通过首层、地下层和地上的架空廊道与不同层面的城市交通网络相连接, 以达到通畅便捷和步行、车行的互不干扰。
这种按整个街区统筹考虑交通组织和公共活动空间的设计方法, 更进一步将城市公共空间“室内化”、“集约化”和“立体化”, 空间设计的重点也由建筑的外部转向内部, 并致使高层建筑群的使用空间服务于城市,预示了今后高层建筑设计的一种新的发展趋向。
2高层建筑的结构初步设计结构初步设计是高层建筑结构设计最关键的一个步骤，因为在结构初步设计中，要进行方案的比较，最终确定高层建筑的结构方案，而结构方案在结构设计乃至整个高层建筑的设计中起决定性的作用。
在高层建筑结构初步设计过程中，需要进行各种适宜方案的比较分析，结构工程师需要具备丰富的设计经验知识。
2.1 结构初步设计的特点结构初步设计是结构设计中最关键的一环，结构初步设计中的失误是无法在施工图设计中弥补的。
工程师在确定结构初步方案时往往不是依靠计算而是靠与过去已建方案的比较，也就是说，主要是一个分布信息的映射过程。
尽管有时需要进行一些试分析，所需要的计算精度也不高。
此外，在结构初步设计阶段必须考虑到各种工种的配合，特别是与建筑、设备和环境工种的相互配合。
因此各结构参数的选定必须满足多目标的要求，各种影响因素的关系常常是一种网络关系。
最后方案的选取在一定程度上因人而异，有一定的灵活性。
许多结构物的概念特征都在初步设计中得以体现。
2.2 高层建筑结构初步设计的内容高层建筑的定义并不取决于它的高度或层数，最重要的准则在于它的设计是否受到某些“高度”特性的影响：高层建筑的“高度”强烈地影响着其规划、设计、建造和使用；高层建筑的“高度”使得它与“常规”建筑有较大的区别。
建筑结构设计不是纯推理问题，其方案设计与建筑设计有着紧密的联系。
为此，在进行建筑平面布置、确定立面造型与剖面构造的同时，就要充分考虑结构方案的可行性，其中包括材料的选用与施工条件等现实问题。
高层建筑结构初步设计的首要问题是在上述约束下做出结构体系优选的决策。
就国内应用最为广泛的钢筋混凝土结构而言，从结构体系来分，主要有框架结构、剪力墙结构、框架、剪力墙结构、框架、筒体结构、筒中筒结构以及巨型框架结构。
一般结构要同时承受垂直荷载和水平荷载，还要抵抗地震作用。
高层建筑由抗侧力结构体系和抗重力结构体系构成。
在高层建筑中，水平荷载和地震作用是控制因素。
高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的侧向刚度，使水平荷载产生的侧向变形限制在一定范围内。
因此，高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键。
高层建筑结构初步设计的目标就是确定一个结构安全合理、满足建筑功能要求、经济上合理的结构方案。
3计算模型的选取由于建筑都是空间整体的,在当今计算机使用普及和要求计算分析精度的情况下,应优先采用基于空间作用的计算机分析方法及相应软件。
3.1 楼板变形比较显著的结构在下列情况下,楼板变形比较显著,楼板平面内刚度无限大的假定不符合实际情况,应对采用刚性楼面假定的计算结果进行修正,或采用楼板面内为半刚性的计算方法。
①楼面有很大的开洞或缺口,楼面宽度狭窄；②平面上有较长的外伸段；③底层大空间剪力墙结构的转换层楼面；④错层结构；⑤楼面的整体性较差。
3.2多塔楼结构的计算分析对于大底盘结构,如果把裙房部分按塔楼的形式切开计算,则下部裙房及基础的计算误差较大,且各塔楼之间相互影响无法考虑。
因此应先进行整体计算,按《高层建筑混凝土结构技术规程》取够振型数,并考虑塔楼之间的相互影响。
计算时,假定楼板面内分块无限刚。
3.3 带转换层、加强层以及连体的结构对带转换层的结构、带加强层的结构、连体结构,应选用合适的计算单元进行分析。
在整体分析后,应对简化处理过的转换层、加强层及连接体进行更细致的应力分析。
3.4关于结构底部的嵌固部位的确定建筑物,尤其时高层建筑,在进行结构计算分析之前,必须首先确定结构嵌固端所在的位置。
嵌固端的正确选取是高层建筑结构计算模型中的一个重要假定,它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性,而且还影响到结构局部的经济性。
确定嵌固部位可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现,但嵌固端的选取却可能因为建筑物的各种不同情况:（1）不设地下室但基础埋深较大。
（2）有地下室,但地下室层数有多有少,而且基础形式不同,产生不同的技术问题。
3.4.1 单层地下室当高层建筑仅设一层地下室时,其嵌固端位置需视情况而定。
首层楼面留有大洞,或选用无梁楼盖结构时,一般取地下室底板为结构嵌固端；当地下室作为防空地下室的情况,因为防空地下室之顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度,因此可取其顶板处为上部结构的嵌固端。
3.4.2 无地下室高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层,或者其基础持力层较浅的情况。
从抗震角度考虑,不提倡不设地下室。
无地下室的高层建筑,不管是采取天然地基基础抑或采用桩基础,如要以基础(承台) 面为结构嵌固端,则必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结,首层计算层高应从基础面算起；倘若基础(承台) 面标高处无基础梁连结或者所设的基础梁刚度过弱,但地面标高处设有刚性地面,则此刚性地面可作为嵌固端,其首层计算层高可从地面算起。
3.4.3多层地下室带多层地下室的建筑,宜将上部结构的嵌固端部位设在地下室顶板,此时应满足下列条件:（1）地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大,一般应小于地下一层层高的1/3；（2）若由于地下室大部分顶板降板或地下一层为车库(墙体少) 等使用要求,不能满足地下顶板作为结构嵌固部位的要求时,对于层数为三层或三层以上的地下室,可将结构嵌固部位置于地下1 层底板,此时除应满足规范所要求的其他条件外(但部位相应由地下室顶板改为地下一层) ,还应满足下列条件:①地下一层楼层剪切刚度应大于地上一层楼层剪切刚度；②地下二层楼层剪切刚度应大于地下一层楼层剪切刚度,并应大于地上一层楼层剪切刚度的2.0 倍；（3）地下室顶板结构应为梁板体系,且该层楼面不得留有大孔洞,楼面框架梁的抗弯刚度要足够大；（4）地下室柱截面每侧截面的纵向钢筋面积,除应满足计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1 倍；（5）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用,地下室的楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2 倍；（6）计算多塔大底盘地下室楼层剪切刚度比时,大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述第4 款的要求,每栋塔楼范围内(塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度) 的地下室剪切刚度与相邻上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。