高层结构风振效应

筒体结构
筒体结构的受力性能和工作特点： 理想筒体在水平力作用下，截面保持平面，
腹板应力直线分布，翼缘应力相等。 但是实际的筒体，特别是框筒，不会保持平
截面变形，腹板框架柱的轴力是曲线分布的， 翼缘框架柱的轴力也是不均匀分布，靠近角 柱的柱子轴力大，远离角柱的柱子轴力小。 这种应力分布不再保持直线规律的现象称为 剪力滞后。
筒体结构
框筒：周边密集的柱和高跨比很大的裙梁 组成的空腹筒体。在水平力作用下不仅腹 板框架受力，翼缘框架也受力，形成一个 空间受力结构。
剪力墙构成的薄壁筒 密排柱及深群梁组成的框筒
筒体结构
筒中筒结构：筒中筒结构由心腹筒、框筒 及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或 桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作 用。
框架结构
计算方法：
法
反弯点
D值法 S-C法
S-C法
S-C法
第i总层间侧移为
S-C法
S-C法
算例
某现浇楼板12层两跨 中框架,底层层高5.0m, 其余层层高3.2 m,采 用C40混凝土;横梁尺 寸为250 mm@600 mm, 中柱尺寸为700 mm@700 mm,边柱尺 寸为600 mm@600 mm; 水平均布荷载 q =310kN/m;
筒体结构
成束筒结构：由两个 以上框筒或其他筒体排 列成束状。
筒体结构
特点： 在高层建筑中，特别是超高层建筑中，水
平荷载起着控制作用。 筒体结构在水平荷载作用下可以看做一个
竖向悬臂箱形柱体，结构具有很大的抗侧 刚度和抗抗扭能力。 筒体结构的剪力墙集中布置不妨碍房屋的 使用空间，建筑平面布置灵活，适用于各 种高层公共建筑和商业建筑。
框架-剪力墙结构
为了满足同一楼层平面内水平变形的协调, 有：
[kf]1-1{Qf}1= [kf]2-1{Qf}2=…= [kf]s-1{Qf}s = [kw]1-1{Qw}1= [kw]2-1{Qw}2 =…= [kw]t-1{Qw}t={Δ}
框架-剪力墙结构
又由力的平衡, 作用于框架- 剪力墙结构上每一 楼层平面的水平荷载{P } 等于各榀框架与剪力墙 在同一楼层平面上的横向力{Q } 之和, 即有
算例
剪力墙结构
优点：水平承载力和抗侧向刚度均很大， 侧向变形较小；墙面平整，适合住宅、宾 馆等建筑。
缺点：自重较大；平面布局限制大，难以 获得较大空间（剪力墙间距一般3-8m）。
分类
独立墙肢（连梁对墙肢的约束可忽略，各 个墙肢单独受力） 整截面剪力墙 整体小开口剪力墙 联肢剪力墙 壁式框架（考虑刚域和剪切变形影响，
框架-剪力墙结构
由以上两式可得
若令 则[K ] 即为框架- 剪力墙结构综合刚度矩阵。
筒体结构
筒体,是由密柱高梁空间框架或空间剪力墙 所组成,在水平荷载作用下起整体空间作用 的抗侧力构件。
指由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件 而形成的结构称为筒体结构。
常见的筒体结构：框筒结构、筒中筒结构、 成束筒结构、核心筒结构
剪力墙结构
引起侧移： 风荷载和地震作用（主要) 、 阴面和向阳面的温差
抗风：刚度大减小振幅 抗震：较柔可以避免共振
剪力墙结构
思路：风荷载和规范规定的地震作用下是刚 性结构体系，地震力非常大时，通过控制屈 服而变成延性的结构。
“带缝墙”结构：日本学者武藤清教授提出， 在剪力墙中设竖向的缝，使其在强烈地震下 可以沿这些设置的缝发生滑移。
剪力墙数量：不宜过多，以满足位移限值 为宜。
剪力墙布置：不宜过长；不宜少于三道， 最好围成筒体；双向、对称布置；在纵横 向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯 而均匀。
框架-剪力墙结构
均布荷载作用下侧移计算（连续栅片法） 水平均布荷载作用下，框－剪结构的侧移表 达式：
刚度特征值
框架-剪力墙结构
连续化方法：假设框架与剪力墙之间链杆内
剪力墙结构
设计时一般考虑： (1)做好结构平面布置。 (2)合理选择剪力墙结构形式。 (3)尽量减小剪力墙厚度。 (4)墙肢设置边缘构件。
框架-剪力墙结构
优点：比框架结构水平承载力和抗侧刚度 都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活。
缺点：剪力墙布置易受限制，质心与刚心 难以重合或接近，高度受限。
框架-剪力墙结构
刚域长度取值
巨型框架结构
考虑剪切变形后其刚度折减 梁折减为 ci 或 c’i， 柱折减为(c+c’)i/2。
巨型框架结构
考虑剪切变形影响后的附加系数
算例
某 22 层巨型框架如图 5，混凝土强度 C40。截面尺寸如下： ①主框架：柱 b×h=1.0m×2.0m；标准 层梁：b×h=1.0m×3.0m；顶层梁： b×h=1.0m×2.0m。 ②次框架：柱 b×h=0.6m×0.6m；梁： b×h= 0.25m×04m。
简化分析，对比相同B、t的实腹筒和剪力墙 实腹筒截面模量：
剪力墙截面模量：
由于t远小于B，Wt/Ww 约为4，即同等条件 下，实
腹筒体的抗弯承载力大致是剪力墙的四倍。
框架结构和剪力墙结构对比
增大高层建筑抵抗侧移能力的原则
1、增大抗弯结构体系的有效宽度 2、设计结构分体系应使其构件以最有效的方式
它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪 力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，则绝 大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩 来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。
抗侧移能力对比
砖混结构——框架结构——框剪结构—— 剪力墙结构——框筒结构——筒中筒结构 ——成束筒结构——巨型框架结构
筒体结构和剪力墙结构对比
算例
算例
巨型框架结构
主结构 次结构
巨型框架结构
特点：
1、传力明确 2、能满足建筑功能的要求 3、整体性能好 4、施工阶段与完工后受力存
在差异
巨型框架结构
巨型框架与普通框架的差别
1、刚域的存在。 2、剪切变形的影响不
能忽略。
解决方案
采用带刚域的杆件考虑剪切 变形时的单元刚度矩阵。
巨型框架结构
筒体结构
筒体结构
筒体结构的受力性能和工作特点： 在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，
它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪 力很小；而由水平力产生的倾覆力矩，则绝 大部分由框筒柱的轴向力所形成的总体弯矩 来平衡，剪力墙和柱承受的局部弯矩很小。
筒体结构
筒体结构的受力性能和工作特点： 在筒体结构中，剪力墙筒的截面面积较大，
相互工作 3、增大承受荷载最有效的构件截面 4、使大部分竖向荷载直接由主要抗弯构件承受
增大高层建筑抵抗侧移能力的原则
5、合理布置实心墙或斜撑有效抵抗每层楼的局 部剪力
6、每层楼盖足以起水平隔板作用 7、将大型竖向和水平构件联结成巨型框架
谢谢欣赏
D=αc x(12i/h2 )x(c+c’)/2）
剪力墙结构
考虑均布荷载时顶点位移
独立墙肢、整截面剪力墙及整体小开口剪力墙
Δ小开口墙 =1.2Δ按整截面计算 联肢剪力墙(双肢墙）
EJ d =
Fra Baidu bibliotek
剪力墙结构
一方面剪力墙结构犹如悬臂深梁，抗弯惯性 矩大，即抗侧刚度大。
另一方面剪力墙结构抗侧刚度大，重量大， 导致地震反应大，要重点考虑结构的延性特 征。
力连续化分布,采用微分方程方法计算求解
离散化方法：基于框架与剪力墙的侧移柔度
分析提出了框架与剪力墙之间链杆内力离散 化分布的刚度分析方法
框架-剪力墙结构
设{Δ}为框剪结构楼层的水平变位值，[kf]k为各榀 框架刚度矩阵，[kw]l为各片剪力墙刚度矩阵，相应 横向力列阵{Q}：
{Qf}k=[kf]k{Δ},(k=1,2,…,s) {Qw}l=[kw]l{Δ},( l =1,2,…,t) 式中: s为框架榀数; t为剪力墙墙数。
不同竖向结构 抵抗侧移的能力
内容提要
竖向结构体系介绍 竖向结构体系的对比
框架结构 剪力墙结构 筒体结构
提高结构抗侧能力的方法
框架结构
优点： 1、自重轻，有利于抗震，节省材料。 2、空间分隔灵活，利于安排需要较大空间的 建筑结构。 3、框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型 化。
缺点： 1、框架节点应力集中显著。 2、框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架。 3、钢材和水泥用量较大，构件的总数量多。