高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課件

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計,,臺北101大樓是當(dāng)今第一高樓，高508米,,正在建造中的迪拜樓，高度已達(dá)688米,,紐約帝國大廈，高381米,,吉隆坡雙子塔樓高452米,,上海金茂大廈，高420米,緒言,一、多、高層的定義及高層建筑的結(jié)構(gòu)類型1、定義∶《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范GB50045-95》規(guī)定十層及十層以上的居住建筑（包括首層設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點的住宅）；建筑高度超過24m的公共建筑《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2002為

2、10層及10層以上或高度超過28m的混凝土結(jié)構(gòu)高層民用建筑2、類型∶鋼筋砼和鋼結(jié)構(gòu)兩類。鋼結(jié)構(gòu)自重輕、強度高、抗震性能好、施工方便等特點。鋼筋砼造價低、材料來源豐富，便于作成各種形狀,結(jié)構(gòu)剛度大,耐火性能好.缺點自重大。,,圖1-1,二、高層建筑的發(fā)展　　1885年出現(xiàn)第一幢高層建筑-----芝加哥家庭保險大樓，框架結(jié)構(gòu)，10層55M。到1989年，全世界10幢超過300M的高層建筑中，美國有9幢。英、法兩國高層建筑占城市建筑的4

3、0%左右。據(jù)國外有關(guān)資料介紹，9--10層的建筑比5層的節(jié)約占地23—28%，16—17層的建筑比5層的節(jié)約用地32—49%?！　∮捎诟邔咏ㄖ氖芰妥冃螤顟B(tài)十分復(fù)雜，因此其設(shè)計與施工需要考慮的因素很多，涉及許多學(xué)科和部門，而且隨著層數(shù)和高度的逐漸增加，它的建筑難度也越來越大。高層建筑的高度競爭，實際,,是整個建筑科學(xué)技術(shù)和人才的競爭，它不僅反應(yīng)一個國家科學(xué)技術(shù)水平，而且也反應(yīng)一個國家精神文明、物質(zhì)文明和經(jīng)濟發(fā)展程度和水平。與此同時，

4、高層建筑的高度競爭，必將不斷推動和促進整個建筑科學(xué)、建筑材料和設(shè)備的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的設(shè)計概念、計算理論和施工方法，從而使現(xiàn)代高層建筑日臻完善，適應(yīng)世界城市化的發(fā)展，滿足人們的需求?，F(xiàn)在，高層建筑的發(fā)展已成為歷史的必然和時代的潮流。,圖1-2,世界超高層建筑排名一、佩重納斯大廈(1、2號大廈)，高度452米，位于吉隆坡；二、西爾斯大廈，高度443米，位于芝加哥；三、金茂大廈，高度420米，位于上海；四、世界貿(mào)易中心大廈(1、2號大

5、廈)，高度417米，位于紐約；(在9.11恐怖分子襲擊事件中倒塌)五、帝國大廈，高度381米，位于紐約；六、中環(huán)廣場大廈，高度374米，位于香港；七、中國銀行大廈，高度369米，位于香港；八、T／C大廈，高度374米，位于高雄；九、阿摩珂大廈，高度346米，位于芝加哥；十、約翰·漢考克大廈，高度344米，位于芝加哥。,國內(nèi)高層的特點∶1、層數(shù)增多，高度加大。2、結(jié)構(gòu)體系日益多樣化。 懸挑結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)。

6、3、平面布置與豎向體型更加復(fù)雜?！　〕Ｓ貌粚ΨQ、曲線型平面(城市規(guī)劃、建筑功能的要求，計算機的廣泛應(yīng)用)。在豎向布置上，一方面豎向體型趨于多變，階梯形內(nèi)收、上部樓層外挑,突出的建筑物增多；另一方面，高低不等的組合體型更廣泛地得到應(yīng)用。4、向多功能、綜合性發(fā)展　　上層布置旅館、公寓；中間是中、小空間辦公樓；下層大空間的商店、銀行、娛樂等公共設(shè)施；地下部分為商業(yè)街、地下鐵道車站。5、高強輕質(zhì)材料的應(yīng)用　　C60砼、高強鋼管砼、陶粒

7、砼、火山渣砼。6、鋼結(jié)構(gòu)高層興建,三、高層出現(xiàn)的原因∶1、十八世紀(jì)末的產(chǎn)業(yè)革命帶來了生產(chǎn)力發(fā)展與經(jīng)濟繁榮。大工業(yè)興起使人口集中到城市中來，以致造成用地緊張，地價高漲，城市范圍逐步擴大仍感局促，為了在較小的土地范圍內(nèi)建造更多的建筑面積，建筑物不得不向高空發(fā)展，這是發(fā)展高層建筑最根本的原因。2、可以縮短道路以及各項管線設(shè)施的長度，從而節(jié)約大量城建的總投資，經(jīng)濟上具有優(yōu)越性。3、增加人們的聚集密度，縮短互相聯(lián)系的距離，把橫向水平交通與

8、豎向交通相結(jié)合，使人們在地面,上的分布方式空間化，節(jié)約了時間，增加了效率。4、在同樣的建筑面積與基地面積比值下，高層建筑能提供更多的地面自由空間，作為綠化休息場所或公共服務(wù)設(shè)施之用，有利于美化城市環(huán)境。5、近幾十年來，科學(xué)技術(shù)的飛躍使高層建筑的實現(xiàn)具備了必要條件，提供了多種輕質(zhì)高強建筑材料，新型結(jié)構(gòu)方式，與水暖、電梯、空調(diào)、供電、自控等現(xiàn)代設(shè)施、先進的施工技術(shù)及機械設(shè)備，特別計算機應(yīng)用于設(shè)計中。,四、本課程的教學(xué)目的和任務(wù)

9、 主要介紹高層結(jié)構(gòu)的三大常規(guī)結(jié)構(gòu)體系的概念設(shè)計和相應(yīng)的分析與設(shè)計方法。應(yīng)達(dá)到如下基本要求∶1、掌握三大體系的合理使用范圍和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系布置原則；2、能夠掌握對高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般規(guī)定，包括基本假定，抗風(fēng)設(shè)計、抗震設(shè)計原則及相應(yīng)荷載(及作用)的計算方法；3、掌握三大結(jié)構(gòu)體系的受力特點和性能，并能熟練地借助于相應(yīng)表格的手算分析方法進行三大常規(guī)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計。五、學(xué)習(xí)方法,第一章 結(jié)構(gòu)體系及布置,高層建筑的受力特點,,內(nèi)力及位移,

10、當(dāng)建筑物高度增加時，水平荷載對結(jié)構(gòu)的作用將愈來愈大。結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯加大，結(jié)構(gòu)側(cè)移增加更快。當(dāng)建筑物高度增加時，水平荷載對結(jié)構(gòu)的作用將愈來愈大。結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯加大，結(jié)構(gòu)側(cè)移增加更快?！　《唷⒏邔咏ㄖY(jié)構(gòu)要抵抗水平力和豎向力。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)要使用更多的材料來抵抗水平力,抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題?！　《鄬咏ㄖ刹捎么u石和鋼筋砼建造?！　「邔咏ㄖ刹捎娩摻铐藕弯摻ㄔ?。,第一節(jié) 結(jié)構(gòu)體系及典型布置,,一、框架結(jié)構(gòu)體系(適用公共

11、建筑)　　當(dāng)采用梁、柱組成的結(jié)構(gòu)體系作為建筑豎向承重結(jié)構(gòu)，并同時承受水平荷載時，稱其為框架結(jié)構(gòu)體系。　　此種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點是∶建筑平面布置靈活，可作成需要較大空間的建筑，加隔墻后，也可作成小房間。建筑立面易于處理，構(gòu)件便于標(biāo)準(zhǔn)化。,缺點是∶框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，水平位移大。 因此，框架結(jié)構(gòu)適用于多層及高度不大的高層建筑，一般高度不宜超過60M?！　「鶕?jù)使用要求和建筑布置確定的柱網(wǎng)和層高來布置梁和柱。在高層建筑中，梁柱

12、必須作成剛接，梁柱布置要整齊、規(guī)則。,圖1-3,圖1-4,二、剪力墻結(jié)構(gòu)體系(適用于公寓、住宅、旅館)　　利用建筑物的墻體作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系?！　〈朔N結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點是∶整體性好，剛度大，在水平力作用下側(cè)向變形小，承載力要求也易于滿足。　　缺點是∶剪力墻間距太小，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的使用要求，結(jié)構(gòu)自重較大?！　∵m用于10—50層的高層建筑?！　“褖Φ牡讓幼鞒煽蚣苤鶗r，稱為框支剪力墻。在地

13、震區(qū)不允許單獨采用此結(jié)構(gòu)。,圖1-5,為了滿足地震區(qū)住宅建筑需要底層商店或旅館中底層需設(shè)置大的公用房間的要求，可作成部分剪力墻框支、部分剪力墻落地的底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)?！　≡诘讓哟罂臻g剪力墻結(jié)構(gòu)中，一般把落地剪力墻布置在兩端或中部，并使縱向、橫向墻圍成筒體，在底層還要采取加大墻厚，提高混凝土強度等級等措施加大底層墻的剛度，使整個結(jié)構(gòu)上下剛度差別減小。上部則應(yīng)采用開間較大的剪力墻布置方案?？蛑Ъ袅Τ惺艿募袅Υ蟛糠忠ㄟ^樓板傳到落地剪

14、力墻上，落地剪力墻之間的距離要加以(限制墻距離與樓板寬度之比不超過3，抗震設(shè)計時不超過2—2．5)，同時還要加強過渡層樓板的整體性和剛性，應(yīng)采用厚度較大的現(xiàn)澆鋼筋砼板。,圖1-6,圖1-7,圖1-8,三、框架—剪力墻及框架—筒體結(jié)構(gòu)體系(適用于公共建筑)　　在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置部分剪力墻，使框架和剪力墻兩者結(jié)合起來，取長補短，共同抵抗水平荷載，就組成了框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。如果把剪力墻布置成筒體，又可稱為框架—筒體結(jié)構(gòu)體系?！　】颉艚Y(jié)

15、構(gòu)的優(yōu)點是∶既可以使平面布置靈活、獲得較大空間，又能抵抗一定的側(cè)力。筒體的承載力、側(cè)向剛度和抗扭強度都較單片剪力墻大大提高。在建筑布置上，常利用筒體作電梯間、樓梯間和豎向管道的通道。,框--剪(框—筒)結(jié)構(gòu)平面布置要注意下面兩個方面問題∶1、剪力墻數(shù)量　　剪力墻太多，不僅會增加建筑布置的困難，而且在地震作用下，剛度大則側(cè)向力也大，通常以保證結(jié)構(gòu)側(cè)向變形不超過規(guī)范規(guī)定的限制值為宜。2、剪力墻的布置及間距,圖1-9,圖1-11\12

16、,圖1-10,A、剪力墻布置應(yīng)與建筑使用要求相結(jié)合，根據(jù)建筑物高度和剛度要求，可采用單片形、L、半開口形、I形或筒形。B、在非地震區(qū),縱橫兩個方向剪力墻數(shù)量可以不同。在地震區(qū)，縱橫方向上布置的剪力墻數(shù)量要盡量接近。C、剪力墻布置要對稱，以減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。D、在兩片剪力墻間布置框架時，樓蓋必須有足夠的平面剛度。E、剪力墻靠近結(jié)構(gòu)外圍布置，可以加強結(jié)構(gòu)的抗扭作用。F、剪力墻應(yīng)貫通全高,使結(jié)構(gòu)上下剛度連貫而均勻.,四、筒中筒結(jié)構(gòu)

17、體系　　筒體的基本形式有三種∶實腹筒、框筒及桁架筒。 用剪力墻圍成的筒體稱為實腹筒?！　∮擅芘胖蛣偠群艽蟮拇叭沽盒纬傻拿苤盍嚎蚣車傻耐搀w，稱為框筒。　　若筒體的四壁是由豎桿和斜桿形成的桁架組成，成為桁架筒?！　⊥仓型步Y(jié)構(gòu)是上述筒體單元的組合，通常由實腹筒作內(nèi)部核心筒，框筒或桁架筒作外筒，兩個筒共同抵抗水平力作用。,筒體最主要的特點是它的空間受力性能，在水平力作用下可看成固定于基礎(chǔ)上的箱型懸臂構(gòu)件，它比單片

18、平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)移剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。此種結(jié)構(gòu)體系的布置原則是盡可能減少剪力滯后，充分發(fā)揮材料的作用。1、要求設(shè)計密柱深梁。2、建筑平面以接近方形為好，長寬比不應(yīng)大于2。3、建筑物高寬比不宜小于3，充分發(fā)揮空間作用。4、選擇合適的樓板體系，降低樓板高度，盡可能避免角柱受拉。5、在底層，需要減少柱子數(shù)量，加大柱距，以便設(shè)置出入.口。在稀柱與密柱層間設(shè)置轉(zhuǎn)換層。,圖1-13\14,五、多筒體系—成束筒及巨型框

19、架結(jié)構(gòu)　　當(dāng)采用多個筒體共同抵抗側(cè)向力時，形成多筒結(jié)構(gòu)，多筒結(jié)構(gòu)可以有兩種方式∶1、成束筒，將多個筒體合并在一起形成。2、巨型框架，利用筒體作為柱子，在各筒體間每隔數(shù)層用巨型梁相連，筒體和巨型梁即形成巨型框架。,圖1-15,圖1-16,圖1-17\18,第二節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇,,首先考慮建筑物的高度和建筑物的用途。一、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的選擇　　不同的結(jié)構(gòu)體系所具有的強度和剛度是不一樣的，因而它們適用的高度也不同?！　×?/p>

20、一個因素是建筑物的用途。高層建筑物按用途分成三大類∶住宅、旅館及公共性建筑(辦公、商業(yè)、科研、教學(xué)、醫(yī)院等)。,住宅建筑一般采用剪力墻結(jié)構(gòu)。因為住宅本身需要很多墻體，采用剪力墻體系可減少非承重墻，較好地解決墻體材料的問題。由于剪力墻住宅室內(nèi)無外露梁柱，便于室內(nèi)布置，用戶比較歡迎?！　?0M高度以下的旅館建筑可采用剪力墻或框—剪結(jié)構(gòu)，兩者各有優(yōu)缺點。剪力墻結(jié)構(gòu)適于客房層，但底層往往要取消部分剪力墻代之以框架形成大空間，以便布置門廳、餐廳

21、、會議室等大房間?？颉艚Y(jié)構(gòu)底層布置靈活，但客房露出梁柱，建筑上難以處理。至于50M以上的旅館建筑，則還可以采用筒體結(jié)構(gòu)，此外中央筒布置樓電梯間和服務(wù)性房間，周邊布置客房。,公共性建筑50M以下多采用框—剪結(jié)構(gòu)以滿足不同用途，大小房間劃分的要求。50M以上的公共性建筑常用筒體結(jié)構(gòu)以形成較大的無阻擋房間，可以靈活劃分使用，并可滿足通訊、電力、廣播建筑對大面積房間的要求。,二、樓面體系的選擇1、平板體系　　平板體系采用單向板或雙向板，常

22、用于剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是板底平整，可以不加吊頂，結(jié)構(gòu)高度低，可以壓低層高。2、無梁樓蓋　　最好帶現(xiàn)澆柱帽以加強板柱連接的可靠性。在場地受限制、施工不便時可采用升板法施工。1、2普通樓面6M以內(nèi)，預(yù)應(yīng)力砼樓面可達(dá)9M?？缍炔怀^12M。,3、密肋樓蓋　　多用在跨度較大而梁高受限制的情況下，筒體結(jié)構(gòu)角區(qū)樓面也常用?？缍纫话悴怀^9M，預(yù)應(yīng)力跨度不超過12M。,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)總體布置及變形縫,,一、控制結(jié)構(gòu)高寬比H／B

23、（5～6以下）　　概念設(shè)計∶一些難以作出精確力學(xué)分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用概念進行分析，作出判斷，以便采取相應(yīng)措施。這些概念和經(jīng)驗要貫穿在方案確定及結(jié)構(gòu)布置的過程中，也要體現(xiàn)在計算簡圖或計算結(jié)果的處理中，還應(yīng)對確定薄弱部位、加強構(gòu)造配筋等起作用。概念設(shè)計帶有經(jīng)驗性，涉及的內(nèi)容及方面十分豐富，事實證明它是有效的方法。傾覆力矩隨高寬比增大而增大。,二、結(jié)構(gòu)平面形狀　　一般建筑物分為板式和塔式兩大類。板式是指房屋寬

24、度較小，但長度較大的建筑；塔式則是指平面的長度和寬度相接近的建筑。　　應(yīng)盡量設(shè)計成規(guī)則、對稱而簡單的平面形狀，盡量減少復(fù)雜受力和扭轉(zhuǎn)受力。三、在地震區(qū)，盡可能采用對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置形式1、選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)平面　　平面布置簡單、規(guī)則、對稱是有利的，更主要的是剛度均勻?qū)ΨQ。,圖1-19,2、選擇有利于抗震的豎向布置　　豎向布置注意剛度均勻而連續(xù)，盡量避免剛度突變或結(jié)構(gòu)不連續(xù)。四、防震縫　　設(shè)縫總則∶凡要設(shè)縫，就要分得徹底

25、；凡是不設(shè)縫，就要連接牢固，絕不可將結(jié)構(gòu)單元間設(shè)計得似分不分，似連不連，藕斷絲連，否則易在地震中破壞。,圖1-20\21,當(dāng)房屋平面較復(fù)雜，不對稱或房屋各部分剛度、高度和重量相差懸殊時，在地震作用下薄弱部位容易造成震害?？刹捎脙煞N截然相反的措施加以處理。一是設(shè)置防震縫，將房屋劃分成簡單規(guī)則的形狀，使每一部分成為獨立的抗震單元。另一種是加強各部分的連接，使整個結(jié)構(gòu)整體性很強。防震縫的寬度要足以防止縫兩邊的單元互相碰撞。　　工程設(shè)計大多傾

26、向于采用第二種方法，不設(shè)縫。建筑平面形狀和豎向布置簡單、規(guī)則、對稱、剛度均勻是避免設(shè)縫的根本途徑。如體型復(fù)雜，則要預(yù)先估計結(jié)構(gòu)的薄弱部位，采取措施予以加強。,五、伸縮縫及減少溫度收縮影響的措施　　當(dāng)房屋長度比較大時，溫度收縮會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，頂層和底層溫度應(yīng)力問題比較嚴(yán)重，容易出現(xiàn)裂縫。當(dāng)房屋超過規(guī)定長度后，除基礎(chǔ)外，上部結(jié)構(gòu)用伸縮縫斷開。要采取措施減少溫度收縮應(yīng)力，而不用設(shè)伸縮縫的辦法。在高層建筑中采用塔式平面就可避免溫度收縮應(yīng)力造

27、成的危害。 當(dāng)長度超過規(guī)范規(guī)定溫度區(qū)段長度的建筑中，可采取以下措施∶,圖1-20\21,1、設(shè)后澆帶。2、在屋頂上采用有效的保溫隔熱措施，減少溫度變化對屋面結(jié)構(gòu)的影響。 3、局部作伸縮縫。4、在溫度應(yīng)力較大的地方或溫度應(yīng)力敏感的部位多加一些鋼筋。頂層、底層、山墻、內(nèi)縱墻端開間。,六、基礎(chǔ)形式和沉降縫處理1、基礎(chǔ)形式和埋深　　有地下室要求時，可采用箱基。無要求時，可采用筏基。當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較軟，不足以承受上部結(jié)構(gòu)重

28、量時，應(yīng)采用樁基。2、沉降縫處理　　在高層建筑中，常常在主體周圍設(shè)置多層或低層的裙房，它們與主體結(jié)構(gòu)的高度及重量相差十分懸殊，一般可采用設(shè)置沉降縫的方法，將兩部分房屋從上部到基礎(chǔ)全部斷開，使各部分自由沉降，避免由沉降差造成結(jié)構(gòu)內(nèi)部的附加應(yīng)力而引起裂縫或破壞。,在地基條件許可時，要盡量把高層部分和裙房部分的基礎(chǔ)作成整體，不設(shè)沉降縫?？刹扇∫韵麓胧?、當(dāng)壓縮性很小的土質(zhì)不太深時，可以利用天然地基，把高層部分和裙房放在一個剛度很大的整

29、體基礎(chǔ)上，使它們之間不產(chǎn)生沉降差。2、當(dāng)土質(zhì)比較好而且地基土壓縮可在不太長時間內(nèi)完成時，可把基礎(chǔ)設(shè)計成整體，但施工時設(shè)后澆帶。3、當(dāng)裙房面積不大時，將裙房做在懸挑基礎(chǔ)上，使裙房與高層部分沉降一致。,建筑物各部分的沉降差的處理有三種方法∶1、放—設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免出現(xiàn)不均勻沉降內(nèi)力。2、抗—采用剛性很大的基礎(chǔ)，用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差。3、調(diào)—在設(shè)計與施工中采取措施調(diào)整各部分的沉降，減少其差異，減少沉

30、降產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。　　采用”放”的方法，結(jié)構(gòu)、建筑和施工都有不少困難，而且地下室易滲水。如設(shè)，則寬度要考慮防震的寬度要求?！　　翱埂保?，雖在某些情況下能”抗”住，但材料用量較多，不經(jīng)濟。,采用”放”的方法，結(jié)構(gòu)、建筑和施工都有不少困難，而且地下室易滲水。如設(shè)，則寬度要考慮防震的寬度要求?！　　翱埂保m在某些情況下能”抗”住，但材料用量較多，不經(jīng)濟。 上面兩種都是極端的處理方法，目前采用調(diào)整各部分沉降差，在施工過程中

31、留臨時的后澆段。沉降穩(wěn)定后再連成整體，不留永久性的沉降縫的方法，從而解決了設(shè)計、施工和使用上的問題。,第二章 水平荷載與結(jié)構(gòu)計算簡化原則,,第一節(jié) 風(fēng)荷載　　一、定義及有關(guān)因素　　空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用稱為風(fēng)荷載。風(fēng)載的大小主要和近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)；和該建筑物所在地的地貌及周圍環(huán)境有關(guān)；同時和建筑物本身的高度、形狀及表面狀況有關(guān)。,二、風(fēng)荷載WK和風(fēng)對建筑物的作用　

32、　作用在建筑物表面單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值WK可按下式?jīng)Q定∶脈動風(fēng)壓使建筑物在平均側(cè)移的附近左右搖擺，引起結(jié)構(gòu)的振動。　　風(fēng)對建筑物的作用，會產(chǎn)生如下結(jié)果∶1、強風(fēng)會使外墻、裝修等產(chǎn)生損壞；2、風(fēng)力作用會使結(jié)構(gòu)開裂或留下較大的殘余變形；3、風(fēng)力使建筑物產(chǎn)生搖晃，使居住者感到不適；4、長期風(fēng)力作用會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞。,,三、基本風(fēng)壓值W0　　基本風(fēng)壓值是用各地區(qū)空曠地面上離地10M高，統(tǒng)計50年重現(xiàn)期的10分鐘平均最大風(fēng)速計算

33、得到的,且不小于0.3kN/m2 。重要或?qū)︼L(fēng)荷載敏感的高層建筑，其基本風(fēng)壓按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓考慮。四、風(fēng)壓高度變化系數(shù)μZ　　在10M以上，隨著高度增加，風(fēng)速加快，風(fēng)壓值也就加大。,五、風(fēng)載體型系數(shù)μS　　一般多、高層建筑常用的各種平面形狀各個表面的平均風(fēng)壓系數(shù)，稱為風(fēng)載體型系數(shù)。實際上，風(fēng)載體型系數(shù)為實際風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值。,圖2-1,表2-2,六、風(fēng)振系數(shù)βZ　　對高度較大、剛度較小的高層建筑，波動風(fēng)壓會產(chǎn)生一些不可

34、忽略的動力效應(yīng)，產(chǎn)生振幅加大現(xiàn)象。設(shè)計時采用加大風(fēng)載的辦法來考慮這個動力效應(yīng)，在風(fēng)壓值上乘以風(fēng)振系數(shù)βZ。其大小與結(jié)構(gòu)自振特性有關(guān)，包括自振周期、振型等，也與結(jié)構(gòu)高度有關(guān)。荷載規(guī)范規(guī)定，對高度大于30M，高寬比大于1．5的房屋結(jié)構(gòu)均需考慮風(fēng)振系數(shù)。HI高度處 脈動增大系數(shù)； 脈動影響系數(shù)。,,圖2-2,表2-3,七、總體風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載　　總體效應(yīng)是指作用在建筑物上的全部風(fēng)荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力及位移。局部效應(yīng)是指風(fēng)載對

35、建筑物某個局部產(chǎn)生的內(nèi)力及變形。1、總風(fēng)荷載　　總風(fēng)荷載為建筑物各個表面承受風(fēng)力的合力，是沿建筑物高度變化的線荷載。,,2、局部風(fēng)載　　在某些風(fēng)壓較大的部位，要考慮局部風(fēng)載對某些構(gòu)件的不利作用?！　≡谟L(fēng)面以及房屋側(cè)面寬度為1／6墻面寬度的角隅部分，要驗算外墻圍護結(jié)構(gòu)強度及連接強度。迎風(fēng)面體型系數(shù)用1．5，側(cè)面體型系數(shù)用－1．5?！　τ陉柵_、雨篷、遮陽板等懸挑構(gòu)件，應(yīng)驗算向上漂浮的風(fēng)載。超過自重時，懸挑構(gòu)件會出現(xiàn)反向彎矩。局

36、部向上體型系數(shù)用2。,圖2-3,表(1),表(2),八、抗風(fēng)設(shè)計的要求　　由于強風(fēng)作用的機會比地震作用多得多，因此產(chǎn)生風(fēng)力損害的情況比地震震害損失，所以高層建筑抗風(fēng)設(shè)計有很重要的意義。　　在高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計中，應(yīng)考慮下列問題∶1、保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強度，能可靠地承受風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力；2、結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，控制高層建筑在水平荷載下的位移，保證良好的居住和工作條件；,3、選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和建筑外形。采用較大的剛度可以減少

37、風(fēng)振的影響；圓形、正多邊形平面可以減少風(fēng)壓的數(shù)值；4、盡量采用對稱平面形狀和對稱結(jié)構(gòu)布置，減少風(fēng)力偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響；5、外墻、玻璃、女兒墻及其它圍護構(gòu)件必須有足夠的強度并與主體結(jié)構(gòu)可靠地連接，防止局部損壞。,第二節(jié) 水平荷載作用方向及結(jié) 構(gòu)計算的一般簡化假定,,一、荷載作用方向(主軸方向)　　實際風(fēng)荷載及地震作用方向是隨機的、不定的。但是，在結(jié)構(gòu)計算中常常假設(shè)水平力作用在結(jié)構(gòu)的主軸方向。二、平面結(jié)構(gòu)假定1、一片框架或一片墻

38、可以抵抗在本身平面內(nèi)的側(cè)向力，而在平面外的剛度很小,可以忽略。,圖2-10\11,2、各個平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間通過樓板互相聯(lián)系并協(xié)同工作。樓板在其自身平面內(nèi)剛度很大，可視為剛度無限大的平板。樓板平面外的剛度很小，可以忽略。在上述假定下，內(nèi)力分析時要解決兩個問題∶1、水平荷載在各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)間的分配。2、計算每片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)在所分到的水平荷載作用下的內(nèi)力及位移。,第三章 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算概述,,一、框架結(jié)構(gòu)三種布置形式1、橫向框

39、架承重2、縱向框架承重3、縱橫向框架承重　　1的樓板或次梁沿縱向布置，擱置在橫向承重框架上，橫向承重框架間用縱向的聯(lián)系梁相連。橫向為剛性框架，縱向為鉸接框架。這種布置方案使房屋橫向剛度較大，有利于室內(nèi),采光，不利于室內(nèi)管道通過。一般的民用建筑常采用此方案。 2 為主要承重框架沿房屋縱向布置，樓板支撐在縱向框架的主梁上，沿橫墻設(shè)置聯(lián)系梁。 縱向為剛接框架，橫向為鉸接框架。層間凈空利用好，有利于集中通風(fēng)管道通過 ,

40、工藝布置較靈活，但橫向剛度差。 此方案常用于有集中通風(fēng)要求的廠房結(jié)構(gòu)。　　3 的兩個方向均為剛性框架，兩個方向都承受豎向荷載和水平荷載。由于工藝需要在樓面開大洞及抗震要求必須保障縱、橫方向的抗側(cè)剛度時，宜采用雙向布置承重結(jié)構(gòu)方案。,二、框架在豎向荷載和水平荷載作用下的計算方法 在豎向荷載作用下，根據(jù)各榀框架承受豎向荷載的面積大小計算框架上的豎向荷載，然后按照平面框架作近似分析。在水平荷載作用下，要計算各桿件的內(nèi)力及結(jié)構(gòu)

41、的總位移。,第一節(jié) 豎向荷載作用下的近似計算---分層計算法,,一、豎向荷載包括的內(nèi)容∶　　豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、使用活荷、雪荷載以及施工檢修荷載等。二、分層法的基本假設(shè)和內(nèi)容　　分層法的基本假設(shè)如下∶,1 、忽略側(cè)移的影響2、忽略每層梁的豎向荷載對其它各層梁的影響。　　內(nèi)容∶按上述假定，計算時可將各層梁及其上、下柱所組成的框架作為一個獨立的計算單元分層計算，其中柱上、下柱端固定。分層計算所得的梁彎矩作為梁端彎矩，但必須將

42、上、下兩層所得同一根柱子的內(nèi)力迭加，才得到柱的內(nèi)力。,圖3-1 圖3-2,圖3-3,圖3-4,圖3-5,三、柱線剛度的取值及傳遞系數(shù)的推導(dǎo)　　分層框架的柱子在底層處，可按原結(jié)構(gòu)確定為固定支座。其他柱端，假定上、下柱遠(yuǎn)端是固定的，但實際有轉(zhuǎn)角產(chǎn)生，是彈性約束端。為了減小這一假定帶來的誤差，柱子線剛度可取0．9I，即取固定時的I與鉸接時的0．75I的平均值。相應(yīng)的傳遞系數(shù)為1／3，推導(dǎo)如下∶,設(shè)柱JK的K端為彈性約束端，由轉(zhuǎn)角位移方程得

43、 　　根據(jù)假定條件，即彈性端固定，取0．9I，當(dāng)θJ=1時，有 　　　代入(1)式得代入(2)式得,,,,,四、計算要點∶1、將N層框架劃分成N個單層框架，用力矩分配法計算。除底層柱底為固定端外，其余各柱端為彈性固定端。所以計算內(nèi)力時，除底層外，可將其余各層柱的線剛度乘以折減系數(shù)0．9，并將傳遞系數(shù)改為1／3。2、將每個單層框架的計算結(jié)果按相應(yīng)部分迭加起來便得到原框架的計算結(jié)果(即柱的彎矩取相鄰兩個單元

44、中同一柱對應(yīng)彎矩之和，而梁的彎矩直接采用。)五、例題,第二節(jié) 水平荷載作用下的近似計算----反彎點法,,彎矩為零的點稱為反彎點。一、反彎點法的兩個主要工作1、每層以上的水平荷載按某一比例分配給該層的各柱；2、確定反彎點高度Y　　為了解決這兩個問題，看一下圖3—6，它具有如下特點∶,圖3-6,1、固定柱腳處，線位移和角位移為0；2、如不考慮軸向變形的影響，則上部同一層的各結(jié)點水平位移相等；3、上部各結(jié)點有轉(zhuǎn)角。　　

45、當(dāng)梁的線剛度比柱的線剛度大得多時(如)，則結(jié)點轉(zhuǎn)角很小，它對框架內(nèi)力影響不大。為了簡化，把它忽略不計，即假定θ=0。實際上，把框架橫梁簡化成線剛度的剛性梁。這況使計算大為簡化，而其誤差一般不超過5%。反彎點距柱底的距離稱為反彎點高度。,二、反彎點法的內(nèi)容1、反彎點高度Y的確定　　對上部各層柱，反彎點在柱中央。對于底層柱，Y=2／3H。2、側(cè)移剛度系數(shù)的確定　　3、同層各柱剪力的確定　　設(shè)有M根柱，則,,,圖3-7,4、柱端彎

46、矩的確定　　柱下端彎矩 　　柱上端彎矩 5、梁端彎矩的確定　　對于邊柱 　　 對于中柱,,,,,至此，可求出整個框架的彎矩。再進一步，可根據(jù)力的平衡原理，由梁兩端的彎矩求出梁的剪力。三、例題,圖3-9,圖3-10,第三節(jié) D值法,,一、D值法　　如果框架柱的線剛度較大，由反彎點法求得的內(nèi)力和水平位移，就會產(chǎn)生較大的誤差。日本武騰清提出了修正柱的側(cè)移剛度和調(diào)整反彎點高度的方法

47、。修正后的柱側(cè)移剛度用D表示，故稱為D值法。,圖3-12,二、柱的側(cè)移剛度1、一般層柱的側(cè)移剛度　　為簡化計算，作如下假定∶ 1、柱AB及與柱AB相鄰的各桿的桿端轉(zhuǎn)角均為θ； 2、柱AB及相鄰上下柱的線剛度均為KC，且它們的弦轉(zhuǎn)角均為ψ。,由結(jié)點A的平衡條件，,,,(ｂ),，得，,同理，,,,得,,(ｂ)+(ｃ)，得,當(dāng)桿端有相對位移δ，且兩端有轉(zhuǎn)角θ時，由轉(zhuǎn)角位移方程，得,,(ｅ),把(ｄ)代入(ｅ)，得,表3

48、-1,當(dāng)框架橫梁的線剛度為無窮大，即，則α=1。由此可知，α是考慮框架結(jié)點轉(zhuǎn)動對柱側(cè)翼剛度的影響系數(shù)。2、底層柱的側(cè)移剛度,,三、確定柱反彎點高度比　　影響柱反彎點高度的主要因素是柱上下端的約束條件。反彎點移向轉(zhuǎn)角較大的一端，也就是約束剛度較小的一端?！　∮绊懼鶅啥思s束剛度的主要因素是∶A、結(jié)構(gòu)總層數(shù)及該層所在位置；B、梁柱線剛度比；C、荷載形式∶D、上層以下層梁剛度比；E、上層與下層層高變化。,,圖3-13,1、柱標(biāo)準(zhǔn)

49、反彎點高度比　柱標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比是在各層等高、各跨相等，各層梁和柱線剛度都不改變的多層框架在水平荷載作用下求得的反彎點高度比。2、上下梁剛度變化時的反彎點高度比修正值　　當(dāng) 時，令 ，反彎點上移，取正值； 　　當(dāng) 時，令

50、 ，反彎點下移，取負(fù)值。,,,,,圖3-14 圖3-15,3、上下層高度變化時的反彎點高度比修正值 、 時， 為正值，反彎點向上移?！?時， 為負(fù)值，反彎點向下移?！?　時，查得修正值 。,,,,,,四、D值計算的步驟1、計算各層

51、柱的側(cè)移剛度D；2、計算各柱分配的剪力3、計算柱的反彎點高度4、確定柱端彎矩，然后按結(jié)點平衡和梁的轉(zhuǎn)動剛度確定梁端彎矩。,,五、D值法與反彎點法的區(qū)別　 反彎點法的基本假定是橫梁剛度要比柱大得多，因而結(jié)點只有側(cè)移而無轉(zhuǎn)角；D值法卻要考慮轉(zhuǎn)角的影響。另外，反彎點法假定二層以上的反彎點在柱高的中點，D值法要考慮結(jié)點轉(zhuǎn)動引起反彎點位置的變化。六、例題,圖3-16,表1,表2,第四節(jié) 水平荷載作用下側(cè)移的近似計算

52、,,一、框架的變形特點(以剪切型為主)　　框架在水平荷載作用下的側(cè)移，可近似地看作由梁柱彎曲變形與柱軸向變形所引起的側(cè)移的迭加。框架的側(cè)移包括兩部分∶一是頂層最大側(cè)移，若過大將會影響結(jié)構(gòu)和使用。二是層間側(cè)移，過大將會使填充墻和裝飾材料大量破壞，修復(fù)困難。因此必須對這兩部分側(cè)移加以限制。梁柱彎曲變形是由剪力引起，相當(dāng)于懸臂柱的剪切變形，呈剪切型。柱軸向變形由軸力產(chǎn)生，相當(dāng)于彎矩產(chǎn)生的變形，呈彎曲型。,圖3-18\19,二、梁柱彎曲變形產(chǎn)

53、生的側(cè)移層間側(cè)移 J層側(cè)移 頂點側(cè)移,,,,圖3-22,三、柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移,,,,單位水平集中力作用在j層時邊柱的軸力。,,考慮柱軸向變形后，框架的總側(cè)移為∶,J層的側(cè)移及層間位移為,第四章 剪力墻結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算,,,第一節(jié) 荷載分配及計算方法概述,一、剪力墻在豎向荷載下的內(nèi)力 　豎向荷載通過樓板傳遞到墻，各片墻的豎向荷載可按照它的受荷面積計算。二、水平荷載下剪力墻計算截面及剪力分配

54、　　剪力墻結(jié)構(gòu)是空間盒子式結(jié)構(gòu)，但在平面結(jié)構(gòu)假定條件下，可按縱、橫兩方向墻體分別按平面結(jié)構(gòu)進行分析。,圖4-1,剪力墻有效翼緣寬度按剪力墻凈距、翼緣厚度、門窗洞凈跨計算取較小值?！　‘?dāng)結(jié)構(gòu)的水平力合力中心與結(jié)構(gòu)剛度中心重合時，結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，各片剪力墻在同一層樓板標(biāo)高處的側(cè)移將相等。因此，總水平荷載將按各片剪力墻的剛度大小分配。,,表4-1 圖4-3,圖4-2,三、剪力墻在水平荷載作用下的計算方法1、整體墻和小開口整體墻計算方法

55、　按照整體懸臂墻求截面內(nèi)力，并假定正應(yīng)力符合直線分布規(guī)律，稱為整體墻計算方法。　當(dāng)門窗洞口稍大，墻肢的應(yīng)力分布不再是直線關(guān)系，但偏離不大，可在應(yīng)力按直線分布計算的基礎(chǔ)上加以修正，稱為小開口整體墻計算方法。2、連續(xù)化方法及帶剛域框架計算方法3、有限條方法,圖4-4,第二節(jié) 整體墻計算方法,,一、定義 凡墻面上門窗、洞口等開口面積不超過墻面面積16%，且孔洞間凈距及孔洞至墻邊凈距大于孔洞長邊時，可以忽略洞口

56、的影響，按整體懸臂墻方法計算墻在水平荷載作用下截面的內(nèi)力。,二、等效抗彎剛度　　計算位移時，考慮洞口對截面面積及剛度的削弱。　　　　 等效慣性矩取有洞口截面與無洞口截面慣性矩沿豎向的加權(quán)平均值。,,,,,,(倒三角分布荷載),(均布荷載),(頂部集中荷載),第三節(jié) 雙肢墻的計算,,一、連續(xù)化方法的定義 　　在多數(shù)建筑中，門窗洞口在剪力墻中排列都很整齊，剪力墻可劃分為許多墻肢和連梁，將連梁看成墻肢間的連桿，并

57、將它們沿墻高離散成均勻分布的連續(xù)連桿，用微分方程求解，這種方法稱為連續(xù)化方法，又稱為連續(xù)連桿法。,圖4-6,二、基本假定1、連梁的連續(xù)化假定2、墻肢變形假定(墻肢在同一水平處的水平位移和轉(zhuǎn)角都相等)3、連梁變形假定(連梁反彎點在跨中)4、常參數(shù)假定(層高、墻肢面積、慣性矩均沿墻高為常數(shù)，連梁為等截面，沿墻高其面積、慣性矩也為常數(shù)。),圖4-6,三、內(nèi)力計算　　求解內(nèi)力的基本方法是力法。力法要求把超靜定結(jié)構(gòu)分解成靜定結(jié)構(gòu)，即建立

58、基本體系，切開處暴露出基本未知力，并在切開處建立變形連續(xù)條件，以求解該未知力。(一)、基本方程的建立,,1、由墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對位移,,由假設(shè),圖4-7,2、 --由墻肢軸向變形產(chǎn)生的相對位移　　因順時針為正，而X<0，所以,,,3、 --由連梁彎曲和剪切變形產(chǎn)生的相對位移,,,,,,(a),,,,,(b),(c),,,由假設(shè),,而,,,對于頂部集中荷載　　 即

59、 (2)把(2)代入(1)，并令,,則有,,,,左邊,,,進一步令,(二)、基本方程的解將參數(shù)換為無量綱,,,,代入(3)式,,,非齊次微分方程的解應(yīng)由通解和特解組成　　邊界條件1∶當(dāng)ξ=0時，墻頂彎矩為0，因而　　

60、 代入(B)，得,邊界條件2∶當(dāng)ξ=1時，墻底彎曲轉(zhuǎn)角為0，即 ，代入(A)，且,,,,J層連梁約束彎矩 　　 J層連梁剪力 　　 J層連梁端部彎矩 　　 J層墻肢軸力,,,,,圖4-11,J層墻肢彎矩 　　 J層墻肢剪力,,,圖4-12,四、雙肢墻位移計算及等效抗彎剛度　　　

61、 (倒三角分布荷載)　　 (均布荷載)\

62、 (頂部集中荷載),,,,,,五、內(nèi)力分布特點1、雙肢墻的側(cè)移曲線呈彎曲型。2、剪力最大(也是彎矩最大)的連梁不在底層，它的位置及大小將隨α的值改變。α增大，連梁剪力加大，剪力最大的梁向下移。,圖4-13,3、墻肢軸力即該截面以上所有連梁剪力之和，α增大，連梁剪力加大，墻肢軸力也必然加大。4、α增大，墻肢彎矩減小。因為,,六、α、γ的物理意義,,圖4-14\15

63、,兩者都稱為整體系數(shù)，物理意義都是連梁與墻肢的剛度比，前者未考慮墻肢軸向變形，后者計入了墻肢的軸向變形。相當(dāng)于墻肢變軟。,,γ是考慮墻肢剪切變形影響的剪切參數(shù)。 H/B≥4時，剪切變形影響約在10％以內(nèi)，可忽略。,,第四節(jié) 多肢墻的計算,,一、多肢墻與雙肢墻計算的不同點1、多肢墻中共有K+1個墻肢。要把雙肢墻中墻肢慣性矩和及面積和改為多肢墻的慣性矩和及面積和。2、多肢墻中有K個連梁，每個連梁的剛度,,(I=1，

64、2------K),圖4-16,圖4-17,3、多肢墻的整體系數(shù)α表達(dá)式與雙肢墻不同。二、雙肢墻、多肢墻計算步驟及公式匯總　　多肢墻要建立K個微分方程，將K個微分方程迭加，設(shè)各排連梁切口處未知力之和，求出后按一定比例拆開，分配到各排連桿，再分別求各連梁剪力、彎矩和各墻肢彎矩、軸力等內(nèi)力。,,,表4-3,圖4-18,1、計算幾何參數(shù)連梁折算慣性矩　　　　 連梁剛度 是I列連梁計算跨度

65、之半，設(shè)連梁凈跨為 ，則取,,,,,梁墻剛度比參數(shù) (I=1，2------K)墻肢軸向變形影響系數(shù)雙肢墻,,,,多肢墻由表4—2查得T值。整體系數(shù)剪切變形影響系數(shù),,,2、計算墻肢等效剛度 3、計算連梁約束彎矩函數(shù) 及4、計算連梁內(nèi)力多肢墻連梁約束彎矩分配系數(shù),,,,J層連梁總約束彎矩

66、 J層第I個連梁剪力 J層第I個連梁梁端彎矩,,,,5、計算墻肢軸力J層第一墻肢 J層第I墻肢 J層第K+1墻肢,,,,6、計算墻肢彎矩及剪力J層第I墻肢彎矩J層第I墻肢剪力,,,7、計算頂點位移 (倒三角分布荷載) (均布荷載)

67、 (頂部集中荷載),,,,8、例題,第五節(jié) 小開口整體墻及獨立墻肢近似計算方法,,一、小開口整體墻的判別條件、定義1、判別條件　　當(dāng)剪力墻連梁剛度和墻肢寬度基本均勻時，如滿足下述條件，可按小開口整體墻計算。,,,2、定義　　是指洞口總立面面積雖然超過了墻總立面面積的16%，但洞口仍較小，能滿足以下兩個基本條件的剪力墻。A、墻肢承受的局部彎矩不超過總彎矩的15%；B、基本上各樓層的墻肢都不出現(xiàn)反

68、彎點。,二、小開口整體墻的計算公式1、內(nèi)力和應(yīng)力的分布特點A、墻肢中大部分層都沒有反彎點；B、截面上正應(yīng)力分布接近直線分布。2、公式、對細(xì)小墻肢的修正墻肢截面剪力為 ，其它層,,圖4-20,，底層,,,,修正后門洞底部細(xì)小