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高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 第第 4 4 章章 设设 计计 要要 求求 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 强度度问题构件截面承构件截面承载力力验算算 刚度度问题正常使用条件下正常使用条件下结构水平位移构水平位移验算和算和风振舒适度振舒适度验算算 延性和耗能延性和耗能问题抗震抗震结构的延性和耗能要求构的延性和耗能要求 稳定定问题结构构稳定与抗定与抗倾覆覆验算算高高层建筑建筑结构构设计要点要点 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 抗震抗震设计的高的高层建筑建筑应根据建筑使用功能的重要性分根据建筑使用功能的重要性分类:特殊特殊设防防类：重大、：重大、严重次生灾害。（甲重次生灾害。（甲类）重点重点设防防类：使用功能不能中断或需尽快恢复，重大：使用功能不能中断或需尽快恢复，重大伤亡。（乙亡。（乙类）标准准设防防类：除甲、乙、丁：除甲、乙、丁类以外的一般建筑。大部分高以外的一般建筑。大部分高层建筑属于丙建筑属于丙类。适度适度设防防类：人：人员稀少、不稀少、不产生次生灾害。（丁生次生灾害。（丁类）4.6 建筑抗震建筑抗震设防分防分类 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 抗震抗震设防防标准：准：特殊特殊设防防类：高于：高于设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（甲防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（甲类）重点重点设防防类：按：按设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（乙防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（乙类）标准准设防防类：按：按设防烈度确定地震作用和采取抗震措施（丙防烈度确定地震作用和采取抗震措施（丙类）。）。4.6 建筑抗震建筑抗震设防分防分类 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 不同抗震不同抗震设防防类别、不同高度、不同抗震、不同高度、不同抗震设防烈度、不同防烈度、不同结构构类型、不同型、不同场地条件的建地条件的建筑筑结构，延性与耗能要求不同。构，延性与耗能要求不同。根据抗震等根据抗震等级，采取相，采取相应抗震措施。抗震措施。4.7 抗震等抗震等级根据五因素确定抗震等根据五因素确定抗震等级。抗震措施抗震措施实现延性与耗能的要求。延性与耗能的要求。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一计算措施算措施地震作用地震作用计算和抗力算和抗力计算以外的算以外的计算，主要是算，主要是调整或放大整或放大组合的内力合的内力计算算值，用，用调整或放大整或放大后的内力作后的内力作为设计值。抗震构造措施抗震构造措施保保证结构构件具有构构件具有足足够的延性与耗能的构造措施，如的延性与耗能的构造措施，如最小截面面最小截面面积，最小配筋率等。，最小配筋率等。抗震措施抗震措施 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一钢筋混凝土筋混凝土结构：构：A A级高度：一、二、三、四高度：一、二、三、四级 （一（一级要求最高）要求最高）B B级高度：特一、一、二高度：特一、一、二级 （特一（特一级要求最高）要求最高）抗震等抗震等级划分划分 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一表中的烈度：表中的烈度：确定抗震等确定抗震等级的烈度，不一定是的烈度，不一定是设防烈度，需要防烈度，需要调整整 与下列因素有关与下列因素有关:建筑建筑类别（甲，乙，丙）（甲，乙，丙）设防烈度防烈度 场地地类别 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一计算措施算措施调整烈度整烈度与建筑与建筑类别、设防烈度有关防烈度有关 建筑建筑类别 设防烈度防烈度 6 7 8 9 甲甲类、乙、乙类 7 8 9 9*丙丙类 6 7 8 9 确定抗震等确定抗震等级的烈度的烈度 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一确定抗震等确定抗震等级的烈度的烈度抗震构造措施抗震构造措施调整烈度整烈度建筑建筑类别，设防烈度，防烈度，场地地建筑建筑类别 场地地类别 设防烈度防烈度 6 7 8 9甲甲类、乙、乙类 6 7 8 9 7 8 9 9*丙丙类 6 6 7 8 6 7 8 9 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一延性和耗能是通延性和耗能是通过抗震措施抗震措施来保来保证的，而具体的抗震措施由的，而具体的抗震措施由结构抗震等构抗震等级确定。确定。4.8 4.8 延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 延性：屈服（峰延性：屈服（峰值）后）后强度或承度或承载力没有力没有显著降低著降低时的塑性的塑性变形能力。形能力。材料、截面、构件或材料、截面、构件或结构保持一定的构保持一定的强度或承度或承载力力时的非的非弹性（塑性）性（塑性）变形能力。形能力。延性的作用：减少地震作用，消耗地震能量延性的作用：减少地震作用，消耗地震能量延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一延性的延性的度量：延性系数（延性比）度量：延性系数（延性比）最大允最大允许变形，形，屈服屈服变形形对于于实测荷荷载变形曲形曲线，如何确定其，如何确定其屈服屈服变形和最大允形和最大允许变形，国内外尚无形，国内外尚无统一一标准。准。延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 地震地震对结构构输入能量，入能量，结构通构通过弹塑性塑性变形耗散能量。形耗散能量。可以用截面、构件或可以用截面、构件或结构的力构的力变形滞回曲形滞回曲线的面的面积来度量耗能的大小。来度量耗能的大小。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一钢构件构件延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 地震地震对结构构输入能量，入能量，结构通构通过弹塑性塑性变形耗散能量。形耗散能量。可以用截面、构件或可以用截面、构件或结构的力构的力变形滞回曲形滞回曲线的面的面积来度量耗能的大小。来度量耗能的大小。滞回滞回环饱满，耗能能力好；滞回，耗能能力好；滞回环狭窄，耗能能力差。狭窄，耗能能力差。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一钢构件构件钢筋混凝土构件筋混凝土构件延性与耗能延性与耗能 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 在在风荷荷载作用下，高度超作用下，高度超过150m150m的高的高层建筑，建筑，应满足人使用的舒适度要求。此足人使用的舒适度要求。此时，按照重按照重现期期为1010年的年的风荷荷载计算算结构构顶点加速度，或由点加速度，或由风洞洞试验确定确定顺风向与横向与横风向向结构构顶点最大加速度，点最大加速度，maxmax应满足下列要求足下列要求：（：（钢混混结构）构）住宅、公寓住宅、公寓 maxmax不大于不大于0.15m/s0.15m/s2 2办公、旅公、旅馆 maxmax不大于不大于0.25m/s0.25m/s2 24.9 4.9 风振舒适度振舒适度 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一重力二重力二阶效效应P-效效应：结构在水平构在水平风荷荷载或水平地震作用下或水平地震作用下产生生侧移后，重力荷移后，重力荷载由于由于该侧移而引起的移而引起的附加效附加效应高高层建筑建筑结构构稳定定设计，主要控制，主要控制P-效效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的构性能降低的影响以及由此可能引起的结构构失失稳4.10 P-效效应稳定定验算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一柱的柱的侧向向刚度度 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一刚重比重比 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一剪切型剪切型结构构刚重比与重比与侧向位移增幅关系曲向位移增幅关系曲线剪切型剪切型结结构（框架构（框架结结构）构）可保可保证证P-效效应应影响在影响在20%之内之内 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一剪切型剪切型结构构刚重比与重比与侧向位移增幅关系曲向位移增幅关系曲线剪切型剪切型结结构（框架构（框架结结构）构）可忽略可忽略P-效效应应 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一重力二重力二阶效效应的位移放大系数的位移放大系数4.3.1 P-效效应稳定定验算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一考考虑结构构件构构件弹性性刚度的折减（度的折减（0.5）（）（弹塑形）塑形）重力二重力二阶效效应的内力放大系数的内力放大系数 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一剪切型（框架剪切型（框架结结构）构）高高层建筑建筑结构的构的变形特点：形特点：弯曲型（筒体弯曲型（筒体结构、剪力构、剪力墙结构）构）弯剪型（框架弯剪型（框架-剪力剪力墙结构）构）高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯剪型弯剪型结结构（框架构（框架-剪力剪力墙墙）弯曲型弯曲型结结构（筒体、剪力构（筒体、剪力墙结墙结构）构）等效等效侧向向刚度：度：EJd 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 等效等效侧向向刚度：度：EJd（代替（代替悬臂杆的弯曲臂杆的弯曲刚度度EJ）近似按倒三角形分布荷近似按倒三角形分布荷载作用下作用下结构构顶点位移相等的原点位移相等的原则，将，将结构的构的侧向向刚度折度折算算为竖向向悬臂受弯构件的等效抗臂受弯构件的等效抗侧刚度度 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯剪型弯剪型结结构（框架构（框架-剪力剪力墙墙）弯曲型弯曲型结结构（筒体、剪力构（筒体、剪力墙结墙结构）构）4.3.1 P-效效应稳定定验算算 等效抗等效抗侧刚度：度：EJd 刚重比：重比：EJd/GH2 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯曲型弯曲型结构构刚重比与重比与侧向位移增幅关系曲向位移增幅关系曲线弯剪型弯剪型结结构（框架构（框架-剪力剪力墙墙），），弯曲型弯曲型结结构（筒体、剪力构（筒体、剪力墙结墙结构）构）可保可保证证P-效效应应影响在影响在20%之内之内 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯曲型弯曲型结构构刚重比与重比与侧向位移增幅关系曲向位移增幅关系曲线4.3.1 P-效效应稳定定验算算弯剪型弯剪型结结构（框架构（框架-剪力剪力墙墙），弯），弯曲型曲型结结构（筒体、剪力构（筒体、剪力墙结墙结构）构）可忽略可忽略P-效效应应 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯剪型弯剪型结结构（框架构（框架-剪力剪力墙墙）弯曲型弯曲型结结构（筒体、剪力构（筒体、剪力墙结墙结构）构）位移放大系数位移放大系数:F1=内力放大系数：内力放大系数：F2=等效等效侧向向刚度：度：EJd 刚重比：重比：EJd/GH2 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一P-效效应的考的考虑方法：方法：1、简化的有限元法化的有限元法2、内力和位移增大系数方法、内力和位移增大系数方法 （JGJ3-2010采用方法）采用方法）高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一小小结弯剪（曲）型弯剪（曲）型结结构（剪力构（剪力墙结墙结构、框架构、框架剪力剪力墙结墙结构、筒体构、筒体结结构）构）刚刚重比重比EJd/GH2 0.14,1.4,2.7剪切型剪切型结结构（框架构（框架结结构）构）刚刚重比重比 1，10，20 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯矩弯矩调幅幅 由于由于钢筋混凝土筋混凝土结构具有构具有塑性内力重分布塑性内力重分布性性质，在，在竖向荷向荷载下下可以考可以考虑适当降低梁适当降低梁端弯矩端弯矩，进行行调幅，以幅，以减少减少负弯矩弯矩钢筋筋的的拥挤现象。象。塑性塑性铰4.11 4.11 弯矩弯矩调幅幅 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一塑性塑性铰在在钢筋屈服截面，从筋屈服截面，从钢筋屈服到达到极限承筋屈服到达到极限承载力，截面在外弯矩增加很小的情力，截面在外弯矩增加很小的情况下况下产生很大生很大转动，表，表现得犹如一个能得犹如一个能够转动的的铰，称，称为“塑性塑性铰”。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一塑性内力重分布的受力塑性内力重分布的受力过程：程：第一第一阶段：首先荷段：首先荷载较小，跨中、支座弯矩小，跨中、支座弯矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷是大于跨中弯矩的）。随着荷载增大，支座达到承增大，支座达到承载能力极限，形成塑性能力极限，形成塑性铰。第二第二阶段：此段：此时支座弯矩不支座弯矩不变（事（事实上上还有小有小许增加），跨中弯矩增加），跨中弯矩继续增加，最后跨中也出增加，最后跨中也出现塑性塑性铰，结构成构成为机机动体系，体系，结构破坏。构破坏。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 弯矩弯矩调幅通幅通过调低低钢筋混凝土梁支座弯矩，增加跨中弯矩来筋混凝土梁支座弯矩，增加跨中弯矩来实现内力重分布的目的。内力重分布的目的。弯矩弯矩调幅：幅：4.11 4.11 弯矩弯矩调幅幅 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯矩弯矩调幅：幅：对于于现浇框架，框架，调幅系数幅系数可取可取0.80.80.90.9；装配整体式框架由于；装配整体式框架由于节点的附加点的附加变形，形，可取可取=0.7=0.70.80.8。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯矩弯矩调幅：幅：将将调幅后的梁端弯矩叠加幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩可得到梁的跨中弯矩:调幅后的跨中弯矩不幅后的跨中弯矩不应小于小于简支情况下跨中弯矩的支情况下跨中弯矩的5050。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯矩弯矩调幅：幅：只有只有竖向荷向荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩可以可以调幅幅，水平荷水平荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩不能不能考考虑调幅幅。因此，必因此，必须先将先将竖向荷向荷载作用下的作用下的梁端弯矩梁端弯矩调幅后幅后，再与水平荷再与水平荷载产生的生的梁端弯梁端弯矩矩进行行组合合。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 第第5 5章章 框架、剪力框架、剪力墙、框架、框架-剪力剪力墙 结构的近似构的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.1 5.1 计算基本假定算基本假定5.2 5.2 框架框架结构的近似构的近似计算方法算方法5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 5.4 5.4 框架框架剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 5.5 5.5 扭扭转近似近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一空空间结构构简化化为平面平面结构构x方向：方向：3片平面抗片平面抗侧力力结构构单元元y方向：方向：7片平面抗片平面抗侧力力结构构单元元5.1 5.1 计算基本假定算基本假定 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 框架、框架、墙只在自身平面内有有限只在自身平面内有有限刚度，只能抵抗平面内的作用力，忽略平面外的度，只能抵抗平面内的作用力，忽略平面外的刚度，也不度，也不产生平面外的内力。生平面外的内力。(1)(1)平面抗平面抗侧力力结构构单元假定元假定5.1 5.1 计算基本假定算基本假定 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一楼盖在其自身平面内楼盖在其自身平面内刚度度无限大无限大，楼盖平面外楼盖平面外刚度很小，可以度很小，可以忽略。忽略。(2)(2)刚性楼盖假定性楼盖假定5.1 5.1 计算基本假定算基本假定 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 5.3 计算算简图n计算算单元的元的选取取计算算单元元选取取 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 5.3 计算算简图n计算算简图实际结构构l01l02计算算简图梁的梁的计算跨度算跨度层高高 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 5.3 计算算简图n基本假定基本假定 假假设上下上下层柱柱为等截面杆件，以杆件等截面杆件，以杆件轴线作作为框架框架计算算轴线；忽略梁、忽略梁、柱柱轴向向变形形及剪切及剪切变形；形；竖向荷向荷载作用下，作用下，结构无构无侧移。移。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 5.3 计算算简图n楼面荷楼面荷载分配分配当采用当采用装配式或装配整体式楼盖装配式或装配整体式楼盖时，板上荷，板上荷载通通过预制板的制板的两端两端传递给它的支承它的支承结构；构；当采用当采用现浇楼盖楼盖时，楼面上的恒，楼面上的恒载和活和活载根据每个区格板两个方向的根据每个区格板两个方向的边长比，沿比，沿单向或双向向或双向传递，区格板区格板长边/短短边3时沿沿单向向传递（沿短沿短边方向方向传递，即，即长边为受力受力边），），长边/短短边3时沿双向沿双向传递。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 5.3 计算算简图n楼面荷楼面荷载分配分配现浇楼盖荷楼盖荷载双向双向传递示意示意图 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一n竖向活向活载的最不利布置的最不利布置（1 1）逐跨布置法）逐跨布置法 恒恒载一次布置，楼屋面活一次布置，楼屋面活载逐跨逐跨单独作用在各跨上，分独作用在各跨上，分别算出内力，再算出内力，再对各控制截面各控制截面组合其可能出合其可能出现的最大内力。的最大内力。恒载一次布置活载分跨布置5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一n竖向活向活载的最不利布置的最不利布置（2）最不利荷）最不利荷载布置法布置法 恒恒载一次布置，楼屋面活一次布置，楼屋面活载根据影响根据影响线，直接确定，直接确定产生某一指定截面最不利生某一指定截面最不利内力的活内力的活载布置。此法用手算方法布置。此法用手算方法进行行计算很困算很困难。最不利荷载的布置5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一n竖向活向活载的最不利布置的最不利布置（3）分）分层布置法或分跨布置法布置法或分跨布置法 恒恒载一次布置，一次布置，为简化化计算，当活算，当活载与恒与恒载的比的比值不大于不大于3时，可近似将活，可近似将活载一一层或一跨做一次布置，分或一跨做一次布置，分别进行行计算，然后算，然后进行最不利内力行最不利内力组合合。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一n竖向活向活载的最不利布置的最不利布置（4）满布荷布荷载法法 当活当活载与恒与恒载的比的比值不大于不大于1时，可不考，可不考虑活活载的最不利布置，把活的最不利布置，把活载同同时作作用于所有的框架上，用于所有的框架上，这样求得的支座求得的支座处的内力可直接的内力可直接进行内力行内力组合。但求得的梁跨合。但求得的梁跨中弯矩中弯矩应乘以乘以1.11.2的系数予以增大。的系数予以增大。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一竖竖向荷向荷载载作用下框架内力的作用下框架内力的计计算两种常算两种常见见的手算方法：的手算方法：5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算分分层法法弯矩二次分配法弯矩二次分配法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一分分层法：法：假假设每每层梁上的荷梁上的荷载对其它其它层梁的影响可以忽略不梁的影响可以忽略不计，仅在在该层梁及与之相梁及与之相连的上下的上下层柱上分配和柱上分配和传递。将将该层梁与上下柱梁与上下柱组成成计算算单元。元。5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一分分层法：法：用用弯矩分配法弯矩分配法逐逐层计算各算各单元框架的弯矩元框架的弯矩，叠加叠加起来即起来即为整个框架的整个框架的弯矩弯矩。每一。每一层柱的柱的最最终弯矩由上、下弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。元框架所得弯矩叠加。5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一分分层法：法：由于各个由于各个单元上、下柱的元上、下柱的远端并不是固定端，而是端并不是固定端，而是弹性嵌固的。性嵌固的。除底除底层外其他各外其他各层柱的柱的线刚度均乘以折减系数度均乘以折减系数0.90.9，柱的弯矩柱的弯矩传递系数也相系数也相应地由地由l l2 2改改为l l3 3。5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一分分层法：法：对节点点处不平衡弯矩不平衡弯矩较大的大的可再分配可再分配一次，但一次，但不再不再传递。5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一弯矩二次分配法：弯矩二次分配法：计算各算各节点固端弯矩（点固端弯矩（不平衡弯矩不平衡弯矩）；）；将各将各节点的点的不平衡弯矩不平衡弯矩，同，同时作作分配分配（按梁柱按梁柱线刚度分配固端弯矩度分配固端弯矩）和和传递（传递系数均系数均为l l2 2 ）；）；再作一次弯矩分配再作一次弯矩分配即可。即可。5.4 5.4 竖向荷向荷载作用下作用下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一水平地震作用下框架内力的水平地震作用下框架内力的计计算三种常算三种常见见的手算方法：的手算方法：5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算反弯点法反弯点法D值法法(改改进反弯点法反弯点法)门架法架法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一反弯点：反弯点：杆件中的零弯矩点即反弯点杆件中的零弯矩点即反弯点5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算水平荷水平荷载作用下的框架内力和作用下的框架内力和变形特点：形特点：一般将水平荷一般将水平荷载简化化为结点集中力点集中力（1 1）每根杆件均只有一个反弯点）每根杆件均只有一个反弯点（2 2）每根杆的弯矩呈直）每根杆的弯矩呈直线分布分布 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算反弯点法：反弯点法：（1 1）假）假设除底除底层外各外各层上下柱两端上下柱两端转角相等，角相等，反弯点在柱的中点反弯点在柱的中点 对底底层因底部因底部为固定端，固定端，转角角为零，零，反弯点反弯点上移，上移，取离底部取离底部2/32/3层高高处 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算反弯点法：反弯点法：（2 2）假）假设梁梁线刚度度远大于柱大于柱线刚度度（3 3倍以上）倍以上），计算算柱抗柱抗侧向向刚度度时，近似，近似认为两端无两端无转角，即角，即为固定端。固定端。柱抗柱抗侧向向刚度：度：为使柱使柱顶产生生单位位移所需位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。要的水平力（即杆端剪力）。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算反弯点法：反弯点法：（2 2）假）假设梁梁线刚度度远大于柱大于柱线刚度度（3 3倍以上）倍以上），计算算柱抗柱抗侧向向刚度度时，近似，近似认为两端无两端无转角，即角，即为固定端。固定端。柱抗柱抗侧向向刚度：度：为使柱使柱顶产生生单位位移所需位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。要的水平力（即杆端剪力）。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D值法法(改改进反弯点法反弯点法)：（1 1）实际工程中，尤其是高工程中，尤其是高层建筑中，梁建筑中，梁线刚度度远大于柱大于柱线刚度假度假设是不成立的。是不成立的。计算算柱抗柱抗侧向向刚度度时，不能将梁作，不能将梁作为固定端，而要考固定端，而要考虑节点点转动的影响。的影响。柱抗柱抗侧向向刚度取决于柱两端的度取决于柱两端的约束情况束情况 节点点转动影响系数，和楼影响系数，和楼层梁柱的平均梁柱的平均线刚度比有关。（梁柱度比有关。（梁柱线刚度比度比值越越大，大，D值越大）越大）高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D值法法(改改进反弯点法反弯点法)：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度取决于取决于框架的框架的层数数、柱子所在柱子所在层数数、上下上下层梁的梁的刚度比度比值、上下上下层高与高与本本层层高的比高的比值以及以及荷荷载的作用形式的作用形式，因此反弯点法中关于柱反弯点高度的假，因此反弯点法中关于柱反弯点高度的假设在在实际工工程程应用上可能存在用上可能存在较大大误差。差。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D值法法(改改进反弯点法反弯点法)：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度y y0 0标准反弯点高度比，根据准反弯点高度比，根据框架的框架的层数数、柱子所在柱子所在层数数及及楼楼层梁柱的平均梁柱的平均线刚度比度比查表取表取值；y y1 1上、下梁上、下梁线刚度不同，度不同，对y y0 0的修正的修正值上小下大，弯点上移，上小下大，弯点上移，y y1 1为正正值 上大下小，弯点下移，上大下小，弯点下移，y y1 1为负值 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D值法法(改改进反弯点法反弯点法)：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度y y2 2 上上层层高与本高与本层层高不同高不同时，反弯点高度修正，反弯点高度修正值。查表取表取值。y y3 3 下下层层高与本高与本层层高不同高不同时，反弯点高度修正，反弯点高度修正值。查表取表取值。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一D D值值法（改法（改进进的反弯点法）近似地考的反弯点法）近似地考虑虑了框架了框架节节点点转动对侧转动对侧移移刚刚度和反弯点高度的影度和反弯点高度的影响，比响，比较较精确，精确，应应用比用比较较广泛。广泛。反弯点法适用于反弯点法适用于层层数数较较少、梁柱少、梁柱线刚线刚度比大于度比大于3 3的情况。的情况。5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一D D值值法法计计算框架内力的步算框架内力的步骤骤：(1)(1)计计算各算各层层柱的柱的侧侧移移刚刚度度D D5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算(2)(2)计算各柱所分配的剪力算各柱所分配的剪力式中式中 第第i i层第第j j根柱所分配的水平剪力；根柱所分配的水平剪力；第第i i层楼楼层剪力；剪力；第第i i层第第j j根柱的根柱的侧移移刚度；度；第第i i层所有各柱所有各柱侧移移刚度之和。度之和。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D D值法法计算框架内力的步算框架内力的步骤：(3)(3)计算柱反弯点的高度算柱反弯点的高度(4)(4)计算柱端弯矩算柱端弯矩MC由柱剪力由柱剪力V Vijij和反弯点高度和反弯点高度y y，求得：，求得：上端上端 下端下端 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D D值法法计算框架内力的步算框架内力的步骤：(5)(5)计算梁端弯矩算梁端弯矩Mb梁梁端端弯弯矩矩可可按按节点点弯弯矩矩平平衡衡条条件件，将将节点点上上、下下柱柱端端弯弯矩矩之之和和按按左左、右右梁梁的的线刚度度比比例例分配分配。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D D值法法计算框架内力的步算框架内力的步骤：(6)(6)计算算梁端剪力梁端剪力Vb 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算D D值法法计算框架内力的步算框架内力的步骤：(7)(7)计算算柱柱轴力力N边柱柱轴力力为各各层梁端剪力按梁端剪力按层叠加叠加中柱中柱轴力力为柱两柱两侧梁端剪力之差按梁端剪力之差按层叠加叠加 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 5.5 水平荷水平荷载下下 框架内力框架内力计算算门架法：架法：（1 1）假）假设梁、柱反弯点位于中点梁、柱反弯点位于中点处；（2 2）柱中点柱中点处剪力剪力按按支承框架梁的支承框架梁的长度度与框架与框架总长度之比度之比进行分配。行分配。三种方法的比三种方法的比较：（1 1）反弯点法适用范反弯点法适用范围小小（2 2）D D值法适用范法适用范围较宽，但，但计算稍麻算稍麻烦（3 3）门架法不用事先假定梁、柱尺寸，但精度不高架法不用事先假定梁、柱尺寸，但精度不高 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.2 5.2 框架框架结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一基本假定：基本假定：平面抗平面抗侧力力结构构单元；元；无限无限刚性楼盖；性楼盖；忽略梁、柱忽略梁、柱轴向向变形及剪切形及剪切变形；形；等截面杆件，以杆件等截面杆件，以杆件轴线作作为框架框架计算算轴线；竖向荷向荷载作用下，作用下，结构无构无侧移。移。5.2 5.2 框架框架结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算框架框架侧向位移的向位移的组成：成：梁、柱弯曲梁、柱弯曲变形形产生的生的侧移（移（属剪切型）属剪切型）柱柱轴向向变形形产生的生的侧移（移（属弯曲型）属弯曲型）核心区剪切核心区剪切变形形产生的生的侧移（忽移（忽 略）略）高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 1）梁、柱弯曲）梁、柱弯曲变形形产生的生的侧移移“剪切型位移剪切型位移”,可用可用D值法法计算算框架框架结构第构第i i层的的层间位移位移 为：即：即：层剪力剪力/全部柱全部柱D值之和之和 5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一各各层楼板楼板标高高处位移：位移：第第i i层位移位移 顶点位移点位移 (共共n n层)5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一2 2）柱）柱轴向向变形形产生的位移生的位移“弯曲型位移弯曲型位移”，多，多层框架可以忽略，高框架可以忽略，高层建筑建筑结构不能忽略。构不能忽略。假定：假定：仅边柱有柱有轴力及力及轴向向变形；形；柱截面由底到柱截面由底到顶线性性变化。化。5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一2）柱柱轴向向变形形产生的位移生的位移柱柱轴向向变形形产生的生的i i层位移：位移：V0基底基底总剪力；剪力；H H、B B 分分别为建筑物建筑物总高度及高度及结构构宽度；度；E E、A A1 1 分分别为混凝土混凝土弹性模量及框架底性模量及框架底层柱截面面柱截面面积；F Fn n根据不同荷根据不同荷载形式形式计算的位移系数，可由曲算的位移系数，可由曲线查出出。n n为框架框架边柱柱顶层与底与底层截面面截面面积之之比。比。5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一柱柱轴向向变形形产生的第生的第i i层层间位移位移 5.2.3 水平荷水平荷载作用下作用下侧移的近似移的近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 5.3.1 5.3.1 剪力剪力墙的的类型与型与计算假定算假定 剪力剪力墙只在其自身平面内有只在其自身平面内有刚度、承度、承载力，力，为平面平面结构构单元。元。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 根据洞口大小和洞口分布根据洞口大小和洞口分布,分分为：1 1）剪力）剪力墙的的类型型(a)(a)整体整体墙 (b)(b)联肢肢墙 (c)(c)不不规则开洞开洞墙5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 剪力剪力墙结构按构按纵、横两方向分、横两方向分别计算算；墙端端带翼翼缘（翼翼缘宽按混凝土按混凝土规范第范第10.5.310.5.3取取）各片剪力各片剪力墙在同一在同一层楼板楼板标高的位移相等高的位移相等(平移平移)。2 2）计算假定及剪力分配算假定及剪力分配5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一层剪力按剪力按墙的等效抗弯的等效抗弯刚度分配度分配等效抗弯等效抗弯刚度度EIeq：考考虑抗弯抗弯刚度、抗剪度、抗剪刚度，度，用抗弯用抗弯刚度表示。度表示。考考虑弯曲弯曲变形和剪切形和剪切变形形5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3.2 整体整体墙近似近似计算方法算方法无洞口或洞口很小无洞口或洞口很小时，内力及位移按，内力及位移按实体体墙计算。算。5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一整体整体墙：洞口面洞口面积不超不超过墙面面面面积的的1616，且洞口，且洞口间净距及洞口至距及洞口至墙边净距大于洞口距大于洞口长边。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一截面折算截面折算惯性矩性矩I Iq q及截面折算面及截面折算面积A Aq q为 Ii剪力剪力墙有洞口或无洞口部分有洞口或无洞口部分 截面的截面的惯性矩；性矩；hi各截面相各截面相应的的墙高；高；A A无洞口的剪力无洞口的剪力墙截面面截面面积；A A0 0、A Ad d 分分别为剪力剪力墙总墙面面面面积和剪力和剪力墙洞口洞口总面面积。5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 当剪力当剪力墙的高的高宽比比(H/hH/hw w)4)4时,计入剪切入剪切变形影响。倒三角形分布荷形影响。倒三角形分布荷载作用下的作用下的顶点位移点位移计算公式算公式为 ：即：倒三角形分布荷倒三角形分布荷载5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一等效抗弯等效抗弯刚度度为：剪剪应力不均匀系数力不均匀系数矩形截面取矩形截面取1.21.2I I形截面取形截面取=全截面面全截面面积/腹板面腹板面积倒三角形分布荷倒三角形分布荷载5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法 连续化方法化方法1 1）基本假定与基本方法）基本假定与基本方法5.3 5.3 剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一1 1）忽略）忽略连梁梁轴向向变形，两形，两墙肢水平位移相同；肢水平位移相同；2 2）连梁两端梁两端转角相等，角相等，连梁反弯点在跨中；梁反弯点在跨中；3 3）构件沿）构件沿竖向分布均匀。向分布均匀。基本假定基本假定5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法连续化方法化方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一连梁梁连续化化为沿高度均匀分布的沿高度均匀分布的连杆杆；5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法连续化方法化方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一沿沿连杆跨中切开，切开点杆跨中切开，切开点连杆弯矩杆弯矩为0 0，剪力，剪力(x x)是一个是一个连续函数；函数；5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法连续化方法化方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 连杆切开点杆切开点变形形连续（相（相对位移位移为零），建立零），建立(x x)的微分方程。的微分方程。墙肢弯曲肢弯曲变形形产生的相生的相对位移位移墙肢肢轴向向变形形产生的相生的相对位移位移连梁弯曲和剪切梁弯曲和剪切变形形产生的相生的相对位移位移 5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法连续化方法化方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 求解微分方程，得到求解微分方程，得到(x x)，积分后得分后得连梁剪力；梁剪力；通通过平衡条件求出平衡条件求出连梁梁端弯矩、梁梁端弯矩、墙肢肢轴力及弯矩。力及弯矩。5.3.3 5.3.3 联肢肢墙近似近似计算方法算方法连续化方法化方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.4 框架框架剪力剪力墙结构的构的 近似近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一1 1）结构中所有的框架集合成构中所有的框架集合成总框架，用框架，用D D值法法计算其抗算其抗侧刚度；度；2 2）所有的）所有的墙肢集合成肢集合成总墙肢，按肢，按实体体悬臂臂墙计算其抗算其抗侧刚度；度；5.4.15.4.1计算思路及算思路及计算算简图（1 1）计算思路算思路5.4 5.4 框架框架剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一3 3）墙肢肢间的的连梁以及梁以及墙肢与框架柱之肢与框架柱之间的梁集合成的梁集合成总联系梁，系梁，总联系梁系梁简化成化成带刚域域杆件；杆件；4 4）计算在算在总水平荷水平荷载作用下的作用下的总框架框架层剪力、剪力、总剪力剪力墙的的层剪力和剪力和总弯矩、弯矩、总联系梁系梁的梁端弯矩和剪力；的梁端弯矩和剪力；（1 1）计算思路算思路5.4 5.4 框架框架剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5 5）将）将总框架的框架的层剪力分配到每根柱，剪力分配到每根柱，总剪力剪力墙的的层剪力和弯矩分配到每片剪力和弯矩分配到每片墙；6 6）将）将总联系梁的梁端弯矩和剪力分配到每根梁；系梁的梁端弯矩和剪力分配到每根梁；计算每一根杆件截面的内力。算每一根杆件截面的内力。（1 1）计算思路算思路5.4 5.4 框架框架剪力剪力墙结构的近似构的近似计算方法算方法 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5 扭扭转近似近似计算算5.5.15.5.1概述概述 结构扭构扭转不不规则，水平荷，水平荷载合力作用合力作用线不通不通过刚度中心。度中心。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一近近似似方方法法不不能能得得到到真真正正的的扭扭转效效应。但但能能建建立立减减小小结构构扭扭转效效应、增增大大结构构抗抗扭扭能能力力的的设计概念。概念。高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一5.5.2 质量中心、量中心、刚度中心及扭度中心及扭转偏心距偏心距质量中心：量中心：水平地震作用即水平地震作用即惯性力的合力作用点。性力的合力作用点。计算方法：算方法：将建筑平面分将建筑平面分为若干个若干个质量均匀分布的量均匀分布的单元，在参考坐元，在参考坐标系系xoyxoy中确定中确定质心坐心坐标x xm m，y ym m。5.5 5.5 扭扭转近似近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一分分别为第第i i个面个面积单元的元的质量和重量；量和重量；第第i i个面个面积单元的重心坐元的重心坐标。5.5 5.5 扭扭转近似近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一 刚度中心：度中心：抗抗侧力力结构抗构抗侧刚度的中心。度的中心。计算方法：算方法：与与计算形心的方法算形心的方法类似。似。5.5 5.5 扭扭转近似近似计算算 高高层层建建筑筑结结构构设设计计 土土木木系系结结构构一一
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