{企业管理}多层及高层建筑结构设计

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1、多层及高 层 建 筑 结 构设计,合肥工业大学土木建筑与工程学院 2006-04,参考资料:,1. 高层建筑混凝土技术规程(JGJ 3-2002) 2. 建筑抗震设计规范(GB 50011-2001) 3. 高层建筑结构（吕西林 主编）,0、绪论 高层建筑结构体系及布置,常用的结构体系 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择 水平承重体系（楼盖体系）及其选择,back,0.1高层结构体系的发展过程,0.2常用的结构体系,back,竖向结构体系（抗侧力体系）的选择,建筑使用功能 建筑平面 建筑高度 抗震等级 地质条件 施工技术 ,back,水平承重体系（楼盖体系）及其选择,楼（屋）盖体系的作用 承受竖

2、向荷载 连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力 选择原则 结构整体性、面内刚度 结构高度小、质量轻 建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等 常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖 预制板楼盖 预应力叠合板楼盖 组合楼盖,back,常用楼盖体系及其适用性,现浇楼盖 肋梁楼盖 普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装 宽扁梁（用于层高受限时） 密肋楼盖省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用 荷载较大时可有较好技术经济指标好；不美观、吊顶处理 无梁楼盖适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题 非预应力平板楼盖广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整； 跨度大时自重大、不

3、经济现浇非预应力空心板楼盖 无粘结预应力平板楼盖适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活 预制板楼盖 预应力空心板楼盖适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、 设现浇 面层、加强板端连接） 预应力大楼板楼盖与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题 预应力叠合板楼盖 预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚度大、整体性好 组合楼盖 压型钢板上现浇RC。省模板、自重小、厚度小；用钢量大,back,0.3结构布置原则,1 抗震设防结构布置原则 （1）选择有利的场地 （2）保证地基基础的承载力、刚度 （3）合理设置抗震缝 （4）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径

4、 （5）多道抗震设防能力 （6）合理选择结构体系 （7）结构应有足够的刚度 （8）结构应有足够的结构承载力 （9）节点的承载力应大于构件的承载力 （10）结构应有足够的变形能力及耗能能力,2 房屋适用高度和高宽比,适用的房屋最大高度（m）,注： 1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度（不包括局部突出屋面的电梯机房等高度）； 2 框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构； 3 部分框支剪力墙结构指地面以上有部分框支剪力墙的剪力墙结构； 4 9度抗震设防、超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施。,back,3 结构平面布置原则 高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承

5、载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状。 4 结构竖向布置原则,第一章 结构极限状态设计的基本原理,结构功能要求,能承受正常施工和正常使用是可能出现的各种作用 在正常使用时具有良好的工作性能 在正常维护下具有足够的耐久性能 在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性,结构可靠度,在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率 在规定的时间内设计基准期（50年） 在规定的条件下正常设计、正常施工、正常使用 预定功能四项结构功能,极限状态设计,可靠指标 失效概率 可靠指标,back,Z,=Z,Z,Z,fZ(Z),0,Z=R-S0 = Z/ Z Z= R- S Z2= R2+ S2,1

6、.1 极限状态设计,定义 整个（或部分）结构超过某特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求 两类极限状态 承载能力极限状态结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形（如倾覆、疲劳、机构、失稳等） 正常使用极限状态结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值（如影响正常使用或外观的变形、局部损坏、振动或其它特定状态） 极限状态方程 g(X1,X2,Xn)=0 极限状态设计表达式 g(X1,X2,Xn)0 Z=R-S0,back,1.2 作用及其分类,直接作用（荷载）施加在结构上的集中或分布荷载GBJ68-84 间接作用（作用）引起结构外加变形或约束变形的原因（温度变化、焊接、基础沉降、地

7、震、混凝土收缩等）,back,1.3 风荷载,基本风压 定义：当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均最大风速v0为标准，按v02/1600确定的风压值 按全国基本风压分布图采用，=0.25kN/m2 调整系数（略）,back,风压高度变化系数 风荷载体型系数 风振系数 考虑范围 房屋结构 H30m 圆柱截面直径不宜小于350mm;柱剪跨比宜大于2；柱截面高宽比不宜大于3。,框架柱剪跨比可按下式计算： (6-45),式中 框架柱的剪跨比。反弯点位于柱高中部的框架柱，可取柱净高与2倍柱截面有效高度之比值； M柱端截面组合的弯矩计算值，可取上、下端的较大值； V柱端截面

8、与组合弯矩计算值对应的组合剪力计算值； 计算方向上截面有效高度。,4.柱的剪跨比宜大于2，以避免产生剪切破坏，在设计中，楼梯间、设备层等部位难以避免短柱时，除应验算柱的受剪承载力以外，还应采取措施提高其延性和抗剪能力。 5.框架柱截面尺寸应满足抗震要求，矩形截面柱应符合下列要求： 无地震组合时 (6-46),有地震组合时 (6-47),剪跨比大于2的柱,式中 框架柱的剪力设计值； 混凝土轴心抗压强度设计值； 柱截面宽度和截面有效高度； 承载力抗震调整系数为0.85； 当C50时， 取1.0，C80时， 取0.8； C50C80时取其内插值。,如果不满足公式(6-46)至(6-48)时，应增大柱

9、截面或提高混凝土强度等级。,剪跨比不大于2的柱 (6-48),第四节 竖向荷载作用下的计算,1.高层建筑框架结构，在竖向荷载作用下采用手算进行内力分析时，可不考虑框架的侧移影响，可采用力矩分配法或迭代法。 2.根据高层建筑层数多、上部各层竖向荷载多数相同或出入不大、各层层高多数相同和梁柱截面变化较小等特点，竖向荷载作用下可采用分层法进行简化计算内力。 3.分层法是把每层框架梁连同上下层框架柱作为基本计算单元，柱的远端按固定端，考虑顶层梁对柱的约束较弱，将顶层的各柱刚度乘以折减系数0.9。,4.框架梁在竖向荷载作用下，梁端负弯矩允许考虑塑性变形内力重分布予以适当降低，可采用调幅系数,对于现浇框架

10、,对于装配整体式框架,为计算方便，在求梁固端弯矩值时先可乘以调幅系数 值，然后再进行框架弯矩分配计算。,5.竖向荷载产生的梁固端弯矩只在本计算单元内进行弯矩分配，单元之间不再进行分配。弯矩分配完成后，梁端弯矩为固端弯矩、分配弯矩和传递弯矩之代数和，柱端分配弯矩之代数和的平衡弯矩，须向远端传递，传递弯矩值在底层计算单元为平衡弯矩的1/2，上部其他计算单元为平衡弯矩的1/3。由于每根柱分别属于上下两个计算单元，所以柱端弯矩值为本计算单元柱端平衡弯矩与相邻计算单元传递弯矩之代数和。,由于分层法分计算单元进行计算，最后梁柱节点的弯矩总和可能不等于零，此时不需要再进行分配计算。 6.框架梁端的弯矩调幅只

11、在竖向荷载作用下进行，水平力作用下梁端弯矩不允许调幅。因此，必须先对竖向荷载作用下梁端弯矩按调幅计算后的各杆弯矩再与水平力作用下的各杆弯矩进行组合，而不应采用竖向荷载作用下与水平力作用下计算所得弯矩组合后再对梁端弯矩进行调幅。,7.高层建筑在竖向荷载作用下，活荷载一般按均布考虑，不进行不利分布的计算。但是，当活荷载值较大时，应考虑其不利分布对梁跨中弯矩的影响。 8.竖向荷载作用下，框架梁跨中计算所得的弯矩值小于按简支梁计算的跨中弯矩的50%时，则至少按简支梁计算的跨中弯矩的50%进行截面配筋。,第六节 水平力作用下的计算,1、框架在水平力(风荷载或水平地震作用)作用下的内力和位移计算，手算可采

12、用D值法。 2、采用D值法进行计算时，其步骤为： 在水平力作用下求出各楼层剪力 。 将楼层剪力 按该层各柱的D值比例分配到各柱，得到柱剪力 求出柱的反弯点y，由剪力 及反弯点高度y计算出柱上下端弯矩。 根据梁柱节点平衡条件，梁柱节点的上下柱端弯矩之和应等于节点左右边梁端弯矩之和，从而求得梁端弯矩值。,将框架梁左右端弯矩之和除以梁的跨度，则可得到梁端剪力。 从上到下逐层叠加梁柱节点左右边梁端剪力值，可得到各层柱在水平力作用下的轴力值。 3、柱的抗推刚度D值按下式计算： (6-49),式中 层高 柱的线刚度， ； 柱混凝土弹性模量； 柱截面惯性矩； 与梁柱刚度比有关有刚度修正系数,4、当同一楼层中

13、有个别柱的 、 与一般柱的高度 不相等时，这些个别柱的抗推刚度按下列公式计算： (6-50),5、带有夹层的柱，其抗推刚度按下式计算： (6-51),式中 (6-52),6、框架柱的反弯点高度y按下式计算； (6-53),式中 标准反弯高度，由表查取； 上、下层梁刚度不等时的修正值，由表查取； 、 上、下层层高不等时的修正值，由表查取。,当反弯点高度为0时，反弯点在本层；当时，本层无反点，反弯点在上层；当0时，反弯点在下层。 在查取0时，风荷载（均布水平荷载）作用下和水平地震作用（三角形荷载）下应采用相应的表格。,7、第i层j柱的剪力 按下式计算： (6-54),式中 水平力产生的第i层楼层剪

14、力； 第j柱的抗推刚度； 第i层所有柱抗推刚度的总和。,8、柱端弯矩 、 按下式计算： (6-55),式中 V水平力产生的第i层楼层剪力； h层高； y反弯点高度，由公式（6-53)求得,9、中柱梁端弯矩可按下式计算： (6-56),边柱梁端弯矩为（图628b）: (6-57)a,式中 、 、 梁端弯矩； 、 上柱下端和下柱上端弯距； 、 梁的线刚度。,10、梁端 可由梁右端和左端弯矩之和除以梁跨度求得。 柱各层轴力N，可从上到该层逐层梁柱节点左右边梁端剪力相叠加。,11、高层建筑框架结构的水平位移分为两部分：梁柱弯曲变形产生 的和柱子轴向变形产生的 ，即 (6-58),可由D值法求得，框架第

15、i层由于梁柱弯曲变形产生的层间变形为： (6-59),式中 第i层的楼层剪力； 第i层所有柱抗推刚度之和，即 框架的顶点由于梁柱弯曲变形产生的变形为： (6-60),求柱子轴向变形产生的侧向位移 时，假定在水平力作用下中柱轴力很小，仅边柱发生轴向变形，并假定柱截面由底到顶线性变化，此时框架顶点的侧向位移可按下式计算：,(6-61),式中 底部剪力； B框架的宽度，即边柱间距； 框架底层柱的混凝土弹性模量； 框架底层边柱截面面积； 位移系数，取决于水平力形式、顶层柱与底层柱的轴向刚度比，由表查得。表中 为顶层边柱与底层边柱的轴向刚度比； H框架总高度。,第七节 构件设计中的一些重要规定,1、框架结构的简化手算方法分析内力和位移，应分别在竖向荷载、风荷载或地震作用下单独进行计算，然后按非抗震设计时荷载效应的组合或抗震设计时荷载效应与地震作用效应的组合。 2、组合后的框架侧向位移应校核是否满足位移限制值的