《[工学]高层结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]高层结构（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第4章 高层建筑结构设计,4.1 结构体系及布置原则,4.2 剪力墙结构分析,4.3 框架剪力墙结构分析,4.4 剪力墙截面设计,4.5 筒体结构简介,4.6 转换层结构简介,2,高层结构,4.1 体系与布置,4.1.1 受力单元,4.1高层建筑结构体系及布置原则,4.1.1 高层结构的基本受力单元,框架,剪力墙,筒体,落地剪力墙,框支剪力墙,核心筒,框筒,4.1.2 高层结构体系,框架结构体系,优点：布置灵活；缺点：侧向刚度较小。,北京长富宫中心，26层，90.85m，89年建成,4,框架支撑结构体系,剪力墙结构体系,优点：侧向刚度大 缺点：布置受限制,广州白云宾馆： 33层，112.4
2、5米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。,6,北京国际饭店： 1987年建成，27层，底层层高5m，标准值层层高2.9m，总高度104m，剪力墙厚度为200600mm。,上海花园饭店：34层，123m，89年建成,7,框架剪力墙结构体系,北京民族饭店： 59年建成，12层框架剪力墙结构。,8,上海明天广场：60层，238m，最高的框架剪力墙结构，98年建成。,9,筒体结构体系,框筒结构体系,筒中筒结构体系,束筒结构体系,筒体外伸结构体系,10,香港中环中心广场 60层，374米，92年建成。,11,美国西尔斯大厦：110层，443米，束筒钢结构，1974年建成。允许位移900mm，
3、实测460mm。用钢76000吨，砼55700立方米，安装了102部高速电梯。,150层,5166层,6790层,91层以上,12,筒体外伸结构体系,13,框架筒体结构体系,南京金陵饭店： 37层，108米，框架-筒体结构，1983年建成。,14,广州中信大厦 37层，322米高，97年建成,15,上海金茂大夏： 1998年建成， 框架部分采用了钢骨混凝土，88层，总高度达到421米，是目前中国最高的建筑。,深圳地王大厦：68层，325m，框架部分为钢结构，96年建成。,16,马来西亚双塔楼： 88层，450米，框筒结构，1996年建成。,17,18,高雄T&C大楼 347.6米,台北101
4、101层，508米。2003年9月完工,19,20,巨型框架结构体系,香港汇丰银行,4.1.3 高层结构布置原则,一、平面布置,简单、规则、对称、减小偏心,高宽比超过限值（表4-3）需进行整体稳定性和抗倾覆验算,底层大空间的落地剪力墙数量、间距要求,框架剪力墙结构中的剪力墙间距（表4-4）,筒体结构的高宽比不宜太小,22,二、竖向布置,规则、均匀，避免过大的外挑和内收,竖向规则建筑：,立面局部收紧尺寸不大于该方向总尺寸的25%；,楼层刚度不小于相邻上层刚度的70%，且连续三层的总刚度下降不超过50%。,对于底层大开间建筑，通过增加落地墙体的厚度或提高混凝土等级等措施，使上下层刚度比应控制在一定
5、范围,三、变形缝设置,4.1.4 截面尺寸估算,（根据变形限制要求）,会使非结构构件破损,会使人感觉不适,竖向荷载会产生较大的附加弯矩,4.1.4 尺寸估算,4.1.2 结构体系,高层结构,4.1 体系与布置,4.1.1 受力单元,4.1.3 布置原则,24,4.2.1 单榀剪力墙受到的水平荷载,一、空间问题的简化,楼盖结构在其平面内的刚度为无限大； 各榀剪力墙主要在其平面内发挥作用。,根据假定2，可将纵向和横向剪力墙分开考虑。在计算横墙受力时，把纵墙的一部分作为横墙的翼缘；在计算纵墙受力时，把横墙的一部分作为纵墙的翼缘。,4.2 剪力墙结构分析,25,三、水平荷载在各榀剪力墙之间的分配,一般
6、情况下，楼盖在侧向水平荷载作用下将发生自身平 面内的移动和转动。但如果水平力通过某一中心点，则楼 盖仅发生移动而无转动，这一中心位置称为抗侧刚度中心。,设抗侧刚度中心在C点，通过C点建立X、Y直角坐标；y方向第i榀剪力墙（抗侧刚度为 ）距y轴的距离为 ；x方向第j榀剪力墙(抗侧刚度为 ）距x轴的距离为,26,y,设楼盖受到某侧向力 的作用，可以将 分解成平行于坐标轴的两个分力 、 ，这两个分力又可等效为通过抗侧刚度中心的力 、 及扭矩 。假定 、 与坐标方向一致为正，扭矩以顺时针方向为正。,（4-3）,27,欲求侧向力 在各榀剪力墙之间的分配，可先求出 、 、 单独作用下各榀剪力墙所受的作用，
7、然后叠加。,当仅有 单独作用时，楼盖仅有沿x方向的平移 ，这时仅考虑x方向的剪力墙参加工作。,28,将（b）式代入（a）式，得,(4-6a),(a),(b),29,当仅有 作用时，楼盖将发生绕抗侧刚度中心的转动，x、y方向的剪力墙都将受力。设转角为 ，则x方向第j榀剪力墙x方向的侧移为：,(c),y方向第i榀剪力墙y方向的侧移,(d),30,由力矩平衡条件：,将 代入式(e)、(f)，得,(4-9a),(4-9b),31,以O点为参考点，设抗侧刚度中心C点的坐标为 、 。在 作用下，楼盖的侧移为 ，对O点取矩,将（4-6a）代入，得,(4-11a),四、抗侧刚度中心的确定,(4-6a),32,
8、(a),(b),(c),(d),4.2.2剪力墙的受力特点,试验研究发现，当剪力墙上的洞口较小时（图 a），剪力墙水平截面内的正应力接近线性分布，仅在洞口附近局部区域有应力集中现象发生，但从整体来讲，洞口对墙体内力的影响可以忽略不计，这类剪力墙称为整截面剪力墙。,如果剪力墙上开洞很大，连系梁和墙肢的刚度均较小（图d ），在侧向荷载作用下，墙肢内沿截面高度方向几乎每层均有一个反弯点。但由于连系梁和墙肢的截面尺寸比一般的框架梁柱大得多，因而有别于一般框架，这类剪力墙称为壁式框架。,当剪力墙上开洞介于上述两者之间时，剪力墙的受力性能也介于(a)、(d)两者之间。根据连系梁刚度的大小，这一范围的剪力墙
9、又可以分为整体小开口剪力墙(b)和联肢剪力墙(c)两种。,33,单榀剪力墙的内力分析可利用计算机进行较精确的有限元分析。从实用出发，工程中常采用简化计算方法。常用的简化计算方法有：,材料力学方法(适用于整截面剪力墙和整体小开口剪力墙),连续化方法(适用于联肢剪力墙),D值法(适用于壁式框架),34,4.2.6 剪力墙分类判别方法,可见，剪力墙的受力特性与连梁的刚度密切相关。,35,一、剪力墙的整体性系数,双肢墙的整体性系数：,其中,；,对于多肢墙， 可表示为：,；,令 ，为墙肢轴向变形影响系数。,36,对于双肢墙,如果两个墙肢的面积相同，即,37,(4-39a),多肢墙,(4-39b),双肢墙
10、,对于多肢墙，可取：34肢时，0.8；57肢时0.85；8肢以上0.9。,38,(d),(b),的限值,二、剪力墙的分类判别条件,4.3.1 框架剪力墙结构的简化分析模型,一、空间问题的简化,在竖向荷载下，框架和剪力墙各自承担负荷范围内的楼面荷载，内力计算比较简单；在水平荷载作用下，框架和剪力墙由于楼盖的联结作用而协调变形，共同工作，其受力特点既不同于单榀框架，也有别于单榀剪力墙。,4.3 框架剪力墙结构分析,楼盖结构在其平面内的刚度为无限大，平面外刚度可忽略不计； 水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心； 框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度为常量。,基本假定,由前两条假定可以推断：在侧向荷载作
11、用下，结构仅有沿荷载方向的位移，在同一楼层标高处，各榀框架和各榀剪力墙的侧移值是相等的。,于是：可以将所有的框架等效成综合框架；将所有的剪力墙等效成综合剪力墙。,将综合框架和综合剪力墙放在同一平面进行分析，而在综合框架与综合剪力墙之间用轴向刚度为无限大的连杆（铰接体系）或连梁（刚接体系）相连接。,框架剪力墙铰接体系与刚接体系,框架剪力墙铰接体系,刚度特征,综合剪力墙的抗弯刚度等于各榀剪力墙等效抗弯刚度之和：,综合框架的抗侧刚度等于各榀框架抗侧刚度之和：,需考虑柱的轴向变形时，框架的抗侧刚度修正为,自顶层向下，层间位移越来 越大，呈上凹形，与悬臂梁 的剪切变形曲线类似。故称 “剪切型”,自底层向
12、上，位移增量 越来越大，呈下凹形， 与悬臂梁的弯曲变形曲 线类似。故称“弯曲型”,4.3.5 框架与剪力墙的共同工作性能,一、结构的侧移特性,由于楼盖的刚性连接作用，两者的变形必须协调，称“弯剪型。具体形状随刚度特征值 而变化：当 较小时，侧移曲线较接近剪力墙结构；当 较大时，侧移曲线较接近框架结构。,二、结构的内力分布特征,墙肢按偏心受力构件进行正截面和斜截面计算；由于楼盖的作用，连梁内的轴力可忽略不计，按受弯构件设计。,剪力墙在竖向荷载和水平荷载作用下，墙肢和连梁内将产生轴力、弯矩和剪力。,墙肢,连梁,正截面承载力计算,斜截面承载力计算,正截面承载力计算,斜截面承载力计算,设计内容,当内力
13、组合包括地震作用时，承载力除以抗震承载力调整系数。,4.4 剪力墙截面设计,4.4.1 混凝土剪力墙设计,一、墙肢正截面承载力计算,与一般偏心受力构件不同，墙肢内除了端部集中配筋外，一般还有分布钢筋。,大偏心受压,小偏心受压,大偏心受拉,剪力墙不允许发生小偏拉破坏！,简化假定：离受压边缘为 1.5x范围以外的受拉分布筋达到 ，略去其余分布筋的作用。,（4-53）,设计时一般先假定分布筋 ，于是利用式（4-53）可求出压区高度 x 及端部钢筋 ：,（4-54）,当墙肢截面为T型或I形时，可参照相应的偏压构件列出计算公式，对分布筋的处理方法与矩形截面相同。,2.小偏心受压,简化假定：不考虑分布筋的
14、作用。,墙肢小偏心受压的计算公式与 小偏心柱相同，即,简化假定：离受压边缘为 1.5x范围以外的受拉分布筋达到 ，考虑其作用；略去其余分布筋的作用。,（4-55）,3.大偏心受拉,斜截面破坏形态：,斜拉破坏（通过最小配筋率来避免）,斜压破坏（通过限制剪压比来避免）,剪压破坏（建立计算公式）,二、墙肢斜截面承载力计算,（4-57a）,2.偏心受压,无地震作用组合：,有地震作用组合：,（4-57b）,I形或T形截面的全截面积和腹板面积；,与剪力设计值对应的轴力设计值，,同一水平截面内水平分布筋的截面积和设计强度；,计算截面处的剪跨比，,；,。,（4-58a）,无地震作用组合：,有地震作用组合：,（
15、4-58b）,3.偏心受拉,当等号右边第1项小于零时，取等于零。,三、连梁的正截面承载力计算,当跨高比大于5时，正截面承载力按一般受弯构件进行计算；,当连系梁的跨高比不大于5时，正截面承载力按深受弯构件计算：,（4-59）,（4-60）,截面的有效高度，当跨高比不大于2时，跨中截面取 ，支座截面取 ；当跨高比大于2时，按受拉区纵向钢筋合力点至受拉边缘的实际距离取用。,时，,X截面受压区高度，计算方法同一般受弯构件，但当 时，取：,（4-61）,（4-62）,跨高比大于5时，按一般受弯构件计算；,四、连梁的斜截面承载力计算,跨高比不大于5时，按下式计算：,一、概述,4.4.2 钢骨混凝土剪力墙设
16、计,剪力墙周边有梁和钢骨混凝土柱的剪力墙称为带边框剪力墙；周边没有梁、柱的称为无边框剪力墙。,试验表明，由于端部设置了钢骨，无边框剪力墙的受剪承载力大于普通钢筋混凝土剪力墙。,混凝土剪力墙中设置钢骨可以很好地解决钢梁或钢骨混凝土梁与剪力墙的连接问题。,钢骨混凝土剪力墙中连梁的截面设计方法与混凝土剪力墙相同。,二、正截面承载力计算,1.偏心受压,对于墙肢内的分布钢筋，采用与普通混凝土剪力墙相同的近似假定，即离受压区边缘1.5x范围以外的受拉钢筋达到强度设计值，忽略其余分布筋的作用。,适用条件：,（4-65）,（4-66）,当,属小偏心，不考虑分布筋的作用。,（4-67）,无边框墙：,钢骨砼剪力墙的斜截面受剪承载力由端柱与钢筋砼腹板两部分构成。,
