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1、 课堂练习（一）课堂练习（一）高层建筑结构高层建筑结构 2.1 2.1 结构体系结构体系问题：问题：高层建筑主要有那些结构体系高层建筑主要有那些结构体系 ？ 高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体等，由高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。它们可以组成多种结构体系。框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构带加强层的高层建筑结构带加强层的高层建筑结构 框架框架- -核心筒结构核心筒结构 框架框架- -剪力墙结构剪力墙结构 框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。切变形。侧移曲线为剪切型侧移
2、曲线为剪切型 层间位移越往上层越小层间位移越往上层越小H当框架的高宽比当框架的高宽比 H/B 4 时，整体弯曲变形的影响很小，时，整体弯曲变形的影响很小，可以略去。可以略去。2.1 2.1 结构体系结构体系 优点：优点：建筑平面布置灵活，能获得大空间；易于建建筑平面布置灵活，能获得大空间；易于建筑造型；筑造型； 计算理论成熟、简便，结构自重较轻；施计算理论成熟、简便，结构自重较轻；施工方便；在一定高度范围内造价较低。工方便；在一定高度范围内造价较低。 缺点：缺点：侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大；。侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移较大；。适用范围：适用范围：非地震区（非地震区（70米）、米
3、）、1520层以下为宜）层以下为宜）6度：度：60米，米，7度：度：55米，米， 8度：度：45米，米，9度：度：25米米 2.1 2.1 结构体系结构体系2 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 定义：由墙体承受全部水平荷载和定义：由墙体承受全部水平荷载和竖向荷载的刚性结构竖向荷载的刚性结构 剪力墙结构平面图剪力墙结构平面图2.1 2.1 结构体系结构体系受力变形特点：受力变形特点：在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在竖向荷载作用下，剪力墙是受压的薄壁柱；在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。在水平荷载作用下，剪力墙则是下端固定、上端自由的悬臂柱。 剪力墙结构属于刚性结构，对
4、于高宽比较大的剪力墙，侧向变形剪力墙结构属于刚性结构，对于高宽比较大的剪力墙，侧向变形呈弯曲型。变形随层高增加。呈弯曲型。变形随层高增加。2.1 2.1 结构体系结构体系 优点：水平承载力和侧向刚度大，侧向变形较小；房间墙面优点：水平承载力和侧向刚度大，侧向变形较小；房间墙面及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（结及天花板平整，层高较小，特别适用于住宅、宾馆等建筑。（结构高度：几十米构高度：几十米 100多米）多米） 缺点：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大缺点：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间（一般剪力墙间距的建筑空间（一般剪力墙间距38m
5、）。）。（适用范围：非地震区（适用范围：非地震区（150米）、米）、 6度：度：140米，米，7度：度：120米，米， 8度：度：100米，米，9度：度：60米米2.1 2.1 结构体系结构体系3 框架框架-剪力墙结构体系剪力墙结构体系 为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用要有较大空间，且高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力墙共同工作框架和剪力墙共同工作的的结构体系。结构体系。 剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁框
6、架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙剪力墙剪力墙2.1 2.1 结构体系结构体系反反S变形变形2.1 2.1 结构体系结构体系优点：优点： 兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚兼有框架和剪力墙的优点，比框架结构的水平承载力和侧向刚度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于度都有很大提高，比剪力墙结构布置灵活，可应用于 办公楼、教办公楼、教学楼、医院和宾馆等建筑中。学楼、医院和宾馆等建筑中。非地震区（非地震区（140米）、米）、 6度：度：130米，米，7度：度：120米，米， 8度：度：100米，米，9度：度：50米米1简单、规则、均匀、对称2 刚柔适度、延性好3 加强连接、整体
7、稳定性4 轻质高强5 多道设防问题：问题：结构布置原则有哪些？结构布置原则有哪些？1 结构的高度和高宽比2 结构的平面布置3 结构的竖向布置4 温度缝、沉降缝、防震缝5 楼盖结构布置6 基础结构布置问题：问题：高层建筑结构总体布置有何要求？高层建筑结构总体布置有何要求？建筑高度建筑高度建筑外型建筑外型风的动力作用风的动力作用风向风向标准风速标准风速标准地貌标准地貌风对高层建筑的作用风对高层建筑的作用基本风压风振系数计算风荷载风压高度变化系数风压高度系数体型系数问题：问题：风荷载计算需考虑的因素？风荷载计算需考虑的因素？3.2 3.2 风荷载风荷载 对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产
8、生不可忽略的动力效应，对于高度较大、刚度较小的高层建筑，脉动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，即对在设计中必须考虑，目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，即对风压值乘以风振系数。风压值乘以风振系数。3.2 3.2 风荷载风荷载 风荷载标准值计算风荷载标准值计算- - 垂直于建筑表面垂直于建筑表面地震地面运动特性描述地面地震动的三要素： 振幅 频率（周期） 持时 和震源特性、传播途径、场地土特性有关建筑物所受地震作用地震动特性（振幅、频率、持时）场地土动力特性（第四纪厚度、密度）建筑物的动力特性（自振周期，振型、阻尼）、质量具体反映
9、在-材料（结构类型），结构体系（刚度，质量、阻尼）2）地震反应分析理论静力理论20世纪初，日本-水平最大加速度是地震破坏的重要因素。把地面运动最大加速度(kg)和重力加速度(g)的比值K定义为“水平烈度”，即当房屋重量为G时,水平地震力为KG；反应谱理论建立在地震作用单质点体系的最大动力反应与结构自振周期的函数关系（不同场地）-惯性力-等效荷载-静力分析（底部剪力法、振型分解法）反应时程分析多质点的振动体系输入地震波-结构力学模型-分析每一时刻结构的振动结构反应（位移、内力）土木工程三水准抗震设防指导思想土木工程三水准抗震设防指导思想:“小震不坏小震不坏中震可修中震可修，大震不倒大震不倒多遇地
10、震，多遇地震，50年超越概率为年超越概率为 63.2%基本烈度地震，基本烈度地震，50年超越概率为年超越概率为10%罕遇地震，罕遇地震，50年超越概率为年超越概率为23%3 3 ）三水准设防要求）三水准设防要求 “小震不坏，中震可修，大震不倒小震不坏，中震可修，大震不倒” 1、遭遇第一水准烈度（小震）时，一般情况下，建筑物不出现任何损坏。从使用角度看，建筑物处于正常状态；从结构受力角度看，结构处于弹性变形阶段。构件应力与完全按弹性反应谱理论分析计算结果相一致。 2、 遭遇第二水准烈度（中震）时，建筑物虽然可能出现一定程度的损坏，但修复后即可恢复正常使用。从结构受力角度看，结构虽越过屈服极限，进
11、入非弹性变形阶段，但结构的弹塑性变形被控制在某一限度内，震后残留的永久变形不大。3、遭遇第三水准烈度（大震）时，建筑物破坏虽然比较严重，但整个结构的非弹性变形依然受到控制，与结构倒塌的临界变形尚有一段距离，从而保障了建筑内部人员的安全。4 4）两阶段设计）两阶段设计对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段设计”来实现，其方法和步骤是： 第一阶段设计第一阶段设计第一步采用第一水准烈度的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力等荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步采用同一地震动参数计算出结构的弹性层间位移角，使其不超
12、过规定的限值（，其中装饰档次）； 同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的同时采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求的变形要求。2、第二阶段设计采用第三水准烈度的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范限值并结合采取必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要并结合采取必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。求。框 架框剪 剪力墙、筒体 5) 抗震等级设防烈度、建筑物高度、结构体系混凝土结构划分了不同的抗震等级，应分别采取
13、相应的结构内力计算（调整）的要求和构造措施。6）抗震设计原则）抗震设计原则1 场地选择场地选择2 体型均匀规整体型均匀规整3 提高构件的强度和延性提高构件的强度和延性4 强联结、强柱弱梁、强剪弱弯强联结、强柱弱梁、强剪弱弯5 多道抗震防线多道抗震防线44 框架结构的简化计算框架结构的简化计算3 水平荷载作用下框架结构内力的简化计算水平荷载作用下框架结构内力的简化计算 节点集中力，反弯点节点集中力，反弯点44框架结构的简化计算框架结构的简化计算 2）D 值法值法-修正的反弯点修正的反弯点 框架节点框架节点-弹性约束弹性约束- 梁刚度对反弯点的影响（梁柱刚度比）梁刚度对反弯点的影响（梁柱刚度比）
14、上、下梁刚度之比的影响（层高）上、下梁刚度之比的影响（层高） 剪切型变形曲线剪切型变形曲线- 房屋的总层数、所在位置的影响、荷载房屋的总层数、所在位置的影响、荷载 假定假定-各层所有节点转角相同各层所有节点转角相同柱抗侧刚度的修正柱抗侧刚度的修正-梁柱的线刚度比梁柱的线刚度比 44框架结构的简化计算框架结构的简化计算D值法值法 反弯点高度的修正反弯点高度的修正上层层高变化时的修正上层层高变化时的修正下层层高变化下层层高变化时的修正时的修正标准反弯点高度比标准反弯点高度比各层等高、各跨相等、各各层等高、各跨相等、各层梁柱线刚度均不改变的层梁柱线刚度均不改变的多层框架在水平荷载下的多层框架在水平荷
15、载下的反弯点高度比。反弯点高度比。Y1 上下层梁线刚度变化时的修正上下层梁线刚度变化时的修正4框架结构抗震设计框架结构抗震设计1 结构延性设计概念结构延性设计概念以极限承载力与屈服承载力的比值以极限承载力与屈服承载力的比值 表示表示1 1）延性）延性- 结构、构件和截面达到屈服后，继续承载的能力。结构、构件和截面达到屈服后，继续承载的能力。结构延性：结构延性：用顶点水平位移延性比来衡量；用顶点水平位移延性比来衡量；维持承载能力的最大顶维持承载能力的最大顶点位移点位移屈服时的顶点位移屈服时的顶点位移构件延性：构件延性：以构件的变形能力或塑性铰转动能力来衡量；以构件的变形能力或塑性铰转动能力来衡量
16、；4.3 框架结构抗震设计框架结构抗震设计3 3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计1 1） 剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态 剪跨比剪跨比反映柱截面弯矩与剪力反映柱截面弯矩与剪力相对大小的一个参数；相对大小的一个参数；剪跨比剪跨比一般发生弯曲破坏；一般发生弯曲破坏；剪跨比剪跨比 一般发生剪切破一般发生剪切破坏；若砼强度较高或坏；若砼强度较高或配置足够箍筋，可能配置足够箍筋，可能出现剪压破坏；出现剪压破坏；剪跨比剪跨比易发生剪切斜拉破坏；易发生剪切斜拉破坏；是区分变形特征和变形是区分变形特征和变形能力的一个参数；能力的一个参数；3 3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计1
17、1） 剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态假定柱反弯点在中点处，则有假定柱反弯点在中点处，则有长细比长细比长柱长柱长细比长细比短柱短柱长细比长细比极短柱极短柱具有延性变形能力弯曲破坏具有延性变形能力弯曲破坏具有一定延性变形能力剪压破坏具有一定延性变形能力剪压破坏脆性的剪切斜拉破坏脆性的剪切斜拉破坏 剪跨比剪跨比3 3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计1 1） 剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态 剪压比剪压比主要用于限制内力、保证延性。主要用于限制内力、保证延性。3 3 框架柱抗震设计框架柱抗震设计1 1） 剪跨比、剪压比、轴压比和破坏形态剪
18、跨比、剪压比、轴压比和破坏形态 轴压比轴压比是反映柱截面轴力与轴心抗压承载力相对大小的参数；是反映柱截面轴力与轴心抗压承载力相对大小的参数；对压弯构件，轴压比增大，可能导致大偏压破坏状态向小偏压破坏状态转化，对压弯构件，轴压比增大，可能导致大偏压破坏状态向小偏压破坏状态转化，降低构件截面的延性变形能力；降低构件截面的延性变形能力；在短柱中，轴压比增大，会使截面从剪压破坏变成的剪拉破坏。在短柱中，轴压比增大，会使截面从剪压破坏变成的剪拉破坏。2.3 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 6 6 基础结构布置基础结构布置 高层建筑基础占的工程量大、造价高、消耗的材料多，对建筑物
19、施工工期高层建筑基础占的工程量大、造价高、消耗的材料多，对建筑物施工工期也影响很大。一般也影响很大。一般9一一16层民用高层住宅的工期占总工期的层民用高层住宅的工期占总工期的13左右，造价也占左右，造价也占总造价的总造价的l3左右。因此，基础设计对高层建筑的经济技术指标有较大的影响。左右。因此，基础设计对高层建筑的经济技术指标有较大的影响。基础设计应满足要求：基础设计应满足要求： 1）沉降：基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值；）沉降：基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值； 2）承载力：满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；）承载力：满足天然地基或复合地基承载力及
20、桩基承载力的要求； 3）防水：地下结构满足建筑防水的要求；）防水：地下结构满足建筑防水的要求； 4）影响：尽可能避免或减轻对毗邻房屋或市政设施的影响；）影响：尽可能避免或减轻对毗邻房屋或市政设施的影响； 5）经济：应考虑综合经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考）经济：应考虑综合经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。虑土方、降水、施工条件和工期等因素。2.3 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 1、基础形式、基础形式 高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节高层建筑应采用整体性好、能满足地基
21、的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。不均匀沉降的基础形式。基础的选型应根据上部结构情况、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。1）单独柱基适用于层数不多，地基土质较好的框架结构。2）一般宜采用整体性好和刚度大的）一般宜采用整体性好和刚度大的筏形基础、交叉梁基础、箱形基础筏形基础、交叉梁基础、箱形基础。3）当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用）当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁交叉梁基础基础。4）当表层土质较差时，为了利用较深的坚实土层，减少沉降量，提高基础嵌固程度，可以采用桩基，成为桩筏基础或桩箱基础。2.3
22、 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 2.3 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 2、基础埋置深度、基础埋置深度 1）埋置深度可从室外地坪算至基础底面。）埋置深度可从室外地坪算至基础底面。 2）在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防）在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。烈度等因素。 (1) 当采用天然地基或复合地基时，埋置深度可取房屋高度的当采用天然地基或复合地基时，埋置深度可取房屋高度的 1/15； (2) 当采用桩基础时，埋置深度可取房屋高度的当采用桩基础时，埋置深度可取房屋高度的 1
23、/18（桩长不计在内）；（桩长不计在内）； (3) 当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性及基础底面与地基之间零应力性及基础底面与地基之间零应力 区面积不超过限值的前提下，基础埋置深度区面积不超过限值的前提下，基础埋置深度可不受上述条件的限制可不受上述条件的限制,但应验算倾覆和滑移。但应验算倾覆和滑移。 2.3 2.3 高层建筑的楼盖结构及基础高层建筑的楼盖结构及基础 3） 高层建筑基础必须有足够的埋置深度，主要是考虑：高层建筑基础必须有足够的埋置深度，主要是考虑： (1) 防止基础发生滑移和倾斜，提高基础的稳
24、定性。防止基础发生滑移和倾斜，提高基础的稳定性。 (2) 增大埋深，可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量。增大埋深，可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量。 (3) 增大埋深后，地面运动时，阻尼增大，可减轻震害。增大埋深后，地面运动时，阻尼增大，可减轻震害。 高层建筑结构高层建筑结构 课堂练习（一）课堂练习（一） 学生姓名：学生姓名： 班级：班级： 学号学号 一、名词解释一、名词解释1、抗震等级、抗震等级 2、反应谱理论、反应谱理论 3、剪跨比、剪跨比 4、 延性延性 5、强剪弱弯、强剪弱弯二、填空题二、填空题 6、建筑物所受地震作用与、建筑物所受地震作用与 1 、 2 、以及以及 3 有关
25、。有关。7 三水准抗震设防目标三水准抗震设防目标 是是 、 、 。8、两阶段设计方法是：第一阶段、两阶段设计方法是：第一阶段 、 第二阶段第二阶段 。9、风荷载标准值计算公式、风荷载标准值计算公式 。10、D值法中，框架结构柱的反弯点高度应考虑值法中，框架结构柱的反弯点高度应考虑 、 、 的影响。的影响。三、判断题三、判断题 （判断正确在括号内打Y，错误打N）11竖向及水平荷载下产生的梁端弯矩，均可进行调幅。（）12高层建筑在计算风荷载标准值时，必须考虑风振系数（1）的动力放大作用。（）13D值法考虑楼层梁线刚度对柱抗侧刚度的影响，反弯点法不考虑楼层梁对柱的约束。（）14刚度与质量分布特别不均
26、匀的高层建筑，宜采用底部剪力法计算。（）四、单选题四、单选题（只有一个答案是正确的，将正确答案的编号填入括弧中）15、下列说法正确的是（ ）：A、柱剪跨比越大，其延性越差B、柱轴压比增大，其延性降低C、纵向受拉钢筋配筋率越小，延性越好D、箍筋加密，延性有所降低四、单选题四、单选题（只有一个答案是正确的，将正确答案的编号填入括弧中）16、地震设防区框架结构应设计为“强柱弱梁”框架，所谓“强柱弱梁”是指：（ ）A、柱的截面积 Ac 比梁的截面积 Ab 大。 B、柱的配筋面积比梁的配筋面积大。C、柱的线刚度大于梁的线刚度。 D、控制梁柱相对受弯承载力，使塑性铰首先在梁端出现。17地震时必须维持正常使
27、用和救灾需要的高层建筑物为（）。A、一类建筑B、甲类建筑C、二类建筑D、乙类建筑18、框架-剪力墙结构的侧移曲线为（）。A、弯曲型B、剪切型C、弯剪型D、复合型19、框架结构与剪力墙结构相比，下列所述哪种是是正确的？（ ）A、框架结构的延性好些，但抗侧刚度小 B、框架结构的延性差些，但抗侧刚度大 C、框架结构的延性和抗侧力性能都比剪力墙好 D、框架结构的延性和抗侧力性能都比剪力墙差20、多遇地震作用下层间弹性变形验算的主要目的是：（ ） 。 A、防止结构倒塌 B、防止结构发生破坏 C、防止非结构部分发生过重的破坏 D、防止使人员恐慌五、多项选择题（将正确答案的编号填入括弧五、多项选择题（将正确
28、答案的编号填入括弧中）中）20、高层建筑结构平面布置原则有（） A、简单、规则、简单、规则 B、刚度均匀、对称、刚度均匀、对称 C、必须设置防震缝、必须设置防震缝 D、长宽比不宜过大、长宽比不宜过大 五、多项选择题（将正确答案的编号填入括弧中）五、多项选择题（将正确答案的编号填入括弧中）21、框架梁截面最不利内力组合有（ ） A、梁端区、梁端区-Mmax，+Mmax，Vmax B、梁端区、梁端区Mmax及对应及对应N，V C、梁跨中区、梁跨中区 +Mmax，Vmax五、简答题五、简答题22、高层建筑混凝土结构有那些主要类型？各自的特点有那些？23、结构布置原则有哪些？24、为什么限制高层建筑的高宽比？25、为什么高层建筑基础必须有足够的埋置深度？
