高层建筑结构复习纲要.doc

1、 绪论l 高层建筑结构的定义2l 高层建筑结构的特点22、 高层建筑结构体系与结构布置l 框架结构、剪力墙结构建筑结构形式的特点2l 框筒结构、筒中筒结构形式的特点与区别2l 剪力滞后效应2l 建筑结构抗震设防布置原则3l 建筑结构平面与竖向布置原则33、 高层建筑荷载作用与结构设计原则l 风荷载的计算作业l 地震烈度的概念及抗震设计的基本原则3l 高层建筑的地震力计算方法3l 地震影响系数（反应谱）曲线3l 水平地震力与竖向地震力的计算34、 框架结构设计l 框架结构反弯点法与D值法计算作业l 高层建筑结构顶点的位移4l 弯矩调幅法4l 延性框架结构的设计要点4l 影响框架梁延性及耗能能力的因素4l 影响框架柱延性的因素45、 剪力墙结构设计l 整截面墙与整体小开口墙顶点位移的计算5l 联肢剪力墙的计算假定与求解方法5l 壁式框架与框架结构计算求解的异同点5l 剪力墙结构的判别书P97，作业l 短肢剪力墙的设计要求PPT6、 框架-剪力墙设计l 框架剪力墙结构的变形特点5l 框架剪力墙结构的布置原则6l 铰接体系基本方程的推导及求解PPTl 框剪结构的刚度特征值与内力、变形的关系PPT7、 筒体结构设计l 影响剪力滞后效应的因素7l 筒中筒与框筒结构的变形特点7l 翼缘展开法78、 钢与混凝土组合结构设计79、 高层建筑结构基础设计7l 基础必须有足够的埋置深度8l 地基、基础和上部结构的共同作用分析81.1高层建筑定义世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建筑划分为以下四类：第一类：916层，高度不超过50m；第二类：1725层，高度不超过75m；第三类：2640层，高度不超过100m；第四类：40层以上，高度100m以上。我国民用建筑设计通则(JGJ37-87)中规定：10层及10层以上的民用建筑和总高度超过24m的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。1.2高层建筑结构的特点（书P1，详，异）(1) 高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用；(2) 动力反应不可低估；(3) 结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧；(4) 材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。2.1框架结构、剪力墙结构建筑结构形式的特点框架结构特点：抗侧刚度较小，在水平力作用下产生较大侧向位移。当高宽比H/B4，框架结构以剪切变形为主，弯曲变形较小而可忽略，其整体位移曲线呈剪切型，特点是结构层间位移随楼层增高而减小 。剪力墙结构特点：水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，侧移曲线呈弯曲型，特点是结构层间位移随楼层增高而增加。2.2框筒结构、筒中筒结构形式的特点与区别（详见作业）框筒结构定义：由密柱深梁框架围成的，整体上具有箱型截面的悬臂结构。受力特点：平面上有中和轴，分为受拉与受压柱，形成受拉翼缘框架和受压翼缘框架；翼缘框架受轴向力并不均匀，角柱轴力大于平均值；腹板翼缘轴力不是按照直线分布，称为剪力滞后现象。筒中筒：将实腹筒体置于建筑物的内部，空腹筒体作为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一体，共同承受竖向荷载和水平荷载。主要区别：框筒有剪力滞后现象。2.3剪力滞后效应（详见作业）受力不均，正应力在角柱较大，在中部逐渐减小。框筒在侧向力作用下，翼缘框架受轴向力并不均匀，角柱轴力大于平均值；腹板翼缘轴力不是按照直线分布，如上图所示。2.4建筑结构抗震设防布置原则（书P10，详）(1) 采用对抗震有利的建筑平面和立面、对抗震有利的结构布置，即采用规则结构，不应采用严重不规则的结构；(2) 应具有明确的计算简图和合理的传力途径；(3) 应具备必要的刚度和承载力，抗震结构还应具备良好的弹塑性变形能力和消耗地震能量的能力； (4) 抗震结构应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力，即部分结构或构件破坏不应导致结构倒塌。 (5) 设置多道抗震防线。适当处理结构单元承载能力的强弱关系和结构构件承载能力的强弱关系，形成两道或更多的抗震防线，是增强结构抗倒塌能力的重要措施。第一道防线是地震发生时先屈服的结构单元或构件，应是延性大、耗能能力好的结构单元或构件(例如框架剪力墙结构的剪力墙、剪力墙结构中的连梁)，但第二道防线的结构单元也应有足够的抗震能力(例如，框架剪力墙结构中的框架、剪力墙结构中的墙肢)。2.5建筑结构平面与竖向布置原则平面布置原则：(1) 平面形状宜简单、规则、对称使结构受力明确、传力直接(2) 刚度和质量分布均匀利于抵抗水平和竖向荷载，特别是水平地震荷载和风荷载作用，减小扭转(3) 开间、进深尺寸和构件类型尽量减少规格利于建筑工业化竖向布置原则：(1) 体型规则、均匀，避免较大的外挑和内收；(2) 结构的承载力和和刚度自下而上逐渐减小，避免突变 3.1风荷载计算（作业）3.2地震烈度的概念及抗震设计的基本原则地震烈度：地震烈度是指地震时在一定地点震动的强烈程度。相对震源而言，地震烈度也可以把它理解为地震场的强度。基本地震烈度：一个地区的基本烈度是指该地区在今后50年期限内，在一般场地条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。抗震设计的基本原则：小震不坏，中震可修，大震不倒（书P47，详）小震：该地区50年内超越概率约为63%的地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震。中震：该地区50年内超越概率约为10%的地震烈度，又称为基本烈度或设防烈度。大震：该地区50年内超越概率约为23%的地震烈度，又称罕遇地震。3.3高层建筑的地震作用计算方法（书P30）(1) 高度不超过40m 、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；(2) 高层建筑结构，宜采用振型分解反应谱法；(3) 特别不规则的建筑、甲类建筑和表3.6所列高度范围的高层建筑，应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。3.4地震影响系数（反应谱）曲线（书P32，详）反应谱法： 用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱；再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静力方法进行结构计算及设计的方法3.5水平地震力（书P32）与竖向地震力的计算（书P36）地震作用与质量好刚度有关，自重越大，结构刚度越大，周期越短，受到的地震作用越大。4.1框架结构反弯点法与D值法计算（表格公式等，书P56）4.2高层建筑结构顶点的位移对三种水平荷载形式（顶部集中力，倒三角分布，均布荷载），考虑梁柱弯曲变形时顶点的最大位移V0为框架全部水平荷载的总和； h层高；H框架总高；FS为S的函数；Fg为g的函数；ict、icb为框架顶部、底部的柱的线刚度；ibt、ibb为顶部、底部的柱的线刚度；4.3弯矩调幅法根据框架结构的合理破坏形式，允许梁端出现塑性铰；同时为了减少梁端处的配筋数量，便于施工，通过调幅人为减少梁端配筋，增大梁跨中处的配筋。现浇：调幅系数取0.80.9 4.4延性框架结构的设计要点1、强柱弱梁：实现塑性铰先出在梁端，推迟或避免柱端形成塑性铰2、强剪弱弯：推迟或避免其剪切破坏，实现延性的弯曲破坏3、强核芯区、强锚固4、局部加强5、限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束 4.5影响框架梁延性及耗能能力的因素 纵筋配筋率：在适筋范围，截面的延性性能虽受拉筋配筋率的提高而降低，随受压筋配筋率的提高而提高，随混凝土强度的提高而提高，随钢筋屈服强度的提高而降低。 剪压比：限制截面剪压比，就是限制截面尺寸不过小。 跨高比：梁净跨与梁截面高度之比，对抗震有明显影响。净跨大不宜小于截面高度4倍。 塑性铰区的箍筋用量 ：塑性铰区，箍筋加密。4.6影响框架柱延性的因素 剪跨比：2，长柱；1.52，短柱；桩基础箱型基础筏型基础交叉梁式基础优先选用箱型基础和筏型基础（筏型基础经济，一般不强调用箱型基础）（书P160）基础一般规定：（书上没有） 应尽量使结构竖向荷载重心与基础平面形心相重合 当偏心难以避免时，应对其偏心距加以限制： W与偏心方向一致的基础底面边缘抵抗矩（ m3 ）； 对低压缩性地基或端承桩基的基础，可适当放宽偏心距的限制。按上页公式计算时，裙房与主楼可分开考虑。 为基底压应力不致过于集中，可通过限制基础底面压应力较小一端的应力状态来实现，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15。高层建筑基础必须有足够的埋置深度，主要考虑（书P160，详）略高层部分与裙房之间基础是否需要断开，应根据地基土质、基础形式、建筑平面体形等情况区别对待。土质差，地基承载力小，预计主楼与裙房基础的绝对沉降量及差异沉降量均较大时，应在主楼与裙房之间设置沉降缝将二者断开；土质好，则不设沉降缝，为了减小差异沉降引起的结构内力，可采用施工后浇带的措施，宽度不应小于800mm。地基沉降曲线在主楼与裙房的连接处是连续的。地基、基础和上部结构的共同作用分析（书上没有）地基、基础和上部结构三者是一个整体，要正确地求得基础的真实受力情况，必须考虑三者的共同作用，就是把地基、基础和上部结构看作一个彼此相互协调工作的整体，在连接点和接触点处满足变形协调条件以求得整个系统的变形和内力。由于这种计算分析方法十分复杂，有待于进一步完善，目前尚不能完全用于实际工程。实际工程中，一般是将上部结构与基础分离开，并假定它固定于基础顶面（下图(a)），然后按结构力学方法求得支座反力(图(b)，并反作用于基础，作为基础承受的荷载(图(c)。高层建筑基础应根据上部结构和地质状况进行设计，宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响；即须考虑上部结构刚度、基础刚度和地基条件等对基础内力的影响。1. 上部结构刚度对基础内力的影响上部结构绝对刚性 绝对柔性不产生整体弯曲，基底反力作用下只产生局部弯曲。产生局部弯曲，还产生很大的整体弯曲。实际工程中，一般上部结构为半刚性结构。上部结构为剪力墙结构房屋，则接近于绝对刚性结构；单层排架房屋接近于柔性结构。但是刚度较大的上部结构在抵抗和调整地基变形的同时，结构内部将产生很大的附加应力；反之，上部结构刚度愈小，产生的附加应力也愈小。2. 基础刚度对基底反力的影响绝对柔性基础基底反力分布（如下图） ：绝对柔性基础且当忽略上部结构刚度时，其抗弯刚度为零，对荷载传递无扩散作用，如同荷载直接作用在地基上，基底反力分布与它受到的荷载分布完全一致（下图），因此基础中不产生弯矩和剪力。当基础为绝对刚性时，其抗弯刚度为无限大，不论上部结构的刚度大小和荷载分布，基础受力沉降后仍保持为平面。刚性基础在调整基础沉降使之均匀的同时，还使基底反力分布由中间向两边转移；刚性基础这种能跨越基础中间，将承受的荷载向两边转移的现象称为基础的“架越作用”。 显然，基础的刚性越大，这种“架越