《多高层建筑结构》PPT课件.ppt

第三篇多高层建筑结构,第一节高层建筑结构概述,一、高层建筑概述,1.1高层建筑的定义高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ-2002）中定义：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑。高层建筑高度一般指室外地面至主要屋面的距离，不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。1.2我国高层建筑的发展我国高层建筑在解放前很少，5060年代陆续建成一些，如1959年的北京民族饭店，高47.4m，12层；1964年的北京民航大楼，15层，高60.8m；1968年的广州宾馆，27层，高88m，是60年代我国建成的最高建筑。70年代开始我国高层建筑有了较大发展，主要用于住宅、旅馆和办公楼，层数一般在2030层。,1.3国外高层建筑简介,1883年美国芝加哥建成的11层家庭保险大楼为近代高层建筑的开端，国外较著名的高层建筑有：美国，帝国大厦(纽约，381m，102层)、世界贸易中心(纽约，402m，110层)、西尔斯大厦(芝加哥，443m，110层)、水塔广场大厦(芝加哥，262m，76层)；马来西亚，石油大厦(450m，88层，钢-混凝土组合结构)；朝鲜，柳京饭店(305m，101层,最高的钢筋混凝土大厦)。,国内主要高层建筑（374-500m）,主要高层建筑介绍,台北101大厦,西尔斯大厦,世贸大厦,平壤柳京饭店105层320米三千个房间金字塔型建筑,金茂大厦,CCTV大楼采用ETABS和ANSYS两种通用有限元软件进行结构计算。,上海环球金融中心结构示意图,时代华纳中心大楼（TimeWarnerCenter）,建筑师：斯基德莫尔后代大卫，欧文斯与美林律师事务所位置：哥伦布环岛10号位于中央公园西南方、面向哥伦布圆环始建：2003高度：225米，55层类型：办公建筑,时代华纳中心大楼（TimeWarnerCenter）,时代华纳中心大楼（TimeWarnerCenter）,时代华纳中心大楼（TimeWarnerCenter）,WaterviewTower,建筑师：+Teng每层梁上的竖向荷载对本层梁及与本层梁相连的柱产生弯矩与剪力。刚度修正：除底层柱外其它各层柱的线刚度均乘以0.9的折减系数；除底层传递系数为1/2外，其它各层柱的弯矩传递系数取1/3。将多层框架简化为单层框架来计算，即分层进行力矩分配计算。分层计算得出的梁的弯矩即为最终弯矩，但由于每个柱均属于上下两层，所以柱的最终弯矩为上下两层计算结果相加。,分层法计算步骤及要点,1.选择某榀框架作为计算单元,2.计算梁柱线刚度以及节点处分配系数1）对于现浇框架，要考虑梁有效截面惯性矩的调整；2）柱端设为固定端；3）底层柱固定在基础顶面，可以视为固定端，其它层柱要考虑到实际有柱端转动，故上层各柱线刚度乘以0.9修正系数；4）梁和底层柱的传递系数按远端固定，取1/2；上层各柱的传递系数取1/3。,3.统计各层梁上竖向荷载设计值，并计算梁的固端弯矩。4.按前面规定的分配系数和传递系数，采用力矩分配法对每一层框架分别进行计算。5.求得每层内力后，将同属于上下两层的柱弯矩值进行叠加，作为原框架该柱的最终弯矩，梁的弯矩仅属于本层，不需叠加。6.得到框架最终弯矩图后，根据节点静力平衡可求得梁跨中弯矩，支座剪力以及柱剪力和轴力。,例题,6层,5层,2-4层,1层,竖向荷载作用下框架内力计算另一种方法弯矩二次分配法其实质为简化的弯矩分配法。基本假定：节点不平衡弯矩只对与该节点相交的杆件远端有影响，忽略它对其它杆件的影响。计算步骤：先对节点不平衡弯矩进行分配，再将弯矩向远端传递，最后将远端节点的新不平衡弯矩进行第二次分配，整个过程即结束。,2.2水平荷载作用下内力计算(反弯点法与D值法),基本假定:各柱上下端没有角位移;除底层外,各柱上下端节点转角相等;忽略框架梁的轴向变形;适用范围:梁的线刚度与柱的线刚度之比大于3。该方法的两个关键问题为：水平荷载在楼层各柱的分配反弯点高度的确定。,反弯点高度反弯点高度为反弯点至柱下端的距离。对上层柱，假定各柱上下转角相等，则柱上下端弯矩相等，反弯点在柱中央，即对于底层柱，柱脚转角为零，而上端转角不为零，故反弯点向上端移动，假定：铰接：无约束作用，弯矩为零，自由转动；固接：约束作用强，弯矩很大，转角为零。,抗侧移刚度d侧移刚度系数d表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力，它与两端约束情况有关。由于梁的线刚度比柱的大，各柱端转角很小，可假定结点转角为零，可得：,柱端弯矩计算柱下端弯矩：柱上端弯矩：梁端弯矩计算,改进后的反弯点法D值法,反弯点法的缺陷：1)梁柱线刚度之比无穷大(实际情况中梁的线刚度可能小于柱的线刚度,柱的侧向刚度不仅与柱的线刚度、层高有关，还与梁的线刚度有关)2)柱反弯点高度固定(柱的反弯点高度也与梁柱线刚度比、上下层横梁的线刚度比、上下层层高的变化等因素有关)D值法：对反弯点高度和柱的抗侧移刚度进行修正。,侧移刚度修正（修正后的侧移刚度用D表示）,根据转角位移方程：柱端弯矩:梁端弯矩：由节点A、B力矩平衡，可得,柱AB受到的剪力：,求得框架柱侧向刚度D后，可计算层间剪力分配给各柱：,反弯点高度修正,影响柱两端转角的因素：梁柱线刚度比、柱所在楼层、横梁线刚度比、上下层层高变化。,标准反弯点高比y0：可根据荷载方式，由n、j、K查表得出。上下层梁线刚度变化时修正系数y1：当取此时反弯点上移，y1取正值。若，取，此时反弯点下移，y1取负值。对于底层，不考虑y1修正值。,上下层层高变化时修正系数y2、y3：令，从表中可查出y2，当1时，y2取正值,反弯点上移；当1时，y3取负值,反弯点下移；当1时，y3取正值，反弯点上移。对于最下层，不考虑y3修正值。,反弯点法和D值法的主要参数比较,3）水平荷载作用下侧移的计算,侧移计算：,框架结构在水平荷载作用下的侧移曲线表现为剪切型。梁柱弯曲引起的侧移为剪切型(主要变形)；柱轴向变形引起的侧移为弯曲型(次要变形)。,2.3框架结构设计要点和方法,1.一般规定1)梁柱连接方式一般为刚接，个别节点可为铰接；2)梁柱中心线宜重合，框架梁宜拉通、对直，框架柱宜上下对中，梁柱轴线宜在同一竖向平面内；当梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱截面在该方向宽度的1/4，否则，可采取增设梁水平加腋等措施。3)填充墙及隔墙宜选用轻质墙体；4)不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式，楼梯、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。,2.构件截面选择(1)梁截面设计一般尺寸:h=(1/81/12)L,L为梁的跨度；框架主梁可放宽至(1/101/18)L。悬臂梁h=(1/61/8)L。b=(1/21/3)h,且不应小于200mm。高宽比不宜大于4，净跨与截面高度比值不宜小于4。为了降低楼层高度，可将梁设计成宽度较大而高度较小的扁梁，扁梁的截面高度可按(1/181/15)l估算。扁梁的截面宽度b（肋宽）与其高度h的比值b/h不宜超过3。框架梁的截面形状常见的有：矩形、T型、L型、花篮型等。,(2)柱截面设计框架柱的截面宽度和高度均不宜小于300mm，圆形截面直径不宜小于350mm。高度与宽度的比值不宜大于3。常见的柱截面形状：方型、矩形、圆形等。轴压比：（避免柱脆性破坏）,柱截面尺寸可根据其所受轴力按轴心受压构件估算，再乘以适当的放大系数以考虑弯矩的影响。式中Ac为柱截面面积；N为柱所承受的轴向压力设计值；Nv为根据柱支承的楼面面积计算由重力荷载产生的轴向力值；重力荷载标准值可根据实际荷载取值，也可近似按（1318）kN/m2计算；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。,非抗震,3.最不利内力组合,1）控制截面梁的控制截面：两端支座和跨中。柱的控制截面：上下端截面。注意：内力计算得到的弯矩与剪力是轴线处的内力，需换算成构件端截面的内力。,2）竖向荷载的最不利内力组合梁端截面：梁跨中截面：柱端截面：,3）活荷载的最不利位置（1）分跨计算组合法；（2）最不利荷载位置法；（3）分层组合法；（4）满布荷载法。,分跨计算法,计算跨中最大正弯矩的活荷载布置图,计算杆端最不利负弯矩的活荷载布置图,计算柱顶最不利内力的活荷载布置图,满布活荷载法,4.荷载组合,荷载规范：对于一般排架、框架结构，基本组合可采用简化规则，并应按下列组合值中取最不利值确定。1）由可变荷载效应控制的组合2）由永久荷载效应控制的组合,G：永久荷载分项系数；,Qi：第i个可变荷载分项系数，Q1是可变荷载Q1的分项系数；,SGk：按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；,SQik：按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起