高层建筑结构设计知识点

1 高层定义：（1）JGJ32002高层建筑混凝土结构技术规范将10层及10层以上或高度超过28m的混凝土划为高层民用建筑。（2）GB500451995高层民用建筑防火技术规范和JGJ991998高层民用建筑钢结构技术规范中规定10层以及10层以上的居住建筑和24m以上的其他民用建筑为高层建筑。2 建筑结构的功能：建筑结构是建筑中的主要承重骨架。其功能为在规定的设计基准期内，在承受其上的各种荷载和作用下，完成预期的承载力、正常使用、耐久性以及突发时间中的整体稳定功能。3 高层建筑结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构以及巨型框架结构等。4 地震作用：指地震波从震源通过基岩传播一的地面运动，使处于静止的建筑物受到动力作用而产生的强烈振动。5 三水准二阶段：小震不坏，小震作用下，结构应维持在弹性状态，保证正常使用；中震可修，中等地震作用下，结构可以局部进入塑性状态，但结构不允许破坏，震后经修复可以重新使用；大震不倒，强烈地震作用下，应保证结构不能倒塌。第一阶段：是针对所有进行抗震设计的高层建筑，除了在确定结构方案和进行结构布置时考虑抗震要求外，还应按照小震作用进行抗震计算和保证结构延性的抗震构造设计；第二阶段：主要针对甲级建筑和特别不规则的结构，用大震作用进行结构易损部位的塑性变形验算。6 高层建筑结构布置总原则：综合考虑使用要求，建筑美观、结构合理及便于施工等。不应采用严重不规则的结构体系；宜采用规则结构；应使结构具有必要的承载能力、刚度和变形能力；应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力。7 框架剪力墙结构体系特点：既具有框架结构布置灵活、具有大空间、使用方便的特点，又有较大的抗侧刚度和较强的承载能力和抗震性能。框架和剪力墙共同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，而框架则以承受竖向荷载为主。8 高层建筑结构的概念设计：指工程结构设计人员运用所学掌握的理论知识和工程经验，在方案决断及初步设计阶段，从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递途径的设置、关键部位和薄弱环节 判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等等。要点：（1）：结构简单规则均匀；（2）刚柔适度，性能高；（3）加强连接，整体稳定性强。9 结构设计的基本假定：（1）弹性变形假定：高层建筑结构的内力与位移采用弹性方法计算；（2）刚性楼板假定：联系各抗侧力结构的楼板在其自身平面内有无限大的刚度。而在其平面外的刚度很小，可忽略不计；（3）平面抗侧力假定：任何一片结构在其平面外的刚度可忽略不计，它只承受在其平面内的侧向力。10 结构稳定验算：主要是控制风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构的失稳倒塌。应满足：对剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构为；对框架结构满足： （i=1，2n）。抗倾覆验算：主要是考虑到高层建筑高度较大，基础底面积较小，在水平风荷载和水平地震作用下产生较大的倾覆力矩，必须满足。11 高层建筑结构水平位移限值：为保证在正常使用条件中，主体结构基本处于弹性受力状态，控制裂缝的开展及控制其宽度在规定允许范围内，以及保证填充墙、隔墙及幕墙等非结构构件的完好，要求高层建筑结构必须具有足够的刚度，且须对楼层层间的最大位移与层高之比进行限值。按弹性方法计算。12 抗震措施：钢筋混凝土高层建筑的抗震设计，应根据房屋的设防烈度、结构类型、房屋的高度分为不同的抗震等级，并采用相应的计算和构造措施。满足（1）甲类、乙类建筑；当抗震设防烈度为68时，应符合抗震设防烈度提高一度的要求，当设防烈度为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。（2）丙类建筑：应符合抗震设防烈度的要求。当建筑场曲折地为I类时，除6度外，应允许按抗震设防烈度降低一度要求采取抗震构造措施。多道抗震防线：一是指一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成并由延性较好的结构构件将各分体系联系来协同工作：二是抗震结构体系应有最大可能数量的内部，、外部外部赘余度，有意识的建立起一系列分布的屈服区，以使结构能吸收和消耗大量的地震能量，一旦遭受破坏也易于修复。13 延性：结构屈服后变形能力大小的一种性质，是结构吸收能量能力的一种体现，常用延性系数来表示，所谓的延性系数是结构最大变形与屈服变形的比值。延性结构设计原则：（1）强柱弱梁（或强墙弱梁），要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰；（2）强剪弱弯；（3）强节点、强锚固。保证延性的抗震措施：（1）先划分抗震等级（分四个等级）；（2）根据抗震等级，按延性设计原则控制计算：内力调整；构造：截面尺寸、主筋、箍筋、锚固等要求。14 基础方案；基础设计应根据工程地质条件、上部结构的类型及荷载分布，施工条件及相邻建筑物影响等多种因素进行综合分析，在确保建筑物不致发生过量变形，满足正常使用要求下，选择经济合理的基础方案。15 构造措施：由于地震作用的随机性，在结构满足承载力要求和侧移现实要求后，还须满足一定的构造要求，使结构有足够的整体工作性能。（1）保证构件的延性性能，强调“强柱弱梁，强剪弱弯，强节弱杆及强压弱拉”的设计原则及相应的构造措施。（2）室内个填充墙尽可能采用各类轻质隔墙。16 框架结构：是指由梁柱杆系构件构成，能够承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。受力变形特点：（1）竖向荷载作用下的受力特点：竖向荷载作用下，框架结构以梁受弯为主要受力特点，梁端弯矩和跨中弯矩成为梁结构的控制内力。（2）水平荷载作用下的受力变形特点：17 材料强度选择要求：（1）现浇框架梁、柱、节点的混凝土强度等级，按一级抗震等级设计时，不应低于C30；按244级抗震设计时，不应低于C20。（2）现浇框架梁的混凝土强度等级不宜大于C40；框架柱的混凝土强度等级，抗震设防烈度为9度时不宜大于C60，抗震设防烈度为8度时不宜大于C70。 填充墙布置要求（1）避免形成上、下层刚度变化过大；（2）避免形成短柱；（3）减少因抗侧刚度偏心所造成的扭转。18 分层法的基本假定：（1）梁上荷载仅在该梁上及与其上下层柱上产生内力，在其他层梁及柱上产生的内力可以忽略不计；（2）竖向荷载作用下框架结构产生的水平位移可忽略不计。一般情况下，分层法用于计算强柱弱梁的对称框架结构时，误差较小，精度较高。反弯点法的基本假定：（1）梁的线刚度与柱子的刚度之比大于3时，可认为梁刚度无限大；（2）梁、柱轴向变形均可忽略不计。特点：弯矩为零的点。D值法的基本假定：（1）水平荷载作用下，框架结构同各层特点转角相等；（2）梁，柱轴向变形均忽略不计。19 剪力墙结构类型：整体墙和小开口整体墙、 双肢墙、多肢墙、壁式框架。特点：结构刚度很大，空间整体性好，水平荷载作用下侧向变形小，用钢量较省，抗震性能好，剪力墙的间距取决于楼板跨度38m，适于小开间建筑。缺点：自重大，基础处理要求较高，不利于布置大开间房间，不能满足公共建筑的使用要求。剪力墙的破坏形态：弯曲破坏，剪切破坏；滑移破坏。20 剪力墙结构的内力和侧移的简化近似计算的基本假定：（1）竖向荷载在纵横向剪力墙平均按45度刚性角传力；（2）每片墙体结构仅在其自身平面内提供抗侧刚度，在平面外的刚度可以忽略不计；（3）平面楼盖在其自身平面内刚度无限大；（4）剪力墙结构在使用荷载下结构材料均处于线弹性阶段。21 概念设计：以功能优越、造型美观、技术先进的总体方案为目标的设计阶段。是指一些难以作出精确力学分析或在规范中难以具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应措施。22 目前我国高层建筑的发展特点：层数不断增多，高度不断加大；高层建筑向多用途、多功能方向发展；平面布置和立面体型日益复杂化；结构体系日趋多样化；高强材料和新技术的应用；玻璃幕墙的广泛应用；计算机应用水平迅速提高；设计规程的不断完善。23 荷载效应：指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移。荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，确定结构或构件内产生的效应。其中最不利组合是指所有可能产生的荷载组合中，对结构构件产生总效应为最不利的一组。24 框架剪力墙（筒体）结构特点：剪力墙（核心筒）承担大部分水平力(8090)，是主要的抗侧力构件，框架承担竖向荷载，提供较大的空间，既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，适用于公共建筑和旅馆建筑。25 剪力墙数量：以满足位移限制为依据设置剪力墙数量。剪力墙的布置及间距：宜分散不宜集中；满足建筑使用要求和结构刚度的要求；纵横向剪力墙布置均应满足要求；布置应均匀、对称、周边，使刚度中心和质量中心尽量接近，避免扭转效应；剪力墙的间距不宜过大，保证楼盖刚度足够；剪力墙应贯通全高，结构上下刚度连贯均匀。26 筒体结构的布置原则：减少剪力滞后。（1）密柱深梁：柱中距为1.2m3.0m，横梁跨高比为2.54；（2）长宽比不宜大3，高度不宜低于60m；（4）选择合适的楼板体系，楼板具有足够的刚度。27 结构竖向布置的要求：高宽比限制：保证建筑物在水平力作用下不发生倾覆，保证建筑物的整体稳定性。布置原则：结构的强度、刚度宜均匀、连续、不突变。28 地下室的作用：利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、倾覆；减小土的重，降低地基的附加压应力；提高地基土的承载能力；减少地震作用对上部结构的影响。29 剪力墙的布置原则：（1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构两个主轴方向的侧向刚度接近；（2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；（3）纵、横剪力墙宜组成 L形、T形和形等型式；（4）