第四章结构设计2+第五章(叶)新

第4章设计要求

强度问题—构件截面承载力验算刚度问题—正常使用条件下结构水平位移验算和风振舒适度验算延性和耗能问题—抗震结构的延性和耗能要求稳定问题—结构稳定与抗倾覆验算高层建筑结构设计要点抗震设计的高层建筑应根据建筑使用功能的重要性分类:特殊设防类：重大、严重次生灾害。（甲类）重点设防类：使用功能不能中断或需尽快恢复，重大伤亡。（乙类）标准设防类：除甲、乙、丁类以外的一般建筑。大部分高层建筑属于丙类。适度设防类：人员稀少、不产生次生灾害。（丁类）4.6建筑抗震设防分类抗震设防标准：特殊设防类：高于设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（甲类）重点设防类：按设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（乙类）标准设防类：按设防烈度确定地震作用和采取抗震措施（丙类）。4.6建筑抗震设防分类不同抗震设防类别、不同高度、不同抗震设防烈度、不同结构类型、不同场地条件的建筑结构，延性与耗能要求不同。根据抗震等级，采取相应抗震措施。4.7抗震等级根据五因素确定抗震等级。抗震措施实现延性与耗能的要求。计算措施—地震作用计算和抗力计算以外的计算，主要是调整或放大组合的内力计算值，用调整或放大后的内力作为设计值。抗震构造措施—保证结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施，如最小截面面积，最小配筋率等。抗震措施

钢筋混凝土结构：A级高度：一、二、三、四级（一级要求最高）B级高度：特一、一、二级（特一级要求最高）抗震等级划分

表中的烈度：

确定抗震等级的烈度，不一定是设防烈度，需要调整

与下列因素有关:

建筑类别（甲，乙，丙）设防烈度场地类别计算措施调整烈度—与建筑类别、设防烈度有关

建筑类别设防烈度

6789

甲类、乙类7899*丙类6789

确定抗震等级的烈度确定抗震等级的烈度抗震构造措施调整烈度—建筑类别，设防烈度，场地建筑类别场地类别设防烈度

6789甲类、乙类Ⅰ6789

ⅡⅢⅣ

7899*

丙类Ⅰ6678ⅡⅢⅣ6789

延性和耗能是通过抗震措施来保证的，而具体的抗震措施由结构抗震等级确定。4.8延性与耗能

延性：屈服（峰值）后强度或承载力没有显著降低时的塑性变形能力。材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力。延性的作用：减少地震作用，消耗地震能量延性与耗能延性的度量：延性系数（延性比）最大允许变形，

屈服变形对于实测荷载－变形曲线，如何确定其屈服变形和最大允许变形，国内外尚无统一标准。

延性与耗能

地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。

可以用截面、构件或结构的力—变形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。耗能延性与耗能钢构件延性与耗能

地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。

可以用截面、构件或结构的力—变形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。滞回环饱满，耗能能力好；滞回环狭窄，耗能能力差。耗能延性与耗能钢构件钢筋混凝土构件延性与耗能在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，αmax应满足下列要求：（钢混结构）住宅、公寓αmax不大于0.15m/s2办公、旅馆αmax不大于0.25m/s24.9风振舒适度重力二阶效应P-Δ效应：结构在水平风荷载或水平地震作用下产生侧移后，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应高层建筑结构稳定设计，主要控制P-Δ效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳4.10P-Δ效应稳定验算柱的侧向刚度刚重比剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构（框架结构）

可保证P-Δ效应影响在20%之内剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构（框架结构）

可忽略P-Δ效应重力二阶效应的位移放大系数4.3.1P-Δ效应稳定验算考虑结构构件弹性刚度的折减（0.5）（弹塑形）重力二阶效应的内力放大系数剪切型（框架结构）

高层建筑结构的变形特点：

弯曲型（筒体结构、剪力墙结构）

弯剪型（框架-剪力墙结构）

弯剪型结构（框架-剪力墙）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）

等效侧向刚度：EJd

等效侧向刚度：EJd（代替悬臂杆的弯曲刚度EJ）近似按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效抗侧刚度弯剪型结构（框架-剪力墙）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）

4.3.1P-Δ效应稳定验算

等效抗侧刚度：EJd

刚重比：EJd/GH2弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线弯剪型结构（框架-剪力墙），弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）

可保证P-Δ效应影响在20%之内弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线4.3.1P-Δ效应稳定验算弯剪型结构（框架-剪力墙），弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）

可忽略P-Δ效应弯剪型结构（框架-剪力墙）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）

位移放大系数:F1=

内力放大系数：F2=

等效侧向刚度：EJd

刚重比：EJd/GH2P-Δ效应的考虑方法：1、简化的有限元法2、内力和位移增大系数方法（JGJ3-2010采用方法）小结弯剪（曲）型结构（剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构）

刚重比EJd/GH2

0.14,1.4,2.7剪切型结构（框架结构）

刚重比

1，10，20弯矩调幅

由于钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质，在竖向荷载下可以考虑适当降低梁端弯矩，进行调幅，以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。塑性铰4.11弯矩调幅塑性铰在钢筋屈服截面，从钢筋屈服到达到极限承载力，截面在外弯矩增加很小的情况下产生很大转动，表现得犹如一个能够转动的铰，称为“塑性铰”。PPuMuMuP塑性内力重分布的受力过程：第一阶段：首先荷载较小，跨中、支座弯矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷载增大，支座达到承载能力极限，形成塑性铰。第二阶段：此时支座弯矩不变（事实上还有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后跨中也出现塑性铰，结构成为机动体系，结构破坏。弯矩调幅通过调低钢筋混凝土梁支座弯矩，增加跨中弯矩来实现内力重分布的目的。弯矩调幅：4.11弯矩调幅弯矩调幅：对于现浇框架，调幅系数β可取0.8～0.9；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取β=0.7～0.8。弯矩调幅：将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩:

调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的50％。弯矩调幅：只有竖向荷载作用下的梁端弯矩可以调幅，水平荷载作用下的梁端弯矩不能考虑调幅。因此，必须先将竖向荷载作用下的梁端弯矩调幅后，再与水平荷载产生的梁端弯矩进行组合。

第5章框架、剪力墙、框架-剪力墙结构的近似计算

5.1计算基本假定5.2框架结构的近似计算方法5.3剪力墙结构的近似计算方法5.4框架—剪力墙结构的近似计算方法5.5扭转近似计算空间结构简化为平面结构x方向：3片平面抗侧力结构单元y方向：7片平面抗侧力结构单元5.1计算基本假定

框架、墙只在自身平面内有有限刚度，只能抵抗平面内的作用力，忽略平面外的刚度，也不产生平面外的内力。(1)平面抗侧力结构单元假定5.1计算基本假定楼盖在其自身平面内刚度无限大，楼盖平面外刚度很小，可以忽略。(2)刚性楼盖假定5.1计算基本假定5.3计算简图计算单元的选取计算单元选取5.3计算简图计算简图实际结构l01l02计算简图梁的计算跨度层高5.3计算简图基本假定假设上下层柱为等截面杆件，以杆件轴线作为框架计算轴线；

忽略梁、柱轴向变形及剪切变形；竖向荷载作用下，结构无侧移。5.3计算简图楼面荷载分配当采用装配式或装配整体式楼盖时，板上荷载通过预制板的两端传递给它的支承结构；当采用现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，区格板长边/短边>3时沿单向传递（沿短边方向传递，即长边为受力边），长边/短边≤3时沿双向传递。5.3计算简图楼面荷载分配现浇楼盖荷载双向传递示意图竖向活载的最不利布置（1）逐跨布置法

恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。恒载一次布置活载分跨布置5.4竖向荷载作用下

框架内力计算竖向活载的最不利布置（2）最不利荷载布置法

恒载一次布置，楼屋面活载根据影响线，直接确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。此法用手算方法进行计算很困难。最不利荷载的布置5.4竖向荷载作用下

框架内力计算竖向活载的最不利布置（3）分层布置法或分跨布置法恒载一次布置，为简化计算，当活载与恒载的比值不大于3时，可近似将活载一层或一跨做一次布置，分别进行计算，然后进行最不利内力组合。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4竖向荷载作用下

框架内力计算竖向活载的最不利布置（4）满布荷载法当活载与恒载的比值不大于1时，可不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的梁跨中弯矩应乘以1.1~1.2的系数予以增大。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4竖向荷载作用下

框架内力计算竖向荷载作用下框架内力的计算两种常见的手算方法：5.4竖向荷载作用下

框架内力计算分层法弯矩二次分配法分层法：假设每层梁上的荷载对其它层梁的影响可以忽略不计，仅在该层梁及与之相连的上下层柱上分配和传递。

将该层梁与上下柱组成计算单元。5.4竖向荷载作用下

框架内力计算分层法：

用弯矩分配法逐层计算各单元框架的弯矩，叠加起来即为整个框架的弯矩。每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。5.4竖向荷载作用下

框架内力计算分层法：由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是弹性嵌固的。除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数0.9，柱的弯矩传递系数也相应地由l／2改为l／3。

5.4竖向荷载作用下

框架内力计算分层法：对节点处不平衡弯矩较大的可再分配一次，但不再传递。

5.4竖向荷载作用下

框架内力计算弯矩二次分配法：计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩）；将各节点的不平衡弯矩，同时作分配（按梁柱线刚度分配固端弯矩）和传递（传递系数均为l／2

）；再作一次弯矩分配即可。5.4竖向荷载作用下

框架内力计算水平地震作用下框架内力的计算三种常见的手算方法：5.5水平荷载下

框架内力计算反弯点法D值法(改进反弯点法)门架法反弯点：杆件中的零弯矩点即反弯点5.5水平荷载下

框架内力计算水平荷载作用下的框架内力和变形特点：一般将水平荷载简化为结点集中力（1）每根杆件均只有一个反弯点（2）每根杆的弯矩呈直线分布5.5水平荷载下

框架内力计算反弯点法：（1）假设除底层外各层上下柱两端转角相等，反弯点在柱的中点对底层因底部为固定端，转角为零，反弯点上移，取离底部2/3层高处5.5水平荷载下

框架内力计算反弯点法：（2）假设梁线刚度远大于柱线刚度（3倍以上），计算柱抗侧向刚度时，近似认为两端无转角，即为固定端。柱抗侧向刚度：为使柱顶产生单位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。5.5水平荷载下

框架内力计算5.5水平荷载下

框架内力计算反弯点法：（2）假设梁线刚度远大于柱线刚度（3倍以上），计算柱抗侧向刚度时，近似认为两端无转角，即为固定端。柱抗侧向刚度：为使柱顶产生单位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。5.5水平荷载下

框架内力计算D值法(改进反弯点法)：（1）实际工程中，尤其是高层建筑中，梁线刚度远大于柱线刚度假设是不成立的。计算柱抗侧向刚度时，不能将梁作为固定端，而要考虑节点转动的影响。柱抗侧向刚度取决于柱两端的约束情况

——节点转动影响系数，和楼层梁柱的平均线刚度比有关。（梁柱线刚度比值越大，

D值越大）5.5水平荷载下

框架内力计算D值法(改进反弯点法)：（2）柱反弯点的高度取决于框架的层数、柱子所在层数、上下层梁的刚度比值、上下层高与本层层高的比值以及荷载的作用形式，因此反弯点法中关于柱反弯点高度的假设在实际工程应用上可能存在较大误差。5.5水平荷载下

框架内力计算D值法(改进反弯点法)：（2）柱反弯点的高度y0——标准反弯点高度比，根据框架的层数、柱子所在层数及楼层梁柱的平均线刚度比查表取值；y1——上、下梁线刚度不同，对y0的修正值上小下大，弯点上移，y1为正值

上大下小，弯点下移，y1为负值5.5水平荷载下

框架内力计算D值法(改进反弯点法)：（2）柱反弯点的高度y2——上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。y3——下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。D值法（改进的反弯点法）近似地考虑了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较广泛。反弯点法适用于层数较少、梁柱线刚度比大于3的情况。5.5水平荷载下

框架内力计算D值法计算框架内力的步骤：(1)计算各层柱的侧移刚度D5.5水平荷载下

框架内力计算(2)计算各柱所分配的剪力式中——第i层第j根柱所分配的水平剪力；

——第i层楼层剪力；

——第i层第j根柱的侧移刚度；

——第i层所有各柱侧移刚度之和。5.5水平荷载下

框架内力计算D值法计算框架内力的步骤：(3)计算柱反弯点的高度(4)计算柱端弯矩MC由柱剪力Vij和反弯点高度y，求得：上端下端5.5水平荷载下

框架内力计算D值法计算框架内力的步骤：(5)计算梁端弯矩Mb梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线刚度比例分配。5.5水平荷载下

框架内力计算D值法计算框架内力的步骤：(6)计算梁端剪力Vb5.5水平荷载下

框架内力计算D值法计算框架内力的步骤：(7)计算柱轴力N边柱轴力为各层梁端剪力按层叠加中柱轴力为柱两侧梁端剪力之差按层叠加5.5水平荷载下

框架内力计算门架法：（1）假设梁、柱反弯点位于中点处；（2）柱中点处剪力按支承框架梁的长度与框架总长度之比进行分配。三种方法的比较：（1）反弯点法适用范围小（2）D值法适用范围较宽，但计算稍麻烦（3）门架法不用事先假定梁、柱尺寸，但精度不高5.2框架结构的近似计算方法基本假定：平面抗侧力结构单元；无限刚性楼盖；忽略梁、柱轴向变形及剪切变形；等截面杆件，以杆件轴线作为框架计算轴线；竖向荷载作用下，结构无侧移。5.2框架结构的近似计算方法5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算框架侧向位移的组成：

梁、柱弯曲变形产生的侧移（属剪切型）柱轴向变形产生的侧移（属弯曲型）核心区剪切变形产生的侧移（忽略）5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算

1）梁、柱弯曲变形产生的侧移“剪切型位移”,可用D值法计算框架结构第i层的层间位移为：即：层剪力/全部柱D值之和

5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算各层楼板标高处位移：第i层位移

顶点位移(共n层)

5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算2）柱轴向变形产生的位移“弯曲型位移”，多层框架可以忽略，高层建筑结构不能忽略。

假定：仅边柱有轴力及轴向变形；柱截面由底到顶线性变化。5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算2）柱轴向变形产生的位移柱轴向变形产生的i层位移：

V0─基底总剪力；H、B─分别为建筑物总高度及结构宽度；E、A1─分别为混凝土弹性模量及框架底层柱截面面积；Fn─根据不同荷载形式计算的位移系数，可由曲线查出。n为框架边柱顶层与底层截面面积之比。

5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算柱轴向变形产生的第i层层间位移5.2.3水平荷载作用下侧移的近似计算5.3剪力墙结构的近似计算方法

5.3.1剪力墙的类型与计算假定

剪力墙只在其自身平面内有刚度、承载力，为平面结构单元。

根据洞口大小和洞口分布,分为：1）剪力墙的类型(a)整体墙(b)联肢墙(c)不规则开洞墙5.3剪力墙结构的近似计算方法

剪力墙结构按纵、横两方向分别计算；墙端带翼缘（翼缘宽按混凝土规范第10.5.3取）各片剪力墙在同一层楼板标高的位移相等(平移)。2）计算假定及剪力分配5.3剪力墙结构的近似计算方法

层剪力按墙的等效抗弯刚度分配等效抗弯刚度EIeq：考虑抗弯刚度、抗剪刚度，用抗弯刚度表示。考虑弯曲变形和剪切变形5.3剪力墙结构的近似计算方法

5.3.2

整体墙近似计算方法无洞口或洞口很小时，内力及位移按实体墙计算。5.3剪力墙结构的近似计算方法

整体墙：洞口面积不超过墙面面积的16，且洞口间净距及洞口至墙边净距大于洞口长边。

截面折算惯性矩Iq及截面折算面积Aq为

Ii—剪力墙有洞口或无洞口部分截面的惯性矩；hi—各截面相应的墙高；A—无洞口的剪力墙截面面积；A0、Ad—分别为剪力墙总墙面面积和剪力墙洞口总面积。

5.3剪力墙结构的近似计算方法

当剪力墙的高宽比(H/hw)≤4时,计入剪切变形影响。倒三角形分布荷载作用下的顶点位移计算公式为：

即：倒三角形分布荷载5.3剪力墙结构的近似计算方法

等效抗弯刚度为：

μ—剪应力不均匀系数矩形截面取1.2I形截面取μ=全截面面积/腹板面积倒三角形分布荷载5.3剪力墙结构的近似计算方法

5.3.3联肢墙近似计算方法

—连续化方法1）基本假定与基本方法5.3剪力墙结构的近似计算方法

1）忽略连梁轴向变形，两墙肢水平位移相同；2）连梁两端转角相等，连梁反弯点在跨中；3）构件沿竖向分布均匀