竖向分体系的初步设计三

5竖向分体系的初步设计

6延性结构与延性构件的设计概念

7高层建筑基础设计的内在潜力高层建筑概念设计15.1引言5竖向分体系的初步设计2

竖向承重单体与水平抗侧力结构单元包括：框架（普通，巨型）、剪力墙（筒体）、支撑；从传递竖向和水平荷载来讲，高层建筑的竖向分体系主要有（框架结构、剪力墙结构、筒体结构、框-剪、框-筒等）；水平分体系可通过抗弯，抗剪来承受和传递竖向荷载，同时又通过横隔板作用，将水平荷载传给竖向分体系；

竖向分体系3水平分体系通过与竖向分体系及其构件有机地连接，形成共同作用的结构总体系；要求在方案设计和初步设计阶段综合考虑竖向分体系和水平分体系的最佳搭配组合。只有这样才能充分两者各自的最大潜力，并经济、有效地共同工作；4在方案和初步设计阶段，设计人员必须通过概念近似计算来初步确定该结构分体系及其构件的尺寸大小，并验证设计的可行性。而且，概念性近似计算也是不断优化结构总体布置方案的一种简洁有效的手段，不但为计算机整体分析建立了原始数据，也为判断计算机输出结果的正确与否提供了可靠的依据。同时也是设计人员不断充实自身设计经验、概念和提高判断能力的一个必不可少的过程；

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竖向分体系65.2剪力墙结构剪力墙可分为钢筋混凝土实心墙和桁架式剪力墙（或称框支撑框架）。剪力墙可以有效地抵抗墙体平面内的水平荷载，但对于抵抗垂直于墙面的水平荷载是极其微弱的（平面内刚度大，平面外刚度小）；在建筑物中，剪力墙宜在两个正交方向都各自对称居中布置，这样不但对抵抗水平力和抗扭有利，而且对减小温度、徐变和收缩的影响也有较好的效应；剪力墙的变形：弯曲型为主同时也包含剪切型成份；

竖向分体系7建筑物中各片墙所承担的剪力，在墙的高度比小于或等于2~3时（按抗侧刚度D更合理），水平荷载可按各墙截面面积的比例来进行分配；对于高宽比等于或大于4~5的剪力墙时，则需要按各墙截面惯性矩的比例来进行分配（抗等效抗弯刚度更合理）；

竖向分体系8整体墙近似计算方法当墙上无洞口或开洞较小时，可按整体墙计算。整体墙是悬臂墙，为静定结构，内力及位移按材料力学方法即可计算。如有小洞口，截面惯性矩取有洞口截面与无洞口截面惯性矩的加权平均值，整体墙刚度取，截面折算惯性矩及折算面积计算公式为：

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竖向分体系105.3筒体结构

井筒结构常用来作为竖向交通运输和服务设施的通道，同时也是结构总体系中抗侧力的主要构件。从整体来讲，筒体是一种三维结构，在各个方向都有比较大的刚度和承载力；筒中筒在超高层建筑中是一种比较常用的结构设计方案，其结构设计概念是，外筒的截面宽大，可以非常有效地抵抗倾覆力矩；与外筒相比内筒相当细长，其抵抗倾覆力矩并不是很有效；

竖向分体系11在初步设计设计阶段当筒体侧面的孔洞面积小于30%时，对其自身的刚度和强度影响不大，但在初步设计时可以忽略；当筒体的孔洞面积大于50%~60%时，特别是将筒体作为外墙时，其结构受力性能更接近框筒（密柱框梁），其自身的强度和刚度都会有相对较大的降低，此时，即使是初步设计也不得不考虑孔洞的影响；

竖向分体系12当筒体的高宽比小于3时，主要表现为刚性抗剪筒体，抗弯不会成为这种矮筒的控制因素；当筒体的高宽比为3~6时，剪力将不起主要控制作用，而由抗弯来决定其设计；高宽比大于或等于7，则属于柔性筒，必须通过水平分体系和其他抗侧力构件连成整体，共同作用；

竖向分体系13筒体属三维结构，各向刚度和承载力较二维结构大；在初步设计时仍需要注意对于框筒结构，当其作为一个竖向悬臂结构侧向弯曲变形时，框架的局部弯曲会在柱间形成剪力滞后现象；

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竖向分体系175.4框架结构

既能抵抗竖向荷载又能抵抗水平荷载的框架体系是建筑物设计中用得最早，也是最广泛的一种典型的结构模式。与剪力墙体系相比，框架结构更便于在建筑物的内墙和外墙上开大面积的孔洞，以充分满足建筑空间功能的要求。框架的整体刚度往往不如剪力墙结构，但与剪力墙相比，框架具有更大的延性。特别是钢框架高层建筑的延性耗能能力要比钢筋混凝土框架大，相应的地震震害要少；

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竖向分体系20合理惧设计封的框窜架延逐性好州，变克形能系力及妇耗能攀能力阔强；延性框缴架设计撑要点：强柱弱蚊梁；强剪愈弱弯包；强核狼芯区至、强部锚固浸；局部街加强丢；限制滴柱轴侵压比香，加牙强柱净箍筋惧对混款凝土病的约正束；竖向黎分体酸系215.舒4.蒜1钢梁-混凝论土柱岭组合斗框架跨结构在上个荣世纪80年代饶初，慨美国窃率先膝在传信统的详钢筋嘱混凝光土框多架结姿构、土钢结雄构及捞后续饱发展纺的钢虽骨混凉凝土膏（SR灵C）复赶合式登框架祝结构吵的基脾础上角，成董功地缩慧开发挪研制材了一贴种充鹊分利骨用和类发挥客钢构券件和坑钢筋吧混凝岸土构佣件各逐自在省抗弯蚕或抗词压强座度、筒刚度酬、延别性及修建筑宝功能飘适用屋性方洒面优忧势的输新型拣组合魔式框伙架结掌构体荣系，加即由好钢筋音混凝汤土柱话和钢万梁组掌成的RC用S组合堪框架梳结构馆体染系（Com荷pos声ite真R坛CS引Mo贿men虎tF述ram俯es篮Sys软tem），遵并已克成功怎地应正用在踪蝶中、筝高层躲建筑碗中。竖向分唉体系22同期日母本的RCS组合框旗架结构裤稍晚于锻美国，踩主要是辟因为受危当时日帐本AIJ（Arc滑hit穴ect摄ura票lI饰nst凡itu笑te客of诵Jap题an）钢骨炉规范（SRC资St舌and冰ard）条文饥的阻碍逃。竖向贩分体料系23例如，AI夺J对SRC柱的钢缎骨截面蔽抗弯强益度作了鹅如下的添强制性羡规定（197望5年）（19报87年）其中遣为A节点SR站C柱的钢两骨抗弯煎强度，为A节点SR物C梁的杯钢骨厚抗弯截强度海。竖向分偏体系24对于桶钢筋验混凝兴土柱穴与钢萄梁组挣合节累点来讲，亏其焦，纠则该爸条文筋严格掩地禁饲止了RC粱S组合译框架渠结构较的应棍用。垮一直仇到20世纪80年代末旁，日本被学者和AIJ逐渐认屿识到RC邪S组合惠框架棚结构离的优扔越性船，且姻已研捆制开俊发出胞若干能满打足钢梁稿和钢筋骑混凝土物柱之间暑复杂内待力传递贱的梁斯柱节里点构彻造，假这才散使RC亏S组合框跌架结构笋在日叉本得椅以重汁视和肉发展暖；竖向斯分体岗系251.不同方的设社计思肢想、搏节点纽奉构造杯和施沿工方雅法美国RCS组合框糕架结构趁被视为箩传统的啄中、高层隆建筑画钢结胳构的一沾种延砖伸。扬（混到凝土注部分咸取代举钢柱尸）优点：对承帅受大榆轴压洒力来臂讲，批钢筋声混凝港土柱已要比疤钢柱散相对词经济坝得多辛，并胡能增晒加结回构的烫整体互刚度被，减烂小侧贼向位千移；免除了崭梁柱节版点的现晶场焊接沸工作量馒；缩短了抛施工工描期等；竖向辜分体柏系26日本RCS组合张框架肥结构咐作为巨低层迁建筑钢筋掘混凝差土框毅架结材构的一白种变热新。辽（钢酒梁取汉代混响凝土易梁）优点：节省队了楼氧盖混县凝土寄的模每板及课其支此撑；可加昏大梁过的跨郊度来筋增加斑可使碌用的滨功能男空间航；采用降现场钓预制阀或工联厂预防制构谁件能看达到粱加快材施工监进度江和降坐低施阳工成纱本等智；除上伶述优浙点外昌，相蛙对钢爆框架润结构到来说析还能凝降低宿防火道覆盖是的成茄本，景减小木结构俱总高劳度，尺减轻圈楼盖访自重乔从而河降低塔地震舍作用星，以锄及增钳加结离构的屯承载坏能力搁及延姑性功辆能等盛有利么之处机；竖向痕分体洁系27梁柱汇节点招构造奏处理节：不同纵的设慌计思底想，赞梁、党柱粮节点朴处理狭措施级不同两。美国梁贯通鹿（Th陵ro稠ug武h妖Be赵am）式梁柱冬节点痒处增牵设补怖强构则件：梢面承尘板（Fa芽ce们B益ea坑ri俯ng秋P焦la最te熟o匹r明FB序P）或剪黎力钉；竖向分讯体系28日本柱贯调通（Thr歪oug余hC维olu找mn）式丛（钢琴梁不沉应整提体连相续穿云过柱最）钢梁疲只是龄连接患在钢龟筋混弓凝土躲节点教区域蜜的周沃边柱备面钢县板（Cov轮er帜Pla纱te）上。梁、量柱节弊点的绢处理竖向莲分体颈系29日本AIJ，RCS组合唤结构倚分会19满94年的“RCS组合严结构特接点遭设计作准则撒”将年上述静梁柱抛节点行构造策的专奇利技都术归钞类为殊以下背几类柱面钢抵板型宫（Cov犁er国Pla层te论Typ们e）面承板歼型（Fac跪eB失ear级ing鱼Pl朗ate起Ty龟pe）露头式坟面承板忙型（Ex泊te课nd抄ed盗F宅ac释e胃Be猜ar绢in油g热Pl课at宽e水T转yp集e）钢箍咳板型魔（Ste深el狸Ban碍dT榜ype）内镶燃或外议露横胃隔板译型兄（Inn绑er瞧or桥Out请er钱Dia厕phr蒙agm冤Ty尚pe）承压衔钢柱悼型龟（Be望ar外in拒g貌St桌ee介l属Co尖lu扩mn羊T伤yp罪e）局部钢轰骨混凝鬼土梁型回（Pa辞rt认ia箱l风SR纳C讲Be飘am峰T篇yp案e）等十棵二种亮；如下图水所示：竖向本分体律系30竖向堤分体授系31竖向甘分体辅系32竖向挎分体灯系33竖向芒分体留系34竖向姥分体朽系35施工庸方法美国工它程界所姥采用的垒施工方粥法有点恳类似于体钢结构叫，特点虽是采用裕一种小私截面的征型钢作易为架立妖钢柱（Ste投el赢Ere粘cti解on搭Col面umn）。从概念宰设计来爬分析，睬该架立系钢柱截奶面很小滤，又居司于钢筋榴混凝土娱柱的截偶面中央好，故其室对钢筋砌混凝土帽柱的抗册弯强度服和侧向镰刚度的咐贡献小淹到可以紧忽略不锐记。但输从承受资轴压力值的角度效来分析窝，它能渗起到钢脸筋混凝笋土柱的鞭芯筋作锁用，对耕提高RC柱核冈心区五混凝伟土极葵限压畏应变护能力亏，延闪缓核这心区潜混凝耗土压闪酥，欠提高六延性浓功能炮是有贵一定缩慧帮助额的。竖向分舍体系36日本馋工程追界的惑施工隐方法歉大体客分为融两种贡：一种平是现姜场预荐制法拌；另鼻一种炎是工黑厂预仙制法去。竖向乏分体养系372.欠R暂CS组合框岛架的抗扛震性能研究RCS组合框圈架抗震会性能需夕重点掌披握的几点：不同务破坏叙模式械对RC垃S组合框呢架抗震冲性能的艰影响；不同慎的节求点构溉造、纹混凝疤土强驴度等启级及苦柱轴冲向荷疯载RCS组合节冬点的弹芹塑性滞杜回特征谱的影响柴；RCS组合框逃架结构奸抗震设水计时的尘最佳延泥性节点破坏宾式的壮选择腔等；竖向分侧体系38RC属S组合试女件的基逐本破坏昂模式试验猾表明，基本矩破坏模落式分下长述几种酒：节点外状梁塑性损铰（Bea鹿mh投ing映ing）破坏排；梁柱塞节点冻破坏（joi缎nt君fai滚lur佣e）（两沙种）；梁-节点混慨合破坏（Be退am席-J肺oi多nt碎f夫ai争lu缠re）；柱破坏（Co洗lu浇mn旗f牢ai筐lu亿re）；竖向流分体免系39其中奸梁柱齿节点广破坏苗又可许分为节点学区域街的剪户切破爹坏（Joi慕nt锯Pan讽el寨she婆ar丘fai节lur绵e）及节点混佳凝土承舍压破坏（Joi音nt零bea抗rin弟gf仇ail谎ure）模闸式;竖向分干体系405种破刘坏模拉式在冬反复安荷载绢作用衣下的唯力-位移关凳系滞回野曲线竖向数分体剩系41图中泼，为延砖性比（Du钩ct插il裤it估y虽Ra作ti佩o），骄其中杠为茧在梁象端量道测所疫得的奋位移抬，姑是肤根据AT番C-锄24准则梅提出爱的方屿法用否力-位移关别系曲线序计算所批得的屈扔服位移复，即弹右性极限衔变形；滞回曲锯线：丰谅满，所子包面积惠大则耗牌能强，格延性好自；否则翠应避免迈；竖向分劫体系423.抗震胜设计谨的破顷坏控拜制模浓式由于节侨点外（眼或柱面拥外）梁谷塑性铰愤破坏模熊式的滞回失线最丰艇满，具蓬有极高摊的延性坝和耗能洋能力，鞭且震负后修石复简榴便，外成本器低，插故势作必成馒为RCS组合瓣框架肤结构眯设计则首选元的延正性节绑点破候坏模式；竖向分恒体系抗震设吩计延性待节点破贡坏模式蔑的选择43节点区纠域剪切奖破坏或符梁塑性富铰和节龟点剪切画混合照破坏及模式享也具谈有很错高的生延性碍和耗能能力抢，但由香于受传世统钢筋戏混凝土鞋框架结构设计不中严格匹禁止节洞点剪切社破坏的盘习惯影响，丢在RC紧S组合框记架设计白中很少浇将节点坡剪切破睁坏作芽为延筹性节领点破杜坏模绢式。柱和滴节点拿承压屈破坏不允许作为统抗震正设计的破否坏控制劈燕模式；445.计5抗侧力芬构件的惯变形近赵似计算在方蛛案设义计和通初步闸阶段夕，由薄结构嘴项目给工程则师来估还算该庆建筑父物的辛侧向脸变形梯大小纷是一瓦个十蒜分重要的环熄节。其阻必要性列有两方么面的原早因：规范要敌求限制桥建筑物糕的水平狮位移，演如楼层塑层间最大穿位移与侄层高之增比的限齿值等。洁如果建启筑物在侧缘瑞向荷临载作朗用下秒有很御大的似变形娃，在锋摇晃扣和振动下可颠能会引吴起损坏或，其中壳还包括奏效应；竖向分蚊体系45墙、筒断和框架嚼的总位蹈移都可匠以通过碰近似计煎算来取芝得。在死每种情领况中，他都认为散房屋的助侧向变妈形来源磨于两部安分：一劝部分是漂由倾覆的力矩（蹄所形成租的轴力桑）产生雨的，而鲜另一部迹分是水和平和垂熊直剪力巨（所引舱起的局旧部弯曲铃）产生金的；竖向分艇体系46侧移醋太大剧可能绒引起复结构蚕失稳斗破坏糠或不略满足慰规范稳定趴性验算该要求；高层未结构庄侧移泼产生匙的主镜要原掉因：渗水平陡荷载（竖丑向荷李载的耗不均管，不布均匀当沉降停等）水平懂荷载贴→层背剪力混→抗雕侧力航构件托承担结的剪茂力（一都般偶按抗破侧刚灾度分拜配）竖向分触体系47将建筑化物中抗详侧力构靠件的侧悉向变形霸特性归顾纳成5种情务况情况1：矮实付心墙（话）的剪皮切变形质多于弯丙曲变形柄（如下现图）；匆（弯曲第变形较达小）竖向些分体昨系48情况2：高实妻心墙或肆筒主要岗是弯曲助变形（如愚下图御）；滔（剪警切变项形较口小）竖向应分体煌系49情况3：高唇墙开参许多超门洞传或窗浪洞后分，就判成为靠由连滚梁连迁接的扶两个稳细长泽墙肢倚。由配连梁促变形谈形成汇的偏迟移常扔常比罩墙本巾身的贪变形宅形成估的偏婚移大夕。作多为近礼似计艘算，挣可只愤计算丧由连悲梁变疗形引六起的似偏移砌（如约下图拼）；百（连趋梁弯词曲，献剪切辜变形绒，墙泉肢弯金曲与线剪切挎变形慎）竖向铸分体机系50情况4：规顽则刚怀架的智变形闪是由垃柱弯涌曲和悦梁弯女