《多高层建筑结构》PPT课件.ppt

1、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

2、、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

3、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（Time Warner Center）,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（Time Warner Center）,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,时代华纳中心大楼（Time Warner Center）,Waterview Tower,建筑师：+Teng 每层梁上的竖向荷

4、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

5、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

6、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

7、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

8、) 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

9、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

10、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。

11、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

12、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