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1、建筑混凝土结构设计高层建筑结构剖析一、概述2.高层建筑的分类*钢结构高层建筑：自重轻、钢结构高层建筑：自重轻、强度高、延性好、施工快，但强度高、延性好、施工快，但用钢量大、造价高、防火性能用钢量大、造价高、防火性能较差较差按结构材料分按结构材料分*混凝土结构高层建筑：造价低、混凝土结构高层建筑：造价低、耐火性能好、结构刚度大，但自耐火性能好、结构刚度大，但自重较大重较大*钢钢-混凝土组合结构：兼有两混凝土组合结构：兼有两者的优点，克服了两者的缺点。者的优点，克服了两者的缺点。一、概述2.高层建筑的分类按结构材料分按结构材料分结构形式结构形式钢结构钢结构混凝土结混凝土结构构钢钢-混凝混凝土混合结
2、土混合结构构世界最高世界最高的的15幢房幢房屋屋762中国最高中国最高的的15幢房幢房屋屋-(1)8(4)7(10)19981998年的统计结果年的统计结果,括括号内的数据为号内的数据为20092009年年的统计结果的统计结果一、概述2.高层建筑的分类按结构承重体系按结构承重体系*框架结构框架结构*剪力墙结构剪力墙结构*框架框架-剪力墙结构剪力墙结构*筒体结构筒体结构*巨型框架结构巨型框架结构*悬挂结构悬挂结构二、高层建筑结构体系1.框架结构*在地震设防区层数相应减在地震设防区层数相应减少少*常用于综合办公楼、旅馆、常用于综合办公楼、旅馆、医院、学校、商店等建筑医院、学校、商店等建筑*在非地震
3、区可做到在非地震区可做到15层，层，最高可做到最高可做到20层层组成和适用范围组成和适用范围*由梁和柱组成的空间结构由梁和柱组成的空间结构体系体系二、高层建筑结构体系1.框架结构变形特征变形特征*在水平荷载作用下，表在水平荷载作用下，表现出刚度小、水平侧移现出刚度小、水平侧移大的特点，水平侧移呈大的特点，水平侧移呈剪切型。剪切型。*例如，在地震设防烈度例如，在地震设防烈度为为8度，度，IV类场地的情况类场地的情况下，框架结构一般只能下，框架结构一般只能做到做到56层层二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构组成组成*利用房屋墙体作为竖向承重和抗利用房屋墙体作为竖向承重和抗侧力结构的体系称为剪力墙结构
4、侧力结构的体系称为剪力墙结构*剪力墙上可开洞口，洞口越大，剪力墙上可开洞口，洞口越大，越接近于框架越接近于框架二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构变形特征和应用范围变形特征和应用范围*水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂水平荷载作用下，剪力墙似一悬臂薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，薄片，比框架具有更大的抗侧刚度，且在水平荷载下的侧移呈弯曲型且在水平荷载下的侧移呈弯曲型*剪力墙结构可用于较高的房屋中剪力墙结构可用于较高的房屋中（100m以上）以上）*剪力墙可用来分隔房间，楼板的剪力墙可用来分隔房间，楼板的跨度即为剪力墙的间距，一般为跨度即为剪力墙的间距，一般为38m，适合于有小房间的住宅、旅，适合于有小
5、房间的住宅、旅馆等高层建筑馆等高层建筑二、高层建筑结构体系2.剪力墙结构框支剪力墙框支剪力墙二、高层建筑结构体系3.框架-剪力墙结构组成组成*由框架和剪力墙共同承受竖向和由框架和剪力墙共同承受竖向和水平荷载的结构体系称为框架水平荷载的结构体系称为框架-剪力剪力墙结构体系。在整个结构体系中，墙结构体系。在整个结构体系中，剪力墙负担决大部分的水平荷载，剪力墙负担决大部分的水平荷载，框架以负担竖向荷载为主，分工合框架以负担竖向荷载为主，分工合理，物尽其用理，物尽其用二、高层建筑结构体系3.框架-剪力墙结构变形特征和应用范围变形特征和应用范围*水平荷载作用下，框架和水平荷载作用下，框架和剪力墙协调工作
6、，使房屋各剪力墙协调工作，使房屋各层变形趋于均匀，在水平荷层变形趋于均匀，在水平荷载下的侧移呈弯剪型载下的侧移呈弯剪型*剪力墙克服了框架抗侧刚剪力墙克服了框架抗侧刚度低的缺点，框架弥补了剪度低的缺点，框架弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足。力墙结构布置不灵活的不足。因此，普遍应用于宾馆和办因此，普遍应用于宾馆和办公楼等公用建筑中。公楼等公用建筑中。*框架框架-剪力墙结构体系一般用于剪力墙结构体系一般用于25层以下为宜，最高不超过层以下为宜，最高不超过35层。但若层。但若布置合理，也可更高。布置合理，也可更高。二、高层建筑结构体系4.筒体结构组成和变形特征组成和变形特征*将剪力墙集中到房屋的内部或
7、将剪力墙集中到房屋的内部或外部形成封闭的筒体，以此来外部形成封闭的筒体，以此来承受房屋大部分或全部竖向荷承受房屋大部分或全部竖向荷载和水平荷载所组成的结构体载和水平荷载所组成的结构体系称为筒体结构体系系称为筒体结构体系*分实腹筒体和空腹筒体两类分实腹筒体和空腹筒体两类*变形呈弯剪型变形呈弯剪型二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-筒体结构筒体结构将框架将框架-剪力墙结构中的剪力墙相对集剪力墙结构中的剪力墙相对集中组成封闭的筒体，竖向荷载主要由中组成封闭的筒体，竖向荷载主要由框架和筒体共同承担，水平荷载主要框架和筒体共同承担，水平荷载主要由筒体承担由筒体承担框架框架-筒体结构筒体结构框架框架
8、-筒体结构的受力性能类似于框架筒体结构的受力性能类似于框架-剪力墙结构，水平荷载下的侧移曲线剪力墙结构，水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但前者的刚度远大于后者。呈弯剪型，但前者的刚度远大于后者。框架框架-筒体结构常用于筒体结构常用于50层左右的高层层左右的高层建筑中，最高可建到建筑中，最高可建到100层层二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-筒体结构筒体结构框架框架-筒体结构有筒体结构有框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构和和框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构两种形式。两种形式。实腹筒一般位于实腹筒一般位于框架之内框架之内框框架架-核心筒结构核心筒结构将空腹筒布置在将空腹筒布置在房屋的外围，框
9、房屋的外围，框架布置在房屋的架布置在房屋的中部形成的框架中部形成的框架-筒体结构筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-实腹筒体结构实腹筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构由于空腹筒体的密排立由于空腹筒体的密排立柱之间的距离较小，建柱之间的距离较小，建筑底部如何设大的入口筑底部如何设大的入口？二、高层建筑结构体系4.筒体结构框架框架-空腹筒体结构空腹筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构筒中筒结构筒中筒结构*将实腹
10、筒体置于建筑物的内部，空腹筒体将实腹筒体置于建筑物的内部，空腹筒体作为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一作为建筑物的外框，利用楼板将二者连为一体，共同承受竖向荷载和水平荷载的结构承体，共同承受竖向荷载和水平荷载的结构承重体系重体系筒中筒结构筒中筒结构*筒中筒结构水平荷载下的侧移曲线呈弯筒中筒结构水平荷载下的侧移曲线呈弯剪型，但抗侧刚度大于框架剪型，但抗侧刚度大于框架-筒体结构。筒体结构。*筒体具有很大的抗侧能力和抗扭能力，筒体具有很大的抗侧能力和抗扭能力，筒中筒结构广泛应用于筒中筒结构广泛应用于65层左右的公用建层左右的公用建筑中。筑中。建筑底部设大开口的方法同框架建筑底部设大开口的方法同框架
11、-剪力墙结构剪力墙结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构筒中筒结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构组合筒体结构组合筒体结构*将几个筒体组合成一个整体，共同承担竖将几个筒体组合成一个整体，共同承担竖向和水平荷载的结构承重体系向和水平荷载的结构承重体系组合筒体组合筒体结构结构*常用于常用于75层左右的高层建筑中层左右的高层建筑中二、高层建筑结构体系4.筒体结构其他筒体结构其他筒体结构二、高层建筑结构体系4.筒体结构其他筒体结构其他筒体结构三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系竖向承重结构体系竖向承重结构体系根据房屋的用途、各种结构体系的特点和适用范围进行选择：根据房屋的用途、各种结构体系的特点和适
12、用范围进行选择：*框架结构框架结构*剪力墙结构剪力墙结构*框架框架-剪力墙结构剪力墙结构*筒体结构筒体结构三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系楼板结构体系楼板结构体系*平板结构体系：单向板和双向板常用平板结构体系：单向板和双向板常用于剪力墙结构和筒体结构；板柱结构体于剪力墙结构和筒体结构；板柱结构体系可采用无梁楼盖。一般非预应力板的系可采用无梁楼盖。一般非预应力板的跨度不宜超过跨度不宜超过6m，预应力平板的跨度，预应力平板的跨度不超过不超过9m。*密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度较大密肋楼盖：密肋楼盖多用于跨度较大而梁高受到限制的情况，筒体结构角区而梁高受到限制的情况，筒体结构角区部也常用密肋
13、楼盖。现浇混凝土密肋楼部也常用密肋楼盖。现浇混凝土密肋楼盖的跨度不宜超过盖的跨度不宜超过9m，预应力混凝土，预应力混凝土密肋楼盖的跨度不超过密肋楼盖的跨度不超过12m。三、结构布置的原则1.选择合理的结构体系楼板结构体系楼板结构体系*肋梁楼盖：是高层建筑中应用最为广肋梁楼盖：是高层建筑中应用最为广泛的楼盖形式。当楼盖的高度受到限制泛的楼盖形式。当楼盖的高度受到限制时，可以考虑采用扁宽梁。时，可以考虑采用扁宽梁。*在下列情况下应考虑采用现浇楼盖：在下列情况下应考虑采用现浇楼盖：1）建筑物高度超过）建筑物高度超过50m；2）抗震设防烈度为）抗震设防烈度为9度时；度时；3）屋面；）屋面；4）平面十分
14、复杂，楼面不规则，有较多洞口；）平面十分复杂，楼面不规则，有较多洞口；5）上下层刚度变化较大时，如底层大空间结构）上下层刚度变化较大时，如底层大空间结构的过渡层楼板。的过渡层楼板。三、结构布置的原则2.结构平面布置*平面宜选风压较小的形状，并应考虑邻近高层建筑对其风压的平面宜选风压较小的形状，并应考虑邻近高层建筑对其风压的影响。一般地影响。一般地，圆形或椭圆形平面可比矩形平面减少风荷圆形或椭圆形平面可比矩形平面减少风荷20%40%。平面形状平面形状*平面应尽量规整、均匀对称，平面应尽量规整、均匀对称，使得结构单元的总体刚度中心使得结构单元的总体刚度中心与单元的几何中心（风载作用与单元的几何中心
15、（风载作用位置）、质心（地震作用位置）位置）、质心（地震作用位置）相重合相重合三、结构布置的原则2.结构平面布置平面尺寸平面尺寸*平面总长度平面总长度L不宜过长，避免不宜过长，避免两端振动不一致而使建筑破坏。两端振动不一致而使建筑破坏。*各种平面对相关尺寸的要求：各种平面对相关尺寸的要求：L/B、L/Bmax、l/b、l/b见教材表见教材表5-3三、结构布置的原则3.结构竖向布置*高层建筑的高宽比不宜过大，应满足教材表高层建筑的高宽比不宜过大，应满足教材表5-4的要求。的要求。如不能满足表如不能满足表5-4所示的要求或房屋的高度超过所示的要求或房屋的高度超过150m，则要对房，则要对房屋进行抗
16、倾覆和整体稳定性验算。屋进行抗倾覆和整体稳定性验算。*沿竖向结构的刚度和强度宜均匀、连续、不突然变化沿竖向结构的刚度和强度宜均匀、连续、不突然变化三、结构布置的原则4.抗震缝、沉降缝和伸缩缝的布置当结构不同部位荷载差异较当结构不同部位荷载差异较大地基土压缩性有显著差异大地基土压缩性有显著差异沉降缝沉降缝当平面形状复杂、高度方向当平面形状复杂、高度方向有高差、质量分布不均匀有高差、质量分布不均匀抗震缝抗震缝（教材表（教材表5-5）当房屋过长或过宽时当房屋过长或过宽时伸缩缝伸缩缝（教材表（教材表5-6）四、荷载与作用1.竖向荷载一般竖向荷载一般竖向荷载*竖向荷载包括：结构自重、使用活载（一般以楼面
17、等效均布荷竖向荷载包括：结构自重、使用活载（一般以楼面等效均布荷载的形式表达）、雪荷载、屋面积灰荷载和检修荷载等。载的形式表达）、雪荷载、屋面积灰荷载和检修荷载等。*计算竖向荷载下的结构内力时，一般可不考虑活荷载的不利布计算竖向荷载下的结构内力时，一般可不考虑活荷载的不利布置，按满布计算。活荷载较大时，可把按满布荷载计算的梁跨置，按满布计算。活荷载较大时，可把按满布荷载计算的梁跨中弯矩乘以中弯矩乘以1.11.2的放大系数。的放大系数。按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范计算，计算，规范中未规定的楼面活荷载可规范中未规定的楼面活荷载可按教材表按教材表5-7采用采用四、荷载与作用1.竖向荷载当建筑
18、顶部设置直升飞机停机坪时，直升飞机的荷载可按下式计算：当建筑顶部设置直升飞机停机坪时，直升飞机的荷载可按下式计算：直升飞机荷载直升飞机荷载对具有液压轮胎起落架的直升对具有液压轮胎起落架的直升飞机，动力系数可取飞机，动力系数可取1.4直升飞机的重量直升飞机的重量,小型直升飞机小型直升飞机的重量约为的重量约为15kN20kN直升飞机的荷直升飞机的荷载，分布在轮载，分布在轮子的作用范围子的作用范围内，一般按内，一般按2m 2m四、荷载与作用1.竖向荷载当没有机型技术资料时，局部荷载标准值可按下表计算：当没有机型技术资料时，局部荷载标准值可按下表计算：直升飞机荷载直升飞机荷载直升飞机类型直升飞机类型局
19、部荷载标准值局部荷载标准值（kN）作用面积作用面积（m2）轻型轻型20.00.200.20中型中型40.00.250.25重型重型60.00.300.30四、荷载与作用1.竖向荷载按上述局部荷载算出的平台的按上述局部荷载算出的平台的内力不能小于按等效均布荷载内力不能小于按等效均布荷载5kN/m2求出的平台内力求出的平台内力直升飞机荷载直升飞机荷载四、荷载与作用2.水平荷载风荷载的计算方法在第三章风荷载的计算方法在第三章“单层厂房排架结构单层厂房排架结构”中已作过介绍，但中已作过介绍，但是高层建筑风荷载的计算还有下列一些特点：是高层建筑风荷载的计算还有下列一些特点：风荷载风荷载*基本风压基本风压
20、w0应根据应根据建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009）”全国基本风压全国基本风压分布图分布图”中的数值采用，对于特别重要和有特殊要求的高层建筑可乘以中的数值采用，对于特别重要和有特殊要求的高层建筑可乘以1.1;*高层建筑的体形和平面尺寸变化较多，一般情况体形系数按高层建筑的体形和平面尺寸变化较多，一般情况体形系数按高层建筑高层建筑混凝土结构技术规程混凝土结构技术规程选用，当房屋的高度大于选用，当房屋的高度大于200m时应进行风洞试验时应进行风洞试验以确定其风荷载。以确定其风荷载。四、荷载与作用2.水平荷载风荷载风荷载*高度大于高度大于30m且高宽比大于且高宽比大于1.5的高层建筑要
21、考虑风振系数的高层建筑要考虑风振系数 z脉动增大系数，按表脉动增大系数，按表5-8确定确定脉动影响系数，脉动影响系数，0.480.63风压高度变化系数，按表风压高度变化系数，按表5-9确确定定第第i层标高层标高建筑物总高度建筑物总高度*应考虑相邻建筑间的狭缝效应的影响应考虑相邻建筑间的狭缝效应的影响,具体参见具体参见高层建筑混凝土结构技高层建筑混凝土结构技术规程术规程四、荷载与作用3.荷载效应组合所考虑的荷载和作用种类所考虑的荷载和作用种类设计要求设计要求竖向荷载竖向荷载风荷载风荷载水平地震作用水平地震作用竖向地震作用竖向地震作用非抗震设计非抗震设计 抗震设计抗震设计68度度 9度或水度或水平
22、长悬臂平长悬臂8度、度、9度度 只只有有当当建建筑筑物物高高度度超超过过60m60m时时，才才同同时时考考虑虑风风与与地地震震产产生的效应。生的效应。四、荷载与作用3.荷载效应组合非抗震设计时非抗震设计时永久荷载分项永久荷载分项系数：系数：可变荷载控制可变荷载控制时，取为时，取为1.2；永久荷载控制永久荷载控制时，取为时，取为1.35；其效应对结构其效应对结构有利时，取为有利时，取为1.0可变荷载分项可变荷载分项系数，一般取系数，一般取为为1.4组合系数：组合系数：永久荷载控制时，永久荷载控制时，取为取为0.7和和0.0；可变荷载控制时，可变荷载控制时，取为取为1.0和和0.6或或0.7和和1
23、.0；对书库、档案库、储藏对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机室、通风机房和电梯机房，取为房，取为0.9四、荷载与作用3.荷载效应组合抗震设计时抗震设计时风载组合系数，取为风载组合系数，取为0.2五、剪力墙结构的设计1.剪力墙结构的布置*应双向布置宜拉通对直，避免一个方向刚度很大而另一方向刚度较应双向布置宜拉通对直，避免一个方向刚度很大而另一方向刚度较小小*较长的剪力墙可用楼板或弱的连梁分为若干个独立墙段，每个独立较长的剪力墙可用楼板或弱的连梁分为若干个独立墙段，每个独立墙段的总高度与长度之比不宜小于墙段的总高度与长度之比不宜小于2 2*剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明显的墙肢
24、和连梁，剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明显的墙肢和连梁，不宜采用错洞墙。洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。墙肢截面长不宜采用错洞墙。洞口设置应避免墙肢刚度相差悬殊。墙肢截面长度与厚度之比不宜小于度与厚度之比不宜小于3 3 一般剪力墙结构一般剪力墙结构五、剪力墙结构的设计1.剪力墙结构的布置*多层大空间剪力墙结构的底层应设落地剪力墙或筒体，在平面为多层大空间剪力墙结构的底层应设落地剪力墙或筒体，在平面为长矩形的建筑中，落地横向剪力墙的数目与全部横向剪力墙数目之长矩形的建筑中，落地横向剪力墙的数目与全部横向剪力墙数目之比非抗震设计时不宜少于比非抗震设计时不宜少于3030；抗震设防不宜少于
25、；抗震设防不宜少于5050 框支剪力墙结构框支剪力墙结构*底层落地剪力墙和筒体应加厚，并可提高混凝土强度等级以补偿底层落地剪力墙和筒体应加厚，并可提高混凝土强度等级以补偿底层的刚度。落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部底层的刚度。落地剪力墙和筒体的洞口宜布置在墙体的中部 *落地剪力墙的间距落地剪力墙的间距l应符合以下规定：应符合以下规定：非抗震设计：非抗震设计：l 3B,l 36m抗震设计：抗震设计：6度、度、7度时，度时，l 2.5B,l 30m8度时，度时，l 2B,l 24m楼面宽度楼面宽度*框支剪力墙结构框支梁上的一层墙体不宜设边门洞，不得在中柱框支剪力墙结构框支梁上的一层墙体不宜
26、设边门洞，不得在中柱上方设门洞上方设门洞 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析各剪力墙间外荷载的分配各剪力墙间外荷载的分配主要是水平荷载主要是水平荷载假定楼板的平假定楼板的平面内刚度为无面内刚度为无穷大，各剪力穷大，各剪力墙承担的荷在墙承担的荷在载与其刚度成载与其刚度成正比正比五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析*作作为为整整截截面面悬悬臂臂构构件件，按按平平截截面面假假定定计计算算截截面面应应力力分分布布。同同样样用用材材料料力力学学的的方方法法求求位位移移，只只是是对对有有洞洞口口的的剪剪力力墙墙应应考考虑虑洞洞口口对对位位移移的的增增大影响。大影响。整截面剪力墙的内力和位
27、移计算整截面剪力墙的内力和位移计算不开洞或虽有洞口但孔洞面不开洞或虽有洞口但孔洞面积与墙面面积之比不大于积与墙面面积之比不大于0.160.16五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析整体小开口剪力墙的内力和位移计算整体小开口剪力墙的内力和位移计算孔洞面积虽超过墙面面孔洞面积虽超过墙面面积的积的16%16%，但总体来说洞口仍很小，但总体来说洞口仍很小接近于整截面剪力墙，墙肢洞口接近于整截面剪力墙，墙肢洞口高度方向没有反弯点出现；截面高度方向没有反弯点出现；截面受力后基本上保持为平面，正应受力后基本上保持为平面，正应力大体按直线分布，各墙肢中仅力大体按直线分布，各墙肢中仅有少量的局部弯矩有少量
28、的局部弯矩 只要作一些修正，就能利用材料力只要作一些修正，就能利用材料力学的有关公式来进行整体小开口剪学的有关公式来进行整体小开口剪力墙的内力和侧移计算力墙的内力和侧移计算 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析Ij、Aj组合形心yj墙肢整体小开口剪力墙的内力和位移计算整体小开口剪力墙的内力和位移计算孔洞面积虽超过墙面面孔洞面积虽超过墙面面积的积的16%16%，但总体来说洞口仍很小，但总体来说洞口仍很小墙肢弯矩墙肢弯矩外荷载在计算截面所产外荷载在计算截面所产生的弯矩生的弯矩整个剪力墙截面对组合整个剪力墙截面对组合形心的惯性矩形心的惯性矩第第j墙肢的截面惯性矩墙肢的截面惯性矩墙肢轴力墙肢轴
29、力第第j墙肢截面重心至墙肢截面重心至组合截面重心的距组合截面重心的距离离第第j墙肢的截面积墙肢的截面积五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析整体小开口剪力墙的内力和位移计算整体小开口剪力墙的内力和位移计算孔洞面积虽超过墙面面孔洞面积虽超过墙面面积的积的16%16%，但总体来说洞口仍很小，但总体来说洞口仍很小Ij、Aj组合组合形心形心yj墙肢墙肢墙肢剪力墙肢剪力外荷载在计算截面所产外荷载在计算截面所产生的总剪力生的总剪力五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析整体小开口剪力墙的内力和位移计算整体小开口剪力墙的内力和位移计算孔洞面积虽超过墙孔洞面积虽超过墙面面积的面面积的16%16%，但
30、总体来说洞口仍很小，但总体来说洞口仍很小Ij、Aj组合形心yj墙肢剪力墙的顶点位移剪力墙的顶点位移洞口削弱使墙体位移增洞口削弱使墙体位移增大而引入的增大系数大而引入的增大系数墙肢截面积之和墙肢截面积之和剪应力分布不均匀系数，剪应力分布不均匀系数，矩形截面矩形截面1.2，T形截面形截面1.5等效刚度等效刚度五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算开洞面积较大开洞面积较大截截面面的的正正应应力力已已不不成成直直线线分分布布；墙墙肢肢的的弯弯矩矩图图除除在在连连系系梁梁处处有有突突变变外外，个个别别地地方方还还出出现现了了反反弯弯点点，此此类类
31、剪剪力力墙墙称称为为联联肢肢剪剪力墙。力墙。当开有一排洞口时称为双肢剪力墙当开有一排洞口时称为双肢剪力墙（简称双肢墙）。开有多排洞口时（简称双肢墙）。开有多排洞口时称为多肢剪力墙（简称多肢墙）称为多肢剪力墙（简称多肢墙）五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算以双肢墙为例以双肢墙为例将仅在楼层标高处才有的有限连将仅在楼层标高处才有的有限连接点（连系梁和墙肢的连接点）接点（连系梁和墙肢的连接点）看成是在整个高度上连续分布的看成是在整个高度上连续分布的无限个连接点，并作如下假定：无限个连接点，并作如下假定：*忽忽略略连连系系梁梁的的轴轴向向变
32、变形形对对墙墙肢水平位移的影响肢水平位移的影响*各墙肢的变形曲线相似各墙肢的变形曲线相似 *各连系梁的反弯点位于该梁的跨度中各连系梁的反弯点位于该梁的跨度中央央 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算以双肢墙为例以双肢墙为例沿连梁的反弯点处切断沿连梁的反弯点处切断先研究切开处的相容关系先研究切开处的相容关系五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算切开处的相容关系切开处的相容关系切开处由于连系梁的弯曲与剪切切开处由于连系梁的弯曲与剪切变形使切口两边产生的相对位移变形使切口两边产生的相
33、对位移为：为：连系梁的分布剪连系梁的分布剪力力连系梁的截面惯连系梁的截面惯性矩性矩连系梁计算连系梁计算跨度的一半，跨度的一半，a=a0+d/4层高层高连系梁考虑剪切连系梁考虑剪切变形的截面惯性变形的截面惯性矩矩五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算切开处的相容关系切开处的相容关系外荷载作用下墙肢产生弯曲和剪切变形，外荷载作用下墙肢产生弯曲和剪切变形，由此引起的连系梁切口两边的相对位移由此引起的连系梁切口两边的相对位移 由于墙肢弯曲变由于墙肢弯曲变形产生的转角形产生的转角由于墙肢剪切变由于墙肢剪切变形产生的转角形产生的转角墙肢轴线距离的墙
34、肢轴线距离的一半一半五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算切开处的相容关系切开处的相容关系由于墙肢轴向变形在连系梁切口两边产由于墙肢轴向变形在连系梁切口两边产生的相对位移是生的相对位移是五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算切开处的相容关系切开处的相容关系(总位移为总位移为0)五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析联肢剪力墙的内力和位移计算联肢剪力墙的内力和位移计算对相容方程微分两次，并引入对相容方程微分两次，并引入 1、2和外荷载的关系，得出微分方程：和外荷载的关系，得出
35、微分方程：联肢墙的整体系数，反映了连系梁刚度联肢墙的整体系数，反映了连系梁刚度与墙肢刚度的比值，对双肢墙有与墙肢刚度的比值，对双肢墙有求解微分方程可求得求解微分方程可求得约束弯矩约束弯矩m(x)，从而，从而求得分布剪力求得分布剪力q(x)。于。于是，便可进行墙体的是，便可进行墙体的内力和位移计算分析内力和位移计算分析 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析*可将剪力墙视作带刚域的所谓壁式可将剪力墙视作带刚域的所谓壁式框架来进行计算框架来进行计算 大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算当当剪剪力力墙墙的的洞洞口口尺尺寸寸很很大大且且连连系系梁梁的的
36、线线刚刚度度接接近近墙墙肢肢的的线线刚刚度度时时，墙墙肢肢的的弯弯矩矩图图除除在在连连系系梁梁处处有有突突变变外外，几几乎乎所所有有的的连连系系梁梁之之间间的的墙墙肢肢都都有有反反弯弯点点出出现现,节节点点刚刚度度大大，连连梁梁剪剪切切变变形不容忽视。形不容忽视。五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算*壁式框架亦可采用壁式框架亦可采用D D值法进行内力和值法进行内力和位移计算，其原理和步骤同普通框架，位移计算，其原理和步骤同普通框架，只是由于刚域的存在以及剪切变形的只是由于刚域的存在以及剪切变形的影响，要对影
37、响，要对D D值和反弯点位置进行一些值和反弯点位置进行一些修正。修正。*求得修正后的求得修正后的D D值和反弯点的位置值和反弯点的位置即可采用第四章中类似的方法进行即可采用第四章中类似的方法进行结构分析结构分析五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算刚域长度刚域长度bca1a2db1db2dc1dc2c1c2hb若按上式计算出的刚域长若按上式计算出的刚域长度为负值时，则取为度为负值时，则取为0 0 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力
38、和位移计算柱的抗侧刚度柱的抗侧刚度albll=l-（a+b）llEI刚域应用虚功原理可以推出带刚域的杆单应用虚功原理可以推出带刚域的杆单元的线刚度为：元的线刚度为：五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算柱的抗侧刚度柱的抗侧刚度albll=l-（a+b）llEI刚域参照第四章推导得：参照第四章推导得：层高见教材表5-12五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析柱下端刚域长度与柱高柱下端刚域长度与柱高之比之比大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算大开口剪力墙（壁式框架）的内力和位移计算柱的抗侧刚柱的抗侧刚度
39、度hihihc=Eic/hiyhi第四章中定义一般框架的反弯点高度如下式：第四章中定义一般框架的反弯点高度如下式：上式作一修正得带上式作一修正得带刚域柱的反弯点高刚域柱的反弯点高度度无刚域部分柱长度与柱无刚域部分柱长度与柱总高度之比总高度之比五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析剪力墙分类的实用判别法剪力墙分类的实用判别法将将联联肢肢墙墙的的整整体体系系数数 扩扩展展到到多多肢肢墙则有：墙则有：轴向变形系数，轴向变形系数，34肢时取肢时取0.8，57肢时取为肢时取为0.85，8肢以上时取为肢以上时取为0.95孔洞列数孔洞列数 反映了连梁和反映了连梁和墙肢相对刚度的墙肢相对刚度的比值比值,
40、但单靠该指但单靠该指标还不能确定剪标还不能确定剪力墙的类型力墙的类型 几乎相同几乎相同,但剪但剪力墙的类型不同力墙的类型不同五、剪力墙结构的设计2.剪力墙结构的受力分析剪力墙分类的实用判别法剪力墙分类的实用判别法引入新的指标引入新的指标剪力墙对组合剪力墙对组合截面形心的惯截面形心的惯性矩性矩当当 1010，且，且I IA A/I/I时，为整体小开口剪力墙；时，为整体小开口剪力墙；当当 1010，且，且I IA A/I/I 时，为壁式框架；时，为壁式框架；当当1.01.0 1010，且，且I IA A/I/I时，为联肢墙。时，为联肢墙。见教材中表见教材中表5-13五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的
41、截面设计与构造要求剪力墙的配筋形式剪力墙的配筋形式五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求剪力墙墙肢的承载力剪力墙墙肢的承载力*剪剪力力墙墙墙墙肢肢的的正正截截面面承承载载力力分分别别按按偏偏心心受受压压或或偏偏心心受受拉拉构构件件进进行行计计算算。在在集集中中荷荷载载作作用用处处，尚尚应应进进行行局局部部受受压压承承载载力力计计算。算。*偏心受压时，剪力墙墙肢斜截面受剪承载力的设计公式为：偏心受压时，剪力墙墙肢斜截面受剪承载力的设计公式为：计算剪跨比，计算剪跨比，=M/Vh0，2.2取取2.2T形形I形截面腹板的面积形截面腹板的面积五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求
42、剪力墙墙肢的承载力剪力墙墙肢的承载力*偏心受拉时，剪力墙墙肢斜截面受剪承载力的设计公式为：偏心受拉时，剪力墙墙肢斜截面受剪承载力的设计公式为：*剪力墙受剪截面的尺寸应符合下列条件：剪力墙受剪截面的尺寸应符合下列条件：五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求联系梁的承载力联系梁的承载力*剪力墙洞口连系梁正截面可按受弯构件正截面承载力进行计算。剪力墙洞口连系梁正截面可按受弯构件正截面承载力进行计算。*当连系梁的跨高比大于当连系梁的跨高比大于2.52.5时，其斜截面受剪承载力的设计公式为：时，其斜截面受剪承载力的设计公式为：*连系梁的斜截面的尺寸应满足下列条件：连系梁的斜截面的尺寸应满足下
43、列条件：*对对跨跨高高比比不不大大于于2.5的的连连系系梁梁，其其斜斜截截面面的的控控制制条条件件和和承承载载力力的的计计算算方方法法及及构构造造要要求求应按专门标准采用。应按专门标准采用。五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求剪力墙的构造要求材料和截面尺寸*钢筋混凝土剪力墙的混凝土强度等级不宜低于C20*墙中的分布钢筋和箍筋一般采用HPB235级钢筋，其它钢筋可用HRB335钢筋*钢筋混凝土剪力墙的厚度不应小于140mm，同时不应小于楼层高度的1/25 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求剪力墙的构造要求墙肢纵向受力钢筋*钢筋混凝土剪力墙按正截面承载力计算集中配置于
44、墙水平截面两端的纵向受力钢筋，应位于由箍筋或水平分布钢筋和拉筋约束的边缘构件（暗柱）内。*当按正截面计算不需要配置纵向受力钢筋时，应在墙水平截面两端各设置不少于两根、直径不小于12mm的竖向构造钢筋 五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求分布钢筋*钢筋混凝土剪力墙的水平或竖向分布钢筋的配筋率sh和sv（sh、sv分别为竖向和水平分布钢筋的间距）不应小于0.2。重要部位的剪力墙，其水平和竖向分布钢筋的配筋率宜适当提高。剪力墙中温度、收缩应力较大的部位，水平分布钢筋的配筋率宜适当提高。*水平和竖向分布钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于300mm*承受垂直于墙面的荷载的墙（如地下室）
45、以及厚度大于160mm的重要部位的剪力墙应配置双排分布钢筋网。五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求分布钢筋五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求分布钢筋五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求剪力墙洞口处的处理五、剪力墙结构的设计2.剪力墙的截面设计与构造要求剪力墙联系梁的构造六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙的结构布置*框架-剪力墙结构应设计为双向抗侧力体系，主体结构不应采用铰接*需要抗震设防的框架-剪力墙结构，剪力墙宜双向布置*横向剪力墙宜均匀对称设置在建筑物的端部附近、楼电梯间、平面形状变化处及恒载较大的地方*横向剪力墙的间距宜满足教材表51
46、3的要求，当剪力墙之间楼面有较大的开洞时，剪力墙的间距应适当减小 六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙的结构布置*纵向剪力墙宜布置在单元的中间区段内，房屋纵向较长时，不宜集中在两端布置纵向剪力墙*纵横向剪力墙宜布置成L型，T型和口字形等*当剪力墙肢截面长度大于长度大于8m时，可用门窗洞口或施工洞形成联肢墙*剪力墙的布置不宜过分集中，每道剪力墙承受的水平力不宜超过总水平力40*剪力墙宜贯通建筑物全高，厚度随高度逐渐减薄，避免刚度突然变化六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙的结构布置*框架剪力墙结构中的楼面结构是框架和剪力墙能协同工作的基础，应优先采用现浇楼面*高度不超过50m的框
47、架剪力墙结构若采用装配式楼面，6、7度抗震设防时，宜每层设现浇面层；8、9度设防时，应每层设现浇面层。面层的厚度不小于40mm，混凝土强度不低于C20，且双向配置46、200mm300mm的钢筋网。预制板缝应配筋并密实灌浆 六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙结构的内力分析要点基本假定*楼盖在其自身平面内的抗弯刚度为无限大*房屋在水平荷载作用下不发生扭转 六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙结构的内力分析要点内力分析六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙结构的内力分析要点内力分析六、框架-剪力墙结构设计要点1.框架-剪力墙结构的内力分析要点框架与剪力墙的协调变形弯剪型七、
48、筒体结构设计要点1.筒体结构的布置*框架筒体结构的布置类似于框架剪力墙结构*筒中筒结构宜采用对称平面，优先采用圆形、正方形平面*采用矩形平面的长宽比不宜大于2，当矩形平面长宽比大于2时，宜在平面内另设剪力墙或柱距较小的框架将筒体划分为若干个筒，各筒之间的刚度不宜相差太大*筒中筒结构的高宽比宜大于3，高度不宜低于60m 七、筒体结构设计要点1.筒体结构的布置*剪力墙内筒的边长宜为外筒边长的1/3，如有另外的角筒和剪力墙时，内筒平面尺寸还可以适当减小*内筒宜贯穿建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化*外筒柱距不宜大于层高，宜小于3m。外墙面洞口面积不宜大于墙面面积的50*外柱宜采用矩形或T型截面，外筒密柱
49、到底层部分可通过转换梁、转换桁架、转换拱等扩大柱距，但柱总截面面积不宜减少，需要抗震设防时应采取措施保证底层柱的延性要求*内筒和外筒之间的距离，非抗震设计时，不宜大于12m；抗震设计时，不宜大于10m 七、筒体结构设计要点2.筒体结构的内力分析要点*筒体结构内力分析计算一般是借助于电子计算机来完成的*计算方法有多种，如将筒体看成一空间杆件体系而采用的矩阵位移法、将筒体展开为平面框架来近似计算的展开平面框架法、将开洞筒体等效连续化后而采用的平面有限元、有限条法等等*亦可采用简化的计算方法，解题思路是按平面内抗侧刚度相同的原则将开洞筒体或空腹筒体等效成一个由正交异性弹性板组成的无孔筒体，再用弹性力
50、学的方法求解水平荷载作用下无孔筒体的内力和位移 八、高层建筑的位移控制位移控制的目的*保证主要结构的安全，不因位移过大而发生结构的开裂、破坏、失稳和倾覆*尽量减少或防止非结构构件和室内装修的破坏，降低地震后的维修费用*使在建筑物内生活和工作的人们不致因位移过大而感到不舒适 八、高层建筑的位移控制位移控制的方法*正常使用条件下结构的水平位移一般按弹性方法计算。计算时，荷载和地震分项系数均取为1.0*按弹性方法计算的楼层层间位移与层高之比u/hi不宜超过教材表514的限值*结构顶点位移与总高度之比u/H不宜超过教材表515的限值*在地震区的一些结构，为了保证大震不倒，还需要进行大震下的弹塑性位移计