第5章高層建筑結(jié)構(gòu)5.1高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置原則5.3剪力墻結(jié)構(gòu)分析5.4框架—剪力墻結(jié)構(gòu)分析5.6剪力墻截面設(shè)計(jì)5.2單榀剪力墻的受力性能5.5框架—支撐結(jié)構(gòu)分析簡介結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件設(shè)計(jì)1高層建筑的定義10層及10層以上，或房屋高度超過28米的住宅結(jié)構(gòu)和房屋高度大于24米的其他民用建筑結(jié)構(gòu)——超高層——高層房屋高度H：室外地面至房屋主要屋面的高度，不包括突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度。2受力特點(diǎn)：多層—豎向荷載起主要作用高層—水平荷載起主要作用HW3H內(nèi)力或位移

高層建筑應(yīng)具有足夠的延性，具有抵抗地震作用和風(fēng)荷載的足夠的變形能力，不致倒塌。4高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系5.1高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置原則5.1.1高層結(jié)構(gòu)體系框架剪力墻一、高層結(jié)構(gòu)的基本受力單元墻與柱的幾何形狀差異在于墻的截面高度比厚度大得多(h/t≥8)；以承受豎向荷載為主的墻稱為承重墻，以承受水平荷載為主的墻稱為剪力墻。豎向桁架5落地剪力墻（一直延伸至基礎(chǔ)）框支剪力墻（底部支承在框架上）剪力墻的種類剪力墻的截面形式：筒體由若干片墻組成，平面呈環(huán)狀。核心筒（實(shí)腹筒）框筒（由密集立柱和高跨比很大的裙梁組成）桁架筒（由稀柱、淺梁和支撐斜桿組成）7高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系高層結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)體系單一結(jié)構(gòu)體系框架結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)體系平面復(fù)合結(jié)構(gòu)體系框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架——筒體結(jié)構(gòu)體系框架——支撐結(jié)構(gòu)體系豎向復(fù)合結(jié)構(gòu)體系底部框架、上部剪力墻結(jié)構(gòu)體系底部框架、上部筒體結(jié)構(gòu)體系8高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系二、框架結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點(diǎn)：布置靈活；缺點(diǎn)：側(cè)向剛度較小。北京長富宮中心：26層，90.85m，三層以下型鋼混凝土框架，三層以上鋼框架，89年建成。4000800080008000800080004000400058004000580062009高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系北京長城飯店:22層，地下一層，高83.85m，83年建成，是中國國內(nèi)最高的混凝土框架結(jié)構(gòu)，也是大陸第一個玻璃幕墻建筑。高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系巨型框架結(jié)構(gòu)為提高側(cè)向剛度，將柱做成箱形截面（小筒體）或格構(gòu)柱；每隔若干層設(shè)置巨型梁或桁架，形成主框架；其余層設(shè)置次框架。主框架次框架格構(gòu)柱桁架次框架柱11三、剪力墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點(diǎn)：側(cè)向剛度大缺點(diǎn)：布置受限制360040008000800066003000360030006600800080004000360070000785078502300廣州白云賓館：33層，112.45米，剪力墻結(jié)構(gòu)，1976年建成，國內(nèi)首棟百米高層。12北京國際飯店：1987年建成，27層，底層層高5m，標(biāo)準(zhǔn)值層層高2.9m，總高度104m，剪力墻厚度為200~600mm。13高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系四、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系9×4000=36000750075002000北京民族飯店：

59年建成，12層框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)布置靈活、剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的優(yōu)點(diǎn)。14五、框架——支撐結(jié)構(gòu)體系在部分框架柱之間設(shè)置豎向支撐，增加側(cè)向剛度。六、筒體結(jié)構(gòu)體系框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、成束筒結(jié)構(gòu)、核心筒結(jié)構(gòu)?？蛲步Y(jié)構(gòu)中間設(shè)一些僅承受豎向荷載的柱，水平荷載全部由外側(cè)的框筒承擔(dān)15筒中筒結(jié)構(gòu)由外側(cè)的框筒和內(nèi)部的核心筒組成。5.13.437.04.04.04.04.04.03.45.122.835.15.33.33.35.33.93.93.93.93.916.8廣東國際大廈：

1990年建成，63層，總高200.18米。外筒平面尺寸35.1m×37m，由24根中柱和4根異形角柱組成；內(nèi)筒為16.8m×22.8m的矩形平面，壁厚300~700mm。16成束筒結(jié)構(gòu)由若干個框筒并列而成。1~50層51~66層67~90層91層以上美國西爾斯大廈：110層，443米，束筒鋼結(jié)構(gòu)，1974年建成。安裝了102部高速電梯。228502285022850228502285022850H形鋼柱17七、框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系南京金陵飯店：37層，108米，框架-筒體結(jié)構(gòu)，1983年建成。發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)布置靈活、筒體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大的優(yōu)點(diǎn)。18八、核心筒結(jié)構(gòu)體系所有荷載通過核心筒伸出的大梁或桁架，傳遞給核心筒。195.1.2高層結(jié)構(gòu)的規(guī)則性一、平面規(guī)則性建筑的平面長度、局部突出部分尺寸不宜超過下表限值（混凝土結(jié)構(gòu)）；下列情況屬平面不規(guī)則：設(shè)防烈度L/Bl/Bmaxl/b6、7度≤6.0≤0.35≤2.08、9度≤5.0≤0.30≤1.5L、l的限值不規(guī)則類型定義凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或較大的樓層錯層205.1.2高層結(jié)構(gòu)的規(guī)則性二、豎向規(guī)則性下列情況屬豎向不規(guī)則：不規(guī)則類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%；除頂層或出屋面的小建筑外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁、桁架等）向下傳遞樓層承載力突變樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%21高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系5.1.2規(guī)則性一、平面布置5.1.3布置原則5.1.3高層結(jié)構(gòu)布置原則平面宜簡單、規(guī)則、對稱；選擇風(fēng)荷載效應(yīng)較小的平面形狀；盡量不使用平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置；各層的抗側(cè)剛度中心應(yīng)基本與水平荷載合力中心重合，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。保證樓蓋具有足夠的剛度?？蚣芙Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)采用雙向剛接方案，梁、柱中心線宜重合；在抗震設(shè)防區(qū)，應(yīng)盡量使兩個方向的抗側(cè)剛度大致相同22框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系中的核心筒寬度不宜小于筒體總高度的1/12；剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的剪力墻應(yīng)雙向或多向布置，并對直拉通；獨(dú)立墻段的總高度與寬度之比不應(yīng)小于2。23二、豎向布置規(guī)則、均勻，避免過大的外挑和內(nèi)收；側(cè)向剛度宜下大上小，沿高度逐漸變化，沒有突變；各層的抗側(cè)剛度中心應(yīng)接近在同一豎直線上；盡量不使用豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用豎向嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)；建筑的總高度不宜超過附表E.的限值。三、變形縫設(shè)置高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系5.1.2規(guī)則性5.1.3布置原則房屋長度超過限值而無其它措施時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫；25三、變形縫設(shè)置5.1體系與布置5.1.1結(jié)構(gòu)體系5.1.2規(guī)則性5.1.3布置原則在下列情況下，一般應(yīng)考慮設(shè)置沉降縫：①在建筑高度差異或荷載差異較大處；②地基土的壓縮性有顯著差異處；③上部結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系不同，其相鄰交接處；④基底標(biāo)高相差過大，基礎(chǔ)類型或基礎(chǔ)處理不一致處。采用措施后，主樓與裙房之間可以不設(shè)沉降縫。2627當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)設(shè)置防震縫；防震縫沿房屋全高設(shè)置，地下室和基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫；防震縫的寬度應(yīng)滿足附表A.2的要求；抗震設(shè)防區(qū)的伸縮縫和沉降縫寬度均應(yīng)滿足防震縫的寬度要求。293031325.1.4剪力墻厚度要求非抗震，混凝土剪力墻的厚度不應(yīng)小于140mm；剪力墻結(jié)構(gòu)，墻的厚度尚不宜小于樓層高度或無支承長度的1/25；框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，墻的厚度尚不宜小于樓層高度或無支承長度的1/20；當(dāng)采用預(yù)制樓板，剪力墻厚度尚應(yīng)滿足樓板的擱置長度要求。325.2單榀剪力墻的受力性能5.2.1無洞口剪力墻的受力性能BHxzq(a)計(jì)算簡圖側(cè)移由兩部分組成：彎曲變形引起的側(cè)移和剪切變形引起的側(cè)移。從墻底向上，側(cè)移的增量越來越大。這類側(cè)移曲線稱為“彎曲型”從墻底向上，側(cè)移的增量越來越小。這類側(cè)移曲線稱為“剪切型”。qH4/(8EI)11ΔujΔuj+1(b)um(c)uvΔuj+1μqH2/(2GA)11Δuj33總側(cè)移曲線：對于一般桿件，H/B在10左右，剪切變形在總側(cè)移所占比例非常??；H/B為４時(shí)，這一比例5％；H/B為１時(shí)，這一比例接近50％。34FFFFFFaHhB(a)計(jì)算簡圖h5.2.2有洞口剪力墻的受力性能墻肢連梁(b)外彎矩MP分布Fh3Fh6Fh10Fh15Fh21Fh外力矩由兩部分來抵抗：墻肢單獨(dú)承擔(dān)的彎矩Mj1、Mj2墻肢軸力合成的力矩Nj1×a內(nèi)力局部彎矩整體彎矩(c)截面內(nèi)力Nj1Nj2Vj2Vj1Mj1Mj2aFFF35(c)截面內(nèi)力Nj1Nj2VbkVj2Vj1Mj1Mj2aFFF連梁剪力越大，墻肢軸力越大；由墻肢軸力合成的整體彎矩越大，而墻肢局部彎矩越小。(d)墻肢正應(yīng)力墻肢截面的正應(yīng)力相應(yīng)地可以分成兩部分：軸力引起的均勻應(yīng)力和彎矩引起的線性分布應(yīng)力(e)墻肢彎矩分布墻肢剪力在層高范圍內(nèi)不變，因而墻肢彎矩在層高范圍內(nèi)線性變化；由于連梁梁端存在彎矩，墻肢彎矩在連梁位置處有突變，呈鋸齒狀。突變程度取決于連梁剪力大小。36(d)墻肢彎矩分布FFFFFF(b)計(jì)算簡圖FFFFFFxnxjx1(c)基本結(jié)構(gòu)(a)連梁剛度很小的墻

如連梁的剛度很小，以至連梁對墻肢的轉(zhuǎn)動約束可以忽略不計(jì)，則連梁可以簡化為兩端鉸接的連桿；剪力墻受力如同兩個獨(dú)立的豎向懸臂構(gòu)件，可用材料力學(xué)方法計(jì)算。375.2.3剪力墻分類判別及分析模型的選擇高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.2.1無洞剪力墻5.2剪力墻性能5.2.2有洞剪力墻5.2.3分類與模型選擇一、剪力墻類別(a)獨(dú)立墻肢洞口較寬較高時(shí)，連梁線剛度很小或各墻肢間僅采用樓板連接時(shí)，連梁對墻肢的轉(zhuǎn)動約束作用可以忽略；剪力墻的受力性能如同各個墻肢單獨(dú)受力。385.2.3剪力墻分類判別及分析模型的選擇一、剪力墻類別(c)整體小開口剪力墻(a)獨(dú)立墻肢洞口尺寸很小，剪力墻的受力性能基本相當(dāng)于一個整體的豎向懸臂構(gòu)件，墻肢截面正應(yīng)力基本呈線性分布，稱為整體小開口剪力墻。高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.2.1無洞剪力墻5.2剪力墻性能5.2.2有洞剪力墻5.2.3分類與模型選擇395.2.3剪力墻分類判別及分析模型的選擇一、剪力墻類別(c)整體小開口剪力墻(a)獨(dú)立墻肢(b)整截面剪力墻如果墻肢彎矩可以完全忽略，墻肢截面正應(yīng)力完全呈線性分布，稱為整截面剪力墻。高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.2.1無洞剪力墻5.2剪力墻性能5.2.2有洞剪力墻5.2.3分類與模型選擇40(c)整體小開口剪力墻(d)聯(lián)肢剪力墻(e)壁式框架(a)獨(dú)立墻肢(b)整截面剪力墻如果洞口尺寸很大、而墻肢截面高度很小，大部分樓層將出現(xiàn)反彎點(diǎn)，剪力墻受力性能如同框架；但連梁和墻肢的截面尺寸遠(yuǎn)大于一般框架梁、柱，稱為壁式框架。其余情況的剪力墻稱為聯(lián)肢剪力墻；當(dāng)僅有兩個墻肢時(shí)又稱為雙肢剪力墻。41壁式框架墻肢彎矩和變形圖425.3剪力墻結(jié)構(gòu)分析5.3.1單榀剪力墻受到的水平荷載一、空間問題的簡化bf=b01bf=b02S01S02S03bfbfhfb(1)樓蓋在其平面內(nèi)的剛度為無限大；(2)各榀剪力墻主要在其平面內(nèi)發(fā)揮作用?；炯俣ǎ焊鶕?jù)假定(1)，任一樓面標(biāo)高處，各榀剪力墻的側(cè)向水平位移可由樓蓋的剛體運(yùn)動條件唯一確定；根據(jù)假定(2)，對于正交的剪力墻結(jié)構(gòu)，在橫向水平分力作用下，可只考慮橫向剪力墻的作用；在縱向水平分力作用下，可只考慮縱向剪力墻的作用。43二、水平荷載在各榀剪力墻之間的分配

一般情況下，樓蓋在側(cè)向水平荷載作用下將發(fā)生自身平面內(nèi)的移動和轉(zhuǎn)動。但如果水平力通過某一中心點(diǎn)，則樓蓋僅發(fā)生移動而無轉(zhuǎn)動，這一中心位置稱為抗側(cè)剛度中心（C點(diǎn)）。高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.3.1荷載分配5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析xyocDxjDyirxiryj44一、整體小開口剪力墻的材料力學(xué)方法111—1高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.3.1荷載分配5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.3.2內(nèi)力側(cè)移計(jì)算5.3.2單榀剪力墻內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算方法截面的應(yīng)力分布451—1整體彎曲應(yīng)力局部彎曲應(yīng)力實(shí)際應(yīng)力分布高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.3.1荷載分配5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.3.2內(nèi)力側(cè)移計(jì)算整體彎曲墻肢均勻應(yīng)力整體彎曲墻肢彎曲應(yīng)力構(gòu)成墻肢軸力構(gòu)成墻肢彎矩46剛域的影響用剛度無限大的剛臂反映。二、壁式框架高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.3.1荷載分配5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.3.2內(nèi)力側(cè)移計(jì)算與普通框架相比，壁式框架的截面尺寸較大，剪切變形的影響不應(yīng)忽略；節(jié)點(diǎn)部位存在剛性區(qū)域。475.4.1框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的簡化分析模型一、基本假定5.4框架—剪力墻結(jié)構(gòu)分析縱向連梁縱向連梁橫向連梁橫向連梁橫向連梁樓蓋結(jié)構(gòu)在其平面內(nèi)的剛度為無限大，平面外剛度可忽略不計(jì)；水平荷載的合力通過結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度中心；框架與剪力墻的剛度特征值沿結(jié)構(gòu)高度為常量。48二、平面計(jì)算模型綜合剪力墻綜合框架連梁框架—剪力墻結(jié)構(gòu)剛接體系

由于水平荷載通過結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度中心，樓蓋僅發(fā)生沿荷載作用方向的平移，荷載方向每榀框架和每榀剪力墻在樓蓋處具有相同的側(cè)移，所承擔(dān)的剪力與其抗側(cè)剛度成正比，而與框架和剪力墻所處的平面位置無關(guān)。

于是可把所有框架等效成綜合框架，把所有剪力墻等效成綜合剪力墻；并將綜合框架和綜合剪力墻放在同一平面內(nèi)分析。綜合剪力墻綜合框架連桿框架—剪力墻結(jié)構(gòu)鉸接體系49高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.4.1分析模型5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析三、剛度特征的計(jì)算綜合剪力墻的抗彎剛度等于各榀剪力墻等效抗彎剛度之和：50高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.4.1分析模型5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析計(jì)算模型綜合剪力墻計(jì)算簡圖ppfppfmb綜合框架計(jì)算簡圖將綜合連梁沿高度連續(xù)化，其作用分別用軸向分布力pf和約束彎矩mb代替。515.4.2框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能一、結(jié)構(gòu)的側(cè)移特性高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.4.1分析模型5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析5.4.2協(xié)同工作性能框架：自底向上層間位移越來越??；剪力墻：自底向上層間位移越來越大；框-剪：自底向上層間位移先越來越大、后越來越小52框架：側(cè)移曲線呈“剪切型”剪力墻：側(cè)移曲線呈“彎曲型”框-剪：側(cè)移曲線呈“彎剪型”，下部呈“彎曲型”、上部呈“剪切型”53高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.4.1分析模型5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析5.4.2協(xié)同工作性能二、荷載分配沿結(jié)構(gòu)高度，綜合剪力墻與綜合框架并不按固定的比例分配外荷載p在結(jié)構(gòu)上部，pw、pf

與p的方向相同；在結(jié)構(gòu)下部，pw與pf

的方向相反，pw大于p；在結(jié)構(gòu)頂面，綜合剪力墻與綜合框架之間存在大小相等、方向相反的集中力（因而頂層連梁必須加強(qiáng)）545.5.1支撐的種類5.5框架—支撐結(jié)構(gòu)分析簡介一、中心支撐十字交叉桿單斜桿K形斜桿人字形斜桿V形斜桿具有較大的側(cè)向剛度；但反復(fù)荷載作用下對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的沖擊力55高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.5.1支撐種類5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析5.5框架－支撐分析二、偏心支撐(a)單斜桿式(b)V字形(c)門架式(d)人字形eeee利用耗能段的塑性變形耗能以保證支撐斜桿不屈服或屈服在后56高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.5.1支撐種類5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析5.5框架－支撐分析5.5.2桁架受力性能5.5.2單榀豎向桁架的受力性能一、內(nèi)力分布特性B=h1111hhhhH0136-6-10-1-3-1-2-3-441010(a)桿件內(nèi)力(b)剪力分布(c)彎矩分布12341h3h6h10h橫桿（橫梁）起傳遞水平力作用，其值與支撐類型有關(guān)，對于單斜桿與樓層剪力成正比斜桿：承受水平剪力，其值與樓層剪力成正比；起著使弦桿協(xié)同工作的作用弦桿承擔(dān)力矩，其值與樓層傾覆力矩成正比57二、側(cè)移曲線特性B=hhhhhHHq高層結(jié)構(gòu)5.1體系與布置5.5.1支撐種類5.2剪力墻性能5.3剪力墻分析5.4框架－剪力墻分析5.5框架－支撐分析5.5.2桁架受力性能由弦桿軸向變形引起的側(cè)移呈彎曲型；由腹桿軸向變形引起的側(cè)移呈剪切型。58假定B=h，則H/B=層數(shù)n；取Ac=Ah=Ad。

當(dāng)層數(shù)達(dá)到８時(shí)，弦桿軸向變形在支撐桁架的側(cè)移中占到90％；側(cè)移曲線呈彎曲型。59

墻肢按偏心受力構(gòu)件進(jìn)行正截面和斜截面計(jì)算；由于樓蓋的作用，連梁內(nèi)的軸力可忽略不計(jì)，按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。

剪力墻在豎向荷載和水平荷載作用下，墻肢和連梁