高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

講義

單位：隴東學(xué)院土木工程系

班級：09專升本、07土木本

教師：李平

第一章高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置

本章重點：①高層結(jié)構(gòu)體系的受力特點；

②高層結(jié)構(gòu)體系的種類及應(yīng)用范圍;

③高層結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則。

計劃學(xué)時：5學(xué)時

§1-1概述

世界最高十大建筑表1-1

排名建筑名稱城市建成年份層數(shù)高度結(jié)構(gòu)材料

1石油大組吉隆坡199688451.9組合

2西爾斯大廈芝加哥1974110443鋼

3金茂大廈上海199888420.5組合

4世界貿(mào)易口紐約1972110417鋼

5帝國大膽紐約1931102381鋼

6中環(huán)大廈香港199278374混凝土

7中銀大廈香港198970369組合

8T&C大廈高雄199785348鋼

9艾莫科大度芝加哥197380346鋼

10漢考克大廈芝加哥1969100344鋼

我國內(nèi)地最高十大建筑表1-2

排名建筑名稱城市建成年份層數(shù)高度（m）結(jié)構(gòu)材料

1金茂大廈上海199888420.5組合

2地王大漢深圳199681325組合

3中天（中信）廣場廣州199780322混凝土

4塞格廣場深圳199872292組合

5中銀大廈青島199658246混凝土

6明天大厘上海199860238混凝土

7上海交銀金融大展北樓上海199855230混凝土

8武漢世界貿(mào)易大廈武漢199858229混凝土

9浦東國際金融大原上海199856226組合

10彭年廣場深圳199858222混凝土

一、高層建筑的界定

結(jié)構(gòu)意義上認(rèn)為：水平荷載其主要作用就可以是高層建筑的范疇了。

高層建筑有什么特點？或者說什么樣的建筑算作高層建筑？對于這一問題,

世界各國有不同的劃分標(biāo)桂，或者說不同的國家有不同的規(guī)定。1972年召開的國際高層建筑

會議制訂了如下的劃分標(biāo)準(zhǔn)：

①多層建筑W8層

（第一類9~16層高度W50m

②高層建筑\第二類17~25層高度W75m

I第三類25~40層高度W100m

③超高層建筑>40層高度>100m

我國《民用建筑設(shè)計通則》則規(guī)定，10層及10層以上的住宅建筑以及高度超過24m的

公共建筑和綜合性建筑為高層建筑，而高度超過100m時，不論是住宅建筑還是公共建筑,

一律稱為超高層建筑?？诒緞t將5層到15層的建筑稱為高層建筑，超過15層的建筑均為超

高層建筑。

事實上，究竟什么樣的建筑算作高層建筑，應(yīng)該視建筑的結(jié)構(gòu)體系受力特點而定。結(jié)構(gòu)意義

上認(rèn)為：水平荷載其主要作用就可以是高層建筑的范疇了。

二、高層建筑的特點

一般而論，高層建筑具有占地面積少、建筑面積大、造型特殊、集中化程度高的特點。節(jié)省

土地的投資，而且有較好的日照、采光和通風(fēng)效果。但是，隨著建筑高度的增加，建筑的防

火、防災(zāi)、熱島效應(yīng)等」成為人們急待解決的難題。

從受力角度來看，隨著高層建筑高度的增加，水平荷載（風(fēng)載及地震作用）對結(jié)構(gòu)起的作用

將越來越大。除了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力將明顯加大外，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移增加更快。圖1-1是結(jié)構(gòu)內(nèi)力

（N,M）、位移（△）與高度的關(guān)系，其中彎矩和位移均成指數(shù)曲線上升。由此可見，高層

建筑不僅需要較大的承載能力，而且需要較大的剛度，從而使水平荷載產(chǎn)生的側(cè)向變形限制

在一定的范圍內(nèi)，滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

三、高層建筑的結(jié)構(gòu)材料

1、現(xiàn)代高層建筑所采用的材料，主要是鋼材和混凝土兩種。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

3、鋼一混凝土組合結(jié)柢

四、高層建筑的發(fā)展簡介

§1-2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

所謂高層建筑的結(jié)構(gòu)體系，是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu);牛類型和組成方式。在高層建筑中,

隨高度增加，抵抗水平力作用下的側(cè)向變形是主要問題。因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

和布置，就成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。高層建筑的基本抗側(cè)力單元有框架、剪力墻、實

腹筒、框筒等，由此組成的結(jié)構(gòu)體系有以下幾種。

1

一、框架結(jié)構(gòu)體系

框架是由梁和柱剛結(jié)而成的平面結(jié)構(gòu)體系。如果整幢結(jié)構(gòu)都由框架作為抗側(cè)

向力單元，就稱為框架結(jié)構(gòu)體系。

其優(yōu)點是：①建筑平面布置靈活，分隔方便；

②整體性、抗震性能好，設(shè)計合理時結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力：

③外墻采用輕質(zhì)填充材料時，結(jié)構(gòu)自重小。

其缺點是：側(cè)向剛度小，抵抗側(cè)向變形能力差.正是這一點，限制了框架結(jié)構(gòu)的建造高

度。

其典型布置如圖所示。

二、剪力墻結(jié)構(gòu)體系

一般是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，用實心的鋼筋混凝土墻片作為抗側(cè)力單元，同

時由墻片承擔(dān)豎向荷載。

其優(yōu)點是：①整體性好、剛度大，抵抗側(cè)向變形能刀強；

②抗震性能較好，設(shè)計合理時結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力。因而剪力墻結(jié)

構(gòu)適宜的建造高度比框架結(jié)構(gòu)要高。

其缺點是：受樓板跨度的限制（一般為3?8m）,剪力墻間距不能太大，建筑平面布置

不夠靈活。

其典型布置如圖所示。

特殊情況下，為了在建筑底部做成較大空間，有時將剪力堵底部做成為框架

柱，形成框支剪力墻。

但是這種墻體_￡、下剛度形成突變，對抗震極為不利。故在地震區(qū)不允許采用框支剪力

墻結(jié)構(gòu)體系?？梢圆捎貌考袅Ψ致涞?、部分剪刀墻框支的結(jié)構(gòu)體系，并且在構(gòu)造上：

①落地墻布置在兩端或中部，縱、橫向連接圍成筒體；

②落地增間距不能過大；

③落地剪力墻的厚度和混凝土的等級要適當(dāng)提高，使整體結(jié)構(gòu)上、下剛度相

近；

④應(yīng)加強過渡層樓板的整體性和剛度。

二、框架一剪力墻（框架一筒體）結(jié)構(gòu)體系

將框架、剪力墻兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起使用，或者將剪力墻圍成封閉的

筒體，再與框架結(jié)合起來使用，就形成了框架一剪刀墻（框架一筒體）結(jié)構(gòu)體系。這種

結(jié)構(gòu)形式具備了純框架結(jié)構(gòu)和純剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，同時克服了純框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度小

和純剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置不夠靈活的缺點。

其典型布置如圖所示。

在框架一剪力墻（框架一筒體）結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻的布置應(yīng)注意以下幾點：

2

①剪力墻以對稱布置為好，可減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)。這一點在地震區(qū)尤為重要；

②剪力墻應(yīng)上下貫通，使結(jié)構(gòu)剛度連續(xù)而且變化均勻；

③剪力墻宣布置成筒體，建筑層數(shù)較少時，也應(yīng)將剪力墻布置成T型、L型、I型等。便于

剪刀墻更好地發(fā)揮作用；

④剪力墻應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)的外圍，可以加強結(jié)構(gòu)的抗扭作用。但是考慮溫度應(yīng)力的影響和樓板

平面內(nèi)的變形，剪力墻的間距不應(yīng)過大。剪力墻間距應(yīng)符合表1-3的

要求。

四、筒中筒結(jié)構(gòu)體系

筒中筒結(jié)構(gòu)體系是由內(nèi)筒和外筒兩個簡體組成的結(jié)構(gòu)體系。內(nèi)簡通常是由剪力墻圍成的

實腹筒，而外筒?般采用框筒或桁架筒。其中框筒是指臼密柱深梁框架圍成的筒體，桁架筒

則是筒體的四壁采用桁架做成。與框筒相比，桁架筒具有更大的抗側(cè)移剛度。

筒體最主要的特點是它的空間受力性能。無論那一種筒體，在水平力的作用下都可以看

成是固定于基礎(chǔ)上的懸臂結(jié)構(gòu)，比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)移剛度和承載能力，因而適

宜建造高度更高的超高層建筑。同時，由于簡體的對稱性，筒體結(jié)構(gòu)具有很好的抗扭剛度。

五、多筒體系一成束筒和巨型框架

當(dāng)采用多個筒體共同抵抗側(cè)向力時，就成為多筒體系。有以下兩種形式：

⑴成束筒：兩個以上的簡體排列在一起成束狀，成為成束筒。成束筒的抗側(cè)移剛度比筒中

筒結(jié)構(gòu)還要高，適宜的建造高度也更高。

⑵巨型框架：利用筒體作為柱子，在各筒體之間每隔數(shù)層用巨型大梁相連，由筒體和巨型

梁形成巨型框架。雖然仍是框架形式，由于梁和柱子的斷面尺寸很大，巨型框架的抗仙移剛

度比一般框架要大的多，囚而適宜建造的建筑物高度比框架結(jié)構(gòu)要大的多。

由此可見，不同的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式不同，抗側(cè)移剛度差別也較大，適宜的建筑物高度

也不相同。表1-4是我國《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》給出的不同結(jié)構(gòu)體系適宜

的建筑物最大高度。

建筑物最大高度（m）表1-4

抗震設(shè)計

結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計

6度7度8度9度

框架6060554525

框架-剪力)50

部分框支12012010380/

剪力墻

無框支14014012910060

筒中筒及成束筒18018015012070

§1-3結(jié)構(gòu)總體布置原則

3

問題：為什么要控制結(jié)構(gòu)的高寬比？？

一、控制結(jié)構(gòu)的高寬比H/B

在高層建筑的設(shè)計中，控制側(cè)向位移是結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題。隨著高寬比的增大，結(jié)構(gòu)的側(cè)

向變形能力也相對越強，傾覆力矩也越大。因此，建造寬度很小的高層建筑是不合適的，應(yīng)

對建筑物的高寬比加以限制，見表1?5所示。

高寬比限值（H/B）表1-5

抗震設(shè)計

結(jié)構(gòu)類型非抗震設(shè)計6.7度

8度9度

框架5542

框架一剪力墻5543

剪力墻6654

筒中筒、成束筒6654

表1-5是《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》的規(guī)定，是根據(jù)經(jīng)驗得到的，可供初

步設(shè)計時參考如果體系合理、布置恰當(dāng)，經(jīng)過驗算結(jié)構(gòu)側(cè)向位移、自振周期、地震反應(yīng)和

風(fēng)振卜的動力效應(yīng)在理想的范圍內(nèi)，則H/B值可以適當(dāng)放寬。

二、結(jié)構(gòu)的平面形狀

建筑物的平面形狀一般可以分為以下兩類：

1、板式

板式是指建筑物寬度較小、長度較大的平面形狀.在板式結(jié)構(gòu)中，因為寬度

較小，平面短邊方向抗側(cè)移剛度較弱。當(dāng)長度較大時，在地震或風(fēng)荷載作用F,結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生

扭轉(zhuǎn)、樓板平面翹曲等現(xiàn)象。因此，應(yīng)對板式結(jié)構(gòu)的長寬比L/B加以限制，一般情況下L/B

不宜超過4；當(dāng)抗震設(shè)防烈度等于或大于8時，限制應(yīng)更加嚴(yán)格。同時，板式結(jié)構(gòu)的高寬比

也需控制的更嚴(yán)格一些。

2.塔式

塔式是指建筑物的長度和寬度相近的平面形狀。塔式平面形狀不局限于方形或圓形，可

以是多邊形、長寬相近的矩形、Y形、井字形、三角形等。在塔式結(jié)構(gòu)中，兩個方向抗側(cè)移

剛度相近。尤其是平面形狀對稱時，扭轉(zhuǎn)相對要小的多。在高層建筑、尤其是超高層建筑中,

多采用塔式平面形狀。

無論采用那一種平面形狀，都應(yīng)遵循平面規(guī)則、對稱、簡單的原則，盡量減少因平面形

狀不規(guī)則而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的可能性。

三、對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置形式

大量地震震害調(diào)查說明，建筑物平面布置不合理、剛度不均勻，高低錯層連接、屋頂局

部突;II、高度方向剛度突變等，都容易造成震害。在抗宸設(shè)計中，必須遵循以下兩點使結(jié)構(gòu)

4

形式對抗震有利。

1.選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)平面

平面形狀復(fù)雜、不規(guī)則、不對稱的結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大，而且在地震作用的影響下,

結(jié)構(gòu)要出現(xiàn)明顯的扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中，這對抗震是非常不利的。另外，各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的皿度在

平面內(nèi)的布置也必須做到均勻，盡可能對稱。避免剛度中心和水平力作用點出現(xiàn)過大偏心

距。故平面布置簡單、規(guī)則、對稱是應(yīng)遵循的原則。

2.選擇有利于抗震的豎向布置

結(jié)構(gòu)豎向布置的原則是剛度均勻連續(xù)，避免剛度突變。在結(jié)構(gòu)豎向剛度有變化時要做到

由上到下剛度逐漸變化，盡量避免在結(jié)構(gòu)的某個部位出現(xiàn)薄弱層。對結(jié)構(gòu)頂部的局部突起的

“鞭梢效應(yīng)”，應(yīng)有足夠的重視。震害分析表明，這些部位往往是震害最嚴(yán)重的地方。

四、有關(guān)縫的設(shè)置

在一般房屋結(jié)構(gòu)的總體布置中，考慮到沉降、溫度收縮和體型復(fù)雜對房屋結(jié)構(gòu)的不利影響,

常常采用沉降縫、伸縮縫或防震縫將房屋分成若干個獨立的部分，以消除沉降差、溫度應(yīng)力

和體型復(fù)雜對結(jié)構(gòu)的危害，對這三種縫，有關(guān)規(guī)范都作了原則性的規(guī)定。

但是，在高層建筑中常常由于建筑使用要求和立面效果的考慮，以及防水處理困難等,

希望少設(shè)縫或不設(shè)縫。目前在高層建筑中，總的趨勢是避免設(shè)縫，并從總體布置上或構(gòu)造上

采取相應(yīng)措施來減少沉降、溫度和體型復(fù)雜引起的問題。

五、溫度差對房屋豎向的影響

季節(jié)溫差、室內(nèi)外溫差和日照溫差對房屋豎向結(jié)構(gòu)亦是有影響的。當(dāng)建筑物高度在30?

40層以上時，就應(yīng)考慮這種溫度作用。

六、高層建筑樓蓋

在高層建筑中，樓蓋不再是簡單的豎向分割和平面支撐。在高層結(jié)構(gòu)側(cè)向變形時，要求

樓蓋應(yīng)具備必要的整體性和平面內(nèi)剛度。同時，考慮到高層建筑平面較為復(fù)雜、盡量減少樓

蓋的結(jié)構(gòu)高度和重量，裝配式樓蓋已不再適用，一般應(yīng)采用現(xiàn)澆整體式或裝配整體式樓蓋。

七、基礎(chǔ)埋置深度及基礎(chǔ)形式

1.基礎(chǔ)埋置深度

高層建筑由于高度大、重量大，受到的地震作月和風(fēng)荷載值較大，因而傾覆力矩和

剪力都比較大。為了防止傾覆和滑移，高層建筑的基礎(chǔ)埋置深度要深一些，使高層建筑基礎(chǔ)

周圍所受到的嵌固作用較大，減小地意反應(yīng)。《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》規(guī)定：

①在天然地基上基礎(chǔ)埋置深度不小于建筑物總高度的1/12。

②采用樁基時，樁基承臺的埋置深度不宜小于建筑物總高度的1/15。

③當(dāng)?shù)鼗鶠閹r石時，基礎(chǔ)埋置深度可減小一些，但應(yīng)采用地錨等措施。

2.基礎(chǔ)形式

基礎(chǔ)承托房屋全部重量及外部作用力，并將它們傳到地基；另一方面，它乂直接受到地

5

震波的作用，并將地震作用傳到上部結(jié)構(gòu)?？梢哉f，基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)安全的第一道防線?；A(chǔ)的

形式，取決于上部結(jié)構(gòu)的形式、重量、作用力以及地基土的性質(zhì)。基礎(chǔ)形式有以下幾和：

①柱下獨立基礎(chǔ)

適用「層數(shù)不多、地基承載力較好的框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)抗震要求較高或土質(zhì)不均勻時，可在

單柱基礎(chǔ)之間設(shè)置拉梁，以增加整體性。

②條形基礎(chǔ)

條形基礎(chǔ)、交叉條形基礎(chǔ)比柱下獨立基礎(chǔ)整體性要好，可增加上部結(jié)構(gòu)的整體性。

③鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)

當(dāng)高層建筑層數(shù)不多、地基土較好、上部結(jié)構(gòu)軸線間距較小且荷載不大時，可以采用鋼

筋混凝土筏形基礎(chǔ)。

④箱形基礎(chǔ)

是高層建筑廣泛采用的一種基礎(chǔ)類型。它具有剛度大、整體性好的特點，適用于上部結(jié)

構(gòu)荷載大而基礎(chǔ)土質(zhì)較軟弱的情況。它既能夠抵抗和協(xié)調(diào)地基的不均勻變形，又能獷大基礎(chǔ)

底面積，將上部荷載均勻傳遞到地基上，同時，又使部分土體重量得到置.換，降低了土壓力。

⑤樁基

也是高層建筑廣泛采用的一種基礎(chǔ)類型。樁基具有承載力可靠、沉降小的優(yōu)點，適用于軟弱

土壤。震害調(diào)查表明，采用樁基常?？梢詼p少震害。但是必須注意，在地震區(qū)，應(yīng)避免采用

摩擦樁，因為在地震時土壤會因震動而喪失摩擦力。

第二章荷載及設(shè)計要求

本章重點：①風(fēng)荷載的計算；

②荷載效應(yīng)組合；

③高層建筑設(shè)計要求。

計劃學(xué)時:3學(xué)時

高層建筑所承受的荷載可分為豎向荷載和水平荷載兩部分。豎向荷載中重力荷載和樓面

活荷載與一般結(jié)構(gòu)相同，在此不再重更。水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用。

設(shè)計要求包括荷載效應(yīng)組合方法和承載力、變形的要求。

§2-1風(fēng)荷載

空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，就在建筑物的表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風(fēng)力作用稱

為風(fēng)荷載。

一、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

風(fēng)對建筑物表面的作用力大小，與建筑物體型、高度、建筑物所處位置、結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。垂

直于建筑物表面的單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）可按下式計算。

6

式中，一一高層建筑基本風(fēng)壓值；一一風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

一—風(fēng)載體型系數(shù)；Pz一一風(fēng)振系數(shù)o

L高層建筑基本風(fēng)壓值

我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》給出了各地的基本風(fēng)壓值。是用各地區(qū)空曠平坦地面上離

地10m高、統(tǒng)計30年重現(xiàn)期的10分鐘平均風(fēng)速匕（m/s）計算得到的。

,匕2

基本風(fēng)壓W（）=-^（KN/，n?）

1600

對于高層建筑，需要考慮重現(xiàn)期為50年的大風(fēng)，龍于特別重要或者有特殊要求的高層

建筑，需要考慮重現(xiàn)期為100年的強風(fēng)。因此要用基本風(fēng)壓值乘以系數(shù)1.1或1.2后，作為

一般高層建筑及特別重要的高層建筑的基本風(fēng)壓值。

2.風(fēng)壓高度變化系數(shù)

風(fēng)速大小不僅與高度有關(guān)，?般越靠近地面風(fēng)速越小，愈向上風(fēng)速越大，而且風(fēng)速的變

化與地貌及周圍環(huán)境有直接關(guān)系。我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將地面情況分為A.B.C三類:

A類地面粗糙度：指海岸、湖岸、海島及沙漠地區(qū)；

B類地面粗糙度：指出野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的中小城鎮(zhèn)和大城市的郊區(qū)；

C類地面粗糙度：指平均建筑高度在15m以上、有密集建筑群的大城市市區(qū)。風(fēng)壓高度變

化系數(shù)反應(yīng)了不同高度處和不同地面情況下的風(fēng)速情況，具體見表2-1。

風(fēng)壓高度變化系數(shù)表2-1

離地面高度（m）5102030405060708090100150200

A1.171.381.631.81.922.032.122.22.272.342.402.642.83

地面粗糙度B0.81.01.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.61

C0.540.710.94l.li1.241.361.461.551.641.721.792.112.36

3.風(fēng)載體型系數(shù)

風(fēng)載體型系數(shù)是指建筑物表面所受實際風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的比值。通過實測可以看出，風(fēng)

壓在建筑物表面的分布不是均勻的，如教材41頁圖2?2所示。在風(fēng)荷載計算時，為簡化計算,

一般將建筑物各個表面的風(fēng)壓看成是均勻分布的。風(fēng)載體型系數(shù)的取值見教材表2-2。

4.風(fēng)振系數(shù)

空氣在流動時，風(fēng)速、風(fēng)向都在不停地改變。建筑物所受到的風(fēng)荷載是不斷波動的。風(fēng)

壓的波動周期一般較長，對一般建筑物影響不大，可以按靜載來對待。但是，對于高度較大

或剛度相對較小的高層建筑來講，就不能忽視風(fēng)壓的動力效應(yīng)。在設(shè)計中，用風(fēng)振系數(shù)來

考慮。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定，對于高度大于30m,且高寬比大于1.5的房屋建筑均需考慮

風(fēng)振系數(shù)?！陡邔右?guī)程》規(guī)定了有關(guān)風(fēng)振系數(shù)的計算。詳見教材P43?P44。

二、總風(fēng)荷載與局部風(fēng)荷載

7

1.總風(fēng)荷載

總風(fēng)荷載是指建筑物各個表面所受風(fēng)荷載的合力，是沿建筑物高度變化的線荷載。通常

按建筑物的主軸方向進行計算。

2.局部風(fēng)荷載

局部風(fēng)荷載是指在建筑物表面某些風(fēng)壓較大的部位，考慮風(fēng)壓對局部某些構(gòu)件的不利作

用時考慮的風(fēng)荷載?？紤]部位一般是建筑物的角隅或陽臺、雨篷等懸挑構(gòu)件。

§2-2地震作用

地震作用在《房屋建筑抗震設(shè)計》課程中已有專門介紹，在此不再重復(fù)。

§2-3荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求

一、荷載效應(yīng)組合

一般用途的高層建筑荷載效應(yīng)組合分為以卜兩種情況:

無地震作用組合：

S=/G°GGKYQ\^Q\Q\K+VQZCQZQ2K+V/w/w^W^K

有地震作用組合:

SE=yGCGG/+/EhCEhEhK+/Ev^Ev紇火+%"WGyM

式中S一—無地震作用組合時的荷載總效應(yīng);

——有地震作用組合時的荷載總效應(yīng)；

CGGK一-永久荷載的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

CQIQIK使用荷載的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

CQ2Q2K——其他可變荷載的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

CwWK一一風(fēng)荷載的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

7G、/劭、了外、rw——分別相應(yīng)于上述冬荷載效應(yīng)的分項系數(shù)；

W\v一一風(fēng)荷載的組合系數(shù)。

一一重力荷載代表值產(chǎn)生的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（包括100%自重標(biāo)準(zhǔn)值,50%雪荷載

標(biāo)準(zhǔn)值,50?8。％樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值）；

CEhEhK一一水平地震作用的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

—豎向地震作用的荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；

CEVEVK—

具體組合方式見教材P7I表2-15所示。其中,234是高層建筑的基本組合情況，在抗震

設(shè)防烈度為9度的地區(qū)，才考慮5.6.7三種情況。

二、設(shè)計要求

1.極限承載能力的驗算

極限承載能力驗算的一般表達式為

8

不考慮地震作用的組合內(nèi)力y0SWR

考慮地震作用的組合內(nèi)力SEWRE/YRE

式中，、一一由荷載組合得到的構(gòu)件內(nèi)力設(shè)計值；

R、Rl:一一不考慮抗震及考慮抗震時構(gòu)件承載力設(shè)計值;

九一一結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可按下表采用

鋼筋混凝土構(gòu)件承載力抗震i周整系數(shù)

止截面抗彎承載力驗算斜截面抗剪及偏拉承載力驗算

柱

構(gòu)件類別

梁軸壓比W軸壓比W剪力墻各類構(gòu)件及框架節(jié)點

0.150.15

YRE0.750.750.800.850.85

2.位移限制

高層建筑的位移要限制在一定范圍內(nèi)，這是因為:

①過大的位移會使人感覺不舒服，影響使用。這一由主要是對風(fēng)荷載而言的，在地震發(fā)

生時，人的舒適感是次要的。

②過大的位移會使填充墻或建筑裝修出現(xiàn)裂縫或損壞，也會使電梯軌道變形。

③過大的位移會使主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至損壞。

④過大的位移會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，-效應(yīng)顯著。

高層建筑對位移的限制，實際上是對抗側(cè)移剛度的要求。衡量標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)構(gòu)頂點位移和層間位

移，《高層規(guī)程》給出了有關(guān)位移的限制。

3.大震下的變形驗算

按照我國《建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范》提出的“三水準(zhǔn)”（小震不壞、中震可修、大震不

倒）及“兩階段”（彈性階段、彈塑性階段）的設(shè)計原則，遇到下列情況時，必須進行罕遇地

震作用下的變形驗算：

①7一9度設(shè)防的、樓層屈服強度系數(shù)0小于0.5的框架結(jié)構(gòu)；

②7—9度設(shè)防的、高度較大且沿高度結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布很不均勻的高層建筑；

③特別重要的建筑。

其中，樓層屈服強度系數(shù)按下式計算

A=——

,匕

式中，一一按樓層實際配筋及材料強度標(biāo)準(zhǔn)值計算的樓層承載力,

以樓層剪力表示：

——在寧遇地震作用下，由等效地震荷載按彈性計算所得

9

的樓層剪力。

第三章框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算

本章重點：①反彎點法的計算理論及適用范圍；

②D值法的基本假定和影響反彎點的因素；

③框架側(cè)移的特點及計算方法。

計劃學(xué)時:5學(xué)時

無論是本章介紹的框架結(jié)構(gòu)，還是后面要討論的剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，其內(nèi)

力計算都比較繁瑣，一般不采用手算。尤其是筒中筒結(jié)構(gòu)、成束筒和巨型框架結(jié)構(gòu)，更是無

法用手算完成。多采用計算軟件用計算機來完成。這就要求計算者能夠?qū)τ嬎銠C的計算結(jié)果

作出正確的分析和判斷。這種分析判斷能力，需要一定的工作經(jīng)驗積累。掌握一定的手算方

法，對于了解結(jié)構(gòu)的受力特點是非常有利的。

框架結(jié)構(gòu)的計算簡圖.就是《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中討論的剛架，。本章介紹常用的一些近似計

算方法。

§3-1框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的近似計算——分層法

框架所承受的豎向荷載一般是結(jié)構(gòu)自重和樓（屋）面使用活荷載?？蚣茉谪Q向荷教作用

下，側(cè)移比較小，可以作為無側(cè)移框架按力矩分配法進行計算。精確計算表明，各層荷載除

了在本層梁以及與本層梁相連的柱子中產(chǎn)生內(nèi)力之外，對其他層的梁、柱內(nèi)力影響不大。為

此，可以將整個框架分成一個個單層框架來計算，這就是分層法.

由于在單層樞架中，各柱的遠端均取為了固定支座，這與柱了在實際框架中的情

況有較大差別。為此需要對計算作以修正：

①除底層外，各柱的線剛度乘以（）.9加以修正；

②將各柱的彎矩傳遞系數(shù)修正為1/3

計算出各個單層框架的內(nèi)力以后，再將各個單層框架組裝成原來的整體框架即可。節(jié)點

上的彎矩可能不平衡，但誤差不會很大，一般可不做處理。如果需要更精確一些，可將節(jié)點

不平衡彎矩在節(jié)點作一次分配即可，不需要再進行傳遞。

§3-2框架在水平荷載作用下的近似計算（一）——反彎點法

框架所承受的水平荷載主要是風(fēng)荷載和水平地震作用，它們都可以轉(zhuǎn)化成作用在框架

節(jié)點上的集中力。在這種力的作用下，無論是橫梁還是柱子，它們的彎矩分布均成直線變化。

如圖所示，一般情況下每根桿件都有一個彎矩為零的點，稱為反彎點。如果在反彎點處將柱

子切開，切斷點處的內(nèi)力將只有剪力和軸力。如果知道反彎點的位置和柱子的抗側(cè)移剛度,

即可求得各柱的剪力，從而求得框架各桿件的內(nèi)力，反彎點法即由此而來。

由此可見，反彎點法為關(guān)鍵是反彎點的位置確定和柱子抗推剛度的確定。

10

一、反彎點法的假定及適用范圍

1.基本假定

①假定框架橫梁剛度為無窮大。

如果框架橫梁剛度為無窮大，在水平力的作用下，框架節(jié)點將只有側(cè)移而沒有轉(zhuǎn)角。實

際.匕框架橫梁剛度不會是無窮大，在水平力下，節(jié)點既有側(cè)移又有轉(zhuǎn)角。但是，當(dāng)梁、柱的

線剛度之比大于3時，柱子端部的轉(zhuǎn)角就很小。此時忽略節(jié)點轉(zhuǎn)角的存在，對框架內(nèi)力計算

影響不大。

由此也可以看出，反彎點法是有一定的適用范圍的，即框架梁、柱的線剛度之比應(yīng)不小于3。

②假定底層柱子的反彎點位于柱子高度的2/3處，其余各層柱的反彎點位于柱中。

當(dāng)柱子端部轉(zhuǎn)角為零時，反彎點的位置應(yīng)該位于柱子高度的中間。而實際結(jié)構(gòu)中，盡管

梁、柱的線剛度之比大于3,在水平力的作用下，節(jié)點仍然存在轉(zhuǎn)角，那么反彎點的位置就不

在柱子中間。尤其是底層柱子，由于柱子下端為嵌周，無轉(zhuǎn)角，當(dāng)上端有轉(zhuǎn)角時，反彎點必然

向上移，故底層柱子的反穹點取在2/3處。上部各層，當(dāng)節(jié)點轉(zhuǎn)角接近時，柱子反彎點基本在

柱子中間。

二、柱子的抗側(cè)移（抗推）剛度d

柱子端部無轉(zhuǎn)角時，柱子的抗推剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法可以很容易的給出：

式中，一一柱子的線剛度；

h——柱子的層高，

一、反彎點法的計算步驟

反彎點法的計算步驟可以歸納如下：

1、計算框架梁柱的線剛度，判斷是否大于3；

2.計算柱子的抗推剛度；

3、將層間剪力在柱子中進行分配，求得各柱剪力值；

4.按反彎點高度計算到柱子端部彎矩；

5、利用節(jié)點平衡計算梁端彎矩，進而求得梁端剪力；

6.計算柱子的軸力。

§3?3框架在水平荷載作用下的近似計算（二）——改進反彎點（D值）法

當(dāng)框架的高度較大、層數(shù)較多時，柱子的截面尺寸一般較大，這時梁、柱的線剛度

之比往往要小于3,反彎點法不再適用。如果仍采用類以反彎點的方法進行框架內(nèi)力計算,

就必須對反彎點法進行改進一一改進反彎點（D值）法＜

一、基本假定

II

①假定同層各節(jié)點轉(zhuǎn)角相同；

承認(rèn)節(jié)點轉(zhuǎn)角的存在.但是為了計算的方便，假定同層各節(jié)點轉(zhuǎn)角相同。

②假定同層各節(jié)點的側(cè)移相同。

這一假定，實際上是忽略了框架梁的軸向變形。這與實際結(jié)構(gòu)差別不大。

二、柱子的抗推剛度D

在上述假定下，柱子的抗推剛度D仍可以按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計算：

h2

式中，一一柱子抗推剛度的修正系數(shù)，W1.0。考慮梁、柱的線剛度的相對大小對柱子抗推

剛度的影響，其值與節(jié)點類型和梁、柱線剛度的比值有關(guān)。具體取值見教材PU4。

其余符號同前。

可以看出，按照.上式計算到的柱子抗推剛度?般要小于反彎點法的值。這是考慮柱子

端部轉(zhuǎn)角的緣故。轉(zhuǎn)角的存在，同樣水平力作用下柱子的側(cè)移要來得大一些。

三、反彎點高度

柱子反彎點的位置一一反彎點高度，取決于柱子兩端轉(zhuǎn)角的相對大小。如果柱子兩端轉(zhuǎn)

角相等，反彎點必然在柱子中間；如果柱子兩端轉(zhuǎn)角不一樣，反彎點必然向轉(zhuǎn)角較大的一端

移動。影響柱子反彎點高度的因素主要有以下幾個方面：

①結(jié)構(gòu)總層數(shù)及該層所在的位置；

②梁、柱線剛度比；

③荷載形式；

④上、下層梁剛度比：

⑤上、下層層高變化。

在改進反彎點法中，柱子反彎點位置往往用反彎點高度比

來表示：

y、，一

h

式中，一一反彎點到柱子下端的距離，即反彎點高度；

h----柱子高度。

綜合考慮上述因素，各層柱的反彎點高度比由下式計算：

式中，一一柱標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比。標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比是在各層等高、各跨相等、各

層梁和柱線剛度都不改變時框架在水平荷載作用下的反彎點高度比。其值見教材45頁表

3-2.47頁表3-3；

——上、下梁剛度變化時的反彎點高度比修正值。當(dāng)某柱的上梁與下梁的剛度不等,

柱上、下結(jié)點轉(zhuǎn)角不同時，反彎點位置會有變化，應(yīng)將標(biāo)準(zhǔn)反彎點高度比加以修正。修正

值見教材49頁表3-4。

12

、一一上、下層高度變化時反彎點高度比的修正值。在框架最頂層，不考慮，在框架最

底層，不考慮。

有了柱子的抗推剛度和柱子反彎點高度比，就可以按照與反彎點同樣的方法求解框架結(jié)構(gòu)

內(nèi)力。

四、柱子的“串、并聯(lián)”

在不規(guī)則框架中，常會碰到柱子的“串、并聯(lián)”問題。

1.串聯(lián)柱

數(shù)柱串聯(lián)時，總的抗推剛度的倒數(shù)等于各層柱抗推剛度的倒數(shù)和。

2.并聯(lián)柱

數(shù)柱并聯(lián)時，總的抗推剛度等于各柱的抗推剛度之和。

§3-4框架在水平荷載作用下側(cè)移的近似計算

高層結(jié)構(gòu)要控制側(cè)移、對框架結(jié)構(gòu)來講，側(cè)移控制有兩部分：一是結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移的控制,

目的是使結(jié)構(gòu)滿足正常使用的要求：一是結(jié)構(gòu)層間側(cè)移的控制，防止填充墻出現(xiàn)裂健。

一、框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下的側(cè)移特點

為了了解框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下的側(cè)移特點，我們先來看圖示懸臂柱在均布水平荷載

下的側(cè)移。懸臂柱的側(cè)移由以下兩部分組成：

1.彎曲變形產(chǎn)生的頂點側(cè)移

如圖所示，柱Z高度處，由水平荷載產(chǎn)生的彎矩為：

在此彎矩作用下，柱Z截面曲率為

M7

化F

柱Z高度處微段dz截面轉(zhuǎn)角為，由此轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的柱頂側(cè)移為

鼠=（H-Z）（pzdx

積分可得柱彎曲變形產(chǎn)生的頂點側(cè)移：

d,）=]cpAH-Z）dz

如果計算到柱子不同高度處的側(cè)移值，畫出側(cè)移曲線，可以看出，曲線凸向柱子原始位

置，這種曲線稱之為彎曲變形曲線。

2.剪切變形產(chǎn)生的頂點側(cè)移

在柱子Z高度處.由水平荷載產(chǎn)生的剪力為：

13

V7=q(H-Z)

相應(yīng)的截面平均剪應(yīng)力；=必=從q(H—z)

AA

其平均剪應(yīng)變?yōu)閅z-TT：

GA

式中，一一剪應(yīng)力不均勻系數(shù)；

G一一剪切彈性模量.

則由剪切變形產(chǎn)生的頂點側(cè)移為

pqH2

o=------------az=--------

'vJGA2GA

同樣，如果計算到不同高度處的側(cè)移，畫出曲線，可以看出，側(cè)移曲線是凹向柱子原始位置

的。這種曲線稱之為剪切變形曲線。

框架可以看成是一根空腹的懸臂柱，該懸臂柱的截面高度為框架的跨度，如圖所示。該

截面彎矩是由柱軸力組成、截面剪力由柱剪力組成?？蚣芰?、柱的彎曲變形是由柱子的剪刀

引起，相當(dāng)于空腹懸臂柱的剪切變形。在樓層處水平荷載作用下，如果只考慮梁柱構(gòu)件的彎

曲變形產(chǎn)生的側(cè)移，則側(cè)移曲線如圖所示。它與實腹懸臂柱的剪切變形曲線一致，故框架結(jié)

構(gòu)在水平荷載卜的彎曲變形曲線為剪切型。如果只考慮框架柱子軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移，則側(cè)

移曲線如圖所示。它與實度懸臂柱的彎曲變形曲線一致，由此可知框架結(jié)構(gòu)由柱子軸向變形

產(chǎn)生的側(cè)移為彎曲型。

也就是說，框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)移由兩部分組成：彎曲變形和剪切變

形。在層數(shù)不多的情況卜，柱子軸向變形引起的側(cè)移很小，常?？梢院雎?。在近似計算中，只

需計算由梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移、即所謂剪切型變形。在高度較大的框架中，柱子軸向

力較大，由柱子軸向變形引起的側(cè)移已不能忽略。一般說來，兩種變形疊加以后，框架側(cè)移

曲線仍以剪切型為主。

二、梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的側(cè)移

框架柱抗推剛度的物理意義就是柱頂相對柱底產(chǎn)生單位水平側(cè)移時所需要的柱頂水平

推力，即柱子剪力。因此，由梁、柱彎曲變形產(chǎn)生的層間側(cè)移可以按照下式計算

_V田

i-ZD

式中，——第層層剪力；一

潭——第/層層間側(cè)移：

D.——第J層第，?根柱子的剪力。

各層樓板標(biāo)高處側(cè)移絕對值是該層以下各層層間側(cè)移之和?？蚣茼旤c由梁、柱彎曲變形

產(chǎn)生的側(cè)移為所有〃層層間側(cè)移之和。

第,層側(cè)移

14

頂點側(cè)移A：

三、柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移2

在水平荷載作用下，對于一般框架來講，只有兩根邊柱軸力較大，一側(cè)為拉力，另一側(cè)

為壓力。中柱因柱子兩邊梁的剪力相近，軸力很小。這樣，由柱軸向變形產(chǎn)生的側(cè)移只需考

慮兩邊柱的貢獻。

在任意水平荷載q(z)作用下，用單位荷載法可求出由柱軸向變形引起的框架頂點水平

位移。

0

式中，一一為單位水平集中力作用在層時邊柱軸力；

,為兩邊柱之間的距離。

N——水平荷載q(z)作用下邊柱的軸力；

N=±M(z)/B

H

M(z)=j67(r)t7r(r-z)

——邊柱截面面積。假定邊柱截面沿高度直線變化，令

〃二A頂"底

A(z)=[l-(l-/?)z/H]A&

將上述公式整理，則有

2?(〃廠z)M(z)

塔=I1-C1-A?)z!Hdz

底

針對不同荷載，積分即可求得框架頂部側(cè)移。詳見教材

第四章剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計算

本章重點：①剪力墻計算的基本假定；

②剪力墻類別的劃分；

③各類墻的計算方法。

計劃學(xué)時:8學(xué)時

§4-1剪力墻結(jié)構(gòu)的計算方法

一、基本假定

當(dāng)剪力墻的布置滿足第一章所述間距的條件時，其內(nèi)力計算可以采用以下基本假

定：

1.樓板在自身平面內(nèi)剛度為無窮大，在平面外剛度為零。

15

這里說的樓板，是指建筑的樓面。在高層建筑中，曰于各層樓面的尺寸較大，再加上樓

面的整體性能好，樓板在平面內(nèi)的變形剛度很大。而在樓面平面外，樓板對剪力墻的彎曲、

伸縮變形約束作用較弱，因而將樓板在平面外的剛度視為零。在此假定下，樓板相當(dāng)于一平

面剛體，在水平力的作用下只作平移或轉(zhuǎn)動，從而使各幅剪力墻之間保持變形協(xié)調(diào)。

2、各福剪力墻在自身平面內(nèi)的剛度取決于剪力墻本身，在平面外的剛度為零。

也就是說，剪力墻只能承擔(dān)自身平面內(nèi)的作用力。在這一假定下，就可以將空間的剪力墻結(jié)

構(gòu)作為一系列的平面結(jié)構(gòu)來處理，使計算工作大大簡化。當(dāng)然，與作用力方向相垂直的剪力

墻的作用也不是完全不考慮，而是將其作為受力方向剪力墻的翼緣來計算。有效翼緣寬度按

下表4-1中各項的最小值取。

剪刀墻有效翼緣寬度表4-1

截面形式

考慮方式

T形或I形L形或［形

按剪力墻間距計算b+S。］/2+/2b+So?/2

按翼緣厚度計算b+\2htb+6%

按門窗洞口計算“01為2

上述兩條基本假定，對于框架結(jié)構(gòu)也是完全適用的。在此假定下，如圖所示的剪力墻結(jié)

構(gòu)在橫向水平力的作用下.就可以按5個平面結(jié)構(gòu)來處理。當(dāng)力的作用線通過該結(jié)構(gòu)的剛度

中心時，樓板只產(chǎn)生側(cè)移，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，水平力將按各幅剪力墻的抗側(cè)移剛度向各剪力墻分

配。本章將針對這種情況進行討論。

二、剪力墻的類別和計算方法

1.剪力墻的類別

一般按照剪力墻上洞口的大小、多少及排列方式，將剪力墻分為以下幾種類型：

①整體墻

沒有門窗洞口或只有少量很小的洞口時，可以忽略洞口的存在，這種剪力墻即為整體

剪力墻，簡稱整體墻。

②小開口整體墻

門窗洞口尺寸比整體墻要大一些，此時墻肢中已出現(xiàn)局部彎矩，這種墻稱為小開口整

體墻。

③聯(lián)股增

剪力墻上開有一列或多列洞口，且洞口尺寸相對較大，此時剪力墻的受力相當(dāng)于通過

洞口之間的連梁連在一起的一系列墻肢，故稱連肢墻。

④框支剪力墻

當(dāng)?shù)讓有枰罂臻g時，采用框架結(jié)構(gòu)支撐上部剪力墻，就形成框支剪力墻。在地震區(qū),

不容許采用純粹的框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

16

⑤壁式框架

在聯(lián)肢墻中，如果洞口開的再大一些，使得墻肢剛度較弱、連梁剛度相對較強時，剪力

墻的受力特性已接近框架，由于剪力墻的厚度較框架結(jié)構(gòu)梁柱的寬度要小一些，故稱壁式框

架。

⑥開有不規(guī)則洞口的剪力墻

有時由于建筑使用的要求，需要在剪力墻上開有較大的洞口，而且洞口的排列不規(guī)則,

即為此種類型。

需要說明的是，上述剪力墻的類型劃分不是嚴(yán)格意義上的劃分，嚴(yán)格劃分剪力墻的類型

還需要考慮剪力墻本身的受力特點。這一點我們在后面具體剪力墻的計算中再進一步討論。

2.剪力墻的計算方法

剪力墻所承受的豎向荷載，一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載，通過樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向

荷載除了在連梁（門窗洞」上的梁）內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外，在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力。可以按照剪

力墻的受荷面積簡單計算，

在水平荷載作用下，剪力墻受力分析實際上是二維平面問題，精確計算應(yīng)該按照平面問

題進行求解?？梢越柚谟嬎銠C，用有限元方法進行計算。計算精度高，但工作量較大。在

工程設(shè)計中，可以根據(jù)不同類型剪力墻的受力特點，進行簡化計算。

①整體墻和小開口整體墻

在水平力的作用下，整體墻類似于一懸臂柱，可以按照懸臂構(gòu)件來計算整體墻的截面

彎矩和剪力。小開口整體墻，由于洞口的影響，墻肢間應(yīng)力分布不再是直線，但偏離不大。

可以在整體墻計算方法的基礎(chǔ)上加以修正。

②聯(lián)肢墻

聯(lián)肢墻是由一系列連梁約束的墻肢組成，可以采用連續(xù)化方法近似計算。

③壁式框架

壁式框架可以簡化為帶剛域的框架，用改進的反彎點法進行計算。

④框支剪力墻和開有不規(guī)則洞口的剪力墻

此兩類剪力墻比較復(fù)雜，最好采用有限元法借助于計算機進行計算。

§4-2整體墻的計算

一、整體墻的界定

當(dāng)門窗洞口的面積之和不超過剪力墻側(cè)面積的15%,且洞口間凈距及孔洞至墻邊的凈

距大于洞口長邊尺寸時，即為整體增。

二、整體墻的內(nèi)力、位移計算

I.整體墻的等效截面積和慣性矩

截面積&取無洞口截面的橫截面面積A乘以修正系數(shù)九

幾=1-1.25y1Ad//\）

17

式中，一一剪力墻上洞口總立面面積;

A）—剪力墻墻面總面積。

慣性矩取有洞口墻段與無洞口墻段截面慣性矩沿豎向的加權(quán)平均值：

1——,也

qZ%

式中，一一剪力墻沿豎向第段的慣性矩，有洞口時按組合截囿計算；

hj---各段相應(yīng)的高度。

2.內(nèi)力計算

內(nèi)力計算按懸臂構(gòu)件.可以計算到整體墻在水平荷載下各截面的彎矩和剪力。

3.側(cè)移計算

整體墻是一懸臂構(gòu)件，在水平荷載作用下，其變形以彎曲變形為主，側(cè)移曲線為彎曲

型。但是，由于剪力墻截面尺寸較大，宜考慮剪切變形的影響。針對倒三角荷載、均布荷載、

頂部集中力這三種工程中常見的水平荷載形式，整體墻的頂點側(cè)移可以按照以下公式計算：

11匕”33.64//E7以在上八

--------(1H-----).....(倒二角荷數(shù))

2

60Elq----HGA(/

1匕"34⑷“

------(1+)一（均布荷載）

8%MG%

I"“3⑷4、

)頂部集中力）

3EI.HR%

式中，一一基底總剪力，即全部水平力之和。

括號中后一項反映了剪切變形的影響。為了計算、分析方便，常將上式寫成如下形

HMi

60Eld

8EId

1匕"3

3EId

式中，一一稱為等效慣性矩。如果取，近似可取

18

§4-3雙肢墻的計算

雙肢墻是聯(lián)肢墻中最簡單的一類，一列規(guī)則的洞口將剪力墻分為兩個墻肢。兩個墻肢通過一

系列洞口之間的連梁相連、連梁相當(dāng)于一系列連桿?？梢圆捎眠B續(xù)連桿法進行計算。

一、連續(xù)連桿法的基本假定

1.將在每一樓層處的連梁離散為均布在整個層高范圍內(nèi)的連續(xù)化連桿。

這樣就把有限點的連接問題變成了連續(xù)的無限點連接問題。隨著剪力墻高度的增加，這

一假設(shè)對計算結(jié)果的影響就越小。

2.連梁的軸向變形忽略不計。

連梁在實際結(jié)構(gòu)中的鈾向變形一般很小，忽略不計對計算結(jié)果影響不大。在這一假定下,

樓層同一高度處兩個墻肢的水平位移將保持一致，使計算工作大為簡化。

3.假定在同一高度處.兩個墻肢的截面轉(zhuǎn)角和曲率相等

按照這一假定，連桿的兩端轉(zhuǎn)角相等，反彎點在連桿的中點。

4各個墻肢、連梁的截面尺寸、材料等級及層高沿剪刀墻全高都是相同的。

由此可見，連續(xù)連桿法適用于開洞規(guī)則、高度較大、由上到下墻厚、材料及

層高都不變的聯(lián)肢剪力堵。剪力墻越高，計算結(jié)果越準(zhǔn)確；對低層、多層建筑中的剪力墻，計

算誤差較大。對于墻肢、連梁截面尺寸、材料等級、層高有變化的剪力墻，如果變化不大，可

以取平均值進行計算；如果變化較大，則本方法不適用。

二、力法方程的建立

如圖所示，將連桿在中點切開，由于連梁中點是反彎點，切口處彎矩為零，只有剪應(yīng)力

和正應(yīng)力。正應(yīng)力與求解無關(guān)，在以下分析中不予考慮。

連桿切口處沿方向的變形連續(xù)條件可用下式表示：

H.........(1)

1.一一切口處由于墻肢的彎曲和剪切變形產(chǎn)生的切口相對位移

在墻肢方曲變形時，連桿要跟隨著墻肢作相應(yīng)轉(zhuǎn)動，如圖所示。假設(shè)墻肢的側(cè)移曲線為

，則相應(yīng)的墻肢轉(zhuǎn)角為

etn=必

卅dx

兩墻肢的轉(zhuǎn)角相等，由墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對位移為(以位移方向與剪應(yīng)力方向相同為

正，以下同)

九=-2皿=-2件

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式中，一一兩墻肢軸線間距離的一半。

墻肢在剪力作用下產(chǎn)生水平的錯動，連桿切口在方向沒有相對位移，因此

6=鼠=-2cO=-2c必..........................(2)

I.tnnmtj\'

ax

2.一一由于墻肢的軸向變形產(chǎn)生的切口位移

如圖所示，在水平力的作用下，兩個墻肢的軸向力數(shù)值相等，一拉一壓，其與連桿剪應(yīng)

力的關(guān)系為

X

N(x)=Jr(xXt

0

其中，坐標(biāo)原點取在剪力墻的頂點。

由軸向力產(chǎn)生的連桿切口相對位移為

丹_1N(x)dxN(x)dx

2

的+LEA2

"+的2

3dL.........................⑶

3.——連桿彎曲變形和剪切產(chǎn)生的切口相對位移

連桿是連續(xù)分布的，取微段高度連桿進行分析?。該連桿的截面積為

,慣性矩為，切匚處剪力為，連桿總長度為，則

①連桿彎曲變形產(chǎn)生的相對位移品,”

頂部集中力作用下的懸臂桿件，頂點側(cè)移為，

則有“2地警

3E-^dx

h.

②連桿剪切變形產(chǎn)生的相對位移

在頂部集中力作用下.由剪切變形產(chǎn)生的頂點側(cè)移為，

則有怎”2絲警

-2出/^

20

那么&=63m+Ow

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