第五章近似计算(叶)课件.ppt

1、 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 第第 5 5 章章高层钢筋混凝土框高层钢筋混凝土框架结构设计架结构设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.1 5.1 一般规定一般规定 框架在自身框架在自身平面平面内有有限内有有限刚度刚度，只能，只能抵抗平面内的作用力。抵抗平面内的作用力。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一横向主梁柱纵向主梁 钢筋混凝土钢筋混凝土纵梁纵梁、横梁横梁和和柱柱等等构件组成构件组成双向承重体系双向承重体系。5.1 5.1 一般规定一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一梁、柱轴线宜重

2、合（偏心不大于梁、柱轴线宜重合（偏心不大于1/41/4柱宽）柱宽）9 9度抗震时，偏心度抗震时，偏心不应不应大于大于1/41/4柱宽柱宽其它情况下，偏心其它情况下，偏心不宜不宜大于大于1/41/4柱宽，若大柱宽，若大于，可采取于，可采取增设梁的水平加腋增设梁的水平加腋等措施。设等措施。设置水平加腋后，置水平加腋后，仍须考虑梁柱偏心的不利仍须考虑梁柱偏心的不利影响影响。5.1 5.1 一般规定一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.2 5.2 初步设计初步设计柱网布置：柱网布置：小柱距小柱距4 45m,5m,大柱距大柱距7 78m8m过小开间太小，不适用；过大，梁柱

3、截面过小开间太小，不适用；过大，梁柱截面均需加大，而且对实现强柱弱梁造成困难。均需加大，而且对实现强柱弱梁造成困难。沿高度布置一般原则：沿高度布置一般原则：柱网尺寸一般不变，轴线位置尽可能不变；柱网尺寸一般不变，轴线位置尽可能不变； 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.2 5.2 初步设计初步设计h=(1/181/10)l b=(1/31/2)h 梁截面尺寸由下而上一般不变；梁截面尺寸由下而上一般不变；梁净跨与截面高梁净跨与截面高度之比不宜小于度之比不宜小于4梁的截面宽度不宜小梁的截面宽度不宜小于梁截面高度的于梁截面高度的1/4，且不宜小于且不宜小于200mmn框架梁截

4、面尺寸估算框架梁截面尺寸估算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一梁的线刚度：梁的线刚度：考虑楼板对梁刚度的提高作用考虑楼板对梁刚度的提高作用楼板类型楼板类型边框架梁边框架梁中框架梁中框架梁现浇楼板现浇楼板1.52.0装配整体式装配整体式楼板楼板1.21.5装配式楼板装配式楼板115.2 5.2 初步设计初步设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.2 5.2 初步设计初步设计Hi 第第i层层高；层层高；hc 柱截面高度；柱截面高度；bc 柱截面宽度柱截面宽度。框架柱的截面边长不宜小框架柱的截面边长不宜小于于250 mm，圆柱的截面，圆柱的截面直径不

5、宜小于直径不宜小于350 mm，剪跨比宜大于剪跨比宜大于2截面的高宽截面的高宽比不宜大于比不宜大于3n框架柱截面尺寸估算框架柱截面尺寸估算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 柱轴压比限值柱轴压比限值（剪跨比大于剪跨比大于2 2，混凝土强度等级不高于，混凝土强度等级不高于C60C60）结结 构构 类类 型型 抗抗 震震 等等 级级 一级一级 二二 级级 三三 级级 框架结构框架结构 0.65 0.75 0.85 框架框架-剪力墙，板柱剪力墙，板柱-剪力墙，筒体剪力墙，筒体 0.75 0.85 0.90 部分框支剪力墙部分框支剪力墙 0.60 0.70柱轴压比限值柱轴压比限

6、值5.2 5.2 初步设计初步设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一N 柱中轴向力。柱中轴向力。Nv 柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向柱支承的楼面荷载面积上竖向荷载产生的轴向 力设计值。可近似将楼面板沿柱轴线之间的中力设计值。可近似将楼面板沿柱轴线之间的中 线划分，恒载和活载的分项系数均取线划分，恒载和活载的分项系数均取1.25，或，或 近似取近似取1214 kN/m2进行计算。进行计算。fc 混凝土轴心抗压强度设计值。混凝土轴心抗压强度设计值。N=（1.11.2）Nv 5.2 5.2 初步设计初步设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5

7、.3 5.3 计算简图计算简图n计算单元的选取计算单元的选取计算单元选取计算单元选取 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n计算简图计算简图实际结构实际结构l01l02计算简图计算简图梁的计算跨度梁的计算跨度层高层高 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n基本假定基本假定 假设上下层柱为等截面杆件，以杆件假设上下层柱为等截面杆件，以杆件轴线作为框架计算轴线；轴线作为框架计算轴线； 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n计算简图计算简图实际结

8、构实际结构l01l02计算简图计算简图梁的计算跨度梁的计算跨度层高层高 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n基本假定基本假定 假设上下层柱为等截面杆件，以杆件假设上下层柱为等截面杆件，以杆件轴线作为框架计算轴线；轴线作为框架计算轴线； 假设梁为水平、等跨、等截面杆件；假设梁为水平、等跨、等截面杆件； 忽略梁、忽略梁、柱轴向变形柱轴向变形及剪切变形；及剪切变形； 竖向荷载作用下，结构无侧移。竖向荷载作用下，结构无侧移。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n楼面荷载分配楼面荷载分配 当采用当

9、采用装配式或装配整体式楼盖装配式或装配整体式楼盖时，板上荷时，板上荷载通过预制板的载通过预制板的两端传递两端传递给它的支承结构；给它的支承结构； 当采用当采用现浇楼盖现浇楼盖时，楼面上的恒载和活载根时，楼面上的恒载和活载根据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或据每个区格板两个方向的边长比，沿单向或双向传递，双向传递，区格板长边区格板长边/短边短边3时沿单向传递时沿单向传递（沿短边方向传递，即长边为受力边沿短边方向传递，即长边为受力边），长），长边边/短边短边3时沿双向传递时沿双向传递。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.3 5.3 计算简图计算简图n楼面荷载分配楼面荷

10、载分配现浇楼盖荷载双向传递示意图现浇楼盖荷载双向传递示意图 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 竖向荷载作用下框架内力的计算两种常竖向荷载作用下框架内力的计算两种常见的手算方法：见的手算方法：5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 分层法分层法 弯矩二次分配法弯矩二次分配法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 分层法：分层法： 假设假设每层梁上的荷载每层梁上的荷载对其它层梁的影对其它层梁的影响可以忽略不计，响可以忽略不计，仅在该层梁及与之相连仅在该层梁及与之相连的上下层柱上分配和传递的上下层柱上分配和传递。 将该层梁与

11、上下柱组成计算单元。将该层梁与上下柱组成计算单元。5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算3层2层1层 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 分层法：分层法： 用用弯矩分配法弯矩分配法逐层计算各单元框架的逐层计算各单元框架的弯矩弯矩，叠加叠加起来即为整个框架的起来即为整个框架的弯矩弯矩。每。每一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所一层柱的最终弯矩由上、下层单元框架所得弯矩叠加。得弯矩叠加。5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算3层2层1层 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 分层法：分层法：

12、由于各个单元上、下柱的远端并不是由于各个单元上、下柱的远端并不是固定端，而是弹性嵌固的。固定端，而是弹性嵌固的。除底层外其他除底层外其他各层柱的线刚度均乘以折减系数各层柱的线刚度均乘以折减系数0.90.9，柱的柱的弯矩传递系数也相应地由弯矩传递系数也相应地由l l2 2改为改为l l3 3。 5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算3层2层1层 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 分层法：分层法： 对对节点处不平衡弯矩节点处不平衡弯矩较大的较大的可再分配可再分配一次，但一次，但不再传递不再传递。 5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下

13、框架内力计算框架内力计算3层2层1层 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩二次分配法弯矩二次分配法：计算各节点固端弯矩（计算各节点固端弯矩（不平衡弯矩不平衡弯矩）；）；将各节点的将各节点的不平衡弯矩不平衡弯矩，同时作，同时作分配分配（按梁柱线刚度分配固端弯矩按梁柱线刚度分配固端弯矩）和和传递传递（传递系数均为传递系数均为l l2 2 ）；）；再作一次弯矩分配再作一次弯矩分配即可。即可。5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅弯矩调幅通过通过调低支座弯矩调低支座弯矩，增加跨

14、增加跨中弯矩中弯矩来实现来实现内力重分布内力重分布的目的。的目的。5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 弯矩调幅弯矩调幅： 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅弯矩调幅：只有只有竖向荷载竖向荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩可以调可以调幅幅，水平荷载水平荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩不能不能考考虑虑调幅调幅。因此，必须因此，必须先将竖向荷载先将竖向荷载作用下的作用下的梁端梁端弯矩调幅后弯矩调幅后，再与水平荷载再与水平荷载产生的产生的梁端梁端弯矩弯矩进行进行组合组合。5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算

15、框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一n竖向活载的最不利布置竖向活载的最不利布置（1 1）逐跨布置法）逐跨布置法 恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在恒载一次布置，楼屋面活载逐跨单独作用在各跨上，分别算出内力，再对各控制截面组合其可各跨上，分别算出内力，再对各控制截面组合其可能出现的最大内力。能出现的最大内力。恒载一次布置活载分跨布置5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一n竖向活载的最不利布置竖向活载的最不利布置（2）最不利荷载布置法）最不利荷载布置法 恒载一次布置，楼屋

16、面活载根据影响线，直接恒载一次布置，楼屋面活载根据影响线，直接确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。此确定产生某一指定截面最不利内力的活载布置。此法用手算方法进行计算很困难。法用手算方法进行计算很困难。最不利荷载的布置5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一n竖向活载的最不利布置竖向活载的最不利布置（3）分层布置法或分跨布置法）分层布置法或分跨布置法 恒载一次布置，为简化计算，当恒载一次布置，为简化计算，当活载与恒载的活载与恒载的比值不大于比值不大于3时，可近似将活载一层或一跨做一次时，可近似将活载一层

17、或一跨做一次布置，分别进行计算，然后进行最不利内力组合布置，分别进行计算，然后进行最不利内力组合。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一n竖向活载的最不利布置竖向活载的最不利布置（4）满布荷载法）满布荷载法 当当活载与恒载的比值不大于活载与恒载的比值不大于1时，可不考虑活时，可不考虑活载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，载的最不利布置，把活载同时作用于所有的框架上，这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但这样求得的支座处的内力可直接进行内力组合。但求得的梁跨中

18、弯矩应乘以求得的梁跨中弯矩应乘以1.11.2的系数予以增大。的系数予以增大。qqqqqq分层布置法分跨布置法5.4 5.4 竖向荷载作用下竖向荷载作用下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 水平地震作用下框架内力的计算三种常水平地震作用下框架内力的计算三种常见的手算方法：见的手算方法：5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 反弯点法反弯点法 D值法值法( (改进反弯点法改进反弯点法) ) 门架法门架法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 反弯点：反弯点： 杆件中的零弯矩点即反弯点杆件中的零弯矩点即反弯

19、点5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 水平荷载作用下的框架内力和变形特点：水平荷载作用下的框架内力和变形特点： 一般将水平荷载简化为结点集中力一般将水平荷载简化为结点集中力（1 1）每根杆件均只有一个反弯点）每根杆件均只有一个反弯点（2 2）每根杆的弯矩呈直线分布）每根杆的弯矩呈直线分布 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 反弯点法：反弯点法：（1 1）假设）假设除底层外各层除底层外各层上下柱两端转角相上下柱两端转角相等，等，反弯点在柱的中点反弯点在柱的中点 对对底层底层因底部为固定

20、端，转角为零，因底部为固定端，转角为零，反弯点反弯点上移，上移，取离底部取离底部2/32/3层高处层高处 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 反弯点法：反弯点法：（2 2）假设假设梁线刚度远大于柱线刚度梁线刚度远大于柱线刚度（3 3倍倍以上）以上），计算计算柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度时，近似认时，近似认为两端无转角，即为固定端。为两端无转角，即为固定端。柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度： 为使柱顶产生单位位移所需为使柱顶产生单位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。要的水平力（即杆端剪力）。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计

21、土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 反弯点法：反弯点法：（2 2）假设假设梁线刚度远大于柱线刚度梁线刚度远大于柱线刚度（3 3倍倍以上）以上），计算计算柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度时，近似认时，近似认为两端无转角，即为固定端。为两端无转角，即为固定端。柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度： 为使柱顶产生单位位移所需为使柱顶产生单位位移所需要的水平力（即杆端剪力）。要的水平力（即杆端剪力）。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系

22、结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D值法值法( (改进反弯点法改进反弯点法) )：（1 1）实际工程中，尤其是高层建筑中，梁实际工程中，尤其是高层建筑中，梁线刚度远大于柱线刚度假设是不成立的。线刚度远大于柱线刚度假设是不成立的。计算计算柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度时，不能将梁作为固定时，不能将梁作为固定端，而要考虑节点转动的影响。端，而要考虑节点转动的影响。柱抗侧向刚度柱抗侧向刚度取决于柱两端的约束情况取决于柱两端的约束情况 节点转动影响系数，和楼层节点转动影响系数，和楼层梁柱的平均线刚度比有关。（梁柱线梁柱的平均线刚度比有关。（梁柱线刚度比值越大，刚度比值越大

23、， D值越大）值越大）312cEIDh 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D值法值法( (改进反弯点法改进反弯点法) )：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度取决于取决于框架的层数框架的层数、柱子所在层数柱子所在层数、上下层梁的刚度比值上下层梁的刚度比值、上上下层高与本层层高的比值下层高与本层层高的比值以及以及荷载的作用荷载的作用形式形式，因此反弯点法中关于柱反弯点高度，因此反弯点法中关于柱反弯点高度的假设在实际工程应用上可能存在较大误的假设在实际工程应用上可能存在较大误差。差。hyyyyy)(3210 高

24、层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D值法值法( (改进反弯点法改进反弯点法) )：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度hyyyyy)(3210y y0 0标准反弯点高度比，根据标准反弯点高度比，根据框架的层数框架的层数、柱子柱子所在层数所在层数及及楼层梁柱的平均线刚度比楼层梁柱的平均线刚度比查表取值；查表取值；y y1 1上、下梁线刚度不同，对上、下梁线刚度不同，对y y0 0的修正值的修正值 上大下小，弯点上移，上大下小，弯点上移， y y1 1为正值为正值 上大下小，上大下小，弯点下移，弯点下移， y y

25、1 1为负值为负值1K2K4K3K143211kkkk121431kkkk 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D值法值法( (改进反弯点法改进反弯点法) )：（2 2）柱反弯点的高度柱反弯点的高度hyyyyy)(3210y y2 2 上层层高与本层层高不同时，反弯点高度上层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。修正值。查表取值。y y3 3 下层层高与本层层高不同时，反弯点高度下层层高与本层层高不同时，反弯点高度修正值。查表取值。修正值。查表取值。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木

26、系结构一 D D值法（改进的反弯点法）值法（改进的反弯点法）近似地考虑近似地考虑了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高了框架节点转动对侧移刚度和反弯点高度的影响，比较精确，应用比较广泛。度的影响，比较精确，应用比较广泛。 反弯点法反弯点法适用于适用于层数较少、梁柱线刚度层数较少、梁柱线刚度比大于比大于3 3的情况的情况。5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 D D值法值法计算框架内力的步骤：计算框架内力的步骤： (1)(1)计算各层柱的侧移刚度计算各层柱的侧移刚度D D312cEIDh5.5 5.5 水平荷载下水平

27、荷载下 框架内力计算框架内力计算 (2)(2)计算各柱所分配的剪力计算各柱所分配的剪力 式中式中 第第i i层第层第j j根柱所分配的水平剪力；根柱所分配的水平剪力； 第第i i层楼层剪力；层楼层剪力； 第第i i层第层第j j根柱的侧移刚度；根柱的侧移刚度； 第第i i层所有各柱侧移刚度之和。层所有各柱侧移刚度之和。iijijVDDV ijijViVijD1nijjD 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算hyyyyy)(3210 D D值法值法计算框架内力的步骤：计算框架内力的步骤： (3)(3)计算计算柱反弯

28、点的高度柱反弯点的高度 (4)(4)计算柱端弯矩计算柱端弯矩MC 由柱剪力由柱剪力V Vijij和反弯点高度和反弯点高度y y，求得：，求得： 上端上端 下端下端 ()cijMVhy上cijMVy下 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D D值法值法计算框架内力的步骤：计算框架内力的步骤： (5)(5)计算梁端弯矩计算梁端弯矩Mb 梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，梁端弯矩可按节点弯矩平衡条件，将节将节点上、下柱端弯矩之和点上、下柱端弯矩之和按左、右梁的线按左、右梁的线刚度比例刚度比例分配分配 。112(bcckM

29、MMkk左上下）212(bcckMMMkk右上下）1k2k 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D D值法值法计算框架内力的步骤：计算框架内力的步骤： (6)(6)计算计算梁端剪力梁端剪力VblMMVrblbbbVlbMrbMbV 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 D D值法值法计算框架内力的步骤：计算框架内力的步骤： (7)(7)计算计算柱轴力柱轴力N 边柱轴力边柱轴力为各层为各层梁端剪力按层叠加梁端剪力按层叠加 中柱中柱轴

30、力轴力为为柱两侧柱两侧梁端剪力之差按层叠加梁端剪力之差按层叠加 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.5 5.5 水平荷载下水平荷载下 框架内力计算框架内力计算 门架法：门架法：（1 1）假设）假设梁、柱反弯点位于中点处；梁、柱反弯点位于中点处；（2 2）柱中点处剪力柱中点处剪力按按支承框架梁的长度支承框架梁的长度与与框架总长度之比进行分配。框架总长度之比进行分配。 三种方法的比较：三种方法的比较：（1 1）反弯点法适用范围小反弯点法适用范围小（2 2）D D值法适用范围较宽，但计算稍麻烦值法适用范围较宽，但计算稍麻烦（3 3）门架法不用事先假定梁、柱尺寸，但门架法不用事

31、先假定梁、柱尺寸，但精度不高精度不高 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一框架侧向位移的组成：框架侧向位移的组成： 梁、柱弯曲变形产生的侧移梁、柱弯曲变形产生的侧移 （属剪切型）属剪切型）5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 梁、柱弯矩梁、柱弯矩梁、柱弯曲变形梁、柱弯曲变形框框架层间位移架层间位移整体剪切形位移曲线整体剪切形位移曲线5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一框架侧向位移的组成：框架侧向位移的组成： 梁、柱弯曲变形产生的侧移梁、

32、柱弯曲变形产生的侧移 （属剪切型）属剪切型） 柱轴向变形产生的侧移柱轴向变形产生的侧移 （属弯曲型）属弯曲型）5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一柱的轴力柱的轴力柱伸长、缩短柱伸长、缩短整体弯曲形整体弯曲形位移曲线位移曲线5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一框架侧向位移的组成：框架侧向位移的组成： 梁、柱弯曲变形产生的侧移梁、柱弯曲变形产生的侧移 （属剪切型）属剪切型） 柱轴向变形产生的侧移柱轴向变形产生的侧移 （属弯曲型）属弯曲型） 核心区剪切变形产生的

33、侧移核心区剪切变形产生的侧移 （忽（忽 略）略）5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 整体剪切形位移曲线整体剪切形位移曲线+ +整体弯曲形整体弯曲形位移曲线位移曲线以以整体剪切形位移曲线整体剪切形位移曲线为主为主5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 整体剪切形位移曲线特点：整体剪切形位移曲线特点：层间位移自下而上逐层减小层间位移自下而上逐层减小5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 1）梁

34、、柱弯曲变形产生的侧移）梁、柱弯曲变形产生的侧移“剪切型位移剪切型位移”,可用可用D值法计算值法计算框架结构框架结构第第i i层的层间层的层间位移位移 为：为：即：即：层剪力层剪力/ /全部柱全部柱D值值之和之和 5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一各层楼板标高处位移：各层楼板标高处位移： 第第i i层位移层位移 顶点位移顶点位移 ( (共共n n层层) ) 5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一2 2）柱轴向变形产生的位移）柱轴向变形产生的位移“弯曲型位移

35、弯曲型位移”，多层框架可以忽略，多层框架可以忽略，高层建筑结构不能忽略。高层建筑结构不能忽略。 假定：仅边柱有轴力及轴向变形；假定：仅边柱有轴力及轴向变形； 柱截面由底到顶线性变化。柱截面由底到顶线性变化。5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一2）柱轴向变形产生的位移柱轴向变形产生的位移柱轴向变形产生的柱轴向变形产生的i i层位移：层位移： V0基底总剪力；基底总剪力；H H、B B 分别为建筑物总高度及结构宽度；分别为建筑物总高度及结构宽度；E E、A A1 1 分别为混凝土弹性模量及框架底层柱截分别为混凝土弹性模量及框架底

36、层柱截面面积；面面积；F Fn n根据不同荷载形式计算的位移系数，可由曲根据不同荷载形式计算的位移系数，可由曲线查出线查出。n n为框架边柱顶层与底层截面面积之比。为框架边柱顶层与底层截面面积之比。 5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算n n为框架边柱顶层与底层为框架边柱顶层与底层截面面积之比截面面积之比 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一柱轴向变形柱轴向变形产生的第产生的第i i层层间位移层层间位移 5.6 5.6 高层框架侧移计算高层框架侧移计算 高层

37、建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.7 5.7 柱轴向变形对内力的影响柱轴向变形对内力的影响竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响： 高层建筑结构层数多、高度大，竖向荷载下高层建筑结构层数多、高度大，竖向荷载下柱的轴向力和轴向变形很大，不能忽略轴向变形柱的轴向力和轴向变形很大，不能忽略轴向变形其对内力的影响。其对内力的影响。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响： 采用计算软件，考虑柱轴向变形，对整体结采用计算软件，考虑柱轴向变形，对整体结构进行一次加载内力分析

38、。构进行一次加载内力分析。5.7 5.7 柱轴向变形对内力的影响柱轴向变形对内力的影响 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响： 梁梁靠近边柱的靠近边柱的支座弯矩支座弯矩增加，增加，梁梁靠近中柱的靠近中柱的支座弯矩支座弯矩减小，越高越显著；从而引起减小，越高越显著；从而引起梁端剪力梁端剪力和和柱的轴力柱的轴力发生发生较大变化较大变化。 梁跨中弯矩、柱端弯矩影响不大；梁跨中弯矩、柱端弯矩影响不大；5.7 5.7 柱轴向变形对内力的影响柱轴向变形对内力的影响 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一

39、5.8 5.8 模拟施工过程的分析方法模拟施工过程的分析方法竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：一次加载内力分析法与实际情况的差异一次加载内力分析法与实际情况的差异: 竖向荷载是在施工过程中逐层施加的，不是竖向荷载是在施工过程中逐层施加的，不是结构完成后一次施加的。结构完成后一次施加的。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：一次加载内力分析法与实际情况的差异一次加载内力分析法与实际情况的差异: 实际施工过程中，楼层标高逐层找平，抵消实际施工过程中，楼层标高逐层找平，抵消了已经

40、发生的压缩变形。但一次加载内力分析法了已经发生的压缩变形。但一次加载内力分析法没有考虑，从而使得计算的轴向变形偏大没有考虑，从而使得计算的轴向变形偏大5.8 5.8 模拟施工过程的分析方法模拟施工过程的分析方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：一次加载内力分析法与实际情况的差异一次加载内力分析法与实际情况的差异: 随着楼层的增加和高度的加大，轴向变形偏随着楼层的增加和高度的加大，轴向变形偏差累积使得边跨的梁端支座弯矩增大很多，中跨差累积使得边跨的梁端支座弯矩增大很多，中跨的梁端支座弯矩反号，个别柱可能出

41、现拉应力。的梁端支座弯矩反号，个别柱可能出现拉应力。5.8 5.8 模拟施工过程的分析方法模拟施工过程的分析方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：竖向荷载下柱轴向变形对内力的影响：一次加载内力分析法一次加载内力分析法模拟施工过程的分析方法模拟施工过程的分析方法5.8 5.8 模拟施工过程的分析方法模拟施工过程的分析方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一控制截面控制截面 控制截面：控制截面：验算承载力的主要截面，验算承载力的主要截面，通常是内力最大的截面通常是内力最大的截面 框架梁框架梁: :两端支座截面，跨中截面

42、两端支座截面，跨中截面 框架柱框架柱: :两端截面两端截面5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一端部截面端部截面，不不是轴线截面是轴线截面控制截面控制截面5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一最不利最不利内力组合内力组合 内力组合：内力组合：计算各控制截面可能发生计算各控制截面可能发生的最不利内力的最不利内力梁端截面：梁端截面： 最大负弯矩，最大剪力最大负弯矩，最大剪力 梁跨中截面：梁跨中截面： 最大正弯矩最大正弯矩5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 高层建筑结构设计高

43、层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一最不利最不利内力组合内力组合 柱端截面：柱端截面：正截面设计与正截面设计与弯矩、轴力、偏心距弯矩、轴力、偏心距（即弯矩与轴力的比值）有关（即弯矩与轴力的比值）有关斜截面设计由斜截面设计由最大剪力最大剪力控制控制5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 对于大偏压，对于大偏压，M相等或相近时，相等或相近时，N越小越不利越小越不利； 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 对于小偏压，对于小偏压，M相等或相

44、近时，相等或相近时，N越大越不利；越大越不利； 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 无论大小偏压，当无论大小偏压，当N相等或相近时，相等或相近时，M越大越越大越不利。不利。 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 及相应的及相应的N N 及相应的及相应的M M 及相应的及相应的M M 较大及较大及N N较大较大或或 较大及较大及N N较小较小MmaxmaxNNminM柱端正截面设计柱端正截面设计最不利内力最不利内力M5.9 5.9 内力组合方法内力组合方法 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一R

45、框架结构的抗震概念设计框架结构的抗震概念设计：5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计控制控制地震能量的输入地震能量的输入安排安排合理的结构布置合理的结构布置设置设置多道抗震的防线多道抗震的防线 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一框架是整个体系中唯一的抗侧力构件，框架是整个体系中唯一的抗侧力构件，应采用应采用“强柱弱梁强柱弱梁”型延性框架。型延性框架。（即（即梁为第一道梁为第一道，柱为第二道柱为第二道）梁铰机制梁铰机制（整体机制）优于（整体机制）优于柱铰机制柱铰机制（局部机制）（局部机制） 5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计

46、土木系结构一土木系结构一R框架结构的抗震概念设计框架结构的抗震概念设计：5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计控制控制地震能量的输入地震能量的输入安排安排合理的结构布置合理的结构布置设置设置多道抗震的防线多道抗震的防线保证保证足够的构件延性足够的构件延性 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 延性延性是指强度或承载力没有大幅是指强度或承载力没有大幅度下降情况下的屈服后变形能力；度下降情况下的屈服后变形能力； 耗能能力耗能能力是是构件或结构耗散地震构件或结构耗散地震能量的能力，能量的能力，用往复荷载作用下构件用往复荷载作用下构件或结构的力变形滞回曲线包含的面或结构的力变

47、形滞回曲线包含的面积度量积度量。5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弯曲（压弯）破坏弯曲（压弯）破坏优于优于剪切破坏剪切破坏 弯曲破坏弯曲破坏 剪切破坏剪切破坏5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一1 1、强剪弱弯强剪弱弯2 2、柱的轴压比大柱的轴压比大，延性和耗能能力，延性和耗能能力降低降低3 3、梁、柱梁、柱正截面设计正截面设计时，时，相对受压相对受压区高度大区高度大，延性和耗能能力，延性和耗能能力降低降低4 4、梁、柱梁、柱斜截面设计斜截面设计时，时，剪压比大

48、剪压比大，延性和耗能能力延性和耗能能力降低降低5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一R框架结构的抗震概念设计框架结构的抗震概念设计：5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计控制控制地震能量的输入地震能量的输入安排安排合理的结构布置合理的结构布置设置设置多道抗震的防线多道抗震的防线保证保证足够的构件延性足够的构件延性确保确保框架结构整体性框架结构整体性 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一避免避免节点核芯区破坏节点核芯区破坏及及纵筋锚固破坏纵筋锚固破坏 梁梁柱核芯区破坏为柱核芯区破坏为剪切破坏剪切破坏，可能，

49、可能导致导致框架失效框架失效； 伸入核芯区的伸入核芯区的纵筋与混凝土之间的粘纵筋与混凝土之间的粘结破坏结破坏，会导致，会导致梁端转角增梁端转角增大，从而大，从而增大增大层间位移层间位移。 5.10 5.10 框架构件设计框架构件设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一框架梁的破坏形态与延性框架梁的破坏形态与延性 破坏形态：破坏形态： 剪切破坏剪切破坏 弯曲破坏弯曲破坏5.10.1 5.10.1 框架梁设计框架梁设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一1 1、梁正截面抗弯设计、梁正截面抗弯设计（1 1）梁抗弯承载力验算）梁抗弯承载力验算（2 2）梁正截

50、面抗弯构造设计）梁正截面抗弯构造设计2 2、梁斜截面抗剪设计、梁斜截面抗剪设计（1 1）梁抗剪承载力验算）梁抗剪承载力验算（2 2）梁斜截面抗剪构造设计）梁斜截面抗剪构造设计5.10.1 5.10.1 框架梁设计框架梁设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一设计状况设计状况 design situations代表一定时段内实际情况的一组代表一定时段内实际情况的一组设设计条件计条件，设计应做到在该组条件下，设计应做到在该组条件下结构不超越有关的极限状态。结构不超越有关的极限状态。5.10.1 5.10.1 框架梁设计框架梁设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土