第4高层建筑结构计算分析-课件.ppt

1、（1）随着高层的快速发展，）随着高层的快速发展，层数多，高度大层数多，高度大，平面布置和，平面布置和立面体形复杂，结构计算分析越来越重要，采用立面体形复杂，结构计算分析越来越重要，采用计算机计算机进行进行计算分析已成为不可或缺的手段。计算分析已成为不可或缺的手段。（2）计算机技术和）计算机技术和结构分析软件结构分析软件的普及，一方面使精度提的普及，一方面使精度提高，另一方面为准确地了解结构的性能提供了技术手段。高，另一方面为准确地了解结构的性能提供了技术手段。因此，合理地选择因此，合理地选择计算分析方法计算分析方法，确定，确定计算模型计算模型和和相关参相关参数数，正确使用，正确使用计算机分析软

2、件计算机分析软件，检验和判断计算结果的可靠，检验和判断计算结果的可靠性等对高层建筑结构至关重要。性等对高层建筑结构至关重要。4.1 计算分析方法和模型计算分析方法和模型4.1计算分析方法和模型计算分析方法和模型高层建筑结构应根据不同材料的结构、不同的受力形式和高层建筑结构应根据不同材料的结构、不同的受力形式和受力阶段，采用相应的计算方法。受力阶段，采用相应的计算方法。主要有：主要有：（1）线弹性分析方法；）线弹性分析方法；（2）考虑塑性内力重分布的分析方法；）考虑塑性内力重分布的分析方法；（3）非线性分析方法；）非线性分析方法；（4）模型试验分析方法。）模型试验分析方法。4.1.1 结构计算分

3、析方法结构计算分析方法4.1计算分析方法和模型计算分析方法和模型对复杂的不规则结构或重要的结构，可考虑非线性分对复杂的不规则结构或重要的结构，可考虑非线性分析方法和模型实验方法。析方法和模型实验方法。框架梁及连梁框架梁及连梁等构件可考虑局部等构件可考虑局部塑性塑性引起的内力重分引起的内力重分布，如在竖向荷载作用下，对框架梁端负弯矩乘以布，如在竖向荷载作用下，对框架梁端负弯矩乘以调幅调幅系数系数，装配整体式框架取，装配整体式框架取0.70.8，现浇式框架现浇式框架取取0.80.9；抗震设计的；抗震设计的框架框架-剪力墙剪力墙或或剪力墙结构剪力墙结构中的中的连梁刚度连梁刚度可予以折减，折减系数不宜

4、小于可予以折减，折减系数不宜小于0.5。4.1.1 4.1.1 结构计算分析方法结构计算分析方法（一）计算模型（一）计算模型高层建筑结构是复杂的高层建筑结构是复杂的三维空间受力体系三维空间受力体系，应根据实际选，应根据实际选取能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。取能较准确地反映结构中各构件的实际受力状况的力学模型。可选择：可选择：（1）平面协同工作模型）平面协同工作模型：平面和立面布置简单规则的框架：平面和立面布置简单规则的框架结构、框架结构、框架-剪力墙结构；剪力墙结构；（2）空间协同工作模型）空间协同工作模型4.1.2 结构计算模型结构计算模型（3）空间杆系模型：）空间杆系

5、模型：剪力墙结构、筒体结构和复杂布置的剪力墙结构、筒体结构和复杂布置的框架结构、框架框架结构、框架-剪力墙结构应采用空间分析模型剪力墙结构应采用空间分析模型（4）空间杆）空间杆-薄壁杆系模型薄壁杆系模型（5）空间杆）空间杆-墙板元模型墙板元模型（6）有限元计算模型。）有限元计算模型。针对这些力学模型，目前我国均有相应的结构分析软件。针对这些力学模型，目前我国均有相应的结构分析软件。4.1.2 结构计算模型结构计算模型1、连梁刚度的折减、连梁刚度的折减2、楼盖平面内刚度为无限大、楼盖平面内刚度为无限大为简化计算，可视楼（屋）面为水平放置的为简化计算，可视楼（屋）面为水平放置的深梁深梁，具有很，具

6、有很大的平面内刚度，可近似认为其平面内为无限刚性。可使自大的平面内刚度，可近似认为其平面内为无限刚性。可使自由度数减小由度数减小，计算大为简化计算大为简化。实践证明，对很多高层建筑结。实践证明，对很多高层建筑结构可满足工程精度的要求。构可满足工程精度的要求。4.2 计算参数的选取计算参数的选取采用了刚性楼（屋）面板假定，设计上采用了刚性楼（屋）面板假定，设计上应采取措施应采取措施保证楼保证楼（屋）面的整体刚度。如（屋）面的整体刚度。如结构平面结构平面宜宜简单、规则、对称简单、规则、对称，平，平面长度面长度不宜过长不宜过长，突出部分长度不宜过大突出部分长度不宜过大；宜采用现浇钢筋；宜采用现浇钢筋

7、混凝土楼板；对混凝土楼板；对局部削弱局部削弱的楼面，可采取的楼面，可采取楼板局部加厚楼板局部加厚、设、设置边梁、加大楼板配筋置边梁、加大楼板配筋等措施。等措施。4.2计算参数的选取计算参数的选取3、框架梁端弯矩调幅、框架梁端弯矩调幅4、楼面梁的扭矩、楼面梁的扭矩4.2计算参数的选取计算参数的选取4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理 高层建筑高层建筑实际结构实际结构是复杂的是复杂的空间受力体系空间受力体系，它是由水平的，它是由水平的刚性楼板刚性楼板和和竖向的受力构件竖向的受力构件（框架柱、剪力墙、筒体）组成的（框架柱、剪力墙、筒体）组成的空间结构空间结构。实际荷载

8、实际荷载也是很复杂的，钢筋混凝土结构又会有开裂、屈也是很复杂的，钢筋混凝土结构又会有开裂、屈服等现象，并服等现象，并不是弹性匀质材料不是弹性匀质材料。即便使用电子计算机计算，。即便使用电子计算机计算，可以按照三维受力状态来进行结构内力和位移分析，要对多、可以按照三维受力状态来进行结构内力和位移分析，要对多、高层建筑结构高层建筑结构作精确计算也是十分困难的作精确计算也是十分困难的。尤其在设计方案计算和估算时进行手算，需要对结构进行尤其在设计方案计算和估算时进行手算，需要对结构进行简化并做出基本假定简化并做出基本假定，得到合理的，得到合理的计算图形计算图形，以便，以便简化计算简化计算。本节只讨论一

9、些结构计算中的本节只讨论一些结构计算中的基本简化原则基本简化原则。针对各种具。针对各种具体结构计算方法，还有一些各自的假定，将在以后章节中进行体结构计算方法，还有一些各自的假定，将在以后章节中进行讨论。这些讨论。这些假定主要体现假定主要体现在以下五个方面：在以下五个方面：4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理1弹性工作状态假定；弹性工作状态假定；2水平荷载作用方向假定；水平荷载作用方向假定；3平面结构假定；平面结构假定；4楼板在自身平面内刚度无限大的假定；楼板在自身平面内刚度无限大的假定；

10、5高层建筑结构底部嵌固假定；高层建筑结构底部嵌固假定；4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理线弹性分析方法线弹性分析方法是最基本的结构分析方法，也是是最基本的结构分析方法，也是最成熟最成熟的的方法，可用于所有高层建筑结构体系的计算分析。理论分析、方法，可用于所有高层建筑结构体系的计算分析。理论分析、试验研究和工程实践表明，在试验研究和工程实践表明，在承载能力极限状态承载能力极限状态和和正常使用极正常使用极限状态限状态，线弹性分析结果可以满足工程精度要求线弹性分析结果可以满足工程精度要求，保证结构安，保证结构安全。全。该假定认为，结构在永久荷载作用和可变荷载

11、作用下，从该假定认为，结构在永久荷载作用和可变荷载作用下，从整体上看处于整体上看处于弹性工作状态弹性工作状态，其内力和位移按，其内力和位移按弹性方法计算弹性方法计算。因为是弹性计算，因为是弹性计算，叠加原理叠加原理可以用，可以用，不同荷载作用不同荷载作用时，可以进时，可以进行行内力组合内力组合。某些情况下可以考虑局部构件的某些情况下可以考虑局部构件的塑性变形内力重分布塑性变形内力重分布，以及，以及罕遇地震作用下的罕遇地震作用下的第二阶段验算第二阶段验算，此时结构均已进入弹塑性阶，此时结构均已进入弹塑性阶段。现行规范的设计处理方法仍多以弹性计算的结果段。现行规范的设计处理方法仍多以弹性计算的结果

12、通过调整通过调整或修正或修正来解决。来解决。4.3.1 4.3.1 弹性工作状态假定弹性工作状态假定 4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理实际实际风荷载及地震作用风荷载及地震作用方向是随意的、不定的。但是，在结构计算中常常方向是随意的、不定的。但是，在结构计算中常常假设水平力作用在结构的假设水平力作用在结构的主轴方向主轴方向。对互相正交的两个。对互相正交的两个主轴主轴x方向及方向及y方方向，向，分别进行内力分析分别进行内力分析。在矩形平面中，主轴分别平行于两个边长方向，如图。在矩形平面中，主轴分别平行于两个边长方向，如图。在在其他形状的平面中其他形状的平

13、面中，可根据平面几何形状和尺寸确定主轴方向。，可根据平面几何形状和尺寸确定主轴方向。4.3.2水平荷载作用方向假定水平荷载作用方向假定4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理4.3.3 4.3.3 平面结构假定平面结构假定任何结构都是一个任何结构都是一个空间结构空间结构。但对。但对框框架、剪力墙及框架架、剪力墙及框架一剪力墙结构一剪力墙结构体系体系而言，而言，大多数大多数可以可以把空间结构简化为把空间结构简化为平面结构，使计算平面结构，使计算大大简化。这里作大大简化。这里作了了两个假定两个假定：（1）一片框架或一片墙一片框架或一片墙可以抵抗在本身平面内的侧向

14、力，而在平面外的刚度可以抵抗在本身平面内的侧向力，而在平面外的刚度很小，可以忽略不计。很小，可以忽略不计。因此，整个结构可以划分成若干因此，整个结构可以划分成若干平面结构平面结构，共同，共同抵抗与平面结构平行的侧向抵抗与平面结构平行的侧向荷载荷载，垂直于垂直于该平面方向的该平面方向的结构不参加受力结构不参加受力。（2）各个平面抗侧力结构之间）各个平面抗侧力结构之间通过通过楼板互相联系楼板互相联系并协同工作。并协同工作。4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理楼板楼板在其自身在其自身平面内平面内刚度很大，可视为刚度很大，可视为刚度无限大刚度无限大的平板。的平板

15、。楼板楼板平面外的刚度平面外的刚度很小，可以很小，可以忽略不计忽略不计。4.3.4 4.3.4 楼板无限刚度假定楼板无限刚度假定 无扭转时4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理 高层建筑结构计算中，一般假定结构高层建筑结构计算中，一般假定结构底部嵌固底部嵌固。主体。主体结构计算模型的底部嵌固部位，结构计算模型的底部嵌固部位，理论上应能限制构件理论上应能限制构件在两在两个个水平方向的平动位移水平方向的平动位移和和绕竖轴的转角位移绕竖轴的转角位移，并将上部结，并将上部结构的剪力全部构的剪力全部传递给地下室结构传递给地下室结构。因此，对作为主体结构。因此，对作为

16、主体结构嵌固部位的地下室楼层的嵌固部位的地下室楼层的整体刚度和承载能力整体刚度和承载能力应加以控制。应加以控制。4.3.5 4.3.5 高层建筑结构底部嵌固假定高层建筑结构底部嵌固假定4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32019/J1862019规定规定：当地下室顶板作为上部当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时结构嵌固部位时，地下室结构的，地下室结构的楼层侧楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍倍；嵌固部位楼；嵌固部位楼盖应采用盖应采用梁板结构梁

17、板结构，楼板厚度不宜小于，楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等，混凝土强度等级不宜低于级不宜低于C30，应采用，应采用双层双向配筋双层双向配筋，且每层每个方向的配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于率不宜小于0.25%；地下；地下一层的抗震等级一层的抗震等级应按应按上部结构上部结构采用，地采用，地下室下室柱截面每侧的纵向钢筋柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍倍。一般情况下，这些控制条件是容易满足的。当地下室一般情况下，这些控制条件是容易满足的。当地下室不能满不能满足嵌固足

18、嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件时有条件时可增加地下室楼可增加地下室楼层的层的侧向刚度侧向刚度，或者将主体结构的，或者将主体结构的嵌固部位下移嵌固部位下移至符合要求的部至符合要求的部位，位，如筏形基础顶面或箱形基础顶面如筏形基础顶面或箱形基础顶面等。等。4.3.4 4.3.4 高层建筑结构底部嵌固假定高层建筑结构底部嵌固假定4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理内力分析时要解决两个问题内力分析时要解决两个问题在上述假定下，内力分析时要解决两个问题：在上述假定下，内力分析时要解决两个问题：（1 1）水平荷载在各片抗侧力结构间

19、的分配。荷载分配和各片抗）水平荷载在各片抗侧力结构间的分配。荷载分配和各片抗侧力结构的刚度有关，刚度愈大的结构单元分配到的荷载愈多。侧力结构的刚度有关，刚度愈大的结构单元分配到的荷载愈多。不能按照受荷载面积计算各片抗侧力结构的水平荷载。不能按照受荷载面积计算各片抗侧力结构的水平荷载。（2 2）计算每片抗侧力结构在所分到的水平荷载作用下的内力）计算每片抗侧力结构在所分到的水平荷载作用下的内力及位移。及位移。这两个问题将按照框架结构、剪力墙结构及框架一剪力墙结这两个问题将按照框架结构、剪力墙结构及框架一剪力墙结构依次在以后几章中详细讨论。在筒体结构中，一般采用空构依次在以后几章中详细讨论。在筒体结

20、构中，一般采用空间分析。在一些具有不规则平面或无法划分成平面抗侧力结间分析。在一些具有不规则平面或无法划分成平面抗侧力结构计算的复杂结构中，上述简化带来的误差较大，也宜按空构计算的复杂结构中，上述简化带来的误差较大，也宜按空间结构进行分析。间结构进行分析。4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理计算要求计算要求:（1）对体形复杂、结构布置复杂如：结构平面不规则、竖）对体形复杂、结构布置复杂如：结构平面不规则、竖向不规则等，应采用至少向不规则等，应采用至少两个不同力学模型两个不同力学模型进行计算分析，进行计算分析，相互比较和校核，确保可靠性。相互比较和校核，确

21、保可靠性。（2）带加强层或转换层、错层结构带加强层或转换层、错层结构、连体和立面开洞结构、连体和立面开洞结构、多塔楼结构等均属多塔楼结构等均属复杂高层建筑结构，复杂高层建筑结构，其竖向刚度变化大、其竖向刚度变化大、受力复杂、易形成薄弱部位，计算分析应从严要求。受力复杂、易形成薄弱部位，计算分析应从严要求。应符合应符合下列要求：下列要求：4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理u采用至少采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行计算；两个不同力学模型的三维空间分析软件进行计算；u抗震计算时，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算扭转效应，振型数不应宜考虑平扭耦联计

22、算扭转效应，振型数不应小于小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍；倍；u应采用弹性时程应采用弹性时程分析法进行补充计算；分析法进行补充计算；u宜采用弹塑性静力宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与计算简图处理（3）对受力复杂的结构构件，）对受力复杂的结构构件，如复杂的剪力墙、加强层构如复杂的剪力墙、加强层构件、转换层构件、错层构件、连接体及其相关构件等，除整件、转换层构件、错层构件、连接体及其相关构件等，除整体分析外，尚应按体分析外

23、，尚应按有限元等方法进行局部应力分析有限元等方法进行局部应力分析，并据此，并据此进行截面配筋设计校核。进行截面配筋设计校核。（4）除选用可靠的结构分析软件外）除选用可靠的结构分析软件外，还应对软件的计算结，还应对软件的计算结果从力学概念和工程经验等方面加以果从力学概念和工程经验等方面加以分析判断分析判断，确认其合理、，确认其合理、有效后方可采用。如对结构有效后方可采用。如对结构整体位移整体位移、楼层剪力楼层剪力、振型和位振型和位移形态移形态、自振周期自振周期、超筋情况超筋情况等计算结果进行工程经验判断。等计算结果进行工程经验判断。4.3 4.3 结构简化计算原则与计算简图处理结构简化计算原则与

24、计算简图处理4.4 整体稳定和倾覆问题整体稳定和倾覆问题4.4.1 重力二阶效应及结构稳定重力二阶效应及结构稳定重力二阶效应一般包括重力二阶效应一般包括两部分两部分：（1）一是由于构件）一是由于构件自身挠曲自身挠曲引起的引起的附加重力效应附加重力效应，二阶效，二阶效应内力与构件挠曲形态有关，一般是构件的应内力与构件挠曲形态有关，一般是构件的中间大中间大，两端为两端为零零；（2）二是在水平荷载作用下）二是在水平荷载作用下结构产生侧移后结构产生侧移后，重力荷载重力荷载由由于于该侧移而引起的附加效应该侧移而引起的附加效应。分析表明，分析表明，挠曲二阶效应挠曲二阶效应的影响相对较小，而重力荷载的影响相

25、对较小，而重力荷载因结构侧移产生的因结构侧移产生的效应相对较大效应相对较大，可使结构的，可使结构的内力和位移增内力和位移增加，甚至导致结构失稳加，甚至导致结构失稳。因此，高层建筑结构构件的稳定设计，主要是控制和验因此，高层建筑结构构件的稳定设计，主要是控制和验算结构在风或地震作用下，重力效应。算结构在风或地震作用下，重力效应。4.4 4.4 整体稳定和倾覆问题整体稳定和倾覆问题4.4 整体稳定和倾覆问题整体稳定和倾覆问题4.4.2 高层建筑结构的整体倾覆问题高层建筑结构的整体倾覆问题当高层建筑的当高层建筑的高宽比较大、水平作用较大、地基刚度高宽比较大、水平作用较大、地基刚度较弱时，较弱时，则可

26、能出现则可能出现倾覆问题倾覆问题。在设计高层建筑结构时，一般都要控制在设计高层建筑结构时，一般都要控制高宽比高宽比。在设计基础时在设计基础时，对高宽比大于对高宽比大于4的高层建筑，在地震作用效应的高层建筑，在地震作用效应标准组合下，基础底面标准组合下，基础底面不宜出现零应力区；不宜出现零应力区；高宽比高宽比不大于不大于4的高的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的面积的15%。当当满足上述条件满足上述条件时，高层建筑结构的时，高层建筑结构的抗倾覆能力抗倾覆能力有足够的安全有足够的安全储备，不需进行储备，不需进行专门的

27、抗倾覆验算专门的抗倾覆验算。4.4 4.4 整体稳定和倾覆问题整体稳定和倾覆问题4.5.1.弹性位移验算弹性位移验算高层建筑层数多、高度大，应对其层间位移加以控制。这高层建筑层数多、高度大，应对其层间位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小控制的一个相对个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小控制的一个相对指标。指标。为了保证高层结构在多遇地震作用下基本处于弹性受力状为了保证高层结构在多遇地震作用下基本处于弹性受力状态，以及填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件基本完好，应限态，以及填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件基本完好，应限制结构的层间位移；制结构的层间位移；考虑到层间位移控制是一个宏观

28、的侧向刚度指标，为便于考虑到层间位移控制是一个宏观的侧向刚度指标，为便于应用，可采用层间最大位移与层高之比应用，可采用层间最大位移与层高之比u/h，即层间位移角，即层间位移角作为控制指标。作为控制指标。4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算4.5.1 薄弱层弹塑性位移限值和验算薄弱层弹塑性位移限值和验算震害表明，如果存在薄弱层，结构薄弱部位将产生较大的震害表明，如果存在薄弱层，结构薄弱部位将产生较大的弹塑性变形，导致结构构件严重破坏甚至引起房屋倒塌。结弹塑性变形，导致结构构件严重破坏甚至引起房屋倒塌。结构薄弱层（部位）层间弹塑性

29、位移应符合下式要求：构薄弱层（部位）层间弹塑性位移应符合下式要求：hupp式中式中 层间弹塑性位移；层间弹塑性位移；层间弹塑性位移角限值，可按表层间弹塑性位移角限值，可按表4.3.3采用；采用；对框架结构，当轴压比小于对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高时，可提高10；当柱全高；当柱全高的箍筋构造采用比规定的框架柱箍筋最小含箍特征值大的箍筋构造采用比规定的框架柱箍筋最小含箍特征值大30时，可提高时，可提高20，但累计不超过，但累计不超过25。4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算pup结构类别结构类别位移角限值位移角限值框架结构框架结构1/50框架框架-剪力墙结构、框架

30、剪力墙结构、框架-核心筒结构、板柱核心筒结构、板柱-剪力墙结剪力墙结构构1/100剪力墙结构和筒中筒结构剪力墙结构和筒中筒结构1/120框支层框支层1/120表表4.3.3 层间弹塑性位移角限值层间弹塑性位移角限值验算范围：验算范围：（1）79度时，楼层屈服强度系数小于度时，楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；的框架结构；甲类建筑和甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；采用隔震和消能度抗震设防的乙类建筑结构；采用隔震和消能减震技术的建筑结构均减震技术的建筑结构均 4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算应进行弹塑性变形验算。应进行弹塑性变形验算。（2）竖向不规则高层建筑结构；

31、）竖向不规则高层建筑结构；7度度、类场地和类场地和8度抗度抗震设防的乙类建筑结构；板柱震设防的乙类建筑结构；板柱-剪力墙结构等宜进行弹塑性剪力墙结构等宜进行弹塑性变形验算：变形验算：楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数y按下式计算：按下式计算：y=y/Ve （4.3.5）式中：式中：Vy为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力；剪承载力；Ve为按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。为按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算表表4.3.4 结构的弹塑性位移增大系数结构的弹塑性位移增大系数yp

32、0.50.40.31.82.02.24.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算表表4.3.6 舒适度与风振加速度关系舒适度与风振加速度关系4.5.3 舒适度要求舒适度要求高层建筑在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将高层建筑在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高层建筑内居住的人们感觉不舒服，甚至不能忍受，表使在高层建筑内居住的人们感觉不舒服，甚至不能忍受，表4.3.6为两者之间的关系。为两者之间的关系。不舒适的程度不舒适的程度建筑物的加速度建筑物的加速度无感觉无感觉有感觉有感觉扰扰 人人十分扰人十分扰人不能忍受不能忍受0.15g4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验

33、算薄弱层弹塑性变形验算4.5.3 舒适度要求舒适度要求 参照国外研究成果，参照国外研究成果，高层规程高层规程规定，高度超过规定，高度超过150m的高层建筑结构的高层建筑结构，按，按10年年一遇的风荷载取值计算的顺一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度不应超过表风向与横风向结构顶点最大加速度不应超过表4.3.7的限值。的限值。必要时，可通过必要时，可通过专门风洞试验专门风洞试验结果计算确定顺风向与横结果计算确定顺风向与横风向结构风向结构顶点最大加速度顶点最大加速度。4.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算表表4.3.7 结构顶点最大加速度限值结构顶点最大加速度限值

34、maxa2sm使用功能使用功能住宅、公寓住宅、公寓0.15办公、旅馆办公、旅馆0.254.5 4.5 薄弱层弹塑性变形验算薄弱层弹塑性变形验算4.6.1 强度问题强度问题构件截面承载力验算；构件截面承载力验算；4.6.2 刚度问题刚度问题正常使用条件下结构水平位移验算；正常使用条件下结构水平位移验算；4.6.3 稳定问题稳定问题结构稳定与抗倾覆验算；结构稳定与抗倾覆验算；4.6.4 延性问题延性问题抗震结构的延性要求；抗震结构的延性要求；4.6.5 经验问题经验问题抗震结构的概念设计要求；抗震结构的概念设计要求；4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求4.6 高层建筑结构设

35、计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求 一般不需验算一般不需验算 H/B5时宜验算时宜验算抗倾覆验算抗倾覆验算表达式表达式 MMM稳定力矩稳定力矩=竖向荷载（竖向荷载（50%楼面活载楼面活载+90%恒恒载）载）对基础边缘取矩对基础边缘取矩M倾覆力矩倾覆力矩=由风荷载或地震作用（或二者组合）由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的计算的基础顶面基础顶面 处的最大倾覆力矩处的最大倾覆力矩 Gte HGi EIeqHi4.6.3 稳定问题稳定问题结构稳定与抗倾覆验算结构稳定与抗倾覆验算4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求整体稳定性验算整体稳定性验算表达式表达式 GteEIeq/

36、(8H2)Gte顶端等效重力荷载设计值顶端等效重力荷载设计值=GiHi2/H2EIeq验算方向的抗侧力构件等效刚度和验算方向的抗侧力构件等效刚度和Gi第第i层重力荷载设计值层重力荷载设计值 Gte HGi EIeqHi4.6.3 稳定问题稳定问题结构稳定与抗倾覆验算结构稳定与抗倾覆验算4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求4.6.4 延性问题延性问题抗震结构的延性要求抗震结构的延性要求 结构抗震等级结构抗震等级确定方法确定方法根据根据确定抗震等级的确定抗震等级的设防烈度设防烈度、结构类型结构类型、结构高度结构高度确定确定 延性结构设计原则延性结构设计原则四项措施四项措施提

37、高构件延性；提高构件延性；强柱（墙）弱梁；强柱（墙）弱梁；强剪弱弯；强剪弱弯；强节点（锚固）弱构件；强节点（锚固）弱构件；4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求4.6.4 延性问题延性问题抗震结构的延性要求抗震结构的延性要求 罕遇地震作用下的弹塑性变形验算罕遇地震作用下的弹塑性变形验算一般不验算，但须采取构造措施一般不验算，但须采取构造措施验算验算需验算结构的界定（范围）需验算结构的界定（范围）表达式表达式单控（弹塑性）单控（弹塑性）up/hup/h 验算方法验算方法简化方法或时程分析法简化方法或时程分析法4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求4.6

38、.5 经验问题经验问题抗震结构的概念设计要求抗震结构的概念设计要求 概念设计概念设计 要点要点选择有利选择有利场地和地基场地和地基选择延性好选择延性好结构体系与材料结构体系与材料规则规则结构结构延性延性结构结构减轻减轻自重自重避开地震动避开地震动反应谱特征周期反应谱特征周期避免避免薄弱层薄弱层减少减少扭转扭转协调协调承载能力与延性的关系承载能力与延性的关系设置设置多道抗震防线多道抗震防线实现合理实现合理屈服耗能机制屈服耗能机制提高提高整体性整体性4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求概念设计概念设计 意义意义“计算设计计算设计”很难有效控制结构的很难有效控制结构的薄弱环节

39、薄弱环节，不能完全解，不能完全解决问题决问题 地震作用的不确定性地震作用的不确定性 结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）尼变化等）经验总结、定性判断经验总结、定性判断 含义含义 在进行结构设计时，首先着眼于结构的在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应总体地震反应，按，按照结构的照结构的破坏机制和破坏过程破坏机制和破坏过程，灵活运用，灵活运用抗震设计准则抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结上的

40、大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。题。4.6 高层建筑结构设计的基本要求高层建筑结构设计的基本要求4.7 高层建筑结构的设计步骤高层建筑结构的设计步骤高层建筑设计步骤可分为以下几步：高层建筑设计步骤可分为以下几步：（1）选择合理的结构形式）选择合理的结构形式（框架结构、剪力墙结构、框架（框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、框架一筒体结构），主要是根据一剪力墙结构、框架一筒体结构），主要是根据建筑功能建筑功能的要的要求（比如大空间的平面布置，可选择框架、框筒结构），抗震求（比如

41、大空间的平面布置，可选择框架、框筒结构），抗震性能性能（地震区，宜选用（地震区，宜选用周期较长的结构形式以减少地震作用周期较长的结构形式以减少地震作用，而在强风区，过长的自振周期会对结构的抗风产生不利影响）而在强风区，过长的自振周期会对结构的抗风产生不利影响）以及以及经济性经济性。（2）确定所选结构上各类构件的截面尺寸和数量）确定所选结构上各类构件的截面尺寸和数量（如框架（如框架梁、柱截面尺寸，框一剪结构中剪力墙的片数，筒体的壁厚梁、柱截面尺寸，框一剪结构中剪力墙的片数，筒体的壁厚等）。在选定高层建筑结构形式之后，初选构件截面尺寸和构等）。在选定高层建筑结构形式之后，初选构件截面尺寸和构件数量

42、的正确与否，将会直接影响到结构的计算工作量。件数量的正确与否，将会直接影响到结构的计算工作量。4.7 高层建筑结构的设计步骤高层建筑结构的设计步骤4.7 高层建筑结构的设计步骤高层建筑结构的设计步骤高层建筑设计步骤可分为以下几步：高层建筑设计步骤可分为以下几步：（3）确定结构上各类）确定结构上各类计算荷载的数值计算荷载的数值（竖向荷载和水平荷（竖向荷载和水平荷载）。根据我国高层建筑的现状，在方案估算阶段，可按经验载）。根据我国高层建筑的现状，在方案估算阶段，可按经验估算确定结构的单位面积重力荷载：估算确定结构的单位面积重力荷载：框架结构：框架结构：1214 kN/m2；框框剪结构：剪结构：1416 kN/m2；剪力墙、筒体：剪力墙、筒体：1518 kN/m2。（4）对所选结构进行）对所选结构进行内力分析和变形内力分析和变形计算。计算。（5）对结构构件进行）对结构构件进行截面设计截面设计（各种强度或变形的验算）。（各种强度或变形的验算）。（6）建筑物地面以下的）建筑物地面以下的基础选择和设计基础选择和设计。（7）绘制结构施工图绘制结构施工图。4.7 高层建筑结构的设计步骤高层建筑结构的设计步骤