温州大学高层建筑设计复习.docx

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温州大学高层建筑设计复习

第二章结构体系

2.1框架结构

变形位移类型，剪切线。

层间位移，下大上小。

体系：

横向体系（楼板）竖向体系（梁柱）

4-6m小柱距，7-10m大柱距（高层建筑尽量采用大柱距）

确定柱距的因素：

适用性，经济性，强度和刚度，梁柱截面尺寸

抗震设防要求：

•必须设计成双向框架

•框架梁柱必须刚性连接

•不允许采用单跨框架

框架结构布置的原则－抗震设计

•布置原则：

简单、规则、均匀、对称

•梁柱应采用刚接，不宜采用铰接。

•不宜采用单跨框架

•双向布置-双向框架

•可采用纵、横或混合承重方式

抗震结构中梁柱不允许铰接，必须采用梁柱能传递弯矩的刚接，使结构具有良好的整体性和比较大的刚度。

甲乙类建筑以及高度大于24m的丙类建筑，不应采用单跨框架。

高度不大于24m的丙类建筑，不易采用单跨框架结构。

框架采用横向沉重或者纵向承重或者纵横双向承重，主要取决于楼板布置。

楼梯是危险区域：

楼梯在建筑平面内的布置应尽可能的减少对结构造成的偏心。

钢筋混凝土框架结构也可以采用预制楼梯，楼梯构件的一端为固定，一端为可滑动支座，避免或减少楼梯构件对主体框架的影响。

延性结构要通过提高构件的延性和保持结构的整体性来实现；

1.节点破坏会导致结构整体破坏，要避免

2.柱本身重要、柱的延性小，避免柱破坏

3.梁、柱的剪切破坏为脆性破坏，必须避免。

原则：

（1）强柱弱梁；

（2）强剪弱弯；（3）强结点、强锚固、弱构件。

强柱弱梁：

保证塑性铰大部分出现在梁端，梁先于柱破坏；柱是主要承重构件，出现破坏以后比较难以修复。

强剪弱弯；避免梁、柱构件过早剪切破坏，在可能出现塑性铰区段内，梁的剪切破坏是脆性的（剪拉破坏）或延性很小的（剪压破坏）。

抗震的延性框架不仅要求在塑性铰出现之前不被剪坏，塑性铰出现以后也不要过早地被剪坏，后者就是提高延性的措施。

强节点、强锚固，弱构件。

避免出现节点破坏及钢筋的锚固破坏，要保证节点不先于梁和柱破坏；同时在梁中出现塑性铰以后梁柱仍然构成一个整体。

框架的计算简图：

框架只能在自身平面内抵抗侧力；水平荷载假设为作用在结构的主轴方向；x,y两个方向分别计算

框架梁中塑性铰的位置：

允许出现在梁端，不允许在跨中

2.2剪力墙结构

剪力墙体系为刚性结构

剪力墙的水平位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下至上逐渐增大

随着开口的增加，变形逐渐由弯曲型过渡到剪切型

剪力墙抗震设计原则：

强墙弱梁，强剪弱弯

剪力墙结构体系的工作状态

平面内承载力和刚度很大，平面外承载力和刚度很小。

承受平面外变形时处理方法有：

增加垂直方向剪力墙、扶壁柱、暗柱、插入型钢

扭转形成的原因：

三心不重合（重心、形心、刚心）

扭转是不可避免的，减少的措施是限制周期比，位移比。

框支剪力墙：

在结构上下刚度形成突变，对抗震极为不利。

由于剪力墙转换为框架，结构的抗侧力刚度变小，楼层受剪承载力变小，形成薄弱层和软弱层。

地震区不允许采用底层或者底部若干层全部为框支剪力墙结构。

地震区可以采用部分剪力墙落地、部分剪力墙由转换层及以下框架支撑的部分框支剪力墙结构。

短肢剪力墙和异形柱：

异形柱（矩形截面）：

长度＝（2~4）倍厚度

短肢剪力墙：

长度＝（5~8）倍厚度

剪力墙：

长度>8倍厚度

短肢剪力墙的短不是长度小，而是长度和厚度的比值小。

短肢剪力墙的最大特点时可以利用隔墙的位置来布置竖向结构构件，基本上不与建筑使用功能矛盾。

抗震设计时不宜全部采用短肢剪力墙

2.3框架剪力墙结构

框架剪力墙：

框架和剪力墙共同承受竖向荷载和水平力

框架剪力墙结构协同工作原理：

上部框架帮剪力墙、下部剪力墙帮框架、结构沿着高度受力和变形都趋于均匀

双重抗侧力体系－两道防线：

框－剪结构中：

多肢剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线。

小震时：

结构弹性，剪力墙主要受力。

中、大震时：

剪力墙间的连梁先屈服，剪力墙整体刚度降低。

框架开始承受更大的地震作用－发挥第二道防线的作用。

连梁形成塑性铰后，起到耗能的作用。

工作原理（刚度大的第一道防线，刚度小的第二道防线）

剪力墙的布置：

1）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近

2）对称布置，或使结构平面上的刚度均匀，减少在水平力作用下结构的扭转效应

3）在建筑的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及竖向荷载较大的部位均匀布置剪力墙。

4）沿建筑物的全高布置，侧向刚度沿高度连续均匀，避免突变，剪力墙开洞时，洞口上下对称。

5）平面形状凹凸变化较大时，宜在突出部分的端部附近布置剪力墙‘

6）用T/I/L型：

增加整体刚度（带边框）

7）限制间距：

限制平行墙的间距，减少因楼板水平变形不均匀导致对框架柱的不利影响（目的：

保证楼盖的刚度，使框架和剪力墙两者协同工作

8）房屋较长时，刚度较大的纵向剪力墙不宜布置在房屋的端开间，以避免由于端部剪力墙的约束作用造成楼盖梁板开裂。

2.5钢框架支撑结构

框架－支撑结构：

框架＋支撑框架（桁架）

刚度：

支撑框架刚度>>框架

支撑框架的变形：

弯曲型

两道抗震防线：

耗能梁端为第一道防线。

支撑框架是第二道防线

抗震结构不采用K形支撑，因为K形支撑斜杆的尖点与柱相交

2.6筒体结构

框筒、筒中筒、桁架筒、束筒

空间抗侧力体系

剪力墙首尾相连

2.6.1框筒结构

特点：

密柱深梁-比较壁式框架；空间结构－各构件都参与抗侧力

框筒的剪力滞后效应-轴力不均匀分布：

现象：

翼缘和腹板框架的角部柱轴力大、中部柱轴力小。

翼缘框架更加严重。

原因：

裙梁传递剪力的能力弱

后果：

降低了筒体的空间效能、降低了结构抵抗水平荷载的能力、角柱中可能会出现拉力。

剪力滞后的原因：

1、腹板框架主要抵抗水平力，导致一端柱伸长，另一端柱缩短。

2、翼缘框架中柱的力通过裙梁从角柱传来。

3、梁并非刚性。

裙梁的变形使中间柱的轴向变形越来越小。

4、同样的原因使得腹板框架的两端柱受力大，中间柱子受力小。

避免剪力滞后的措施

⏹设置加劲密柱框架-提高裙梁的高度、减少裙梁跨度

⏹设计成束筒结构－向成束筒靠近

⏹设置加强层

框架-核心筒结构：

核心筒是第一道抗震防线

2.9转换层和加强层

转换层：

由于建筑使用功能的改变导致结构布置的改变，此时需要设置转换层衔接上、下梁部分不同的结构。

加强层：

因结构本身刚度和整体性的需要而设置。

加强构件－伸臂。

转换层构件的类型：

梁、桁架、箱形结构、斜撑、搭接柱等

2.10房屋建筑适用的最大高度及适用的高宽比（第四节合并）

2.11变形缝设置

变形缝把结构分成了若干独立的结构单元

伸缩缝（温度缝）：

避免因温度变化导致破坏

⏹把结构分成可以独立伸缩的单元

沉降缝：

避免因基础不均匀沉降导致破坏

⏹把结构分成可以独立沉降的单元

防震缝：

避免在地震作用下的破坏

⏹结构分成形体简单、重量、刚度均匀的独立单元

⏹对避免扭转不规则有特别明显的作用。

变形缝设置的一般原则

高层建筑尽量不设缝。

而是通过调整平面形状、尺寸、和结构布置，采取构造措施或施工措施达到目的。

变形缝的两端一般都要布置墙体。

防震缝两端必需都布置墙体（或框架）

如果有抗震要求，则伸缩缝和沉降缝都要同时作为抗震缝（三缝合一）。

防震缝要点小结

防震缝的作用：

把整个建筑划分成若干简单的独立单元。

规范规定（6.1.4）高层钢筋混凝土房屋宜避免采用不规则建筑结构方案，不设防震缝。

理由是：

⏹（a）防震缝两端的单元互相碰撞会造成建筑物的破坏；

⏹（b）施工复杂；

⏹（c）建筑处理困难。

三缝合一:

伸缩缝沉降缝宽度应符合防震缝的要求。

为了避免碰撞，防震缝有最小宽度的要求。

对于8、9度区，设置防震缝就要同时设置抗撞墙。

以下情况应考虑设防震缝

建筑平面过长

结构单元的结构体系不同

结构单元的高度和刚度相差过大

各结构单元的地基条件有较大差异

框架结构概念设计要点-小结

强柱弱梁

强剪弱弯

强核芯区、强锚固

加强局部－短柱、角柱、框支柱等

加强填充墙与主体结构的连接

限制轴压比，增加箍筋对混凝土的约束

第四章设计要求

4.1建筑体型及结构布置的规则性

原则：

1、采用规则建筑2、具有明确的计算简图、合理的地震作用传递途径和不间断传力路线。

3、具备足够大的承载能力和刚度4、具备良好的弹塑性变形能力和大的消耗地震能量的能力5、具有整体牢固性6构件与构件之间、结构与结构之间，或是牢固连接，或是彻底分离，避免似连接非连接、似分离非分离的不确定状态7、设置多到抗震防线

第一道防线是地震发生时首先屈服、耗能的结构分体系或构件，应该是延性大、耗能能力好的结构分体系或结构，而不是承受竖向荷载的主要构件；第二道防线的结构分体系或构件也应有足够大的抗震能力

建筑和结构布置原则小结:

规则。

不应采用严重不规则结构

明确的计算简图

承载力和刚度均足够。

良好的延性

多次超静定结构

加强构件的连接，保证整体性。

多道抗震防线。

4.14不规则建筑结构

平面不规则的类型：

《抗震规范》3.4（扭转问题）

1、扭转不规则

本质原因：

刚心与质心、形心不重合

建筑平面不对称

结构布置不对称

量化判别标准

周期比：

限制扭转刚度不能太小

位移比：

限制扭转位移不能过大

处理方法

尽量对称布置剪力墙等抗侧力体系

增加周边刚度——抗扭刚度

设置防震缝

2、凹凸不规则：

结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。

3、楼板局部不连续

一般不规则

有效宽度Be小于典型宽度B的50%：

Be<0.5B

开洞面积At大于楼面面积A的30%：

At>0.3A

特别不规则

有效净宽度Be小于5米或一侧楼板最小有效宽度小于2米

竖向不规则的类型：

《抗震规范》3.4（防止出现薄弱层）

形成原因：

楼层刚度（承载力）突变

判别标准：

楼层刚度比≥1.0（PKPM）

楼层承载力比≥0.8（PKPM）

弹塑性限值1/50（弹性1/550）（第四章）。

1.侧向刚度不规则

2.竖向抗侧力构件不连续

3.楼层承载力突变

4.4变形验算

弹性层间位移角限值：

钢筋混凝土框架：

1/550

框架剪力墙：

1/800

弹塑性层间位移角限值：

钢筋混凝土框架：

1/50

框架剪力墙：

1/100

4.7抗震等级（见下图）

箍筋的作用：

普通矩形箍在四个转角区域对混凝土提供约束。

（提高混凝土抗压强度）

第五章框架、剪力墙、框架剪力墙结构的近似计算方法

5.1计算基本假定

1、平面结构假设：

一榀框架和一片剪力墙在其自身平面外的刚度为零

2、楼板平面内无限刚性假设：

楼板平面内刚度无穷大，平面外刚度为零。

5.3剪力墙结构的近似计算方法

简化假设：

1.忽略剪力墙在其自身平面外的刚度

2.楼板在自身平面内视为刚度无穷大

3.纵墙作为横墙的有效翼缘（横墙作为纵墙的有效翼缘）

5.3剪力墙结构的近似计算方法P143

等效抗弯刚度，折算惯性矩

5.4连续化方法计算联肢剪力墙P144-P157

折算惯性矩，整体系数，系数K，

5.4.1简化假定及计算简图

基本假设：

1、楼板在自身平面内的刚度无穷大。

2、房屋体型规整，不会产生扭转变形。

在以上假定之下，框架和剪力墙在同一个楼层标高处的水平位移相同。

因此：

把所有剪力墙综合在一起形成总剪力墙；

把所有的框架也综合在一起形成总框架。

楼板和各片剪力墙间所有连梁和框架与剪力墙间的所有联系梁构成总联系梁

计算结果及其分配：

总框架的层间剪力－再按刚度分给每根柱

总剪力墙的层间剪力和弯矩－分给每片墙

总联系梁的梁端弯矩和剪力－分给每根梁

计算简图P159

5.4.2协同工作的基本原理及刚度特征值

刚度特征值的作用P165-166

剪力的分布特征

框剪结构中:

①剪力墙的最大剪力在底部。

②框架的最大剪力在结构中部。

且最大值的位置随λ值的增大而向下移动。

③框架和剪力墙顶部剪力不为零。

因为变形协调，框架和剪力墙顶部存在着集中力的作用（两者相互作用的力）。

这也要求在设计时，要保证顶部楼盖的整体性。

④框架的底部剪力为零。

此处全部剪力由剪力墙承担。

注意：

这是连续化模型的计算结果，而不是实际的情况。

注意：

中部框架柱中的剪力并不一定小于剪力墙。

但这些地方不重要，重点在底部。

第六章钢筋混凝土框架构件设计

6.1延性框架的抗震设计概念

1：

整体机制优于局部机制

2：

弯曲（压弯）破坏优于剪切破坏

3：

大偏心受压破坏优先于小偏心受压

4：

避免核心区破坏及梁纵筋在核心区粘结破坏

综上所述：

1强柱弱梁，2强剪弱弯，3强核心区，强锚固4局部加强5限制柱轴压比，加强柱箍筋对混凝土的约束

第七章钢筋混凝土剪力墙设计

墙肢和连梁

墙肢：

轴力弯矩剪力

连梁：

弯矩剪力

7.1延性剪力墙的抗震设计概念

1强墙肢弱连梁

通过折减连梁的抗弯刚度，减小连梁的弯矩设计值

2强剪弱弯

连梁：

通过增大与弯矩设计值所对应的梁端剪力

剪力墙：

通过增大底部加强部位截面组合的剪力计算值

3限制墙肢轴压比和墙肢设置约束边缘构件

轴压比是影响墙肢抗震性能的主要因素之一

4设置底部加强部位（具体见P217）

5连梁特殊措施

7.2墙肢设计

墙肢的控制截面：

取墙底截面以及改变墙厚、改变混凝土强度等级、改变配筋量的截面

各种调整的分类归纳

1、计算时调整

框架与剪力墙之间的联系梁刚度降低（会降低弯矩设计值）

限制框架承受的剪力不低于底层总剪力的20％等（会增加框架内力的设计值－可虑实际可能发生的情况，偏于安全）

2、组合前调整

框架梁端弯矩调幅（会降低弯矩设计值）

3、组合以后（截面设计时）调整

强柱（墙）弱梁

强剪弱弯

实际采用的设计值是完成所有调整后的值－得到了S

抗震要求的调整－组合以后

基本思想：

获得内力的组合值以后，再根据强剪弱弯，强柱（墙）弱梁等要求得到调整后的内力设计值－用于设计。

剪力墙要求的调整

墙肢按强剪弱弯调整

连梁按强剪弱弯调整

框架要求的调整

强柱弱梁调整

强剪弱弯调整（梁和柱均需要调整）

墙肢配筋的计算和验算—概要

中部竖向分布钢筋：

按构造配筋

端部钢筋：

根据抗弯承载力按压弯构件计算配筋—需要首先确定竖向分布钢筋；同时要满足边缘构件配筋要求。

边缘构件的纵筋：

首先考虑端部钢筋抗弯要求，然后考虑两个构造要求。

边缘构件的箍筋：

按构造要求配筋，同时需要满足体积配筋率要求。

水平分布钢筋：

根据构造要求配筋，但需要进行斜截面承载力验算。

不满足时需加大面积或缩小间距。

7.2.4墙肢斜截面受剪承载力计算

剪力墙抗震设计的原则

1、强墙弱梁:

计算前降低连梁刚度。

2、强剪弱弯:

增加剪力的组合设计值。

3、延性－限制轴压比、剪压比，边缘构件

4、构造措施提高连梁的延性

5、加强重点部位－底部加强区

剪力墙截面设计过程概要

1、按构造要求初选墙肢和连梁截面尺寸,混凝土等级。

◇

2、按轴压比、剪压比校核截面尺寸和混凝土等级。

◇

验算轴压比（表7-3）。

确定是否应设置约束边缘构件。

◇

验算墙肢剪压比（7-20），连梁剪压比（7-26），确定尺寸合适◇

3、根据构造要求初定两种分布钢筋的层数、直径和间距。

◇

4、墙肢抗弯”正截面”设计：

判断墙肢属于大（小）偏心受压（7-1）。

◇

确定端部纵筋截面面积（同时考虑构造边缘构件和承载力）◇

5、墙肢斜截面设计：

用初选水平分布钢筋验算抗剪承载力（7-18）◇

6、对约束边缘构件计算确定体积配箍率（7-22）◇。

7、连梁设计◇

连梁的强剪弱弯调整

连梁抗弯计算决定主筋（7-24）

连梁抗剪计算决定箍筋配筋（7-25）

破坏形式：

1剪拉破坏（措施：

通过限制水平分布钢筋的最小配筋率防止剪拉破坏）

2斜压破坏（通过限制截面尺寸也就是剪压比）

3剪压破坏（措施：

斜截面承载力验算避免剪压破坏。

）

边缘构件：

类型：

暗柱（AZ）、端柱（DZ）、翼墙（YZ）、转角墙（JZ）

作用：

提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙延性。

分类：

约束边缘构件（Y）

构造边缘构件（G）

配筋差异：

配筋多少，范围不同，是否仅按构造配筋。

连梁设计过程：

强墙弱梁调整采用以下两种方法之一进行

结构计算前低连梁刚度，实现了强墙弱梁。

结构计算后，弯矩组合值乘以折减系数（不小于0.8）

强剪弱弯调整得到剪力的设计值

连梁的强墙弱梁调整

1、刚度调整-计算前调整：

原理：

按刚度分配使得刚度小的构件内力减小。

目的：

通过降低连梁刚度，减小弯矩和剪力的设计值。

方法：

6、7度时折减系数不小于0.7；

8、9度时折减系数不小于0.5。

给出一个下限的原因是：

连梁能够有足够的承载力承受竖向荷载。

2、折减组合设计值-组合后调整（略）

交叉暗撑的配筋

适用：

高跨比不大于2的核心筒和框筒的连梁宜采用交叉暗撑配筋

作用：

交叉暗撑承担大部分剪力有效改善了抗剪性能，提高延性。

剪力墙随着开口的增加，变形逐渐由弯曲型过渡到剪切型

边缘构件：

暗柱、端柱、翼墙、转角墙

约束边缘构件：

三、四级剪力墙不需要设置

作用：

提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙的延性。

抗震要求的调整－组合以后

基本思想：

获得内力的组合值以后，再根据强剪弱弯，强柱（墙）弱梁等要求得到调整后的内力设计值－用于设计。

剪力墙要求的调整

墙肢：

强剪弱弯调整

连梁：

强墙弱梁（降低连梁弯矩）＋强剪弱弯调整

框架要求的调整（比较）

框架柱：

强柱弱梁（降低柱弯矩）＋强剪弱弯调整

框架梁：

强剪弱弯调整（梁和柱均需要调整）

设计中将竖向、水平分布筋功能分开考虑：

竖向分布筋抗弯；水平分布筋抗剪。

竖向分布钢筋同样有抗剪作用，这里作为安全储备。

间接实现强剪弱弯。