高层建筑总结

高层建筑结构总结By傅国强1.高层建筑结构的定义：《高规》规定10层及10层以上或H≧28m的住宅或H≥24m的其他建筑。2.高层建筑结构的受力特点：水平荷载成为决定因素、竖向构件的轴向变形不容忽视、侧移成为主要控制指标之一△U/h（h150米，框架1/550，框剪、框筒、剪力墙1/800，筒中筒1/1000）、结构延性是重要设计指标（保证结构变形和防连续倒塌）、高度超过150m的高层建筑结构应满足舒适度要求（顶点风振加速度a≤0.15住宅，≤0.25办公）。3.结构方案优选：在满足建筑使用要求的前提下，选择经济合理结构类型、结构体系和结构布置，使结构具有必要的承载力、刚度和变形能力。4.高层建筑结构类型：砖石结构、钢筋混凝土结构、钢结构、组合及混合结构。5.高层建筑结构体系：框架体系（包括板柱体系）、剪力墙体系（有全部落地剪力墙体系和部分框支剪力墙体系两种）、框架剪力墙体系（有框剪、框筒、框剪体系三种）、筒体体系（有框筒、筒中筒、多筒体系三种）、巨型框架体系、悬挂结构体系等。6.框架结构体系：由杆件、梁柱组成；结构布置灵活但是抗侧刚度小；受力特点（水平荷载作用下）是框架柱受到双向压弯剪，框架柱变形包括轴向变形和弯曲变形，框架梁受到楼板平面内弯剪，框架梁变形主要是弯曲变形；整体结构变形是梁柱弯曲变形（主要）是剪切型变形，特点是下大上小（力和位移），柱轴向变形（小部分）是弯曲型变形，特点是下小上大；7.剪力墙结构体系：由纵横方向的墙体组成抗侧力体系；结构刚度大但自重大空间布置不灵活（可由框支剪力墙解决）；受力特点是剪力墙受到平面内压弯剪，变形主要是剪切和弯曲变形，轴向变形小，连梁以拉压弯剪为主，变形主要是剪切变形和轴向变形；整体结构变形是以弯曲变形为主，总体变形呈现弯曲型变形。8.框架—剪力墙（筒体）结构：框架结构与剪力墙结构共同工作，取长补短；受力及变形特点是剪力墙（核心筒）承担大部分水平荷载(80％～90％)。水平荷载作用下，纯框架结构水平侧移呈剪切型变形，纯剪力墙结构呈弯曲型变形，通过楼板协调后的变形趋于线性的均匀变化。9.筒体结构（空间受力体系）：一个或多个筒体来抵抗水平力的结构为筒体结构（筒体由剪力墙组成空间薄壁筒体或密柱深梁形成框筒）；框筒结构：内筒承受竖向荷载，外筒承受水平荷载，这体系存在剪力滞后效应（轴力的分布框筒角柱轴力大，中间区域小的不均匀现象，这会使得构件受力不均匀，内力集中，存在薄弱构件，减小框筒的侧向刚度和承载能力，不能正常发挥材料的作用）；桁架筒结构：桁架形成的筒体；筒中筒结构：实腹内筒和外框筒（桁架筒）组成，抗风、抗震能力好；束筒结构：若干筒体并联而成，强度刚度均很大，超高层中用；10.各种结构体系受到最大适用高度（分为A常规类、B超限类）、适用高度范围及高宽比限值的限制。11.结构总体布置：结构布置可分为规则、不规则、特别不规则、严重不规则四种类型；规范规定高层建筑不应采用严重不规则的的结构体系；措施有：控制结构高宽比H/B（目的是控制结构刚度和侧移）、结构平面布置尽量采用规则、简单、对称的平面形状，控制长宽比L/B（防止扭转和应力集中）、结构竖向布置尽量使结构的强度、刚度沿高度宜均匀、连续、不突变（塔楼有鞭梢效应）、缝的设置与构造（温度缝防止温度变化和硂干缩变形、沉降缝防止不均匀沉降、防震缝保证建筑刚度、质量均匀）。12.高层建筑楼盖：平板楼盖、无梁楼盖、密肋楼盖、肋形楼盖。13.高层建筑基础：浅基础、桩基础、复合基础（桩箱复合基础、桩伐复合基础）；基础埋深是指室外地坪至基底。14.高层建筑可以不考虑活荷载不利布置原因：活荷载占在竖向荷载中所占比重小，且对于框架梁其水平荷载引起内力更大。15.各结构体系平均重度：结构体系框架结构框剪结构框筒结构剪力墙结构平均重度0.9~1.21.1~1.41.3~1.51.4~1.716.风荷载特点：风力作用与建筑物外形有直接关系（圆形正方形较合理）、风力受到建筑物周围环境影响较大、风力作用具有静动力两重性质、风力在建筑物表面的分布很不均匀（角区和局部内收区较大风力）、风力作用持续时间较长。17.风荷载计算公式：；：基本风压，空旷平坦地面、距地10m、0wWzszk050年一遇、10min平均最大风速计算；：风压高度变化系数，按地面粗糙度可分为A、B、C、D四类；：风荷载体形系数，风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验确定；：风振系数，风分为平均风（即稳定风，静力）和脉动风（即阵风脉动，动力），与结构的自振特性有关；风力计算：风力作用方向与建筑表面垂直，风压全部计算，方向与建筑表面平行，风压不算，风力的分量在0-90°之间，注意风力分解时区别风力为压力或吸力。18.地震工程术语：震源（地壳深处岩层发生断裂、错动的地方）；震中（震源在地表面上的垂直投影点）；震中距（地面某点与震中之间的距离）；地震的分类（按震源深度）：浅源地震（震源深度0-60公里，对建筑物威胁最大）、中源地震（震源深度60-300公里）、深源地震（震源深度300公里以上）；地震按震中距分为近震（震中距在100-1000km之间）和远震（震中距≥1000km）；震级：反映地震本身的大小，只与地震释放的能量多少有关；烈度：反映地震的破坏程度（一次地震只有一个震级但是在不同地区烈度大小不同）；19.地震作用：成因：地震发生，由于地震波的作用产生地面运动（横向和纵向），通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动；地震波可分为体波（P波和S波）和面波，P波是短周期、小幅值、竖向振动、传播速度最快（衰减也快），S波和面波是长周期、大幅值、水平震动、传播范围远；场地特征周期：规范中为了考虑距离震中较远的地方地震波是以长周期为主，由场地类别和设计地震分组（1组为近震，3组为远震）确定。20.抗震设防标准分为四类建筑：甲类建筑（按高于本地区抗震设防烈度）、乙类建筑（按本地区抗震设防烈度）、丙类建筑（同乙类）、丁类建筑（可按低于本地区抗震设防烈度）。21.抗震设计的三水准目标（抵抗的烈度非震级）：小震不坏（小震烈度，即众值烈度，50年设计基准期内超越概率为63.3%的烈度，比基本烈度低1.55度。建筑物不需要修理，仍可以正常使用，应保证结构处于弹性阶段且限制层间位移，保持必要刚度），中震可修（50年设计基准期超越概率为13%的烈度。经修理后可修复继续使用），大震不倒（发生概率极低的罕遇地震，50年设计基准期zsZ内超越概率为3%的烈度。建筑物可能发生重大破坏，但不倒塌发生严重破坏）。22.抗震设计两阶段设计方法：首先，按照众值烈度用弹性方法求得结构弹性状态下的作用效应（内力和变形），满足第一水准（小震不倒）的抗震设防要求；其次，在大震作用下，验算结构薄弱部位弹塑性变形，并采取构造措施，满足第三水准（大震不倒）的抗震设防要求。（对绝大建筑结构来说不需要进行第二水准（中震可修）的抗震设计，其主要由概念设计和构造措施保证）。23.地震作用计算方法：1）反应谱方法（表达地震响应和结构频率之间的关系）有底部剪力法（仅考虑第一振型（线性倒三角形），适用条件是建筑高度不高于40m，结构以剪切变形为主，质量和刚度沿高度分布均匀）、振型分解法。楼层最小地震剪力设置原因：地震影响系数在长周期段下降较快，出于结构安全考虑；2）时程分析法：对于甲类高层建筑结构、刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构及一些高度较高，设防烈度高的乙丙类建筑结构，宜采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。24.竖向地震作用计算：对于9度抗震设防区的建筑、8度及9度长悬臂或大跨度建筑及构件需要进行计算地震竖向作用。25.结构周期近似计算方法常采用顶点位移法。26.荷载效应：指结构在某种荷载作用下的结构的内力和位移。27.荷载效应组合：指在所有可能同时出现的各种荷载组合下，确定结构内产生的效应（弹性状态下两者相等）。28.高层建筑结构延性比：结构破坏时的变形与屈服时的变形的比值。29.高层建筑结构计算的基本假定：按照弹性方法计算，一般不考虑塑性变形影响；平面抗侧力结构和刚性楼板假定下（楼板在自身平面内刚度很大，平面外刚度很小）的整体共同工作；计算中考虑墙和柱子的轴向变形。30.框架结构计算基本假定：弹性假定；楼板为刚性假定（平面内刚度很大，平面外刚度很小）；平面抗侧力结构假定；不考虑结构扭转。31.框架梁的截面抗弯刚度适当提高：考虑楼板的有利影响，将框架梁的中框架截面惯性距I=2I0、边框架I=1.5I0（现浇框架）。32.框架结构在竖向荷载作用下的分层法假定：按无侧移框架按力矩分配法进行内力分析、多层框架简化为单层框架（竖向荷载仅对本层梁、柱产生弯矩和剪力）33.框架结构在水平荷载作用下的反弯点法假定（工程上梁柱刚度之比大于3即可忽略相关误差）：各柱子上下端均不发生角位移（即梁柱刚度之比无限大）、底层反弯点在2/3层高处，其他层在1/2层高处。34.框架结构在水平荷载作用下的D值法（修正反弯点法）假定：平面结构假定；忽略柱的轴向变形；D值法考虑了结点转角（修正抗侧刚度和反弯点高度），假定同层结点转角相等。35.框架结构在水平荷载作用下的侧移计算：包括梁柱弯曲变形侧移（底层层间侧移最大，向上逐渐减小，为主要变形）和柱轴向变形侧移（顶层层间侧移最大，向下逐渐减小）两个部分，仍以剪切型为主，底层层间侧移较大。36.内力组合及最不利内力：组合前的内力调整（将梁柱轴线端内力调整至构件边缘端（控制截面）的内力、竖向荷载（只限于竖向荷载）可考虑梁端出现塑铰产生的塑性内力重分布）；37.延性：指结构或构件能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力的性能，一般用延性比（，屈服位移/极限位移）表示延性的大小。（大震不倒是通过塑性变形来消耗地震能量，即抗震结构应设计为延性结构）。38.延性结构设计原则：强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件，强锚固。39.保证延性的抗震措施：先划分抗震等级（分四个等级，一级至四级），再根据抗震等级，按延性设计原则控制。40.框架柱的轴压比限值（影响柱承载力和延性的参数）：框架为0.7（一级）、0.8（二级）、0.9（三级）。41.框架柱的剪跨比（影响钢筋混凝土柱破坏形态的重要参数）：；剪跨比大于2为长柱，发生弯曲破坏；剪跨比小于等于2为短柱，发生剪切破坏，特别地，当小于1.5时为极短柱，发生剪切斜拉破坏；规范规定柱剪跨比不宜小于2。（PS：柱截面高宽比不宜大于3）。yu/chH20