高层建筑结构设计复习笔记

1.高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002、J186-2002）规定：10层及以上，H≥28m的钢筋砼结构高层建筑；2.注：房屋高度H:自室外地面至房屋主要屋面的高度3.水平荷载成为控制结构设计的主要荷载；侧移(层间侧移、结构顶点侧移)成为控制指标；抗侧力结构的设计非常重要，应更重视结构抗震概念设计；4.钢结构优点：强度高、韧性大。钢结构自重轻，延性好，抗震性能好，抗震性能好、易加工，工期短，施工方便。缺点：用钢量大，造价高，耐腐蚀性能、耐火性能差；5.混凝土结构优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。缺点：构件断面大，占据面间大，自重大。6.高层建筑的结构体系按其抗侧力主要构件的种类：1)框架结构；2)剪力墙结构(含部分框支—剪力墙结构)；3)框架—剪力墙结构；4)筒体结构(含框架—核心筒结构、筒中筒结构）；5)复杂高层结构(含带加强层或刚臂结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等)；6)混合结构(由多种材料的构件混在一起的结构，如钢筋混凝土构件、钢构件、组合结构构件构成的结构)。7.高层建筑结构应根据房屋的高度(H)、高宽比(H/B)、抗震设防烈度、场地类别、建筑的重要性、结构材料和施工技术条件等因素，选用适宜的结构体系。8.框架结构：由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构，平面。优点是柱网布置灵活，便于获得较大的使用空间；延性较好。但结构的横向侧移刚度较小，侧移较大；结构变形曲线以剪切型为主；适用于空间大、层数不太多、房屋的高度不太高的建筑，例如商场、车站、展览馆、停车库、宾馆的门厅、餐厅等。框架应当纵横双向布置，形成双向抗侧力体系。框架结构中的填充墙有一定的抗侧力作用，合理选择填充墙材料，合理布置填充墙，可降低材料消耗，减轻结构自重。9.剪力墙结构:由剪力墙组成的承受竖向和水平作用于结构。优点：整体性好，水平抗侧刚度大，水平侧移小；缺点房屋空间布置受限，结构延性较差。变形曲线以弯曲型为主。剪力墙结构可建造高度比框架结构更高、层数更多，房间开间较小。适用于空间较小、层数较高、房屋的高度较高高的建筑，如住宅、宾馆、单身宿舍。剪力墙在纵横双向应均衡设置。对于圆形平面，剪力墙应沿径向及环向设置；三角形平面，宜沿三个主轴方向设置剪力墙。结构变形曲线以弯曲型为主；10.框支剪力墙结构——建筑底部一层或几层为框架结构，上部结构为框支剪力墙结构。部分框支剪力墙结构——在框支剪力墙结构底部有意思地在一定间距范围内，增设具有较大刚度的落地剪力墙，以增强结构底部以及结构的整体刚度的结构。1)部分框支剪力墙结构中，直接支撑剪力墙的楼层称为框支层。2)框支层的结构刚度、荷载的传递途径均发生了改变，结构容易因刚度突变，从而在框支层形成薄弱层(柱铰)，所以该楼面结构应较大。3)框支层楼面刚度很大，可以完成结构型式、荷载传递路径等的有效转换时，称该层为转换层。4)转换层中，为完成上下部结构型式的转变、上下层结构荷载的改变而设置的构件称为转换结构构件，有转换梁、转换桁架、转换板等.11.框架－剪力墙结构——由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。变形曲线为弯剪型。地震区建筑，常有两道抗震防线。框架—剪力墙结构的特点：优点：既能布置大空间房屋，又具有较大的侧向刚度，以适应较复杂的建筑功能要求；缺点：剪力墙布置往往受限，刚心与质心难以重合或接近；侧向刚度依然偏小，房屋建造高度受限。12.板柱－剪力墙结构——由楼板直接与框架柱、或剪力墙形成的结构体系，楼板为无梁楼板。结构体系便于使用滑摸施工法施工，施工方便，工期短，层高较小；抗侧力能力差，抗震性能较差。13.框架-支撑（抗震墙板）结构：钢框架中设置支撑的带支撑框架结构。14.筒体结构:承受竖向和水平作用的竖向受力结构封闭围合形成的高层建筑结构。有由剪力墙围成的实腹薄壁筒及由密柱深梁围成的框筒两大类。15.框架—核心筒结构：由刚性楼面梁或厚板将内侧实腹核心筒和筒外框架连成完整的结构。一般将楼电梯间及一些服务用房做内核心筒；其他大空间房布置在外，做外框架。核心筒的整体性好，抗侧刚度很大，故框架—核心筒结构体系适用于高度较高，功能较多的建筑。16.桁架筒结构：稀柱、浅梁、支撑斜杆组成桁架，布置于建筑物外边，形成桁架筒结构。17.(外)框筒结构:由密排柱及深梁形成封闭的外筒。18.筒中筒结构：由实体的内筒与空腹的外框筒组成。筒中筒结构体系具有更大的整体性与侧向刚度，因此适用于高度很大的建筑。19.束筒结构：筒体组合成成组筒结构体系，则侧向刚度更大，可适用于特别高的超高层建筑。20.框架—核心筒结构：——由核心筒与外围的稀柱框架组成的高层建筑结构。21.加强层：——设置连接内筒与外围结构的水平外伸臂(梁或桁架)结构的楼层(1~3层),22.框架内套小框架的结构称巨型框架结构。23.混合结构：混合结构是指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体(或剪力墙)所组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构.24.带转换层的高层建筑结构：将上部楼层的部分竖向构件，通过大刚度结构转换层传递到底层或基础。25.Hmax主要应与以下三个因素有关：1)地区抗震设防烈度；2)建筑场地类别；3)建筑结构体系及设计方法。26.钢筋混凝土高层建筑的抗侧力结构体系按Hmax(m)分为A级高度和B级高度。27.新标准按建筑物破坏后果、所属行业性质以及所在地的特点、救援恢复条件等综合因素分为以下四个抗震设防类别：特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。称甲类。重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。称乙类。适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。称丁类。28.高层建筑的整体刚度和倾覆力矩不容忽视，H/B很大时，建筑物的整体刚度小，倾覆力矩较大。《混凝土高规》、《钢高规》分别对相应高层建筑结构的高宽比提出了最大限值要求H/Bmax29.抗震概念设计——建筑、结构设计师们用抗震设计原则和思想，总体控制建筑、结构设计：进行建筑结构选型，确定计算模型、确定构造处理方案。具体而言，抗震概念设计就是：有意识地控制结构总体系与分体系、分体系与构件之间的受力特征，使结构各部分协同工作，从而达到即安全可靠又经济合理的效果。概念设计在结构总体设计时的原则：1、平面：宜简单、规则、尽量对称——避免过度凹凸；2、竖向：宜刚度和承载力分布均匀——避免结构刚度突变3、力求刚度中心和荷载中心重合——避免不规则引起的扭转；4、加强结点设计——避免因点及面的破坏；5、合理设置变形缝——避免复杂结构简的碰撞等次应力6、力求上部结构与基础的协同工作——避免不均匀沉降及地基的过度变形。7、尽量降低结构中心——有利于减小水平地震作用的影响，增强结构自稳定能力。30.楼面刚度：楼面刚度宜大，有利于荷载传递、内力重分布；抗侧构件：平面上对称、靠外、纵横向同时布时，有利于抗扭、抗侧；抗侧刚度中心宜与其质量中心接近，利于减小扭转效应；31.建筑结构不规则：1、平面不规竖向不规则：则：扭转不规则;楼面凹凸不规则;楼板不连续。竖向不规则：结构抗侧刚度:K=层剪力/弹性层间位移；32.《高层建筑混凝土结构技术规程》JCJ3—2002规定，高层建筑设计的总体原则（抗震概念设计的原则）：1.不应采用严重不规则（平面和立面）的结构体系。结构应具有必要的承载能力和变形能力；应避免因部分破坏而导致整个结构丧失承载能力；对可能的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。2.建筑抗震设防宜具有多道防线。3.竖向布置和水平布置宜采用合理的刚度和承载能力分布。应避免因刚度的局部突变和结构的扭转效应而形成薄弱部位；结构平面布置应均匀对称并具有较好的抗扭刚度；竖向布置应使结构刚度均匀无突变。33.变形缝——温度伸缩缝、沉降缝、防震缝34.基础埋深D应满足建筑物的稳定要求,避免倾覆。35.高层钢筋砼建筑的主要基础类型：筏形基础、箱形基础、桩基础。36.结构施工图设计步骤：一、结构布置及截面估算；二、计算简图及荷载计算；三、结构整体内力计算（按不同工况分别计算）；四、侧移验算(按不同工况分别计算，侧移不满足要求回到步骤一)；五、计算控制截面处最不利效应的内力组合（取不同工况下内力、位移组合）；六、延性设计调整及截面尺寸验算：（按延性设计思路。调整结构计算内力并验算截面尺寸的合理性）；七、用构造处理手段进一步完善结构的构件及结点设计，绘施工图。37.水平向荷载：风荷载；地震作用风荷载——空气流动形成风速，遇到建筑物时，在建筑物表面产生压力和吸力。计算步骤：①确定风荷载标准值WK(kN/m2)，②计算建筑物表面的风荷载W(kN/m2或kN/m或kN)。38.基本风压值(kN/m2)W0(南昌50年一遇时为：0.45kN/m2):取100年，舒适度计算时取10年)内，10分钟平均最大风速υ0(m/s)计算的风压值（w0＝υ20/1600)。39.总体风荷载(kN/m)——建筑物各楼层处(Zi)各外表面在某方向上所承受得风力矢量和。40.局部风荷载:结构局部构件(水平大悬挑构件、幕墙）及围护构件在与主体的连接处，所受风荷载的作用不同于结构的总体水平风荷载，这就是局部风荷载.局部风荷载计算时，应采用局部风荷载体型系数计算Wk，檐口、雨篷、阳台等突出构件的上浮力计算，μs≥-2.0。幕墙设计时，按国家现行幕墙设计标准的规定采用。封闭式建筑物的内表面(如幕墙)，也有风压力或风吸力，应分别按表面风压的正、负情况，取-0.2或+0.2。41.抗震设防的三水准——“小震不坏，中震可修，大震不倒”小震（多遇地震）小震烈度是，区域内，50年内超越概率为63％的地震烈度(众值烈度)；第一水准要求：小震作用下，房屋应该不需修理仍可继续使用。按此水准进行弹性计算，通过弹性计算，保障小震不坏；中震中震烈度是区域内，50年内超越概率约为10％的地震烈度(基本烈度)；第二水准要求：中震作用下，允许部分可拆换构件进入屈服阶段，经过一般修理仍可继续使用。在弹性计算的基础上，通过采取合理的构造措施保障中震可修。大震（罕遇地震）大震烈度是区域内，50年内超越概率约为2％~3％的地震烈度。第三水准要求：大震作用下，构件可能严重屈服，结构可能破坏，但房屋不应倒塌、不应出现危及生命财产的严重破坏。通过设置第二道防线、弹塑性理论分析，保障结构大震不倒。三水准抗震设防的目的就是多层次地抗震设防。42.抗震设计的两阶段方法——结构设计阶段、验算阶段43.风载舒适度问题：当外界风速很大时,建筑会随风晃动,高柔的建筑物中的人会感觉不舒适,所以加拿大人达文波特在世界上首先提出舒适度与房屋顶层的风载加速度有关.44.结构手算法的原理：1）分解结构为若干个平面抗侧结构，楼板、连梁连接各抗侧结构成整体；2）各平面抗侧结构共同抵抗该平面方向的侧向荷载。3）楼板、连梁的作用是联系和传递水平荷载。45.基本假定：1）抗侧结构平面内刚度很大，平面外刚度较小（略）——框架、剪力墙在自身平面内的抗侧刚度较大，但平面外刚度很小。2)楼板平面内刚度无限大，楼板平面外刚度很小可略——在侧向力作用下，楼板可作刚体平移或转动，楼板连接并使各个平面的抗侧力构件协同工作，变形协调。46.水平力的分配问题及内力、位移计算问题：1)总水平荷载按各片抗侧构件抗侧刚度的大小分配；——抗侧刚度大的构件，承担的水平作用大2)各片抗侧构件的内力和位移分别计算；3)各抗侧构件在楼面处，变形协调。47.框架是典型的杆件体系，主要的手算法是：竖向荷载作用下的内力分析方法——分层组合法水平荷载作用下的内力分析方法——D值法或反弯点法48.分层（力矩分配）法的计算要点及步骤：1)分层，假定各层梁跨度、柱高同原结构，柱端固结2)算梁、柱线刚度ijk，并按规范修正：A、底层柱乘以修正系数