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 4 4 章章 设设 计计 要要 求求 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 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 刚度问题刚度问题正常使用条件下结构水平正常使用条件下结构水平位移验算和风振舒适度验算位移验算和风振舒适度验算 延性和耗能问题延性和耗能问题抗震结构的延性和抗震结构的延性和耗能要求耗能要求 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高层建筑结构设计要点高层建筑结构设计要点 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 抗震设计的高层建筑应根据建筑使抗震设计的
2、高层建筑应根据建筑使用功能的重要性分类用功能的重要性分类: :特殊设防类特殊设防类：重大、严重次生灾害。：重大、严重次生灾害。（甲类）（甲类）重点设防类重点设防类：使用功能不能中断或需尽：使用功能不能中断或需尽快恢复，重大伤亡。（乙类）快恢复，重大伤亡。（乙类）标准设防类标准设防类：除甲、乙、丁类以外的一：除甲、乙、丁类以外的一般建筑。大部分高层建筑属于丙类。般建筑。大部分高层建筑属于丙类。适度设防类适度设防类：人员稀少、不产生次生灾：人员稀少、不产生次生灾害。（丁类）害。（丁类）4.6 建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类 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 抗震设防标准：
3、抗震设防标准：特殊设防类特殊设防类：高于设防烈度确定地震作：高于设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（甲类）用，高一度采取抗震措施。（甲类）重点设防类重点设防类：按设防烈度确定地震作用，：按设防烈度确定地震作用，高一度采取抗震措施。（乙类）高一度采取抗震措施。（乙类）标准设防类标准设防类：按设防烈度确定地震作用：按设防烈度确定地震作用和采取抗震措施（丙类）。和采取抗震措施（丙类）。4.6 建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类 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 不同不同抗震设防类别抗震设防类别、不同、不同高度高度、不同不同抗震设防烈度抗震设防烈度、不同、不同结构类型结构
4、类型、不同不同场地条件场地条件的建筑结构，延性与耗的建筑结构，延性与耗能要求不同。能要求不同。根据抗震等级，采取相应抗震措施。根据抗震等级，采取相应抗震措施。4.7 抗震等级抗震等级根据五因素确定抗震等级。根据五因素确定抗震等级。抗震措施实现延性与耗能的要求。抗震措施实现延性与耗能的要求。 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计算措施计算措施地震作用计算和抗力计地震作用计算和抗力计算以外的计算，主要是调整或放大算以外的计算，主要是调整或放大组合的内力计算值，用调整或放大组合的内力计算值，用调整或放大后的内力作为设计值。后的内力作为设计值。抗震构造措施抗震构造措施保证结构构件
5、具有保证结构构件具有足够的延性与耗能的构造措施，如足够的延性与耗能的构造措施，如最小截面面积，最小配筋率等。最小截面面积，最小配筋率等。抗震措施抗震措施 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钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：A A级高度：一、二、三、四级级高度：一、二、三、四级 （一级要求最高）（一级要求最高）B B级高度：特一、一、二级级高度：特一、一、二级 （特一级要求最高）（特一级要求最高）抗震等级划分抗震等级划分 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表中的烈度：表中的烈度： 确定抗震等级的烈度，不一定是设确定抗震等级的烈度，不一定是设防烈度防烈度，
6、需要调整，需要调整 与下列因素有关与下列因素有关: : 建筑类别（甲，乙，丙）建筑类别（甲，乙，丙） 设防烈度设防烈度 场地类别场地类别 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计算措施调整烈度计算措施调整烈度与建筑类别、设与建筑类别、设防烈度有关防烈度有关 建筑类别建筑类别 设防烈度设防烈度 6 7 8 9 甲类、乙类甲类、乙类 7 8 9 9* 丙类丙类 6 7 8 9 确定抗震等级的烈度确定抗震等级的烈度 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确定抗震等级的烈度确定抗震等级的烈度抗震构造措施调整烈度抗震构造措施调整烈度建筑类别，设防建筑类别，设防烈度，场
7、地烈度，场地建筑类别建筑类别 场地类别场地类别 设防烈度设防烈度 6 7 8 9甲类、乙类甲类、乙类 6 7 8 9 7 8 9 9* 丙类丙类 6 6 7 8 6 7 8 9 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和耗能是通过延性和耗能是通过抗震措施抗震措施来保证的，而具体的抗震措来保证的，而具体的抗震措施由施由结构抗震等级结构抗震等级确定。确定。4.8 4.8 延性与耗能延性与耗能 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：屈服（峰值）后强度或承载屈服（峰值）后强度或承载力没有显著降低时的塑性变形能力。力没有显著降低时的塑性变形能力。 材料
8、、截面、构件或结构保持一定材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力时的非弹性（塑性）的强度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力。变形能力。延性的作用：延性的作用：减少地震作用，消耗地减少地震作用，消耗地震能量震能量延性与耗能延性与耗能 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的延性的度量：延性系数（延性比）度量：延性系数（延性比）ypp最大允许变形，最大允许变形， 屈服变形屈服变形y对于实测荷载变对于实测荷载变形曲线，如何确定形曲线，如何确定其屈服变形和最大其屈服变形和最大允许变形，国内外允许变形，国内外尚无统一标准。尚无统一标准。 延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计
9、高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 地震对结构输入能量，结构通过弹地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。塑性变形耗散能量。 可以用截面、构件或结构的力可以用截面、构件或结构的力变变形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 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钢构件钢构件延性与耗能延性与耗能 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 地震对结构输入能量，结构通过弹地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。塑性变形耗散能量。 可以用截面、构件或结构的力可以用截面、构件或结构的力变变形滞
10、回曲线的面积来度量耗能的大小。形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。 滞回环饱满，耗能能力好；滞回环滞回环饱满，耗能能力好；滞回环狭窄，耗能能力差。狭窄，耗能能力差。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 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SH1-3-35-25-15-55152535-25-20-15-10-50510152025顶 点 位 移 (mm)水平力(T)钢构件钢构件钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件延性与耗能延性与耗能 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 在风荷载作用下，高度超过在风荷载作用下，高度超过150m150m的的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求
11、。高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。此时，按照此时，按照重现期为重现期为1010年年的风荷载计算的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，风向与横风向结构顶点最大加速度，maxmax应满足下列要求应满足下列要求：（钢混结构）：（钢混结构）住宅、公寓住宅、公寓 maxmax不大于不大于0.15m/s0.15m/s2 2办公、旅馆办公、旅馆 maxmax不大于不大于0.25m/s0.25m/s2 24.9 4.9 风振舒适度风振舒适度 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重力二阶效应重力二阶效应P-效应效应
12、：结构结构在水平风荷载或水平地在水平风荷载或水平地震作用下产生侧移后，重力荷载由于震作用下产生侧移后，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应该侧移而引起的附加效应高层建筑结构稳定设计，主要控制高层建筑结构稳定设计，主要控制P-效应对结构性能降低的影响以及由此效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳可能引起的结构失稳4.10 P-效应稳定验算效应稳定验算 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iiiVD柱的侧向刚度柱的侧向刚度iiiVD*iiiiiiiPVVVVh*iiiVD*11iiiiiiPVhiiV*iiiiPVh 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
13、结构一*1111iiinijiij iiiPGDhDh*11iiiiiiPVh*1111 1iiinnjiiiijj ij iGDhDhGniijj iDhG刚重比刚重比 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剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线 剪切型结构（框剪切型结构（框架结构）架结构） 可保证可保证P-效应效应影响在影响在20%之内之内njijihGD110 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剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线 剪切型结构（框剪切型结构（框架结构）架结
14、构） 可忽略可忽略P-效应效应njijihGD120 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*1111iiinijiij iiiPGDhDh1iiF111injiij iFGDh重力二阶效应的位移放大系数重力二阶效应的位移放大系数4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算*11iiiiiiPVh 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一211 2injiij iFGDh考虑结构构件弹性刚度的折减（考虑结构构件弹性刚度的折减（0.5）（弹塑形）（弹塑形）重力二阶效应的内力放大系数重力二阶效应的内力放大系数 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剪
15、切型（框架结构）剪切型（框架结构）高层建筑结构的变形特点：高层建筑结构的变形特点：弯曲型（筒体结构、剪力墙结构）弯曲型（筒体结构、剪力墙结构）弯剪型（框架弯剪型（框架- -剪力墙结构）剪力墙结构） 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 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙）剪力墙） 弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构） 等效侧向刚度：等效侧向刚度： EJd 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 等效侧向刚度：等效侧向刚度： EJd（代替悬臂杆的弯曲刚度（代替悬臂杆的弯曲刚度EJ） 近似按倒三角形分布荷载作用下结近似按倒三角形分
16、布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效抗刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效抗侧刚度侧刚度uqHEJd120114 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 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙）剪力墙） 弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构） 4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 等效抗侧刚度：等效抗侧刚度： EJd 刚重比：刚重比： EJd/GH2 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型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关
17、系曲线 弯剪型结构（框弯剪型结构（框架架-剪力墙），剪力墙），弯曲型结构（筒弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）体、剪力墙结构） 可保证可保证P-效应效应影响在影响在20%之内之内niidGHEJ124 . 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弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙），弯曲剪力墙），弯曲型结构（筒体、剪型结构（筒体、剪力墙结构）力墙结构） 可忽略可忽略P-效应效应niidGHEJ127 . 2 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木
18、系结构一 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙）剪力墙） 弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构） 位移放大系数位移放大系数: F1= 内力放大系数：内力放大系数：F2= 等效侧向刚度：等效侧向刚度： EJd 刚重比：刚重比： EJd/GH2 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P-效应效应的考虑方法：的考虑方法：1、简化的有限元法、简化的有限元法2、内力和位移增大系数方法内力和位移增大系数方法 （JGJ3-2010采用方法采用方法） 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小结小结 弯剪（曲）型结构弯剪（曲）型结构（剪力墙结构、框（
19、剪力墙结构、框架架剪力墙结构、筒体结构）剪力墙结构、筒体结构） 刚重比刚重比EJd/GH2 0.14, 1.4, 2.7 剪切型结构剪切型结构（框架结构）（框架结构） 刚重比刚重比 1， 10， 20niijj iDhG 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 由于由于钢筋混凝土结构具有钢筋混凝土结构具有塑性塑性内力重分布内力重分布性质性质，在，在竖向荷载下竖向荷载下可可以考虑以考虑适当降低梁端弯矩适当降低梁端弯矩，进行调，进行调幅，以幅，以减少负弯矩钢筋减少负弯矩钢筋的拥挤现象。的拥挤现象。塑性铰塑性铰4.11 4.11 弯矩调幅弯矩调幅 高层建筑结构设计高
20、层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一塑性铰塑性铰在钢筋屈服截面，在钢筋屈服截面，从从钢筋屈服钢筋屈服到达到达到到极限承载力极限承载力，截面在外弯矩增加很小，截面在外弯矩增加很小的情况下产生的情况下产生很大转动很大转动，表现得犹如一，表现得犹如一个个能够转动的铰能够转动的铰，称为，称为“塑性铰塑性铰”。 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塑性内力重分布的受力过程：塑性内力重分布的受力过程：第一阶段第一阶段：首先荷载较小，跨中、支座弯：首先荷载较小，跨中、支座弯矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷座弯矩
21、始终是大于跨中弯矩的）。随着荷载增大，载增大，支座支座达到承载能力极限，达到承载能力极限，形成塑形成塑性铰性铰。第二阶段第二阶段：此时支座弯矩不变（事实上还：此时支座弯矩不变（事实上还有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后跨中也出现塑性铰跨中也出现塑性铰，结构成为机动体系，结构成为机动体系，结构破坏。结构破坏。 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钢筋混凝土梁支座调低钢筋混凝土梁支座弯矩弯矩，增加跨中弯矩增加跨中弯矩来实现来实现内力重分布内力重分布的的目的。目的。 弯矩调幅：弯矩调幅：4.11 4.11 弯矩调
22、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： 对于现浇框架，调幅系数对于现浇框架，调幅系数可取可取0.80.80.90.9；装配整体式框架由于节点的附加；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取变形，可取 =0.7=0.70.80.8。 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： 将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得到梁的跨中弯矩矩，则可得到梁的跨中弯矩: : 调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的下跨中弯矩的5050。 高层建筑结构设计高
23、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可以调幅以调幅，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不能能考虑考虑调幅调幅。 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弯矩调幅后梁端弯矩调幅后，再与水平荷载再与水平荷载产生的产生的梁端弯矩梁端弯矩进行进行组合组合。 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 框架、剪力墙、框架框架、剪力墙、框架- -剪力墙剪力墙 结构的近似计算结构的近似计算 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一5.1 5
24、.1 计算基本假定计算基本假定5.2 5.2 框架结构的近似计算方法框架结构的近似计算方法5.3 5.3 剪力墙结构的近似计算方法剪力墙结构的近似计算方法 5.4 5.4 框架框架剪力墙结构的近似计剪力墙结构的近似计算方法算方法 5.5 5.5 扭转近似计算扭转近似计算 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空间结构简化为平面结构空间结构简化为平面结构x方向：方向：3片平面抗侧力结构单元片平面抗侧力结构单元y方向：方向：7片平面抗侧力结构单元片平面抗侧力结构单元5.1 5.1 计算基本假定计算基本假定 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 框架、墙只在自身
25、平面内有框架、墙只在自身平面内有有限刚度，只能抵抗平面内的有限刚度，只能抵抗平面内的作用力，忽略平面外的刚度，作用力，忽略平面外的刚度，也不产生平面外的内力。也不产生平面外的内力。(1) (1) 平面抗侧力结构单元假定平面抗侧力结构单元假定5.1 5.1 计算基本假定计算基本假定 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楼盖在其自身平面内刚楼盖在其自身平面内刚度度无限大无限大，楼盖平面外楼盖平面外刚度很小，可以刚度很小，可以忽略。忽略。(2)(2)刚性楼盖假定刚性楼盖假定5.1 5.1 计算基本假定计算基本假定 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一5.3 5
26、.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； 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。
27、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
28、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
29、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
30、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
31、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 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
32、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
33、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： 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
34、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 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
35、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 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
36、反弯点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
37、固定端，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
38、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 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
39、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) )：（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
40、大，刚度比值越大， 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 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
41、误的假设在实际工程应用上可能存在较大误差。差。hyyyyy)(3210 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 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 上小下大，弯点上移，上小下大，弯点上移，
42、y y1 1为正值为正值 上大下小，弯点下移，上大下小，弯点下移， y y1 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 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，
43、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系结构一 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（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
44、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
45、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)计算柱反弯点的高度计算柱反弯点的高度 (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
46、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(bcckMMMkk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
47、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 中柱轴力中柱轴力为为柱两侧梁端剪力之差按层叠加柱两侧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
48、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一5.2 5.2 框架结构的近似计算方法框架结构的近似计算方法 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基本假定：基本假定： 平面抗侧力结构单元；平面抗侧力结构单元； 无限刚性楼盖；无限刚性楼盖； 忽略梁、柱轴向变形及剪切变形；忽略梁、柱轴向变形及剪切变形； 等截面杆件，以杆件轴线作为框架计等截面杆件
49、，以杆件轴线作为框架计算轴线；算轴线； 竖向荷载作用下，结构无侧移。竖向荷载作用下，结构无侧移。5.2 5.2 框架结构的近似计算方法框架结构的近似计算方法 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一5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算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（属剪属剪切型）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侧移（忽核心区剪切变形产生的侧移（忽 略）略） 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一5.2.3
50、水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算 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、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 5.2.3 水平荷载作用下侧移的近似计算水平荷载作用下侧移的近似计算 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) ) 5.2.3 水平荷载作用下
