高层建筑结构概念设计精品教程.ppt

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1、,高层建筑结构 概念设计,第1章 概述1.1 引言,设计体制的问题：在建筑设计的方案阶段，结构工程师一般不投入工作。某些结构工程师知识结构的问题：注重细节而忽视总体方案。当前结构设计模式的问题：规范一体化计算机结构设计程序,结构工程师对结构概念和结构体系不感兴趣，工作缺乏创造性,限制和约束了业主所想要的空间形式和功能,1.2 帮助建筑师开拓空间形式与功能,有一定复杂性的工程设计，在建筑方案设计阶段，结构工程师的参与是项目设计所必要的知识投入。在此阶段，需要结构工程师对结构体系的总体认识，对结构受力和变形特性的整体概念，也需要关于结构设计的经验和判断力。,【例1-1】芝加哥第一国家银行大楼,业主

2、向往在大楼整个底部有45层楼高的无柱大空间。,结构工程师和建筑师首次慷慨和充分的满主了银行家梦寐以求的底部大空间。,【例1-2】西尔斯大厦,110层、442m高，束筒结构（每个钢框筒为22.86m22.86m523）结构平面图见书中图2-24,优越性,使风荷载的分布趋于合理；满足了想租用整层楼房，而面积又不太大的客户要求；提供了523 范围内无柱子的大空间；平均用钢量159.5kg/,建筑结构的设计阶段与反馈（书中图1-4）,分阶段设计；视方案设计阶段的建筑空间形式为总结构体系；重点突出总体系与主要分体系之间的最佳受力特征；在初步设计中重视运用近似计算来确认主要分体系和关键构件的截面尺寸（本书

3、第4章、第5章讲）；在设计的主要环节和各阶段之间注重反馈及优化。方案设计阶段创造 初步设计阶段优化改进 施工图设计阶段出成果,【例1-3】法兰克福商业银行大楼（61层）,招标书中要求：在三角形的建筑平面内，必须有一边是空中花园，而办公区只能在另外两侧，并且在每层办公区的任何位置上，办公人员抬头就能看见空中花园。建筑师的最初想法：将三角形建筑的正面从下到上全部设计成空中花园，而将两侧面设计成办公区，并在大楼的中央设置核心筒。共同合作（有结构工程师参加）的中标方案：在三角形大楼每一侧都由6层办公楼区后加插一个3层楼净高的空中花园，大楼3个边的空中花园按顺时针方向往上盘旋错层相接；取消核心筒，在建筑

4、平面的3个角区设置角筒作为竖向交通通道。角筒错层空腹桁架结构体系。初步设计阶段的优化：8层办公楼区加插一个4层楼净高的空中花园，以改进整体刚度和净使用面积与总建筑面积的比率。书中图1-9 结构工程师对设计的态度及其效果,1.3 承载力、刚度、延性为主导的结构概念设计,因而，高层建筑结构的抗侧力问题突出,水平作用效应,结构底部倾覆力矩与其高度的平方成正比,结构顶部侧移与其高度的4次方成正比,过大的侧移 对结构造成危害，影响正常使用过明显的摆动居住者感觉不舒服,抗风,要求结构具有一定大的刚度,抗震结构的刚度不宜过大（刚度大，自振周期小，地震作用大）。理想的抗震、抗风结构：1、应具有一定大的刚度和必

5、要的承载力，以抵御风荷载和多遇地震；2、具有多道抗震防线，在结构局部屈服后刚度降低，自振周期增大，地震作用减小；3、具有足够的延性耗能能力和良好的变形能力以抵御罕遇地震。,【例1-4】尼加拉瓜美洲银行,由美籍学者林同炎教授于1963年设计，18层、61m高，首开多道防线、刚柔结合的概念设计思想于工程实例之先河。柔性筒H/b7 4个边长为4.6m的L形柔性筒（其H/b=13.3）通过每层的连梁组成一个11.6m11.6的正方形核心筒（其H/b5），连梁中部开较大的孔洞。,在风荷载和多遇地震下，核心筒具有足够的刚度和承载力；在罕遇地震下，作为第一道防线的连梁屈服出现塑性铰，4个L形柔性筒作为独立的

6、抗震单元，结构刚度降低，自振周期增大，阻尼增加，地震作用减小，结构仍具有预期的受力性能。震后情况：连梁剪切破坏，墙体未见裂缝。动力分析见书中表1-1。与尼加拉瓜美洲银行相距不远的尼加拉瓜中央银行（平面布置见书中图2-7）在此次地震中破坏惨重。,马那瓜中央银行大厦,试问：那一幢破坏严重呢？,马那瓜美洲银行大厦,尚需重视的一些基本原则,1、变复杂为简单，即使结构的受力与传力途径越简单、越直接明确越好。2、重视上部结构与其支承结构（构件）整体共同作用。如框支剪力墙的转换梁及钢砼高层建筑的箱基与伐基。3、能够有效增大高层建筑抗侧力能力、而毋需增加更多成本的若干理念。4、注意竖向构件在建筑物自重作用下的

7、压缩变形问题。,1.4 结构设计没有唯一解 全面、完整的理解规范,在英国规范前言的最后一行告示：“遵守英国规范本身，并不意味给予豁免责任。”美国桥梁设计规范中也明确指出：“本规范无法取代设计人员所应具有的专业教育和工程判断的训练，所以仅在规范中规定了为保证公共安全的最低要求。”需要全面、完整的理解规范的两个例子。,【例1-5】关于柱的轴压比,轴压比的定义：轴压比限值的实质是柱子截面在大小偏心受压界限破坏状态下的轴压比。抗震规范中所涉及到的影响轴压比限值的因素：结构类型、抗震等级、剪跨比、箍筋形式、柱中是否设芯柱。,影响轴压比限值的因素还有：柱周边纵向钢筋的配筋率（成正比）；纵向钢筋的强度（成反

8、比）；柱截面形式（我国现行规范针对矩形截面柱，圆形截面柱的延性好于矩形截面柱）；砼强度等级（成反比）。可考虑适当上调轴压比限值的情况：1、考虑 的余值适当提高轴压比限值；2、圆形截面可提高510%;可以进行上调的理由：1、实际情况；2、轴压比限值的规定为抗震规范中的非强制性条文,【例1-6】关于部分框支抗震墙结构（带转换层的高层建筑结构、底部大空间剪力墙结构）规定条文的对象,由于功能要求，一些高层的转换层设在610层，而“高规”的相应条文针对的是8度不超过3层、7度不超过5层为部分框支剪力墙的情况，当有高位转换层而照套规范条文时，将导致转换层下部结构偏于不安全。本书3.7.4也有此方面的论述。

9、,1.5 运用正确的判断力把握设计 对待结构设计软件的态度,【例1-7】在某31层带转换层的高层建筑结构（转换层位于第6层）的分析计算中，各软件的表现。TBSA程序：将上部框支剪力墙假设为一根薄壁杆件和转换梁构成点变形协调，与实际受力情况差别太大，故取跨度为8.7m的转换梁的截面高度为1.6m竟使梁严重超筋。SATWE程序：配筋量偏大且转换梁内无轴向拉力。若按此配筋，将导致配筋量大且转换梁跨中附近有可能开裂。平面有限元程序：较符合实际受力情况，配筋量总体上少于SATWE的计算结构。,在T.Y.Lin设计顾问有限公司，只能用计算机进行分项荷载的内力分析，其结果经上机工程师自校后交项目工程师校审，

10、工程师再用手算进行最不利荷载组合的内力计算和构件截面配筋计算，然后项目工程师终审，再用CAD出图。我国目前结构设计存在的主要问题：1、盲目信赖和依靠一体化计算机结构设计程序；2、一次性图形输入而无复校；3、设计软件自身存在缺陷；4、尤其是在赶任务时，设计管理与校审制度不严。,第2章 高层建筑结构体系及工程实例,梁板,水平构件（楼、屋盖体系，水平分体系）,墙 柱斜撑,竖向构件,水平构件竖向构件,竖向分体系,抗侧力体系,竖向荷载 水平构件 竖向构件 基础 地基,水平荷载 抗侧力体系 基础 地基,抗侧力体系,框架剪力墙框架剪力墙或框架筒体框架核心筒框架核心筒伸臂筒中筒束筒巨型框架脊骨结构,2.1 框

11、架结构,地震区的框架应设计成延性框架；体型复杂的框架应采用加强措施，并应注意在复杂中寻求规则（书中图2-1）；我国最高的钢砼框架结构为北京的长城饭店，18层，82.85m；由于框架结构的抗侧刚度较小，结构高度增加将导致柱子截面过大，按我国高规、高钢规给出的最大适用高度较经济合理。,2.2 剪力墙结构,现浇剪力墙结构的整体性较好，抗侧刚度和承载力大，延性剪力墙抗震性能好（剪力墙的延性不及框架）。剪力墙结构体系中，楼、屋盖一般不设梁，因而剪力墙的间距不能很大（38m），建筑空间受到限制，适用于住宅、旅馆建筑。剪力墙结构墙密集，结构刚度大，基本自振周期小，地震作用大，高度很大的剪力墙结构并不经济。,

12、2.3 框架剪力墙（筒体）和框架支撑结构,框架剪力墙结构兼有框架结构布置灵活、延性好和剪力墙结构刚度大、承载力高的优点；框架的变形为剪切型，剪力墙的变形为弯曲型，两者协同工作，总变形为弯剪型，使层间变形沿高度表现均匀；框架剪力墙结构为双重抗侧力体系，剪力墙为第一道抗震防线，框架为第二道抗震防线，结构具有多道抗震防线。,框架剪力墙结构,注意区别框筒与框筒,框架剪力墙结构框架筒体结构,当高度增至4050层时，多采用框架筒体结构，此时建筑多为塔式。在框架剪力墙结构中，要注意剪力墙的合理数量。在本结构中，要特别注意剪力墙布置，以免造成较大的偏心。框架支撑结构主要用于钢结构，支撑为桁架，杆件轴向受力，可

13、充分发挥材料的性能。支撑有中心支撑和偏心支撑，抗震结构多采用偏心支撑，并将水平杆件端部处理成耗能梁段。,2.4 框架核心筒结构、框架核心筒伸 臂结构,框架核心筒结构：框架布置在周边，筒体布置在中间。其受力与变形特点与框架剪力墙（筒体）结构相同，但高规将其归入筒体体系。框架柱的间距可达9m，外框架与核心筒之间的距离可达10m以上，故可获得较大的使用空间。当建筑高度较大时，可在沿高度的适当位置设置伸臂，用于加强核心筒与框架的连接，则成为框架核心筒伸臂结构。采用框架核心筒伸臂结构的有名建筑颇多，如上海金茂大厦、深圳地王大厦及马来西亚双塔等。,2.5 筒中筒结构,外筒的高宽比小，为剪切型变形；内筒的高

14、宽比大，为弯曲型变形。故筒中筒结构也为双重抗侧力体系。值得注意的问题：外筒的剪力滞后现象（书中图2-19）；楼板的厚度（太薄，不能保证足够的平面内刚度；太厚，结构自重过大）。筒中筒适用于50层以上的建筑，为20世纪6080年代高层建筑的主要体系，并影响了当时高层建筑的审美观念当时提出“朴素即为美。”,筒中筒,外筒：框筒或桁架筒内筒：实腹筒,2.6 束筒结构,束筒结构：两个或两个以上的框筒紧靠在一起成“束”状排列。束筒中，增加了框筒的角柱数量，可明显的减少剪力滞后。还可以通过束筒组成较为复杂的建筑平面（书中图2-25）和建筑造型。著名的采用束筒体系的建筑有芝加哥的西尔斯大厦以及被毁于“9.11”

15、事件的纽约世界贸易中心。我国目前尚未见束筒结构的高层建筑，相关规范对此也无明确规定。,2.7 巨型框架结构,巨型框架和束筒均可归为多筒结构。竖向荷载次结构巨型梁巨型柱基础体系地基水平作用 巨型框架基础体系地基,台北101大楼（101层，屋顶高448m，塔桅顶高508m）采用巨型框架核心筒结构体系。在26层及以下周边设置8根大箱形钢柱和12根小箱形钢柱，从27层开始只剩8根大箱形钢柱；内筒由16根箱形柱与斜撑形成桁架筒；大致每8层设置1层楼高的巨型梁。为满主舒适度要求，在8792层之间设置悬挂式重力摆锤；为减小屋顶尖塔的鞭梢效应，在498505m之间设置两组阻尼块。,2.8 结构体系的适用范围,

16、书中表2.2列出了各钢筋砼结构体系的适宜高度范围。而“抗震规范”和“混凝土高规”中适用最大高度是指：规范或规程中各项规定所适用的房屋高度。当所用的结构体系的高度超出规范或规程中适用最大高度时，应进行超限审查并采用相应的措施。规范或规程中有关高宽比限制的条文是一个经验性的参考规定，符合高宽比限制要求的建筑比较容易满足位移限制条件，如能满足层间位移限值及其他条件，对高宽比可适当放宽。,2.9 高层建筑抗侧力结构体系的发展和应用,结构体系,框架剪力墙,框架剪力墙（筒体）框架核心筒框架核心筒伸臂,框筒,实腹筒,桁架筒,筒中筒,束筒,多筒,巨型结构,脊骨结构,材料,钢,钢筋砼,组合构件,混合结构,1、单

17、种抗侧力体系发展到双（多）重抗侧力体系2、由平面结构向空间结构发展3、平面桁架与空间桁架的应用4、抗侧力结构趋向周边布置5、创造巨型结构和脊骨结构6、组合构件和混合结构的应用7、高强、轻质材料的应用8、消能减震结构的发展9、主动控制结构,第3章 抗侧力结构受力、变形特性概念,3.1 双重抗侧力体系的受力和变形性能 单种抗侧力体系（静定或延性差）一道抗震防线 单种抗侧力体系（超静定且延性较好）多道抗震防线 双（多）重抗侧力体系,双重抗侧力体系的特点,由两种受力和变形性能不同的超静定抗侧力结构组成，每种抗侧力结构都是具有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接而协调工作。在地

18、震作用下，当其中一种抗侧力结构有所损伤时，另一种抗侧力体系能够承受较大的地震作用，它能够与损伤的抗侧力结构共同或单独抵抗后期地震。,3.1.1 框架剪力墙（筒体）结构,在水平作用下，框架呈剪切型变形，剪力墙呈弯曲型变形，二者协调工作，整体结构呈弯剪型变形。在上部，框架帮剪力墙；在下部，剪力墙帮框架。需注意，即使是在分布水平荷载作用下，结构顶部框架受正剪力，剪力墙受负剪力。影响框架剪力墙结构变形曲线形状和框架与剪力墙间内力分配比例的重要参数是刚度特征值，反映二者的相对刚度。当 12.4时，二者的相对刚度较为适度。当然，同样刚度和数量的剪力墙的布置也需要符合要求。,4种情况,（1）当框架承担的剪力

19、不小于基底剪力的20或框架最大层剪力的1.5倍（取二者中的较小值）时，可按框架剪力墙结构设计。（2）当剪力墙承担的基本振型倾覆力矩小于总倾覆力矩的50时，仍属框架剪力墙结构，但框架部分的抗震等级按纯框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。（3）当框架承担的剪力达不到(1)中的要求时，不考虑框架的作用，按剪力墙结构设计。（4）当结构中的剪力墙数量很少时，应按框架结构设计，但需要注意剪力墙对框架上部的不利影响。（1）、（2）为双重抗侧力体系；（3）、（4）为非双重抗侧力体系。,3.1.2筒中筒与框架核心筒,书中表31为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大梁）抗侧刚度比较，可见，筒中筒结构的

20、抗侧刚度是框架核心筒抗侧刚度的3倍以上。书表中32为筒中筒结构与框架核心筒结构（无楼板大梁）内力分配比较：在筒中筒结构中，实腹筒分配72.6%的基底剪力，周边框架分配66.0的倾覆力矩；而在框架核心筒中，周边框架分配的基底剪力和倾覆力矩均较小。筒中筒结构无疑属双重抗侧力体系；而对于框架核心筒结构，需将外框架抵抗的剪力调整增大到0.2 与1.5 的较小值。增加框架核心筒结构抗侧刚度的有效方法是设连接外柱与内筒的大梁，但将降低房间的净高。,3.1.3 混合的框架核心筒结构,我国“高规”的混合结构：钢框架钢筋砼筒体、钢骨砼柱钢筋砼筒体，此外还有钢管砼柱钢筋砼筒体。“高规”对其提出了外框架承担的剪力不

21、能小于0.25 与1.8 较小值的规定，以保证其为双重抗侧力体系。书中图3-10为钢框架钢筋砼核心筒典型结构剪力分配及调整分析。如各层剪力均按0.25 取值，上部各层增加太多而没有必要；如层剪力均取1.8，设计剪力有可能不到总剪力的10。因此，书中建议：,（1）8度区，各层框架的层剪力取0.25，为该层的层剪力。（2）6度区和非地震区，可以按非双重抗侧力体系设计，内筒按承担100的层剪力设计，外框架可取0.10.15。（3）对于钢框架钢筋砼核心筒结构，由于：周边钢框架的抗侧、抗扭刚度小；钢框架与钢筋砼内筒之间徐变性能的差别，当高度很大时，产生明显的竖向变形差，故应注意建筑高度不能太大。（4）当

22、剪力调整的幅度较大，需增大钢柱截面而导致不经济时，可采用钢骨砼土或钢管砼柱框架。（5）当建筑较高或抗震设防烈度较高时，可采用钢骨砼核心筒，以改善内筒的延性。,3.2框架核心筒结构与板柱筒体结构的区别,在受力与变形性能上：框架核心筒为双重抗侧力体系；板柱剪力墙（筒体）中的板柱结构属弱框架，板柱剪力墙（筒体）为非双重抗侧力体系。在形式上：板柱筒体结构中无梁楼盖的面积较大，无梁柱较多；而框架核心筒结构中的无梁柱少（书中图311b中只有4根），也可能没有无梁柱（如书中图35b）。,3.3 框架核心筒伸臂结构受力和变形性能,框架核心筒伸臂结构：在框架核心筒结构中的某一层或几层设置连接内筒与外柱的伸臂，以

23、增强结构的抗侧刚度。伸臂使外柱产生更大的内力而使内筒弯矩减少，增强了结构的刚度（书中图313）。伸臂相当于有梁板体系框架核心筒中的梁集中设置在结构的一层或几层，但设置伸臂梁在其所在层附近引起竖向构件的内力突变。而在有梁板体系框架核心筒中，设置伸臂的作用并不明显。,设伸臂的优点：,增大框架中间柱轴力、增加刚度减少侧移、减少内筒弯矩,设伸臂的缺点：,伸臂所在层的上下相邻层的柱子内力突变，柱易出现塑性铰,非地震区利大于弊；地震区，须慎重考虑,3.4 加强层的概念,1、伸臂加强构件 2、环向构件 3、腰桁架和帽桁架,加强层：以上三种加强构件的一种或一种以 上所在的层位。,3.4.1 伸臂设置的位置和数

24、量,（1）当只设一道伸臂时，最佳位置在距底部固定端以上（0.600.67）H之间。（2）设两道伸臂的效果优于一道伸臂，如果一道设置在0.7H以上，则另一道应设置在0.5H处。（3）多道伸臂可沿高度均匀设置，设置多道伸臂时，会进一步减小位移，但位移减小量并不与伸臂数量成正比；设置的伸臂多于4道时，减少侧移的效果基本稳定，但可降低内力突变。,3.4.2 设置伸臂的效果和概念,（1）在筒中筒结构中，伸臂的作用与密柱深梁的空间作用重复，设置伸臂的作用较小，反而引起柱子内力突变，因此一般不设伸臂。（2）在框架核心筒结构中，当为非地震区或烈度不高的地震区，用设置伸臂减小风荷载下的位移是较好的方案选择；在中

25、等或强烈度区，如层间位移满足要求，则不设伸臂，如不满足要求，应慎重选择伸臂的刚度和数量。（3）设置伸臂的方案：设置一道刚度不太大的伸臂；设置数道刚度不大的伸臂；每层设置刚度较大的楼板大梁。以上方案应根据具体情况经方案比较确定。,3.4.3 伸臂的结构形式和连接,伸臂的结构形式：实腹梁、桁架、空腹桁架，通常一层高。,考虑建筑和施工因素,放在设备层或避难层,布置通道,便于安装,以钢桁架为优,考虑到施工中外柱与内筒的竖向变形差，伸臂应一端固接于竖向构件；另一端与竖向构件临时固定或采用椭圆孔连接，整个结构施工完成后再固定。,3.4.4 环向构件,环向构件：沿结构周围布置一层楼（或两层楼）高的桁架，一般

26、高层结构布置一道，如果结构很高，也可布置两道或三道。环向构件常与伸臂或腰桁架集中于加强层，而加强层又与设备层、避难层结合在一起，需要对外开敞，故环向构件多采用桁架。环向构件的基本作用是协调沿周围竖向构件的变形，减小竖向变形差。对于框筒，环向桁架可减少剪力滞后现象，因此在筒中筒和束筒结构中，通常设置环向桁架而不设伸臂。在框架核心筒结构中，其减少侧移的作用不如伸臂直接，通常不设环向桁架（也有设置的情况，如书中图319a）。在框架核心筒伸臂结构中，环向桁架常与伸臂结合以使柱子轴力均匀，且可减少伸臂的刚度。,3.4.5 帽桁架和腰桁架,为设置在内筒与外柱之间的刚度很大的桁架，其主要作用是减少内筒与外柱

27、之间的竖向变形差。在3040层的结构中，一般在顶层设置一道桁架，称其为帽桁架；当结构高度很大时，也可同时在中间某层设置，称其为腰桁架。帽桁架、腰桁架和伸臂的形式以及布置方式都相同，但主要作用不同，设计时，可考虑将二者相结合。,3.5 筒中筒与框架核心筒、框架核心筒 伸臂结构设计概念的比较,书中表36对筒中筒结构与框架核心筒结构的设计要点进行了比较。筒中筒结构的抗侧、抗扭刚度很大，但对其结构布置限制得较严格。而框架核心筒结构的布置限制得相对宽松，宽松并不意味着好把握，因此，对框架核心筒结构的设计中应注意的一些问题予以总结：,（1）框架核心筒外框架各构件的截面不宜过小，以保证外框架承受剪力的能力，

28、而使框架核心筒成为双重抗侧力体系。对采用混合结构的框架钢筋砼核心筒结构，当非抗震和6度抗震时，可采用钢框架并按单筒结构设计；当为中等烈度和高烈度时，外框架采用钢骨砼或钢管砼柱较容易达到双重抗侧力体系的要求。（2）框架核心筒结构的设计应注意提高其抗扭能力（抗扭刚度和抗扭承载力）。（3）为保证框架核心筒中核心筒的延性，核心筒可以开洞，并按强墙弱梁的原则设计墙肢，增加墙肢截面约束边缘构件的设置范围。在对核心筒延性要求较高的情况下，可在核心筒纵横相交处设置竖向钢骨，在楼板标高处设置钢骨暗梁，在连梁中设置配筋交叉斜撑或采用钢连梁、钢骨连梁。,（4）框架核心筒结构的楼板内可以布置大梁，也可不布置大梁，但周

29、边柱与梁必须刚接成框架。（5）框架核心筒伸臂结构中，要求伸臂在平面上对称布置，一般情况下两个方向同时布置，但有时也可只有一个方向布置伸臂。（6）伸臂必须与同方向的剪力墙对齐（即布置在两个方向剪力墙的交汇处），以便剪力墙承受伸臂传来的弯矩和剪力。伸臂宜布置在减小位移有效的楼层，并与设备层、避难层等结合。,3.6框架和框筒结构的转接层（柱位的变化）,上下柱在同一平面内：实腹梁、桁架、拱,上下柱不在同一平面内：实腹梁、桁架、斜撑,转换,3.7 底部大空间剪力墙结构的设计概念和转 换层,底部大空间剪力墙结构,落地剪力墙框支剪力墙,框支柱 框支墙,上部墙体转换层（取一层剪力墙高度，内力传递范围不局限于这

30、一层),压应力分布区（拱）拉杆（托梁）,按承载力：弱层、薄弱层 按刚度：柔层、软弱层,薄弱层,框支剪力墙的框支层为软弱层，在大地震中破坏严重。,3.7.2 底部大空间剪力墙结构的设计概念（1）加强框支层刚度（详见“高规”附录E）。（2）提高框支层构件的承载力，避免出现薄弱层（详见“高规”第10.2条）。,3.7.3 转换构件,托梁,截面高度较小时采用框支柱上一部分剪力墙（加厚）截面高度较大时（重量不宜过大，墙体破坏机制）,箱形结构厚板 空腹桁架（优先考虑）,书中95页的实例值得一看。,3.7.4关于剪力墙结构的高位转换,属超限高层结构，应进行超限审查。,结构布置：加强转换层以下结构刚度；减小转

31、换层上部结构的重量和刚度,结构分析：属复杂结构，应采用不少于两个不 同的力学模型并选用相应的计算软 件进行多遇地震作用下的分析，还 应进行罕遇地震下的弹塑性变形分 析；不要忽视高振型的影响。,注意优化调整,3.8短肢剪力墙较多的剪力墙结构的设计概念,短肢剪力墙：hw/bw=58注意区别下列情况：（1）连梁的跨高比不大的联肢墙中的短墙肢不属于短肢剪力墙；（2）L形截面或T形截面中一个方向的墙hw/bw8时，也不属于短肢剪力墙。当短肢剪力墙较多时（其承受竖向荷载的面积达到楼层面积的4050以上），结构潜在危险有两方面：当井筒出现问题后，短肢剪力墙可能随之破坏；当短肢剪力墙进入弹塑性阶段，若其抵抗竖

32、向荷载的能力失效且其承载面积较大时，有可能引起楼板连续倒塌。短肢剪力墙的加强措施：书中第100页。,第4章 楼盖体系的方案选择与整体初步设计,4-1概述,楼盖体系（水平结构分体系）的基本作用,垂直方向：抗弯构件（承受楼、屋 面荷载）水平方向：隔板作用（连接竖向构 件）,高层建筑结构楼盖体系设计 需侧重考虑的 问题,楼、屋面梁的高度楼盖体系的自重 抗倾覆力矩问题 大跨度时用钢桁架而不用实腹梁,平板（无梁楼板）体系梁板体系主次梁体系双向密肋或井字梁体系空间桁架体系,水平分体系的分类,4.2 平板体系,对于层数较多的高层建筑，在既可以采用平板体系也可以采用梁板体系的情况下，应优先考虑采用平板体系。如

33、一幢40层的高层建筑，在获得相同楼层净高的条件下，采用平板体系可较采用梁板体系的总高度降低12m左右，这可以明显降低水平作用对结构的影响，或可以再增建34个楼层。总之，经济效益显著。,平板体系的适用跨度和板厚,【例41】预应力砼平板的初步设计,荷载平衡法：由林同炎教授于1963年提出，其基本思路是用预应力产生的等效荷载部分或全部平衡构件或结构所受的竖向荷载。,预应力引起的等效荷载,本例平衡平板的全部恒荷载，即取,则,每m宽板带需3255/9362（kN）,每m宽板带需1860级无粘结预应力筋的根数：,无粘结预应力的布置形式,（a）75布置在柱上板带，25布置在跨中板带；（b）一向为带状集中布置

34、，另一向均布；（c）双向均集中通过柱子布置；（d）一向按图（a）布筋，另一向均匀布筋,4.3梁板体系4.3.1单向板梁楼盖,书中表41分析了不同跨度长宽比的四边支承板双向受力状况，提出当跨度长宽比大于或等于1.5的梁板结构可按单向板梁设计（与砼规范有出入）。提出当L2/L11.5时，在竖向构件已满足设计要求的情况下可取消短跨梁，有旧金山湾区坎那雷停车场实例。对连续多跨的等柱间距的框架梁，在竖向均布荷载作用下的最大正弯矩出现在边跨，最大负弯矩位于第一内柱的梁端，而边柱内侧梁端的负弯矩最小。从占用结构空间高度小和有较好的延性的角度出发，可采用宽扁梁。,4.3.2双向板梁楼盖,初步设计时可假设每个方

35、向的梁大约承担该方向总弯矩的2/3，而该方向的跨中2/3板带约承担总弯矩的1/3。还应该注意梁和板的刚度比对内弯矩的影响：随着K的减小，跨中板带的负弯矩会随之减小，而正弯矩则会随之增大；同时，边缘板带的正、负弯矩也都从刚性边支承情况下的零弯矩值迅速加大。,梁截面宽度,梁截面高度,板的净跨,板厚,4.3.3现浇梁板共同作用的设计概念,1、弹性受力分析时框架梁的合理截面形式 此问题在规范和设计软件中已有所考虑。2、梁端负弯矩钢筋的合理分布 在设计时，一般不考虑框架梁翼缘板内与梁肋平行的上、下层钢筋共同参与梁正截面抗弯承载力的作用。这样不仅多用钢筋，也容易形成“强梁弱柱”现象。美国ACI318规范规

36、定：应将计算所需的负弯矩受拉钢筋的一部分配置在梁的有效翼缘宽度或框架梁跨度的1/10梁侧宽度范围内。,4.4 主次梁体系,主次梁体系的优点：（1）楼盖平均折算厚度小，重量轻（与双向密肋体系相当）。（2）开间大：经济适用跨度（912）m（13.518）m；若有一个方向具有满足抗弯和抗扭条件的边梁，与其正交方向的跨度可以做到2136m。（3）承载力高。（4）采用主次梁楼盖体系的框架结构整体刚度大。（5）结构受力清楚。,柱网宜设计成矩形，以短跨为主梁，长跨为次梁，主、次梁跨度比取0.650.70，这样易做到梁底平齐，以保证楼盖的结构高度为最小。在次梁方向与柱子相连的框架梁采用次梁的截面尺寸即可。,4

37、.4.1 柱网与主、次梁的合理布局,4.4.2 边跨的合理设计,前已叙及，在竖向荷载作用下，多跨框架的边框架梁的内力最大，若改变这种状况，可采取如下方法：1、有意识的将边跨的跨度设计成比内跨的跨度小1520；2、如果要求必须连续等跨，可在边跨两端增设一定长度的悬臂以减小边跨跨内的正弯距，悬臂的理论最优长度为0.4L。,4.4.3 单向密肋主次梁体的一种特殊形式,单向密肋楼盖的应用实例（书中图419）。一个方向的跨度可以达2136m甚至更大。如建筑空间允许，可将单向密肋楼板设计成预制宽缘单T板（书中图420）。要求边支承梁具有较大抗弯和抗扭刚度，梁宽可采用包柱式。建议在边支承框架梁的截面核心区内

38、施加不小于0.9N/mm2的有效预应力。,4.5 双向密肋体系,本书中的双向密肋体系：整个楼盖体系的梁截面高度相同，整个楼盖作为双向密肋体系。经济适用跨度：钢筋砼双向密肋，912m；预应力砼双向密肋，1221m。双向密肋体系的优点：1、其经济适用跨度在四种楼盖体系（平板体系、梁板体系、主次梁体系与双向密肋体系）中最大。2、平均砼折算厚度最小。3、结构本身美观性好，可不吊顶。,设计要点：,1、柱网开间最好接近方形；2、当每跨在单向被分隔成5格或以上时，双向密肋楼盖的整体性能和弯矩分配可接近于平板楼盖。3、将位于柱顶的网格填实（书中图421、422），构成与梁同高的实心板，既可起到与平板相类似的抗

39、冲切作用，也可减小与之相连的梁的计算跨度。4、在初步分析的近似计算中，可将一个方向的总弯矩的2/3分配给与柱顶实心板直接相连的梁中，而跨中的其他梁共同承担1/3的总弯矩。,4.6 平面或空间桁架组合楼盖,当跨度在2127m之间，且一方向可形成刚度很大的边支承时，可采用单向受力平面桁架组合楼盖。当跨度27m、且为方形开间时，则宜采用双向受力的空间桁架砼组合楼盖。共同的特点：耗材少，重量轻；空腹结构，通风管道等可铺设在楼盖结构高度范围内。,4.7 预应力砼设计的基础概念和方法,预应力砼结构抗震设计规程的适用范围问题：抗震设防烈度为6度至8度地区的现浇后张预应力砼框架和板柱等。在框架核心筒结构的周边

40、框架间可采用预应力砼框架梁。后张预应力框架、门架、转换层大梁宜采用有粘结预应力筋；当框架梁采用无粘结预应力筋时，应符合：,在地震作用效应和重力荷载效应组合下，当符合下列二款之一时，无粘结预应力筋可在二、三级框架梁中应用；当符合第1款时，无粘结预应力筋可在悬臂梁中应用：1、框架梁端部截面及悬臂梁根部截面由非预应力钢筋承担的弯矩设计值不应少于组合弯矩设计值的65；或仅用于满足构件的挠度和裂缝要求。,2、设有剪力墙或筒体，且在基本振型地震作用下，框架承担的地震倾覆力矩小于总地震倾覆力矩的35。分散配置预应力筋的板类结构及楼盖的次梁宜采用无粘结预应力筋。无粘结预应力筋不得用于承重结构的受拉杆件及抗震等

41、级为一级的框架。,平均有效预应力Fe/A的范围,4.15.5N/mm2 简支梁,3.5N/mm2 后张框架梁,1.42.8N/mm2 板,4.7.1 预应力砼特性的三个不同概念,第一概念：对构件施加预应力，可使构件的弹性工作阶段延长提高构件的抗裂度。【例4-5】本例通过对简支梁施加预应力说明可使梁截面下边缘的拉应力为零，即在使用荷载下，梁处于弹性阶段工作状态。,第二概念：预应力砼构件的内力抵抗矩是主动的可通过适当调整有效预拉力F或预应力合力作用点到截面形心轴的距离e来调整构件截面应力分布。,内力抵抗矩（书中图4-32）,截面核心区顶点位置,如为矩形截面,截面上、下边缘应力计算公式：,压力 与形心轴的偏心矩,【例4-6】本例要求压力 作用于截面上核心区边缘 即 压力 与原有效预拉力F所构成的 内力抵抗矩与外弯矩M平衡 即【例4-7】本例为已知、等，求。则,第三概念：用预应力平衡外荷载，可将受弯构件变成偏心受压构件，以减小砼构件的挠度和截面拉应力。当采用抛物线型分布筋时，预应力等效荷载 矢高（在这里为梁截面高度之半减去预应力合力作用点到梁下边缘的距离）剩余荷载,【例49】,