高层建筑结构设计

目 录

第一章：高层建筑结构体系及布置??????????????????(2)

§1-1 概述 ?????????????????????????(2) §1-2 高层建筑的结构体系 ??????????????????(7) §1-3 结构总体布置原则 ???????????????????(9) 第二章：荷载及设计要求??????????????????????(12)

§2-1 风荷载????????????????????????(12) §2-2 地震作用???????????????????????(13) §2-3 荷载效应组合及设计要求????????????????(14) 第三章：框架结构的内力和位移计算?????????????????(15)

§3-1 框架结构在竖向荷载作用下的近似计算—分层法??????(15) §3-2 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（一）—反弯点法??(16) §3-3 框架结构在水平荷载作用下的近似计算（二）—改进反弯

点（D值）法?????????????????????(17)

§3-4 框架在水平荷载作用下侧移的近似计算??????????(18) 第四章：剪力墙结构的内力和位移计算????????????????(20)

§4-1 剪力墙结构的计算方法?????????????????(20) §4-2 整体墙的计算?????????????????????(22) §4-3 双肢墙的计算?????????????????????(23) §4-4 关于墙肢剪切变形和轴向变形的影响以及各类剪力墙划

分判别式的讨论 ???????????????????(24)

§4-5 小开口整体墙的计算??????????????????(29) §4-6 多肢墙和壁式框架的近似计算??????????????(30) 第五章：框架—剪力墙结构的内力和位移计算?????????????(30)

§5-1 框架—剪力墙的协同工作????????????????(30) §5-2 总框架的剪切刚度???????????????????(31) §5-3 框—剪结构铰结体系在水平荷载下的计算?????????(32) §5-4 框—剪结构刚结体系在水平荷载下的计算?????????(33) §5-5 框架—剪力墙的受力特征及计算方法应用条件的说明????(36) §5-6 结构扭转的近似计算??????????????????(36) 第六章：框架截面设计及构造????????????????????(36)

§6-1 框架延性设计的概念??????????????????(36) §6-2 框架截面的设计内力??????????????????(37) §6-3 框架梁设计??????????????????????(39) §6-4 框架柱设计??????????????????????(42) §6-5 框架节点区抗震设计??????????????????(47) 第七章：剪力墙截面设计及构造???????????????????(49)

§7-1 墙肢截面承载力计算??????????????????(49) §7-2 连梁的设计??????????????????????(53)

第一章 高层建筑结构体系及布置

本章重点：①高层结构体系的受力特点；

②高层结构体系的种类及应用范围； ③高层结构体系的总体布置原则。

计划学时：5学时

一、高层建筑的界定

二、高层建筑的特点

从受力角度来看，随着高层建筑高度的增加，水平荷载（风载及地震作用）对结构起的作用将越来越大。除了结构的内力将明显加大外，结构的侧向位移增加更快。由此可见，高层建筑不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度，从而使水平荷载产生的侧向变形限制在一定的范围内，满足有关规范的要求。

§1-2 高层建筑的结构体系

所谓高层建筑的结构体系，是指结构抵抗外部作用的构件类型和组成方式。在高层建筑中，随高度增加，抵抗水平力作用下的侧向变形是主要问题。因此，抗侧力结构体系的合理选择和布置，就成为高层建筑结构设计的关键。

一、框架结构

框架是由梁和柱刚结而成的平面结构体系。如果整幢结构都由框架作为抗侧 向力单元，就称为框架结构体系。

其优点是：①建筑平面布置灵活，分隔方便；

②整体性、抗震性能好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能

力；

③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小。

其缺点是：侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差。正是这一点，限制了框架结

构的建造高度。

二、剪力墙结构

一般是在钢筋混凝土结构中，用实心的钢筋混凝土墙片作为抗侧力单元，同 时由墙片承担竖向荷载。

其优点是：①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；

②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力。因

而剪力墙结构适宜的建造高度比框架结构要高。

其缺点是：受楼板跨度的限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建

筑平面布置不够灵活。

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三、框架－剪力墙结构

这种结构形式具备了纯框架结构和纯剪力墙结构的优点,既能形成较大的使用空间，又具有较好的抵抗水平荷载的能力。

四、筒体结构

§1-3 结构设计的基本原则

注重概念设计，重视结构选型与平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风好且经济的结构体系，加强构造措施。保证结构的整体性能，是整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。不应采用严重不规则的结构体系。

且应满足下列基本要求：

1）具有必要的承载力、刚度和变形能力； 2）避免因局部破坏而导致整个结构破坏； 3）对可能的薄弱部位采取加强措施；

4）避免局部突变和扭转效应形成的薄弱部位； 5）宜具有多道抗震防线。

八字要求：简单、规则、均匀、对称

一、平面不规则

扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续

二、竖向不规则

侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变

三、变形缝

伸缩缝、沉降缝、防震缝

四、高层建筑楼盖

一般应采用现浇整体式或装配整体式楼盖。

第二章 荷载及设计要求

本章重点：①风荷载的计算； ②荷载效应组合；

③高层建筑设计要求。 计划学时：3学时

高层建筑所承受的荷载可分为竖向荷载和水平荷载两部分。竖向荷载中重力荷载和楼面活荷载与一般结构相同，在此不再重复。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。

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§2-1 风荷载

风荷载标准值

垂直于建筑物表面的单位面积上的风荷载标准值WK（KN/m2）可按下式计算。 WK??Z?Z?SW0 式中， W0——高层建筑基本风压值； ?Z——风压高度变化系数； ?S——风载体型系数； ?Z——风振系数。

§2-2 地震作用

地震作用在《房屋建筑抗震设计》课程中已有专门介绍，在此不再重复。

§2-3 荷载效应组合及设计要求 一、荷载效应组合

一般用途的高层建筑荷载效应组合分为以下两种情况： 无地震作用组合：

S??GCGGK??Q1CQ1Q1K??Q2CQ2Q2K??W?WCWWK 有地震作用组合：

SE??GCGGE??EhCEhEhK??EvCEvEvK??W?WCWWK

式中 S——无地震作用组合时的荷载总效应； SE——有地震作用组合时的荷载总效应；

CGGK——永久荷载的荷载效应标准值； CQ1Q1K——使用荷载的荷载效应标准值；

CQ2Q2K——其他可变荷载的荷载效应标准值；

CWWK——风荷载的荷载效应标准值；

?G、?Eh、?Ev、?W——分别相应于上述各荷载效应的分项系数；

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?W——风荷载的组合系数。

CGGE——重力荷载代表值产生的荷载效应标准值（包括100%自重标准值，50%雪荷载标准值，50～80%楼面活荷载标准值）； CEhEhK——水平地震作用的荷载效应标准值； CEvEvK——竖向地震作用的荷载效应标准值；

具体组合方式见教材P71表2-15所示。其中，2、3、4是高层建筑的基本组合情况，在抗震设防烈度为9度的地区，才考虑5、6、7三种情况。

二、设计要求

1、极限承载能力的验算

极限承载能力验算的一般表达式为

不考虑地震作用的组合内力 ?0S≤R 考虑地震作用的组合内力 SE≤RE/?RE 式中，S、SE——由荷载组合得到的构件内力设计值；

R、RE——不考虑抗震及考虑抗震时构件承载力设计值； ?0——结构重要性系数；

?RE——承载力抗震调整系数，可按下表采用

钢筋混凝土构件承载力抗震调整系数 正截面抗弯承载力验算 构件类别 柱 梁 轴压比≤0.15 0.75 轴压比≤0.15 0.80 剪力墙 各类构件及框架节点 斜截面抗剪及偏拉承载力验算 ?RE 0.75 0.85 0.85 2、位移限制

高层建筑的位移要限制在一定范围内，这是因为： ①过大的位移会使人感觉不舒服，影响使用。这一点主要是对风荷载而言的，在地震发生时，人的舒适感是次要的。

②过大的位移会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏，也会使电梯轨道变形。

③过大的位移会使主体结构出现裂缝甚至损坏。

④过大的位移会使结构产生附加内力，P-?效应显著。

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