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高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试李英民博士、教授 65121430 liyingmin@高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试•考试大纲、题量及分值•内容复习•例题解析考试大纲、题量及分值•考试大纲了解熟悉掌握内容q 结构极限状态设计原理q 竖向荷载、风荷载和地震作用对高层建筑结构和高耸结构的影响q 概念设计的内容及原则，并能运用于高层建筑结构的设计q 高层建筑结构内力与位移计算原理q 高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造q荷载分类和组合q风荷载和地震作用的取值标准和计算方法q荷载效应组合方法q常用高层建筑结构的受力性能及适用范围q常用钢筋混凝土高层建筑结构的近似计算方法、截面设计方法和构造措施•题量及分值backback二级一级一级注册结构工程师考试大纲了解熟悉掌握内容•结构极限状态设计基本概念•竖向荷载、风荷载和地震作用对高层建筑结构和高耸结构的影响q概念设计的内容及原则，并能运用于高层建筑结构的体系选择、结构布置和抗风抗震设计q高层建筑结构内力与位移计算原理q钢结构高层民用建筑设计方法q高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造q荷载分类和组合q风荷载和地震作用的取值标准和计算方法q荷载效应组合方法q常用高层建筑结构的受力性能及适用范围q常用钢筋混凝土高层建筑结构的近似计算方法、截面设计方法和构造措施backback注册结构工程师考试题量及分值科目一级二级钢筋混凝土结构15题/15分20题/20分钢结构14题/14分8题/8分砌体结构与木结构14题/14分20题/20分地基与基础14题/14分16题/16分高层建筑、高耸结构与横向作用15题/15分16题/16分桥梁结构8题/8分backback内容复习•结构极限状态、荷载及地震作用•高层建筑结构•高耸结构backback结构极限状态、荷载及地震作用《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）•结构极限状态设计的基本原理•作用及其分类•荷载（效应）组合•风荷载•地震作用back结构极限状态设计的基本原理•结构功能要求–能承受正常施工和正常使用是可能出现的各种作用–在正常使用时具有良好的工作性能–在正常维护下具有足够的耐久性能–在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性• 结构可靠度在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率–在规定的时间内——设计基准期（50年）–在规定的条件下——正常设计、正常施工、正常使用–预定功能——四项结构功能• 极限状态设计• 可靠指标•失效概率•可靠指标backZ=ZZZfZ(Z)0Z=R-S≥0=  Z/ Z Z=  R- S  Z2=  R2+  S2极限状态设计•定义–整个（或部分）结构超过某特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求•两类极限状态–承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形（如倾覆、疲劳、机构、失稳等）–正常使用极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值（如影响正常使用或外观的变形、局部损坏、振动或其它特定状态）•极限状态方程–g(X1,X2,,Xn)=0•极限状态设计表达式–g(X1,X2,,Xn)≥0–Z=R-S≥0back作用及其分类–直接作用（荷载）——施加在结构上的集中或分布荷载——GBJ68-84–间接作用（作用）——引起结构外加变形或约束变形的原因（温度变化、焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等）back时间变异位置变异结构反应q永久作用 自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接q可变作用 安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震q偶然作用 地震、爆炸、撞击q固定作用 自重、固定设备荷载q可动作用 吊车荷载、人员荷载q静态作用 自重、楼面活荷载 q动态作用 地震、吊车荷载、设备振动、风荷载荷载（效应）组合•承载能力极限状态back–基本组合–偶然组合•正常使用极限状态–短期效应组合–长期效应组合风荷载•基本风压–定义：当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均最大风速v0为标准，按v02/1600确定的风压值–按全国基本风压分布图采用，>=0.25kN/m2–调整系数（略）back•风压高度变化系数•风荷载体型系数•风振系数•考虑范围•房屋结构 H>30m & H/B>1.5•高耸结构 T1>0.25s•考虑方法地震作用•建筑抗震设防目标与标准–抗震设防及其思想–设防依据–设防目标及其实现–建筑类别与设防标准•建筑结构抗震验算–地震作用计算–结构抗震验算back抗震设防及其思想•抗震设防–对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施•指导思想–预防为主–减轻结构震害–避免人员伤亡–减少经济损失–使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行•趋势–使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力backback设防依据——抗震设防烈度•定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度•确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定–一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值）–对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防•设防范围–6-9度backback设防目标及其实现•三水准要求水准涵义要 求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏•两阶段设计backback三水准地震作用的标定•基本假定–地震强度呈极值分布–烈度符合极值III型backback地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年• 计算– F(I)=exp[-(12-I)k/(12-Im)k]，RT=-T/ln(1-F(I))) If(I)ImI0Is• 一般关系– 烈度：Im=I0-1.55, Is<=I0+1– 加速度：PGAm=PGA0*1/3, PGAs=PGAm*(4-6)两阶段设计backback阶 段目 标烈 度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，即怍用分项系数均取1.0说明：• 第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；•大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。

建筑类别与设防标准建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算甲类特殊要求的建筑特殊考虑特殊考虑乙类国家重点抗震城市生命线工程的建筑提高一度（9度适当提高）原设防烈度丙类甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度丁类次要的建筑降低一度（6度不降）原设防烈度backback地震作用计算•一般说明和计算原则•基本计算数据•水平地震作用的计算•竖向地震作用的计算backback一般说明和计算原则•影响设计地震作用的因素•设计地震作用的方向•地震作用的计算范围和原则•地震作用的计算方法及其适用范围•计算模型backback影响设计地震作用的因素•地震动特性方面–抗震设防烈度–设计近远震–场地类别•结构特性方面–结构自振周期–建筑质量（重力荷载）–结构阻尼比（材料）backback•设计地震作用的方向–水平（两个）–竖向（一个）•结构效应的方向–平动（两个水平、一个竖向）–扭转（竖轴）设计地震作用的方向backback地震作用的计算范围和原则•计算范围–水平地震作用• 6度区– （除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外）可不算• 7-9度区– （除可不进行上部结构抗震验算的房屋外）均算•8、9度大跨度结构和长悬臂结构•9度的高层建筑• 水平地震作用的计算原则 – 竖向地震作用– 一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算– 斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算– 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响backback地震作用的计算方法及其适用范围backback地震作用 结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑H>80m，7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H>60m，8度III、IV类场地和9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）竖向弹性底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构backback计算模型——集中质量模型•多高层房屋–无扭转–有扭转•单层厂房–横向–纵向backback基本计算数据•重力荷载代表值•结构自振周期•设计反应谱重力荷载代表值•重力荷载代表值–永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值backback永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值设计反应谱•水平地震影响系数• 水平地震影响系数曲线– 水平地震影响系数曲线– 水平地震影响系数最大值T(s)ααmax0.45αmax0 0.1Tg（特征周期）3.0α=(Tg/T)0.9 αmax >=0.2 αmax场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震0.250.400.550.85烈度6789多遇地震183672144罕遇地震----225405630烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40backback设计近远震场地类别场地类别的划分backback场地覆盖层厚度(m)场地土类型0 3 9 80坚硬中硬中软软弱IIIIIIIVbackback水平地震作用的计算•振型分解反应谱法•底部剪力法•时程分析法•楼层水平地震剪力的分配•扭转问题•地基—结构动力相互作用振型分解反应谱法backback计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合xg(t)xi(t)a1iajiani两点注意：计算步骤塔楼底部剪力法•计算方法–底部剪力的计算–地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkΔFn– 顶部附加地震作用 – 突出屋面小建筑物• 适用条件backbackGeq——结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF： Geq=Sum(Gi)*0.85楼层水平地震剪力的分配•现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配•木楼屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配•普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑，可取上述两种分配结果的平均值•考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时，可按各有关规定对上述分配结果作适当调整backback竖向地震作用的计算•高层房屋（9度）–地震作用标准值FviHiFviFEvk– 楼屋盖的竖向地震作用效应分配• 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配• 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8、9度） • 长悬臂和其它大跨结构（8、9度）backbackbackback结构抗震验算•一般规定•地震作用下的作用效应组合•截面抗震验算•抗震变形验算结构抗震验算的一般规定•验算范围–除6度建筑（IV类场地上的较高层除外）和规定可不进行验算的结构外，均应验算•验算内容–截面抗震验算–抗震变形验算•多遇地震作用下的弹性变形验算——非结构构件的破坏•罕遇地震作用下的弹塑性变形验算——抗倒塌backbackbackback地震作用下的作用效应组合组合类型地震作用用途多遇地震作用下作用效应的基本组合多遇地震截面抗震验算多遇地震作用下短期效应多遇地震弹性变形验算罕遇地震作用下短期效应罕遇地震弹塑性变形验算backback截面抗震验算内力基本组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数抗震变形验算•弹性变形验算–目的：防止非结构构件出现过重破坏–范围：框架、框架—抗震墙、框支抗震墙多高层钢筋砼房屋–表达式：弹性层间位移弹性层间位移角限值层高•薄弱层弹塑性变形验算–目的：防止倒塌或严重破坏–范围：–薄弱层弹塑性变形计算方法–薄弱层位置的确定：–表达式：弹塑性层间位移弹塑性层间位移角限值backback高层建筑结构设计•1 高层建筑结构的受力与变形特点☞•2 高层建筑结构体系及其选择☞•3 高层建筑结构的布置原则与要求☞•4 高层建筑结构设计的基本要求☞•5 高层建筑结构计算原则与一般规定☞•6 各类高层建筑结构设计☞•7 高层建筑结构基础设计概要☞back1 高层建筑结构的受力与变形特点虽则多层和高层建筑所受的荷载和作用无差别，但所产生的结构效应却有明显差别。

backback q u V M H u=f(H4)M=f(H2)V=f(H)2 高层建筑结构体系及其选择2.1 常用的结构体系2.2 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择2.3 水平承重体系（楼盖体系）及其选择backback2.1 常用的结构体系back2.2 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择•建筑使用功能•建筑平面•建筑高度•抗震等级•地质条件•施工技术……用途≤50m≥50m住宅剪力墙、框架-剪力墙剪力墙、框架-剪力墙旅馆剪力墙、框架-剪力墙、框架剪力墙、框架-剪力墙、筒体公共框架-剪力墙、框架框架-剪力墙、筒体back结构类型非抗震6度7度8度9度框架现浇60606060555555454545252525装配整体式装配整体式50503525⁄框架-抗震墙现浇130130130130120120120100100100505050装配整体式装配整体式1001009070⁄剪力墙抗震墙全部落地140140140140120120120100100100606060部分框支120120120120100100100808080⁄筒体框架框架- -核心筒核心筒1501501401401001007070筒中筒180180180180150160160120120120708080板板柱柱- -抗震墙抗震墙404035353030⁄ ⁄适用的房屋最大高度（m）注： （表内数据分别引自《高规JGJ3-91》和《建筑抗震设计规范》（修订））1 房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）；2 框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构；3 部分框支抗震墙结构指底层获底部两层框支抗震墙结构；4 超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施。

back2.3 水平承重体系（楼盖体系）及其选择•楼（屋）盖体系的作用Ø承受竖向荷载Ø连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力•选择原则Ø结构整体性、面内刚度Ø结构高度小、质量轻Ø建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等•常用楼盖体系及其适用性Ø现浇楼盖Ø预制板楼盖Ø预应力叠合板楼盖Ø组合楼盖back常用楼盖体系及其适用性Ø现浇楼盖S肋梁楼盖—— 普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装 ⇒宽扁梁（用于层高受限时）S密肋楼盖——省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用 荷载较大时可有较好技术经济指标好；不美观、吊顶处理S无梁楼盖——适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题S非预应力平板楼盖——广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整； 跨度大时自重大、不经济⇒现浇非预应力空心板楼盖S无粘结预应力平板楼盖——适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活Ø预制板楼盖S预应力空心板楼盖——适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、 设现浇 面层、加强板端连接）S预应力大楼板楼盖——与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题Ø预应力叠合板楼盖预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。

省模板、刚度大、整体性好Ø组合楼盖 压型钢板上现浇RC省模板、自重小、厚度小；用钢量大back3 高层建筑结构的布置原则与要求3.1 高层建筑结构平面布置 原则原则：有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，减少扭转 宜宜：简单、规则、对称、均匀；避免过大内收和外伸（凹角处应力集中）； 质心于刚心宜接近 平面不规则结构：平面不规则结构：类型、内力计算调整、构造措施3.2 高层建筑结构立面布置 高宽比高宽比H/B限值限值 宜宜：沿高度之刚度、强度、质量分布均匀、连续；避免薄弱层 立面不规则结构：立面不规则结构：类型、内力计算调整、构造措施3.3 变形缝设置backback适用的房屋最大高宽比结构类型非抗震6度7度8度9度框架、板柱板柱- -抗震墙抗震墙554 454 443 322 2框架-抗震墙555 555 544 433 3剪力墙666 666 655 544 4筒体666 666 655 544 4注：（表内数据分别引自《高规JGJ3-91》和《建筑抗震设计规范》（修订））1 当有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起；2 超过表内高宽比和体型复杂的房屋，应进行专门研究。

back3.3 变形缝设置•原则考虑到立面效果、防水处理、施工难度、结构复杂程度、使用方便性等，宜：尽量调整平面尺寸和结构布置，采取构造和施工措施而不设缝；尽量调整平面尺寸和结构布置，采取构造和施工措施而不设缝；必须设时，则应彻底必须设时，则应彻底切忌：“分不彻底，连而不牢”、“藕断丝连”）•伸缩缝一般不计算温度或收缩应力（温度场、收缩参数；混凝土非弹性）采取构造措施：采取构造措施：☃满足间距要求☃提高温度影响较大部位（如顶层、底层、山墙等）的配筋☃采用有效隔热措施（如保温层、架空层等）☃使用混凝土添加剂减小收缩☃局部（如屋顶）设缝☃设置施工后浇带•沉降缝三种处理方法：三种处理方法：☃放——设缝☃抗——端承桩或刚度大的基础☃调——（不同基础形式）调压力差、（施工顺序）调时间差、（计算预留）调标高差•防震缝尽量采取加强措施而不设缝必须设时，满足最小缝宽要求必须设时，满足最小缝宽要求（另详）back4 高层建筑结构设计的基本要求4.1 强度问题——构件截面承载力验算☞4.2 刚度问题——正常使用条件下结构水平 位移验算☞4.3 稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算☞4.4 延性问题——抗震结构的延性要求☞4.5 经验问题——抗震结构的概念设计要求☞backback4.1 强度问题——构件截面承载力验算•要求Ø荷载效应组合⇒构件最不利内力⇒承载力极限状态设计•表达式Ø无地震作用组合 γ0S≤RØ有地震作用组合 S≤R/γRE•关于SØ抗震结构与有无地震作用组合Ø高层建筑结构荷载组合表达式•关于RØ抗震结构抗弯承载能力 = 非抗震结构抗弯承载能力Ø抗震结构抗剪承载能力 = 非抗震结构抗剪承载能力*80%back多高层建筑结构承载能力极限状态设计荷载组合表达式注：1 ⑥、⑦仅8、9度时的大跨和长悬臂结构及9度抗震结构考虑； 2 ⑧仅60m以上的高层结构考虑； 3 ⑨仅60m以上的9度抗震结构和60m以上8、9度时的长悬臂结构考虑。

back组合类别多层（8层以下）高层（8层及其以上）非抗震抗震结构非抗震抗震结构重力荷载① S=γ γGGCGGk+γ γCk γ γGG= =效应对结构有利时 1.01.0；；；；不利时 1.21.2 γ γ= =一般 1.41.4；；；；Q≥4.0kN/m2时 1.31.3重力荷载+风荷载② S=γGCGGk+ψ ψ(γQCk +γ γWWCWWk ) ψ=0.85 ψ=0.85，，，， γ γWW=1=1.4 .4③ S=γGCGGk+γQCk +ψ ψWWγWCWWk ) ψ ψW W =1.0 =1.0 ，，，， γ γWW=1=1.4 .4重力荷载+地震作用④ S=γGCGGGE E+γ γEhEhCEhEhkGGE E=G=Gk k+ψ+ψk k ，，，，ψ ψ= =0.50.5 γ γEhEh=1=1.3 .3S=γGCGGE+γ γEhEhCEhEhk +γ γEvEvCEvEvk⑤ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk ⑥ S=γGCGGE+1.31.3CEvEvk⑦ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk +0.50.5CEvEvk重力荷载+地震作用+风荷载S=γGCGGE+γEhCEhEhk +γEvCEvEvk +ψ ψWWγWCWWk ⑧ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk+0.20.2γWCWWk ⑨ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk+0.50.5CEvEvk+0.20.2γWCWWk4.2 刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算•目的Ø防止主要结构开裂、损坏Ø防止填充、装修开裂、损坏Ø防止过大侧移，以引发人的不适、影响正常使用、产生附加内力•表达式——双控（弹性位移）Ø层间位移 Δu/h≤[Δu/h]Ø顶点位移 u/H≤[ u/H]•荷载组合Ø不考虑重力荷载引起的侧移Ø各水平荷载单独作用Ø荷载分项系数取1.0•位移限值Ø地震作用下的位移限值略宽松Ø新规范的两点修正取消与“装修标准”有关的提法限值略偏严格back4.3 稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算•一般不需验算•H/B>5时宜验算Ø抗倾覆验算表达式 M≤[M][M]——稳定力矩=竖向荷载（ 50%楼面活载+90%恒载）对基础边缘取矩M——倾覆力矩=由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的基础顶面 处的最大倾覆力矩Ø整体稳定性验算表达式 Gte≤ΣEIeq/(8H2)Gte——顶端等效重力荷载设计值= ΣGiHi2 /H2ΣEIeq——验算方向的抗侧力构件等效刚度和Gi——第i层重力荷载设计值 Gte HGi ΣEIeqHiback4.4 延性问题——抗震结构的延性要求•结构抗震等级Ø确定方法根据确定抗震等级的设防烈度、结构类型、结构高度确定•延性结构设计原则Ø四项措施提高构件延性强柱（墙）弱梁强剪弱弯强节点（锚固）弱构件•罕遇地震作用下的弹塑性变形验算Ø一般不验算，但须采取构造措施Ø验算需验算结构的界定（范围）表达式——单控（弹塑性）Δup/h≤[Δup/h] 验算方法——简化方法或时程分析法back4.5 经验问题——抗震结构的概念设计要求•概念设计•要点Ø选择有利场地和地基Ø选择延性好结构体系与材料Ø规则结构Ø延性结构Ø减轻自重Ø避开地震动反应谱特征周期Ø避免薄弱层Ø减少扭转Ø协调承载能力与延性的关系Ø设置多道抗震防线Ø实现合理屈服耗能机制Ø提高整体性back概念设计•意义–“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节，不能完全解决问题•地震作用的不确定性•结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）–经验总结、定性判断•含义–在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。

backback5 高层建筑结构计算原则与一般规定5.1 计算基本假定☞5.2 水平力作用方向☞5.3 分析方法☞backback5.1 计算基本假定•弹性与弹塑性假定•平面结构假定与空间结构•楼板平面内无穷刚性假定与协同计算•构件刚度与变形back弹性与弹塑性假定Ø弹性假定——竖向荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移计算Ø弹塑性假定——罕遇地震作用下的位移验算Ø塑性内力重分布back塑性内力重分布•考虑原因Ø弹性内力与实际不符（构件内力与刚度有关，开裂后则产生重分布）；Ø有意识地减少或增大某些部位配筋，以利于合理破坏机构和施工•考虑方法——内力调幅（调整）Ø弹性计算内力乘以系数•框架梁（连续梁）在竖向荷载下的调幅•框架-剪力墙结构中框架的内力调整•联肢剪力墙中连梁的调幅Ø弹性内力计算时降低构件刚度•框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的连系梁的调幅•联肢剪力墙中连梁的调幅back平面结构假定与空间结构Ø平面结构假定A——结构面外刚度为零（二维，每个节点3自由度）——平面框架、剪力墙Ø空间结构——结构面外有相互传力关系（三维，每个节点6自由度）——框筒角柱、空间框架、空间桁架back楼板平面内无穷刚性假定与协同计算Ø楼板平面内无穷刚性假定B——多数情况下，楼板平面内无穷刚性•水平位移协调（竖向位移独立）•A+B：不考虑扭转——平面协同计算（正交方向抗侧力单元不参加工作）考虑扭转——空间协同计算（正交方向抗侧力单元参加抵抗扭矩）•楼板满足一定要求——楼板不满足要求，楼板有变形•楼板有限刚性计算•楼板刚性计算，适当调整内力•空间计算Ø空间计算back构件刚度与变形Ø构件刚度——弹性刚度Ø构件变形Ø构件的变形与刚度轴向——EA弯曲——EI剪切——GAØ构件变形的考虑忽略梁的轴向变形高度>50m及H/B>4：考虑柱、墙的轴向变形长细比>4：忽略剪切变形back5.2 水平力作用方向•只考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全部由该方向抗侧力构件承担•新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方向的水平力同时作用back5.3 分析方法•简化方法–平面结构协同分析•程序方法–杆件有限元方法•空间协同分析方法–广泛用于框架、框剪、剪力墙结构等由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构•三维杆件—薄壁杆件空间分析方法–应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构–有限元或有限条方法back6 各类高层建筑结构设计6.1 框架结构6.2 剪力墙结构6.3 框架-剪力墙结构6.4 筒体结构backback6.1 框架结构backback结构布置计算模型荷载分析内力计算截面设计构造要求变形验算框架结构的布置•框架结构类型–按材料划分：RC、钢、型钢、组合–按施工方法划分：全现浇、半现浇、装配式、装配整体式•结构布置原则–柱网布置——建筑（功能）、结构（合理）、施工（方便）–框架承重方案——横向、纵向、纵横向•梁柱尺寸估算–梁•刚度要求：承重（1/8-1/12）；非承重（1/12-1/16）–柱•非抗震框架：A>=N/fc，N=1.05-1.10Nv（Nv——自重+活荷载效应）•抗震框架： A>=N/(afc) ，N=1.1-1.2Nv（a——轴压比）back计算模型的确定•空间模型•平面模型–计算单元的确定–节点处理–计算跨度–层高–抗弯刚度backWk荷载分析•竖向荷载–恒载Gk–可变荷载（活载） Qk•考虑负荷面积的折减问题•最不利布置•水平荷载–风载Wk–地震作用（偶然作用） EkbackGkQkQkEk平面框架结构内力和位移的简化计算方法•竖向荷载作用下的内力分析方法•水平荷载作用下的内力分析方法back平面框架竖向荷载作用下的内力分析方法•基本假定–无侧移框架–相邻层弯矩分配•方法–两点修正•柱刚度（1.0;0.9）•弯矩传递系数（1/2;1/3）•步骤back分层法梁固端弯矩节点分配弯矩传递弯矩叠加节点平衡构件平衡梁柱剪力节点平衡柱轴力平面框架水平荷载作用下的内力分析方法•定性分析back• 反弯点法• 修正反弯点法——D值法反弯点法•基本假定–梁柱线刚度比无穷大(>=3)•不考虑梁轴向变形，同层柱顶位移相等–柱上下端转角相等(底层除外)•中间层：反弯点居中•底 层：反弯点2/3h–梁端弯矩由节点平衡确定且按刚度分配back• 方法及步骤水平力平衡刚度分配柱剪力柱平衡求柱端弯矩节点平衡求梁端弯矩节点平衡柱轴力梁平衡求梁剪力• 例子Vi1 Vi2 Vi3u=1K=12i/h2Sum(Fi-n)=Sum(Vij) Vi1/Ki1=Vi2/Ki2 =…Vij=Sum(Fi-n) Kij / Sum(Kij)修正反弯点法——D值法•D值back• 反弯点高度与梁柱刚度比有关的系数标准反弯点高度（梁柱线刚度比、总层数、层次、侧向荷载形式）上、下层梁柱线刚度不同时的反弯点高度修正值上层层高与本层不同时的反弯点高度修正值下层层高与本层不同时的反弯点高度修正值框架结构构件截面设计back•设计表达式•荷载效应组合•组合前竖向荷载调幅•内力组合•控制截面（梁、柱）•最不利内力组合•截面设计•柱计算高度•控制内力确定•内力调整（抗震框架）•节点抗剪验算（约束梁问题）抗震框架构件内力调整back强柱弱梁梁柱弯剪弯剪 强剪弱弯1.11.05底层调整1.5/1.25角柱调整1.3剪1.051.1强节点弱构件节点框架结构构造要求back•延性问题•截面延性•构件延性•结构延性•提高构件延性•梁：与截面延性有关 与构件延性有关剪压比、跨高比、配箍率•柱：剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、配箍率•节点：轴压比、梁筋粘结、配箍率6.2 剪力墙结构•剪力墙结构的布置•剪力墙结构内力和位移的简化计算方法•剪力墙截面设计•剪力墙构造要求backback剪力墙结构的布置•平面布置–正交–刚度不宜过大（？）•间距 6-8m•长度 H/L>=2, L<=8m•立面布置–门窗洞口宜上下对齐，成列布置–刚度避免突变，上下连续•楼板与墙连接backback剪力墙结构内力和位移的简化计算方法•剪力墙的类型•计算原则与假定•各类剪力墙的简化计算方法•剪力墙内力及变形规律backback剪力墙的类型•剪力墙的受力特点•剪力墙的类型–分类原则（指标）•整体性系数——连梁总抗弯线刚度与墙肢总抗弯线刚度比•净惯性矩/总惯性矩——墙肢截面与洞口宽窄的关系•洞口面积、位置–分类•整截面剪力墙•整体小开口剪力墙•联肢剪力墙•壁式框架•不规则开洞剪力墙backback计算原则与假定•假定–楼板刚度–墙刚度–翼缘宽度——min{6*厚度，墙间距/2，总高度/20}•总原则–荷载在各片剪力墙之间的分配•竖向荷载——按受荷面积•水平荷载——按等效抗弯刚度–各片剪力墙在分配得的荷载作用下的内力和位移计算backback各类剪力墙的简化计算方法•整截面墙和整体小开口墙——材料力学方法•联肢墙（双肢墙）——连续化方法•壁式框架——带刚域D值法backback整截面墙和整体小开口墙——材料力学方法•内力计算–弯矩 Mj=0.85MpIj/I+0.15MpIj/(sumIj)–轴力 Nj=0.85MpAjyj/I–剪力 Vj=Vp{Aj/(sumAj)+Ij/(sumIj)}/2•侧移计算–总侧移=弯曲部分+剪切部分=弯曲部分(1+a)–不同荷载：•均布 V0H3/(8EIW)+ uV0H/(GAW) •倒三角 11V0H3/(60EIW)+ uV0H/(2GAW) •顶点集中力 V0H3/(3EIW) + 2uV0H/(3GAW) MpNjV0=uV0H/GAWbackback联肢墙（双肢墙）——连续化方法•基本假定–楼盖平面内刚度无穷大–连梁连续化假定–连梁反弯点位于跨中–构件沿竖向分布均匀•方法概要–基本思路——位移协调•连梁跨中位移=墙肢弯曲变形部分+墙肢轴向变形部分+连梁弯曲和剪切变形部分=0•二阶常系数微分方程–内力计算–位移计算backback壁式框架——带刚域D值法•刚域及其长度–原因–刚臂长度•带刚域D值法–带刚域杆件的抗侧刚度•转角位移方程–梁：k12=ci，k21=c’i，i=EIe/l–柱：kc= (c+c’)i/2•柱抗侧刚度–D值 D=(Alpha*12i/h2)= Alpha*12i/h2*(c+c’)/2–带刚域杆件的反弯点高度•y=a+sy0+y1+y2+y3backback剪力墙内力及变形规律•整截面墙•整体小开口墙•联肢墙•壁式框架backback弯矩沿高度分布、水平截面正应力分布、连梁反弯点剪力墙截面设计•墙肢截面设计•连梁截面设计•延性问题backback墙肢截面设计•墙肢正截面（受弯）承载力计算•平面外承载力验算（小偏压情况）–N<=phi*(fcbwhw+fy’As’)•墙肢斜截面（受剪）承载力计算backback墙肢正截面（受弯）承载力计算•墙肢的配筋特点、计算假定–分布钢筋–计算假定•大偏压情况•小偏压情况•大偏拉情况backback大偏压情况•判定•基本公式–N=–Ne=–e=e0+hw/2-as•设计表达式–无地震作用组合–有地震作用组合As Asw As’Nee’fywAsw(hw0-1.5x)/hw0 fcmbwxfyAsfy’As’x1.5xbackback小偏压情况•判定•基本公式–N=–Ne=–e=e0+hw/2-as–fs=(ksi-0.8)fy/(ksib-0.8)•设计表达式–无地震作用组合–有地震作用组合As Asw As’Nee’fcmbwxfsAsfy’As’xbackback大偏拉情况As Asw As’Nee’fcmbwx fywAsw(hw0-1.5x)/hw0 fyAsfy’As’x1.5x•判定•基本公式–N=–Ne=–e=e0-hw/2+as•设计表达式–无地震作用组合–有地震作用组合backback墙肢斜截面（受剪）承载力计算•墙肢的剪切破坏形式•剪力设计值的确定——强剪弱弯•偏压情况•偏拉情况backback连梁截面设计•连梁正截面（受弯）计算–对称配筋——受压区小•连梁斜截面（受剪）计算（剪切破坏严重）–剪力设计值的确定——强剪弱弯（同一般框架梁）–设计表达式——增大配箍•无地震作用组合–跨高比>2.5 Vb<=0.07fcbbhb0+fyvAsvhb0/s–跨高比<=2.5 Vb<=0.063fcbbhb0+0.9fyvAsvhb0/s•有地震作用组合（…）–严格控制截面尺寸（名义剪应力）•无地震作用组合 Vb<=0.25fcbbhb0•有地震作用组合–跨高比>2.5 Vb<=0.20fcbbhb0/GamaRE–跨高比<=2.5 Vb<= 0.15fcbbhb0/GamaREbackback延性问题•剪力墙–剪力墙的破坏形态与剪跨比有关——（中）高墙–强墙弱梁（破坏机制）–尽可能大偏压•连梁–强剪弱弯–抗剪配筋•配筋形式——交叉斜筋•大配筋量–连梁尺寸backback剪力墙构造要求•剪力墙–材料：混凝土（>C20），钢筋（分布筋、箍筋一级，其它二级）–截面尺寸（厚度）：•稳定要求——一级(>=max(h/20，160);其它(>=max(h/25，140)•抗剪要求（剪压比）——V<=a*fcbwhw0/GamaRE, a=0.25(0.20),0.20(0.15)–配筋：•竖向钢筋：端部筋（明柱、暗柱、翼柱）、分布筋•水平钢筋：端部附加筋、分布筋•洞口加强筋•连梁–截面尺寸：•抗剪要求（剪压比）——V<=a*fcbbhb0/GamaRE, a=0.25,0.20(0.15)–配筋：•纵筋：锚固•抗剪钢筋：backback6.3 框架-剪力墙结构•框架-剪力墙结构的受力与变形特点•框架-剪力墙结构的布置•框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法•框架-剪力墙结构构件截面设计•框架-剪力墙结构构造要求•底部大空间剪力墙结构backback框架-剪力墙结构的受力与变形特点backback框架剪力墙框架-剪力墙•变形特点•荷载分配•剪力分布backback框架-剪力墙结构的剪力分布•Vp•Vw•Vf框架-剪力墙结构的布置•剪力墙形状与布置•剪力墙数量–足够数量•刚度要求•剪力墙抵抗矩>=50%总倾覆力矩–不宜过多–Lamda=（1-2.4）•楼板–剪力墙间距–框架外伸长度backback框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法•基本假定•基本思路——协同工作分析–集成平面化连续化分配–几个问题：•框架-剪力墙协同工作体系（刚接、铰接）•方程•刚度特征值•计算步骤–确定计算简图计算刚度特征值（查表）计算总剪力墙的弯矩、层剪力总框架层剪力=总层剪力-总剪力墙层剪力(广义剪力再分配)内力计算backback刚度特征值•抗推刚度与抗侧刚度•综合框架抗推刚度–Cf=hD•综合剪力墙抗弯刚度–EIw= EIw•综合连梁抗弯刚度–Cb=m/h= 6ci/h•刚度特征值backback框架-剪力墙结构构件截面设计•内力调整–连梁塑性内力重分布——降低刚度(0.55)–VF<=0.2V0 时，VF=min{0.2V0,1.5VF,max}•V0——底部总地震剪力•VF,max——框架各层楼层剪力中的最大值–屋面突出部分为框—剪结构， VF取计算层剪力1.5•框架–结构侧移小——延性要求略低•剪力墙–带边框剪力墙backback底部大空间剪力墙结构•底层和底部多层•结构布置–落地剪力墙数量（30%，50%）、净距和位置–上下层刚度比–过渡层楼板•内力计算及调整–转换层以上：总剪力按等效刚度分配–转换层以下：落地墙承受总层剪力并按等效刚度分配–框支柱：>=20%总层剪力–局部平面有限元计算•构件截面设计backback6.4 筒体结构•筒体结构的受力与变形特点•筒体结构的布置•筒体结构内力和位移的计算方法•筒体结构构件截面设计•筒体结构构造要求backback筒体结构的受力与变形特点•框筒的受力特点（空间整体受力）——剪力滞后–剪力——腹板框架（通常内筒承担大部分）–弯矩——翼缘框架（外筒大）•变形特点——剪弯型backback剪力滞后影响因素及规律•窗裙梁剪切刚度与柱轴向刚度比–比值越大，剪力滞后越小•框筒平面形状–翼缘框架越长，剪力滞后越大•所处高度–底部大，顶部小（负）backback筒体结构的布置•平面、构件及楼盖–原则：规则、对称；尽量减小剪力滞后–框筒：•密柱（1-3m）深梁（l/h=3-4,窗洞面积<50%）•平面宜接近方形、圆形；矩形时边长比宜<2（否则加腹板）•框筒柱：宜方形、扁矩形（注意受力方向）•角柱：截面增大（轴力大，角柱面积=1.5-2中柱面积）–结构高度：H/B>3–内筒：面积不宜过小（H/B=10，内外筒边长比=1/2-1/3）–楼盖：•（作用）尽量减少其弯矩传递（铰接、平板式、密肋）•宜使角柱承受较大竖向荷载以平衡角柱中较大拉力（斜梁）•转换层backback筒体结构内力和位移的计算方法•空间杆系-薄壁柱矩阵位移法•等效槽形截面估算法•等代角柱法•图表法•平面展开矩阵位移法（翼缘展开法）•等效弹性连续体能量法•有限条法backback筒体结构构件截面设计•外框筒–柱：•角柱和弯矩较大柱——双向偏压•其它柱——框架平面单向偏压–窗裙梁•按连梁计算•l/h<1时，可交叉斜筋、水平开缝•核心筒–剪力墙墙肢（同剪力墙结构）•正截面：宜考虑翼缘•斜截面：不考虑翼缘–连梁（同剪力墙结构）backback7 高层建筑结构基础设计概要7.1 箱形基础7.2 桩基础backback7.1 箱形基础•箱形基础布置•地基验算•箱形基础结构计算•箱形基础构件设计•箱形基础构造要求backback箱形基础布置•平面尺寸（涉及地基土承载力、上部结构布置、荷载分布等）–偏心距控制：基底形心宜与结构长期竖向荷载重心重合•恒载+活载：e<0.1W/A 或 B/60•恒载+活载+水平荷载：e<0.2W/A 或 B/30•高度（满足承载力要求、刚度要求、建筑使用要求）–= 1/8-1/12建筑高度；>1/16-1/18基础长度；>3m•埋深（满足地基强度要求、稳定性要求）–>1/12-1/15建筑高度•墙体布置–外墙：沿建筑四周布置–内墙：沿上部结构柱网或剪力墙布置纵横向均匀布置•墙体长度/m2>0.4m，墙体截面积>1/10A•墙体开洞：尽量少开洞（<40%）,居跨中,边距1.2mbackback地基验算•地基承载力验算–无地震作用组合（同一般浅基础）•平均压力 p=(F+G)/A<=fs•最大压力 pmax=(F+G)/A+M/W<=1.2fs•最小压力 pmin=(F+G)/A-M/W>=0–有地震作用组合•平均压力 p=(F+G)/A<=fsE•最大压力 pmax=(F+G)/A+M/W<=1.2fsE•地基变形验算–地基沉降量——按分层法计算——（<350mm）–基础倾斜——按角点法计算——（<1/100-1/200B/H）backback箱形基础结构计算•基底反力计算–基底反力分布–基底反力计算•链杆法•基床系数法•基底反力系数法（5*8）backback• 箱形基础内力计算–基础—上部结构共同工作–分析方法（取决于上部结构的整体刚度）•框架结构：箱基内力=整体弯曲+局部弯曲•剪力墙结构：箱基内力=局部弯曲•框剪结构：箱基内力=局部弯曲箱形基础构件设计•顶板和底板–正截面•框架结构：偏压、偏拉•剪力墙结构、框剪结构：双向受弯–斜截面抗剪–抗冲切验算•墙体–上下对齐者：不算–其它：•内墙：抗剪•外墙：抗剪、平面外抗弯backback箱形基础构造要求•混凝土•内外墙•顶板、底板•连接部位（节点）backback7.2 桩基础•桩的类型•桩基础布置•桩基础结构计算与构件设计•桩基础构造要求backback桩的类型•按受力状态分–端承桩–摩擦桩•按材料分–木桩、灰土桩、碎石桩–混凝土桩•预制桩–方桩、预应力管桩•灌注桩–钻孔、冲孔、沉管、挖孔、大直径扩底–钢桩backback桩基础布置•两种方式–群桩–单桩backback桩基础结构计算与构件设计•单桩竖向承载力设计值•桩基沉降计算——分层法•承台内力计算–承台类型–计算方法•桩身设计•承台设计•桩基（承台）拉梁设计backback桩基础构造要求backback高耸结构设计《高耸结构设计规范》（GBJ135-90）《构筑物抗震设计规范》 （GBJ50191-93）•1 电视塔☞•2 烟囱☞•3 水塔☞back1 电视塔•极限状态设计–承载能力（安全等级）–正常使用•荷载（作用）–竖向–水平•钢筋混凝土电视塔圆筒形塔身backback风荷载与地震作用•风荷载•竖向斜率小于2%的圆筒形塔，横向风振•地震作用•中央与省级（甲类建筑）、300m以上：特殊考虑•6、7度：仅水平向；8、9度：竖向（U/D）与水平•不验算范围：扩大至7、8度（但风压大、场地好）•计算方法： 200m以下，振型分解反应谱法；以上时程分析法补充计算•重力荷载代表值backback•构成•塔身变形和塔筒截面内力计算•塔筒承载能力计算•构造要求backback钢筋混凝土电视塔圆筒形塔身2 烟囱•构成–筒身、内衬、隔热层、基础、附属设施•砖及钢筋混凝土烟囱–特点及适用高度及温度–构造要求•筒身计算•荷载和内力计算•基础backback•温度作用（Ec、fy、fc折减）•塔身变形附加弯矩•验算内容–强度：•水平：按组合后设计值计算（地震和0.25 风组合）•垂直：温差作用，变形控制–使用阶段•水平： 筒壁背风面压应力、迎风面拉应力不超限•垂直：温差作用下单独计算backback筒身计算•自重及内力–6-8个节段，10mbackback荷载和内力计算•风荷载及内力•地震作用及内力•附加弯矩3 水塔•构成–水箱、支筒（支架）、基础•水箱荷载及内力分析•支筒（支架）•基础backback例题解析•结构极限状态、荷载及地震作用•高层建筑结构•高耸结构backback。