西南科技大学网络教育系列指导书
高层建筑结构设计 课程学习指导书 (配套教材：《高层建筑结构》)
贾 彬 编
西南科技大学网络教育学院 二○○六年六月
西南科技大学网络教育学院版权所有 ? http://www.daodoc.com □ 本课程教学目的和课程性质
高层建筑结构设计是土木工程专业的一门重要专业课。通过本课程的学习, 使学生理解高层建筑结构基本概念和基本结构体系，掌握其受力特点和变形性能，结合有关结构设计理论，分析解决一般的高层建筑结构问题。 □ 课程的基本要求
本课程的学习要求了解高层建筑结构的组成及结构布置特点,掌握高层建筑结构计算简图的确定方法,掌握风及地震作用的计算,掌握各种结构形式的受力分析和设计,掌握高层建筑结构的抗震设计概念。
□ 课程内容(带*者为重点内容、带△者为难点内容)
（一）绪论
1．*明确高层建筑结构的定义；2.了解高层建筑的的发展历史、国内外现状、发展前景及特点。
（二）建筑结构体系与结构布置 1.了解各种结构体系的概念，掌握结构布置原则；2.*重点掌握抗震设防结构布置原则及结构平面，竖向布置原则；3.*掌握现浇楼盖和装配整体式楼盖的布置，了解密肋楼盖，无粱楼盖，预应力楼盖的布置；4.*掌握各种基础类型及选型原则，了解基础埋深，掌握水平位移限值。
（三）高层建筑结构荷载作用与结构设计原则 1.*掌握恒荷载和活荷载的计算；2.*重点掌握风荷载和地震作用的计算，掌握荷载效应组合；3.了解结构简化计算原则和扭转效应的简化计算；4.*掌握抗震设计的一般原则。
（四）框架结构设计
1.了解框架结构计算简图；2.*掌握竖向荷载作用下的计算；3.*掌握水平荷载作用下的计算；4.△重点掌握D值法；5.掌握框架结构的内力组合；6.掌握框架粱、柱、节点的设计。
（五）剪力墙结构的设计 1.*掌握剪力墙结构的分类；2.△掌握联肢剪力墙和壁式框架的计算；3.了解剪力墙的截面设计；4.了解剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求，了解短肢剪力墙的设计要求；5.了解剪力墙设计的构造要求。
（六）框架-剪力墙结构设计 1.了解框架-剪力墙结构的特点；2.*掌握剪力墙的布置；3.了解框架-剪力墙结构的内力计算；4.△掌握框架-剪力墙结构协同工作性能；5.了解框架-剪力墙结构构件的截面设计和构造要求。
（七）筒体结构设计
1.了解筒体结构的布置，了解侧向力作用下的受力特点；2.了解了解筒体结构的截面设计及构造要求。
（八）混凝土组合结构设计
1.了解组合结构基本构件和结构布置；2.了解组合结构构件设计。
（九）基础设计
1.*掌握高层建筑基础类别；2.了解筏形基础,箱形基础和桩基础设计。 □ 课程与其他课程的关系
先修课程：建筑材料、房屋建筑学、材料力学、弹性力学、结构力学、钢筋混凝土结构； 配合课程：土力学及地基基础、建筑施工，建筑结构抗震设计。 □ 学习材料
1、基本教材 吕西林主编，《高层建筑结构设计》（第2版），中国建筑工业出版社，2003，普通高等学校土木工程专业新编系列教材。
2、参考书籍 a.赵西安主编，《高层建筑结构设计》，中国建筑工业出版社，2002； b.邱洪兴主编，《建筑结构设计》，东南大学出版社，2002； c.沈浦生主编，《高层建筑结构释义》，中国建筑工业出版社，2003； d.熊仲明主编，《高层建筑结构设计题库及题解》，中国水利水电出版社，2004；
3、授课光盘
西南科技大学制作了19学时的《高层建筑结构设计》教学实录课程，可供教学中观看。 □ 学习方法
1、课程特点及学习注意
《高层建筑结构设计》是一专业课，课程的实践性很强，只有在学习中密切联系实际，加强高层建筑结构设计原理的学习。
掌握课程的内容要有习题、课程设计等各环节的相互配合才能解决。每个环节都很重要和不可缺少,学生只有这样,才能获得关于高层建筑设计的比较完整的概念,也才能初步具有高层建筑设计的能力。
2、阅读学习指导书
学习指导书将学习内容划分为9个学习单元。在每个单元中，有基本相同的学习方法和教学进程。
3、阅读教材 各章教材最好能先阅读两遍，即粗读和细读。
每一章开始学习时，先阅读学习指导书的内容提要，对该章将要讨论的问题有初步印象，而后结合学习方法指导，第一遍通读教科书，努力对所研究的每一个问题均能分别建立起整体概念，即对于问题的性质和提法，分析问题的理论根据和关键所在，力求能有清晰的概念，对分析问题的细节以及对结论的理解如不能深透，可不勉强，留待第二遍细读时解决。 第二遍细读时努力做到深透理解各章节内容的基本原理、重要规则和分析问题的方法，各章节之间的联系等。在第一遍通读时未搞懂的问题这次要搞懂，必要时复习一下与先修课程有关部分的内容。
第二遍细读后，根据学习指导书中所列该章内容提要和学习方法指导，检查一遍是否对该章主要内容已能清楚掌握，如个别地方尚有疑问，需针对这部分再学习。不能搞懂的内容，应及时在电话讨论或书信中请教师答疑。
应该指出，选用的教科书为土木工程专业通用教材，学习时间较少时，某些部分可不学习，因此必须根据学习进度表规定的内容进行自学，以免贪多而消化不良，这点请学生注意。被删除的内容不要求阅读，以便集中精力掌握最基本的内容。自学进度表所指定的内容，是共同的，大家都必须努力完成，力求掌握得更好。对于自学有余力或因工作需要，部分学员往往希望阅读较多的内容，学员可量力而行或根据工作的需要，选读其中一部分或全部。这些内容，不列为对学员的共同要求，因此每次面授或辅导时均不涉及，但自学中如有疑难，可提请个别答疑。
4、作笔记
为了使自己容易记住和掌握所学内容，以及培养独立工作能力和便于复习，在阅读教材的同时，最好能作简要的笔记。笔记的详简程度根据自己的忙闲而定，一般不必太详细，以免花去过多时间而影响深入学习。笔记的内容和写法也因人而异，一般地说，对每节讨论的问题的重要概念，分析问题的主要方法步骤，简明的论证，以及必要的图，重要的公式结论和阅读后的心得体会等要能清晰、有条理且较整洁的记下来。
作笔记时可随手记下阅读中所发生的问题，以便用书面或口头向教师提出，请求答疑。
5、观看教学录相
观看教学录相，对学生建立基本概念、解决学习中的难点是非常有帮助的。 □ 课程学时安排
课程内容 讲课 实验 大作业 小计
（一）绪论 2
（二）高层建筑结构体系与结构布置 8 1
（三）高层建筑结构荷载作用与结构设计原则 8 2
（四）框架结构设计 10 2
（五）剪力墙结构的设计 10 2
（六）框架-剪力墙结构设计 9 2
（七）筒体结构设计 3
（八）钢与混凝土组合结构设计 2
（九）基础设计 2
合 计 54 9 第一章 绪论
学习本章的意义和内容：
通过本章的学习了解高层建筑的特点，发展概况，以及今后发展趋势。 本章习题内容主要涉及：
高层结构的定义、发展概况，以及今后发展趋势。
1.1 高层建筑的含义
多少层的建筑或多少高度的建筑为高层建筑，不同国家有不同的规定。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物为高层。建筑物高度超过100m时，无论住宅建筑或是公共建筑，均为超高层。 1.2 高层建筑特点
1、高层建筑具有占地面积少、建筑面积大、造型特殊、集中化程度高。
2、随着建筑高度的增加，建筑的防火、防灾、热岛效应等已成为人们急待解决的难题。
3、高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。
4、高层建筑设计不仅需要较大的承载能力，而且需要较大的刚度。
5、高层建筑结构设计中，抗侧力结构的设计成为关键。
6、材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。
1.3高层建筑的发展动向
1、结构型式：组合结构高层建筑将增多，新型结构型式应用增多。
2、设计方法：动力非线性分析；结构控制理论；全概率设计法。
3、材料：朝轻质、高强、新型、复合方向发展。
4、高度：有可能达到或超过1000m，在近期突破500m技术上和经济上都是可能的。
5、智能化：自动控制、数据流动、对外通讯。
6、结构防灾与保护：防震、防火、防腐、防撞击、防风。
习题
1、我国高层建筑是如何界定的？
2、在受力特性上，高层建筑有何特点？
3、高层建筑的发展趋势怎样？ 答 案
1、我国高层建筑是如何界定的？
答：我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物为高层。建筑物高度超过100m时，无论住宅建筑或是公共建筑，均为超高层。
2、在受力特性上，高层建筑有何特点？
答：高层建筑受力特性看，侧向荷载（风荷载和地震作用）在高层建筑分析和设计中将起着重要作用，特别是在超高层建筑中将起主要作用。因此高层建筑的结构分析和设计要比一般的中低层建筑复杂得多。
3、高层建筑的发展趋势怎样？
答：新材料的开发和应用；高层建筑的高度将出现突破；组合结构高层建筑将增多；新型结构形式的应用将增多；耗能减振技术的应用将得到发展。
第二章 高层建筑的结构体系与结构布置
学习本章的意义和内容：
通过本章的学习了解各种结构体系的概念，掌握结构布置原则；重点掌握抗震设防结构布置原则及结构平面，竖向布置原则；掌握现浇楼盖和装配整体式楼盖的布置，了解密肋楼盖，无粱楼盖，预应力楼盖的布置；掌握各种基础类型及选型原则，了解基础埋深，掌握水平位移限值。
本章习题内容主要涉及：
各种结构体系的概念及优缺点；抗震设防结构布置原则及结构平面，竖向布置原则；水平位移限值。
2.1高层建筑的结构体系 2.1.1框架结构体系
1、概念：由梁、柱构件通过结点连接组成的结构
2、主要特点：布置灵活，可形成大的使用空间；施工简便，较经济；但抗侧移刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降较敏感等。
3、使用注意：层数受到限制；在水平荷载作用下将产生较大侧移；节点常常是导致结构破坏的薄弱环节；需要注意填充墙的材料以及填充墙与框架的连接。
4、适用范围：非抗震区和层数较少的建筑 2.1.2剪力墙结构体系
1、概念：由墙体承受全部水平荷载和竖向荷载的结构
2、主要特点：刚度大、侧移小、空间整体性好；房内无梁柱棱角，整体美观；间距小，平面布置不灵活；自重较大。
3、使用注意：为了满足底层大空间的要求，可以将剪力墙的底部几层做成框架，称为框支剪力墙。
4、适用范围：住宅和旅馆客房具有开间小，墙体多、房间面积不大的特点，采用剪力墙结构较为合适。
2.1.3框架－剪力墙结构体系
1、概念：在框架中设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者起来，共同抵抗水平及竖向荷载。
2、主要特点：既有框架结构布置灵活， 使用方便的特点；又有较大的刚度和较 强的抗震能力；剪力墙承担大部分水平荷载，框架则承担竖向荷载；框架发生 剪切型变形，剪力墙则是弯曲型变形， 框架－剪力墙属于弯剪型。如图2.3所示。
3、使用注意：剪力墙的数量；剪力墙的布置及间距。
4、适用范围：广泛应用于非高层办公楼和旅馆建筑。 2.1.4筒体结构体系
1、概念：将剪力墙在平面内围合成箱形，也可密排柱或壁式框架围合。
2、种类：筒中筒；框架－筒；框筒－框架；多重筒；成束筒；多筒。
3、主要特点：空间结构；抵抗水平荷载的能力更大。
4、适用范围：特别适合在超高层结构中采用。目前，世界最高的100栋建筑2/3采用筒体结构。
2.2结构布置原则
2.2.1 抗震设防结构布置原则
? 提示：从以下内容理解：地基、基础要求；合理选择建筑场地；计算简化、传力途径要求；多道抗震设防防线的要求；结构体系的要求；合理设置防震缝；结构刚度的要求；结构的强度要求；节点的要求；结构的延性的要求；突出屋面的塔楼要求；结构自重、材料要求；局部破坏与整体稳定性的要求。 2.2.2结构平面布置原则
? 阅读 12-13页(约0.5学时)难点补充解释
1、结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确、传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。
2、结构平面布置应简单、规则、对称，避免凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置。
3、长宽比控制：L/B≤4(7度)，L/B≤3（8度）。
4、在地震作用下，高层建筑中长度较大的楼板在平面内既有扭转又有挠曲，在风力作用下，也会出现因风力不均匀及风向紊乱变化而引起的结构扭转，楼板平面挠曲等现象，因此对L/B加以限制。
2.2.3结构竖向布置的原则
? 阅读 14-15页(约0.5学时)难点补充解释
1、一般将结构高宽比H/B控制在5～6以下，8度以上抗震时H/B限制应该更严。
2、结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小，变化宜均匀、连续不要突变。
3、实际工程中，往往沿竖向是分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，这种改变使刚度发生变化，也应自下而上递减。每次改变，梁、柱尺寸减小100～150mm，墙厚减小50mm，混凝土强度降低一个等级为宜，最好尺寸减小与强度降低错开楼层，避免同层同时改变。
4、结构高宽比的要求：从整体上看，建筑物好比一个顶部自由、底部嵌固于地基上的悬臂柱，承受竖向荷载和侧向荷载的共同作用。在抗震设计中，该悬臂柱的长细比对结构的内力和侧移有较大的影响，建筑物的高宽比可能比它的绝对尺寸更重要。建筑物越细长，地震的倾覆作用越厉害，外侧柱子的内力也越大，建筑物的侧向位移也越大。因此应对建筑物的高宽比进行限制。
5、竖向布置的连续性：连续性是结构布置中的重要方面，而又常与建筑布置相矛盾。建筑师往往希望从平面到立面都丰富多变，而合理的结构布置却应该是连续的、均匀的，不应使刚度发生突变。
2.2.4设伸缩缝、沉降缝和防震缝布置的原则
? 阅读 15-17页(约0.5学时)难点补充解释
1、概述：
（1）高层建筑设置“三缝”，可以解决产生过大内力和变形的问题。但又产生许多新问题：由于缝两侧均需布置剪力墙或框架，使结构复杂和使用不便，“三缝”使建筑立面处理困难，地下部分容易渗漏，防水困难等。更加突出的是，地震中缝两侧结构进入弹塑性状态，位移急剧增大而发生相互碰撞，产生严重的震害。
（2）高层建筑应当调整平面尺寸和结构布置，采取构造措施和施工措施，能不设缝就不设缝，能少设就少设，如果没有采取措施或必须设缝时，必须保证必要的缝宽以防止震害。
2、伸缩缝及减小温度收缩影响的措施：
已建成的结构受热要膨胀，受冷则收缩。当这种变形受到约束时，就在结构内部产生应力，这种由温度变化而引起的结构内力称为温度应力。
新浇混凝土在硬结过程中会收缩，其硬结收缩的大部分将在施工后的头1～2月完成。在高层建筑中，温度应力的危害在房屋的底部数层和顶部数层比较明显。为消除温度和收缩对结构造成危害，砼结构规范规定了结构温度区段的长度。伸缩缝将结构从顶到基础顶面断开，分成独立的温度区段。一旦设缝，如前一样，会造成许多困难，因此应采取措施尽量少设或不设。
3、沉降缝
? 沉降缝是为减少不均匀沉降引起的内力而设置的变形缝。
? 以下情况应设沉降缝：当建筑物两部分高差悬殊时；当建筑物两部分荷载相差悬殊时；建筑物先后建造且先后间隔时间较长时；地基土压缩性有显著差异处；上部结构采用两种不同结构体系时。沉降缝应将建筑物从基础至屋顶全部断开，并有足够的宽度。 ? 沉降缝应将建筑物从基础至屋顶全部断开，并有足够的宽度。 ? 沉降缝及其减少沉降危害的措施：（三种方法） （1）“放”——设沉降缝。让各部分自由沉降，互不影响，避免出现不均匀沉降时产生的内力。此法似乎省事，但如前所述，困难不少，有抗震要求时，缝宽还要考虑防震缝的宽度要求。 （2）“抗”——采用压缩性小的地基，减少总沉降量及沉降差（采用端承桩或利用刚度很大的基础）。前者用坚硬的基岩或砂卵石层来尽可能避免显著的沉降差，后者用基础本身的刚度来抵抗沉降差。采用无沉降端承桩只能在有坚硬基岩的条件下，而且桩基造价高。用设刚度很大的基础来抵抗沉降差而不设缝的做法，虽然在一些情况下能“抗”住，但基础材料用量多，不经济。 （3）“调”——在设计与施工中采取措施，调整各部分沉降，减少其差异，降低由沉降差产生的内力。在施工过程中留后浇段作为临时沉降缝或后浇施工缝，等到沉降基本稳定后再连为整体，不设永久性沉降缝
4、抗震缝
当房屋平面复杂、不对称或房屋各部分刚度、高度和重量相差悬殊时，在地震力作用下，会造成扭转及复杂的振动状态，在连接薄弱部位会造成震害。防震缝就是为了避免这种震害而设置的。因此，抗震设防的建筑平、立面形状宜简单、规则、对称，建筑的质量分布宜均匀，避免有过大的外挑和内收，结构抗侧刚度沿竖向应均匀变化，楼层不宜错层，构件的截面由下至上逐渐减小，不突变，以减少震害。 2.2.5构件截面尺寸初估
? 阅读 17-18页(约0.5学时)难点补充解释柱截面尺寸的估计：由轴压比控制， 式中 为柱轴轴向设计值； 为柱截面面积； 为混凝土抗压强度设计值。 2.3楼盖结构布置原则
? 阅读 18-20页(约0.5学时)难点补充解释
1、楼盖作用：将各竖向抗侧力结构（剪力墙、框架和筒体）连为空间整体；水平力通过楼板平面进行传递和分配，故楼板在自身平面内应有足够大的刚度。
2、对高层建筑楼盖的要求：结构高度小，整体性好；刚度好，重量轻，满足使用要求，便于施工；总的趋势是：现浇楼盖（常用扁梁或密肋梁以降低结构高度）和采用预制与现浇结合的叠合板。
2.4基础结构布置
? 阅读 20-21页难点补充解释
1、基础结构布置应考虑的因素：上部结构型式；荷载特点；工程地质条件；施工条件。
2、基础类型
1）柱下独立基础－层数不多，土质较好的框架。
2）交叉梁基础－层数不多，土质一般的框架、剪力墙、框架－剪力墙。 3）伐形基础－层数不多，土质较弱或层数较多，土质较好。 4）箱形基础－层数较多，土质较弱。 5）桩基础－地基持力层较深。
6）复合基础 －层数较多，土质较弱。 2.5水平位移限值和舒适度要求 ? 阅读 21-22页难点补充解释
1、水平位移限值：根据建筑的特征采用弹性方法计算与弹塑性变形验算，主要限制层间位移与层高的比值。
2、舒适度要求：以10年一遇的风载计算的顺风向与横风向结构顶点加速度不超限值。习题
一、填空题
1．我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JCJ3—2002)规定：把
或房屋高度大于
m的建筑物称为高层建筑，此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。 2.复杂高层结构包括
、
、
和
。
3.高层建筑结构的竖向承重体系有
、
、
、
、
；水平向承重体系有
、
、
和
。
4．高层结构平面布置时，应使其平面的
和
尽可能靠近，以减小
。
二、选择题
1.下列叙述满足高层建筑规则结构要求的是 [ ]。 a．结构有较多错层； b．质量分布不均匀；
c．抗扭刚度低； d．刚度、承载力，质量分布均匀，无突变。 2．高层建筑结构的受力特点是[ ]。
a． 竖向荷载为主要荷载，水平荷载为次要荷载； b．水平荷载为主要荷载，竖向荷载为次要荷载； c.竖向荷载和水平荷载均为主要荷载； d．不一定。
三、判断题
1．高层结构应根据房屋的高度、高宽比、抗震设防类别、场地类别、结构材料、施工技术等因素，选用适当的结构体系。 [ ] 2．我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，高层建筑不应采用严重不规则的各种结构体系。 [ ] 3．高层建筑宜选用对抵抗风荷载有利的平面形状，如圆形、椭圆形、方形、正多边形等。 [ ] 4．高层结构的概念设计很重要，它直接影响到结构的安全性和经济性。 [ ]
四、简答题
1．高层建筑侧向位移如何控制？
2．高层建筑结构的竖向承重体系和水平向承重体系各有哪些？ 3．简述高层建筑结构布置的一般原则？ 答 案
一、填空题
1．10层及10层以上；28 2．带转换层的高层结构，带加强层的高层结构，错层结构，多塔楼结构
3．框架结构体系，剪力墙结构体系，框架一剪力墙结构体系，筒体结构体系，板柱一剪力墙结构体系；现浇楼盖体系，叠合楼盖体系，预制板楼盖体系，组合楼盖体系 4．质量中心；刚度中心；扭转效应
二、选择题
1..[d] 2.[c]
三、判断题
1.[√] 2．[√] 3.[√] 4.[√]
四、简答题
1、高层建筑侧向位移如何控制？
答：高层建筑应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。
(1)弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比 宜符合以下规定：
1)高度不大于150m的高层建筑，比值不宜大于规范所述规定。2)高度等于或大于250m的高层建筑， 不宜大于1／500。
3)高度在150—200m之间时， 在第一条和第二条之间线性内插。
(2)高层结构在罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算，应符合下列规定：
1)下列结构应进行弹塑性变形验算：7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；甲类建筑和9度设防的乙类建筑；采用隔震和消能技术的建筑。
2)下列结构宜进行弹塑性变形验算：7度设防的Ⅲ、Ⅳ类场地和8度设防的乙类建筑；板柱一剪力墙结构；满足《高层建筑混凝土结构设计规程》中表3.3.4且不满足条文4.4.2～4.4.5条的建筑。
3)结构薄弱层层间弹塑性位移与层高之比 应符合规范所列要求。 2．高层建筑结构的竖向承重体系和水平向承重体系各有哪些？
答：高层建筑结构的竖向承重体系有框架、剪力墙、框架－剪力墙、筒体、板柱－剪
力墙以及一些其他形式如：悬挂式结构，巨型框架结构和竖向桁架结构。高层建筑结构的水平向承重体系有现浇楼盖体系(包括肋梁楼盖体系、密肋楼盖体系、平板式楼盖体系、无粘结预应力现浇平板)、叠合楼盖体系、预制板楼盖体系和组合楼盖体系。 3．简述高层建筑结构布置的一般原则？
答：高层房屋平面宜简单、规则、对称，尽量减少复杂受力和扭转受力，尽量使结构抗侧刚度中心、建筑平面形心、建筑物质量中心重合，以减少扭转。高层建筑，其平面形状可以是方形、矩形和圆形，也可以采用L形、T形、十字形和Y形。但平面尺寸要满足有关规范要求。高层结构房屋竖向的强度和刚度宜均匀、连续，无突变。避免有过大的外挑和内收，避免错层和局部夹层，同一楼层楼面标高尽量统一，竖向结构层间刚度上下均匀，加强楼盖刚度，以加强连接和力的传递。同时，建筑物高宽比要满足有关规定，并按要求设置变形缝。
第三章 高层建筑结构荷载作用与设计原则
学习本章的意义和内容：
高层建筑主要承受竖向荷载、风荷载和地震作用等。与多层建筑有所不同，由于高层建筑结构的竖向力远大于多层建筑，在结构内可引起相当大的内力，同时由于高层建筑结构的特点，水平荷载的影响显著。因此本章的主要内容是竖向荷载、风荷载和地震作用的计算。通过本章的学习为高层结构设计奠定基础。 本章习题内容主要涉及：
高层建筑结构的竖向荷载取值，风荷载的影响因素及计算，计算地震作用的方法，作用组合原则，结构简化计算原则，扭转效应的简化计算以及抗震设计的一般原则。
3.1 恒载及楼面活荷载的计算 3.1.1恒荷载
? 类型：结构本身的自重及附加于结构上的各种永久荷载。
? 主要包括:非承重构件的自重；可移动的隔墙重；玻璃幕墙及其附件重；各种外饰面的材料重；楼面的找平层重；吊在楼面下的各种管道重等。 ? 计算：由构件和装修的尺寸和材料的重量直接计算。《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）取值。释义P37 ? 注意：不要漏项 3.1.2恒荷载
? 活荷载：使用荷载（活荷载）应按《荷载规范》取值，规范中未规定的楼面均布荷载可按相关规定取值。 ? 难点补充解释
活荷载仅占全部竖向荷载的10%~15%，因此活荷载不利不止所产生的影响较小，另一方面，高层建筑层数和跨数都很多，不利布置方式繁多，难以一一计算。所以在工程设计中，一般将恒荷载与活 合并计算，按满载考虑，不再一一考虑荷载的不利布置计算。如果活荷载较大，可按满布荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以1.1~1.2的系数加以放大，以考虑活荷载不利分布所产生的影响。 3.2 风荷载的计算
? 阅读 26-30页（1学时）难点补充解释
1、风荷载特点：具有静力和动力作用的双重特点，其静力部分称为稳定风，动力部分称为脉动风。脉动风的作用会引起高层建筑的振动（简称风振）这在高层建筑结构抗风设计中必须加以考虑的。
2、风载的大小的影响因素：主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
3、风荷载计算公式：
? 例题：已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑，平面沿高度保持不变。 ， ，地面粗糙度指数 ，基本风压 。结构的基本自振周期 。求风产生的建筑底部弯矩。（1）、为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m高，取其中点位置的风载值作为该区段的平均风载值，如图所示。（2）体型系数为：
（3）本例风压高度变化系数为： ，在各区段中点高度处的风压高度变化系数值分别为： ， ， ， ，
（4）按公式 确定风振系数。 由 ，查表3.4得脉动增大系数 。
由 计算各区段中点高度处的第1振型相对位移： ， ， ， ，
因建筑的高宽比 ，查表3.5得脉动影响系数 。
将各数据代到上公式中，得各区段中点高度处的风振系数为：
， ， ， ，
（5）按公式 计算各区段中点高度处的风压值：
，
，
（6）根据图所示的计算图，由风产生的建筑底部弯矩为： 3.3 地震作用的计算
? 阅读 30-38页（1学时）难点补充解释
1、抗震设防烈度：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。
2、抗震设防一般计算原则 1）、地震作用计算：6度设防时一般不必计算地震作用，只需采取必要的抗震措施；7-9度设防时，要计算地震作用；10度及以上地区要进行专门研究； 2）、建筑重要性的考虑：甲类建筑应按高于本地区抗震设防烈度计算，其值应按批准的地震安全评价结果确定，并采取专门的抗震措施。乙、丙类建筑按抗震设防烈度计算地震作用。
3、地震力计算方法 ? 底部剪力法：
（1）结构高度小于40m，沿高度方向质量及刚度分布比较均匀，并以第一振型为主的高层建筑，可以只用基本自振周期计算总底部剪力，然后按各楼层的重力荷载和楼层标高的乘积的比例分配结构总水平地震作用标准值。 （2）计算公式： ，
公式中 ：相应于结构基本自振周期 的 值；
：结构等效总重力荷载代表值， ；
：包括结构自重、50%～80％的使用荷载及50％的雪荷载。
（3）当结构的振动为剪切形，即各楼层在振动中的水平位移近似为一直线时，各楼层的水平地震作用才按该层重力荷载代表值和楼层高度的乘积比例分配。实际工作中由于有弯曲型的抗侧力结构（剪力墙或薄壁筒体），所以振动形式是弯剪型，与剪切型相比，顶部位移比下部增大很多，顶部水平作用也会加大。为了反映这一特点，首先将一部分底部剪力移至结构顶层，其余部分按比例分配至各层。这样，总底部剪力不变，上部楼层剪力加大，各层倾覆力矩加大，更好地符合弯剪型结构的工作特点。 ? 计算公式为：
? 地震力沿建筑高度分布图
? 振型分解反应谱法
（1）不符合底部剪力法条件时，应采用振型分解反应谱法。当结构的平面形状和立面体型比较简单、规则时，两个主轴方向的水平地震作用可以分别计算，它们与扭动振动的耦连可以不考虑。
（2）每个方向均有几个振型（n为楼层数）；每个振型都分别按反应谱曲线计算地震影响系数，第j个振型第i个楼层处的等效地震荷载：
4、突出屋面上塔楼的地震力（1）塔楼的底部放在屋面上，受到的是经过主体建筑放大后的地震加速度，因而受到强化的激励。突出屋面的塔楼，其刚度和质量都比主体结构小得多，因而产生非常显著的鞭梢效应。地震中屋面上塔楼震害严重表明了这一点。 （2）当采用时程分析方法时，塔楼与主体建筑一起分析，反应结果可以直接采用，不必修正。 （3）用振型分解反应谱方法计算地震作用时，当采用6~15个振型时，已充分考虑了高阶振型的影响，可以不必修正。如果只采用3个振型，则所得的地震力可能偏小，塔楼的水平地震力宜乘以放大系数1.5。
（4）当采用底部剪力法时，由于假定以第一振型的振型曲线为标准，因为求得到的地震力可能偏小较多，因而必须修正。
3.4荷载效应组合3.4.1高层建筑结构承受的荷载： ?竖向荷载——恒载结构、填充墙、装修等自重 ?使用荷载——雪荷载（活荷载） ?水平荷载——风载、地震荷载 3.4.2荷载效应组合
按照概率理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载组合效应。 ?1）、无地震作用组合： ?2）、有地震作用荷载组合： 3）、荷载分项系数取值表：
3.5结构简化计算原则
? 阅读 38-39页（0.5学时）难点补充解释
1、弹性工作状态： 高层建筑结构的内力与位移按弹性方法计算，在非抗震设计时，在竖向荷载和风荷载作用下，结构应保持正常使用状态，结构处于弹性工作阶段，在抗震设计时，结构计算是对多遇的小震(低于设防烈度1．5度)进行的，此时结构处于不裂的弹性阶段。所以，从结构整体来说，基本上处于弹性工作状态，按弹性方法计算。
2、高层建筑结构应考虑整体共同工作： ?在低层建筑设计中，常采用将整个结构划分为若干平面结构，按构件间距分配荷载，然后逐片按平面结构独立进行分析，这种设计方法对高层建筑结构不适用。 ?由于高层建筑中楼板在自身平面内的刚度是很大的，几乎不产生变形，在不考虑扭转影响时，同层各构件水平位移相同，剪力墙结构中各片墙的水平力大致按其等效刚度分配；框架结构中的各片框架的水平力大致按其抗侧刚度分配；框架—剪力墙和筒体结构则受力较为复杂，要进行专门的计算。
3、平面抗侧力结构和刚性楼板假定： （1）、平面抗侧力结构假定
一片框架或一片墙在其自身平面内刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可以忽略，即垂直于该平面的方向不能抵抗侧向力。因此，整个结构可以划分成不同方向的平面抗侧力结构，共同抵抗结构承受的侧向水平荷载。 （2）、刚性楼板假定
水平放置的楼板，在其自身平面内刚度很大，可以视为刚度无限大的平板；楼板平面外的刚度很小，可以忽略。刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受侧向水平荷载。 ?在此两基本假定下，复杂的高层建筑结构的计算可大为简化。
4、在计算中应考虑墙与柱子轴向变形的影响通常在低层建筑结构分析中，只考虑弯矩项，因为轴力项和剪切项很小，一般可以不考虑。但对于高层建筑结构，情况就不同了。由于层数较多，高度大，轴力值很大，再加上沿高度积累的轴向变形显著，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变。
轴向变形的影响在结构计算中应当考虑，但是，结构所受的竖向荷载不是在结构完成后一次施加的。特别是，占绝大部分的结构自重是在施工过程中逐层施加的，轴向压缩变形已在施工过程中分阶段完成，并在各层标高处找平。
所以，在考虑轴向变形影响时，要考虑施工过程分层施加竖向荷载这一因素，不能简单按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果， 3.6扭转效应的简化计算
? 阅读 39-43页（0.5学时）难点补充解释
扭转偏心距：水平力作用点与刚度中心，两者之距为扭转偏心距。 3.7抗震设计的一般原则阅读 39-43页（0.5学时）难点补充解释
1、结构整体的抗震性能取决于如下因素：各构件的强度和变形性能；构件之间的连接构造；结构的稳定性；结构的整体性及空间工作能力；能有多道抗震设防系统；非主要构件的抗震能力。
2、抗震设防目标：地震是多年不遇的偶然作用，而且有巨大的破坏力，因此，不能要求一般高层建筑在地震中完好无损，只能按照“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则进行设计。 （1）小震不坏：在建筑物使用期间内可能遇到的多遇地震(小震)，即相当于比设防烈度低1，5度的地震作用下，建筑结构应保持弹性状态而不损坏，按这种受力状态进行内力计算和截面设计。
（2）中震可修：即在设防烈度下，建筑结构可以出现损坏，经修理后仍可以继续使用，并保证生命和设备的安全。
（3）大震不倒 当遭遇了千年不遇的罕遇地震(大震)，建筑物会严重损坏，但要求不倒塌，保证生命安全。所谓大震，一般指超出设计烈度1～1．5度的地震。
3、抗震设计的基本要求：为了使高层建筑具有足够的抗震能力，达到“小震不坏，大震不倒”的要求，下列基本原则在设计中应充分考虑：
（1） 选择有利的场地，避开不利场地，采取措施保证地基的稳定性；
（2） 选择合理的结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般框架抗震能力较差，框架—剪力墙结构较好，剪力墙结构和筒体结构抗震能力高；
（3）平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和收进；避免楼、电梯间偏置，尽量减少扭转的影响； （4） 尽量避免建筑物竖向体型复杂、外挑内收变化过多，力求刚度均匀，不要刚度突变，避免产生变形集中。当顶层设置大房间、底层部分剪力墙变为框架时，应按专门规定进行设计；
（5） 结构布置要受力明确，传力途径直接简单；
（6） 加强结构空间整体性，增加超静定次数，组织多道设防；
（7） 保证构件的延性，避免脆性破坏(如锚固破坏、剪切破坏等)，也要采取措施防止结构在地震中失稳和倾覆；
（8） 尽量减轻结构自重，减少地基土压力，降低地震作用； （9） 保证足够的刚度，满足高层建筑结构允许位移值的要求；
（10）调整平面形状与尺寸，采取构造措施和留临时性施工缝(后浇带)的方法，尽量不设防震缝，少设防震缝。
习题
一、填空题
1、在框架设计中，一般将竖向活荷载按 考虑，不再考虑活荷载的 布置。如果活荷载较大，可按 布置荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以 的系数加以放大，以考虑活荷载不利分布所产生的影响。
2、抗震设计时高层建筑按 可分为甲类建筑、乙类建筑、丙类建筑等三类。
3、高层建筑应按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法：①高度不超过40m， 以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用 ；②高度超过40m的高层建筑物一般采用 方法；③刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等，宜采用 进行补充计算。
4、在计算地震作用时，建筑物重力荷载代表值为 之和。
二、选择题 1．在下列地点建造相同的高层建筑，什么地点承受的风力最大?[ ] A．建在海岸； b.建在大城市郊区；
c．建在小城镇； d．建在有密集建筑群的大城市市区。
2．在设计高层建筑风荷载标准值时，下列何种情况风荷载应乘以大于1的风振系数[ ] a．高度大于50m，且高宽比大于1．5的高层建筑； b．高度大于30m，且高宽比小于1．5的高层建筑； c．高度大于50m，且高宽比大于4的高层建筑； d．高度大于40m，且高宽比大于3的高层建筑。
3.有特别重要和有特殊要求的高层建筑时，标准风压值应取重现期为多少年[ ] a．30年； b．50年； c．80年； d．100年。
4.多遇地震作用下层间弹性变形验算的重要目的是下列所述的哪种?[ ] a.防止结构倒塌； b．防止结构发生破坏； c.防止非结构部分发生过重的破坏； d．防止使人们惊慌。
5.抗震设防的高层建筑结构，对竖向地震作用的考虑，下列哪项是符合规定的?[] a.8度、9度设防时应考虑竖向地震作用；
b.9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的不利组合；
c.8度设防的较高建筑及9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的不利 组合；
d．7度设防的较高建筑及8度、9度设防时应考虑竖向地震作用与水平地震作用的
不利组合。
6．当高层建筑结构采用时程分析法进行补充计算所求得的底部剪力小于底部剪力法 或振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％时，其底部剪力应按下列何值取用?[ ] a．按90％取用； b．至少按80％取用；
c.至少按75％取用； d．至少按85％取用。
三、问答题 1．高层建筑结构设计时应考虑哪些荷载或作用？
2．对高层建筑结构进行竖向荷载作用下的内力计算时，是否要考虑活荷载的不利布置？ 3．结构承受的风荷载与哪些因素有关? 4．高层结构计算时，基本风压、风荷载体型系数和高度变化系数应分别如何取值? 5．什么是风振系数?在什么情况下需要考虑风振系数?它如何取值?6．计算地震作用的底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法各适用于什么情况?7．什么是荷载效应组合?有地震作用组合和无地震作用组合表达式是什么?答 案
一、填空题
1、满载；不利；满载；1.1-1.2
2、其使用功能的重要性
3、底部剪力法；振型分解反应谱；时程分析法
4、永久荷载和有关可变荷载的组合值
二、选择题
1.[a] 2．[b] 3．[d] 4．[c] 5．[b] 6．[b]
三、问答题
1.答：高层建筑和高耸结构主要承受竖向荷载、风荷载和地震作用等。与多层建筑有所不同，由于高层建筑的竖向力远大于多层建筑，在结构内可引起相当大的内力；同时由于高层建筑的特点，水平荷载的影响显著增加。
2．答：对高层建筑，在计算活荷载产生的内力时，可不考虑活荷载的最不利布置，这是因为目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量大约为12～14kN／m2(框架、框架－剪力墙结构体系)和14～16 kN／m2(剪力墙、筒体结构体系)，而其中活荷载平均约为2.0 kN／m2左右，仅占全部竖向荷载15％左右，所以楼面活荷载的最不利布置对内力产生的影响较小；另一方面，高层建筑的层数和跨数都很多，不利布置方式繁多，难以一一计算。为简化计算，可按活荷载满布进行计算，然后将梁跨中弯矩乘以1.1-1.2的放大系数。
3．答：当计算承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算：
式中 ――风荷载标准值，kN／m’；
――基本风压；
――风荷载体型系数；
――风压高度变化系数；
――高度z处的风振系数。 4．答：（1）基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速 (单位：kN／m2)为标准，按 确定的风压值。它应按《荷载规范》全国基本风压分布图及附录D.4给出的数据采用，但不得小于0.3 kN／m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的高层结构，基本风压分布图及附录D.4规定的基本风压值乘以1.1的系数后采用。 （2）风压高度变化系数按《荷载规范》取用。风速大小与高度有关，一般地面处的风速较小，愈向上风速愈大。但风速的变化还与地貌及周围环境有关。 （2）风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际风压与基本风压的比值，它描述了建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺寸有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。在计算风荷载对建筑物的整体作用时，只需按各个表面的平均风压计算，即采用各个表面的平均风载体型系数计算。对高层建筑，风荷载体型系数与建筑的体型、平面尺寸等有关。 5．答：（1）风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。当房屋高度大于30m、高宽比大于1.5时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。 （2）结构在z高度处的风振系数 可按下式计算： 式中 ――风压高度变化系数；
――脉动增大系数； ――脉动影响系数；
――振型系数，可由结构动力计算确定，计算时可仅考虑受力方向基本振型的影响。 6．答：高层建筑结构应根据不同的情况，分别采用下列地震作用计算方法： (1)高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。
(2)高度不超过40m，以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用底部剪力法。
(3)甲类高层建筑结构，表2-2—1所列的乙、丙类高层建筑结构，质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑结构等，应采用弹性时程分析法进行多遇地震作用下的补充计算。 7．答：结构或结构构件在使用期间，可能遇到同时承受永久荷载和两种以上可变荷载的情况。但这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，且对某些控制截面来说，并非全部可变荷载同时作用时其内力最大。按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律加以组合，就是荷载效应组合。
《高层建筑混凝土结构设计规程》规定高层建筑结构的荷载效应和地震作用效应组合的表达式如下：
(1)无地震作用效应组合时：
式中 ——荷载效应组合的设计值；
、、——分别为永久荷载、楼面活荷载和风荷载的分项系数；
——永久荷载效应标准值； ——楼面活荷载效应标准值；
——风荷载效应标准；
、——分别为横断面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6，或0.7和1.0。 (2)有地震作用效应组合时：
式中 ——荷载效应和地震作用效应组合的设计值； ——重力荷载代表值的效应； ——水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数； ——竖向地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数；
、、、——分别为重力荷载、风荷载、水平地震作用、竖向地震作用的分项系数。 ——风荷载的组合值系数，应取0.2。
第4章 框架结构的设计
学习本章的意义和内容：
框架结构计算简图的确定,竖向荷载作用下分层法计算框架结构内力；水平荷载作用下反弯点法与D值法求解框架结构的内力；掌握框架结构的内力组合，框架粱、柱、节点的设计。 本章习题内容主要涉及：
了解框架结构计算简图；掌握竖向荷载作用下的计算；掌握水平荷载作用下的计算；重点掌握D值法；掌握框架结构的内力组合；掌握框架粱、柱、节点的设计。了解延性框架意义和实现延性框架的基本措施。
4.1 框架结构的计算简图
? 阅读 50-51页（0.5学时）难点补充解释
1、计算单元的确定：
? 忽略结构纵向和横向空间联系；
? 忽略各构件的抗扭作用； 按纵向、横向平面框架计算? 竖向荷载的分担与承重方式有关； ? 水平荷载的分担；
2、构件抗弯刚度的计算
计算框架梁截面惯性矩时，应考虑楼板对梁截面刚度提高的影响。在框架梁两端截面，梁受负弯矩，楼板对梁截面刚度影响较小，在框架梁跨中，梁受正弯矩，形成T形截面，楼板对梁截面刚度影响较大，在工程设计中，为简化计算，仍假定梁截面惯性矩沿轴线不变。故在现浇楼盖中，中框架取 ，边框架取 。
4.2 竖向荷载作用下的近似计算—分层计算法 4.1.1 计算假定
根据力法和位移法精确计算的结果可知，竖向荷载作用下的框架，它的水平位移是极小的，并且每层梁上的荷载只对本层梁产生影响，而对其它各层梁的影响很小。为简化计算，分层法作了两个假定： （1）、在竖向荷载作用下，刚架的侧移忽略不计。 （2）、每层梁上的荷载对其它层的梁的影响不计。 4.1.2 计算思路
根据以上假定，下图中的框架，在竖向荷载作用下的内力计算可以作如下简化：即把各层梁及其上、下柱所组成的框架作为一个独立计算单元来分层计算。分层计算所得到的梁的弯矩即为其最终弯矩，而柱的最终弯矩为上、下两层计算得到的弯矩迭加。 4.1.3 注意
1、上层各柱线刚度都要先乘0.9，然后再计算各结点的分配系数，上层柱远端弯矩等于各柱近梁端弯矩的1/3（即传递系数为1/3）。底层各柱远端弯矩为柱近梁端弯矩的1/2（底端固定，分配系数为1/2）。
２、分层计算法最后所得的结果，在刚结点上各弯矩可能不平衡，但误差不致太大，这是由于分层计算单元与实际情况不符带来的误差。如有需要，可对结点不平衡弯矩再进行一次分配。 4.3 水平荷载作用下的反弯点法4.3.1 反弯点法的条件
反弯点法适用于层数不多（多层）的框架、柱子轴力较小，截面也较小，当梁的线刚度比柱的线刚度大的多时，用此法误差小。4.3.2 反弯点位置 ? 底层：距支座2/3层高处； ? 其余层：1/2层高处。
4.3.3 柱的抗侧移刚度 侧移刚度系数d是表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力，它与两端约束有关。由于刚架中，梁的刚度比柱的大，在水平荷载作用下，各柱端转角很小，可假定结点转角为零，由结构力学可知： ，其中 为线刚度。 4.3.4 反弯点法的计算步骤
1、反弯点高度确定；
2、侧移刚度系数的计算；
3、同层各柱剪力的确定；
4、柱端弯矩的确定；
5、梁端弯矩的确定。
4.4 水平荷载作用下的D值法（水平荷载作用下的改进反弯点法）4.4.1概述
反弯点法在考虑柱侧移刚度时，假设结点转角为0，亦即横梁的线刚度假设为无穷大。对于层数较多的框架，由于柱轴力大，柱截面也随着增大，梁柱线刚度比较接近，甚至有时柱的线刚度反而比梁大，因此上述假设将产生较大误差。另外，反弯点法计算反弯点高度时，假设柱上下结点转角相等，这样误差也较大，实际上柱的反弯点位置是随着柱、梁之间的线刚度比而变化的，也与该层柱所处的楼层位置（层次）及上、下层层高的不同而异。因此，对框架柱侧向刚度应进行修正，对框架柱的反弯点在柱高的1/2处的概念也应进行修正。 当完成了柱的侧向刚度修正，并确定了修正后的柱的反弯点位置之后，这时的高层框架在水平荷载作用下的内力计算如同大家熟悉的反弯点法一样。这种方法实际上是对反弯点法的改进。对修正后的柱侧移刚度用D表示，故称为D值法。 4.4.2 影响柱抗侧刚度的因素
1、影响柱抗侧刚度的因素主要有：柱本身的线刚度；上、下梁的线刚度；上、下柱的线刚度；柱端的其他约束。
2、影响柱两端约束刚度的因素：结构的总层数及该层位置；梁、柱线刚度比；荷载型式；上、下层梁刚度比；上、下层层高变化。 4.4.3 修正后框架柱的抗侧移刚度
假定各层层高相等，各层梁柱节点转角相等，各层层间位移相等，由公式推导可得到框架柱的抗侧移刚度为： ，其中 即为修正系数。
4.5 水平荷载作用下位移的近似计算阅读 57-58页（0.5学时）补充解释
框架结构侧向位移只是由梁、柱弯曲变形所产生的变形量，而未考虑梁、柱的轴向变形和截面剪切变形所产生的结构侧移，结构的位移曲线称为剪切型。 4.6 框架结构的内力组合4.6.1 控制截面 ? 梁：梁端及跨中
１）梁端截面：－Mmax、Mmax、Vmax ２）梁跨中截面：+Mmax ? 柱：柱上、下端
3） 柱截面：|Mmax|及相应的N、V；Nmax及相应的M；Nmin及相应的M；
说明：一般柱子都是对称配筋，因此组合时要找到绝对值最大的弯矩。有时绝对最大或最小的内力不见得是最不利的。对于大偏心受压构件，M愈大，截面需要的钢筋愈多，对小偏压构件，如果N并不是最大，但相应的M比较大时，配筋也会多一点。 4.6.2 不利组合内力
对于框架，由荷载、活载及风载、地震作用分别计算内力后，进行荷载效应组合时，常常需要一种以上的组合情况进行组合，对同一个构件或截面，多种组合产生的不同内力都可能出现，而设计时要按照可能与最不利原则进行挑选，找出最不利内力进行构件截面设计。塑性调幅框架中允许梁端出现塑性铰，因此在梁中可考虑塑性内力重分布，通常是降低支座弯矩，以减小支座的配筋。支座弯矩降低后，必须相应加大跨中弯矩，这样在支座出现塑性铰之后，不会导致跨中截面承载力不足，同时规范规定，梁截面设计时所采用的跨中正弯矩不应小于按简支梁计算的跨中弯矩的一半。具体取值规定如下： 1）现浇框架：支座弯矩的调幅系数采用0.8～0.9。
2）装配整体式框架：支座弯矩的调幅系数采用0.7～0.8。
3）跨中弯矩可乘以1.1～1.2的调整系数，同时还可以必须满足其他条件。
注意：塑性调幅主要是在竖向荷载作用下的内力调整，因此，要在组合前进行调幅，然后才和水平荷载作用下内力进行组合。
4.7 框架梁的设计 阅读 59-63页（1.5学时）重点补充解释
1、框架结构的延性
在强地震要求下结构处于弹性状态是没有必要的，也是不经济的。通常的做法是在中等烈度的地震作用下允许结构某些杆件屈服，出现塑性铰，使结构刚度降低塑性变形加大，当塑性铰达到一定数量时，结构会出现“屈服”现象，即承受的地震力不再增加或增加很少，而结构变形迅速增加。如果结构能维持承载力而又具有较大的变形能力，就称为延性结构。在地震区都应当设计延性结构。
２、结构的延性能力通常用顶点水平位移延性比来衡量即：
在框架中，塑性铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上，因此梁、柱构件都应有良好的延性。构件的延性以构件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为构件位移延性比。 ３、钢筋砼延性框架的基本措施：
? 强柱弱梁：要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱子中的塑性铰。在梁端出现的塑性铰数量可以很多而不致形成机构。此外，梁是受弯构件，具有良好的延性。塑性铰出现在柱中，很容易形成破坏机构，柱是压弯构件，这种受力状态决定了柱的延性较小，而且作为结构的主要承载部分，柱子破坏将引起严重后果。在抗震结构中应绝对避免出现同层柱端均出现塑性铰即软弱层的情况。
? 强剪弱弯：剪切破坏是脆性的，或者延性很小，因此构件不能过早剪坏，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，因此要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力。
? 强节点、强锚固：要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不再梁、柱塑性铰充分发挥作用前破坏。
以上基本措施，通过抗震构造措施等级选用来达到。
4、影响框架梁延性和耗能能力的因素 1）、配筋率：配筋率越高，延性越差 2）、在适筋梁范围内，梁截面延性随受拉钢筋配筋率提高而降低；受压钢筋配筋率提高而提高；随砼强度提高而提高；随钢筋屈服强度提高而降低。 3）、剪压比：梁的名义剪力（V/bh0）与混凝土轴心抗压强度设计值fc之比。剪压比越高，梁的强度、刚度退化越快，破坏越早，这时增加箍筋用量已不能发挥作用。
4）跨高比：一般认为，梁的净跨不宜小于截面高度的4倍。但梁的跨度较小时，而梁的设计内力较大，宜首先考虑加大梁的跨度，这样虽然增加了纵筋，但对提高梁延性十分有利。 5）、塑性铰区箍筋用量：配置足够的封闭箍筋，可以防止受压钢筋过早屈服，提高混凝土极限压应变，阻止裂缝开展，增加节点的变形和耗能能力。 4.8 框架柱的设计阅读 63-70页（1.5学时）重点补充解释影响框架柱延性的主要因素：1）、剪跨比：反映柱截面承受的弯矩与剪力之比的一个参数（λ＝M/Vh0），λ取值大小不同，则柱子分为长柱、短柱、极短柱，结构破坏逐渐为脆性破坏。2）轴压比：轴压比越小，柱子延性越好。3）箍筋配筋率：箍筋加密，采用复合箍筋和螺旋箍筋，减小无支撑长度，对提高延性有利。
4）纵筋配筋率：配筋率越大，延性好。
4.9 框架节点的设计阅读 70-76页（1.5学时）重点补充解释影响节点承载力和延性的主要因素： 1）、直交梁对节点核心区的约束作用； 2）、轴压力对节点核心区混凝土抗剪强度及延性的影响； 3）、剪压比和配箍率对节点受剪承载力的影响； 4）、梁纵筋滑移对节点受剪承载力的影响。习题 问答题
1、框架结构计算简图如何确定？
2、框架结构构件截面抗弯刚度如何计算？
3、框架结构抗侧移刚度如何确定？
4、什么是结构的延性？简述影响框架梁与框架柱延性的因素？
答 案
1、框架结构计算简图如何确定？
答：框架结构是一个空间受力体系，忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。在结构计算简图中，构件用其轴线来表示。框架梁的跨度即取柱子轴线之间的距离，当上下层柱截面尺寸变化时，一般以最小截面的形心线来确定。框架的层高即为相应的建筑层高，而底层柱的长度则应从基础顶面算起。
2、框架结构梁截面抗弯刚度如何计算？ 答：在计算框架梁截面惯性矩 时应考虑到楼板的影响。在框架梁两端节点附近，梁受负弯矩，顶部的楼板受拉，楼板对梁的截面的抗弯刚度影响较小；而在框架梁的跨中，梁受正弯矩，楼板处于受压区形成T形截面梁，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较大。在工程设计中，为简化计算，仍假定梁截面惯性矩沿轴线不变。故在现浇楼盖中，中框架取 ，边框架取 。这里 为矩形截面梁的截面惯性矩。
3、框架结构抗侧移刚度如何确定？
答：侧移刚度系数d是表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力，它与两端约束有关。由于刚架中，梁的刚度比柱的大，在水平荷载作用下，各柱端转角很小，可假定结点转角为零，由结构力学可知： ，其中 为线刚度。
同时，影响柱抗侧刚度的因素主要有：柱本身的线刚度；上、下梁的线刚度；上、下柱的线刚度；柱端的其他约束。如考虑这些影响因素，则抗侧移刚度为： ，其中 即为修正系数。
4、什么是结构的延性？简述影响框架梁与框架柱延性的因素？
答：结构延性：结构的延性是指它们进入破坏阶段以后，在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。
影响框架梁延性的因素：（1）、纵筋配筋率：配筋率越低延性越好；（2）剪压比：剪压比越低延性越好；（3）跨高比：跨高比越高延性越好；（4）塑性铰区的箍筋用量：应加强箍筋的用量，增强延性。 影响框架柱延性的因素：（1）、剪跨比：应尽量避免短柱的设计，增大剪跨比；（2）轴压比：轴压比越低延性越好；（3）箍筋配筋率：应加强箍筋的用量，增强延性；（4）、纵筋配筋率：配筋率不过小。
第五章 剪力墙结构设计
学习本章的意义和内容：
通过本章的学习，掌握以下重点、难点：剪力墙的基本形式；剪力墙结构的布置；剪力墙结构的类型及判断；整截面剪力墙的内力、位移计算；整体小开口剪力墙的内力、位移计算；双肢剪力墙的内力、位移计算；壁式框架的内力、位移计算；剪力墙截面设计。 本章习题内容主要涉及：
剪力墙结构的结构组成、结构布置、剪力墙的类型及其受力特点、破坏过程、构造要求以及承载能力的计算方法。
5.1 概 述 5.1.1 概述
1、利用建筑物的墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构，称为剪力墙结构体系。墙体同时也作为维护及房间分隔构件。
2、剪力墙的间距受楼板构件跨度的限制，一般为3～8m。因而剪力墙结构适用于要求小房间的住宅、旅馆等建筑，此时可省去大量砌筑填充墙的工序及材料，如果采用滑升模板及大模板等先进的施工方法，施工速度很快。
3、剪力墙沿竖向应贯通建筑物全高，墙厚在高度方向可以逐步减少，但要注意避免突然减少很多。剪力墙厚度不应小于楼层高度的1/25及160mm。 5.1.2 结构布置
1、剪力墙结构是由纵向和横向钢筋混凝土墙所组成，竖向荷载、风荷载及地震作用均由这些墙体承受。
2、高层剪力墙结构，墙体应双向或多向布置，形成对承受竖向荷载有利、抗侧力刚度大的平面和竖向布局。在抗震结构中、应避免仅单向有墙的结构布置形式，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。剪力墙间距不宜太密，宜采用大开间布置。剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。
5.2 整体剪力墙和整体小开口剪力墙的计算5.2.1 整体剪力墙
1、整体剪力强的定义：凡墙上门窗洞口等开洞面积不超过墙面面积的15％，且孔洞净距及孔洞至墙边净距大于孔洞长边时，可忽略洞口的影响，按整体悬臂墙方法计算墙在水平荷载作用下截面的内力（M、V）。
2、内力分析：洞口对截面应力分布的影响可以忽略，在弹性阶段，水平荷载作用下沿截面高度的正应力成线性分布。可直接应用材料力学公式，按竖向悬臂梁计算剪力墙任意点的应力或任意水平面上的内力。剪力墙在水平荷载作用下的内力计算公式： ?M=PH（顶部集中力）；V=P ?M=q/2H2(均布荷载) ；V=qH ?M=q/3H2 (倒三角形) ；V=qH/2 ?M：墙体底部弯矩；V：墙体底部剪力。
3、计算位移：
（1）考虑洞口对截面面积削弱：
其中： 折算截面面积， ：截面毛面积。
（2）组合截面惯性矩：即取有洞和无洞截面惯性矩沿竖向的加权： （3）计算位移时，除弯曲变形外，宜考虑剪切变形的影响。为了计算方便，引入等效刚度 的概念，它把剪切变形与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达。
5.2.2 整体小开口剪力墙的计算
1、定义：整体小开口剪力墙是指门窗洞口沿竖竖向成列布置、洞口的总面积虽然超过总立面面积的16%，但总的来说洞口仍很小。
2、内力计算思路：整体小开口剪力墙在水平荷载作用下，整体剪力墙既要绕组合截面的形心轴产生整体弯曲变形，各墙肢还要绕各自截面的形心轴产生局部弯曲变形，并在各墙肢产生相应的整体弯曲应力和局部弯曲应力。相比之下，整体弯曲变形是主要的，而局部弯曲变形是次要的，它不超过整体弯曲变形的15%。
3、内力计算方法：任一墙肢的弯矩： ：外荷载作用下，计算截面所产生的弯矩（总弯矩）； ：第j墙肢的截面惯性矩； ：组合截面惯性矩； ：整体弯矩系数（整体弯矩占总弯矩的比例），可近似取0.85。
5.3 联肢墙在水平荷载下的内力与位移计算5.3.1 联肢墙的特点
剪力墙上洞口较大，整体性受到影响，剪力墙截面变形不再符合平截面假定，水平截面上正应力不再是一连续的直线分布，不能再作为单个构件用材料力学方法计算。 5.3.2 联肢墙内力计算的基本思路
连系梁的连续化：将每一楼层处的连系梁用沿高度连续分布的栅片代替，连续栅片在层高范围内的总抗弯刚度与原结构中的连系梁的抗弯刚度相等，从而使得连系梁的内力可用沿着竖向分布的连续函数表示。
具体步骤为：建立相应的微分方程；求解后再换算成实际连系梁的内力；求出墙肢的内力。 5.3.3 基本原理－以双肢墙为例
1、基本假定： 1）、连梁的作用可以用沿高度连续分布的栅片代替－将结构沿高度连续化，为建立微分方程提供前提； 2）、连粱的轴向变形可忽略－墙肢在同一标高处具有相同水平位移； 3）、各墙肢在同一标高处的转角和曲率相等－得出连梁的反弯点在梁跨中； 4）、层高、墙肢截面积、惯性矩、连梁截面积、惯性矩等几何参数沿墙高不变－保证微分方程的系数为常数，从而简化方程。
2、微分方程的建立过程的要点 1）、利用连梁跨中剪力集度为未知数； 2）、跨中切口处的竖向相对位移为0的变形条件建立微分方程； 3）、任一高度处的剪力集度已知后，利用平衡条件可求得墙肢和连梁的内力； 4）、切口处的竖向位移可通过在切口处施加一对方向相反的单位力求得； 5）、位移包括：墙肢和连梁的弯曲、剪切和轴向变形引起。在单位荷载作用下，连梁内无轴力，同时略去墙肢内产生的剪力。 5.4 壁式框架的计算5.4.1 定义
1、剪力墙洞口尺寸很大，剪力墙的受力接近于框架。同时，由于壁梁和壁柱截面都较宽，在梁柱相交处形成一个结合区（不再是一个结点），这个结合区可以视作不产生变形的刚域，或不产生弯曲变形和剪切变形的刚域，因此，壁式框架的梁、柱实际上都是带刚域的杆件。因而壁式框架就是杆端带有刚域的变截面刚架。
2、壁式框架和普通框架的区别有两点：一是刚域的存在；二是杆件截面较宽，剪切变形不宜忽略。因此，在采用D值法进行计算时，原理和步骤与普通框架都是一样的。但相应的要进行一些修正，这些修正也都是由于上述两个特点带来的。
3、截面尺寸效应不能忽略：端部刚性区域较大；需考虑剪切变形的影响。因此，用D值法计算壁式框架必须作一些修正。 5.4.2 壁式框架的内力计算
壁式框架在水平荷载作用下的内力分析可采用D值法进行，但在计算时应注意以下几点： 1）、梁和壁柱截面都比较宽，剪切变形的影响是不可忽略的； 2）、梁柱节点处有刚域存在。
由于这两个原因的存在，对框架柱的抗侧刚度D和反弯点高度都有一定的影响，因此在内力分析前，首先把壁柱的D值及反弯点高度进行修正。 5.5 剪力墙结构的分类5.5.1 按整体参数来划分
在推导联肢墙求解方法的公式中曾给出： ，式中D为连梁的刚度系数，是衡量连梁转动刚度的依据，其值越大，连梁的转动刚度也越大，连梁对墙肢的约束作用也就越大。 为剪力墙墙肢惯性矩之和，反映剪力墙本身的刚度。剪力墙的整体性程度如何，主要取决于连梁与墙肢两者刚度之间的相对关系，即取决于 。当剪力墙上的门窗洞口很大，连梁的刚度很小而墙肢的刚度又相对较大时， 值就小，说明连梁对墙肢的约束作用很小，连梁犹如铰接于墙肢的一个连杆，每一墙肢相当于一个单肢的剪力墙，这些单肢剪力墙完全承担了水平荷载，墙肢中的轴力为零，各墙肢横截面上的正应力呈线性分布。
反之，当剪力墙开洞很小，连梁刚度很大而墙肢的刚度又相对较小时，连梁对墙肢的约束作用很强，整个 剪力墙的整体性很好。此时的剪力墙犹如一片整体墙或整体小开口墙，在整个剪力墙的截面中，正应力呈线性分布或接近于线性分布。 当连梁对墙肢的约束作用介于上述两种情况之间时，它的受力状态也介于上述两种情况之间，这时整个剪力墙截面正应力不再呈线性分布，墙肢中局部弯曲正应力的比例增大。 5.5.2 按剪力墙墙肢惯性矩比值来划分
整体参数反映了剪力墙整体性的强弱，它基本上能反映出剪力墙的受力状态，但不能反映墙肢弯矩沿墙高度方向是否出现反弯点，因此在某些情况下，仅靠 值的大小还不足以完全判别剪力墙的类型。通过分析表明，墙肢是否出现反弯点，与墙肢惯性矩的比值、剪力墙的整体参数 及结构的层数N更诸多因素有关。 5.5.3 剪力墙类型的判别方法
剪力墙的类型判别应以其受力特点为依据，从剪力墙的整体性能及墙肢沿高度是否出现反弯点两个主要特征来进行判别，具体条件如下：
（1） 当α
（3） 当α ≥10 时，且 时，可按整体小开口墙进行计算； （4）当α ≥10 时，且 时，按壁式框架计算；
（5）当无洞口或有洞口而洞口面积小于墙总立面的16％时，按整体墙计算。5.6 剪力墙的截面设计5.6.1 墙肢正截面抗弯承载力
墙肢正截面抗弯承载力，可以按照钢筋混凝土偏压构件进行计算，与柱配筋不同，墙肢截面中的分布钢筋都能参加受力，计算中应当考虑，以减少端部钢筋数量。但是，由于竖向分布筋都比较细，容易产生压屈现象。所以，在受压区，不考虑分布筋的作用，使设计偏于安全。如有可靠措施防止分布筋压屈，也可以考虑其作用。
偏心受压承载力计算公式：按照平截面变形假定，在轴力及弯矩共同作用下，墙截面应变呈线性分布，由此可求得平衡配筋的名义压区高度与横截面有效高度的比值，可以判断墙截面是属于大偏心受压，还是小偏心受压破坏状态。 5.6.2 剪力墙斜截面计算
墙肢中由混凝土及水平钢筋共同抗剪，在斜裂缝出现后，穿过斜裂缝的钢筋受拉，可以阻止斜裂缝展开，维持混凝土抗剪的面积。抗剪承载力采用经验公式。
抗震设计时，为实现剪力墙的强剪弱弯，
一、
二、三级抗震等级时，剪力墙底部加强部位墙肢截面的剪力设计值进行调整。 5.6.3 例题
已知剪力墙 ， ，采用混凝土强度等级为C25, 。配有竖向分布钢筋2 8@250mm， 。墙肢两端200mm范围内配置纵向钢筋，采用HRB335级钢筋， ， 。作用在墙肢计算截面上的内力设计值为 ， (压)， 。试确定墙肢的纵向钢筋截面面积、和水平分布钢筋的数量。 解：
(1) 确定墙肢的纵向钢筋截面面积、。 1) 确定计算数据
已知纵向集中配在两端的200mm范围内，故合力中心点到边缘的距离 ，则： mm 沿截面腹部均匀配置竖向分布钢筋区段的高度为： 3920-100=3820mm
竖向钢筋的排数 取16排，则： 竖向分布钢筋的配筋率 满足构造要求。 2) 求偏心距。 mm mm mm,取 1， 6354mm 6534+4020/2-100=8444mm 3) 判断大小偏心受压。 采用对称配筋： 为大偏心受压。 4) 校核 值。
5) 求 。
6) 求、。
(2) 确定水平分布钢筋数量。 1) 验算墙肢的截面尺寸。
满足要求。
2) 计算剪跨比。
3) 判断是否按构造配置水平分布钢筋。 4) 选用钢筋。
选用Φ8＠250mm, =101mm2
5.7 剪力墙轴压比限值及边缘构件配筋要求阅读 102-104页（0.5学时）? 重点补充解释如何进行剪力墙延性设计：在高层剪力墙结构中，钢筋混凝土剪力墙的高度较大，竖向荷载也较大，作用在剪力墙上的轴压应力也随之加大。当偏心受压剪力墙所受轴压力较大时，压区高度增大，与偏心受压的钢筋混凝土柱类似，延性就会降低，对抗震性能不利。因此，与钢筋混凝土框架柱类似，为保证在地展作用下剪力墙具有良好的延性，就需要限制剪力墙轴压比的大小。研究表明，剪力墙的边缘构件（暗柱、明柱、冀柱）配置横向钢筋，可约束混凝土而改善混凝土的受压性能，提高剪力墙的延性。因此，在剪力墙轴压比满足要求的情况下，还需对剪力墙边缘构件的设计作出规定。5.8 短肢剪力墙的设计要求阅读 104-105页（0.5学时）补充解释
短肢剪力墙概念：截面高度与厚度之比为5～8；
短肢剪力墙优点：有利于住宅建筑的布置，又可减轻结构的自重； 短肢剪力墙缺点：抗震性能较差，地震区经验应用不多。
5.9 剪力墙设计构造要求阅读 105-107页（0.5学时）补充解释 剪力墙的分布钢筋要求： 1）、高层建筑剪力墙中竖向和水平分布钢筋，不应采用单排配筋； 2）、当剪力墙截面厚度bw不大于400mm时，可采用双排配筋；当bw大于400mm，但不大于700mm时，宜采用三排配筋；当bw大于700mm时，宜采用四排配筋； 3）、各排分布钢筋之间的拉接筋间距不应大于600mm，直径不应小于6mm，在底部加强部位，约束边缘构件以外的拉接筋间距尚应适当加密； 4）、分布钢筋的直径不宜大于墙肢截面厚度的1/10； 5）、最小配筋率要求。
5.10 连梁截面设计及配筋构造阅读 105-107页（0.5学时）补充解释
剪力墙中连梁主要承受水平荷载产生的内力，一般取梁端截面为控制截面。因此，连梁可参照框架梁进行梁端弯矩和剪力组合。对于连梁的跨高比小于5的连梁，竖向荷载作用下产生的弯矩占总弯矩的比例较小，水平荷载作用下产生的反弯使它对剪切变形十分敏感，容易出现剪切裂缝，按本节内容设计。当连梁的跨高比不小于5时，竖向荷载作用下的弯矩占总弯矩的比例较大，与一般框架梁的受力类似，可按照框架梁设计方法进行设计。
习题
一、填空题
1、剪力墙根据有无洞口，洞口大小和位置以及形状等，可分为 ， ，
和 四类。
2、孔洞面积／墙面面积≤0．16，且孔洞净距及孔洞边至墙边距离大于孔洞长边尺寸，按
计算。
3、当 且， 按
计算。
4、当
，按联肢墙计算。
5、当 ，且
，按壁式框架计算
6、壁式框架的侧移刚度可采用
进行计算，但应考虑杆件剪切变形以及带刚域杆件的影响。
7、当结构单元内仅有整截面剪力墙时，应按
计算风荷载或水平地震荷载作用下各楼层的总剪力和总弯矩。
8、轴压比的表达式为
。
9、为了提高剪力墙的延性，保证墙体稳定及改善剪力墙的抗震性能，应在剪力墙边缘设置
。
10、整体工作系数 愈大，说明剪力墙
。
二、选择题
1、剪力墙宜自下而上连续布置，不宜中断，避免[ ]。
a．强度不够； B.刚度突变； c．变形不够；d．强度突变。
2、整体工作系数 愈小，说明剪力墙整体性[ ]。
a．强； b．弱； c.与 没有关系； d．没有变化。
3、整体工作系数 愈愈大，说明剪力墙的侧向刚度[ ]，侧移[ ]。
a.增大，减小； b．增大，增大； c.减小，减小； d．减小, 增大。
4、当[ ]，可不考虑连梁的约束作用，各墙肢分别按独立的悬臂墙计算。 a．
5、当1≤ ≤10时，按[ ]计算。
a.整体小开口墙； b．整片墙； c．联肢墙；d．壁式框架。
6、当 ≥10，且 时，按[ ]计算。
a.整体小开口墙； b．整片墙； c．联肢墙；d．壁式框架。
7、当[ ]且 时，按壁式框架计算。
a.
8、剪力墙高宽比越大，剪切变形的影响就[ ]。
a.越大； b．与高宽比无关； c．越小；d.不变。
9、墙肢的轴向变形，随着层数增大，其影响就[ ] a.越大； b．与高宽比无关； c．越小； d．与 没有关系。
10、剪力墙结构的变形曲线为[ ]。
a.弯曲型； b．剪切型； c.弯剪型； d．弯压型。
11、在水平荷载作用下，剪力墙结构应处于[ ]状态并且有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。
a．塑性； b．弹塑性； c．弹性； d．其他。
12、当[ ]，为大偏压剪力墙。
a.； b.；c． d． 。
13、当 时，剪力墙为[ ]。
a.大偏压； b．小偏压； c.受弯； d．受剪。
14、剪力墙在偏心受压时的斜截面受剪承载力, [ ]压力使得抗剪能力提高的那部分影响。 a.考虑； b．没有考虑； c．无所谓。
15、是为了保证剪力墙的截面不宜[ ]。
a．过小； b．过大； c．变化； d．其他
三、问答题
1、如何判断剪力墙的类型?
2、整截面剪力墙的等效刚度、墙体截面内力、顶点位移如何计算?
3、在水平荷载作用下，计算剪力墙结构时的基本假定是什么?
4、剪力墙墙肢内力组合是如何考虑的?
5、连梁内力组合是如何考虑的?
6、剪力墙除厚度、混凝土强度等级满足要求以外，其截面还应符合哪些要求? 答 案
一、填空题
1、整截面墙，整体小开口墙，联肢墙，壁式框架；
2、整截面墙；
3、整体小开口墙；
4、1≤ ≤10；
5、；
6、D值法；
7、竖向悬臂梁；
8、；
9、约束边缘构件或构造边缘构件；
10、整体性很强
二、选择题
1、[b]
2、[b]
3、[a]
4、[a]
5、[c]
6、[a]
7、[c] 8[c]
9、[a]
10、[a]
11、[c]
12、[a]
13、[b]
14、[a]
15、[a]
三、问答题
1、答：剪力墙类型的判别如下：
(1)当剪力墙无洞口或虽有洞口但洞口面积与墙面面积之比不大于0.16，且孔洞口净距及孔洞边至墙边距离大于孔洞长边尺寸时，按整截面墙计算。
(2)当
(4)当 ≥10，且 时，按整体小开口墙计算。 (5)当 ≥10，且 时，按壁式框架计算。
2、答：
(1)整截面墙的等效刚度。 当剪力墙高宽比( )小于或等于4时，应考虑剪切变形影响。在均布荷载、倒三角形分布荷载和顶点集中荷载作用下，为简化计算，整截面墙的等效刚度可近似按下式计算：
， ，
式中 ：混凝土弹性模量，当各层 不同时，沿竖向取加权平均值；、：无洞口剪力墙的截面面积和惯性矩。对有洞口整截面墙： 墙截面毛面积； ：墙面总面积； ：墙面洞口面积； ：剪力墙有洞口截面和无洞口截面的惯性矩；
：剪力墙有洞口截面和无洞口截面相应各段的高度； ：剪力墙总高度；
：截面剪应力分布不均匀系数，矩形截面卢＝1.2。
(2)墙体截面内力：按照材料力学方法，计算整体悬臂墙在水平荷载作用下截面的内力。 (3)顶点位移。
式中 ――剪力墙底部总剪力。
3、答：剪力墙结构是空间结构体系，在水平荷载作用为简化计算，作如下假定： (1)楼盖在自身平面内的刚度为无限大。
(2)各片剪力墙在其平面的刚度较大，忽略其平面外的刚度。
4、答：剪力墙墙肢的内力组合如下： (1)剪力墙的弯矩和轴力设计值。剪力墙为偏心受力构件，与柱的受力状态相似，故其弯矩和轴力的组合方法与框架柱相同。
(2)由于竖向荷载在剪力墙截面产生的剪力很小，故可只考虑由水平荷载所产生的剪力，即：抗震设计时 ；非抗震设计时 ，
式中 ：剪力墙组合的剪力设计值； ：由水平地震作用产生的剪力墙剪力标准值； ：风荷载产生的剪力墙剪力标准值。 (3)剪力墙内力设计值的调整。对于有抗震设防要求的剪力墙，剪力墙的弯矩和剪力设计值应按下列方法调整：
1)一级抗震等级时的剪力墙，其底部加强部位及以上一层，应按墙肢底部截面组合弯矩设计值采用；其他部位，墙肢截面的组合弯矩设计值应乘以增大系数，其值可采用1.2。
2)双肢墙中，墙肢不宜出现小偏心受拉；当任一墙肢为大偏心受拉时，另一墙肢的弯矩设计值和剪力设计值应乘以增大系数1.25。
3)剪力墙底部加强区范围内墙肢截面的剪力设计值 ，
一、
二、三级抗震等级时，应按下式调整，四级抗震等级及无抗震作用组合时可不调整：
；9度时尚应符合 。 式中 ：剪力墙底部按实际钢筋计算的考虑承载力抗震调整系数的正截面受弯承载力值；、：考虑地震作用组合的剪力墙计算部位的弯矩设计值和剪力设计值； ：剪力增大系数，一级为1.6，二级为1.4，三级为1.2。
5、答：剪力墙中连梁主要承受水平荷载产生的内力，一般取梁端截面为控制截面。因此，连梁可参照框架梁进行梁端弯矩和剪力组合。
6、答:剪力墙的截面应符合下列要求： 无地震作用组合： 有地震作用组合： 剪跨比大于2.5时， 剪跨比不大于2.5时，
剪力墙是片状构件，受力性能不如柱，其轴压比限制比柱严。
一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，在重力荷载代表值作用下的轴压比 不宜超过规范的限值。
第六章 框架－剪力墙结构学习本章的意义和内容： 通过本章的学习了解框架一剪力墙结构协同工作的原理，简化设计计算方法的基本假定以及计算简图，理解框架一剪力墙结构计算简图中铰结体系和刚结体系的结构分析原理，微分方程的建立，利用边界条件确定待定常数，能够应用两种结构分析方法进行结构的计算，同时，结合概念设计和构造措施进行结构的设计。 本章习题内容主要涉及：
框架一剪力墙结构总体布置原则，框架一剪力墙结构协同工作的原理，计算简图的选取，微分方程的建立，结构的内力与位移分析。 6.1 概 述6.1.1 概念
1、框架－剪力墙结构，简称框剪结构，它是由框架和剪力墙组成的结构体系。
2、适用范围：适用于需要灵活大空间的多层和高层建筑。
3、一种延性较好的结构体系：抗侧力刚度较大并带有边框的剪力墙和有良好耗能性能的连梁所组成,具有多道抗震设防。6.1.2 水平荷载作用下的变形特征 框架结构为剪切变形，剪力墙为弯曲变形，框架一剪力墙结构在水平荷载作用下位移将协调，变形曲线程反S形的弯剪型位移曲线。如图6.1所示。
6.1.3 水平荷载作用下的受力特征框剪结构在水平荷载作用下，框架与剪力墙之间楼层剪力的分配和框架个楼层剪力分布情况，是随楼层所处高度的变化，与结构刚度特征值 直接相关的。如图6.2所示。
6.1.4 框剪结构协同工作
在协同工作时，剪力墙单元的刚度比框架大得多，往往由剪力墙担负大部分外荷载，其次，两者分担荷载的比例上、下是变化的，由他们的变形特点可知，剪力墙下部变形将增大，框架下部变形却减小了，这使得下部剪力墙担负更多剪力，而框架担负的剪力较小。上部则相反，剪力墙变形减小，因而卸载，框架上部变形加大，担负的剪力将增大，因此框架上部下部所受剪力趋于均匀化。 6.1.5 剪力墙的布置
1、剪力墙的数量：通过多次地震中实际震害的情况表明：在钢筋混凝土结构中，剪力墙数量越多，地震震害减轻得越多。框架结构在强震中大量破坏、倒塌，而剪力墙结构震害轻微。因此，一般来说，多设剪力墙对抗震是有利的。但是，剪力墙超过了必要的限度，是不经济的。剪力墙太多，虽然有较强的抗震能力，但由于刚度太大，周期太短，地震作用要加大，不仅使上部结构材料增加，而且带来基础设计的困难。另外，框剪结构中，框架的设计水平剪力有最低限值，剪力墙再增多，框架的材料消耗也不会再减少。所以，单从抗展的角度来说，剪力墙数量以多为好；从经济性来说，剪力墙则不宜讨多，因此，有一个剪力墙的合理数量问题。在结构设计中剪力墙的合理数量可参考表1决定。
2、剪力墙的布置：(1)、框架-剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系。抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙。
(2)、框架-剪力墙结构中，主体结构构件之间除个别节点外不应采用铰接。 (3)、梁与柱或柱与剪力墙的中线宜重合。
(4)、框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：
1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；
2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙； 3）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式；
4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40 ％；
5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐； 6）楼梯、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；
7）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
(5)、长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中，其剪力墙的布置尚宜符合下列要求： 1）横向剪力墙沿长方向的间距宜满足P114表6.3的要求，当这些剪力墙之间的楼盖有较大开洞时，剪力墙的间距应适当减小；
2）纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端(6)、框粱-剪力墙结构可采用下列形式： 1）框架与剪力墙（单片墙、联肢墙或较小井筒）分开布置； 2）在框架结构的若干跨内嵌入剪力墙（带边框剪力墙）； 3）在单片抗侧力结构内连续分别布置框架和剪力墙； 4）上述两种或三种形式的混合。
6.2 框架－剪力墙结构的内力计算6.2.1 框架-剪力墙结构的简化计算模型
1、基本假定： 1）楼板在自身平面内刚度无限大。
2）水平荷载的合力通过结构的抗侧刚度中心。 3）框架与剪力墙的刚度特征值沿结构高度为常量。 在上述假定的基础上：
1）框架与剪力墙承担的剪力与其抗侧刚度成正比，而与平面位置无关。
2）可将框架等效为综合框架、剪力墙等效为综合剪力墙，放于同一平面内分析。 3）综合框架、综合剪力墙之间用轴向刚度无限大的综合连杆连接。
总结：计算简图取法—平移协同工作计算方法：把所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架，协同工作计算主要解决荷载在总剪力墙和总框架之间地分配，得到总剪力墙和总框架的内力，并计算侧向位移。每片剪力墙的内力，按各片墙等效抗弯刚度进行再分配，各个柱子的水平剪力也将按每个柱子的D值进行再分配。
6.2.2 框架－剪力墙铰接体系的基本方程及内力计算
1、基本假定：1）框架与剪力墙之间没有弯矩传递，仅传递轴力；
2）综合连杆沿高度方向连续，其作用以等代分布力Pf代替。
2、框架与剪力墙变形协调，建立位移方程，如图6.8所示，求解得到内力计算方程。
3、结论：
计算时首先根据结构刚度特征值 及所求截面相对坐标 ，从图查出各系数，然后根据下列式子求得结构该截面处的位移与内力： 结构位移： ；
剪力墙结构内力： ， ； 框架结构内力： 。 6.2.3 例题
某12层框架-剪力墙结构平面图如图1所示，层高3m，总高36m。沿y轴方向作用地震力，在各楼层处的水平地震力如图2所示。已知沿y轴方向，边柱D值为 ，中柱D值为 ，每片剪力墙 ，1~12层截面不变。试计算结构在水平地震作用下的位移，计算结构整体底部处的剪力及框架结构与剪力墙结构底部处的剪力。
图1 结构平面图 图2 各楼层处的水平地震力解：在y轴方向有4片剪力墙、8根边柱、8根中柱。过道处梁刚度较小，忽略连梁的约束作用，按铰接体系计算。 边柱： 中柱：
结构刚度特征值：
计算悬臂构件的、、值：
，
查表可知： 剪力墙： 框架结构： 。
6.3 框架——剪力墙结构协同工作性能阅读 127-128页（1.0学时）重点补充解释
1、:反映综合框架与综合剪力墙刚度之比的参数，称为框架－剪力墙结构刚度特征值。是影响框架－剪力墙结构的受力、变形性能的主要参数。 ２、位移曲线： 很小时（如 ），剪力墙变形呈弯曲型，墙起主要作用； 很大（如 ）时，框架的作用愈来愈大，结构位移曲线逐渐变成剪切型，当 时，位移曲线介于两者之间，下部略带弯曲型，而上部略带剪切型，呈反S型，称为弯剪型变形，此时上下层间变形较为均匀。 ３、荷载与剪力分布特征：剪力墙下部剪力 大于外荷载P，上部荷载逐渐减小，顶部有反向的集中力。框架下部作用着负荷载，上部变为正荷载，顶部有集中力。由变形协调产生的相互作用的顶部集中力是剪力墙及框架顶部剪力不为零的原因。
6.4 框架－剪力墙结构构件的截面设计及构造要求阅读 128-129页（1.0学时）重点补充解释
带边框剪力墙的构造应符合下列要求：
1、带边框剪力墙的截面厚度应符合下列规定： （1）抗震设计时，
一、二级剪力墙的底部加强部位均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16； （2）除第1项以外的其他情况下不应小于160mm，且不应小于层高的1/20；
2、剪力墙的水平钢筋应全部锚入边框柱内，锚固长度不应小于la（非抗震设计）或laE（抗震设计）；
3、带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同；
4、与剪力墙重合的框架梁可保留，亦可做成宽度与墙厚相同的暗梁，暗梁截面高度可取墙厚的2倍或与该片框架梁截面等高，暗梁的配筋可按构造配置且应符合一般框架梁相应抗震等级的最小配筋要求；
5、剪力墙截面宜按工字形设计，其端部的纵向受力钢筋应配置在边框柱截面内；
6、边框柱截面宜与该榀框架其他柱的截面相同，边框柱应符合本有关框架柱构造配筋规定；剪力墙底部加强部位边框柱的箍筋宜沿全高加密；当带边框剪力墙上的洞口紧邻边框柱时，边框柱的箍筋宜沿全高加密。习题
一、填空题
1、在水平荷载作用下，框架的侧移曲线为
型，剪力墙结构的侧移曲线为
型，两种结构共同工作时的侧移曲线为
型。
2、在框架－剪力墙结构体系中，如结构特征刚度值很大，则其性能趋近于
结构，如结构特征刚度值很小，则其性能趋近于
结构。
3、在均布荷载作用下，框架－剪力墙结构顶部存在大小相等、方向相反的
； 在顶点集中荷载户作用下，结构顶部( ＝H)总框架与总剪力墙的剪力之和为
4、框架一剪力墙结构中，框架主要承受
荷载，剪力墙主要承受
荷载。
5、框架一剪力墙铰接体系的连杆代表
楼板。它使各榀抗侧力结构在同一层处具有
侧移。而刚结体系中的连杆代表
和
之间的连梁，连梁的两端存在弯矩，对剪力墙和柱均产生约束弯矩。
6、在框架一剪力墙结构中，考虑连梁的约束作用时，结构刚度特征值
，侧向位移
；剪力墙上部截面的
弯矩增大，下部截面
弯矩减小，反弯点
移；剪力墙的剪力
，框架的剪力
。
二、问答题
1、为什么框架－剪力墙结构中的剪力墙布置不宜过分集中?
2、框架－剪力墙结构中剪力墙的布置要求是什么?
3、什么是框架与剪力墙协同工作?试从变形方面分析框－剪力墙是如何协同工作的。
4、框架－剪力墙结构按刚结体系计算，考虑连梁的约束刚度对结构的内力及变形有何影响?
5、怎样建立框架－剪力墙结构的计算简图?
答 案
一、填空题
1、剪切；弯曲；弯剪
2、框架；剪力墙
3、自平衡力，P
4、竖向；水平
5、刚性；相同；楼板；框架与剪力墙
6、增大，减小；正；负；下；增大；减小
二、问答题
1、答：剪力墙布置若过分集中，将会形成过大的质量和刚度，造成整个结构中的刚度和质量分布不均匀，造成应力集中，引起破坏。
2、答：框架-剪力墙结构中剪力墙的布置宜符合下列要求：
1）剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；
2）平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙； 3）纵、横剪力墙宜组成L形、T形和[形等型式；
4）单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40 ％；
5）剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐； 6）楼梯、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；
7）抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
3、答：框架－剪力墙结构中，由于刚性楼盖的连接，在水平荷载作用下，框架与剪力墙协同变形而共同工作，称为协同工作。
框架与剪力墙结构是两种变形形式不同的抗侧力构件，单独的框架的变形为整体的剪切型变形，单独的剪力墙的变形为弯曲型变形，在结构的底部框架的侧移大，剪力墙的侧移小；在结构的上部，框架的侧移小，剪力墙的侧移大，这样变形就不协调，由于刚性楼盖的连接，两种结构相互制约而使变形协调并共同工作。
4、答：考虑连梁的约束作用，结构的刚度特征值 会增大，侧向位移减小；考虑连梁的约束作用，剪力墙的弯矩图形会发生变化，剪力墙的剪力将增大，框架剪力减少。
5、答：框架－剪力墙结构的计算简图分刚结方案与铰结方案。首先根据剪力墙的布置及是否考虑连梁的约束作用确定计算方案，若不考虑连梁的约束作用，则选择铰结方案；若考虑连梁的约束作用，则选择刚结方案。然后，将结构内的各榀框架，各片剪力墙及连梁形成总框架、总剪力墙和总连梁。
第7章 筒体结构设计简介
学习本章的意义和内容：
通过本章的学习了解筒体结构的特点及类型，了解筒体结构设计的一般布置原则。
? 阅读 131-140页(约2学时)难点补充解释
1、筒体结构一般包括：核心筒结构、框筒结构、筒中筒结构、框架－核心筒结构、成束筒结构、多重筒结构等类型。
2、筒体结构设计的一般规定：（1）、筒中筒结构的高度不宜低于60m，高宽比不应小于3。 （2）、筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。 （3）、当相邻层的柱不贯通时，应设置转换梁等构件。转换梁的高度不宜小于跨度的1/6。 （4）、筒体结构的楼盖外角宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。
3、框架-核心筒结构介绍：核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。
4、筒中筒结构介绍： （1）、筒中筒结构的平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形等，内筒宜居中。 （2）、矩形平面的长宽比不宜大于2。 （3）、内筒的边长可为高度的1/12～1/15，如有另外的角筒或剪力墙时，内筒平面尺寸还可适当减小。内筒宜贯通建筑物全高，竖向刚度宜均匀变化。 （4）、三角形平面宜切角，外筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8，其角部可设置刚度较大的角柱或角筒；内筒的切角长度不宜小于相应边长的1/10，切角处的筒壁宜适当加厚。 第8章 混合结构结构设计简介 学习本章的意义和内容： 通过本章的学习了解混合结构的特点及类型，了解钢与混凝土组合结构主要有以下特点及优点；组合结构高层建筑结构的形式。
? 阅读 141-159页(约2学时)难点补充解释
1、混合结构定义:本章所称混合结构系指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体所组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构。
2、混合结构结构布置一般原则：（1）、建筑平面的外形宜简单规则，宜采用方形、矩形等规则对称的平面，并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。 （2）、混合结构的竖向布置宜符合下列要求：
1）结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化，构件截面宜由下至上逐渐减小，无突变； 2）当框架柱的上部与下部的类型和材料不同时，应设置过渡层；
3）对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层，应采取可靠的过渡加强措施；
4）钢框架部分采用支撑时，宜采用偏心支撑和耗能支撑，支撑宜连续布置，且在相互垂直的两个方向均宜布置，并互相交接；支撑框架在地下部分，宜延伸至基础。 （3）、混合结构体系的高层建筑，7度抗震设防且房屋高度不大于130m时，宜在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱；7度抗震设防且房屋高度大于130m及
8、9度抗震设防时，应在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱。 （4）、混合结构体系的高层建筑，应由钢筋混凝土筒体承受主要的水平力，并应采取有效措施，保证钢筋混凝土筒体的延性。 （5）、混合结构中，外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接；楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可采用刚接或铰接。 （6）、钢框架-钢筋混凝土筒体结构中，当采用H形截面柱时，宜将柱截面强轴方向布置在外围框架平面内；角柱宜采用方形、十字形或圆形截面。
3、钢与混凝土组合结构主要有以下特点及优点：
(1)、受力合理，材料利用充分。组合结构构件充分利用混凝土的抗压性能和钢材的抗拉压性能，钢筋混凝型钢形成整体，共同受力，比普通混凝土具有更高的承载力，与全钢结构比可节约l／3左右的钢材，性能比良好。
(2)、稳定性好，抗风抗震性能也好。外包混凝土对钢骨有较强的约束作用，可防止钢骨的局部屈曲，提高的整体刚度和抗扭能力。型钢混凝土截面具有较好的延性，有利于结构抗震。在设计时考虑质量与刚度个比较合理的比值，并可调节结构的阻尼特性，能使结构最优化，具有小于其他类型高层建筑的风振加和水平侧移值；较小的结构自重也有利于现代高层建筑的减震与制振设计，通过设置消能机构减小地震，以达到明显的抗风、抗震效果。
(3)、综合经济效益好。与纯钢结构相比，节省用钢量，造价降低；与全混凝土结构相比构件截面尺寸小，结重轻；可用建筑空间大，便于建筑灵活布置；此外还可减少结构总高。 (4)、钢筋混凝土的外壳可作为保护层，大大增强型钢的防火防锈能力，提高结构的耐久性。 (5)、施工方便，建造速度快。结构施工时混凝土部分和钢结构部分可以同时建造，亦可有先后。施工时，构骨架可作为临时的支架承担上面的若干层的施工荷载，也可作为下面楼层浇筑混凝土的操作平台，以脚手架工程。
由于上述优点，钢与混凝土组合结构的应用前景十分广阔，在我国高层及超高层建筑中有较多的使用。
4、组合结构高层建筑结构的形式：
组合结构高层建筑结构的形式是多样的，可以根据工程实际，灵活地组合钢、钢筋混凝土、型钢混凝土构件，构造出结构性能良好的抗侧力体系和竖向承重体系。一般在实际工程设计中，可以优先考虑以下几个组合方式：
(1)、钢筋混凝土核芯筒，钢框架(含支撑)，钢梁组合楼面； (2)、钢筋混凝土核芯筒，钢外框简，钢梁组合楼面； (3)、钢筋混凝土核芯筒，钢外桁架筒，钢梁组合楼面； (4)、钢筋混凝土外框筒，钢内柱，钢梁组合楼面； (5)、钢筋混凝土竖向抗侧力结构，钢梁组合楼面。
之所以选择这样几种组合，是因为工程实践证明，它们能更充分地发挥组合结构不同材料性能的优势，具有较高的结构功能合理性，更有利于建筑的造型和布置，且造价经济、施工便捷。当然，在有可靠依据并采取相应的措施后，选择其他的结构形式也是完全可行的。 第9章 高层建筑结构基础设计
学习本章的意义和内容：
本章主要讲述了基础的选型，埋置深度的确定以及各类基础的实用设计构造要求。 ? 阅读 160-185页(约2学时)难点补充解释
1、高层建筑结构基础设计一般规定：（１）、高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求。还应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保施工安全。 （２）、在地震区，高层建筑宜避开对抗震不利的地段；当条件不允许避开不利地段时，应采取可靠措施，使建筑物在地震时不致由于地基失稳而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。 （3）、基础设计应根据上部结构和地质状况进行，宜考虑地基、基础与上部结构相互作用的影响。需要降低地下水位的，应在施工时采取有效措施，避免因基坑降水而影响邻近建筑物、构筑物、地下设施等正常使用和安全。同时还应注意降水的时间要求，以免停止降水后，水位过早上升，使建筑物发生上浮等问题。 （4）、高层建筑应采用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。宜采用筏形基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。 （５）、在地基土比较均匀的条件下，箱形基础、及筏形基础的基础平面形心宜与上部结构竖向永久荷载重心重合。当不能重合时，偏心距e宜符合下式要求： （6）、高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。 （7）、基础应有一定的埋置深度。在确定埋置深度时，应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求： 1）天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15； 2）桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。 （8）、高层建筑的基础和与其相连的裙房的基础，可通过计算确定是否设置沉降缝。当设置沉降缝时，应考虑高层主楼基础有可靠的侧向约束及有效埋深。当不设沉降缝时，应采取有效措施减少差异沉降及其影响。 （9）、高层建筑基础的混凝土强度等级不宜低于C30。当有防水要求时，混凝土抗渗等级应根据地下水最大水头与防水混凝土厚度的比值按表１采用，且不应小于0.6MPa。必要时可设置架空排水层。
2、基础设计应满足以下要求：
(1)、基底的压力不超过地基承载力或桩基承载力； (2)、基础总沉降量和差异沉降量控制在允许值范围内； (3)、满足建筑物地下室部分的防水要求；
(4)、基础施工应避免和减轻对相邻建筑物的影响和干扰；
(5)、考虑综合经济技术指标，设计应考虑使用条件、施工条件和施工工期。
3、高层建筑常用的基础形式有： (1)箱形基础； (2)筏形基础； (3)交叉梁式基础；
(4)桩基础(包括预制桩和灌注桩)或复合地基；
(5)联合基础(桩基础与箱形基础联合使用、桩基础与筏形基础联合使用等)
4、高层建筑的基础形式，应考虑以下条件综合各方面因素选定： (1)上部结构的类型、整体性和结构刚度； (2)地基土条件； (3)抗震设防要求； (4)施工技术；
(5)周围建筑物和环境条件。
一般情况下，高层建筑宜优先选用整体性较好的箱形基础和筏形基础；当层数少、高度不大，抗震设防要求不高，地基情况较均匀时，可考虑采用交叉梁式基础；高层建筑通常不宜采用独立柱基础。当地基承载力不足、沉降量大时，可采用箱基、筏基与桩基或复合地基组合成联合基础。高层建筑直接建造在基岩上时，可考虑采用条形基础或单独基础。裙房层数少、荷重轻、面积大，当不需要设置地下室时，可采用交叉梁基础和加拉梁的独立基础。
5、筏形基础简介：筏形基础具有良好的整体刚度，适用于地基承载力较低、上部结构竖向荷载较大的工程。筏形基础本身是地下室的底板，厚度较大，有良好的抗渗性能。由于筏板刚度大，可以调节基础不均匀沉降。由于筏形基础不必设置很多内部墙体，可以形成较大的自由空间，便于地下室的多种用途，因而能较好地满足建筑功能的要求。筏形基础如同倒置的楼盖，可采用平板式或夹板式。
6、箱形基础简介：箱形基础是高层建筑中常采用的基础形式，它由数量较多的纵向与横向墙体和有足够厚度的底板、顶板组成刚度很大的箱形空间结构。箱形基础整体刚度好，能将上部结构的荷载较均匀地传递给地基或桩基；能利用自身的刚度调整沉降差异，减少由于沉降差产生的结构内力；箱形基础对上部结构的嵌固更接近于固定端条件，使计算结果与实际受力情况比较一致；箱形基础有利于抗震，在地震区采用箱形基础的高层建筑震害较轻。另一方面，由于形成箱形基础必须有间距较密的纵横墙，而且墙上开洞面积受到限制，因此，当地下室需要较大空间和建筑功能上要求较灵活布置时(如地下室作为地下商场、地下停车场、地铁车站等)，就难以采用箱形基础。
7、桩基础简介：当地基浅层土质软弱，不能满足承载力和沉降要求时，采用桩基础将荷载传到下部较坚实的土层，或通当地基浅层土质软弱，不能满足承载力和沉降要求时，采用桩基础将荷载传到下部较坚实的土层，或通过桩侧面与土体的摩擦力来达到强度与变形要求，是有效的技术途径。
附录：《高层建筑结构设计》习题集及参考答案
一、填空题
1、我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定， 及其以上或把房屋高度大于 m的建筑物称为高层建筑，
2、柱子截面尺寸一般可由 控制来进行初估。
3、在框架设计中，一般将竖向活荷载按 考虑，不再考虑活荷载的 布置。如果活荷载较大，可按 布置荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以 的系数加以放大，以考虑活荷载不利分布所产生的影响。
4、在均布荷载作用下，框架-剪力墙结构顶部存在大小相等、方向相反的 ，在顶点集中荷载P的作用下，结构顶部(Z＝H)总框架与总剪力墙的剪力之和为 。
5、框架-剪力墙结构中，如果 值很大，则其性能趋近于 结构；如果 值很小，则其性能趋近于 结构。
6、多、高层建筑的基本抗侧力单元主要有、和筒体等，由它们可以组成多种结构体系。
7、高层建筑结构设计的最主要特点是 为主要因素， 成为确定各抗侧力结构数量的控制指标。
8、高层建筑结构计算时应考虑各抗侧力构件的协同工作，各构件除必须考虑弯曲变形外，一般宜考虑 和 的影响。
9、剪力墙根据有无洞口，洞口大小和位置以及形状等，可分为整体剪力墙、、、
四类。
10、高层建筑结构设计一般由 荷载所控制，因为房屋越高，结构产生的 和 越大。
11、在水平荷载作用下，双肢墙中一肢的轴力为 力，另一肢的轴力为 力。墙肢中的轴力是由 引起的。
12、计算整截面剪力墙的侧移变形时，需考虑 和 两种变形的影响；对于框架柱一般可仅考虑 变形。
13、在水平荷载作用下，框架的侧移曲线为 型，剪力墙结构的侧移曲线为 型；两种结构共同工作时的侧移曲线为 型。
14、框架-剪力墙结构中，如果 值很大，则其性能趋近于 结构；如果 值很小，则其性能趋近于 结构。
15、在剪力墙大偏心受压正截面承载力计算时，为简化计算，假定在截面受拉区一定范围内的受拉竖向分布钢筋 ，同时，为了安全起见，不考虑受压区 的作用。
16、高层建筑结构设计的最主要特点是 为主要因素， 成为确定各抗侧力结构数量的控制指标。
17、高层结构平面布置时，应使其平面的 和 尽可能靠近，以减小 。
18、高层建筑应按不同情况分别采用相应的地震作用计算方法：①高度不超过40m， 以剪切变形为主，刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物，可采用 ；②高度超过40m的高层建筑物一般采用 方法；③刚度与质量分布特别不均匀的建筑物、甲类建筑物等，宜采用 进行补充计算。
19、孔洞面积／墙面面积≤0．16，且孔洞净距及孔洞边至墙边距离大于孔洞长边尺寸按 计算。当 ，且 ，按 计算。
20、为了提高剪力墙的延性，保证墙体稳定及改善剪力墙的抗震性能，应在剪力墙边缘设置 。
21、框架-剪力墙铰接体系的连杆代表 楼板。它使各榀抗侧力结构在同一层处具有 侧移。而刚结体系中的连杆代表 和 之间的连梁，连梁的两端存在弯矩，对剪力墙和柱均产生约束弯矩。
22、在框架设计中，一般将竖向活荷载按 考虑，不再考虑活荷载的 布置。如果活荷载较大，可按 布置荷载所得的框架梁跨中弯矩乘以 的系数加以放大，以考虑活荷载不利分布所产生的影响。
23、多、高层建筑的基本抗侧力单元主要有、和 等，由它们可以组成多种结构体系。
24、高层建筑结构的竖向承重体系有、、等，水平向承重体系有
、、等。
25、在计算地震作用时，建筑物重力荷载代表值为 之和。
26、框架结构在计算框架梁惯性矩I时应考虑到楼板的影响，对现浇楼盖中，中框架梁取 ，边框架梁取 ，这里I0为矩形截面梁的截面惯性矩。
27、为保证在地震作用下剪力墙结构具有良好的延性，就需要限制剪力墙结构的 的大小，同时进行约束边缘构件或 设计。
二、名词解释
1、框架-剪力墙结构的刚度特征值
2、剪力墙的等效刚度EIW
3、总框架的剪切刚度CF
4、结构延性
5、剪力墙结构的整体参数
6、风振系数
7、抗侧刚度
三、问答题
1、多高层建筑结构有哪几种结构体系?各种结构体系的优缺点和受力特点如何（只讲述三种结构）?
2、用连续杆法分析水平荷载作用下双肢墙的内力和位移时，采用了哪些假定？简要说明基本微分方程是如何建立的？
3、简述影响框架梁与框架柱延性的因素？
4、简述用D值法计算水平荷载作用下壁式框架内力时，与普通框架结构有何异同?
5、框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析中的假定？
6、什么是结构的延性？如何保证剪力墙的延性？
7、抗震设计中两阶段设计内容是什么？
8、在多高层建筑结构计算中，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性有何意义?如果楼 盖不满足绝对刚性的假定，则计算中应如何考虑?
9、简要说明扭转对建筑结构内力的影响?
10、什么是框架与剪力墙协同工作?试从变形方面分析框-剪力墙是如何协同工作的。
四、计算题
1、某12层框架-剪力墙结构平面图如图1所示，层高3m，总高36m。沿y轴方向作用地震力，在各楼层处的水平地震力如图2所示。已知沿y轴方向，边柱D值为 ，中柱D值为 ，每片剪力墙 ，1~12层截面不变。试计算结构在水平地震作用下的位移，计算结构整体底部处的剪力及框架结构与剪力墙结构底部处的剪力。
图1 结构平面图
附图：
2 各楼层处的水平地震力 图
2、某框架结构，取一榀框架计算，如图1所示，利用D值法计算柱端和梁端弯矩，已知结构所受地震力如图2所示，求解边框架梁与边框架柱的弯矩，计算结果列于表中即可。 备注： 为柱子与该层柱子的刚度比； ：柱子反弯点处的剪力值
：柱子下截面的弯矩； ：柱子上截面的弯矩； ：梁左截面的弯矩
图1 计算的一榀框架 图2 一榀框架所受地震力
表1 边框架柱端弯矩计算 层次
（kN） y (kN.m) (kN.m)5 0.033 28.44 0.37 38.08 64.29 4 0.033 0.45
3 0.033 0.50
2 0.033 0.50
1 0.034 0.50
表2 边框架梁端弯矩计算
层次 结点处柱端弯矩(kN.m) 分配系数 (kN.m)5 64.29 4 1 3 1 2 1 1 1
1 64.29
参考答案
一、填空题
1、
10、28
2、轴压比
3、满布、不利、满布、1.1~1.2
4、集中力、P
5、框架、剪力墙
6、框架、剪力墙
7、水平荷载、侧移
8、轴向变形、剪切变形
9、整体小开口、联肢、壁式框架
10、水平、弯矩、水平侧移
11、拉、压、弯曲变形
12、弯曲变形、剪切变形、弯曲变形
13、剪切、弯曲、弯剪
14、框架、剪力墙
15、达到屈服强度、受压分布钢筋
16、水平荷载、侧移
17、质量中心、刚度中心、扭转效应
18、底部剪力法；振型分解反应谱；时程分析法
19、整体剪力墙、整体小开口剪力墙 20、约束边缘构件或构造边缘构件
21、刚性；相同；楼板；框架与剪力墙
22、满布、不利、满布、1.1~1.2
23、框架、剪力墙、筒体
24、框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、筒体结构体系（任填三个即可）；现浇楼盖体系、预制板楼盖体系、组合楼盖体系
25、永久荷载和有关可变荷载的组合值
26、I=2I0、I=1.5I0
27、轴压比、构造边缘构件
二、名词解释
1、框架一剪力墙结构的刚度特征值 ：框架一剪力墙结构的刚度特征值 是一个与框架和剪力墙的刚度比有关的参数，对于铰结体系， ，对于刚结体系 ，对框架一剪力墙结构受力和变形刚度特征值有重大影响，此值越大，说明框架剪力墙结构的受力和侧移特点越接近于框架结构，反之，则越接近于剪力墙结构。
2、剪力墙的等效刚度EIw：为综合考虑剪力墙弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响，可采用按顶点位移相等求得的竖向悬臂受弯构件的弯曲刚度，作为剪力墙的等效刚度。
3、总框架的剪切刚度Cf:使总框架在楼层间产生单位剪切变形( )时所需的水平剪力，即总框架的剪切刚度Cf。其表达式为 。
4、结构延性：结构的延性是指它们进入破坏阶段以后，在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。
5、剪力墙结构的整体参数 ：是衡量连梁转动刚度的依据，其值越大，连梁的转动刚度也越大，连梁对墙肢的约束作用也就越大。其值的大小决定剪力墙结构的整体性程度。
6、风振系数：对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，采用加大风载的方法来考虑这个动力效应，引入风振系数。
7、抗侧刚度：表示要使柱上下端产生单位相对水平位移时，需要在柱顶施加的水平力。
三、问答题
1、多高层建筑结构有哪几种结构体系?各种结构体系的优缺点和受力特点如何（只讲述三种结构）? 答：多、高层建筑结构有以下结构体系：（优缺点和受力特性只讲述三中即可）
(1) 框架结构体系。优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，也可按需要做成小房间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定高度范围内造价较低。缺点是：框架结构的侧向刚度小，水平荷载作用下侧移较大，故需要控制建筑物的高度。
(2) 剪力墙结构体系。优点是：剪力墙的承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小。缺点是：结构自重较大；建筑平面布置局限性大，较难获得大的建筑空间。
(3) 框架一剪力墙结构体系。优点是：框架一剪力墙结构房屋比框架结构房屋的水平承载力和侧向刚度都有所提高。
(4) 筒体结构体系。优点是：最主要的优点是它的空间性能好。缺点是：容易有剪力滞后现象。
(5) 框架一筒体结构体系。优点是：这种结构体系兼有框架体系与筒体体系两者的优点，建筑平面布置灵活便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。
2、用连续杆法分析水平荷载作用下双肢墙的内力和位移时，采用了哪些假定？简要说明基本微分方程是如何建立的？
答：假定为：(1)每一楼层处的连梁简化为该楼层均匀连续分布的连杆；(2)忽略连梁的轴向变形，故两墙肢在同一标高处的水平位移相等；(3)每层连梁的反弯点在梁的跨度中央；(4)沿竖向墙肢和连梁的刚度及层高均不变。
连梁的微分方程是根据力法建立的。将连续化后的连梁沿其跨度中央切开，可得到力法求解时的基本体系。根据变形连续条件，基本体系在外荷载、切口处轴力和剪力共同作用下，切口处沿未知力方向上的相对位移应为零，据此建立起连梁的微分方程。
2、简述影响框架梁与框架柱延性的因素？ 答：影响框架梁延性的因素：（1）、纵筋配筋率：配筋率越低延性越好；（2）剪压比：剪压比越低延性越好；（3）跨高比：跨高比越高延性越好；（4）塑性铰区的箍筋用量：应加强箍筋的用量，增强延性。 影响框架柱延性的因素：（1）、剪跨比：应尽量避免短柱的设计，增大剪跨比；（2）轴压比：轴压比越低延性越好；（3）箍筋配筋率：应加强箍筋的用量，增强延性；（4）、纵筋配筋率：配筋率不过小。
4、简述用D值法计算水平荷载作用下壁式框架内力时，与普通框架结构有何异同? 答：用D值法计算水平荷载作用下壁式框架内力时，与一般框架的区别主要有两点：其一是梁柱杆端均有刚域，从而使杆件的刚度增大；其二是梁柱截面高度较大，需考虑杆件剪切变形的影响。
5、框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下的内力分析中的假定？ 答： 1）楼板在自身平面内的刚度无限大。这一假定保证楼板将整个计算区段内的框架和剪力墙连成一个整体，在水平荷载作用下，框架和剪力墙之间不产生相对位移。 2）构体形规则、剪力墙布置比较对称均匀时，结构在水平荷载作用下不计扭转的影响；否则，应考虑扭转的影响。
3）不考虑剪力墙和框架柱的轴向变形及基础转动的影响。
6、什么是结构的延性？如何保证剪力墙的延性？
答：结构的延性是指它们进入破坏阶段以后，在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。保证剪力墙的延性主要限制剪力墙的轴压比的大小，同时，剪力墙的边缘构件配置横向钢筋，可约束混凝土而改善混凝土的受压性能，提高剪力墙的延性。
7、抗震设计中两阶段设计内容是什么？ 答：
第一阶段设计：按照第一水准（多遇地震）的地震动参数进行地震作用计算，结构分析和构件内力计算，按规范进行截面设计，然后采取相应的构造措施，达到“小震不坏，中震可修”的要求。
第二阶段设计：对特定结构还要进行薄弱层部位的弹塑性变形验算和采取相应的构造措施，使薄弱层的水平位移不超过容许的弹塑性位移，实现第三水准的要求。
8、在多高层建筑结构计算中，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性有何意义?如果楼 盖不满足绝对刚性的假定，则计算中应如何考虑? 答：在水平荷载作用下，楼板在其自身平面内不发生相对变形，只做刚体运动—平动和转动。这样参与抵抗水平荷载的各片剪力墙，按楼板水平位移线性分布的条件进行水平荷载的分配，从而简化了计算。若水平荷载作用点与结构刚度中心重合，结构无扭转，则可按同一楼层各片剪力墙水平位移相等的条件进行水平荷载的分配，亦即水平荷载按各片剪力墙的抗侧刚度进行分配，使计算进一步简化。
如果不满足的话，则宜采用考虑楼盖平面内刚度的计算方法，或对采用刚性楼盖计算结果进行调整。
9、简要说明扭转对建筑结构内力的影响? 答：建筑结构产生扭转之后，建筑物的角部容易开裂发生破坏。同时整个结构沿竖轴发生扭转变形，平面内发生翘曲。不仅使结构受力复杂，而且使结构内力增大，属不利因素，因此设计中应通过合理的结构布置使结构规整、对称，刚度、质量分布均匀，使房屋刚度中心与荷载作用合力尽量重合予以避免。
10、什么是框架与剪力墙协同工作?试从变形方面分析框-剪力墙是如何协同工作的。
答：框架-剪力墙结构中，由于刚性楼盖的连接，在水平荷载作用下，框架与剪力墙协同变形而共同工作，称为协同工作。框架和剪力墙是两种变形形式不同的抗侧力构件，单独的框架的变形为整体的剪切型变形，单独的剪力墙的变形为弯曲型变形，在结构的底部框架的侧移大，剪力墙的侧移小；在结构的上部，框架的侧移小；剪力墙的侧移大，这样变形就不协调。由于刚性楼盖的连接，两种结构互相制约而使变形协调并共同工作。
四、计算题
1、
解：在y轴方向有4片剪力墙、8根边柱、8根中柱。过道处梁刚度较小，忽略连梁的约束作用，按铰接体系计算。 边柱： 中柱：
结构刚度特征值：
计算悬臂构件的、、值：
，
查表可知： 剪力墙： 框架结构：
2、解：
表1 柱端弯矩计算 层次
（kN） y (kN.m) (kN.m)5 0.033 28.44 0.37 38.08 4 0.033 48.44 0.45 72.64 88.78 3 0.033 57.24 0.50 103.02 103.02 2 0.033 65.67 0.50 118.20 118.20 1 0.034 73.38 0.50 184.34 109.19
表2 柱端弯矩计算
层次 结点处柱端弯矩(kN.m) 分配系数 4 126.86 1 126.86 3 175.66 1 175.66 2 221.22 1 221.22 1 227.39 1 227.39
64.29 (kN.m)5 64.29 1 64.29
