【正文】 構(gòu)要抵抗水平力和豎向力 。 五 、 學習方法 第一章 結(jié)構(gòu)體系及布置 高層建筑的受力特點 內(nèi)力及位移 當建筑物高度增加時 ， 水平荷載對結(jié)構(gòu)的作用將愈來愈大 。 在同樣的建筑面積與基地面積比值下 ， 高層建筑能提供更多的地面自由空間 ， 作為綠化休息場所或公共服務(wù)設(shè)施之用 ， 有利于美化城市環(huán)境 。 鋼結(jié)構(gòu)高層興建 三 、 高層出現(xiàn)的原因 ∶ 十八世紀末的產(chǎn)業(yè)革命帶來了生產(chǎn)力發(fā)展與經(jīng)濟繁榮 。 常用不對稱 、 曲線型平面 (城市規(guī)劃 、 建筑功能的要求 ， 計算機的廣泛應用 )。 國內(nèi)高層的特點 ∶ 層數(shù)增多 ， 高度加大 。與此同時，高層建筑的高度競爭，必將不斷推動和促進整個建筑科學、建筑材料和設(shè)備的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的設(shè)計概念、計算理論和施工方法，從而使現(xiàn)代高層建筑日臻完善，適應世界城市化的發(fā)展，滿足人們的需求。 英 、法兩國高層建筑占城市建筑的 40%左右 。 鋼結(jié)構(gòu)自重輕 、 強度高 、 抗震性能好 、 施工方便等特點 。 鋼筋砼造價低 、 材料來源豐富 ， 便于作成各種形狀 ,結(jié)構(gòu)剛度大 ,耐火性能好 .缺點自重大 。 據(jù)國外有關(guān)資料介紹 ， 910層的建筑比 5層的節(jié)約占地 23—28%， 16— 17層的建筑比 5層的節(jié)約用地 32— 49%?，F(xiàn)在，高層建筑的發(fā)展已成為歷史的必然和時代的潮流。 結(jié)構(gòu)體系日益多樣化 。 在豎向布置上 ，一方面豎向體型趨于多變 ， 階梯形內(nèi)收 、 上部樓層外挑 突出的建筑物增多；另一方面 ， 高低不等的組合體型更廣泛地得到應用 。 大工業(yè)興起使人口集中到城市中來 ， 以致造成用地緊張 ， 地價高漲 ， 城市范圍逐步擴大仍感局促 ， 為了在較小的土地范圍內(nèi)建造更多的建筑面積 ， 建筑物不得不向高空發(fā)展 ， 這是發(fā)展高層建筑最根本的原因 。 近幾十年來 ， 科學技術(shù)的飛躍使高層建筑的實現(xiàn)具備了必要條件 ， 提供了多種輕質(zhì)高強建筑材料， 新型結(jié)構(gòu)方式 ， 與水暖 、 電梯 、 空調(diào) 、 供電 、 自控等現(xiàn)代設(shè)施 、 先進的施工技術(shù)及機械設(shè)備 ， 特別計算機應用于設(shè)計中 。 結(jié)構(gòu)內(nèi)力明顯加大 ， 結(jié)構(gòu)側(cè)移增加更快 。 在高層建筑中 ， 結(jié)構(gòu)要使用更多的材料來抵抗水平力 ,抗側(cè)力成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題 。 此種結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點是 ∶ 建筑平面布置靈活，可作成需要較大空間的建筑，加隔墻后，也可作成小房間。 根據(jù)使用要求和建筑布置確定的柱網(wǎng)和層高來布置梁和柱 。 缺點是 ∶ 剪力墻間距太小 ， 平面布置不靈活 ，不能滿足公共建筑的使用要求 ， 結(jié)構(gòu)自重較大 。 圖 15 為了滿足地震區(qū)住宅建筑需要底層商店或旅館中底層需設(shè)置大的公用房間的要求 ， 可作成部分剪力墻框支、 部分剪力墻落地的底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu) 。 圖 16 圖 17 圖 18 三 、 框架 — 剪力墻及框架 — 筒體結(jié)構(gòu)體系 (適用于公共建筑 ) 在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置部分剪力墻 ， 使框架和剪力墻兩者結(jié)合起來 ， 取長補短 ， 共同抵抗水平荷載 ，就組成了框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 。 在建筑布置上 ， 常利用筒體作電梯間、 樓梯間和豎向管道的通道 。 在地震區(qū) ， 縱橫方向上布置的剪力墻數(shù)量要盡量接近 。 F、 剪力墻應貫通全高 ,使結(jié)構(gòu)上下剛度連貫而均勻 . 四 、 筒中筒結(jié)構(gòu)體系 筒體的基本形式有三種 ∶ 實腹筒 、 框筒及桁架筒 。 筒中筒結(jié)構(gòu)是上述筒體單元的組合 ， 通常由實腹筒作內(nèi)部核心筒 ， 框筒或桁架筒作外筒 ， 兩個筒共同抵抗水平力作用 。 建筑平面以接近方形為好 ， 長寬比不應大于 2。 在稀柱與密柱層間設(shè)置轉(zhuǎn)換層 。 一、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的選擇 不同的結(jié)構(gòu)體系所具有的強度和剛度是不一樣的，因而它們適用的高度也不同。 因為住宅本身需要很多墻體 ， 采用剪力墻體系可減少非承重墻 ， 較好地解決墻體材料的問題 。 框— 剪結(jié)構(gòu)底層布置靈活 ， 但客房露出梁柱 ， 建筑上難以處理 。 二 、 樓面體系的選擇 平板體系 平板體系采用單向板或雙向板 ， 常用于剪力墻結(jié)構(gòu)或筒體結(jié)構(gòu) 。 2普通樓面 6M以內(nèi) ， 預應力砼樓面可達 9M。 第三節(jié) 結(jié)構(gòu)總體布置及變形縫 一 、 控制結(jié)構(gòu)高寬比 H／ B（ 5～ 6以下 ） 概念設(shè)計 ∶ 一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用概念進行分析，作出判斷，以便采取相應措施。 二 、 結(jié)構(gòu)平面形狀 一般建筑物分為板式和塔式兩大類 。 圖 119 選擇有利于抗震的豎向布置 豎向布置注意剛度均勻而連續(xù) ， 盡量避免剛度突變或結(jié)構(gòu)不連續(xù) 。一是設(shè)置防震縫 ， 將房屋劃分成簡單規(guī)則的形狀 ，使每一部分成為獨立的抗震單元 。 建筑平面形狀和豎向布置簡單 、 規(guī)則 、 對稱 、 剛度均勻是避免設(shè)縫的根本途徑 。 要采取措施減少溫度收縮應力， 而不用設(shè)伸縮縫的辦法 。 局部作伸縮縫 。 無要求時 ，可采用筏基 。 可采取以下措施 ∶ 當壓縮性很小的土質(zhì)不太深時 ， 可以利用天然地基 ， 把高層部分和裙房放在一個剛度很大的整體基礎(chǔ)上 ， 使它們之間不產(chǎn)生沉降差 。 抗 — 采用剛性很大的基礎(chǔ) ， 用基礎(chǔ)本身的剛度來抵抗沉降差 。 “ 抗 ” ， 雖在某些情況下能 ” 抗 ” 住 ， 但材料用量較多 ， 不經(jīng)濟 。 上面兩種都是極端的處理方法 ， 目前采用調(diào)整各部分沉降差 ， 在施工過程中留臨時的后澆段 。 二 、 風荷載 WK和風對建筑物的作用 作用在建筑物表面單位面積上的風荷載標準值WK可按下式?jīng)Q定 ∶ 脈動風壓使建筑物在平均側(cè)移的附近左右搖擺 ， 引起結(jié)構(gòu)的振動 。 四 、 風壓高度變化系數(shù) μZ 在 10M以上 ， 隨著高度增加 ， 風速加快 ， 風壓值也就加大 。 設(shè)計時采用加大風載的辦法來考慮這個動力效應 ， 在風壓值上乘以風振系數(shù) βZ。 ziz HH???? ??? 1圖 22 表 23 七 、 總體風荷載與局部風荷載 總體效應是指作用在建筑物上的全部風荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力及位移 。 在迎風面以及房屋側(cè)面寬度為 1／ 6墻面寬度的角隅部分 ， 要驗算外墻圍護結(jié)構(gòu)強度及連接強度 。 局部向上體型系數(shù)用 2。 第二節(jié) 水平荷載作用方向及結(jié) 構(gòu)計算的一般簡化假定 一 、 荷載作用方向 (主軸方向 ) 實際風荷載及地震作用方向是隨機的 、 不定的 。 樓板在其自身平面內(nèi)剛度很大 ， 可視為剛度無限大的平板 。 第三章 框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算概述 一 、 框架結(jié)構(gòu)三種布置形式 橫向框架承重 縱向框架承重 縱橫向框架承重 1的樓板或次梁沿縱向布置，擱置在橫向承重框架上，橫向承重框架間用縱向的聯(lián)系梁相連。 2 為主要承重框架沿房屋縱向布置 ， 樓板支撐在縱向框架的主梁上 ， 沿橫墻設(shè)置聯(lián)系梁 。 3 的兩個方向均為剛性框架，兩個方向都承受豎向荷載和水平荷載。 第一節(jié) 豎向荷載作用下的近似計算 分層計算法 一 、 豎向荷載包括的內(nèi)容 ∶ 豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重 、 使用活荷 、 雪荷載以及施工檢修荷載等 。 圖 31 圖 32 圖 33 圖 34 圖 35 三 、 柱線剛度的取值及傳遞系數(shù)的推導 分層框架的柱子在底層處 ， 可按原結(jié)構(gòu)確定為固定支座 。 除底層柱底為固定端外 ， 其余各柱端為彈性固定端 。 一 、 反彎點法的兩個主要工作 每層以上的水平荷載按某一比例分配給該層的各柱； 確定反彎點高度 Y 為了解決這兩個問題 ， 看一下圖 3— 6， 它具有如下特點 ∶ 圖 36 固定柱腳處 ， 線位移和角位移為 0； 如不考慮軸向變形的影響 ， 則上部同一層的各結(jié)點水平位移相等； 上部各結(jié)點有轉(zhuǎn)角 。 這況使計算大為簡化 ，而其誤差一般不超過 5%。 側(cè)移剛度系數(shù)的確定 同層各柱剪力的確定 設(shè)有 M根柱 ， 則 212hiVd c???pjmiijijijpjmjjjVddVVVVV???????121......圖 37 柱端彎矩的確定 柱下端彎矩 柱上端彎矩 梁端彎矩的確定 對于邊柱 對于中柱 jjj YVM ?)( jjjj YhVM ??)( 1 bmmtml MMM ???brblbrbmmtmrbrblblbmmtmliiiMMMiiiMMM????????)()(11至此 ， 可求出整個框架的彎矩 。 修正后的柱側(cè)移剛度用 D表示 ， 故稱為 D值法 。 底層柱的側(cè)移剛度 kkhKVDcAB??????2122???三 、 確定柱反彎點高度比 影響柱反彎點高度的主要因素是柱上下端的約束條件 。 上下梁剛度變化時的反彎點高度比修正值 當 時 ， 令 ， 反彎點上移 ， 取正值； 當 時 ， 令 ， 反彎點下移 ， 取負值 。 1, 22 ?? ?? hh t1, 22 ?? ?? hh thh b?3?2y3y2y2y四 、 D值計算的步驟 計算各層柱的側(cè)移剛度 D； 計算各柱分配的剪力 計算柱的反彎點高度 確定柱端彎矩 ， 然后按結(jié)點平衡和梁的轉(zhuǎn)動 剛度確定梁端彎矩 。 框架的側(cè)移包括兩部分 ∶ 一是頂層最大側(cè)移 ， 若過大將會影響結(jié)構(gòu)和使用 。 柱軸向變形由軸力產(chǎn)生 ， 相當于彎矩產(chǎn)生的變形 ， 呈彎曲型 。 圖 41 剪力墻有效翼緣寬度按剪力墻凈距 、 翼緣厚度 、 門窗洞凈跨計算取較小值 。 當門窗洞口稍大 ， 墻肢的應力分布不再是直線關(guān)系 ， 但偏離不大 ， 可在應力按直線分布計算的基礎(chǔ)上加以修正 ， 稱為小開口整體墻計算 方法 。 000 AAAAdq??????????njjnjiiqhhJJ11qqqeq AHJEJEJ291 ???eqEJHV 306011??eqEJHV 3031??(倒三角分布荷載 ) (均布荷載 ) (頂部集中荷載 ) 第三節(jié) 雙肢墻的計算 一 、 連續(xù)化方法的定義 在多數(shù)建筑中 ， 門窗洞口在剪力墻中排列都很整齊 ， 剪力墻可劃分為許多墻肢和連梁 ， 將連梁看成墻肢間的連桿 ， 并將它們沿墻高離散成均勻分布的連續(xù)連桿 ， 用微分方程求解 ， 這種方法稱為連續(xù)化方法 ， 又稱為連續(xù)連桿法 。 (一 )、 基本方程的建立 0)()()( 321 ??? xxx ???由墻肢彎曲變形產(chǎn)生的相對位移 )(2)(121xcx mmmm?????????由假設(shè) 圖 47 由墻肢軸向變形產(chǎn)生的相對位移 因順時針為正 ， 而 X0， 所以 )(2 x?? ???????????????HxxHxHxHxxxxdxdxAAExdxNAAExdEAxNxdEAxNxxdxdNdxxxNdxdy021212120)()()()11(1)()()11(1)()()()()()()()()(????? 由連梁彎曲和剪切變形產(chǎn)生的相對位移 )(3 x?20033333313)(2)(23)(2)(GaAEJJJEJhaxGAhaxEJhaxxbbbbbbbvm???????????????03)(2)()()()11(120