注册结构工程师——高层建筑结构、高耸结构及横向作用

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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@cta.cq.cn 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结构极限状态设计原理竖向荷载、风荷载和地震作用对高层建筑结构和高耸结构的影响概念设计的内容及原则，并能运用于高层建筑结构的设计高层建筑结构内力与位移计算原理高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造荷载分类和组合风荷载和地震作用的取值标准和计算方法荷载效应组合方法常用高层建筑结构的受力性能及适用范围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back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高层建筑结构内力与位移计算原理钢结构高层民用建筑设计方法高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造荷载分类和组合风荷载和地震作用的取值标准和计算方法荷载效应组合方法常用高层建筑结构的受力性能及适用范围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back 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back 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back 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)≥0Z=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永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震偶然作用地震、爆炸、撞击固定作用自重、固定设备荷载可动作用吊车荷载、人员荷载静态作用自重、楼面活荷载动态作用地震、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back 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back 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back 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back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back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back 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back 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back 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）back 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back 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back 地震作用的计算方法及其适用范围back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 back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 back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back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)ααmax0.45αmax00.1Tg（特征周期）3.0α=(Tg/T)0.9αmax>=0.2αmax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----0.500.901.40back设计近远震场地类别 场地类别的划分back场地覆盖层厚度(m)场地土类型03980坚硬中硬中软软弱IIIIIIIV back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back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backGeq——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back 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）back back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back back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 back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back 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。backquVMHu=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back 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606060555545452525装配整体式50503525框架-抗震墙现浇1301301301201201001005050装配整体式1001009070剪力墙抗震墙全部落地1401401401201201001006060部分框支1201201201001008080筒体框架-核心筒15014010070筒中筒1801801801501601201207080板柱-抗震墙403530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）盖体系的作用承受竖向荷载连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力选择原则结构整体性、面内刚度结构高度小、质量轻建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等常用楼盖体系及其适用性现浇楼盖预制板楼盖预应力叠合板楼盖组合楼盖back 常用楼盖体系及其适用性现浇楼盖肋梁楼盖——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）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、平面布置灵活预制板楼盖预应力空心板楼盖——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）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：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：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：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H/B限值宜：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：类型、内力计算调整、构造措施3.3变形缝设置back 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-抗震墙554544322框架-抗震墙555554433剪力墙666665544筒体666665544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；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：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：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（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☞back 4.1强度问题——构件截面承载力验算要求荷载效应组合⇒构件最不利内力⇒承载力极限状态设计表达式无地震作用组合γ0S≤R有地震作用组合S≤R/γRE关于S抗震结构与有无地震作用组合高层建筑结构荷载组合表达式关于R抗震结构抗弯承载能力=非抗震结构抗弯承载能力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：1⑥、⑦仅8、9度时的大跨和长悬臂结构及9度抗震结构考虑；2⑧仅60m以上的高层结构考虑；3⑨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①S=γGCGGk+γQCQQkγG=效应对结构有利时1.0；不利时1.2γQ=一般1.4；Q≥4.0kN/m2时1.3重力荷载+风荷载②S=γGCGGk+ψ(γQCQQk+γWCWWk)ψ=0.85，γW=1.4③S=γGCGGk+γQCQQk+ψWγWCWWk)ψW=1.0，γW=1.4重力荷载+地震作用④S=γGCGGE+γEhCEhEhkGE=Gk+ψQQk，ψQ=0.5γEh=1.3S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk⑤S=γGCGGE+1.3CEhEhk⑥S=γGCGGE+1.3CEvEvk⑦S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.5CEvEvk重力荷载+地震作用+风荷载S=γGCGGE+γEhCEhEhk+γEvCEvEvk+ψWγWCWWk⑧S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.2γWCWWk⑨S=γGCGGE+1.3CEhEhk+0.5CEvEvk+0.2γWCWWk 4.2刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算目的防止主要结构开裂、损坏防止填充、装修开裂、损坏防止过大侧移，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）层间位移Δu/h≤[Δu/h]顶点位移u/H≤[u/H]荷载组合不考虑重力荷载引起的侧移各水平荷载单独作用荷载分项系数取1.0位移限值地震作用下的位移限值略宽松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GteHGiΣEIeqHiback 4.4延性问题——抗震结构的延性要求结构抗震等级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一般不验算，但须采取构造措施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选择有利场地和地基选择延性好结构体系与材料规则结构延性结构减轻自重避开地震动反应谱特征周期避免薄弱层减少扭转协调承载能力与延性的关系设置多道抗震防线实现合理屈服耗能机制提高整体性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。back 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☞back 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弹塑性假定——罕遇地震作用下的位移验算塑性内力重分布back 塑性内力重分布考虑原因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）；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）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空间计算back 构件刚度与变形构件刚度——弹性刚度构件变形构件的变形与刚度轴向——EA弯曲——EI剪切——GA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back 6.1框架结构back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Vi1Vi2Vi3u=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back 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back 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back 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back 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back 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back 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/GAWback 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back 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+y3back 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back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back 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back 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back 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AsAswAs’Nee’fywAsw(hw0-1.5x)/hw0fcmbwxfyAsfy’As’x1.5xback 小偏压情况判定基本公式N=Ne=e=e0+hw/2-asfs=(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AsAswAs’Nee’fcmbwxfsAsfy’As’xback 大偏拉情况AsAswAs’Nee’fcmbwxfywAsw(hw0-1.5x)/hw0fyAsfy’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back 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back 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>2.5Vb<=0.07fcbbhb0+fyvAsvhb0/s跨高比<=2.5Vb<=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>2.5Vb<=0.20fcbbhb0/GamaRE跨高比<=2.5Vb<=0.15fcbbhb0/GamaREback 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back 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：back 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back 框架-剪力墙结构的受力与变形特点back框架剪力墙框架-剪力墙变形特点荷载分配剪力分布 back框架-剪力墙结构的剪力分布VpVwVf 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back 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back 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back 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back 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back 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back 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back 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）back 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back 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back 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）back 7高层建筑结构基础设计概要7.1箱形基础7.2桩基础back 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back 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1.2mback 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）back 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）back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back 箱形基础构造要求混凝土内外墙顶板、底板连接部位（节点）back 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back 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back 桩基础布置两种方式群桩单桩back 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back 桩基础构造要求back 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back 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back 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back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back 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back筒身计算 自重及内力6-8个节段，10mback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back 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back