高层结构设计第4章 高层建筑结构计算一般原则及有关规定
高层建筑结构设计 第04章 高层框架结构内力计算
4.2 竖向荷载作用下的内力计算
一、分层法 1．竖向荷载作用下框架结构的受力特点及内力计算
假定 （1）不考虑框架结构的侧移对其内力的影响； （2）每层梁上的荷载仅对本层梁及其上、下柱的内
力产生影响，对其他各层梁、柱内力的影响可忽 略不计。 应当指出，上述假定中所指的内力不包括柱轴力， 因为各层柱的轴力对下部均有较大影响，不能忽 略。
M EH
FQHE
h2 2
3.42kN
3.3 m 2
5.64
kN m
（反弯点位于h/2处）
M EB
FQBE
h1 3
10kN
• 柱截面尺寸
框架柱的截面形式常为矩形或正方形。 有时由于 建筑上的需要， 也可设计成圆形、 八角形、 Ｔ 形、 Ｌ 形、十字形等， 其中 Ｔ 形、 Ｌ 形、十 字形也称异形柱。构件的尺寸一般凭经验确定。 如果选取不恰当， 就无法满足承载力或变形限值 的要求， 造成设计返工。确定构件尺寸时， 首先 要满足构造要求， 并参照过去的经验初步选定尺 寸， 然后再进行承载力的估算， 并验算有关尺寸 限值。
9.53 3.79 12.77 3.79
1.61
2.固端弯矩
下柱 3.79 3.79 1.61 7.11 4.84 3.64
相对线刚 度总和 左梁 11.42 0.000 21.63 0.353 11.82 0.864 20.43 0.000 30.93 0.308 18.02 0.709
分配系数 右梁 上柱 0.668 0.000 0.472 0.000 0.000 0.000 0.466 0.185 0.413 0.123 0.000 0.089
高层建筑结构
（2）风压高度变化系数uz
4.3.2风荷载
b.位于山区的高层建筑，其风压高度变化系数按照平坦 地面的粗糙度类别由于表 4-6确定外，尚应按照现行国 家标准《荷载规范》的有关规定，考虑地形条件加以修 正。
(3)风荷载体形系数us
风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比 值，它表不同体型建 筑物表面风力的大小。当风流经过建 筑物时，通常在迎风由产生压力(此时风荷载体型 系数用+表 示)，在侧风面及背风面产生吸力(此时风荷载体型系数用-表 示)。风压值 沿建筑物表面的分布并不均匀，迎风面的风压 力在建筑物的中部最大，侧风向和背风面 的风吸力在建筑 物的角区最大。风荷载体型系数与高层建筑的体型、平面尺 寸、表面状 况和房屋高宽比等因素有关。
4.3.3地震作用
4.3.3地震作用
4.3.3地震作用
二、设计反应谱
工程抗震设计是针对未来可能遭遇 的地震设防的，因此， 由过去某次已经发 生的地震动记录得出的反应谱实际意义 不大。国家组织专家经过对我国历史上的所有 地震资料的 专题研究，提出能利用抗震计算、曲线形状又相对简单的反 应谱曲线，这就 是设计反应谱。图4-7是我国《抗震规范》 以地震影响系数形式给出的设计反应谱。 也称为《抗震规 范》反应谱曲线。
4.1.1高层建筑结构受力特点
4.1.2正常使用条件下水平位移的限制
在正常使用条件下，应使高层建筑处于弹性状态。《高层 规程》对楼层层间最大位移与层高之比Δu /h小作出了以 下规定： (1)高度不大于150 m的高层建筑，其楼层层间最大位移与 层高之比Δu ／h，不宜大 于表4-1中的数值。
4.1.2正常使用条件下水平位移的限制
钢筋混凝土筒体结构体系中的筒体主要有核心筒和框筒。 1、核心筒 核心筒一般由布置在电梯间、楼梯间及没备管线井道四周的 钢筋混凝土墙所组成。 为底端固定、顶端自由、竖向放置 的薄壁筒状结构，其水平截面为单孔或多孔的箱形截 面， 如图4-3所示。
高层建筑结构设计原则
.高层建筑结构设计原则1.1 选择合理的结构方案。
高层建筑作为近几年刚刚兴起的一门学科，具有很复杂的结构特点，在施工的过程中要考虑的方面很多，像是供水问题、线路等各方面都是我们要考虑的。
结构设计方案中重要的有以下几点：材料的要求、施工的环境、还要充分的考虑抗击自然灾害的能力。
我们要严格的遵循平面和竖直的设计原则。
结构方案不仅仅是施工单位一方的事情，施工单位与使用方要达成一致，在设计方面以及今后的发展方向要进行详细的展望，为了所选取得结构方案更加的合理，最大限度的达到预期的目的。
2.1 选择合适的基础方案。
现在的设计一大特色就是不能因工程而破坏周边的环境，而改变的周边的生态环境。
一切的工程围绕环境进行设计施工，使工程与自然很好的融入到一起，使得两者和谐共存。
在基础方案的设计中，要把所有的相关因素全部的包括在内，综合各方面的因素，再考虑经济性对工程进行整体的评估，然后对方案进行正式的审核，最后施工，一切立足由可持续发展的观念进行施工，工程的质量一定会得以保障。
2.3 准确分析计算结果。
当下，在高层建筑的结构设计中普遍应用计算机技术，那么不同计算机软件的计算结果间很可能出现偏差，所以需要对计算机软件计算的结果进行准确分析和把握。
这就需要建筑结构设计人员具有充分的结构设计方面的技能，同时要对计算机软件有充分的了解，从而才能客观准确的对计算机计算结果进行分析。
由于计算机软件本身的缺陷，会使计算结构与实际情况之间存在偏差，这就需要结构设计人员对计算结构进行判断并在设计中做出调整，以便适应结构设计的要求。
2.建筑结构类型高层建筑结构体系按照结构形式可以分为框架、剪力墙结构，框架结构，剪力墙结构。
框架结构因为是利用柱、梁等结构来承重的，所以这种结构体系的侧向位移相对较大，一般适用于低于50m的建筑。
剪力墙结构因为是靠高层建筑的墙体来承重的，所以这种结构的整体性能相对较好，不易产生水平方向的变形，一般多应用于高层建筑，但是因为其在平面上的布置不够灵活，所以很少在公共建筑设计中使用。
钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定
钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定时间: 2003-12-29 10:43:27 |[<<][>>]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定JGJ3-79主编单位：中国建筑科学研究院批准单位：中华人民共和国国家建筑工程总局试行日期：1980年 10月 1日通知(79)建工科字第155号根据国家建委《一九七七年全国工程建设抗震科技重点项目计划》和《一九七七年全国工程建设抗震科技重点项目计划》中关于编制高层建筑结构设计与施工规定的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位编制的《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》(JGJ3-79)，经有善门会审完毕，现批准自一九八０年十月一日起试行。
本规定适用于八层以上高层民用建筑钢筋混凝土框架结构、框架一剪力墙结构和现浇剪力墙结构。
鉴于高层建筑的试验研究和实践经验不足，请各单位在试行中注意总结经验，提出修改和补充意见，随时函告中国建筑科学研究院。
国家建筑工程总局一九七九年七月二十八日说明根据国家建委《一九七六年至一九七七年全国工程建设科学技术发展计划》和《一九七七年全国工程建设抗震科技重点项目计划》中关于编制高层建筑结构设计与施工规定的要求，为适应目前高层建筑结构设计与施工的需要，由中国建筑科学研究院会同北京市建筑设计院、北京市第一建筑工程公司、上海市民用建筑设计院、上海市第八建筑工程公司、上海市建筑科学研究所、广东省建筑设计院、广州市住宅公司、华南工程学院、沈阳市第二建筑工程公司、湖北建筑工业学院等单位组成编写组，在总结我国高层建筑结构设计、施工的实践经逡和科研成果的基础上，编制了本《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》。
一九七六年五月，在“高层建筑结构设计与施工技术座谈会”上通过了本规定的编写提纲；六月份编写组起草了本规定的征求意见稿。
此后，在北京、上海、天津、广州、沈阳等地邀请有关单位座谈讨论，大家对该征求意见稿提出了许多宝贵意见。
一九七七年四～五月，编写组根据各地提出的意见和唐山地震的震害分析，并吸取一年来各协作单位新的科研成果和实践经验进行了补充和修改，写出《高层建筑结构设计与施工规定》(讨论稿)。
简化高层复习思考题
第1章绪论（1）我国对高层建筑结构是如何定义的？（2）高层建筑结构的受力及变形特点是什么？设计时应考虑哪些问题？（3）从结构材料方面来分，高层建筑结构有哪些类型？各有何特点？（4）为什么要限制结构在正常情况下的侧移？何谓舒适度？高规采用何种限制来满足舒适度要求？（5）什么是结构的重力二阶效应？高层建筑为什么要进行稳定性验算？如何进行框架结构的整体稳定验算？第2章高层建筑结构体系与布置1. 何为结构体系？高层建筑结构体系大致有哪几类？选定结构体系主要考虑的因素有哪些？各种结构体系的优缺点和受力特点如何？2．如何确定高层建筑的结构方案？3．在抗震结构中为什么要求平面布置简单、规则、对称，竖向布置刚度均匀？怎样布置可以使平面内刚度均匀，减小水平荷载引起的扭转？沿竖向布置可能出现哪些刚度不均匀的情况？高层建筑结构平面、竖向不规则有哪些类型？4.防震缝、伸缩缝和沉降缝在什么情况下设置？各种缝的特点和要求是什么？在高层建筑结构中，特别是抗震结构中，怎么处理好这三种缝？5．框架-筒体结构与框筒结构有何异同？框架结构与框筒结构相比，两者平面结构布置和受力特点有何不同？何谓框筒结构的剪力滞后现象？6高层建筑结构总体布置的原则是什么?7为什么规范对每一种结构体系规定最大的适应高度？实际工程是否允许超过规范规定的最大适应高度？8．高层建筑的基础都有哪些形式？高层建筑的基础为什么埋深要求？采用天然地基时高层建筑的基础埋深不小于多少？第3章高层建筑结构荷载（1）高层建筑结构设计时应主要考虑哪些荷载或作用？（2）高层建筑结构的竖向荷载如何取值？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？为什么？（3）结构承受的风荷载与哪些因素有关？和地震作用相比，风荷载有何特点？（4）高层建筑结构风荷载标准值计算式中，基本风压、风载体型系数和风压高度变化系数分别如何取值？（5）什么是风振系数？在什么情况下需要考虑风振系数？如何取值？（6）结构自振周期的计算方法有哪些？为什么要对理论周期值进行修正？如何修正？各类结构基本周期的经验公式是什么？第4章高层建筑结构分析原则（1）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？（2）水平荷载的作用方向如何确定？把空间结构简化为平面结构的两个基本假定是什么？楼板起什么作用？第5章 高层建筑结构的近似计算方法框架部分 （1） 简述分层法和迭代法的计算要点及步骤。
第四章设计要求及荷载效应组合共59页文档
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
大部分钢结构计算需要考虑P-△效应。
《高钢规》5.2.10条 高层建筑钢结构同时符合下列条件
时，可不验算结构的整体稳定。
一、结构各层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要
求：
Nm m 1 N pm 80
式中，λm—楼层柱的平均长细比； Nm—楼层柱的平均轴压力设计值； Npm—楼层柱的平均全塑性轴压力；
钢结构
除框架结构外的转 换层
各种结构类型
1/120 1/50
4.2 侧移限制
4.2.2 防止倒塌层间位移限制
对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高10%；当柱子全 高的箍筋构造采用比本规程中框架柱最小配箍特征值大30% 时，可提高20%，但累计提高不宜超过25%。
4.3 舒适度要求
高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条 件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规 范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向 结构顶点最大加速度不应超过表4-4的值。必要时，可通过 专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大 加速度 a m a x。
Npm fyAm
fy—钢材屈服强度； Am—柱截面面积的平均值。
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
二、结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层相对侧移值， 满足下列公式要求：
u 0.12 Fh
h
Fv
式中，Δu—按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移； h—楼层层高； ∑Fh—计算楼层以上全部水平作用之和； ∑Fv—计算楼层以上全部竖向作用之和；
式中，E J d 为结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒 三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧
高层建筑结构的计算分析和设计要求
补充内容3：水平力作用方向
实际风荷载及地震作用的方向是任意的，但是在规范 中规定：
结构计算只考虑x、y两个正交方向作用的水平力，各 方向水平地震力全部由该方向抗侧力结构承担，这是一 种简化。
注：x、y 方向通常是指结构的主轴方向。
主轴方向定义：当水平力在主轴方向作用时，只产生 主轴方向的位移，且位移最大。
有时结构主轴不易判断，则应根据经验判断取最接近 主轴的x、y两个方向，或通过计算确定。
补充内容4：计算基本假定
对结构进行分析时，首先分析结构的动力特性，再分析 结构的内力及变形。
首先，按简化方法分析；在必要时，再进行时程分析。 对结构工程师的基本要求：合理运用简化假定，善于 抓住主要的，忽略次要的，正确选用恰当计算方法。 规范中对结构计算作了一些基本假定，不同的方法采 用的假定会有所不同，应根据设计要求，选用符合实际 的假定与方法。
两类调幅(调整)的方法： (1)用弹性计算所得到的内力乘以系数(大于或小于1)； (1)在计算时降低杆件刚度：构件刚度降低愈多，内力愈小。
《高规》中规定的调幅方法: 框架梁(连续梁)在竖向荷载下的调幅，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架的内力调整，采用方法(1)进行： 框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的联/连系梁的调幅， 采用方法(2)进行： 联肢剪力墙中连梁的调幅，采用方法(1)或方法(2)进行。
/计算与构造的特殊要求）
4.1 高层建筑结构的计算分析
4.1.1 结构计算分析方法
1. 线弹性法：常用的成熟法，计算精度和结构安全性基本可得到保证。 2. 考虑塑性内力重分布法：框架梁和连梁等构件宜对竖向载下内力进
行调整。 3. 非线性分析法：精度高，但复杂，常用于复杂结构整体受力分析。 5. 模型试验法：精度更高，但费用高，常用于复杂结构整体或局部受
高层结构基本规定与布置原则
在高层建筑中，除了要根据结构高度选择合 理的结构体系外，还要恰当的设计和选择建筑物 的平面、剖面形状和总体型。这些往往都是在初 步设计阶段（主要是利用概念设计方法）由建筑 设计选择。合理的结构初步设计可提高建筑物的 安全性，降低工程总造价。
2.1 房屋总高度与高宽比
2.1.1 房屋适用高度 高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗
（3）抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建 筑，其平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心；
平面长度L不宜过长，突出部分长度不宜过大； L、
l等值宜满足下表的要求；不宜采用角部重叠或细 腰形平面图形。
平面过于狭长的建筑物，在地震时因两端地
震波输入有位相差而容易产生不规则振动，产生 较大的震害，故应对L/B值予以限制，见上表。为 了减轻因L/B过大而产生的震害，在实际工程中， L/B 最 好 不 超 过 ４ （ 设 防 烈 度 为 6 ， 7 度 时 ） 或 3 （设防烈度为8，9度时）。
2.3.1 抗侧力结构布置改变
抗侧力结构布置改变主要有以下几种情况： 1、低层或底部若干层由于取消一部分剪力墙 或柱子产生刚度突变。 2、中部楼层部分剪力墙中断。 3、顶层设置空旷的大空间，取消了部分剪力 墙或内柱
2.3.2 结构的竖向体型突变
结构竖向体型突变主要有以下两种情况： 1、建筑顶部内收形成塔楼。 2、楼层外挑内收。
质量中心与刚度中心偏心较大和抗扭刚度太弱的 结构，其震害严重。国内一些复杂体型高层建筑 振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结 构的严重破坏。因此，结构平面布置应减少扭转 的影响。
对结构的扭转效应从以下两个方面加以限制：
① 限制结构平面布置的不规则性，避免质心与 刚心存在过大的偏心而导致结构产生较大的扭转 效应。实际工程设计中，除应从抗侧力构件平面 布置上予以控制外，还要按上述规定控制楼层竖 向构件的扭转变形。计算扭转变形时，应考虑偶 然偏心的影响。
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§4.4
整体倾覆验算
《高规》规定：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%。
§4.4
高层建筑水平位移限值及舒适度要求
一、水平位移限值
弹性方法计算的楼层层间最大 位移与层高之比
/ h / h
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（恒荷载起控制，无风）
S 1.35SGK 0.7 1.4SQK
（活荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.0 1.4SQK 0.6 1.4SWK
（风荷载起控制，有风）
S 1.2SGK 1.0 1.4SWK 0.7 1.4SQK
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在自身平面内的刚度很大
平面外刚度很小， 可以忽略
平面外的刚度很 小，可忽略，
可以抵抗在本身 平面内的侧向力
一片框架或剪力墙在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， 可忽略，即垂直该平面的方向不能抵抗侧向力 整个结构可分不同方向的平面抗侧力结构，共同抵 抗结构承受的水平荷载 水平放置的楼板，在自身平面内的刚度很大，可以 视为刚度无限大，平面外刚度很小，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水 平荷载
第4章 高层建筑结构计 算的一般原则及有关规定
§4.1高层建筑结构计算的基本假定
高层建筑结构分析解决问题： （1）总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的 分配——按刚度和变形分配 （2）计算每片平面抗侧力结构分到的水平作 用下的内力和位移
基本假定
弹性工作状态的假定 刚性楼板假定 平面结构假定 水平荷载作用方向
满足：承载能力极限状态 正常使用极限状态
一、无地震作用效应组合时：
S G S GK Q Q S QK w w S wk
Q . w ——楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数
永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0 可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.6 0.7、 (0.9) 1.0 对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房
二、有地震作用效应组合时
S G SGE Eh SEhK Ev SEvk w w Swk
. w——风荷载的组合值系数＝0.2
荷载分项系数的取值 （位移计算取1.0） Eh Ev W 组合 G
重力荷载及水平地震作用 重力荷载及竖向地震作用 重力荷载、水平地震及竖 向地震作用 重力荷载、水平地震作用 及风荷载 重力荷载、水平地震作用 、竖向地震作用及风荷载
（1）总水平荷载在各片平面抗侧 力结构间的分配按刚度和变形分 配 （2）计算每片平面抗侧力结构分 到的水平作用下的内力和位移
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§4.2
荷载效应和地震作用效应的组合
荷载效应： 指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移。 荷载效应组合： 指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，确定结构或构 件内产生的效应。其中最不利组合是指所有可能产生的荷载组 合中，对结构构件产生总效应为最不利的一组
三、平面抗侧力结构假定
一片框架或简力墙在自身平面内刚度很 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，可忽略， 即垂直该平面的方向不能抵抗侧向力 ——整个结构可分不同方向的平面抗侧 力结构，共同抵抗结构承受的水平荷载
计算图形的简化 简化计算方法或手算：高层建筑可以划分为若干平面结构
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说明
1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
1.3 — 1.3 1.3 1.3
— 1.3 0.5 — 0.5
— — — 1.4 1.4 9度；水平长悬臂8、9度 9度；水平长悬臂8、9度 60m以上的高层建筑 60m以上的高层建筑；9度 ；水平长悬臂8度、9度
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§4.3
构件承载力计算
——层间侧移
二、舒适度的验算：
高度超过150m的高层建筑 ，规范规定按10年一遇的风荷载 取值计算顺风向和横风向结构顶点最大加速度
结构顶点最大加速度值满足：
高层建筑结构构件承载力按下式计算
不考虑地震作用组合：
0S R
考虑地震作用组合：
S E RE / RE
0 结构重要性系数，分别取1.1、1.0、0.9
RE 承载力抗震调整系数
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§4.4
重力二阶效应和结构稳定
一、重力二阶效应（即重力P – △效应） 二、结构稳定验算
二、楼板在自身平面内的刚性假 定
水平放置的楼板，在自身平面内的刚度很 大，可以视为刚度无限大； 平面外刚度很小，可以忽略 刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起 共同承受水平荷载
高层楼板平面内刚度很大，几乎不变形，同层各构件 水平位移相同，框架结构的各片框架的水平力可以按照抗 分配。 楼板平面外刚度不考虑，要满足楼板刚度无限大的计 算假定，楼面构造要保证楼板刚度无限大——现浇楼盖
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荷载分项系数的取值： 承载力计算 G (1) 永久荷载分项系数： 对结构不利： 可变荷载效应控制的组合： G ＝1.2 永久荷载效应控制的组合： ＝1.35 G G ＝1.0 对结构有利： Q ＝1.4 (2) 楼面活荷载分项系数 (3) 风荷载分项系数 Q ＝1.4 位移计算 以上各分项系数取值为1.0
一、结构分析的弹性假定
1、非抗震设计时（竖向和风） 2、抗震设计，多遇地震计算 计算的基本假定：高层建筑结构的内力和位移均按照弹性 方法计算，一般构件均采用弹性刚度，不必折减；一般不 考虑塑性变形影响。 非抗震设计：在竖向荷载和风荷载作用下，结构构件处于 弹性工作阶段 抗震设计：针对多遇地震作用，结构处于不裂的弹性阶段 注明：对于弹性计算内力较大的构件，截面配筋困难时， 可以考虑塑性重分布，大震不倒的要求主要靠构造措施保 证