第四章高层建筑结构设计
国开大学高层建筑施工第四章课后题答案
题目2支护工程勘察范围应根据回答及场地的岩土回答确定.题目3支护工程勘察的勘探点深度应根据基坑支护结构回答，且不宜小于回答开挖深度。
题目4支护工程勘察的勘探点间距应视回答而定.可在回答内选择.题目5深基坑工程勘察内容主要是回答勘察、回答勘察及回答等。
题目6深基坑支护结构应具有回答、回答和回答的作用。
题目7支护结构按照其工作机理和围护墙形式分为：回答、回答、回答和回答。
题目8题目9基坑支护结构计算方法主要有回答、回答和回答.题目12在有支护开挖的情况下,基坑工程包括哪些内容？反馈一般包括：①基坑工程勘察; ②基坑支护结构的设计与施工；③控制基坑地下水位; ④基坑土方工程的开挖与运输; ⑤基坑土方开挖过程中的工程监测；⑥基坑周围的环境保护。
题目13支护结构设计的原则是什么?反馈(1）要满足强度、稳定和变形的要求，确保基坑施工及周围环境的安全。
（2）经济合理在支护结构的安全可靠的前提下,从造价、工期及环境保护等方面经过技术经济比较，具有明显优势的方案。
（3)在安全经济合理的原则下,要考虑施工的可能性和方便施工题目14什么是基坑支护结构承载能力极限状态？反馈承载能力极限状态对应于支护结构达到最大承载能力或基坑底失稳、管涌导致土体或支护结构破坏,内支撑压屈失稳。
支护桩墙锚杆抗拔失效等。
题目15什么是基坑支护结构正常使用极限状态？反馈正常使用极限状态对应于支护结构的变形已破坏基坑周边环境的平衡状态并产生了不良影响，如引起周边相邻的建筑物倾斜、开裂；道路沉降、开裂;周边的地下管线沉降变形开裂等。
题目16基坑支护结构设计包括哪些内容？反馈①支护体系的方案技术经济比较和选型；②支护结构的强度、稳定和变形计算；③基坑内外土体的稳定性验算；④基坑降水或止水帷幕设计以及围护墙的抗渗设计;⑤基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对基础桩、邻近建筑物和周边环境的影响；⑥基坑开挖施工方法的可行性及基坑施工过程中的监测要求.题目17深基坑支护结构选型应遵循哪些原则?反馈支护结构选型应遵循原则：①基坑围护结构构件不应超出用地范围;②基坑围护结构的构件不能影响主体工程结构构件的正常施工；③基坑平面形状尽可能采用受力性能好形状，如圆形、正方形、矩形.题目18深基坑支护体系破坏主要哪几种模式？反馈墙体折断破坏；②整体失稳破坏；③④⑤⑥基坑隆起破坏；④⑤⑥踢脚失稳破坏;⑤管涌破坏；⑥支撑体系失稳破坏。
高层建筑结构设计-第4章-结构设计基本规定
高层建筑结构设计广西大学土木建筑工程学院贺盛第四章结构设计基本规定4.6 舒适度验算4.7 抗震设防类别4.8 抗震等级4.9 变形缝设置4.1 适用最大高度及高宽比4.2 结构布置的规则性4.3 承载力验算4.4 荷载效应组合4.5 变形验算本章重点➢掌握各类房屋的适用最大高度及高宽比➢掌握各类结构布置原则及规则性判别方法➢掌握荷载效应组合及承载力验算方法➢掌握变形验算方法➢了解舒适度验算方法➢掌握各类建筑抗震等级确定方法➢熟悉各种变形缝的类型及设置原则4.1 适用最大高度及高宽比结构设计首先需根据房屋高度、抗震设防、设防烈度等因素，确定一个与之匹配的、经济且合理的结构体系，以使结构效能得到充分发挥，材料强度得到充分利用。
《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高混规》）及《高层民用建筑钢结构设计规程》JGJ-2015（以下简称《高钢规》）规定了钢筋混凝土结构、钢结构及混合结构房屋建筑的最大适用高度。
将钢筋混凝土结构房屋划分为A与B级。
当房屋高度满足下表时，为A级。
当钢筋混凝土结构房屋高度不满足上表，但满足下表时，为B级。
当房屋高度不满足下表时，为超限高层建筑。
民用钢结构房屋的最大适用高度如下表所示。
表中筒体不包括钢筋混凝土筒。
混合结构房屋的最大适用高度如下表所示。
4.1.2 房屋建筑适用的高宽比房屋建筑适用的高跨比，是对结构刚度、整体稳定承载能力及经济合理性的宏观控制指标。
当结构设计满足承载力、稳定、抗倾覆、变形及舒适度等基本条件之后，仅从结构安全角度考虑，高宽比限值不是必须满足的。
高宽比主要影响结构设计的经济性。
钢筋混凝土结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
4.1.2 房屋建筑适用的高宽比钢结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
混合结构房屋建筑的适用高宽比如下表。
4.2 结构布置的规则性建筑平面可分为板式和塔式两大类。
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
高层建筑结构设计要求及荷载效应组合讲解
③ 偶然设计状况：适用于结构出现的异常情况，包括结 构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等；
④ 地震设计状况：适用于结构遭受地震时的情况，在抗 震设防地区必须考虑地震设计状况。
1.1、持久设计状况和短暂设计状况下（无地震作用组合） 当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，按下式：
压区高度 材料变形能力 塑性变形中不能剪坏
计算和构造
我国《规范》依据设防分类、设防烈度、结构类型、 房屋高度，划分了结构的抗震等级。一级要求最高，延性 很好，二级、三级次之，四级要求最低。
不同抗震等级，对应不同的延性要求。设计时采取不 同的计算和构造措施。
对钢筋混凝土结构，如下表所示：
抗震设防标准：
⑵不利方面：出现塑性变形，意味着混凝土构件要出 现塑性铰、较大的裂缝和永久变形。会影响到结构的稳定。
结构的继续使用需要修复。
从抗震角度来看，出现超过设防烈度的地震是不可避 免的，结构应该具备足够的塑性变形能力。
但是结构过早地出现塑性变形也是十分不利的。结构 在小震、甚至风荷载作用下就出现塑性变形，必然导致裂 缝和变形过大，将影响到建筑物的正常使用。
结构顶点最大加速度
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆
alim (m / s2 )
0.15 0.25
2、楼盖竖向振动加速度限值
《高层规程》中规定楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz， 竖向振动加速度不应超过下表的限值。
2.4、稳定性与抗倾覆
结构整体稳定性是高层建筑设计的基本要求。研究表 明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整 体丧失稳定的可能性很小。稳定性设计主要是控制在风荷 载或水平地震力作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-Δ） 不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。
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。
完整word版,高层建筑结构设计_苏原_第4章习题
第四章4.1 承载力验算和水平位移限制为什么是不同的极限状态？这两种验算在荷载效应组合时有什么不同？答：(1)高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。
我国《建筑结构设计统一标准》规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载效应组合得到的构件最不利内力进行构件截面承载力验算。
水平位移限制是正常使用极限状态，主要原因有：要防止主体结构开裂、损坏；防止填充墙及装修开裂、损坏；过大的侧向变形会使人有不舒适感，影响正常使用；过大的侧移会使结构产生附加内力（P-Δ效应）。
(2)承载力验算是极限状态验算，在内力组合时，根据荷载性质的不同，荷载效应要乘以各自的分项系数和组合系数。
对于水平位移限制验算，要选择不同方向的水平荷载（荷载大小也可能不同）分别进行内力分析，然后按不同工况分别组合。
4.2 为什么高而柔的结构要进行舒适度验算？答：因为高而柔的结构抗侧刚度较小，在风荷载作用下会产生较大的侧向加速度，使人感觉不舒适，因此要进行舒适度验算，按重现期为10年的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度，使其满足规范要求。
4.3 P-△效应计算与结构总体稳定的含义有何不同？答：P-△效应是指在水平荷载作用下，出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又增大侧移，这是一种二阶效应。
在高层建筑结构设计中，一般所说的考虑P-△效应即是进行结构的整体稳定验算，但结构的整体稳定验算还包括结构仅在重力作用下，出现的丧失稳定问题，不过这种情况出现的很少。
4.4 延性和延性比是什么？为什么抗震结构要具有延性？答：(1)延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。
(2)当结构设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构承载力的要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震，则必须有足够大的承载力抵抗地震。
高层建筑结构设计要求及荷载效应组合 ppt课件
1.1、持久设计状况和短暂设计状况下（无地震作用组合） 当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，按下式：
Sd G SGK L Q Q SQK W W SWK
Sd — 荷载组合的效应设计值；
SGK 、SQK 、SWK — 永久荷载、楼面活荷载、风荷载标准值；
G、 Q、 W — 分项系数；
对框架结构，当轴压比＜0.40时，可将表中数值提高 10％；当柱子全高的箍筋构造采用比本规程中框架柱箍筋 最小配箍特征值大30％时，可将表中数值提高20％，但累 计不宜超过25％。
2.3、舒适度要求
第四章 荷载效应组合及设计要求
ppt课件
1
主要内容
1
荷载效应组合
2
高层结构的设计要求
pptቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件
2
无地震作用 有地震作用
1
荷载效应组合
竖向荷载：结构、填充墙、装修等自重和楼面使用荷载、 雪荷载； 水平荷载：风荷载和地震作用。 按照概率统计和可靠度理论把各种荷载效应按一定规律组合。
ppt课件 3
几个概念：
u p [ p ]h
△up——层间弹塑性位移；
层间弹塑性位移角限值
h——层高；
——层间弹塑性位移角限值，按下表采用： p
结构类别
框架结构 框架—剪力墙结构、框架—核心筒结构、板柱—剪力墙结构
[ p ]
1/50 1/100
剪力墙结构和筒中筒结构
ppt课件 除框架外的转换层
1/120
19 1/120
钢筋混凝土构件的承载力抗震调整系数RE
型钢（钢管）混凝土构件的承载力抗震调整系数RE
ppt课件
12
钢构件承载力抗震调整系数RE
高层建筑结构设计3
C.小开口整体墙及独立墙肢近似计算方法
（1）小开口整体墙-洞口较窄而墙肢较宽
当门窗洞口稍大一些，墙肢应力中已出现局部弯矩，但局部弯矩的 值不 超过整体弯矩的15％时，可以认为截面变形大体上仍符合平面 假定按材料力学公式 计算应力，然后加以适当的修正。这种墙叫小 开口整体墙。 小开口墙的内力和应力分布特点
第四章剪力墙内力与位移的计算
• • • • 整体墙计算方法 多肢墙的连续化计算方法 小开口整体墙及独立墙肢近似计算方法 带刚域框架计算方法
Hale Waihona Puke 第一节 剪力墙结构的计算图和计算方法 一、基本假定 1. 楼板在其自身平面内刚度很大，可视为刚度无限大的刚性楼板， 而在平面外， 则由于刚度很小，可忽略不计， 这样楼板将各榀剪 力墙连成一体，在楼板平面内没有 相对变形，在剪力墙结构受水平 荷载后，楼板在其平面内作刚体运动，并把水平作用的 外荷载向各 榀剪力墙分配。 2．各榀剪力墙在其自身平面内的刚度很大；而相对来说，在其平 面外的刚度相 小，可忽略不计。换言之，在外水平荷载作用下，各 榀剪力墙结构受到的与自身平面垂 直的力是很小的，可忽略不计； 只承受在其自身平面内的水平力。这样，可以把不同方 向的剪力墙 结构分开，作为平面结构来处理。
a墙肢中大部分层都没有反弯点；
b截面上正应力分布接近于直线分布。
（2）独立墙肢计算方法
D带刚域框架计算方法
在联肢墙中，当洞口较大，连梁刚度接近或大于墙肢刚度时，可以 按带刚域框架计算 简图进行内力及位移分析。这种联肢墙的性能已 按近框架，大部分层的墙肢具有反弯点。 它具有宽粱、宽柱，它的 梁、柱相交部分面积 大、变形小，可以看成“刚域”。 可以把梁、 墙肢简化为杆端带刚域的变截面杆件，假定刚域部分没有任何变形， 因此称为带刚域框架，有时也称为壁式框架。
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（1）框架-剪力墙结构的受力特点
框架-剪力墙的协同作用
（2）框架-剪力墙结构的优点
4、筒体结构
（1）筒体结构受力变形特点
（三） 高层建筑结构设计的一般 原则
30
1、体型
• 高层建筑的体型主要有板式和塔式两类。板式高层建筑的 进深较浅，自然采光、通风较好，使用方便，但抗侧力能 力较差。塔式高层建筑的抗侧移能力比板式的好。 • 塔式高层建筑平面的四种基本形式：圆形、方形、矩形、 三角形
6
4 高层建筑结构受力特点
高层建筑结构受力特点与多层建筑结构的主要区别， 是侧向力成为影响结构内力、结构变形及建筑物 土建造价的主要因素。在高层建筑结构中，竖向 荷载的作用与多层建筑相似，柱内轴力随层数的 增加而增大，可近似的认为轴力与层数呈线性关 系。 水平向作用的风荷载或地震作用力可近似为呈倒三 角分布： （1）弯矩与结构高度的3次方成正比； （2）结构顶点的侧向位移与高度的4次方成正比。
• 高层建筑的高度一般是指从室外地面至主 要屋面的距离，不包括突出屋面的水箱、 电梯间、构架等高度机地下室的埋置深度。
4
2 高层建筑的特点
2 . 高层建筑的特点(包括有利的和不利的) ：
（1）建造高层建筑可以获得更多的建筑面积，可以部 分解决城市用地紧张和地价高涨的问题。 （2）建造高层建筑比多层建筑能够提供更多的空闲地 面，可将这些空闲地面用作绿化和休息场地。 （3）可以缩小城市的平面规模，缩短城市道路和各种 公共管线的长度，从而节省城市建设与管理的投资。 （4） 高层建筑中的竖向交通一般由电梯来完成，这样 就会增加建筑物的造价。 （5）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。
5
3 高层建筑结构的发展概况
3 . 国外高层建筑的发展一般划分为三个阶段：
– 第一阶段，在19世纪中期之前，欧洲和美国一般只能建 造层数6层左右的建筑，其主要原因是缺少材料和可靠 的垂直运输系统。 – 第二阶段，从19世纪中叶开始到20世纪50年代，美国 于1885年兴建了世界上第一幢高层建筑——芝加哥家 庭保险公司大楼。 – 第三阶段，从20世纪50年代开始，高层建筑进入一个 新的发展时期，高层建筑出现多种结构体系。1974年 美国建成芝加哥西尔斯大厦，其高度居世界最高水平达 20年。到了20世纪80年代，高层建筑虽然在高度上未 有新的突破，但其风格有了新的变化，并酝酿着更高建 筑。
第四章 高层建筑结构结构设计
第4章 绪论
（一） 高层建筑概述 （二）高层建筑的结构类型 （三） 高层建筑结构设计的一般原则 （）
2
（一） 高层建筑概述
3
1 高层建筑概述
1 . 什么是高层建筑？
– 我国《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3— 2002）定义：10层及10层以上或H≥28m的建筑物为高 层，并按结构形式和高度的不同分为A级和B级两类。 建筑物高度超过100m时，不论住宅建筑或公共建筑， 均为超高层建筑。
I
I
j
• 墙肢轴力：
N
j
0 . 85 MA j y j / I
Aj Aj
• 墙肢剪力： Vj V 底层: 其他层剪力：V V 1 (
i p
Ai Ai
2
Ii
) Ii
5.2.2
整体小开口剪力墙的计算
Ai I i
AjI
j
整体弯曲 ＋ 独立墙肢弯曲
最终墙肢弯曲 正应力
5.2.2
整体小开口剪力墙的计算
2、结构平面布置
• （1）基本要求
不规则平面示例
（2）变形缝的设置
(b) (d) (f)
(a) (c) (e)
(a)
(b) (c)
(d) (e)
3、结构竖向布置
对抗震不利的结构竖向布置
结构竖向收进和外挑示意图
（四） 剪力墙结构
47
1、剪力墙的布置原则
2、剪力墙结构平面协同工作分析
3、剪力墙分类
4、单榀剪力墙的受力特点
5.2.1
• 位移计算 = 弯曲变形 + • 位移计算：
整体墙的计算
剪切变形
5.2.1
整体墙的计算
1 . 判别条件：洞口<15％；或双肢α<1，成2个独立墙。 2 . 内力计算：按竖向悬臂杆（材料力学方法） • （1）无洞口情况 以均布荷载为例 底部截面内力： 位移： 顶点： ＝
Байду номын сангаас
• 个别小墙肢局部附加弯矩： M ij V ij h 0 / 2 连梁剪力可由上、下墙肢的轴力差计算。
3 . 侧移计算
整体小开口墙顶点侧移＝（整体墙顶点侧移公式）×1.2
4 . 等效刚度
整体小开口墙等效刚度＝（整体墙等效刚度）× 0.8
5.2.1
整体墙的计算
• 上述等效刚度计算差别并不大，工程上一般近似地取平均 值，并取G=0.42E，则等效刚度可统一为：
EI
eq
EI
w
9I w /1 2 Aw H
• 总水平荷载按等效刚度分配到各片墙
5.2.2
整体小开口剪力墙的计算
小开口整体墙的特点: 剪力墙上的门窗洞口规则成列布置,开洞面积超过 墙体总面积的16%，但总的来说还没有大到破坏剪力 墙的整体性程度。 1. 内力计算 Ij Ij • 墙肢弯矩： M j 0 . 85 M 0 . 15 M
7
5 高层建筑水平位移和加速度的限制
8
A、弹性层间位移角限制
表4-1
B、弹塑性位移验算
表4-2
C、舒适度要求
表4-3
表4-4
（二） 高层建筑的结构类型
13
1、框架结构
（1）框架结构受力特点
（2）框架结构的优缺点
2、剪力墙结构
（1）剪力墙受力特点
（2）剪力墙的优缺点
3、框架-剪力墙结构
Af
5.2.1
（b）等效惯性矩
Iw
整体墙的计算
Iw
I h h
wj j
j
I
j
hj
剪力墙沿竖向各段的惯性矩； 各段相应的高度。
5.2.1
整体墙的计算
(d)等效刚度
EI
eq
(c)侧移计算 • 顶部集中力 • 均布荷载 • 倒三角荷载
U 1 V 0H 3 EI
eq 3
EI
w
3 EI w /1 2 GA w H
4 EI w /1 2 GA w H
U
1 V 8
0
H
eq
3
EI
eq
EI
w
EI
U
11 V 0 H 60 EI
eq
3
EI
eq
EI
w
3 . 64 EI w /1 2 GA w H
μ——剪力不均匀系数，矩形截面取1.2，形截面为全面 积/腹板面积，T形截面查表。
EI
M qH 2
2
1 V0 H 8 EI EI
eq
3
eq
eq
/( 1
4 EI H GA
2
)
5.2.1
整体墙的计算
• （2）有洞口情况 （a）洞口截面面积的削弱： 等效截面面积： A w 0 A 洞口削弱系数： 0
1 1 . 25 A0 p / A f
A op
剪力墙洞口总立面面积 剪力墙立面总墙面面积