高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第1章概述

1.1引言設(shè)計體制的問題：在建筑設(shè)計的方案階段，結(jié)構(gòu)工程師一般不投入工作。某些結(jié)構(gòu)工程師知識結(jié)構(gòu)的問題：注重細節(jié)而忽視總體方案。當前結(jié)構(gòu)設(shè)計模式的問題：規(guī)范＋一體化計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計程序結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)概念和結(jié)構(gòu)體系不感興趣，工作缺乏創(chuàng)造性限制和約束了業(yè)主所想要的空間形式和功能第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.2幫助建筑師開拓空間形式與功能有一定復(fù)雜性的工程設(shè)計，在建筑方案設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)工程師的參與是項目設(shè)計所必要的知識投入。在此階段，需要結(jié)構(gòu)工程師對結(jié)構(gòu)體系的總體認識，對結(jié)構(gòu)受力和變形特性的整體概念，也需要關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗和判斷力。第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-1】芝加哥第一國家銀行大樓業(yè)主向往在大樓整個底部有4～5層樓高的無柱大空間。結(jié)構(gòu)工程師和建筑師首次慷慨和充分的滿主了銀行家夢寐以求的底部大空間。第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-2】西爾斯大廈110層、442m高，束筒結(jié)構(gòu)（每個鋼框筒為22.86m×22.86m＝523㎡）結(jié)構(gòu)平面圖見書中圖2-24優(yōu)越性使風荷載的分布趨于合理；滿足了想租用整層樓房，而面積又不太大的客戶要求；提供了523㎡范圍內(nèi)無柱子的大空間；平均用鋼量159.5kg/㎡第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段與反饋（書中圖1-4）分階段設(shè)計；視方案設(shè)計階段的建筑空間形式為總結(jié)構(gòu)體系；重點突出總體系與主要分體系之間的最佳受力特征；在初步設(shè)計中重視運用近似計算來確認主要分體系和關(guān)鍵構(gòu)件的截面尺寸（本書第4章、第5章講）；在設(shè)計的主要環(huán)節(jié)和各階段之間注重反饋及優(yōu)化。方案設(shè)計階段——創(chuàng)造初步設(shè)計階段——優(yōu)化改進施工圖設(shè)計階段——出成果第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-3】法蘭克福商業(yè)銀行大樓（61層）招標書中要求：在三角形的建筑平面內(nèi)，必須有一邊是空中花園，而辦公區(qū)只能在另外兩側(cè)，并且在每層辦公區(qū)的任何位置上，辦公人員抬頭就能看見空中花園。建筑師的最初想法：將三角形建筑的正面從下到上全部設(shè)計成空中花園，而將兩側(cè)面設(shè)計成辦公區(qū)，并在大樓的中央設(shè)置核心筒。共同合作（有結(jié)構(gòu)工程師參加）的中標方案：在三角形大樓每一側(cè)都由6層辦公樓區(qū)后加插一個3層樓凈高的空中花園，大樓3個邊的空中花園按順時針方向往上盤旋錯層相接；取消核心筒，在建筑平面的3個角區(qū)設(shè)置角筒作為豎向交通通道。角筒—錯層空腹桁架結(jié)構(gòu)體系。初步設(shè)計階段的優(yōu)化：8層辦公樓區(qū)加插一個4層樓凈高的空中花園，以改進整體剛度和凈使用面積與總建筑面積的比率。書中圖1-9結(jié)構(gòu)工程師對設(shè)計的態(tài)度及其效果第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.3承載力、剛度、延性為主導(dǎo)的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

因而，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力問題突出水平作用效應(yīng)結(jié)構(gòu)底部傾覆力矩與其高度的平方成正比結(jié)構(gòu)頂部側(cè)移與其高度的4次方成正比第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四過大的側(cè)移對結(jié)構(gòu)造成危害，影響正常使用過明顯的擺動居住者感覺不舒服抗風要求結(jié)構(gòu)具有一定大的剛度第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四抗震結(jié)構(gòu)的剛度不宜過大（剛度大，自振周期小，地震作用大）。理想的抗震、抗風結(jié)構(gòu)：

1、應(yīng)具有一定大的剛度和必要的承載力，以抵御風荷載和多遇地震；

2、具有多道抗震防線，在結(jié)構(gòu)局部屈服后剛度降低，自振周期增大，地震作用減?。?/p>

3、具有足夠的延性耗能能力和良好的變形能力以抵御罕遇地震。第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-4】尼加拉瓜美洲銀行

由美籍學(xué)者林同炎教授于1963年設(shè)計，18層、61m高，首開多道防線、剛?cè)峤Y(jié)合的概念設(shè)計思想于工程實例之先河。柔性筒H/b≥74個邊長為4.6m的L形柔性筒（其H/b=13.3）通過每層的連梁組成一個11.6m×11.6的正方形核心筒（其H/b＝5），連梁中部開較大的孔洞。

第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四在風荷載和多遇地震下，核心筒具有足夠的剛度和承載力；在罕遇地震下，作為第一道防線的連梁屈服出現(xiàn)塑性鉸，4個L形柔性筒作為獨立的抗震單元，結(jié)構(gòu)剛度降低，自振周期增大，阻尼增加，地震作用減小，結(jié)構(gòu)仍具有預(yù)期的受力性能。震后情況：連梁剪切破壞，墻體未見裂縫。動力分析見書中表1-1。與尼加拉瓜美洲銀行相距不遠的尼加拉瓜中央銀行（平面布置見書中圖2-7）在此次地震中破壞慘重。第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四馬那瓜中央銀行大廈試問：那一幢破壞嚴重呢？馬那瓜美洲銀行大廈第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四尚需重視的一些基本原則

1、變復(fù)雜為簡單，即使結(jié)構(gòu)的受力與傳力途徑越簡單、越直接明確越好。

2、重視上部結(jié)構(gòu)與其支承結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）整體共同作用。如框支剪力墻的轉(zhuǎn)換梁及鋼砼高層建筑的箱基與伐基。

3、能夠有效增大高層建筑抗側(cè)力能力、而毋需增加更多成本的若干理念。

4、注意豎向構(gòu)件在建筑物自重作用下的壓縮變形問題。第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有唯一解

——全面、完整的理解規(guī)范在英國規(guī)范前言的最后一行告示：“遵守英國規(guī)范本身，并不意味給予豁免責任?！泵绹鴺蛄涸O(shè)計規(guī)范中也明確指出：“本規(guī)范無法取代設(shè)計人員所應(yīng)具有的專業(yè)教育和工程判斷的訓(xùn)練，所以僅在規(guī)范中規(guī)定了為保證公共安全的最低要求?！毙枰妗⑼暾睦斫庖?guī)范的兩個例子。第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-5】關(guān)于柱的軸壓比軸壓比的定義：軸壓比限值的實質(zhì)是柱子截面在大小偏心受壓界限破壞狀態(tài)下的軸壓比。抗震規(guī)范中所涉及到的影響軸壓比限值的因素：結(jié)構(gòu)類型、抗震等級、剪跨比、箍筋形式、柱中是否設(shè)芯柱。第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四影響軸壓比限值的因素還有：柱周邊縱向鋼筋的配筋率（成正比）；縱向鋼筋的強度（成反比）；柱截面形式（我國現(xiàn)行規(guī)范針對矩形截面柱，圓形截面柱的延性好于矩形截面柱）；砼強度等級（成反比）。可考慮適當上調(diào)軸壓比限值的情況：

1、考慮的余值適當提高軸壓比限值；

2、圓形截面可提高5％～10%;

可以進行上調(diào)的理由：

1、實際情況；

2、軸壓比限值的規(guī)定為抗震規(guī)范中的非強制性條文第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例1-6】關(guān)于部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)（帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)、底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)）規(guī)定條文的對象

由于功能要求，一些高層的轉(zhuǎn)換層設(shè)在6～10層，而“高規(guī)”的相應(yīng)條文針對的是8度不超過3層、7度不超過5層為部分框支剪力墻的情況，當有高位轉(zhuǎn)換層而照套規(guī)范條文時，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)偏于不安全。本書3.7.4也有此方面的論述。第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.5運用正確的判斷力把握設(shè)計

——對待結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的態(tài)度【例1-7】在某31層帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)換層位于第6層）的分析計算中，各軟件的表現(xiàn)。TBSA程序：將上部框支剪力墻假設(shè)為一根薄壁桿件和轉(zhuǎn)換梁構(gòu)成點變形協(xié)調(diào)，與實際受力情況差別太大，故取跨度為8.7m的轉(zhuǎn)換梁的截面高度為1.6m竟使梁嚴重超筋。SATWE程序：配筋量偏大且轉(zhuǎn)換梁內(nèi)無軸向拉力。若按此配筋，將導(dǎo)致配筋量大且轉(zhuǎn)換梁跨中附近有可能開裂。平面有限元程序：較符合實際受力情況，配筋量總體上少于SATWE的計算結(jié)構(gòu)。第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四在T.Y.Lin設(shè)計顧問有限公司，只能用計算機進行分項荷載的內(nèi)力分析，其結(jié)果經(jīng)上機工程師自校后交項目工程師校審，工程師再用手算進行最不利荷載組合的內(nèi)力計算和構(gòu)件截面配筋計算，然后項目工程師終審，再用CAD出圖。我國目前結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的主要問題：1、盲目信賴和依靠一體化計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計程序；2、一次性圖形輸入而無復(fù)校；3、設(shè)計軟件自身存在缺陷；4、尤其是在趕任務(wù)時，設(shè)計管理與校審制度不嚴。第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第2章高層建筑結(jié)構(gòu)體系及工程實例梁板水平構(gòu)件（樓、屋蓋體系，水平分體系）墻柱斜撐豎向構(gòu)件水平構(gòu)件豎向構(gòu)件豎向分體系抗側(cè)力體系豎向荷載水平構(gòu)件豎向構(gòu)件基礎(chǔ)地基水平荷載抗側(cè)力體系基礎(chǔ)地基第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四抗側(cè)力體系框架剪力墻框架—剪力墻或框架—筒體框架—核心筒框架—核心筒—伸臂筒中筒束筒巨型框架脊骨結(jié)構(gòu)第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.1框架結(jié)構(gòu)地震區(qū)的框架應(yīng)設(shè)計成延性框架；體型復(fù)雜的框架應(yīng)采用加強措施，并應(yīng)注意在復(fù)雜中尋求規(guī)則（書中圖2-1）；我國最高的鋼砼框架結(jié)構(gòu)為北京的長城飯店，18層，82.85m；由于框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，結(jié)構(gòu)高度增加將導(dǎo)致柱子截面過大，按我國《高規(guī)》、《高鋼規(guī)》給出的最大適用高度較經(jīng)濟合理。第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.2剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性較好，抗側(cè)剛度和承載力大，延性剪力墻抗震性能好（剪力墻的延性不及框架）。剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，樓、屋蓋一般不設(shè)梁，因而剪力墻的間距不能很大（3～8m），建筑空間受到限制，適用于住宅、旅館建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)墻密集，結(jié)構(gòu)剛度大，基本自振周期小，地震作用大，高度很大的剪力墻結(jié)構(gòu)并不經(jīng)濟。第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.3框架—剪力墻（筒體）和框架—支撐結(jié)構(gòu)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)兼有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、延性好和剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、承載力高的優(yōu)點；框架的變形為剪切型，剪力墻的變形為彎曲型，兩者協(xié)同工作，總變形為彎剪型，使層間變形沿高度表現(xiàn)均勻；框架—剪力墻結(jié)構(gòu)為雙重抗側(cè)力體系，剪力墻為第一道抗震防線，框架為第二道抗震防線，結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)注意區(qū)別框筒與框—筒框架—剪力墻結(jié)構(gòu)框架—筒體結(jié)構(gòu)第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四當高度增至40～50層時，多采用框架—筒體結(jié)構(gòu)，此時建筑多為塔式。在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，要注意剪力墻的合理數(shù)量。在本結(jié)構(gòu)中，要特別注意剪力墻布置，以免造成較大的偏心。框架—支撐結(jié)構(gòu)主要用于鋼結(jié)構(gòu)，支撐為桁架，桿件軸向受力，可充分發(fā)揮材料的性能。支撐有中心支撐和偏心支撐，抗震結(jié)構(gòu)多采用偏心支撐，并將水平桿件端部處理成耗能梁段。第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.4框架—核心筒結(jié)構(gòu)、框架—核心筒—伸

臂結(jié)構(gòu)框架—核心筒結(jié)構(gòu)：框架布置在周邊，筒體布置在中間。其受力與變形特點與框架—剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)相同，但《高規(guī)》將其歸入筒體體系?？蚣苤拈g距可達9m，外框架與核心筒之間的距離可達10m以上，故可獲得較大的使用空間。當建筑高度較大時，可在沿高度的適當位置設(shè)置伸臂，用于加強核心筒與框架的連接，則成為框架—核心筒—伸臂結(jié)構(gòu)。采用框架—核心筒—伸臂結(jié)構(gòu)的有名建筑頗多，如上海金茂大廈、深圳地王大廈及馬來西亞雙塔等。第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.5筒中筒結(jié)構(gòu)外筒的高寬比小，為剪切型變形；內(nèi)筒的高寬比大，為彎曲型變形。故筒中筒結(jié)構(gòu)也為雙重抗側(cè)力體系。值得注意的問題：外筒的剪力滯后現(xiàn)象（書中圖2-19）；樓板的厚度（太薄，不能保證足夠的平面內(nèi)剛度；太厚，結(jié)構(gòu)自重過大）。筒中筒適用于50層以上的建筑，為20世紀60～80年代高層建筑的主要體系，并影響了當時高層建筑的審美觀念—當時提出“樸素即為美?！蓖仓型餐馔玻嚎蛲不蜩旒芡矁?nèi)筒：實腹筒第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.6束筒結(jié)構(gòu)束筒結(jié)構(gòu)：兩個或兩個以上的框筒緊靠在一起成“束”狀排列。束筒中，增加了框筒的角柱數(shù)量，可明顯的減少剪力滯后。還可以通過束筒組成較為復(fù)雜的建筑平面（書中圖2-25）和建筑造型。著名的采用束筒體系的建筑有芝加哥的西爾斯大廈以及被毀于“9.11”事件的紐約世界貿(mào)易中心。我國目前尚未見束筒結(jié)構(gòu)的高層建筑，相關(guān)規(guī)范對此也無明確規(guī)定。第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.7巨型框架結(jié)構(gòu)巨型框架和束筒均可歸為多筒結(jié)構(gòu)。豎向荷載次結(jié)構(gòu)巨型梁巨型柱基礎(chǔ)體系地基水平作用巨型框架基礎(chǔ)體系地基第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四臺北101大樓（101層，屋頂高448m，塔桅頂高508m）采用巨型框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系。在26層及以下周邊設(shè)置8根大箱形鋼柱和12根小箱形鋼柱，從27層開始只剩8根大箱形鋼柱；內(nèi)筒由16根箱形柱與斜撐形成桁架筒；大致每8層設(shè)置1層樓高的巨型梁。為滿主舒適度要求，在87～92層之間設(shè)置懸掛式重力擺錘；為減小屋頂尖塔的鞭梢效應(yīng)，在498～505m之間設(shè)置兩組阻尼塊。第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.8結(jié)構(gòu)體系的適用范圍書中表2.2列出了各鋼筋砼結(jié)構(gòu)體系的適宜高度范圍。而“抗震規(guī)范”和“混凝土高規(guī)”中適用最大高度是指：規(guī)范或規(guī)程中各項規(guī)定所適用的房屋高度。當所用的結(jié)構(gòu)體系的高度超出規(guī)范或規(guī)程中適用最大高度時，應(yīng)進行超限審查并采用相應(yīng)的措施。規(guī)范或規(guī)程中有關(guān)高寬比限制的條文是一個經(jīng)驗性的參考規(guī)定，符合高寬比限制要求的建筑比較容易滿足位移限制條件，如能滿足層間位移限值及其他條件，對高寬比可適當放寬。第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.9高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系框架剪力墻框架—剪力墻（筒體）框架—核心筒框架—核心筒—伸臂框筒實腹筒桁架筒筒中筒束筒多筒巨型結(jié)構(gòu)脊骨結(jié)構(gòu)材料鋼鋼筋砼組合構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1、單種抗側(cè)力體系發(fā)展到雙（多）重抗側(cè)力體系2、由平面結(jié)構(gòu)向空間結(jié)構(gòu)發(fā)展3、平面桁架與空間桁架的應(yīng)用4、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)趨向周邊布置5、創(chuàng)造巨型結(jié)構(gòu)和脊骨結(jié)構(gòu)6、組合構(gòu)件和混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用7、高強、輕質(zhì)材料的應(yīng)用8、消能減震結(jié)構(gòu)的發(fā)展9、主動控制結(jié)構(gòu)第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第3章抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受力、變形特性概念

3.1雙重抗側(cè)力體系的受力和變形性能單種抗側(cè)力體系（靜定或延性差）一道抗震防線單種抗側(cè)力體系（超靜定且延性較好）多道抗震防線雙（多）重抗側(cè)力體系第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四雙重抗側(cè)力體系的特點由兩種受力和變形性能不同的超靜定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)組成，每種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)都是具有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接而協(xié)調(diào)工作。在地震作用下，當其中一種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)有所損傷時，另一種抗側(cè)力體系能夠承受較大的地震作用，它能夠與損傷的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)共同或單獨抵抗后期地震。第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.1.1框架－剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)在水平作用下，框架呈剪切型變形，剪力墻呈彎曲型變形，二者協(xié)調(diào)工作，整體結(jié)構(gòu)呈彎剪型變形。在上部，框架幫剪力墻；在下部，剪力墻幫框架。需注意，即使是在分布水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)頂部框架受正剪力，剪力墻受負剪力。影響框架－剪力墻結(jié)構(gòu)變形曲線形狀和框架與剪力墻間內(nèi)力分配比例的重要參數(shù)是剛度特征值，反映二者的相對剛度。當＝1～2.4時，二者的相對剛度較為適度。當然，同樣剛度和數(shù)量的剪力墻的布置也需要符合要求。第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4種情況

（1）當框架承擔的剪力不小于基底剪力的20％或框架最大層剪力的1.5倍（取二者中的較小值）時，可按框架－剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。（2）當剪力墻承擔的基本振型傾覆力矩小于總傾覆力矩的50％時，仍屬框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，但框架部分的抗震等級按純框架結(jié)構(gòu)確定，最大適用高度可比框架結(jié)構(gòu)適當增加。（3）當框架承擔的剪力達不到(1)中的要求時，不考慮框架的作用，按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。（4）當結(jié)構(gòu)中的剪力墻數(shù)量很少時，應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，但需要注意剪力墻對框架上部的不利影響。（1）、（2）為雙重抗側(cè)力體系；（3）、（4）為非雙重抗側(cè)力體系。第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.1.2筒中筒與框架－核心筒書中表3－1為筒中筒結(jié)構(gòu)與框架核心筒結(jié)構(gòu)（無樓板大梁）抗側(cè)剛度比較，可見，筒中筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度是框架－核心筒抗側(cè)剛度的3倍以上。書表中3－2為筒中筒結(jié)構(gòu)與框架核心筒結(jié)構(gòu)（無樓板大梁）內(nèi)力分配比較：在筒中筒結(jié)構(gòu)中，實腹筒分配72.6%的基底剪力，周邊框架分配66.0％的傾覆力矩；而在框架－核心筒中，周邊框架分配的基底剪力和傾覆力矩均較小。筒中筒結(jié)構(gòu)無疑屬雙重抗側(cè)力體系；而對于框架－核心筒結(jié)構(gòu)，需將外框架抵抗的剪力調(diào)整增大到0.2與1.5的較小值。增加框架－核心筒結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的有效方法是設(shè)連接外柱與內(nèi)筒的大梁，但將降低房間的凈高。第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.1.3混合的框架－核心筒結(jié)構(gòu)我國“高規(guī)”的混合結(jié)構(gòu)：鋼框架－鋼筋砼筒體、鋼骨砼柱－鋼筋砼筒體，此外還有鋼管砼柱－鋼筋砼筒體。“高規(guī)”對其提出了外框架承擔的剪力不能小于0.25與1.8較小值的規(guī)定，以保證其為雙重抗側(cè)力體系。書中圖3-10為鋼框架－鋼筋砼核心筒典型結(jié)構(gòu)剪力分配及調(diào)整分析。如各層剪力均按0.25取值，上部各層增加太多而沒有必要；如層剪力均取1.8，設(shè)計剪力有可能不到總剪力的10％。因此，書中建議：第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（1）8度區(qū)，各層框架的層剪力取0.25，為該層的層剪力。（2）6度區(qū)和非地震區(qū)，可以按非雙重抗側(cè)力體系設(shè)計，內(nèi)筒按承擔100％的層剪力設(shè)計，外框架可取0.1～0.15。（3）對于鋼框架－鋼筋砼核心筒結(jié)構(gòu)，由于：①周邊鋼框架的抗側(cè)、抗扭剛度??；②鋼框架與鋼筋砼內(nèi)筒之間徐變性能的差別，當高度很大時，產(chǎn)生明顯的豎向變形差，故應(yīng)注意建筑高度不能太大。（4）當剪力調(diào)整的幅度較大，需增大鋼柱截面而導(dǎo)致不經(jīng)濟時，可采用鋼骨砼土或鋼管砼柱框架。（5）當建筑較高或抗震設(shè)防烈度較高時，可采用鋼骨砼核心筒，以改善內(nèi)筒的延性。第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.2框架－核心筒結(jié)構(gòu)與板柱－筒體結(jié)構(gòu)的區(qū)別在受力與變形性能上：框架－核心筒為雙重抗側(cè)力體系；板柱－剪力墻（筒體）中的板柱結(jié)構(gòu)屬弱框架，板柱－剪力墻（筒體）為非雙重抗側(cè)力體系。在形式上：板柱－筒體結(jié)構(gòu)中無梁樓蓋的面積較大，無梁柱較多；而框架－核心筒結(jié)構(gòu)中的無梁柱少（書中圖3－11b中只有4根），也可能沒有無梁柱（如書中圖3－5b）。第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.3框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)受力和變形性能框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)：在框架－核心筒結(jié)構(gòu)中的某一層或幾層設(shè)置連接內(nèi)筒與外柱的伸臂，以增強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。伸臂使外柱產(chǎn)生更大的內(nèi)力而使內(nèi)筒彎矩減少，增強了結(jié)構(gòu)的剛度（書中圖3－13）。伸臂相當于有梁板體系框架－核心筒中的梁集中設(shè)置在結(jié)構(gòu)的一層或幾層，但設(shè)置伸臂梁在其所在層附近引起豎向構(gòu)件的內(nèi)力突變。而在有梁板體系框架－核心筒中，設(shè)置伸臂的作用并不明顯。第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)伸臂的優(yōu)點：增大框架中間柱軸力、增加剛度減少側(cè)移、減少內(nèi)筒彎矩

設(shè)伸臂的缺點：伸臂所在層的上下相鄰層的柱子內(nèi)力突變，柱易出現(xiàn)塑性鉸非地震區(qū)利大于弊；地震區(qū)，須慎重考慮

第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4加強層的概念1、伸臂加強構(gòu)件2、環(huán)向構(gòu)件3、腰桁架和帽桁架

加強層：以上三種加強構(gòu)件的一種或一種以上所在的層位。第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4.1伸臂設(shè)置的位置和數(shù)量（1）當只設(shè)一道伸臂時，最佳位置在距底部固定端以上（0.60～0.67）H之間。（2）設(shè)兩道伸臂的效果優(yōu)于一道伸臂，如果一道設(shè)置在0.7H以上，則另一道應(yīng)設(shè)置在0.5H處。（3）多道伸臂可沿高度均勻設(shè)置，設(shè)置多道伸臂時，會進一步減小位移，但位移減小量并不與伸臂數(shù)量成正比；設(shè)置的伸臂多于4道時，減少側(cè)移的效果基本穩(wěn)定，但可降低內(nèi)力突變。

第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4.2設(shè)置伸臂的效果和概念（1）在筒中筒結(jié)構(gòu)中，伸臂的作用與密柱深梁的空間作用重復(fù)，設(shè)置伸臂的作用較小，反而引起柱子內(nèi)力突變，因此一般不設(shè)伸臂。（2）在框架－核心筒結(jié)構(gòu)中，當為非地震區(qū)或烈度不高的地震區(qū)，用設(shè)置伸臂減小風荷載下的位移是較好的方案選擇；在中等或強烈度區(qū)，如層間位移滿足要求，則不設(shè)伸臂，如不滿足要求，應(yīng)慎重選擇伸臂的剛度和數(shù)量。（3）設(shè)置伸臂的方案：①設(shè)置一道剛度不太大的伸臂；②設(shè)置數(shù)道剛度不大的伸臂；③每層設(shè)置剛度較大的樓板大梁。以上方案應(yīng)根據(jù)具體情況經(jīng)方案比較確定。第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4.3伸臂的結(jié)構(gòu)形式和連接伸臂的結(jié)構(gòu)形式：實腹梁、桁架、空腹桁架，通常一層高?？紤]建筑和施工因素放在設(shè)備層或避難層

布置通道

便于安裝

以鋼桁架為優(yōu)

考慮到施工中外柱與內(nèi)筒的豎向變形差，伸臂應(yīng)一端固接于豎向構(gòu)件；另一端與豎向構(gòu)件臨時固定或采用橢圓孔連接，整個結(jié)構(gòu)施工完成后再固定。第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4.4環(huán)向構(gòu)件環(huán)向構(gòu)件：沿結(jié)構(gòu)周圍布置一層樓（或兩層樓）高的桁架，一般高層結(jié)構(gòu)布置一道，如果結(jié)構(gòu)很高，也可布置兩道或三道。環(huán)向構(gòu)件常與伸臂或腰桁架集中于加強層，而加強層又與設(shè)備層、避難層結(jié)合在一起，需要對外開敞，故環(huán)向構(gòu)件多采用桁架。環(huán)向構(gòu)件的基本作用是協(xié)調(diào)沿周圍豎向構(gòu)件的變形，減小豎向變形差。對于框筒，環(huán)向桁架可減少剪力滯后現(xiàn)象，因此在筒中筒和束筒結(jié)構(gòu)中，通常設(shè)置環(huán)向桁架而不設(shè)伸臂。在框架－核心筒結(jié)構(gòu)中，其減少側(cè)移的作用不如伸臂直接，通常不設(shè)環(huán)向桁架（也有設(shè)置的情況，如書中圖3－19a）。在框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)中，環(huán)向桁架常與伸臂結(jié)合以使柱子軸力均勻，且可減少伸臂的剛度。第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.4.5帽桁架和腰桁架為設(shè)置在內(nèi)筒與外柱之間的剛度很大的桁架，其主要作用是減少內(nèi)筒與外柱之間的豎向變形差。在30～40層的結(jié)構(gòu)中，一般在頂層設(shè)置一道桁架，稱其為帽桁架；當結(jié)構(gòu)高度很大時，也可同時在中間某層設(shè)置，稱其為腰桁架。帽桁架、腰桁架和伸臂的形式以及布置方式都相同，但主要作用不同，設(shè)計時，可考慮將二者相結(jié)合。第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.5筒中筒與框架－核心筒、框架－核心筒－

伸臂結(jié)構(gòu)設(shè)計概念的比較

書中表3－6對筒中筒結(jié)構(gòu)與框架－核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點進行了比較。筒中筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)、抗扭剛度很大，但對其結(jié)構(gòu)布置限制得較嚴格。而框架－核心筒結(jié)構(gòu)的布置限制得相對寬松，寬松并不意味著好把握，因此，對框架－核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題予以總結(jié)：第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（1）框架－核心筒外框架各構(gòu)件的截面不宜過小，以保證外框架承受剪力的能力，而使框架－核心筒成為雙重抗側(cè)力體系。對采用混合結(jié)構(gòu)的框架－鋼筋砼核心筒結(jié)構(gòu)，當非抗震和6度抗震時，可采用鋼框架并按單筒結(jié)構(gòu)設(shè)計；當為中等烈度和高烈度時，外框架采用鋼骨砼或鋼管砼柱較容易達到雙重抗側(cè)力體系的要求。（2）框架－核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)注意提高其抗扭能力（抗扭剛度和抗扭承載力）。（3）為保證框架－核心筒中核心筒的延性，核心筒可以開洞，并按強墻弱梁的原則設(shè)計墻肢，增加墻肢截面約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍。在對核心筒延性要求較高的情況下，可在核心筒縱橫相交處設(shè)置豎向鋼骨，在樓板標高處設(shè)置鋼骨暗梁，在連梁中設(shè)置配筋交叉斜撐或采用鋼連梁、鋼骨連梁。第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（4）框架－核心筒結(jié)構(gòu)的樓板內(nèi)可以布置大梁，也可不布置大梁，但周邊柱與梁必須剛接成框架。（5）框架－核心筒－伸臂結(jié)構(gòu)中，要求伸臂在平面上對稱布置，一般情況下兩個方向同時布置，但有時也可只有一個方向布置伸臂。（6）伸臂必須與同方向的剪力墻對齊（即布置在兩個方向剪力墻的交匯處），以便剪力墻承受伸臂傳來的彎矩和剪力。伸臂宜布置在減小位移有效的樓層，并與設(shè)備層、避難層等結(jié)合。第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.6框架和框筒結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接層（柱位的變化）上下柱在同一平面內(nèi)：實腹梁、桁架、拱

上下柱不在同一平面內(nèi)：實腹梁、桁架、斜撐

轉(zhuǎn)換第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.7底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念和轉(zhuǎn)

換層底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)

落地剪力墻框支剪力墻

框支柱框支墻

上部墻體轉(zhuǎn)換層（取一層剪力墻高度，內(nèi)力傳遞范圍不局限于這一層)

壓應(yīng)力分布區(qū)（拱）拉桿（托梁）

按承載力：弱層、薄弱層

按剛度：柔層、軟弱層薄弱層

框支剪力墻的框支層為軟弱層，在大地震中破壞嚴重。第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.7.2底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念（1）加強框支層剛度（詳見“高規(guī)”附錄E）。（2）提高框支層構(gòu)件的承載力，避免出現(xiàn)薄弱層（詳見“高規(guī)”第10.2條）。3.7.3轉(zhuǎn)換構(gòu)件托梁截面高度較小時采用框支柱上一部分剪力墻（加厚）

截面高度較大時（重量不宜過大，墻體破壞機制）

箱形結(jié)構(gòu)厚板空腹桁架（優(yōu)先考慮）

書中95頁的實例值得一看。第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.7.4關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)的高位轉(zhuǎn)換屬超限高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行超限審查。

結(jié)構(gòu)布置：加強轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)剛度；減小轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的重量和剛度結(jié)構(gòu)分析：屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用不少于兩個不同的力學(xué)模型并選用相應(yīng)的計算軟件進行多遇地震作用下的分析，還應(yīng)進行罕遇地震下的彈塑性變形分析；不要忽視高振型的影響。注意優(yōu)化調(diào)整

第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.8短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計概念短肢剪力墻：hw/bw=5～8注意區(qū)別下列情況：（1）連梁的跨高比不大的聯(lián)肢墻中的短墻肢不屬于短肢剪力墻；（2）L形截面或T形截面中一個方向的墻hw/bw<5～8,而另一方向的墻hw/bw>8時，也不屬于短肢剪力墻。當短肢剪力墻較多時（其承受豎向荷載的面積達到樓層面積的40％～50％以上），結(jié)構(gòu)潛在危險有兩方面：①當井筒出現(xiàn)問題后，短肢剪力墻可能隨之破壞；②當短肢剪力墻進入彈塑性階段，若其抵抗豎向荷載的能力失效且其承載面積較大時，有可能引起樓板連續(xù)倒塌。短肢剪力墻的加強措施：書中第100頁。

第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第4章樓蓋體系的方案選擇與整體初步設(shè)計4-1概述樓蓋體系（水平結(jié)構(gòu)分體系）的基本作用垂直方向：抗彎構(gòu)件（承受樓、屋面荷載）水平方向：隔板作用（連接豎向構(gòu)件）高層建筑結(jié)構(gòu)樓蓋體系設(shè)計需側(cè)重考慮的問題樓、屋面梁的高度樓蓋體系的自重抗傾覆力矩問題大跨度時用鋼桁架而不用實腹梁

第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四平板（無梁樓板）體系梁－板體系主－次梁體系雙向密肋或井字梁體系空間桁架體系水平分體系的分類

第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.2平板體系對于層數(shù)較多的高層建筑，在既可以采用平板體系也可以采用梁－板體系的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用平板體系。如一幢40層的高層建筑，在獲得相同樓層凈高的條件下，采用平板體系可較采用梁－板體系的總高度降低12m左右，這可以明顯降低水平作用對結(jié)構(gòu)的影響，或可以再增建3～4個樓層?？傊?jīng)濟效益顯著。平板體系的適用跨度和板厚

平板類型鋼筋砼平板預(yù)應(yīng)力砼平板跨度（m）4.5～7.27.2～13.5跨高比30～36≤45需設(shè)平托板的跨度（m）≥6≥10.5第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四【例4－1】預(yù)應(yīng)力砼平板的初步設(shè)計荷載平衡法：由林同炎教授于1963年提出，其基本思路是用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的等效荷載部分或全部平衡構(gòu)件或結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載。預(yù)應(yīng)力引起的等效荷載第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四本例平衡平板的全部恒荷載，即取則每m寬板帶需3255/9＝362（kN）

每m寬板帶需1860級無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù)：第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的布置形式（a）75％布置在柱上板帶，25％布置在跨中板帶；（b）一向為帶狀集中布置，另一向均布；（c）雙向均集中通過柱子布置；（d）一向按圖（a）布筋，另一向均勻布筋第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.3梁－板體系

4.3.1單向板－梁樓蓋書中表4－1分析了不同跨度長寬比的四邊支承板雙向受力狀況，提出當跨度長寬比大于或等于1.5的梁－板結(jié)構(gòu)可按單向板－梁設(shè)計（與砼規(guī)范有出入）。提出當L2/L1≥1.5時，在豎向構(gòu)件已滿足設(shè)計要求的情況下可取消短跨梁，有舊金山灣區(qū)坎那雷停車場實例。對連續(xù)多跨的等柱間距的框架梁，在豎向均布荷載作用下的最大正彎矩出現(xiàn)在邊跨，最大負彎矩位于第一內(nèi)柱的梁端，而邊柱內(nèi)側(cè)梁端的負彎矩最小。從占用結(jié)構(gòu)空間高度小和有較好的延性的角度出發(fā)，可采用寬扁梁。

第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2雙向板－梁樓蓋初步設(shè)計時可假設(shè)每個方向的梁大約承擔該方向總彎矩的2/3，而該方向的跨中2/3板帶約承擔總彎矩的1/3。還應(yīng)該注意梁和板的剛度比對內(nèi)彎矩的影響：隨著K的減小，跨中板帶的負彎矩會隨之減小，而正彎矩則會隨之增大；同時，邊緣板帶的正、負彎矩也都從剛性邊支承情況下的零彎矩值迅速加大。

梁截面寬度

梁截面高度

板的凈跨

板厚

第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3現(xiàn)澆梁板共同作用的設(shè)計概念1、彈性受力分析時框架梁的合理截面形式此問題在規(guī)范和設(shè)計軟件中已有所考慮。2、梁端負彎矩鋼筋的合理分布在設(shè)計時，一般不考慮框架梁翼緣板內(nèi)與梁肋平行的上、下層鋼筋共同參與梁正截面抗彎承載力的作用。這樣不僅多用鋼筋，也容易形成“強梁弱柱”現(xiàn)象。美國ACI318規(guī)范規(guī)定：應(yīng)將計算所需的負彎矩受拉鋼筋的一部分配置在梁的有效翼緣寬度或框架梁跨度的1/10梁側(cè)寬度范圍內(nèi)。第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.4主次梁體系主－次梁體系的優(yōu)點：（1）樓蓋平均折算厚度小，重量輕（與雙向密肋體系相當）。（2）開間大：經(jīng)濟適用跨度（9～12）m×（13.5～18）m；若有一個方向具有滿足抗彎和抗扭條件的邊梁，與其正交方向的跨度可以做到21～36m。（3）承載力高。（4）采用主－次梁樓蓋體系的框架結(jié)構(gòu)整體剛度大。（5）結(jié)構(gòu)受力清楚。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四柱網(wǎng)宜設(shè)計成矩形，以短跨為主梁，長跨為次梁，主、次梁跨度比取0.65～0.70，這樣易做到梁底平齊，以保證樓蓋的結(jié)構(gòu)高度為最小。在次梁方向與柱子相連的框架梁采用次梁的截面尺寸即可。4.4.1柱網(wǎng)與主、次梁的合理布局

第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.4.2邊跨的合理設(shè)計

前已敘及，在豎向荷載作用下，多跨框架的邊框架梁的內(nèi)力最大，若改變這種狀況，可采取如下方法：

1、有意識的將邊跨的跨度設(shè)計成比內(nèi)跨的跨度小15％～20％；

2、如果要求必須連續(xù)等跨，可在邊跨兩端增設(shè)一定長度的懸臂以減小邊跨跨內(nèi)的正彎距，懸臂的理論最優(yōu)長度為0.4L。第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.4.3單向密肋—主－次梁體的一種特殊形式單向密肋樓蓋的應(yīng)用實例（書中圖4－19）。一個方向的跨度可以達21～36m甚至更大。如建筑空間允許，可將單向密肋樓板設(shè)計成預(yù)制寬緣單T板（書中圖4－20）。要求邊支承梁具有較大抗彎和抗扭剛度，梁寬可采用包柱式。建議在邊支承框架梁的截面核心區(qū)內(nèi)施加不小于0.9N/mm2的有效預(yù)應(yīng)力。第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.5雙向密肋體系本書中的雙向密肋體系：整個樓蓋體系的梁截面高度相同，整個樓蓋作為雙向密肋體系。經(jīng)濟適用跨度：鋼筋砼雙向密肋，9～12m；預(yù)應(yīng)力砼雙向密肋，12～21m。雙向密肋體系的優(yōu)點：

1、其經(jīng)濟適用跨度在四種樓蓋體系（平板體系、梁－板體系、主－次梁體系與雙向密肋體系）中最大。

2、平均砼折算厚度最小。

3、結(jié)構(gòu)本身美觀性好，可不吊頂。第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四設(shè)計要點：

1、柱網(wǎng)開間最好接近方形；

2、當每跨在單向被分隔成5格或以上時，雙向密肋樓蓋的整體性能和彎矩分配可接近于平板樓蓋。

3、將位于柱頂?shù)木W(wǎng)格填實（書中圖4－21、4－22），構(gòu)成與梁同高的實心板，既可起到與平板相類似的抗沖切作用，也可減小與