简化版高层建筑结构的近似计算方法

第五章 高层建筑结构的近似计算方法 主要内容： 重 点、难点：

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5.1 框架结构的近似计算方法 5.2 剪力墙结构的近似计算方法 5.3 框架-剪力墙结构的近似计算方法 5.4 扭转近似计算 本章重点介绍了框架在竖向荷载作用下的内力计算方法 (分层法)与水平荷载作用下的内力计算方法(D值法)以及框架的

变形及稳定验算，剪力墙结构中介绍了剪力墙的分类界限及其 受力特点，重点介绍了(小开口)整体墙，联肢墙在水平荷载作 用下的内力与侧移计算方法。框-剪结构中重点介绍了框架与 剪力墙的协同工作计算方法。主要内容

第五章 高层建筑结构的近似计算方法

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5.1.3 水平荷载作用下框架侧移的近似计算高层结构要控制侧移，对框架结构来讲，侧移控制有两部分：一是 结构顶点侧移的控制，目的是使结构满足正常使用的要求；二是结构层 间侧移的控制，防止填充墙出现裂缝。 一、框架结构在水平荷载下的侧移特点 为了了解框架结构在水平荷载下的侧移特点，我们先来看图示悬臂 柱在均布水平荷载下的侧移。悬臂柱的侧移由以下两部分组成： 1、弯曲变形产生的顶点侧移 框架可以看成是一根空腹的悬臂柱，该悬臂柱的截面高度为框架的跨度， 如图所示。该截面弯矩是由柱轴力组成，截面剪力由柱剪力组成。

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该截面弯矩是由柱轴力组成，截面剪力由柱剪力组成。框架梁、柱的弯曲 变形是由柱子的剪力引起，相当于空腹悬臂柱的剪切变形。在楼层处水平荷载 作用下，如果只考虑梁柱构件的弯曲变形产生的侧移，则侧移曲线与空腹悬臂 柱的剪切变形曲线一致，故框架结构在水平荷载下的弯曲变形曲线为剪切型。 如果只考虑框架柱子轴向变形产生的侧移，则它与实腹悬臂柱的弯曲变形曲线 一致，由此可知框架结构由柱子轴向变形产生的侧移为弯曲型。 也就是说，框架结构在水平荷载作用下产生的侧移由两部分组成：弯曲变 形和剪切变形。在层数不多的情况下，柱子轴向变形引起的侧移很小，常常可 以忽略。在近似计算中，只需计算由梁、柱弯曲变形产生的侧移、即所谓剪切 型变形。在高度较大的框架中，柱子轴向力较大，由柱子轴向变形引起的侧移 已不能忽略。两种变形叠加以后，框架侧移曲线一般仍以剪切型为主。

第五章 高层建筑结构的近似计算方法二、梁、柱弯曲变形产生的侧移

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框架柱抗推刚度的物理意义就是柱顶相对柱底产生单位水平侧移时所 需要的柱顶水平推力，即柱子剪力。因此，由梁、柱

弯曲变形产生的层间 V pj 侧移可以按照下式计算: M j j 层层剪力； Dij 式中，V pj ——第

jM ——第 j 层层间侧移；Dij ——第 j 层第根柱子的剪力。各层楼板标高处侧移绝对值是该层以下各层层间侧移之和。框架顶点由梁、 柱弯曲变形产生的侧移为所有层层间侧移之和。 第 j 层侧移

M j i 1

j

M i

三、柱轴向变形产生的侧移

顶点侧移 jMM n j 1

n

在水平荷载作用下，对于一般框架来讲，只有两根边柱轴力较大，一 侧为拉力，另一侧为压力。中柱因柱子两边梁的剪力相近，轴力很小。为 了简化，忽略内柱轴力，由柱轴向变形产生的侧移只考虑两边柱的贡献。

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主要内容(教材P98~116) 重 点、难点：剪力墙结构布置与基本假定 剪力墙结构平面协同工作分析简介 剪力墙在竖向荷载下的内力计算方法 整截面墙的内力和位移计算结构分类和分析方法

整体小开口墙的内力和位移计算双肢墙的内力和位移计算 多肢墙的内力和位移计算 壁式框架的内力和位移计算 剪力墙分类的判别受力特点对比和计算参数判别

剪力墙结构的近似计算方法

第五章 高层建筑结构的近似计算方法 6.1.2 剪力墙的布置原则

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1)宜沿主轴方向双向或多向布置，不同方向的剪力墙宜联结在 一起，应尽量拉通、对直；抗震设计时，宜使两个方向侧向刚度 接近；剪力墙墙肢截面宜简单、规则。 2)剪力墙布置不宜太密，使结构具有适宜的侧向刚度；若侧向 刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。 3)剪力墙宜自下到上连续布置，避免刚度突变。 4)剪力墙长度较大时，可通过开设洞口将长墙分成若干均匀的 独立墙段。墙段的长度不宜大于8m。

5)剪力墙洞口的布置会极大地影响其力学性能。剪力墙的门窗 洞口宜上下对齐，成列布置。宜避免使用错洞墙和叠合错洞墙。

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6)当剪力墙与平面外方向的梁连结时(会造成墙肢平面外弯 矩，而一般情况下并不验算墙的平面外刚度和承载力),可加强 剪力墙平面外的抗弯刚度和承载力(可在墙内设置扶壁柱、暗柱 或与钢梁相连的型钢等措施);或减小梁端弯矩的措施(如设计 为铰接或半刚接)。7)短肢剪力墙是指墙肢截面长度与厚度之比为5~8的剪力墙， 由于其有利于减轻自重和建筑布置，在住宅建筑中应用较多，但 短肢剪力墙抗震性能差，地震区应有经验不多，为安全起见，

《高规》规定，高层结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结

构。短肢剪力墙结构的最大适用高度应适当降低。

第五章 高层建筑结构的近似计算方法 6.1.3 剪力墙结构计算的基本假定

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当剪力墙的布置满足间距条件时，其内力计算可以采用以下基本假定： 1、楼板在自身平面内刚度为无穷大，在平面外刚度为零。在高层建筑中， 由于各层楼面的尺寸较大，再加上楼面整体性能好，楼板在平面内的变形 刚度很大,而在楼面平面外，楼板对剪力墙的弯曲、伸缩变形约束作用较弱 因而将楼板在平面外的刚度视为零。在此假定下，楼板相当于一平面刚体 在水平力作用下只作平移或转动，从而使各榀剪力墙之间保持变形协调。 2、各榀剪力墙在自身平面内的刚度取决于剪力墙本身，在平面外刚度为零。 也就是说，剪力墙只能承担自身平面内的作用力。在这一假定下，就可忽 略结构纵向和横向之间的空间联系，将空间的剪力墙结构作为一系列的平 面结构来处理，使计算工作大大简化。当然，与作用力方向相垂直的剪力 墙的作用也不是完全不考虑，而是将其作为受力方向剪力墙的翼缘来计算。 3、当力的作用线通过该结构的刚度中心时，楼板只产生侧移，不产生扭转。 水平力将可按各榀剪力墙的抗侧移刚度向各剪力墙分配。

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6.2 剪力墙结构平面协同工作分析— 内力在各榀剪力墙之间的分配

1)在竖向荷载作用下，各片剪力墙承受的压力可近似按各肢 剪力墙负荷面积分配；2)在水平荷载作用下，各片剪力墙承受的水平荷载可按结构

平面协同工作分析(一种简化分析方法), 即研究水平荷载在 各榀剪力墙之间分配问题。

剪力墙结构平面图

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6.2.1 剪力墙的分类及受力特点1 . 按墙肢截面长度与宽度之比分类：

h b < 3: 柱(一般不大于4) h b =3~5: 小肢剪力墙

h b =5~8: 短肢剪力墙

普通剪力墙 墙截面和常见异形柱截面形式(柱宽即为墙厚) 如下图所示：

h b > 8:

墙截面

常见异形柱截面形式

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