高層建築結構設計和計算

書名：高層建築結構設計和計算（第2版）（上冊）

書號：9787302300380

作者：包世華、張銅生

定價：69元

出版日期：2006-1-15

出版社：清華大學出版社

鑒於建築結構規範和規程新一輪的全面修訂和近年來高層建築結構的迅猛發展。本書也進行了全面的修訂和內容的增補及更新，以適應新形勢下教學和工程設計的需要。

第2版仍保留原書根據內容和要求的不同，分為上、下兩冊的做法。上冊為基礎內容冊，共10章，是為學生和工程技術人員學習和了解高層建築混凝土結構的基礎內容而編寫的，可作為普通高等學校的教材，同時也可作為初學者的參考用書。下冊為提高、深入的專題冊，共8章，可供大學生、研究生、教師和工程技術人員作為深入研究、提高的學習材料以及專題參考資料。

第2版主要改動的地方有下面幾個方面：

1. 與《高層建築混凝土結構技術規程》 (JGJ 3-2010）有關內容的修訂。

(1) 前8章中有關設計和構造等的內容，全部按《高層規程》進行了改寫，包括其中的例題全按新規程進行了改算。

(2) 第2章中補充了高層建築結構抗震性能設計和抗連續性倒塌設計的概念等，以及重力二階效應和整體穩定的內容。

(3) 第5章中增加了5.7節框架-剪力牆結構平面為斜向布置的近似計算，和5.8節框架-剪力牆-薄壁筒斜交結構的彎扭耦連計算。這些內容是從原第10章移過來的。

(4) 為說明我國近10年內高層建築發展的迅猛狀況，收錄了內地超過200m以上71幢高樓。

2. 將原第16章高層建築空間彈塑性動力分析內容重新梳理、編排，並增加了編者及其研究團隊的研究成果，組成新增加的第17章隔震結構空間彈塑性動力分析和第18章消能減震結構空間彈塑性分析。這些都是高層建築結構設計中大家關注的問題，也是高層建築結構研究的前沿課題。介紹了HBTA程序的不同版本。並有兩個實際工程的詳細算例。

3. 由於下冊的篇幅過大，將原在下冊的第9、10兩章移入了上冊。

本書上冊由包世華編寫。下冊由包世華、張銅生共同編寫；第11～14章由包世華編寫，第15～18章由張銅生編寫。書中難免存在不妥之處，歡迎讀者批評指正。

包世華2012年8月於清華園

第1章 高層建築結構體系與布置1

1.1 高層建築的發展與特點1

1.1.1 高層建築的發展1

1.1.2 高層建築的特點10

1.1.3 高層建築的結構類型11

1.2 高層建築的結構體系12

1.2.1 框架結構體系12

1.2.2 剪力牆結構體系14

1.2.3 框架-剪力牆結構（框架-筒體結構和板柱-剪力牆結構）體系19

1.2.4 框筒和筒中筒結構22

1.2.5 多筒體系--成束筒及矩形框架結構27

1.2.6 各種結構體系適用的最大高度和適用高度範圍28

1.3 結構總體布置30

1.3.1 控制結構高寬比（H/B) 30

1.3.2 結構的平面布置31

1.3.3 結構的豎向布置34

1.3.4 縫的設置與構造36

1.3.5 高層建築樓蓋41

1.3.6 基礎形式及基礎埋置深度42

思考題44

第2章 荷載作用和結構設計要求46

2.1 風荷載46

2.1.1 單位面積上的風荷載標準值46

2.1.2 總風荷載52

2.2 地震作用的特點和抗震設計目標54

2.2.1 地震作用的特點54

2.2.2 抗震設防標準、抗震設計目標和二階段設計方法55

目 錄高層建築結構設計和計算（第2版）（上冊） 2.3 地震作用的計算方法57

2.3.1 設計反應譜曲線57

2.3.2 等效地震力計算方法61

2.3.3 豎向地震作用計算65

2.3.4 反應譜方法的優缺點69

2.4 結構的自振周期70

2.4.1 剛度法求多自由度體系周期和振型的概念70

2.4.2 周期的近似計算72

2.5 荷載效應組合74

2.6 結構設計要求76

2.6.1 承載能力的驗算76

2.6.2 側向位移限制和舒適度要求77

2.6.3 高層房屋的抗震等級和抗震措施79

2.6.4 罕遇地震作用下的變形驗算80

2.7 結構抗震性能設計和結構抗連續倒塌設計的概念82

2.7.1 結構抗震性能設計82

2.7.2 結構抗連續倒塌設計的概念84

2.8 重力二階效應和結構的穩定85

2.8.1 重力二階效應85

2.8.2 高層建築結構的整體穩定86

2.9 高層建築結構計算的基本假定、計算簡圖和計算要求87

2.9.1 彈性工作狀態假定87

2.9.2 平面抗側力結構和剛性樓板假定下的整體共同工作87

2.9.3 風荷載和地震作用的方向89

思考題89

習題90

第3章 框架結構的內力和位移計算92

3.1 多層多跨框架在豎向荷載作用下的近似計算--分層計演演算法92

3.2 多層多跨框架在水平荷載作用下內力的近似計算--反彎點法95

3.3 多層多跨框架在水平荷載作用下的改進反彎點法--D值法102

3.3.1 柱側移剛度D值的計算102

3.3.2 確定柱反彎點高度比104

3.4 多層多跨框架在水平荷載作用下側移的近似計算114

3.4.1 樑柱彎曲變形產生的側移115

3.4.2 柱軸向變形產生的側移120

思考題124

習題125

第4章 剪力牆結構的內力和位移計算126

4.1 剪力牆結構的計算圖和計算方法126

4.1.1 剪力牆結構的計算圖--水平荷載下剪力牆的計算截面126

4.1.2 剪力牆的受力特點和計算方法129

4.2 整體牆和小開口整體牆的計算131

4.2.1 整體牆的計算131

4.2.2 小開口整體牆的計算133

4.3 雙肢牆的計算140

4.3.1 連續連桿法的基本假設140

4.3.2 力法方程的建立141

4.3.3 基本方程的解145

4.3.4 雙肢牆的內力計算147

4.3.5 雙肢牆的位移與等效剛度154

4.4 關於牆肢剪切變形和軸向變形的影響以及各類剪力牆劃分判別式的討論157

4.4.1 關於牆肢剪切變形和軸向變形的影響157

4.4.2 關於各類剪力牆劃分判別式的討論158

4.5 多肢牆的計算162

4.5.1 基本方程的建立162

4.5.2 微分方程的解166

4.5.3 約束彎矩分配係數ηi166

4.5.4 內力和位移計算公式168

4.5.5 雙肢牆、多肢牆計算步驟及計算公式匯總170

4.6 壁式框架在水平荷載作用下的近似計算176

4.6.1 計算圖及其特點176

4.6.2 帶剛域桿考慮剪切變形后剛度係數和D值的計算178

4.6.3 反彎點高度比的修正180

4.7 底層大空間剪力牆結構的受力特點和應力、內力係數187

4.7.1 底層大空間剪力牆結構的計算圖、計算方法和受力特點187

4.7.2 框支剪力牆牆-框交接區的應力分佈188

4.7.3 底層為單、雙跨框架的框支剪力牆應力、內力係數表192

思考題194

習題194

第5章 框架-剪力牆結構的內力和位移計算196

5.1 框架-剪力牆協同工作原理和計算圖196

5.1.1 問題的提出196

5.1.2 兩種計算圖197

5.1.3 協同工作的基本原理199

5.2 框架-剪力牆鉸結體系在水平荷載下的計算200

5.2.1 總剪力牆和總框架剛度的計算200

5.2.2 基本方程及其解201

5.2.3 三種水平荷載作用時的計算公式與圖表203

5.3 框架-剪力牆剛結體系在水平荷載下的計算206

5.3.1 剛結連梁的梁端約束彎矩係數207

5.3.2 基本方程及其解208

5.3.3 各剪力牆、框架和連梁的內力計算210

5.4 框架-剪力牆的受力和位移特徵以及本章計算方法的應用條件211

5.4.1 框架-剪力牆結構的受力、位移特徵和受力的限制性規定211

5.4.2 本節計算方法的應用條件213

5.5 框架、剪力牆及框架-剪力牆結構的扭轉近似計算214

5.5.1 問題的提出214

5.5.2 質量中心、剛度中心和扭轉偏心距215

5.5.3 考慮扭轉后的剪力修正217

5.5.4 討論219

5.6 框架-剪力牆結構協同工作計算實例221

5.6.1 結構剛度的計算222

5.6.2 地震作用計算224

5.6.3 框架-剪力牆協同工作計算227

5.6.4 討論230

5.7 框架、剪力牆及框架-剪力牆結構平面為斜向布置時的近似計算230

5.7.1 主軸方向與剛度中心230

5.7.2 每榀結構所承受的力和層間位移234

5.7.3 計算步驟小結235

5.8 框架-剪力牆-薄壁筒斜交結構的彎扭耦連計算238

5.8.1 框架-剪力牆-薄壁筒結構238

5.8.2 基本方程的建立239

5.8.3 基本方程的解244

5.8.4 三種典型荷載作用下的計算公式和圖表245

5.8.5 計算步驟與算例250

思考題260

習題261

附錄263

第6章 框架設計和構造269

6.1 框架結構布置、截面尺寸估算和材料強度等級269

6.1.1 框架結構布置269

6.1.2 框架結構截面尺寸估算及材料強度等級272

6.2 框架內力組合及最不利內力273

6.2.1 控制截面及最不利內力類型273

6.2.2 荷載布置274

6.2.3 內力調整275

6.2.4 內力組合276

6.3 框架抗震設計的延性要求279

6.3.1 延性結構279

6.3.2 延性框架設計基本措施281

6.3.3 強柱弱梁設計原則282

6.4 框架梁截面設計和配筋構造283

6.4.1 梁的破壞形態與影響延性的因素283

6.4.2 框架梁的配筋計算285

6.4.3 框架梁的配筋構造要求288

6.5 框架柱截面設計和配筋構造290

6.5.1 影響框架柱延性的幾個重要參數290

6.5.2 正截面抗彎承載力計算及最小配筋率291

6.5.3 斜截面抗剪承載力計算及配箍294

6.5.4 軸壓比限制及配箍295

6.5.5 鋼筋配置構造要求297

6.6 框架節點核心區截面設計和配筋構造300

6.6.1 強節點、強錨固300

6.6.2 節點區設計剪力301

6.6.3 節點區抗剪驗算301

6.6.4 梁、柱鋼筋錨固及搭接303

6.7 框架-剪力牆結構框架截面設計實例--5.6節計算實例續一306

6.7.1 豎向荷載下結構的內力計算306

6.7.2 水平地震作用下結構的內力308

6.7.3 構件內力組合309

6.7.4 構件截面設計311

思考題318

習題319

第7章 剪力牆和框架-剪力牆結構設計和構造320

7.1 剪力牆結構的布置和構造一般要求321

7.2 牆肢截面承載力計算325

7.2.1 正截面抗彎承載力計算325

7.2.2 斜截面抗剪承載力計算330

7.3 懸臂剪力牆設計和構造要求331

7.3.1 破壞形態和設計要求332

7.3.2 剪力牆截面配筋構造332

7.3.3 抗震延性懸臂剪力牆的設計和構造334

7.3.4 延性懸臂剪力牆截面設計和構造要求要點340

7.4 開洞剪力牆設計和構造341

7.4.1 開洞剪力牆的破壞形態和設計要求341

7.4.2 連梁截面設計和構造342

7.4.3 延性聯肢牆設計345

7.5 框架-剪力牆結構設計和構造348

7.5.1 框架-剪力牆結構中剪力牆的合理數量348

7.5.2 框架-剪力牆結構設計的一般規定351

7.5.3 框架-剪力牆結構中剪力牆的布置和間距351

7.5.4 框架-剪力牆結構中框架內力的調整353

7.5.5 有邊框剪力牆設計和構造353

7.5.6 板柱-剪力牆結構設計和構造354

7.6 框架-剪力牆結構剪力牆截面設計實例--5.6節計算實例續二356

7.6.1 豎向荷載下結構的內力計算356

7.6.2 水平地震作用下結構的內力358

7.6.3 構件內力組合359

7.6.4 構件截面設計360

7.7 底部大空間剪力牆結構設計和構造363

7.7.1 結構特點及抗震措施363

7.7.2 落地剪力牆設計和構造365

7.7.3 框支剪力牆設計和構造366

7.7.4 轉換層樓板369

思考題370

習題371

第8章 筒體結構的計算和設計372

8.1 筒體結構及不適合協同工作原理的空間結構的計算圖和計算方法372

8.1.1 協同工作原理適應和不適應的場合372

8.1.2 筒體結構的計算方法375

8.2 框筒和筒中筒結構在水平和扭轉荷載下的等效平面法376

8.2.1 翼緣展開法376

8.2.2 框筒結構的內力係數圖表377

8.2.3 框筒結構在扭轉荷載下的等效平面法382

8.2.4 筒中筒結構在水平荷載下的等效平面法384

8.3 框筒結構在水平荷載下的等效連續體法384

8.3.1 等效筒的特徵384

8.3.2 內力計算386

8.3.3 位移計算393

8.3.4 算例395

8.4 框筒結構在扭轉荷載下的等效連續體法399

8.4.1 內力計算399

8.4.2 位移計算402

8.5 筒中筒結構在水平荷載下的等效連續體-力法計算403

8.5.1 計算圖和計算方法403

8.5.2 力法方程係數和自由項的計算 404

8.5.3 內外筒的內力和位移406

8.5.4 算例408

8.6 內筒結構在扭轉荷載下的計算409

8.6.1 開口截面薄壁桿的約束扭轉409

8.6.2 連梁對開口截面薄壁桿約束扭轉的影響413

8.7 筒中筒結構在扭轉荷載下的等效連續體-力法計算415

8.7.1 計算簡圖和計算方法415

8.7.2 力法方程係數和自由項的計算416

8.7.3 內外筒的內力和位移417

8.7.4 算例419

8.8 筒體結構設計和構造419

思考題423

第9章 底層大空間剪力牆結構的計算424

9.1 底層大空間剪力牆結構的計算圖和計算方法424

9.2 底層為框架的雙肢剪力牆425

9.2.1 雙肢牆混合法的基本方程425

9.2.2 雙肢牆基本方程的解427

9.2.3 雙肢牆內力計算430

9.2.4 雙肢牆位移計算430

9.3 底層為框架的多肢剪力牆432

9.3.1 多肢牆混合法的基本方程432

9.3.2 多肢牆基本方程的解434

9.3.3 多肢牆的內力計算436

9.3.4 多肢牆的位移計算437

9.3.5 計算步驟和算例437

9.4 框支剪力牆和落地剪力牆在水平荷載下的共同工作計算441

9.4.1 混合法的基本方程441

9.4.2 基本方程的解444

9.4.3 內力和位移計算公式446

9.4.4 計算步驟與算例449

9.5 框支剪力牆、落地剪力牆和壁式框架在水平荷載下的共同工作計算454

9.5.1 混合法的基本方程式454

9.5.2 基本方程的解459

9.5.3 位移計算公式460

9.5.4 內力計算公式462

9.5.5 計算步驟與算例463

9.6 用分區混合有限元法分析框支剪力牆469

9.6.1 剪力牆中的應力集中問題469

9.6.2 計算簡圖和計算方法470

9.6.3 I區應力函數的組成470

9.6.4 分區混合總能量的表達式472

9.6.5 混合法基本方程476

9.6.6 算例及結果477

9.7 用分區混合有限元法分析剪力牆角區應力集中479

9.7.1 計算簡圖和計算方法479

9.7.2 彈性平面切口附近自應力分析479

9.7.3 分區混合總能量的表達式483

9.7.4 分區混合有限元法的基本方程485

9.7.5 算例及結果分析485

9.7.6 分區混合有限元法小結491

第10章 高層建築結構複雜問題的計算493

10.1 高層建築框架-剪力牆結構考慮樓板變形和地基變形時的計算493

10.1.1 關於計算模型和計算工具493

10.1.2 上部結構的平衡微分方程494

10.1.3 基礎和下部結構的力學性質496

10.1.4 邊界條件和連接條件497

10.1.5 微分方程組的求解和算例499

10.2 變截面框架-剪力牆-薄壁筒斜交結構考慮樓板變形時的計算502

10.2.1 基本假設和計算模型502

10.2.2 基本平衡微分方程503

10.2.3 邊界條件和連接條件508

10.3 大底盤多塔樓、大底盤大孔口結構和大底盤多塔樓連體結構的靜力分析510

10.3.1 基本假設和計算模型510

10.3.2 平衡微分方程511

10.3.3 大底盤多塔樓的邊界條件和連接條件512

10.3.4 大底盤、大孔口結構的邊界條件和連接條件513

10.3.5 大底盤多塔樓連體結構的邊界條件和連接條件514

10.3.6 算例和討論515

參考文獻520