高層結構計算分析

高層結構計算分析

5.1一般規(guī)定

5.2計算參數(shù)

5.3計算簡圖處理

5.4重力二階效應及結構穩(wěn)定

5.5結構彈塑性分析及薄弱層彈塑性變形驗算

5.6荷載組合和地震作用組合的效應

第一章5.1一般規(guī)定

5.1.1高層建筑結構的荷載和地震作用應按本規(guī)程第4章的有關規(guī)定進

行計算。

5.1.2復雜結構和混合結構高層建筑的計算分析，除應符合本章規(guī)定外,

尚應符合本規(guī)程第10章和第11章的有關規(guī)定。

5.1.3高層建筑結構的變形和內力可按彈性方法計算。框架梁及連梁等構

件可考慮塑性變形引起的內力重分布。

5.1.4高層建筑結構分析模型應根據(jù)結構實際情況確定。所選取的分析模

型應能較準確地反映結構中各構件的實際受力狀況。

高層建筑結構分析，可選擇平面結構空間協(xié)同、空間桿系、空間桿-薄壁

桿系、空間桿-墻板元及其他組合有限元等計算模型。

5.1.5進行高層建筑內力與位移計算時，可假定樓板在其自身平面內為無

限剛性，設計時應采取相應的措施保證樓板平面內的整體剛度。

當樓板可能產生較明顯的面內變形時，計算時應考慮樓板的面內變形影

響或對采用樓板面內無限剛性假定計算方法的計算結果進行適當調整。

5.1.6高層建筑結構按空間整體工作計算分析時，應考慮下列變形：

1梁的彎曲、剪切、扭轉變形，必要時考慮軸向變形；

2柱的彎曲、剪切、軸向、扭轉變形；

3墻的彎曲、剪切、軸向、扭轉變形。

5.1.7高層建筑結構應根據(jù)實際情況.進行重力荷載、風荷物口（或）地震作

用效應分析，并應按本規(guī)程第5.6節(jié)的規(guī)定進行荷載效應和作用效應計

算。

5.1.8高層建筑結構內力計算中，當樓面活荷載大于4kN/m2時，應考

慮樓面活荷載不利布置引起的結構內力的增大；當整體計算中未考慮樓

面活荷載不利布置時，應適當增大樓面梁的計算彎矩。

5.1.9高層建筑結構在進行重力荷載作用效應分析時，柱、墻、斜撐等構

件的軸向變形宜采用適當?shù)挠嬎隳Ｐ涂紤]施工過程的影響；復雜高層建

筑及房屋高度大于150m的其他高層建筑結構，應考慮施工過程的影響。

5.1.10高層建筑結構進行風作用效應計算時，正反兩個方向的風作用效

應宜按兩個方向計算的較大值采用；體型復雜的高層建筑，應考慮風向

角的不利影響。

5.1.11結構整體內力與位移計算中，型鋼混凝土和鋼管混凝土構件宜按

實際情況直接參與計算，并應按本規(guī)程第11章的有關規(guī)定進行截面設

計。

5.1.12體型復雜、結構布置復雜以及B級高度高層建筑結構，應采用至

少兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算。

5.1.13抗震設計時，B級高度的高層建筑結構、混合結構和本規(guī)程第10

章規(guī)定的復雜高層建筑結構，尚應符合下列規(guī)定：

1宜考慮平扭耦聯(lián)計算結構的扭轉效應，振型數(shù)不應小于15,對多塔樓

結構的振型數(shù)不應小于塔樓數(shù)的9倍，且計算振型數(shù)應使各振型參與質

量之和不小于總質量的90%;

2應采用彈性時程分析法進行補充計算；

3宜采用彈塑性靜力或彈塑性動力分析方法補充計算。

5.1.14對多塔樓結構，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算，并

采用較不利的結果進行結構設計。當塔樓周邊的裙樓超過兩跨時，分塔

樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結構。

5.1.15對受力復雜的結構構件，宜按應力分析的結果校核配筋設計。

5.1.16對結構分析軟件的計算結果，應進行分析判斷，確認其合理、有

效后方可作為工程設計的依據(jù)。

條文說明

5.1一般規(guī)定

5.1.3目前國內規(guī)范體系是采用彈性方法計算內力，在截面設計時考慮材

料的彈塑性性質。因此，高層建筑結構的內力與位移仍按彈性方法計算,

框架梁及連梁等構件可考慮局部塑性變形引起的內力重分布，即本規(guī)程

第5.2.1條和5.2.3條的規(guī)定。

5.1.4高層建筑結構是復雜的三維空間受力體系，計算分析時應根據(jù)結構

實際情況，選取能較準確地反映結構中各構件的實際受力狀況的力學模

型。對于平面和立面布置簡單規(guī)則的框架結構、框架-剪力墻結構宜采用

空間分析模型，可采用平面框架空間協(xié)同模型；對剪力墻結構、筒體結

構和復雜布置的框架結構、框架-剪力墻結構應采用空間分析模型。目前

國內商品化的結構分析軟件所采用的力學模型主要有：空間桿系模型、

空間桿-薄壁桿系模型、空間桿-墻板元模型及其他組合有限元模型。

目前，國內計算槌口結構分析軟件應用十分普及，原規(guī)程JGJ3—91第

4.1.4條和4.1.6條規(guī)定的簡化方法和手算方法未再列入本規(guī)程。如需要

采用簡化方法或手算方法，設計人員可參考有關設計手冊或書籍。

5.1.5高層建筑的樓屋面絕大多數(shù)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板和有現(xiàn)澆面層

的預制裝配式樓板，進行高層建筑內力與位移計算時，可視其為水平放

置的深梁，具有很大的面內剛度，可近似認為樓板在其自身平面內為無

限剛性。采用這一假設后，結構分析的自由度數(shù)目大大減少，可能減小

由于龐大自由度系統(tǒng)而帶來的計算誤差，使計算過程和計算結果的分析

大為簡化。計算分析和工程實踐證明，剛性樓板假定對絕大多數(shù)高層建

筑的分析具有足夠的工程精度。采用剛性樓板假定進行結構計算時，設

計上應采取必要措施保證樓面的整體剛度。比如，平面體型宜符合本規(guī)

程4.3.3條的規(guī)定；宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板和有現(xiàn)澆面層的裝配整體

式樓板；局部削弱的樓面，可采取樓板局部加厚、設置邊梁、加大樓板

配筋等措施。

樓板有效寬度較窄的環(huán)形樓面或其他有大開洞樓面、有狹長外伸段樓面、

局部變窄產生薄弱連接的樓面、連體結構的狹長連接體樓面等場合，樓

板面內剛度有較大削弱且不均勻，樓板的面內變形會使樓層內抗側剛度

較小的構件的位移和受力加大（相對剛性樓板假定而言），計算時應考慮樓

板面內變形的影響。根據(jù)樓面結構的實際情況，樓板面內變形可全樓考

慮、僅部分樓層考慮或僅部分樓層的部分區(qū)域考慮。考慮樓板的實際剛

度可以采用將樓板等效為剪彎水平梁的簡化方法，也可采用有限單元法

進行計算。

當需要考慮樓板面內變形而計算中采用樓板面內無限剛性假定時，應對

所得的計算結果進行適當調整。具體的調整方法和調整幅度與結構體系、

構件平面布置、樓板削弱情況等密切相關，不便在條文中具體化。一般

可對樓板削弱部位的抗側剛度相對較小的結構構件，適當增大計算內力,

加強配筋和構造措施。

5.1.6高層建筑按空間整體工作計算時，不同計算模型的梁、柱自由度是

相同的。梁的彎曲、剪切、扭轉變形，當考慮樓板面內變形時還有軸向

變形；柱的彎曲、剪切、軸向、扭轉變形。當采用空間桿-薄壁桿系模型

時，剪力墻自由度考慮彎曲、剪切、軸向、扭轉變形和翹曲變形；當采

用其他有限元模型分析剪力墻時，剪力墻自由度考慮彎曲、剪切、軸向、

扭轉變形。

高層建筑層數(shù)多、重量大，墻、柱的軸向變形影響顯著，計算時應考慮。

構件內力是與位移向量對應的，與截面設計對應的分別為彎矩、剪力、

軸力、扭矩等。

5.1.8目前國內鋼筋混凝土結構高層建筑由恒物口活載引起的單位面積

重力，框架與框架-剪力墻結構約為12kN/m2~14kN/m2,剪力墻和

筒體結構約為13kN/m2~16kN/m2,而其中活荷載部分約為2kN/

m2~3kN/m2,只占全部重力的15%~20%,活載不利分布的影響較

小。另一方面，高層建筑結構層數(shù)很多，每層的房間也很多，活載在各

層間的分布情況極其繁多，難以一計算。

如果活荷載較大，其不利分布對梁彎矩的影響會比較明顯，計算時應予

考慮。除進行活荷載不利分布的詳細計算分析外，也可將未考慮活荷載

不利分布計算的框架梁彎矩乘以放大系數(shù)予以近似考慮，該放大系數(shù)通

常可取為1.1~1.3,活載大時可選用較大數(shù)值。近似考慮活荷載不利分

布影響時，梁正、負彎矩應同時予以放大。

5.1.9高層建筑結構是逐層施工完成的，其豎向剛度和豎向荷載（如自重

和施工荷載）也是逐層形成的。這種情況與結構剛度一次形成、豎向荷載

一次施加的計算方法存在較大差異。因此對于層數(shù)較多的高層建筑，其

重力荷載作用效應分析時，柱、墻軸向變形宜考慮施工過程的影響。施

工過程的模擬可根據(jù)需要采用適當?shù)姆椒紤]，如結構豎向剛度和豎向

荷載逐層形成、逐層計算的方法等。

本次修訂，增加了復雜結構及150m以上高層建筑應考慮施工過程的影

響，因為這類結構是否考慮施工過程的模擬計算，對設計有較大影響。

5.1.10高層建筑結構進行水平風荷載作用效應分析時，除對稱結構外，

結構構件在正反兩個方向的風荷載作用下效應一般是不相同的，按兩個

方向風效應的較大值采用，是為了保證安全的前提下簡化計算：體型復

雜的高層建筑，應考慮多方向風荷載作用，進行風效應對比分析，增加

結構抗風安全性。

5.1.11在結構整體計算分析中,型鋼混凝土和鋼管混凝土構件宜按實際

情況直接參與計算。隨著結構分析軟件技術的進步，已經可以較容易地

實現(xiàn)在整體模型中直接考慮型鋼混凝土和鋼管混凝土構件，因此本次修

訂取消了將型鋼混凝土和鋼管混凝土構件等效為混凝土構件進行計算的

規(guī)定。

型鋼混凝土構件、鋼管混凝土構件的截面設計應按本規(guī)程第11章的有關

規(guī)定執(zhí)行。

5.1.12體型復雜、結構布置復雜的高層建筑結構的受力情況復雜，B級

高度高層建筑屬于超限高層建筑，采用至少兩個不同力學模型的結構分

析軟件進行整體計算分析，可以相互比較和分析，以保證力學分析結構

的可靠性。

對B級高度高層建筑的要求是本次修訂增加的內容。

5.1.13帶加強層的高層建筑結構、帶轉換層的高層建筑結構、錯層結構、

連體和立面開洞結構、多塔樓結構、立面較大收進結構等，屬于體形復

雜的高層建筑結構，其豎向剛度和承載力變化大、受力復雜，易形成薄

弱部位；混合結構以及B級高度的高層建筑結構的房屋高度大、工程經

驗不多，因此整體計算分析時應從嚴要求。本條第4款的要求主要針對

重要建筑以及相鄰層側向剛度或承載力相差懸殊的豎向不規(guī)則高層建筑

結構。

本次修訂補充了對混合結構的計算要求。

5.1.14本條為新增條文，對多塔樓結構提出了分塔樓模型計算要求。多

塔樓結構振動形態(tài)復雜，整體模型計算有時不容易判斷結果的合理性；

輔以分塔樓模型計算分析，取二者的不利結果進行設計較為妥當。

5.1.15對受力復雜的結構構件，如豎向布置復雜的剪力墻、加強層構件、

轉換層構件、錯層構件、連接體及其相關構件等，除結構整體分析外，

尚應按有限元等方法進行更加仔細的局部應力分析，并可根據(jù)需要，按

應力分析結果進行截面配筋設計校核。按應力進行截面配筋計算的方法,

可按照現(xiàn)行國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010的有關規(guī)定。

5.1.16在計算?？谟嬎銠C軟件廣泛應用的條件下，除了要選擇使用可靠

的計算軟件外，還應對軟件產生的計算結果從力學概念和工程經驗等方

面加以分析判斷，確認其合理性和可靠性。

第二章5.2計算參數(shù)

5.2.1高層建筑結構地震作用效應計算時，可對剪力墻連梁剛度予以折

減，折減系數(shù)不宜小于0.5。

5.2.2在結構內力與位移計算中，現(xiàn)澆樓蓋和裝配整體式樓蓋中，梁的剛

度可考慮翼緣的作用予以增大。近似考慮時，樓面梁剛度增大系數(shù)可根

據(jù)翼緣情況取

1.3~2.0o

對于無現(xiàn)澆面層的裝配式樓蓋，不宜考慮樓面梁剛度的增大。

5.2.3在豎向荷載作用下，可考慮框架梁端塑性變形內力重分布對梁端負

彎矩乘以調幅系數(shù)進行調幅，并應符合下列規(guī)定：

1裝配整體式框架梁端負彎矩調幅系數(shù)可取為0.7~0.8,現(xiàn)澆框架梁端

負彎矩調幅系數(shù)可取為0.8~0.9;

2框架梁端負彎矩調幅后，梁跨中彎矩應按平衡條件相應增大；

3應先對豎向荷載作用下框架梁的彎矩進行調幅，再與水平作用產生的

框架梁彎矩進行組合；

4截面設計時，框架梁跨中截面正彎矩設計值不應小于豎向荷載作用下

按簡支梁計算的跨中彎矩設計值的50%。

5.2.4高層建筑結構樓面梁受扭計算時應考慮現(xiàn)澆樓蓋對梁的約束作用。

當計算中未考慮現(xiàn)澆樓蓋對梁扭轉的約束作用時，可對梁的計算扭矩予

以折減。梁扭矩折減系數(shù)應根據(jù)梁周圍樓蓋的約束情況確定。

條文說明

5.2計算參數(shù)

5.2.1高層建筑結構構件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設計的框

架-剪力墻或剪力墻結構中的連梁剛度相對墻體較小，而承受的彎矩和剪

力很大，配筋設計困難。因此，可考慮在不影響承受豎向荷載能力的前

提下，允許其適當開裂（降低剛度）而把內力轉移到墻體上。通常，設防烈

度低時可少折減一些（6、7度時可取0.7）,設防烈度高時可多折減一些（8、

9度時可取0.5）。折減系數(shù)不宜小于0.5,以保證連梁承受豎向荷載的能

力。

對框架-剪力墻結構中一端與柱連接、一端與墻連接的梁以及剪力墻結構

中的某些連梁,如果跨高比較大（比如大于5）、重力作用效應比水平風或

水平地震作用效應更為明顯，此時應慎重考慮梁剛度的折減問題，必要

時可不進行梁剛度折減，以控制正常使用階段梁裂縫的發(fā)生和發(fā)展。

本次修訂進一步明確了僅在計算地震作用效應時可以對連梁剛度進行折

減，對如重力荷載、風荷載作用效應計算不宜考慮連梁剛度折減。有地

震作用效應組合工況，均可按考慮連梁剛度折減后計算的地震作用效應

參與組合。

5.2.2現(xiàn)澆樓面和裝配整體式樓面的樓板作為梁的有效翼緣形成T形截

面，提高了樓面梁的剛度，結構計算時應予考慮。當近似其影響時，應

根據(jù)梁翼緣尺寸與梁截面尺寸的比例關系確定增大系數(shù)的取值。通?，F(xiàn)

澆樓面的邊框架梁可取1.5,中框架梁可取2.0;有現(xiàn)澆面層的裝配式樓

面梁的剛度增大系數(shù)可適當減小。當框架梁截面較小而樓板較厚或者梁

截面較大而樓板較薄時，梁剛度增大系數(shù)可能會超出1.5~2.0的范圍，

因此規(guī)定增大系數(shù)可取1.3~2Q

5.2.3在豎向荷載作用下，框架梁端負彎矩往往較大，配筋困難，不便于

施工和保證施工質量。因此允許考慮塑性變形內力重分布對梁端負彎矩

進行適當調幅。鋼筋混凝土的塑性變形能力有限，調幅的幅度應該加以

限制?？蚣芰憾素搹澗販p小后，梁跨中彎矩應按平衡條件相應增大。

截面設計時，為保證框架梁跨中截面底鋼筋不至于過少，其正彎矩設計

值不應小于豎向荷載作用下按簡支梁計算的跨中彎矩之半。

5.2.4高層建筑結構樓面梁受樓板（有時還有次梁）的約束作用，無約束的

獨立梁極少。當結構計算中未考慮樓蓋對梁扭轉的約束作用時，梁的扭

轉變形和扭矩計算值過大，與實際情況不符，抗扭設計也比較困難，因

此可對梁的計算扭矩予以適當折減。計算分析表明，扭矩折減系數(shù)與樓

蓋（樓板和梁）的約束作用和梁的位置密切相關，折減系數(shù)的變化幅度較

大，本規(guī)程不便給出具體的折減系數(shù)，應由設計人員根據(jù)具體情況進行

確定。

第三章5.3計算簡圖處理

5.3.1高層建筑結構分析計算時宜對結構進行力學上的簡化處理,使其既

能反映結構的受力性能，又適應于所選用的計算分析軟件的力學模型。

5.3.2樓面梁與豎向構件的偏心以及上、下層豎向構件之間的偏心宜按實

際情況計入結構的整體計算。當結構整體計算中未考慮上述偏心時，應

采用柱、墻端附加彎矩的方法予以近似考慮。

5.3.3在結構整體計算中，密肋板樓蓋宜按實際情況進行計算。

當不能按實際情況計算時，可按等剛度原則對密肋梁進行適當簡化后再

行計算。

對平板無梁樓蓋，在計算中應考慮板的面外剛度影響，其面外剛度可按

有限元方法計算或近似將柱上板帶等效為框架梁計算。

5.3.4在結構整體計算中，宜考慮框架或壁式框架梁、柱節(jié)點區(qū)的剛域（圖

5.3.4）影響,

圖5.3.4剛域

梁端截面彎矩可取剛域端截面的彎矩計算值。剛域的長度可按下列公式

計算:

Zbi=4—0.251b(5.3.4-1)

Zb2=a2-0.25/ib(5.3.4-2)

Zd=Cj—0.256c(5.3.4-3)

Z<2=c9—0.256c(5.3.4-4)

當計算的剛域長度為負值時，應取為零。

5.3.5在結構整體計算中，轉換層結構、加強層結構、連體結構、豎向收

進結構（含多塔樓結構），應選用合適的計算模型進行分析。在整體計算中

對轉換層、加強層、連接體等做簡化處理的，宜對其局部進行更細致的

補充計算分析。

5.3.6復雜平面和立面的剪力墻結構，應采用合適的計算模型進行分析。

當采用有限元模型時，應在截面變化處合理地選擇和劃分單元；當采用

桿系模型計算時，對錯洞墻、疊合錯洞墻可采取適當?shù)哪Ｐ突幚恚?/p>

應在整體計算的基礎上對結構局部進行更細致的補充計算分析。

5.3.7高層建筑結構整體計算中，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位

時，地下一層與首層側向剛度比不宜小于2O

條文說明

5.3計算簡圖處理

5