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文檔簡介
第16章
混凝土多高層建筑結(jié)構(gòu)
返回總目錄多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)本章內(nèi)容教學(xué)要求:本章要求學(xué)生掌握多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、總體布置原則、結(jié)構(gòu)類型及適用范圍;各種荷載的計(jì)算方法;抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及構(gòu)造措施。重點(diǎn)掌握底部剪力法。本節(jié)重點(diǎn)介紹多高層建筑的概念、結(jié)構(gòu)類型、特點(diǎn)、適用范圍以及選型原則。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在一定條件下出現(xiàn)了高層建筑。從20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初,我國高層建筑有了很大的發(fā)展,一批現(xiàn)代高層建筑以全新的面貌呈現(xiàn)在人們面前。由于高層建筑具有占地面積小、節(jié)約市政工程費(fèi)用、節(jié)省拆遷費(fèi)、改變城市面貌等優(yōu)點(diǎn),為了改善城市居民的居住條件,在大城市和某些中等城市中,多高層住宅發(fā)展十分迅速,主要用于住宅、旅館以及辦公樓等建筑。但是對(duì)于多少層數(shù)、多大高度的建筑才算高層建筑,目前世界各國尚沒有統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)和界限。我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ3—2002)(簡稱《高規(guī)》)規(guī)定了高層建筑的范圍即10層及10層以上或房屋高度超過28m的非抗震設(shè)計(jì)和抗震設(shè)防烈度為6至9度抗震設(shè)計(jì)的高層民用建筑結(jié)構(gòu)(其適用的房屋最大高度和結(jié)構(gòu)類型應(yīng)符合規(guī)程的有關(guān)規(guī)定)。隨著社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,全國各地高層建筑似雨后春筍般拔地而起,大大改變了我國一些大城市的面貌。同時(shí)人們不斷地追求著建筑造型的新穎、建筑的多功能以及多用途,使得多高層建筑不再單一化,出現(xiàn)了很多體型復(fù)雜以及內(nèi)部空間多變的多高層建筑,除矩形、一字形以外,還出現(xiàn)了“Z”、“Y”等復(fù)雜體型。多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型在我國內(nèi)地具有代表性的高層建筑是:1976年在廣州建成33層的白云賓館,其中地下室1層,總高度為m,鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),是20世紀(jì)70年代國內(nèi)的最高建筑;1985年建成的深圳國際貿(mào)易中心大廈共53層,其中地下室3層,高m,鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu),這是我國20世紀(jì)80年代最高的建筑,如圖16.1所示;1996年建成的深圳地王商業(yè)大廈共81層,高m,是當(dāng)時(shí)全國最高的建筑,如圖16.2所示;1998年建成的上海金茂大廈共88層,高m,是目前全國第一、亞洲第二、世界第三的摩天大樓,如圖16.3所示。圖16.1深圳國際貿(mào)易中心大廈多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型圖16.2深圳地王商業(yè)大廈多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型圖16.3上海金茂大廈多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型我國高層建筑的迅速發(fā)展,建筑高度的不斷增加,建筑類型和功能愈來愈復(fù)雜,結(jié)構(gòu)體系更加多樣化,所有這些都顯示我國多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平有了很大的提高。一、多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(1)從受力角度出發(fā),多高層建筑結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是:隨著建筑層數(shù)的增高,建筑物承受的水平側(cè)向荷載將逐漸成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。一般結(jié)構(gòu)通常同時(shí)承受垂直荷載、水平荷載(風(fēng)荷載和地震作用)。在低層結(jié)構(gòu)中,垂直荷載起控制作用,而水平荷載所產(chǎn)生的內(nèi)力和位移都很小,一般可以忽略;在多高層結(jié)構(gòu)中,水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移逐漸增大;隨著建筑層數(shù)的增加,水平荷載的影響比垂直荷載的影響增加得快,因此在高層建筑中,風(fēng)荷載和水平地震作用將成為控制因素。正確認(rèn)識(shí)多高層建筑的這一特點(diǎn),對(duì)設(shè)計(jì)好多高層建筑影響頗大,在高層建筑結(jié)構(gòu)體系中,必須采用可靠的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系來有效抵抗水平荷載的作用。(2)高層建筑對(duì)變形要求高。高層建筑在水平荷載作用下將會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向位移,如這種位移過大,勢(shì)必將影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和建筑的使用條件。因此,對(duì)于高層建筑的水平位移必須加以限制,使其具有足夠的建筑剛度。(3)從材料的應(yīng)用及施工角度出發(fā),多高層建筑結(jié)構(gòu)宜選用輕質(zhì)、高強(qiáng)的材料,并應(yīng)采用更先進(jìn)的施工技術(shù)和機(jī)具。(4)從設(shè)計(jì)角度出發(fā),多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除計(jì)算設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)外,應(yīng)特別重視“概念設(shè)計(jì)”。因?yàn)閷?duì)高層建筑而言,一些復(fù)雜部位或不確定因素的作用是無法通過計(jì)算分析來進(jìn)行設(shè)計(jì)的,這就需要通過概念設(shè)計(jì)的方法來解決問題,即正確確定建筑結(jié)構(gòu)方案、進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布置、選擇對(duì)抗震有利的地段、選用整體性較好的基礎(chǔ)形式等。多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型在多高層建筑結(jié)構(gòu)中,風(fēng)荷載和水平地震作用所產(chǎn)生的側(cè)向力成為其主要控制,因此多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題就是應(yīng)設(shè)置合理形式的抗側(cè)力構(gòu)件及有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,使結(jié)構(gòu)具有相應(yīng)的剛度來抵抗側(cè)向力。多高層建筑結(jié)構(gòu)中基本的抗側(cè)力單元是:框架、剪力墻、井筒、框筒及支撐。在確定高層建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)應(yīng)遵守以下原則:(1)應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的水平地震作用傳遞途徑。(2)應(yīng)具有多道抗震防線,避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力。(3)應(yīng)具有必要的強(qiáng)度和剛度、良好的變形能力和能量吸收能力,結(jié)構(gòu)體系的抗震能力表現(xiàn)在強(qiáng)度、剛度和延性恰當(dāng)?shù)仄ヅ洹?4)具有合理的剛度和強(qiáng)度分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。(5)宜選用有利于抗風(fēng)作用的高層建筑體型;即選用風(fēng)壓較小的建筑體型形狀。(6)高層建筑的開間、進(jìn)深尺寸和選用的構(gòu)件類型應(yīng)減少規(guī)格,符合建筑模數(shù)。高層建筑的建筑平面宜選用風(fēng)壓較小的形狀,并考慮鄰近建筑對(duì)其風(fēng)壓分布的影響。二、多高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型(7)高層建筑結(jié)構(gòu)的平面布置宜簡單、規(guī)則、對(duì)稱,減少偏心;平面長度L及結(jié)構(gòu)平面外伸部分長度均不宜過長;豎向體型應(yīng)力求規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收使豎向剛度突變以致在一些樓層形成變形集中而最終導(dǎo)致嚴(yán)重的震害。多層建筑結(jié)構(gòu)多采用砌體結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu),高層結(jié)構(gòu)常采用的結(jié)構(gòu)類型有如下幾種。
1.框架結(jié)構(gòu)體系由承擔(dān)荷載的梁、柱構(gòu)件組成的稱為框架結(jié)構(gòu)體系??蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):建筑平面布置靈活,可以形成較大的空間,平、立面布置設(shè)計(jì)靈活多變(如圖16.4所示)。多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型圖16.4框架結(jié)構(gòu)體系典型平面圖多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型框架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn):框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小,水平位移大,從而限制了框架結(jié)構(gòu)的使用高度。同時(shí)高層框架結(jié)構(gòu)在地震區(qū),容易發(fā)生非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。但可以選用重量輕且又能承受較大變形的隔墻材料,并通過合理的設(shè)計(jì),使鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)獲得良好的延性,提高其抗震性能。在高度不大的高層建筑中,框架結(jié)構(gòu)體系是一種較好的體系。在我國目前的情況下,框架結(jié)構(gòu)以建造15層以下為宜。
2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系由鋼筋混凝土墻體互相連接構(gòu)成的用以承擔(dān)重力荷載及抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系,剪力墻又稱為抗震墻或結(jié)構(gòu)墻,同時(shí)也作為圍護(hù)及內(nèi)部房間的分隔構(gòu)件(如圖16.5所示)。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性好、施工速度快、抗側(cè)剛度大,在水平荷載下側(cè)向變形小,承載力容易滿足,適于建造較高的建筑,具有良好的抗震性能,用鋼量較省。與框架結(jié)構(gòu)體系相比,施工相對(duì)簡便與快速。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn):由于剪力墻間距較小,不能形成較大的空間,平面布置不靈活,不能滿足公共建筑的使用要求,較適用于建造12~30層的高層住宅或高層公寓等。此外,結(jié)構(gòu)自重較大,且抗側(cè)剛度較大,結(jié)構(gòu)自振周期較短,導(dǎo)致較大的地震作用。
3.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)在框架結(jié)構(gòu)體系中的一定位置,設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻,使框架和剪力墻兩者結(jié)合起來,共同抵抗水平荷載,稱為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。他使得框架和剪力墻這兩種結(jié)構(gòu)可互相取長補(bǔ)短,既能提供較大較靈活布置的建筑空間,又具有良好的抗震性能,因此此種結(jié)構(gòu)體系已得到廣泛應(yīng)用(如圖16.6所示)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn):綜合了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),其剛度和承載力比框架結(jié)構(gòu)都大大提高,減小了結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間變形,使此種結(jié)構(gòu)形式可用于較高(10~20層)的高層建筑。圖16.5剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型圖16.6框架-剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置由于剪力墻承擔(dān)了大部分水平力,是主要的抗側(cè)力單元,因此在剪力墻的布置時(shí),應(yīng)注意對(duì)稱、周邊、均勻、分散及上下貫通、水平對(duì)齊的原則。過多增加剪力墻的數(shù)量是不經(jīng)濟(jì)的,因此,在一般工程中,以滿足位移限制作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)。
4.筒體結(jié)構(gòu)由剪力墻組成的封閉墻體(允許開洞)稱為筒體?;拘问接腥N:框筒、筒中筒及成束筒(如圖16.7所示)。解得圖16.7筒體結(jié)構(gòu)的多種形式多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型筒體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn):筒體結(jié)構(gòu)具有空間受力的性能,因此比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力以及很好的抗扭剛度。當(dāng)建筑物的層數(shù)多、高度大、抗震設(shè)防烈度高時(shí),采用前幾種結(jié)構(gòu)體系往往難以滿足要求,此時(shí)就可以采用筒體結(jié)構(gòu)體系。
5.新型材料和結(jié)構(gòu)體系隨著高層建筑的迅速發(fā)展,層數(shù)越來越高,結(jié)構(gòu)體系越來越新穎,建筑造型越來越豐富多樣,因此有限的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不能適應(yīng)新的要求。為了滿足當(dāng)今高層建筑的要求,必須要求設(shè)計(jì)者在材料和結(jié)構(gòu)體系上不斷地創(chuàng)新。1)建筑結(jié)構(gòu)“輕型化”目前我國高層建筑采用的普通鋼筋混凝土材料總的來講自重偏大,因此減輕建筑物的自重是非常有必要的。減輕自重有利于減小構(gòu)件截面,節(jié)約建筑材料;有利于減小基礎(chǔ)投資;有利于改善結(jié)構(gòu)抗震性能等。我們除了可以通過選用合理的樓蓋形式、盡量減輕墻體的重量等措施外,還可以對(duì)承重構(gòu)件采用輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料。如鋼材、輕骨料混凝土以及高強(qiáng)混凝土等。2)柱網(wǎng)、開間擴(kuò)大化為了使高層建筑能充分利用建筑空間、降低造價(jià),我們應(yīng)從建筑和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面著手?jǐn)U大空間利用率。不但從建筑上布置大柱網(wǎng),而且從結(jié)構(gòu)功能出發(fā),盡量滿足大空間的要求。當(dāng)然,柱網(wǎng)、開間的尺寸并不是越大越好,而是以滿足建筑使用功能為度,并同時(shí)以滿足結(jié)構(gòu)承載力與側(cè)移控制為原則。多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型3)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層集吃、住、辦公、娛樂、購物、停車等為一體的多功能綜合性高層建筑,已經(jīng)成為現(xiàn)代高層建筑的一大趨勢(shì)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:下層部分是大柱網(wǎng),而較小柱網(wǎng)多設(shè)于中、上層部分。由于不同建筑使用功能要求不同的空間劃分布置,相應(yīng)地,要求不同的結(jié)構(gòu)形式之間通過合理地轉(zhuǎn)換過渡,沿豎向組合在一起,就成為多功能綜合性高層建筑結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵技術(shù)。這對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了新的問題,需要設(shè)置一種稱為“轉(zhuǎn)換層”的結(jié)構(gòu)型式,來完成上下不同柱網(wǎng)、不同開間、不同結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換,這種轉(zhuǎn)換層廣泛應(yīng)用于剪力墻結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻等結(jié)構(gòu)體系中。4)結(jié)構(gòu)體系巨型化當(dāng)前無論國內(nèi)、國外,高層建筑的高度大幅度增長,趨勢(shì)是越來越高,面對(duì)這種情況,一般傳統(tǒng)的三種結(jié)構(gòu)體系框架、剪力墻、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)難以滿足要求,需要能適應(yīng)超高、更加經(jīng)濟(jì)有效的抗風(fēng)、抗震結(jié)構(gòu)體系。近年來,為適應(yīng)發(fā)展需要,在一些超高層建筑工程實(shí)踐中,已成功應(yīng)用了一些新型的結(jié)構(gòu)體系,如巨型框架結(jié)構(gòu)體系、巨型支撐結(jié)構(gòu)體系等,根據(jù)其主要特點(diǎn),可歸結(jié)為“結(jié)構(gòu)巨型化”。5)型鋼混凝土的應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)又稱鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。它是指梁、柱、墻等桿件和構(gòu)件以型鋼為骨架,外包鋼筋混凝土所形成的組合結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)體系中,鋼筋混凝土與型鋼形成整體,共同受力;而包裹在型鋼外面的鋼筋混凝土,不僅在剛度和強(qiáng)度上發(fā)揮作用,且可以取代型鋼外涂的防銹和防火材料,使材料更耐久(如圖16.8所示)。多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型隨著我國鋼產(chǎn)量迅速增加,高層建筑層數(shù)增多,高度加大,要求更為復(fù)雜,加之型鋼混凝土截面小、重量輕、抗震性能好,因而已從局部應(yīng)用發(fā)展到在多個(gè)樓層,甚至整座建筑的主要結(jié)構(gòu)均采用型鋼混凝土。對(duì)于型鋼混凝土結(jié)構(gòu),可供選擇的結(jié)構(gòu)體系更加廣泛。凡是適用于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土與鋼的混合結(jié)構(gòu)的各種結(jié)構(gòu)體系,均可采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。圖16.8型鋼混凝土梁斷面圖多高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則
本節(jié)重點(diǎn)介紹多高層建筑結(jié)構(gòu)總體布置的原則和減少側(cè)移的措施。在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)的重要性,宜采用規(guī)則的結(jié)構(gòu),不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。所謂規(guī)則結(jié)構(gòu)一般指:體型(平面和立面)規(guī)則,結(jié)構(gòu)平面布置均勻、對(duì)稱并具有較好的抗扭剛度;結(jié)構(gòu)豎向布置均勻,結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻、無突變?!陡咭?guī)》中對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)體系做了如下要求:(1)結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位。(2)宜具有多道抗震防線。除此之外,高層建筑結(jié)構(gòu)體系還應(yīng)注意以下方面。
1.結(jié)構(gòu)平面形狀平面布置簡單、規(guī)則、對(duì)齊、對(duì)稱,宜采用方形、矩形、圓形、Y形等有利于抵抗水平荷載的建筑平面。尤其對(duì)于有抗震要求的結(jié)構(gòu),其平面應(yīng)力求簡單,對(duì)于復(fù)雜、不規(guī)則、不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)會(huì)難于計(jì)算和處理,在拐角處往往是應(yīng)力比較集中的部位,因此平面布置不宜采用角部重疊的平面圖形或腰形平面圖形。且平面長度不宜過長,突出部分長度不宜過大(如圖16.9所示),其值應(yīng)滿足表16-1的要求。圖16.9建筑平面表16-1L、l的限值多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則
綜上所述,無論是哪一種平面,都應(yīng)盡量用規(guī)則、簡單、對(duì)稱的形狀,盡量減少復(fù)雜受力和扭轉(zhuǎn)受力。
2.結(jié)構(gòu)豎向布置沿結(jié)構(gòu)豎向布置時(shí)應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布均勻,不要發(fā)生過大的突變。盡量避免夾層、錯(cuò)層和抽柱(墻)等現(xiàn)象,否則對(duì)結(jié)構(gòu)的受力極為不利。對(duì)有抗震設(shè)防要求的高層建筑,豎向體型應(yīng)力求規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小,變化均勻。無論采用何種結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置都應(yīng)使結(jié)構(gòu)具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位;對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取有效措施,增強(qiáng)其抗震能力;宜具有多道防線,避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受水平風(fēng)荷載、地震作用和重力荷載的能力。
3.控制結(jié)構(gòu)高寬比和最大適用高度高層建筑的高寬比(H/B)不宜超過表16-2(a)、表16-2(b)的限值,其中指建筑物地面到檐口高度,為建筑物平面的短方向總寬??刂聘邔挶鹊哪康氖强刂平Y(jié)構(gòu)剛度及側(cè)向位移。多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則表16-2(a)A級(jí)高度高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比限值表16-2(b)B級(jí)高度高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比限值《高規(guī)》還給出了各類現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大適用高度和抗震墻的最大間距。
4.減少偏心結(jié)構(gòu)的剛心、質(zhì)心盡可能地和水平外力合力的作用點(diǎn)重合,減少偏心,否則應(yīng)考慮其扭轉(zhuǎn)不利影響,有時(shí)甚至要付出很高的代價(jià)。
5.變形縫的合理設(shè)置及構(gòu)造對(duì)于一般的多層結(jié)構(gòu),考慮到沉降、溫度收縮和體型復(fù)雜對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的不利,常采用沉降縫、伸縮縫和防震縫將房屋分成若干獨(dú)立的部分。對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu),應(yīng)盡量不設(shè)或少設(shè)縫,目前的趨勢(shì)是避免設(shè)縫,從總體布置上或構(gòu)造上采取一些相應(yīng)的措施來減少沉降、溫度收縮和體型復(fù)雜引起的問題。如優(yōu)先采用平面布置簡單、長度不大的結(jié)構(gòu);體型復(fù)雜時(shí),可以采取加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性的措施(加強(qiáng)連接板處樓板配筋,避免在連接部位的樓板內(nèi)開洞等)。(1)當(dāng)必須設(shè)縫時(shí),其伸縮縫、沉降縫均應(yīng)符合防震縫寬度的要求。《高規(guī)》規(guī)定,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu),當(dāng)必須設(shè)置防震縫時(shí),其最小寬度應(yīng)符合下列要求:①框架房屋,當(dāng)高度不超過15m時(shí)可采用70mm;當(dāng)超過15m時(shí),抗震設(shè)防烈度為6、7、8度和9度時(shí)相應(yīng)增加高度5m、4m、3m和2m,宜加寬20mm。多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則②框架-剪力墻房屋的防震縫寬度可按第一款最后數(shù)值的70%,剪力墻房屋的防震縫寬可按第一款最后數(shù)值的50%,同時(shí)均不宜小于70mm。③防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí),防震縫寬度按不利的體系考慮,并按較低高度計(jì)算縫寬。④防震縫應(yīng)沿房屋全高設(shè)置,地下室、基礎(chǔ)可不設(shè)防震縫,但在防震縫處應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造和連接。(2)在抗震設(shè)計(jì)時(shí),高層建筑宜調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置,避免結(jié)構(gòu)不規(guī)則,這時(shí)可不設(shè)防震縫。當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí),宜設(shè)置防震縫將其劃分為較簡單的幾個(gè)結(jié)構(gòu)單元。為以下情況時(shí)宜設(shè)防震縫(如圖16.10所示):①平面各項(xiàng)尺寸超過表16-1的限值而無加強(qiáng)措施者。②房屋有較大錯(cuò)層者,且樓面高差較大處。③房屋各部分結(jié)構(gòu)的剛度、高度或荷載相差懸殊而又未采取有效措施者。圖16.10防震縫多高層建筑結(jié)構(gòu)體系的總體布置原則多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載本節(jié)重點(diǎn)介紹恒載、樓面活載、風(fēng)載、水平地震作用的選用原則和計(jì)算方法。多高層建筑上的荷載作用,主要有豎向荷載、水平荷載;豎向荷載包括永久荷載和可變荷載等,水平荷載包括風(fēng)荷載和地震作用等。(1)永久荷載:結(jié)構(gòu)自重,包括結(jié)構(gòu)的樓面板自重、梁、柱自重、剪力墻自重;樓地面粉刷、吊頂自重、屋面找坡、防水、保溫層自重以及填充墻、門窗自重。可根據(jù)構(gòu)件尺寸和材料的重量直接計(jì)算,材料的自重按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)采用。(2)可變荷載:包括人員、家具、設(shè)備等各類使用荷載。我國規(guī)范給出了適合我國國情的各類使用性質(zhì)的樓屋蓋使用活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)大量的工程統(tǒng)計(jì),采用普通輕質(zhì)填充墻的各類鋼筋混凝土民用高層建筑的總重量按總建筑面積平均計(jì)算,其范圍大致如下:框架結(jié)構(gòu)(0.9~1.2)t/m2,框剪結(jié)構(gòu)(1.1~1.4)t/m2,框筒結(jié)構(gòu)(1.3~1.5)t/m2,剪力墻結(jié)構(gòu)(1.4~1.7)t/m2。(3)風(fēng)荷載:其大小主要與所處地區(qū)、風(fēng)速、氣流密度、建筑物的高度、形狀以及地面粗糙度等有關(guān)。在高層建筑中風(fēng)是主要荷載,應(yīng)予以重視。(4)地震作用:設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮水平地震作用,按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》簡稱《規(guī)范》,有時(shí)要考慮豎向地震作用。永久荷載和可變荷載統(tǒng)稱為重力荷載,是多高層建筑所承受的長期發(fā)生作用的基本荷載,它直接關(guān)系到建筑物重量、剛度、結(jié)構(gòu)截面尺寸、地基基礎(chǔ)、地震作用及建筑物安全度。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量采用輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔聲、防火性能好的建筑材料以減輕建筑物的自重。一、風(fēng)荷載1.風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值垂直作用在建筑物表面單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式?jīng)Q定:多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(16-1)式中,W0——基本風(fēng)壓值,單位(KN/m2);——高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù);——風(fēng)載體型系數(shù);——高度處的風(fēng)振系數(shù)。1)基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓是指以該地空曠平坦地面以上10m高度處統(tǒng)計(jì)所得在規(guī)定重現(xiàn)期內(nèi)10min平均最大風(fēng)速()為基本風(fēng)速,由基本風(fēng)速計(jì)算得出基本風(fēng)壓?!督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)給出了中國全國各地基本風(fēng)壓分布圖??砂创藞D查取,但不得小于。2)風(fēng)壓高度變化系數(shù)一般風(fēng)速大小與高度有關(guān),隨著高度的增加,風(fēng)速受地面影響較小,風(fēng)速逐漸加大,風(fēng)壓值增加。風(fēng)速還與地面粗糙度、風(fēng)的阻力等因素有關(guān)。《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)把地面粗糙度分為四類。A類:指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū);B類:指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū);C類:指有密集建筑物的大城市市區(qū);D類:指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。表16-3給出了各種情況下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)。3)風(fēng)載體型系數(shù)風(fēng)載體型系數(shù)是指實(shí)際風(fēng)壓與平均風(fēng)壓的比值,反映作用于建筑物表面的風(fēng)壓分布規(guī)律。其大小主要與建筑物的體型、尺寸等幾何性質(zhì)有關(guān),高層建筑的體型變化大且復(fù)雜,一般都通過實(shí)測(cè)或風(fēng)洞模擬試驗(yàn)得到。在計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)建筑物的整體作用時(shí),只需按各個(gè)表面的平均風(fēng)壓計(jì)算,即采用各個(gè)表面的平均風(fēng)載體型系數(shù)計(jì)算。各類高層建筑物平面體型的整體風(fēng)載體型系數(shù)見表16-4。多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載表16-3風(fēng)壓高度變化系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載離地面或海平面高度/m地面粗糙度類別ABCD510152030405060708090100150200250300350400≥4501.171.181.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載表16-4風(fēng)載體型系數(shù)4)風(fēng)振系數(shù)《高層規(guī)程》規(guī)定,風(fēng)振系數(shù)可按下式計(jì)算:表16-5結(jié)構(gòu)振型參與系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(16-2)式中,——高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù);——結(jié)構(gòu)振型參與系數(shù),可由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算得出,可查表16-5得到;——風(fēng)壓脈動(dòng)增大系數(shù),按表16-6采用;——風(fēng)壓脈動(dòng)影響系數(shù),按表16-7采用。表16-6風(fēng)壓脈動(dòng)增大系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載6-7高層建筑的風(fēng)壓脈動(dòng)影響系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載H/B粗糙度類別房屋總高度H/m30501001502002503003503.0ABCD0.530.510.480.430.510.500.490.460.490.490.490.490.450.450.480.490.420.430.460.480.380.400.430.460.380.400.430.460.360.380.410.455.0ABCD0.520.500.470.430.530.530.500.480.510.520.520.520.490.500.520.530.460.480.500.530.440.450.480.520.420.440.470.510.390.420.450.508.0ABCD0.530.510.480.430.540.530.510.480.530.540.540.540.510.520.530.530.480.500.520.550.460.490.520.550.430.460.500.510.420.440.480.53
2.總風(fēng)荷載計(jì)算總風(fēng)荷載,是建筑物各表面承受風(fēng)力的合力,沿建筑物高度變化的線荷載。迎風(fēng)面積取垂直于風(fēng)向的最大投影面積,z高度處的總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算:多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(16-3)式中,n——建筑物外圍表面數(shù),每一個(gè)平面作為一個(gè)表面;——各個(gè)表面的寬度;——各個(gè)表面的平均風(fēng)載體型系數(shù);——各個(gè)表面法線與風(fēng)作用方向的夾角。計(jì)算時(shí),應(yīng)注意區(qū)別是風(fēng)壓力還是風(fēng)吸力,以便作矢量相加。各表面風(fēng)荷載的合力作用點(diǎn),即總風(fēng)荷載作用點(diǎn)。二、地震作用地震作用是多高層建筑結(jié)構(gòu)要承受的一種重要作用。地震時(shí)由于地震波的作用產(chǎn)生地面運(yùn)動(dòng),通過房屋基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。它的大小量級(jí)取決于地面振動(dòng)的強(qiáng)烈程度即地震基本烈度、建筑物所在場(chǎng)地類別(由場(chǎng)地土剪切波速和覆蓋層厚度確定)、建筑物場(chǎng)地與震中距離的遠(yuǎn)近(設(shè)計(jì)分組),以及建筑結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量、周期、振型、阻尼等動(dòng)力特性。由于它是間接施加在結(jié)構(gòu)上,故稱為地震作用而不稱為荷載,結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)包括速度、加速度和位移反應(yīng)。水平傳播的地震波使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平振動(dòng),豎向傳播的地震波使房屋產(chǎn)生豎向振動(dòng),設(shè)計(jì)中主要考慮水平地震作用。建筑抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法主要采用兩種。一種是反應(yīng)譜法,這種方法應(yīng)用普遍,適合于大多數(shù)建筑。反應(yīng)譜法又分為底部剪力法和振型分解反應(yīng)普法。另一種方法是時(shí)程分析法,屬于直接動(dòng)力法。這種方法適用于特別重要、特別不規(guī)則的建筑及超高層建筑。高層建筑應(yīng)根據(jù)不同情況,分別采用不同的地震作用計(jì)算方法。
1.抗震設(shè)計(jì)的基本要求1)抗震設(shè)防烈度基本烈度是指該地區(qū)在未來50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一般場(chǎng)地條件下可能遭遇超越概率約為10%的地震烈度??拐鹪O(shè)防烈度是按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度,一般情況下可采用基本烈度。《規(guī)范》給出了中國各地主要城鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度及其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)基本地震加速度值和設(shè)計(jì)地震分組。2)建筑抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)(1)《規(guī)范》規(guī)定建筑應(yīng)根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個(gè)抗震設(shè)防類別。甲類建筑應(yīng)屬于重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑;乙類建筑應(yīng)屬于地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑;丙類建筑應(yīng)屬于除甲乙丁類以外的一般建筑;丁類建筑應(yīng)屬于抗震次要建筑。多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(2)《規(guī)范》規(guī)定了上述四類建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列要求:甲類建筑地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求,其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果確定??拐鸫胧寒?dāng)抗震設(shè)防烈度為6~8度時(shí),應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求;當(dāng)為9度時(shí),應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。乙類建筑地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求??拐鸫胧寒?dāng)抗震設(shè)防烈度為6~8度時(shí),應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求;當(dāng)為9度時(shí)應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求;地基基礎(chǔ)的抗震措施應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。對(duì)較小的乙類建筑,當(dāng)其結(jié)構(gòu)改用抗震性能較好的結(jié)構(gòu)類型時(shí),應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震措施。丙類建筑地震作用和抗震措施均應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。丁類建筑地震作用仍應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。抗震措施應(yīng)允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低,但抗震設(shè)防烈度為6度時(shí)不應(yīng)降低??拐鹪O(shè)防烈度為6度時(shí),除有具體規(guī)定外,對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算,但要采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。3)抗震設(shè)防目標(biāo)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)規(guī)定了三水準(zhǔn)的建筑抗震設(shè)防目標(biāo)。一般情況下,遭遇第一水準(zhǔn)烈度(眾值烈度,低于該地區(qū)抗震設(shè)防烈度)時(shí),即小震時(shí),建筑物處于正常使用狀態(tài),建筑一般不損壞。從結(jié)構(gòu)抗震分析角度,可以視為彈性體系,采用彈性反應(yīng)譜進(jìn)行彈性分析。遭遇第二水準(zhǔn)烈度(基本烈度)時(shí),即中震時(shí),結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性工作階段,但非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系的損壞控制在可修復(fù)的范圍,經(jīng)修理后仍可使用。遭遇第三水準(zhǔn)烈度(預(yù)估的罕遇地震)時(shí),即大震時(shí),結(jié)構(gòu)有較大的非彈性變形,但應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)以免倒塌。歸納起來就是,“小震不壞、中震可修、大震不倒”。4)二階段的設(shè)計(jì)方法采用二階段設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo)。第一階段設(shè)計(jì)是彈性階段計(jì)算。除了在確定結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)考慮抗震要求外,還要按設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震(小震)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和地震內(nèi)力計(jì)算及彈性位移計(jì)算,用極限狀態(tài)方法設(shè)計(jì)截面配筋,并按延件要求采取相應(yīng)的抗震措施,使之具有第二水準(zhǔn)的變形能力,從而實(shí)現(xiàn)“小震不壞”和“中震可修”的目標(biāo)。第二階段是彈塑性驗(yàn)算階段。對(duì)抗震要求較高的建筑結(jié)構(gòu)(如甲類建筑),要用罕遇地震作用計(jì)算易損部位(薄弱層)的彈塑性側(cè)移變形。如果層間變形不超過允許值,應(yīng)采取措施提高薄弱層的承載能力,增加變形能力,加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施;若變形超過允許值,應(yīng)重新設(shè)計(jì)(修改第一階段設(shè)計(jì)),使薄弱層的彈塑性位移不超過允許位移,滿足“大震不倒”的要求。多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載抗震設(shè)計(jì)除應(yīng)重視抗震計(jì)算及抗震構(gòu)造外,還應(yīng)體現(xiàn)概念設(shè)計(jì)的重要性。由于地震是隨機(jī)事件對(duì),于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),有一些在計(jì)算和規(guī)范中都難以作出具體規(guī)定的問題,必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析、作出判斷,并結(jié)合抗震計(jì)算、構(gòu)造設(shè)計(jì),達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)的要求。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求,概念設(shè)計(jì)是從以往工程結(jié)構(gòu)的震害、抗震理論和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的,主要包括:場(chǎng)地的選擇、建筑的平立面布置、結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置、增大延性、設(shè)置多道抗震防線和確保結(jié)構(gòu)的整體性等。
2.地震作用的計(jì)算原則多高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)按下列原則考慮地震作用:(1)一般情況下,應(yīng)允許在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算,各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。(2)有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu),當(dāng)相交角度大于15°時(shí),應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。(3)質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱的結(jié)構(gòu),應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響;其他情況,應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響。(4)設(shè)防烈度為8、9度時(shí)的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑,應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。計(jì)算地震作用時(shí),建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)和構(gòu)配件自重標(biāo)準(zhǔn)值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載的組合值系數(shù)應(yīng)按表16-8采用。表16-8組合值系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載可變荷載種類組合值系數(shù)雪荷載0.5屋面積灰荷載0.5屋面活荷載不計(jì)入可變荷載種類組合值系數(shù)按實(shí)際情況計(jì)算的樓面活荷載1.0按等效均布荷載計(jì)算的樓面活荷載藏書庫、檔案庫0.8其他民用建筑0.5吊車懸吊物重力硬鉤吊車0.3軟鉤吊車不計(jì)入3.水平地震作用的計(jì)算方法1)加速度反應(yīng)譜《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)給出了設(shè)計(jì)用的地震影響系數(shù)曲線,它是由強(qiáng)震地面運(yùn)動(dòng)加速度反應(yīng)譜平均化、標(biāo)準(zhǔn)化整理后得出。如圖16.11所示。圖16.11地震影響系數(shù)曲線多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載圖中,α——水平地震影響系數(shù);αmax——水平地震影響系數(shù)最大值,見表16-9所示;T——結(jié)構(gòu)自振周期;Tg——場(chǎng)地特征周期,見表16-10所示;η1——直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù);η2——阻尼調(diào)整系數(shù);γ——衰減指數(shù)。
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載表16-9水平地震影響系數(shù)最大值地震影響6度7度8度9度多遇地震0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32罕遇地震—0.50(0.72)0.90(1.20)1.40表16-10場(chǎng)地特征周期(S)設(shè)計(jì)地震分組場(chǎng)地類別ⅠⅡⅢⅣ第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載直線下降段的下降斜率調(diào)整系數(shù)η1按下式確定:(16-4)若計(jì)算得到的η1小于0時(shí),應(yīng)取0。阻尼調(diào)整系數(shù)η2按下式確定:(16-5)若計(jì)算得到的η2小于0.55時(shí),應(yīng)取0.55。下降段的衰減指數(shù)γ按下式確定:(16-6)式中,——阻尼比。2)底部剪力法計(jì)算水平地震作用對(duì)多高層建筑中,高度不超過40m,以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu),可采用底部剪力法計(jì)算水平地震作用,其計(jì)算結(jié)果安全可靠。采用底部剪力法時(shí),每一樓層可各取為一個(gè)質(zhì)體,結(jié)構(gòu)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算簡圖如圖16.12所示。并應(yīng)按下列公式確定:
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載式中,——結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值;——相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值,多層砌體房屋、底部框架和多層內(nèi)框架磚房,宜取水平地震影響系數(shù)最大值;對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),(16-7)(16-8)(16-9)圖16.12結(jié)構(gòu)水平地震作用計(jì)算簡圖
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載Geq——結(jié)構(gòu)等效總重力荷載,單質(zhì)點(diǎn)應(yīng)取總重力荷載代表值,多質(zhì)點(diǎn)可取總重力荷載代表值的85%,即;Fi——質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值,沿高度呈倒三角形直線分布;Gi、Gj——分別為集中于質(zhì)點(diǎn)、的重力荷載代表值;Hi、Hj——分別為質(zhì)點(diǎn)、的計(jì)算高度;δn——頂部附加地震作用系數(shù),多層鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)房屋可按表16-11采用,多層內(nèi)框架磚房可采用0.2,其他房屋可采用0.0;ΔFn——頂部附加水平地震作用。表16-11頂部附加地震作用系數(shù)結(jié)構(gòu)基本自振周期T1可以采用適合于手算的近似計(jì)算方法求得。下面介紹一些常用的近似計(jì)算方法:①頂點(diǎn)位移法。對(duì)于質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu),其基本自振周期可按下式計(jì)算:
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(16-10)式中,T1——結(jié)構(gòu)的基本自振周期,單位為s;ΔT——計(jì)算結(jié)構(gòu)基本自振周期用的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)假想位移,即把集中在各層樓面處的重力荷載代表值看作為作用于層樓面的假想水平荷載,按彈性剛度計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移,單位為m;α0——考慮填充墻后基本周期的折減系數(shù)??蚣芙Y(jié)構(gòu)取α0=0.6-0.7,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)取α0=0.7-0.8,剪力墻結(jié)構(gòu)取α0=1.0。②經(jīng)驗(yàn)公式。高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),高度為20m~50m,剪力墻間距為3m~6m的住宅、旅館等類建筑:當(dāng)橫墻間距較密時(shí):
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載
當(dāng)橫墻間距較疏時(shí):
式中,n——建筑物層數(shù);H——建筑物總高度;B——建筑物總寬度。鋼筋混凝土框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)
(16-11a)(16-11b)(16-12a)(16-12b)(16-13)(16-14a)(16-14b)
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載3)注意事項(xiàng)采用底部剪力法時(shí),突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng),宜乘以增大系數(shù)3,此增大部分不應(yīng)往下傳遞,但與該突出部分相連的構(gòu)件應(yīng)予計(jì)入;采用振型分解法時(shí),突出屋面部分可作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的樓層水平地震剪力應(yīng)按下列原則分配:現(xiàn)澆和裝配整體式混凝土樓、屋蓋等剛性樓蓋建筑,宜按抗側(cè)力構(gòu)件等效剛度的比例分配;木樓蓋、木屋蓋等柔性樓蓋建筑,宜按抗側(cè)力構(gòu)件從屬面積上重力荷載代表值的比例分配;普通的預(yù)制裝配式混凝土樓、屋蓋等中性樓、屋蓋的建筑,可取上述兩種分配結(jié)果的平均值。
4.截面抗震驗(yàn)算(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用效應(yīng)和其他荷載效應(yīng)的基本組合應(yīng)按下式計(jì)算:(16-15)式中,S——結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值,如組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計(jì)值;γG——重力荷載分項(xiàng)系數(shù),一般情況應(yīng)采用1.2,當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件承載能力有利時(shí),不應(yīng)大于1.0;vEh、γEv——分別為水平、豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù),應(yīng)按表16-12采用;γW——風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù),應(yīng)采用1.4;SGE——重力荷載代表值的效應(yīng),有吊車時(shí),尚應(yīng)包括懸吊物重力標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng);
SEhK——水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng),尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);SEVK——豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng),尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù);SWK——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng);ФW——風(fēng)荷載組合值系數(shù),一般結(jié)構(gòu)取0.0,風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2。表16-12地震作用分項(xiàng)系數(shù)多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗震驗(yàn)算應(yīng)采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式:(16-16)式中,S——結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值;γKE——承載力抗震調(diào)整系數(shù),除另有規(guī)定外應(yīng)按表16-13采用;R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值。
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載表16-13承載力抗震調(diào)整系數(shù)
5.抗震變形驗(yàn)算1)多遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算表16-14所列各類結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行多遇地震作用下的抗震變形驗(yàn)算,其樓層內(nèi)的彈性層間位移應(yīng)符合下式要求:(16-17)
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載表16-14彈性層間位移角限值式中,Δμe——多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移。計(jì)算時(shí)除以彎曲變形為主的高層建筑外,可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形;應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形;各作用分項(xiàng)系數(shù)均應(yīng)采用1.0;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面剛度可采用彈性剛度;[θe]——彈性層間位移角限值,按《高規(guī)》相關(guān)規(guī)定取用;h——計(jì)算樓層層高。2)罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算下列結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算:①設(shè)防烈度為8度Ⅲ、Ⅳ類場(chǎng)地和9度時(shí),高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架;②7~9度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu);③高度大于150m的鋼結(jié)構(gòu);④甲類建筑和9度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu);⑤采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)薄弱層(部位)彈塑性層間位移的應(yīng)符合下式為:
多高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載(16-18)式中,ηP——彈塑性位移增大系數(shù),按規(guī)范采用。結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性層間位移應(yīng)符合下式要求:(16-19)式中,[θP]——彈塑性層間位移角限值,按《高規(guī)》相關(guān)規(guī)定取用。6.抗震等級(jí)和措施結(jié)構(gòu)在進(jìn)行了多遇地震(小震)作用下的承載力及彈性變形驗(yàn)算,以及罕遇地震作用下的彈塑性變形驗(yàn)算后,還要根據(jù)抗震等級(jí)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。高層建筑設(shè)計(jì)時(shí),要求結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的延性性能。即在設(shè)防烈度(中震)下,允許某些部位進(jìn)入屈服狀態(tài),形成塑性鉸,結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段,通過結(jié)構(gòu)塑性變形來耗散地震能量而保持結(jié)構(gòu)的承載力,這種性能稱為延性,延性愈好結(jié)構(gòu)愈不易壞。而影響延性的重要因素之一,就是采取一系列抗震措施??拐鸫胧┓譃樗膫€(gè)等級(jí),稱為抗震等級(jí)。鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度選取結(jié)構(gòu)抗震等級(jí),并應(yīng)采取相應(yīng)的計(jì)算和構(gòu)造措施。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算作用在框架上的荷載可分為豎向荷載和水平荷載兩類。豎向荷載包括;結(jié)構(gòu)自重、使用活荷載、雪荷載、屋面積灰荷載和施工檢修荷載等;水平荷載包括風(fēng)荷載及水平地震作用等。本節(jié)著重介紹框架內(nèi)力簡化的近似計(jì)算方法:豎向荷載作用時(shí)的分層法,水平荷載作用時(shí)的反彎點(diǎn)法。一、基本假定和計(jì)算簡圖
框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)體系,由框架等豎向結(jié)構(gòu)組成豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu);同時(shí)水平放置的樓板又將豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)連為整體,是一個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。要對(duì)其進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算,就必須進(jìn)行計(jì)算模型的簡化,引入計(jì)算假定,得到合理的計(jì)算圖形。
1.基本假定(1)框架計(jì)算簡圖的主要尺寸以框架的梁柱截面幾何軸線來確定。(2)對(duì)于不等跨框架,當(dāng)各跨跨度相差不大于10%時(shí)可簡化為等跨框架,跨度取原框架各跨跨度的平均值。計(jì)算時(shí),如何正確選取截面慣性矩也是一個(gè)重要的問題。對(duì)框架橫梁,應(yīng)要考慮樓板對(duì)其的影響,因此橫梁慣性矩的確定是根據(jù)框架結(jié)構(gòu)施工方式的不同而做了以下的規(guī)定:
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算①現(xiàn)澆整體式框架結(jié)構(gòu):梁和樓板整體相連而構(gòu)成T形截面,框架橫梁的實(shí)際剛度要比矩形截面的剛度大,對(duì)于中間框架取I=2I0,邊框架的橫梁取I=1.5I0,I0指不包括兩邊翼緣在內(nèi)的矩形截面梁的截面慣性矩。②裝配式框架結(jié)構(gòu):由于梁板之間無整體連接,故不考慮板對(duì)梁剛度的影響,因此取I=I0。③裝配整體式框架結(jié)構(gòu):板與疊合梁之間有后澆混凝土連成整體,對(duì)框架橫梁剛度有一定程度的提高,故在計(jì)算中對(duì)梁剛度予以適當(dāng)提高,一般對(duì)中間框架橫梁取I=1.5I0,對(duì)邊框架橫梁取I=1.2I0。柱的剛度取值,按其實(shí)際截面確定。2.計(jì)算簡圖框架結(jié)構(gòu)是由多榀框架單元通過各種聯(lián)系連接成為一個(gè)空間整體的。當(dāng)一榀框架上受了外荷載的作用,與之相聯(lián)系的其他框架也會(huì)分擔(dān)直接受荷框架上的一部分荷載。但是對(duì)于框架結(jié)構(gòu)是以承受豎向荷載為主,因此這種“空間工作效應(yīng)”較小。因此,為了簡化計(jì)算,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí),可以不考慮各榀框架間的空間工作,忽略結(jié)構(gòu)縱向和橫向之間的聯(lián)系,忽略各構(gòu)件的抗扭作用,將縱向框架和橫向框架分別按平面框架進(jìn)行分析計(jì)算,并可分別從橫向和縱向的各榀框架中選出一榀或幾榀具有代表性的框架作為計(jì)算單元來進(jìn)行內(nèi)力分析,作用于各計(jì)算單元上的荷載按該單元的負(fù)荷面積確定,如圖16.13所示。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算圖16.13框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算二、多層多跨框架在豎向荷載作用下的近似計(jì)算—分層計(jì)算法1.基本假定(1)多層多跨框架在豎向荷載作用下,側(cè)向位移忽略不計(jì)。(2)每層梁的豎向荷載對(duì)其他各層桿件內(nèi)力的影響不大,因此,可將多層框架分解成一層一層的單層框架,分別計(jì)算。
2.分層法計(jì)算時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(1)在分層計(jì)算時(shí),假定上下柱的遠(yuǎn)端為固定端,而實(shí)際上是彈性支承。故在計(jì)算中除底層柱以外其他層各柱的剛度應(yīng)乘以折減系數(shù)0.9,以減少誤差。(2)分層計(jì)算時(shí),柱支座處的柱端彎矩為橫梁處的柱端彎矩的1/3;對(duì)底層柱支座為完全固定,其彎矩為橫梁處柱端彎矩的1/2。(3)橫梁的實(shí)際彎矩即為分層計(jì)算所得的彎矩;柱同屬于上下兩層,所以柱的實(shí)際彎矩為將上下兩相鄰簡單框架柱的彎矩疊加起來。(4)在節(jié)點(diǎn)處,最后算得的彎矩之和常不等于零,欲進(jìn)一步修正,可再進(jìn)行一次彎矩分配。三、多層多跨框架在水平荷載作用下的近似計(jì)算——反彎點(diǎn)法
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算計(jì)算框架水平荷載的內(nèi)力計(jì)算方法有兩個(gè),反彎點(diǎn)法和D值法。本節(jié)重點(diǎn)介紹反彎點(diǎn)法的計(jì)算過程??蚣芩艿乃胶奢d主要是風(fēng)力和地震力,它們都可以化成作用在框架樓層節(jié)點(diǎn)上的水平集中力,如圖16.14所示。圖16.14水平荷載作用下框架的變形和彎矩圖多層多跨框架在節(jié)點(diǎn)水平荷載作用下的彎矩圖均為直線,每柱各有一零彎矩點(diǎn),稱反彎點(diǎn),但位置不一定相同。如果能求出每根柱的剪力及反彎點(diǎn)的位置,則柱和梁的彎矩都可以求出,反彎點(diǎn)法計(jì)算水平荷載內(nèi)力的主要工作包括兩個(gè)方面:①將每層以上的水平荷載(層間剪力)按某一比例分配給該層的各柱,求出各柱的剪力;②確定反彎點(diǎn)高度。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算1.基本假定為了簡化計(jì)算,可作如下假定:(1)不考慮桿件軸向變形的影響,則上部同一層的各結(jié)點(diǎn)水平位移相等。(2)上部各結(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)角,固定柱腳處,線位移和角位移為零。
2.柱的側(cè)移剛度兩端無轉(zhuǎn)角但有水平位移時(shí),柱的剪力與水平位移的關(guān)系為: (16-20)由《結(jié)構(gòu)力學(xué)》桿件轉(zhuǎn)角位移方程求得柱的側(cè)移剛度d為:(16-21)(16-22)式中,V——柱剪力;δ——柱層間位移;h——層高;EI——柱抗彎剛度;iC——柱線剛度;d——柱的側(cè)移剛度,其物理意義是:柱上下兩端相對(duì)有單位側(cè)移時(shí)柱中產(chǎn)生的剪力。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算
3.反彎點(diǎn)高度反彎點(diǎn)高度指反彎點(diǎn)至柱下端的距離。根據(jù)假定可知,對(duì)于上層各柱,當(dāng)梁柱線剛度之比超過3時(shí),柱端的轉(zhuǎn)角很小,反彎點(diǎn)接近中點(diǎn),可假定它就在中點(diǎn);對(duì)于底層柱,由于底端固定而上端有轉(zhuǎn)角,反彎點(diǎn)向上移,通常假定反彎點(diǎn)在距底端2h/3處。
4.柱剪力計(jì)算以圖16.15所示的頂層為例,從頂層各柱的反彎點(diǎn)處切開,取上部分為隔離體(如圖16.15所示),根據(jù)力學(xué)平衡條件得:圖16.15頂層隔離體
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算(16-23)設(shè)頂層層間剪力為由于各層柱柱端水平位移相等,則而 (16-24)(16-25)(16-26c)(16-26b)(16-26a)將上式代入式(16-23)中,得:(16-27)(16-28a)(16-28b)(16-28c)
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算從以上分析可以得出,任意第i層層間剪力,等于該層以上水平力之和。而每一根柱分配到的剪力與該柱側(cè)移剛度成正比,各柱剪力為:(16-29)式中,——第i層第j柱承受的剪力;——第i層第j柱的側(cè)移剛度;——第i層各柱側(cè)移剛度之和,即層間側(cè)移剛度;——第i層層間剪力。
5.柱端彎矩根據(jù)各柱分配到的剪力及反彎點(diǎn)位置,可計(jì)算柱端彎矩。上層柱,上下端彎矩相等: (16-30)
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算底層柱,上端彎矩:下端彎矩:(16-31a)(16-31b)6.梁端彎矩根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡,可得到梁端彎矩(如圖16.16所示)。圖16.16結(jié)點(diǎn)平衡圖邊柱:(16-32a)中柱結(jié)點(diǎn):(16-32b)(16-32c)
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算式中,ib左——左邊梁的線剛度;ib右——右邊梁的線剛度。再進(jìn)一步,可以根據(jù)梁的平衡,求出梁的剪力;由梁的剪力,根據(jù)結(jié)點(diǎn)平衡,可求出柱的軸力。四、框架在水平荷載作用下的側(cè)移近似計(jì)算框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移主要由水平荷載引起,故一般僅進(jìn)行水平荷載下的側(cè)移計(jì)算??蚣芙Y(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的變形由兩部分組成:即總體剪切變形(如圖16.17(a)所示)和總體彎曲變形(如圖16.17(b)所示)??傮w剪切變形是由梁、柱彎曲變形所引起的框架變形,它是由層間剪力引起的,其側(cè)移曲線與懸臂梁的剪切變形曲線相似,故稱為總體剪切變形;總體彎曲變形是由框架柱中軸力引起的柱伸長或壓縮所導(dǎo)致的框架變形,它與懸臂梁的彎曲變形規(guī)律一致,故稱為總體彎曲變形。
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算圖16.17框架結(jié)構(gòu)在水平荷載下的側(cè)向位移1.由梁柱彎曲變形引起的側(cè)移頂點(diǎn)側(cè)移計(jì)算公式為:(16-33)
框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算式中,V0——
沿全部水平荷載總和;h——層高;H——框架總高度;——框架底層各柱線剛度總和;——框架底層各梁線剛度總和;——S、g的函數(shù),其中也可查閱有關(guān)圖表。
2.由柱軸向變形引起的側(cè)移頂點(diǎn)側(cè)移計(jì)算公式為:(16-34)式中,V0——基底剪力,即水平荷載的總和;Fn——側(cè)移系數(shù),與荷載形式有關(guān),可查閱相關(guān)資料。A底——底層柱截面面積;B——房屋寬度;E——柱材料彈性模量;H——房屋總高度。
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)本節(jié)重點(diǎn)介紹混凝土框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框-剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)。一、多層和高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算要點(diǎn)重點(diǎn)介紹有關(guān)框架結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)時(shí)的一般規(guī)定及計(jì)算要點(diǎn)。
1.一般規(guī)定框架結(jié)構(gòu)的抗震性能受許多因素的影響,而且十分敏感。為了使框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,就應(yīng)在早期方案設(shè)計(jì)階段就給予足夠的重視。因此必須考慮結(jié)構(gòu)體型、規(guī)則性、整體性和質(zhì)量分布等問題,同時(shí)還應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力、剛度和非彈性延性變形能力從地震反應(yīng)角度做出比較正確的評(píng)價(jià),使結(jié)構(gòu)體系具有一定的延性。要求框架結(jié)構(gòu)有一定的延性就必須保證框架梁、柱有足夠大的延性。而梁、柱的延性是以其控制截面塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力來度量的。因此,應(yīng)合理控制結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制及破壞歷程,使結(jié)構(gòu)具有良好的塑性內(nèi)力重分布能力,合理設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)區(qū)及各個(gè)部分連接和錨固,避免各種形式的脆性破壞。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下述設(shè)計(jì)基本原則:
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)強(qiáng)柱弱梁:較合理的框架破壞機(jī)制和破壞歷程,應(yīng)是梁比柱的屈服盡可能先發(fā)生和多出現(xiàn),底層柱的塑性鉸最晚形成,同一層中各柱兩端的屈服過程越長越好。因?yàn)橥粚又?、下都出現(xiàn)塑性鉸,很容易形成幾何可變體系而倒塌。因此,要控制梁、柱相對(duì)強(qiáng)度讓塑性鉸首先在梁端出現(xiàn),盡量避免或減少在柱端出現(xiàn),使框架結(jié)構(gòu)形成盡可能多的梁型延性結(jié)構(gòu)鉸。(2)強(qiáng)剪弱彎:鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切破壞是脆性破壞,延性很小。對(duì)于框架梁、柱,為了使構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸前不發(fā)生脆性的剪切破壞,這就要求構(gòu)件的抗剪承載力大于塑性鉸的抗彎承載力。為此,要提高構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度,形成“強(qiáng)剪弱彎”。(3)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固:框架結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞,屬變形能力差的剪切脆性破壞,并且使交于節(jié)點(diǎn)的梁、柱同時(shí)失效。所以,在梁、柱彈塑性變形充分發(fā)揮前節(jié)點(diǎn)區(qū)和構(gòu)件錨固不應(yīng)失效。對(duì)于框架梁,應(yīng)具有良好的延性,以提高梁的塑性鉸的延性及耗能能力是保證框架結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵。我們可以通過以下幾個(gè)方面來改善梁的延性性能:①剪壓比限制。保證較低的剪應(yīng)力,塑性鉸區(qū)的截面剪應(yīng)力對(duì)于梁的延性、能量耗散及保持梁的強(qiáng)度、剛度有明顯的影響,剪壓比愈大梁剛度和強(qiáng)度下降愈快;②在塑性鉸區(qū)加密箍筋并增設(shè)水平腰筋以減少剪切錯(cuò)動(dòng)的影響,防止過早的強(qiáng)度、剛度下降;③梁端截面下部配筋不宜少于上部鋼筋的30%~50%,以降低梁端截面受壓區(qū)高度、增大塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)能力、增大其耗能性能。④限制配筋率和改進(jìn)箍筋形式;⑤剪跨比限制()。改善柱的延性性能除與梁相同的幾項(xiàng)措施外,還應(yīng)限制軸壓比,避免短柱。
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.計(jì)算要點(diǎn)對(duì)于多層和高層鋼筋混凝土房屋的構(gòu)件,在抗震設(shè)計(jì)時(shí)除了按第11章所述的分別進(jìn)行承載力計(jì)算外,還應(yīng)進(jìn)行以下驗(yàn)算。(1)一、二、三級(jí)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處,除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱的節(jié)點(diǎn)外,柱端組合的彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下式要求:一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及設(shè)防烈度為9度時(shí)尚應(yīng)符合:(16-35)(16-36)式中,——節(jié)點(diǎn)上下柱端截面順時(shí)針或逆時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和,上下柱端的彎矩設(shè)計(jì)值可按彈性分析分配;——節(jié)點(diǎn)左右梁端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和,框架節(jié)點(diǎn)左右梁端均為負(fù)彎矩時(shí),絕對(duì)值較小的彎矩應(yīng)取零;——節(jié)點(diǎn)左右梁端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值之和,根據(jù)實(shí)配鋼筋面積(計(jì)入受壓筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定;——柱端彎矩增大系數(shù):一級(jí)取1.4,二級(jí)取1.2,三級(jí)取1.1。
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)一、二、三級(jí)框架的底層柱下端截面組合彎矩的設(shè)計(jì)值,應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5、1.25和1.15。(2)一、二、三級(jí)的框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁,其梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式調(diào)整:一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及設(shè)防烈度為9度時(shí)尚應(yīng)符合下式:(16-37)(16-38)式中,V——梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值;ln——梁的凈跨;VGb——梁在重力荷載代表值(設(shè)防烈度為9度時(shí)高層建筑還應(yīng)包括豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值)作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設(shè)計(jì)值;——分別為梁左右端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向組合的彎矩設(shè)計(jì)值,框架兩端彎矩均為負(fù)彎矩時(shí),絕對(duì)值較小的彎矩應(yīng)取零;——分別為梁左右端截面逆時(shí)針或順時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值,根據(jù)實(shí)配鋼筋面積(計(jì)入受壓筋)和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定;——梁端剪力增大系數(shù):一級(jí)取1.3,二級(jí)取1.2,三級(jí)取1.1。(3)一、二、三級(jí)的框架柱和框支柱組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)按下式調(diào)整:
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)一級(jí)框架結(jié)構(gòu)及設(shè)防烈度為9度時(shí)尚應(yīng)符合下式:(16-39)(16-40)式中,V——柱端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值;Hn——柱的凈高;——分別為柱的上下端順時(shí)針或逆時(shí)針方向截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值;——分別為偏心受壓柱的上下端順時(shí)針或逆時(shí)針方向?qū)嵟涞恼孛婵拐鹗軓澇休d力所對(duì)應(yīng)的彎矩值,根據(jù)實(shí)配鋼筋面積、材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和軸壓力等確定;——柱剪力增大系數(shù):一級(jí)取1.4,二級(jí)取1.2,三級(jí)取1.1。(4)框架節(jié)點(diǎn)剪力設(shè)計(jì)值根據(jù)規(guī)范由強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件原則計(jì)算確定。二、多層和高層鋼筋混凝土房屋抗震的構(gòu)造措施1.框架結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施1)截面尺寸梁的截面尺寸宜符合下列各項(xiàng)要求:截面寬度不宜小于200mm;截面高寬比不宜大于4;凈跨與截面高度之比不宜小于4。
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)柱的截面尺寸宜符合下列各項(xiàng)要求:截面的寬度和高度均不宜小于300mm,圓柱直徑不宜小于350mm;剪跨比宜大于2;截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。且柱的軸壓比不宜超過表16-15的規(guī)定。表16-15柱軸壓比限值結(jié)構(gòu)類型抗震等級(jí)一二三框架結(jié)構(gòu)0.70.80.9框架-抗震墻、板柱-抗震墻及筒體0.750.850.95部分框支抗震墻0.60.7—
多高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)2)縱向鋼筋的構(gòu)造要求(1)梁的鋼筋配置,應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求:①梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5%,且計(jì)入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比,
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