工學高層建筑設計第4章-設計要求及荷載效應組合說課材料

第4章

設計要求及荷載效應組合4.1荷載效應組合及最不利內力4.2承載力驗算4.3側移限值4.4舒適度要求4.5穩(wěn)定和抗傾覆4.6抗震結構延性要求和抗震等級4.1荷載效應組合及最不利內力1、無地震作用組合：4.1.1荷載效應組合S=γGSGK+γLψQγQSQK+ψWγWSWk

γL——考慮結構使用年限的荷載調整系數。50年時取1.0；100年時取1.12、有地震作用組合：SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk注：抗震設計時，應同時考慮無地震作用組合和有地震作用組合。4.1.2豎向活荷載的布置2、活載布置高層民用建筑一般滿布計算內力(圖4-4(d))，為了安全起見，可以把框架梁的彎矩乘以1.1~1.2的放大系數.在貯藏、書庫或其他有很重使用荷載(q>4kN／m2)的結構中，應考慮最不利荷載布置(圖4-4(a)、(b)、(c))

。1、恒載布置——全部作用在結構上。4.1.4控制截面及最不利內力1、梁(1)兩端支座截面最大負彎矩及最大剪力；在水平荷載作用下，端截面還有正彎矩；組合前應經過換算求得柱邊截面的彎矩和剪力。(2)跨中截面——最大正彎矩。2、柱控制截面為上、下兩個端截面，柱子多設計成對稱配筋。要考慮下述四種可能組合：|M|max及相應的N；Nmax及相應的M；Nmin及相應的M。|M|比較大（不是絕對最大），但N比較小或N比較大（不是絕對最小或絕對最大）。柱子還要組合最大剪力Vmax。4.1.5內力調整1、豎向荷載下框架梁彎矩塑性調幅(1)降低支座負彎矩，以減少配筋面積。(2)

跨中彎矩乘以1.1～1.2增大系數。(3)

調幅后各彎矩滿足以下要求：M

0≥0.5M及0.5(M

1+M

2)+M

0≥M見圖4-5由彈性靜力計算得到的內力需要先進行局部調整，然后進行內力組合2、水平力作用下框一剪結構中框架內力調整(1)框架內力一般要比彈性計算值大，在于：樓板在水平力作用下會有變形；在地震作用下，剪力墻會出現(xiàn)塑性變形而剛度降低。(2)框架內力一般按下列方法調整(pp129)：VFi≥0.2V0的樓層，不調整。VFi

＜0.2V0的樓層，按下兩式中的較小值調整Vfi。見圖4-64.2承載力計算(1)按極限狀態(tài)設計要求，構件承載力計算表達式為：不考慮地震作用的組合時：γ0S≤R不考慮地震作用的組合時：SE≤RE/

RE或：

RESE≤RE(2)地震作用下，構件承受反復作用力及變形，承載力RE要降低(見表4-1)；(3)抗震設計中，不考慮結構構件的重要性系數。(4.2-1)(4.2-2)注：抗震設計時，應同時按式(4.2-1)、(4.2-2)進行承載力計算。4.3側移限值4.3.1使用階段層間位移限制(1)正常使用條件下的結構水平位移，考慮風荷載和地震作用(見圖4-1)，用彈性方法計算。(2)以樓層層間最大位移δ與層高h之比作為限制條件，即：(3)為什么限制結構側向位移？δ/h

≤[δ/h]見表4-24.3.2防止倒塌的層間位移限制(1)驗算范圍：7～9度設防的、樓層屈服強度系數ξy小于0.5的框架結構；采用隔震和消能減震技術的建筑結構；7～9度時的甲類建筑和9度時的乙類建筑結構；房屋高度大于150m的結構。(2)要求：

up

≤[θp]h[θp]=[δ/h]見表4-3(3)結構層間彈塑性變形的計算不超過12層且剛度無突變的框架結構、填充墻框架結構可以采用下述簡化方法驗算：①計算罕遇地震時樓層的層剪力Ve；②確定結構的薄弱層；③樓層屈服強度系數ξy定義為：ξy=Vya/Ve④計算薄弱層的層間彈塑性位移：

up

=ηpue或

up=μuy

=uyηp/ξy除上述情況以外的高層建筑結構，可采用靜力彈塑性或動力彈塑性分析方法計算結構的層間位移，時程分析方法是一種直接動力法。4.4舒適度要求使用功能amax(m／s2)住宅、公寓0.15辦公、旅館0.25(1)高度超過150m的高層建筑結構應滿足風振舒適度的要求。(2)頂點最大加速度amax，可按《荷載規(guī)范》規(guī)定的10年一遇的風荷載標準值計算，或通過風洞試驗確定。(3)順風向與橫風向結構頂點最大加速度amax不應超過下表的限值。過大的側向位移會使結構產生附加內力。1、水平向風振舒適度2、樓蓋舒適度樓蓋結構應具有適宜的舒適度；樓蓋結構的豎向振動頻率不宜小于3Hz；豎向振動加速度峰值不應超過下表的限值。4.5穩(wěn)定和抗傾覆4.5.1穩(wěn)定驗算整體穩(wěn)定一般易滿足；構件的P-效應要保證(1)高層鋼筋混凝土結構的穩(wěn)定驗算——計算柱的承載力時考慮偏心距增大系數，可不再計算P-效應。(2)高層鋼結構的穩(wěn)定驗算(pp77)各樓層柱子平均長細比和平均軸壓比滿足一定要求；δ/h滿足一定要求時可不考慮P-效應。4.5.2抗傾覆問題(1)控制高寬比(2)基底零應力區(qū)滿足一定要求時不需要進行抗傾覆驗算(pp77)

。4.6抗震結構延性要求和抗震等級(1)延性的概念延性——結構(截面)能維持承載能力而又具有較大的塑性變形的能力。如圖4-2：截面開始屈服——My、

y、fy、

y截面破壞——Mu、

u、fu、

u

截面和構件的塑性變形能力常常用構件延性比來衡量：構件位移延性比：

f=fu/fy

截面曲率延性比：

=

u/

y頂點位移延性比:

=

u/

y4.6.1延性結構的概念延性比越大，延性越好。(2)延性結構設計基本措施鋼筋混凝土結構的“塑性鉸控制”理論基本要點：允許某些截面出現(xiàn)塑性鉸，吸收、耗散地震能量；控制塑性鉸出現(xiàn)部位——選擇合理截面形式及配筋構造；塑性鉸本身有較好的塑性變形能力和吸收耗散能量的能力；塑性鉸能使結構具有較大的延性。實現(xiàn)抗震高層建筑延性的措施：合理選擇結構體系；合理布置結構；對構件及其連接采取各種構造措施；控制施工質量。(見圖4-3)4.6.2抗震等級抗震等級是結構抗震計算(指內力調整)和采取抗震措施的依據，與設防烈度、房屋高度、建筑類別、結構類型及構件的重要性等有關。抗震等級共分為特一及一、二、三、四級(PP80表4-5~表4-6)，其劃分考慮了技術要求和經濟條件及科技和經濟水平的提高。房屋結構的建筑類別按其重要性分為甲、乙、丙三類，其抗震等級與設防烈度有關。決定抗震等級時考慮的設防烈度可以不同于計算地震作用時的設防烈度,見表4-4。在同等的設防烈度和房屋高度的情況下，重要性不同的構件，抗震要求可不相同。本章結束，謝謝聽講！表4-1承載力抗震調整系數γRE構件類別梁柱

剪力墻

各類構件

節(jié)點軸壓比小于0.15軸壓比不小于0.15受力狀態(tài)受彎

偏壓

偏壓偏壓局部承壓受剪偏拉受剪γRE0.750.750.800.851.00.850.85圖4-1風荷載引起的側移與擺動地震作用下的振動表4-2使用階段層間位移限制值材料高度結構類型[δ/h]鋼筋混凝土結構≤150m框架1／550框架一剪力墻、框架—核心筒、板柱—剪力墻1／800筒中筒、剪力墻1／1000框支層1／1000≥250m各類結構1／500鋼結構各類結構1／300高度在150m～250m之間的鋼筋混凝土高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比△u/h的限值按線性插入取用表4-3罕遇地震作用下薄弱層彈塑性層間位移限制值材料結構類型[δ/h]鋼筋混凝土結構框架1／50框架一剪力墻、框架—核心筒、板柱—剪力墻1／100筒中筒、剪力墻1／120除框架結構外的轉換層1／120鋼結構各類結構1／50圖4-2圖4-3馬那瓜美洲銀行大樓在1972年12月23日南美洲馬那瓜地震震后情況馬那瓜美洲銀行大樓平面圖、立面圖18層，結構系統(tǒng)均勻對稱；基本抗側力的系統(tǒng)為四個L形的筒體，對稱地