結(jié)構(gòu)規(guī)程與概念設(shè)計(jì)CK

1、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程和概念設(shè)計(jì)清華大學(xué) 方鄂華主要參考資料1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì) 方鄂華編著 機(jī)械工業(yè)出版社2004年9月2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ320023 北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則結(jié)構(gòu)專業(yè) 北京市建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化辦公室 主編單位：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院2004.124高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程若干問題解說（JGJ3-2002）黃小坤土木工程學(xué)報(bào)2004年3月第1部分 體系和結(jié)構(gòu)布置1. 偏心距和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（參考14.35、5.2節(jié)）規(guī)程4.3.5條規(guī)定1. 地震作用考慮(5L)附加偏心距，最大層位移和平均層位移之比（假定剛性樓板計(jì)算）：2. 結(jié)構(gòu)周期比T扭/T1

2、3. 考慮(5L)附加偏心距，計(jì)算的內(nèi)力參加組合(設(shè)計(jì)構(gòu)件)，抗震規(guī)范5.2.3條與高規(guī)不同地震作用存在雙向平動和扭轉(zhuǎn)分量，規(guī)范規(guī)定單向計(jì)算是一種簡化，扭轉(zhuǎn)分量無法確定，規(guī)程將扭轉(zhuǎn)規(guī)則性定量化，有利于設(shè)計(jì)操作。措施：1. 防止地震作用下扭轉(zhuǎn)過大：限制位移比、周期比。位移比、周期比過大原因：剛心、質(zhì)心偏離，需要調(diào)整剪力墻的布置，減小剛心與質(zhì)心距離；抗扭剛度小，扭轉(zhuǎn)周期長，需要加大抗扭剛度。2 提高抗扭承載力：用附加偏心距計(jì)算，加大構(gòu)件設(shè)計(jì)內(nèi)力。扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生內(nèi)力放大，距剛心愈遠(yuǎn)，內(nèi)力放大愈多?？拐鹨?guī)范是在不考慮耦聯(lián)計(jì)算時(shí)簡化方法(邊榀乘以1.15或1.05)，對高層建筑偏于不安全，不高的建筑可以采用。

3、存在問題和建議： 1 考慮附加偏心距以后，難以考察結(jié)構(gòu)平面剛度是否均勻；有時(shí)較難調(diào)整到上述要求。2 當(dāng)調(diào)整實(shí)在有困難時(shí)怎么辦？首先要弄清楚是什么原因造成扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。用原結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢查周期比，不符合要求時(shí)應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置；應(yīng)盡可能增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度；當(dāng)側(cè)移剛度較大時(shí)可以減小側(cè)移剛度；用原結(jié)構(gòu)狀態(tài)計(jì)算檢查位移比（與檢查位移限制同時(shí)進(jìn)行，沒有附加偏心距），了解平面剛度是否均勻，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，減少剛度偏心；加高連梁可增加抗扭剛度，加高連梁不一定是好措施，可能不利于“強(qiáng)墻弱梁”，特別是外墻為短肢墻時(shí)。在周邊增加剪力墻最有效。美國IBC規(guī)范要求將外荷載產(chǎn)生扭矩及附加偏心距的扭矩之和放大，乘以放大系數(shù)外荷載扭矩

4、 附加偏心距的扭矩放大系數(shù)由以下公式計(jì)算，但不大于3在超過位移比不太大時(shí)(1020)，結(jié)合我國規(guī)程要求，可以將附加偏心距加大后計(jì)算內(nèi)力。歸納如下：1. 不附加偏心距：校核最大層間位移，檢查位移比，檢查周期比，調(diào)整平面布置；2. 用附加偏心距(5%L)校核位移比是否符合規(guī)程要求，分析原因后再采取措施；3. 用附加偏心距（5或更大），計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力，與其他內(nèi)力進(jìn)行組合；4. 或者用雙向地震作用計(jì)算，可不考慮附加偏心距（特別不規(guī)則的結(jié)構(gòu)宜考慮）；5. 必要時(shí)，根據(jù)具體情況，可考慮放松限制或加大偏心距計(jì)算等方法。注意：所有計(jì)算應(yīng)采用耦聯(lián)計(jì)算；2. 沿高度剛度均勻要求4.4.2 條樓層側(cè)向剛度不

5、宜小于上部樓層側(cè)向剛度的70，或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80側(cè)向剛度V/層間側(cè)移（單位位移下的力） V h /層間側(cè)移（單位轉(zhuǎn)角下的力）層間側(cè)移/h （層間轉(zhuǎn)角） 規(guī)程說明中解釋“側(cè)向剛度”為上列第1種附錄E 針對底部大空間結(jié)構(gòu)，是一種簡化方法，采用第3種方法整體分析得到的層剛度結(jié)果（V，u，）較精確3. 高寬比和平面形狀限制高寬比限制值是經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)定，在一般情況下, 符合高寬比限制值要求的建筑，結(jié)構(gòu)比較容易滿足位移限制而層間位移限制才是最根本的要求。如果各方面都能滿足規(guī)范要求, 突破高寬比限值是可能的。高寬比限值可以作為初步設(shè)計(jì)的參考，規(guī)程上規(guī)定是“不宜超過”, 已不作為“超限審查的要求

6、。凸出部分過長造成的高振型影響，端部加大剛度剪力墻長條形建筑造成的高振型影響，無法計(jì)算，高度大時(shí)不允許1 高寬比H/B max2 凸出部分的長寬比l / b4. 雙重抗側(cè)力體系（參考1 5.6節(jié)）框架-剪力墻（筒體）結(jié)構(gòu)框架-核心筒結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu)變形性能不同的抗側(cè)力單元協(xié)同抵抗水平力，要求每個(gè)部分分擔(dān)一定比例的層剪力，一定比例的傾覆力矩，在彈塑性階段可以充分進(jìn)行內(nèi)力重分配，實(shí)現(xiàn)二道設(shè)防目標(biāo)。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)雙重抗側(cè)力體系1. 剪力分配比例規(guī)范要求RC結(jié)構(gòu)剪力取Min(0.2V0，1.5fmax)2. 傾覆力矩大于總屈服力矩的50剪力墻傾覆力矩小于50弱剪力墻,框架的抗震等級按（純）框架結(jié)構(gòu)確定

7、。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力分配與框架、剪力墻的剛度比有關(guān) 框架結(jié)構(gòu)（純）非雙重抗側(cè)力體系少量剪力墻，按框架設(shè)計(jì)（6.1.7條）結(jié)構(gòu)以框架為主，有少量剪力墻，按框架-剪力墻計(jì)算，框架、剪力墻一起輸入（也可以分兩次計(jì)算，分別取內(nèi)力）抗震等級按框架結(jié)構(gòu)取。剪力墻結(jié)構(gòu)非雙重（聯(lián)肢剪力墻可多道設(shè)防）少量框架柱或短肢剪力墻、小墻肢，裙房有框架等，按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。框支柱抗震等級應(yīng)提高一級, 裙房為框架結(jié)構(gòu)時(shí)，按主體結(jié)構(gòu)的抗震等級確定框架抗震等級。鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)與框架核心筒結(jié)構(gòu)雙重抗側(cè)力體系（參考1 8.2節(jié)）筒中筒結(jié)構(gòu)與框架-核心筒結(jié)構(gòu)比較框架-核心筒結(jié)構(gòu)側(cè)向周期長, 剛度小框架-核心筒受力以核心

8、筒為主，周邊框架剪力小，傾覆力矩也小筒中筒結(jié)構(gòu)內(nèi)筒承擔(dān)剪力多，框筒承擔(dān)傾覆力矩多框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)（參考1 8.2.3節(jié)）1. 框架-核心筒結(jié)構(gòu)平面形狀可以隨意（筒中筒結(jié)構(gòu)平面形狀局限），可以不設(shè)角柱；2. 框架承受的剪力較小（傾覆力矩也?。?，必須調(diào)整增大到規(guī)程要求3. 鋼筋混凝土實(shí)腹筒是框架-核心筒結(jié)構(gòu)中的主要抗側(cè)力構(gòu)件，承載力和延性都要求很高，對高寬比、內(nèi)力、配筋構(gòu)造有許多要求；4. 內(nèi)筒配置鋼骨，可以改善內(nèi)筒的抗震性能；配置方法：墻端部或轉(zhuǎn)角處，大面墻的中間；可以配置部分樓層（下部若干層為SRC柱，上部為RC柱）抗震等級問題：小于60m的框架-核心筒結(jié)構(gòu)可以按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)確定抗

9、震等級；（框架-核心筒結(jié)構(gòu)是框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的一種特殊情況，高度不大時(shí)也應(yīng)注意內(nèi)筒的特殊要求。外鋼框架-內(nèi)混凝土核心筒（混合結(jié)構(gòu)）特點(diǎn)： 外鋼框架的剛度更小，剪力分配的比例更低； 外框架鋼基本不改變核心筒的彎曲型變形，協(xié)同工作性能差； 外鋼框架與混凝土核心筒的徐變、收縮、溫度變形等后期變形性能不一致；是不是雙重抗側(cè)力體系？混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 規(guī)程規(guī)定外鋼框架組成的混合結(jié)構(gòu)高度不宜太大（11.1.2條） 按雙重抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)，規(guī)程條要求框架剪力取0.25V0, 1.8Vfmax較小值（11.1.5條）。通常外鋼框架層剪力分配率都小于1.8Vfmax，若按1.8Vfmax調(diào)整后，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.25

10、V0，達(dá)不到雙重抗側(cè)力體系要求。大連遠(yuǎn)洋大廈51層，外鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，6層以下為鋼筋混凝土框架，7層及以上外鋼框架-混凝土核心筒 （參考1 2.3.12節(jié)）彈性計(jì)算：6層以下核心筒承擔(dān)剪力60807層以上核心筒承擔(dān)剪力9088彈塑性計(jì)算：7層以上框架分擔(dān) V彎壞按增大系數(shù)計(jì)算，有可能V值偏大，結(jié)果是多配了箍筋，等級愈高，系數(shù)愈大，配箍筋愈多。特別是特一級的梁，抗剪箍筋多配。認(rèn)為比較放心，安全余度更大，實(shí)際增大鋼筋用量；如果實(shí)配鋼筋多，增大系數(shù)可能包不住，一般不要多配鋼筋，在構(gòu)造配筋時(shí)不能避免。建議：1 簡化方法一般是安全的，計(jì)算方便，2 簡化方法配的鋼筋過多，可通過反算減少3 9度抗

11、震設(shè)計(jì)和特一級抗震等級, 將簡化計(jì)算結(jié)果和反算計(jì)算結(jié)構(gòu)比較這樣可以節(jié)省鋼筋用量，但是麻煩，多一道反算，建議自編小程序。第4部分 剪力墻結(jié)構(gòu)1. 剪力墻軸壓比限制及約束邊緣構(gòu)件（參考1 7.1.4節(jié)）高軸壓比下剪力墻容易破壞, 邊緣壓應(yīng)力超過混凝土受壓極限破壞形式：混凝土壓碎先于鋼筋屈服(見1圖7.6)混凝土壓酥，剪力墻平面外錯斷(見1圖7.29)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的要求（參考1 7.3.4節(jié)）高規(guī)規(guī)定（7.1.15條）：一、二級抗震等級底部加強(qiáng)部位及其上一層墻肢端部設(shè)置約束邊緣構(gòu)件（V0.2)；抗震規(guī)范規(guī)定（6.4.6條）：軸壓比小于表6.4.6的規(guī)定值，可設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件；二者不一致，高規(guī)要求

12、嚴(yán)，如果軸壓比較?。拐鸨?.4.6 ），結(jié)構(gòu)高度不高，可按高規(guī)的構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)，取V0.10.2，縱筋1.0%多層建筑結(jié)構(gòu)可以按照抗震規(guī)范執(zhí)行約束邊緣構(gòu)件的箍筋約束邊緣構(gòu)件可以采用拉筋，陰影部分不能全部采用拉筋；壓應(yīng)力較小部分的外部分布鋼筋必須有可靠錨固，才能計(jì)入配箍率。洞口邊的邊緣構(gòu)件（參考1 7.3.4節(jié)）洞口邊緣不一定配置約束邊緣構(gòu)件，取決于洞口邊緣的壓應(yīng)力大小，與軸向壓力以及連梁約束程度有關(guān)。2. 連梁設(shè)計(jì)（參考1 7.4節(jié)）連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件，對剪力墻的剛度、承載力、破壞形態(tài)、延性都有很大影響。連梁剪跨比比較小，容易出現(xiàn)剪切破壞。按照強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)的連梁還是容易出現(xiàn)鋼筋屈

13、服后的剪切破壞。連梁承受反彎作用，剪應(yīng)力較大，容易出現(xiàn)斜裂縫，容易剪切破壞，而且容易出現(xiàn)屈服后的剪切破壞。連梁對剪力墻的影響（參考1 4.3、5.5.4、7.2節(jié)）a)懸臂墻剛度大，承載力大，靜定結(jié)構(gòu)，抗震不利；b)連梁很強(qiáng)時(shí)(剛度和承載力），連梁不破壞，接近靜定的懸臂墻，抗震不利；c)連梁彎曲屈服，維持剛度和承載力，有延性，抗震好；d)連梁剪壞，退化為靜定的懸臂墻，可利用為二道設(shè)防構(gòu)件。連梁屈服后的破壞形態(tài)（參考1 7.4.1節(jié)）連梁屈服后破壞形態(tài)的影響因素：名義剪應(yīng)力剪箍比箍筋配置量連梁配筋設(shè)計(jì)（參考1 7.4.2節(jié)）控制名義剪應(yīng)力7.2.23條規(guī)定與跨高比有關(guān)連梁剪力Vb由彎矩確定(7.

14、2.22條規(guī)定由設(shè)計(jì)彎矩反算是簡化方法）；實(shí)際連梁剪力與受彎配筋多少有關(guān)實(shí)際上應(yīng)當(dāng)控制受彎鋼筋，規(guī)程未規(guī)定受彎鋼筋最大、最小配筋率，有時(shí)配筋過大連梁設(shè)計(jì)措施（7.2.25條）（參考1 7.4.4節(jié)）跨高比不宜??；抗震結(jié)構(gòu)不宜用增加連梁高度來增加結(jié)構(gòu)剛度；連梁調(diào)幅連梁可能剪切破壞（超限），則宜考慮二道設(shè)防設(shè)計(jì)。在二道設(shè)防計(jì)算時(shí)（連梁部分或全部不存在，無約束彎矩，有鉸接連桿，是樓板或梁），位移不必限制，二道設(shè)防的目的是保證墻肢的承載力。連梁調(diào)幅（參考1 7.4.3節(jié)）減小彎矩，控制連梁受彎配筋；控制截面名義剪壓比兩種方法：1）直接降低連梁彎矩2）在內(nèi)力分析時(shí)降低連梁剛度降低幅度原則在使用階段連梁不

15、能出現(xiàn)裂縫；直接乘以彎矩折減系數(shù)8度或9度設(shè)防，風(fēng)荷載不大時(shí)，連梁調(diào)幅可大，建議折減系數(shù)不小于0.6；7度設(shè)防或風(fēng)荷載較大時(shí)，連梁調(diào)幅要小，建議折減系數(shù)不小于0.8；內(nèi)力分析時(shí)連梁剛度折減連梁剛度折減系數(shù)不小于0.5，否則連梁彎矩折減將小于0.8；如果需要，8、9度時(shí)還可以略小。注意：兩種方法最好不連用；如果連用，需掌握總的調(diào)幅幅度。3大梁與剪力墻平面外相交（參考1 7.3.6節(jié)）產(chǎn)生平面外彎矩，剪力墻容易產(chǎn)生裂縫，甚至平面外產(chǎn)生撓曲或失穩(wěn)和大梁剛度有關(guān)大約梁高/墻厚大于2宜盡量避免平面外相交的大梁加強(qiáng)墻平面外剛度與承載力驗(yàn)算平面外承載力減弱大梁剛度或彎矩（塑性調(diào)幅，產(chǎn)生裂縫）4.短肢剪力墻較

16、多的剪力墻結(jié)構(gòu)（參考1 5.7節(jié)）連接短肢剪力墻的樓板梁跨度較大（弱連梁），接近異形柱，但屬于剪力墻，不是指聯(lián)肢剪力墻中的墻肢；短肢剪力墻與實(shí)腹筒或長度較大的墻共同工作，主要依靠實(shí)腹筒（長肢墻）抗側(cè)力；短肢剪力墻很弱，出現(xiàn)裂縫或破壞會導(dǎo)致樓板坍塌，主要是住宅墻較薄，在很厚的墻中短肢也不弱；小墻肢不允許大面積設(shè)置，只是個(gè)別出現(xiàn)。短肢剪力墻“較多”規(guī)程上沒有定義短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求（7.1.2條、7.1.3條）規(guī)程7.1.2條應(yīng)用范圍限制；筒體和一般剪力墻承受地震傾覆力矩M總M 的50%是必要條件，不是充分條件，短肢愈弱，愈容滿足，短肢太弱并不好，缺乏對短柱剪力承擔(dān)率要求，可增加全部

17、短肢剪力墻剪力V 層剪力的20%加強(qiáng)短肢剪力墻的措施，見規(guī)程7.1.3條：主要目的加強(qiáng)承載力，避免過早裂縫和破壞其中，提高縱向鋼筋配筋率：底部1.2%、其他1.0是全截面配筋率，約束邊緣構(gòu)件豎向鋼筋可相對集中此外，一字形的措施應(yīng)從嚴(yán)如有平面外彎矩應(yīng)驗(yàn)算。第5部分轉(zhuǎn)換層（參考1 9.2節(jié)）1. 間距小的上層柱轉(zhuǎn)換到間距大的下層柱（參考1 9.2.2節(jié)）框筒和束筒結(jié)構(gòu)中底部往往需要大柱距，以便布置出入口或通道框架結(jié)構(gòu)中局部樓層需要拔個(gè)別柱子，以擴(kuò)大使用空間轉(zhuǎn)換特點(diǎn)上、下柱在同一平面內(nèi)，受力簡單、明確，轉(zhuǎn)換構(gòu)件上有大的集中荷載形式多樣，一般對結(jié)構(gòu)沿高度剛度均勻影響不大，當(dāng)轉(zhuǎn)換跨度大時(shí)也有影響多層框架

18、結(jié)構(gòu)中需要大空間，中間拔掉柱子，用大梁、斜撐或桁架轉(zhuǎn)換，跨度大時(shí)用斜撐或桁架較好，經(jīng)濟(jì)，考慮對使用的影響。2. 上層柱和下層柱不在同一平面內(nèi)（參考1 9.2.2節(jié)）可以采用與上述轉(zhuǎn)換相同的桁架、實(shí)腹梁等構(gòu)件，但往往跨度很大，支承在周邊柱子上，很不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)很困難；常常采用斜撐式轉(zhuǎn)換，方便而經(jīng)濟(jì)；斜撐產(chǎn)生的推力（拉力）必須得到平衡。轉(zhuǎn)換層本身對沿高度剛度均勻影響不大，但平面縮進(jìn)使剛度變化。上層柱與下層柱軸線不對齊，或下層取消柱子，用斜撐轉(zhuǎn)換簡潔、經(jīng)濟(jì)。斜撐的推力由樓板承受，相互平衡。3. 上部剪力墻轉(zhuǎn)換到下部柱子框支剪力墻（參考1 9.2.3節(jié)）部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在我國應(yīng)用十分普遍

19、?？蛑Ъ袅Φ闹饕獑栴}是上下剛度突變必須與落地剪力墻共同抵抗側(cè)向力一般采用實(shí)腹梁轉(zhuǎn)換，做一層設(shè)備層，設(shè)備層層高就是轉(zhuǎn)換梁高度，往往剛度比要求不能滿足。注意層剛度的計(jì)算方法，可考慮優(yōu)化尺寸和材料，可改變轉(zhuǎn)換梁的形式。規(guī)程規(guī)定了適用高度和框支層高度。高位轉(zhuǎn)換是否可以？框支剪力墻轉(zhuǎn)換梁形式轉(zhuǎn)換層高度改變的比較（參考1 9.3節(jié)）建議設(shè)計(jì)可行，但影響因素多，對剛度、質(zhì)量分布、構(gòu)件配筋強(qiáng)弱等的影響敏感，類似結(jié)構(gòu)的研究尚不夠。轉(zhuǎn)換層升高后，調(diào)整上下等效剛度比是重要的，可以通過空間結(jié)構(gòu)較精確分析，檢查沿高度的層間轉(zhuǎn)角是否均勻；盡量選用剛度和質(zhì)量較小的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，多取計(jì)算振型數(shù)，體現(xiàn)高振型的影響；仔細(xì)分析結(jié)構(gòu)薄弱部位，分析內(nèi)力特點(diǎn)，調(diào)整內(nèi)力和配筋，改善薄弱部位；較高結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行彈塑性分析在罕遇地震作用下，屈服部位不同，地震反應(yīng)也不同。復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋強(qiáng)弱影響很大，屈服部位不易控制；宜檢驗(yàn)