高層建筑結構設計第四章設計計算的基本規(guī)定(葉)

1、 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 第第4 4章章 設計計算的基本規(guī)定設計計算的基本規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 強度問題強度問題構件截面承載力驗算構件截面承載力驗算 剛度問題剛度問題正常使用條件下結構水平正常使用條件下結構水平位移驗算和風振舒適度驗算位移驗算和風振舒適度驗算 穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題結構穩(wěn)定與抗傾覆驗算結構穩(wěn)定與抗傾覆驗算 延性和耗能問題延性和耗能問題抗震結構的延性和抗震結構的延性和耗能要求耗能要求高層建筑結構設計要點高層建筑結構設計要點 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一高層混凝土結構宜采用高層混凝土結

2、構宜采用高強高高強高性能混凝土性能混凝土和和高強鋼筋高強鋼筋4.1 4.1 結構材料結構材料 混凝土強度不宜混凝土強度不宜過低過低，也，也不宜不宜過高過高 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.1 4.1 結構材料結構材料強度過低強度過低：軸壓比軸壓比大，延性差大，延性差柱柱(墻墻)的軸壓力設計值與柱的軸壓力設計值與柱(墻墻)的的全截面面積和混凝土軸心抗壓強全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比值度設計值乘積之比值強度過高強度過高：需要更嚴地控制：需要更嚴地控制剪剪壓比壓比，以保證延性，以保證延性梁、柱截面上平均剪應力與混凝梁、柱截面上平均剪應力與混凝土軸心抗壓強度

3、設計值的比值土軸心抗壓強度設計值的比值 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一高層混凝土結構宜采用高層混凝土結構宜采用高強高高強高性能混凝土性能混凝土和和高強鋼筋高強鋼筋4.1 4.1 結構材料結構材料 混凝土強度不宜混凝土強度不宜過低過低，也，也不宜不宜過高過高 鋼筋采用鋼筋采用抗震鋼筋抗震鋼筋 （延性好）（延性好）高層混凝土結構宜采用高層混凝土結構宜采用高型鋼高型鋼混凝土、鋼管混凝土構件混凝土、鋼管混凝土構件 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一第一步：第一步：選擇結構體系選擇結構體系第二步：第二步：選擇分析計算模型選擇分析計算模型第三步：第三步：初步

4、設計構件尺寸初步設計構件尺寸第四步：第四步：剛重比須滿足下限要求，剛重比須滿足下限要求，彈性變形計算（可能需考慮重力彈性變形計算（可能需考慮重力二階效應二階效應變形放大系數）變形放大系數）4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 盡量采用空間分析模型盡量采用空間分析模型 復雜高層和不規(guī)則結構應至少采用復雜高層和不規(guī)則結構應至少采用兩個不同力學模型的結構分析軟件兩個不同力學模型的結構分析軟件 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一第五步：第五步：根據驗算結果決定是否根據驗算結果決定是否修正構件尺寸修正構件尺寸第六步：第六步：分別計算水平荷載和豎分別計算水平荷載和豎向

5、荷載作用下結構的內力并組合向荷載作用下結構的內力并組合4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定豎向荷載作用下豎向荷載作用下RC框架梁需考慮局框架梁需考慮局部塑形變形引起的內力重分布部塑形變形引起的內力重分布 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彎矩調幅彎矩調幅 由于由于鋼筋混凝土結構具有鋼筋混凝土結構具有塑性塑性內力重分布內力重分布性質性質，在，在豎向荷載下豎向荷載下可可以考慮以考慮適當降低梁端彎矩適當降低梁端彎矩，進行調，進行調幅，以幅，以減少負彎矩鋼筋減少負彎矩鋼筋的擁擠現象。的擁擠現象。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定? ? 塑性鉸塑性

6、鉸 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一塑性鉸塑性鉸在鋼筋屈服截面，在鋼筋屈服截面，從從鋼筋屈服鋼筋屈服到達到達到到極限承載力極限承載力，截面在外彎矩增加很小，截面在外彎矩增加很小的情況下產生的情況下產生很大轉動很大轉動，表現得猶如一，表現得猶如一個個能夠轉動的鉸能夠轉動的鉸，稱為，稱為“塑性鉸塑性鉸”。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一塑性內力重分布的受力過程：塑性內力重分布的受力過程：第一階段第一階段：首先荷載較小，跨中、支座彎：首先荷載較小，跨中、支座彎矩線形增加，支座彎矩大于跨中彎矩（支矩線

7、形增加，支座彎矩大于跨中彎矩（支座彎矩始終是大于跨中彎矩的）。隨著荷座彎矩始終是大于跨中彎矩的）。隨著荷載增大，載增大，支座支座達到承載能力極限，達到承載能力極限，形成塑形成塑性鉸性鉸。第二階段第二階段：此時支座彎矩不變（事實上還：此時支座彎矩不變（事實上還有小許增加），跨中彎矩繼續(xù)增加，最后有小許增加），跨中彎矩繼續(xù)增加，最后跨中也出現塑性鉸跨中也出現塑性鉸，結構成為機動體系，結構成為機動體系，結構破壞。結構破壞。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎矩調幅彎矩調幅通過通過調低支座彎矩調低支座彎矩，增加跨增加跨中彎矩

8、中彎矩來實現來實現內力重分布內力重分布的目的。的目的。 彎矩調幅：彎矩調幅：4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎矩調幅：彎矩調幅： 對于現澆框架，調幅系數對于現澆框架，調幅系數可取可取0.80.80.90.9；裝配整體式框架由于節(jié)點的附加；裝配整體式框架由于節(jié)點的附加變形，可取變形，可取 =0.7=0.70.80.8。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎矩調幅：彎矩調幅： 將調幅后的梁端彎矩疊加簡支梁的彎將調幅后的梁端彎矩疊加簡支梁的彎矩，

9、則可得到梁的跨中彎矩矩，則可得到梁的跨中彎矩: : 調幅后的跨中彎矩不應小于簡支情況調幅后的跨中彎矩不應小于簡支情況下跨中彎矩的下跨中彎矩的5050。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎矩調幅：彎矩調幅： 只有只有豎向荷載豎向荷載作用下的梁端彎矩作用下的梁端彎矩可可以調幅以調幅，水平荷載水平荷載作用下的梁端彎矩作用下的梁端彎矩不不能能考慮考慮調幅調幅。 因此，必須因此，必須先將豎向荷載先將豎向荷載作用下的作用下的梁端彎矩調幅后梁端彎矩調幅后，再與水平荷載再與水平荷載產生的產生的梁端彎矩梁端彎矩進行進行組合組合。4.2

10、 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一第五步：第五步：根據驗算結果決定是否根據驗算結果決定是否修正構件尺寸修正構件尺寸第六步：第六步：分別計算水平荷載和豎分別計算水平荷載和豎向荷載作用下結構的內力并組合向荷載作用下結構的內力并組合4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定豎向荷載作用下豎向荷載作用下RC框架梁需考慮局框架梁需考慮局部塑形變形引起的內力重分布部塑形變形引起的內力重分布 根據剛重比，可能需考慮根據剛重比，可能需考慮重力二階重力二階效應效應內力放大系數內力放大系數 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一

11、土木系結構一第七步：第七步：根據內力進行截面設計，根據內力進行截面設計，應考慮材料彈塑性性質應考慮材料彈塑性性質第八步：第八步：根據結構抗震等級采取根據結構抗震等級采取相應的抗震措施，以保證結構的相應的抗震措施，以保證結構的延性延性 除此以外，高層建筑結構還除此以外，高層建筑結構還須進行須進行風振舒適度驗算風振舒適度驗算，部分情，部分情況下還需進行況下還需進行抗傾覆驗算抗傾覆驗算和和罕遇罕遇地震下的彈塑性變形驗算地震下的彈塑性變形驗算。4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.3.1 4.3.1 結構整體穩(wěn)定驗算結構整體穩(wěn)

12、定驗算4.3.2 4.3.2 結構抗傾覆驗算結構抗傾覆驗算4.3 4.3 穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一重力二階效應重力二階效應P-效應效應：構件構件自身撓曲引起的附加重自身撓曲引起的附加重力效應力效應P-效應效應：結構結構在水平風荷載或水平地在水平風荷載或水平地震作用下產生側移后，重力荷載由于震作用下產生側移后，重力荷載由于該側移而引起的附加效應該側移而引起的附加效應高層建筑結構穩(wěn)定設計，主要控制高層建筑結構穩(wěn)定設計，主要控制P-效應對結構性能降低的影響以及由此效應對結構性能降低的影響以及由此可能引起的結構失穩(wěn)可能引起的結構失穩(wěn)4.3.1 P-效應

13、穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一P-效應效應的考慮方法：的考慮方法：1、簡化的有限元法、簡化的有限元法2、內力和位移增大系數方法內力和位移增大系數方法 （JGJ3-2010采用方法采用方法）4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一剪切型（框架結構）剪切型（框架結構）高層建筑結構的變形特點：高層建筑結構的變形特點：4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算彎曲型（筒體結構、剪力墻結構）彎曲型（筒體結構、剪力墻結構）彎剪型（框架彎剪型（框架- -剪力墻結構）剪力墻結構） 高層建筑結構設計高層建筑結

14、構設計土木系結構一土木系結構一iiiVD柱的側向剛度柱的側向剛度iiiVD*iiiiiiiPVVVVh*iiiVD*11iiiiiiPVhiiV*iiiiPVh4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一*11iiiiiiPVh,101i crii criiiiiPPVhVh失穩(wěn)*1111iiinijiij iiiPGDhDh,ni crjj icrPG1iiF111injiij iFGDh重力二階效應的位移放大系數重力二階效應的位移放大系數,niiji criij iicrVhGPDh4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構

15、設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一211 2injiij iFGDh考慮結構構件彈性剛度的折減（考慮結構構件彈性剛度的折減（0.5）（彈塑形）（彈塑形）重力二階效應的內力放大系數重力二階效應的內力放大系數*1111 1iiinnjiiiijj ij iGDhDhGniijj iDhG剪切型結構剛重比剪切型結構剛重比4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一剪切型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線剪切型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線 剪切型結構（框剪切型結構（框架結構）架結構） 可保證可保證P-效應效應影響在影響在20%之內之內n

16、jijihGD1104.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一剪切型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線剪切型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線 剪切型結構（框剪切型結構（框架結構）架結構） 可忽略可忽略P-效應效應4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算njijihGD120 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎剪型結構（框架彎剪型結構（框架-剪力墻）剪力墻） 彎曲型結構（筒體、剪力墻結構）彎曲型結構（筒體、剪力墻結構） 位移放大系數位移放大系數: F1= 內力放大系數：內力放大系數：F2= 4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗

17、算效應穩(wěn)定驗算 等效側向剛度：等效側向剛度： EJd 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 等效側向剛度：等效側向剛度： EJd（代替懸臂桿的彎曲剛度（代替懸臂桿的彎曲剛度EJ） 近似按倒三角形分布荷載作用下結近似按倒三角形分布荷載作用下結構頂點位移相等的原則，將結構的側向構頂點位移相等的原則，將結構的側向剛度折算為豎向懸臂受彎構件的等效抗剛度折算為豎向懸臂受彎構件的等效抗側剛度側剛度uqHEJd120114 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彎剪型結構（框架彎剪型結構（框架-剪力墻）剪力墻） 彎曲型結構（筒體

18、、剪力墻結構）彎曲型結構（筒體、剪力墻結構） 位移放大系數位移放大系數: F1= 內力放大系數：內力放大系數：F2= 4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 等效抗側剛度：等效抗側剛度： EJd 剛重比：剛重比： EJd/GH2 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彎曲型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線彎曲型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 彎剪型結構（框彎剪型結構（框架架-剪力墻），剪力墻），彎曲型結構（筒彎曲型結構（筒體、剪力墻結構）體、剪力墻結構） 可保證可保證P-效應效應影響在影響在20%之內之內niidGHEJ124 .

19、1 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彎曲型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線彎曲型結構剛重比與側向位移增幅關系曲線4.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算 彎剪型結構（框彎剪型結構（框架架-剪力墻），剪力墻），彎曲型結構（筒彎曲型結構（筒體、剪力墻結構）體、剪力墻結構） 可忽略可忽略P-效應效應niidGHEJ127 . 2 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一小結小結 彎剪（曲）型結構彎剪（曲）型結構（剪力墻結構、框（剪力墻結構、框架架剪力墻結構、筒體結構）剪力墻結構、筒體結構） 剛重比剛重比EJd/GH2 0.14, 1.4, 2.7 剪切型結構剪

20、切型結構（框架結構）（框架結構） 剛重比剛重比 1， 10， 204.3.1 P-效應穩(wěn)定驗算效應穩(wěn)定驗算niijj iDhG 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一高層建筑抗傾覆問題高層建筑抗傾覆問題 在設計高層建筑時在設計高層建筑時, ,一般都要控一般都要控制高寬比制高寬比(H/B),(H/B),而且而且, ,在基礎設計時在基礎設計時, , 高寬比大于高寬比大于4 4的高層建筑的高層建筑, ,在地震作在地震作用下用下基礎底面不允許出現零應力區(qū)基礎底面不允許出現零應力區(qū), ,高寬比不大于高寬比不大于4 4的高層建筑的高層建筑, ,基礎底基礎底面零應力區(qū)面積不應超過基礎底面面

21、零應力區(qū)面積不應超過基礎底面積的積的15%15%。符合這些條件時。符合這些條件時, ,一般都一般都不可能出現傾覆問題不可能出現傾覆問題, ,因此通常不需因此通常不需要進行特殊的抗傾覆驗算。要進行特殊的抗傾覆驗算。 4.3.2 抗傾覆驗算抗傾覆驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 一般不需驗算，一般不需驗算，H/B5時宜進行抗時宜進行抗傾覆驗算。傾覆驗算。 抗傾覆驗算：抗傾覆驗算： MMM穩(wěn)定力矩穩(wěn)定力矩=豎向荷載（豎向荷載（ 50%樓面活載樓面活載+90%恒載）對基礎邊緣恒載）對基礎邊緣取矩；取矩；M傾覆力矩傾覆力矩=由風荷載或地震作由風荷載或地震作用（或二者組合）計

22、算的基礎頂面用（或二者組合）計算的基礎頂面處的最大傾覆力矩。處的最大傾覆力矩。4.3.2 抗傾覆驗算抗傾覆驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一作用效應作用效應包括：包括： 構件截面的構件截面的內力內力 （截面配筋設計）（截面配筋設計） 水平荷載作用下結構層間水平荷載作用下結構層間位移位移 （控制截面尺寸）（控制截面尺寸）4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一無地震作用效應組合無地震作用效應組合G GkQ Qkw wwkQSSSS SS荷載效應組合的設計值；荷載效應組合的設計值； GkQkwkSSS，分別為永久

23、荷載、分別為永久荷載、活荷載和風荷載效應標準值；活荷載和風荷載效應標準值；4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一GQ，w分別為永久荷載、分別為永久荷載、活荷載和風荷載分項系數；活荷載和風荷載分項系數；GQw可變荷載效應控制時取可變荷載效應控制時取1.21.2，永，永久荷載效應控制時取久荷載效應控制時取1.351.35，對結構，對結構有利時取有利時取1.01.0；一般取一般取1.41.4；一般取一般取1.41.4。G GkQ Qkw wwkQSSSS 4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一

24、土木系結構一QwG GkQ Qkw w wkQSSSS 分別為樓面活荷載組合值系數和分別為樓面活荷載組合值系數和風荷載的組合值系數，風荷載的組合值系數，當永久荷載效應控制時，應分別取當永久荷載效應控制時，應分別取0.70.7和和0.00.0；當可變荷載效應控制時，應分別取當可變荷載效應控制時，應分別取1.01.0和和0.60.6或或0.70.7和和1.01.0。4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一G GkQ Qkw wwkQSSSS 基本荷載工況有兩種基本荷載工況有兩種永久（永久（恒恒）荷載荷載+活荷載活荷載 1.2永久永久荷載效應

25、荷載效應+1.4活荷載效應活荷載效應 1.35永久永久荷載效應荷載效應+1.40.7活荷活荷載效應載效應4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一G GkQ Qkw wwkQSSSS 永久永久荷載荷載+活荷載活荷載+風荷載風荷載 1.2永久永久荷載效應荷載效應+1.40.7活荷載活荷載效應效應+1.41.0風荷載效應風荷載效應（高層高層建建筑筑）1.2永久荷載效應永久荷載效應+1.4活荷載效應活荷載效應+1.40.6風荷載效應（風荷載效應（多層建筑多層建筑） 4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系

26、結構一土木系結構一有有地震作用效應組合時地震作用效應組合時G GEEh EhkEv Evkw w wkSSSSS S S荷載效應和地震作用效應組合的設計值；荷載效應和地震作用效應組合的設計值； 分別為重力荷載代表值、水平地震作用標分別為重力荷載代表值、水平地震作用標準值、豎向地震作用標準值、風荷載標準值準值、豎向地震作用標準值、風荷載標準值的效應的效應； wkEvkEhkGESSSS，4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一分別為上述各種荷載和地震作用分別為上述各種荷載和地震作用 分項系數；分項系數； GEhEvw，風荷載的組合值系數，

27、一般取風荷載的組合值系數，一般取0.00.0，60m60m以上的高層建筑取以上的高層建筑取0.20.2。 wG GEEh EhkEv Evkw w wkSSSSS 4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一高層建筑的基本工況高層建筑的基本工況所有高層建筑所有高層建筑 1.21.2重力荷載效應重力荷載效應+ +1.31.3水平地震作用效應水平地震作用效應60m60m以上高層建筑（以上高層建筑（9 9度以外）度以外）1.21.2 重力荷載效應重力荷載效應+ +1.31.3水平地震作用效應水平地震作用效應+ +1.41.40.20.2風荷載效應

28、風荷載效應4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一、 9 9度高層建筑度高層建筑1.21.2重力荷載效應重力荷載效應+ +1.31.3水平地震作用效應水平地震作用效應+ +0.50.5豎向地震作用效應豎向地震作用效應 1.21.2重力荷載效應重力荷載效應+ +1.31.3豎向地震作用效應豎向地震作用效應 9 9度且度且60m60m以上高層建筑以上高層建筑1.21.2重力荷載效應重力荷載效應+ +1.31.3水平地震作用效應水平地震作用效應+ +0.50.5 豎向地震作用效應豎向地震作用效應+ + 1.41.40.20.2風荷風荷載效應載

29、效應 4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 可不考慮豎向活荷載的不利可不考慮豎向活荷載的不利布置布置, , 用滿布活荷載計算內力用滿布活荷載計算內力 4.4 4.4 作用效應組合作用效應組合 位移計算時，所有分項系數位移計算時，所有分項系數取取1.01.0 只考慮兩個正交（主軸）方向的水只考慮兩個正交（主軸）方向的水平力，各方向水平力全部由該方向平力，各方向水平力全部由該方向抗側力構件承擔抗側力構件承擔 新修訂：某些結構須考慮兩個正交新修訂：某些結構須考慮兩個正交（主軸）方向的水平力同時作用（主軸）方向的水平力同時作用 高層建筑結構

30、設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一無地震作用效應組合時無地震作用效應組合時 r0SR r r0 0 ：結構重要性系數結構重要性系數 安全等級為二級或設計使用年安全等級為二級或設計使用年限限5050年，不小于年，不小于1.01.0 安全等級為一級或設計使用年安全等級為一級或設計使用年限限100100年及以上，不小于年及以上，不小于1.11.14.5 4.5 構件承載力計算構件承載力計算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一S S ：無地震作用效應組合時，構件截：無地震作用效應組合時，構件截面面內力（效應）組合的設計值內力（效應）組合的設計值（與荷（與荷載標準值和荷載

31、效應分項系數的大小載標準值和荷載效應分項系數的大小有關）有關） R R：無地震作用組合時，構件截面：無地震作用組合時，構件截面承承載力設計值載力設計值（與材料分項系數的大?。ㄅc材料分項系數的大小有關）有關）r r0 0SRSR4.5 4.5 構件承載力計算構件承載力計算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一有地震作用效應組合時有地震作用效應組合時 REEERS/S SE E ：有地震作用效應組合時，構件截：有地震作用效應組合時，構件截面面內力（效應）組合的設計值內力（效應）組合的設計值R RE E ：有地震作用組合時，構件截面：有地震作用組合時，構件截面承承載力設計值載力設

32、計值4.5 4.5 構件承載力計算構件承載力計算：承載力抗震調整系數承載力抗震調整系數 RE 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一：承載力抗震調整系數承載力抗震調整系數 RE材料材料 結構構件結構構件 鋼筋混凝土鋼筋混凝土 梁梁 0.75軸壓比小于軸壓比小于0.150.15的柱的柱 0.75軸壓比大于軸壓比大于0.150.15的柱的柱0.80剪力墻剪力墻 0.85各類受剪、偏拉構件各類受剪、偏拉構件 0.85鋼鋼梁、柱梁、柱 0.75支撐支撐 0.80節(jié)點板件、連接螺栓節(jié)點板件、連接螺栓 0.85連接焊縫連接焊縫 0.90RE4.5 4.5 構件承載力計算構件承載力計算 高

33、層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 延性：延性：屈服（峰值）后強度或承載屈服（峰值）后強度或承載力沒有顯著降低時的塑性變形能力。力沒有顯著降低時的塑性變形能力。 材料、截面、構件或結構保持一定材料、截面、構件或結構保持一定的強度或承載力時的非彈性（塑性）的強度或承載力時的非彈性（塑性）變形能力。變形能力。延性的作用：延性的作用：減少地震作用，消耗地減少地震作用，消耗地震能量震能量延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一延性的延性的度量：延性系數（延性比）度量：延性系數（延性比）ypp最大允許變形，最大允許變形， 屈服變形屈服變形y對于實

34、測荷載變對于實測荷載變形曲線，如何確定形曲線，如何確定其屈服變形和最大其屈服變形和最大允許變形，國內外允許變形，國內外尚無統(tǒng)一標準。尚無統(tǒng)一標準。 延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一一般傾向于：對應取理想彈塑性結構一般傾向于：對應取理想彈塑性結構開始屈服時的變形開始屈服時的變形 ，作為，作為屈服變屈服變形形，取實際結構極限荷載下降，取實際結構極限荷載下降10時時的變形（的變形（ 或或 ）作為）作為最大允許變形最大允許變形。ypp延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 地震對結構輸入能量，結構通過彈地震對結構輸入

35、能量，結構通過彈塑性變形耗散能量。塑性變形耗散能量。 可以用截面、構件或結構的力可以用截面、構件或結構的力變變形滯回曲線的面積來度量耗能的大小。形滯回曲線的面積來度量耗能的大小。耗能耗能延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一鋼構件鋼構件延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 地震對結構輸入能量，結構通過彈地震對結構輸入能量，結構通過彈塑性變形耗散能量。塑性變形耗散能量。 可以用截面、構件或結構的力可以用截面、構件或結構的力變變形滯回曲線的面積來度量耗能的大小。形滯回曲線的面積來度量耗能的大小。 滯回環(huán)飽滿，耗能能力

36、好；滯回環(huán)滯回環(huán)飽滿，耗能能力好；滯回環(huán)狹窄，耗能能力差。狹窄，耗能能力差。耗能耗能延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一SH1-3-35-25-15-55152535-25-20-15-10-50510152025頂 點 位 移 (mm)水平力(T)鋼構件鋼構件鋼筋混凝土構件鋼筋混凝土構件延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一延性是通過延性是通過抗震構造措施抗震構造措施來保證的，而具體的抗震構來保證的，而具體的抗震構造措施由造措施由結構抗震等級結構抗震等級確定。確定。延性與耗能延性與耗能 高層建筑結構設計高層建筑

37、結構設計土木系結構一土木系結構一抗震等級抗震等級 不同高度、不同烈度、不同體系不同高度、不同烈度、不同體系的鋼筋混凝土房屋建筑結構，的鋼筋混凝土房屋建筑結構，延性與延性與耗能耗能要求不同，通過抗震等級，區(qū)分要求不同，通過抗震等級，區(qū)分對結構的延性與耗能的不同要求。對結構的延性與耗能的不同要求。不同抗震等級，采取不同抗震措施。不同抗震等級，采取不同抗震措施。結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一A A級高度：一、二、三、四級級高度：一、二、三、四級 （一級要求最高）（一級要求最高）B B級高度：特一、一、二級級高度：特一、一、二級 （特一級要求最高）（

38、特一級要求最高）抗震等級劃分抗震等級劃分 結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 次要的抗側力結構單元的抗震要求可以低次要的抗側力結構單元的抗震要求可以低于主要的抗側力結構單元。于主要的抗側力結構單元。 當框架當框架- -抗震墻結構有足夠的抗震墻時抗震墻結構有足夠的抗震墻時, ,其其框架部分是次要抗側力構件框架部分是次要抗側力構件, ,可按框架可按框架- -抗抗震墻結構中的框架確定抗震等級

39、，否則按震墻結構中的框架確定抗震等級，否則按框架結構確定等級?？蚣芙Y構確定等級。 區(qū)分標準是看框架部分承受的地震傾覆力區(qū)分標準是看框架部分承受的地震傾覆力矩是否大于結構總地震傾覆力矩的矩是否大于結構總地震傾覆力矩的50%50%。結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一表中的烈度：表中的烈度： 確定抗震等級的烈度，不一定是設防確定抗震等級的烈度，不一定是設防烈度烈度，需要調整，需要調整 與下列因素有關與下列因素有關: : 建筑類別（甲，乙，丙）建筑類別（甲，乙，丙） 設防烈度設防烈度 場地類別場地類別結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構

40、設計土木系結構一土木系結構一建筑抗震設防分類建筑抗震設防分類 抗震設計的高層建筑應根據建筑使抗震設計的高層建筑應根據建筑使用功能的重要性分類用功能的重要性分類: :甲類建筑甲類建筑：重大建筑工程和地震時可：重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災害的建筑；能發(fā)生嚴重次生災害的建筑；乙類建筑：乙類建筑：地震時使用功能不能中斷地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，如醫(yī)院、通信或需盡快恢復的建筑，如醫(yī)院、通信樞紐等；樞紐等； 丙類建筑丙類建筑：除甲、乙類以外的一般建：除甲、乙類以外的一般建筑。大部分高層建筑屬于丙類。筑。大部分高層建筑屬于丙類。結構抗震等級結構抗震等級 高層建筑結構設計高層建筑結構

41、設計土木系結構一土木系結構一確定抗震等級的烈度確定抗震等級的烈度抗震構造措施調整烈度抗震構造措施調整烈度建筑類別，設防烈建筑類別，設防烈度，場地度，場地結構抗震等級結構抗震等級建筑建筑類別類別場地類場地類別別設防烈度設防烈度67(0.1g)7(0.15g)8(0.2g)8(0.3g)9甲、甲、乙類乙類I677889 788999*丙類丙類I666778677889 678899 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.6.1 4.6.1 彈性變形計算彈性變形計算4.6.2 4.6.2 風振舒適度風振舒適度 4.6 4.6 正常使用條件下的水平位移驗正常使用條件下的水平位移驗

42、算和舒適度要求算和舒適度要求 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彈性變形計算彈性變形計算 目的：目的：保證主體結構基本處于彈性受保證主體結構基本處于彈性受力狀態(tài)；防止風、小震作用下非結構力狀態(tài)；防止風、小震作用下非結構構件破壞構件破壞方法：方法：足夠大的足夠大的剛度剛度剛度：剛度：單位變形（位移、轉角等）所單位變形（位移、轉角等）所需的力，包括：側向剛度和扭轉剛度。需的力，包括：側向剛度和扭轉剛度。 4.6.1 4.6.1 彈性變形計算彈性變形計算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彈性變形計算彈性變形計算 huee作用標準值效應組合產生的樓層作用標

43、準值效應組合產生的樓層最大彈性層間位移（風、地震）最大彈性層間位移（風、地震） 彈性層間位移角限值彈性層間位移角限值 計算樓層層高計算樓層層高4.6.14.6.1 彈性變形計算彈性變形計算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一彈性層間位移角限值彈性層間位移角限值 材料材料 結構類型結構類型 限值限值 鋼筋鋼筋混凝土混凝土 結構結構 框架框架 1/5501/550 框架框架- -剪力墻剪力墻框架框架- -核心筒核心筒 1/8001/800 剪力墻剪力墻筒中筒筒中筒 1/10001/1000 框支層框支層 1/10001/1000鋼結構鋼結構 各種類型結構各種類型結構 1/25

44、01/250 4.6.14.6.1 彈性變形計算彈性變形計算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一舒適度要求舒適度要求 在風荷載作用下，高度超過在風荷載作用下，高度超過150m150m的的高層建筑，應滿足人使用的舒適度要求。高層建筑，應滿足人使用的舒適度要求。 此時，按照此時，按照重現期為重現期為1010年年的風荷載的風荷載計算結構頂點加速度，或由風洞試驗確計算結構頂點加速度，或由風洞試驗確定順風向與橫風向結構頂點最大加速度定順風向與橫風向結構頂點最大加速度maxmax應滿足下列要求：應滿足下列要求：住宅、公寓住宅、公寓 maxmax不大于不大于0.15m/s0.15m/s

45、2 2辦公、旅館辦公、旅館 maxmax不大于不大于0.25m/s0.25m/s2 24.6.24.6.2 風振舒適度風振舒適度 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一目的：目的：防止罕遇地震時結構倒塌。防止罕遇地震時結構倒塌。方法：方法：通過延性實現彈塑性變形，通過延性實現彈塑性變形，滿足滿足彈塑性層間位移角彈塑性層間位移角限值的要求。限值的要求。4.7 4.7 罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 高規(guī)高規(guī)規(guī)定，下列高層建筑結構規(guī)定，下列高層建筑結構應應進進行彈塑性變形驗算：行彈塑性變形驗算： 7

46、79 9度時度時樓層屈服強度系數小于樓層屈服強度系數小于0.50.5的的鋼筋鋼筋混凝土框架和框排架結構混凝土框架和框排架結構； 高度大于高度大于150m150m的結構；的結構； 甲類建筑甲類建筑和和9 9度時乙類建筑度時乙類建筑中的中的鋼筋混凝土結鋼筋混凝土結構構和和鋼結構鋼結構； 采用采用隔震隔震和和消能減震消能減震設計的結構。設計的結構。罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算4.7 4.7 罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算p結構彈塑性層間位移的簡化

47、計算方法結構彈塑性層間位移的簡化計算方法:結構薄弱層的確定結構薄弱層的確定結構薄弱層彈塑性結構薄弱層彈塑性層間位移簡化計算層間位移簡化計算結構薄弱層的結構薄弱層的抗震變形驗算抗震變形驗算 yyeViiVippeuuppuh 樓層實際抗剪承載力樓層實際抗剪承載力 罕遇地震作用下的層間剪力罕遇地震作用下的層間剪力4.7 4.7 罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一 彈塑性層間位移角限值彈塑性層間位移角限值 材料材料結構類型結構類型 限值限值 鋼筋混凝鋼筋混凝 土土結構結構 框架框架 1/501/50 框架框架- -剪力墻剪力

48、墻框架框架- -核心筒核心筒 1/1001/100 剪力墻剪力墻 筒中筒筒中筒 1/1201/120 框支層框支層 1/1201/120鋼結構鋼結構 各種類型結構各種類型結構1/501/504.7 4.7 罕遇地震下的彈塑性變形驗算罕遇地震下的彈塑性變形驗算 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構抗震性能設計的主要工作結構抗震性能設計的主要工作分析結構方案中不符合分析結構方案中不符合抗震概念設計抗震概念設計的的情況與程度情況與程度選用抗震性能目標選用抗震性能目標4.8 4.8 結構抗震性能設計結構抗震性能設計 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.8

49、 4.8 結構抗震性能設計結構抗震性能設計 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構抗震性能設計的主要工作結構抗震性能設計的主要工作分析結構方案中不符合抗震概念設計的分析結構方案中不符合抗震概念設計的情況與程度情況與程度選用抗震性能目標選用抗震性能目標4.8 4.8 結構抗震性能設計結構抗震性能設計 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構抗震性能設計的主要工作結構抗震性能設計的主要工作分析結構方案中不符合抗震概念設計的分析結構方案中不符合抗震概念設計的情況與程度情況與程度選用抗震性能目標選用抗震性能目標分析論證結構設計與結構抗震性能目標分析論證結構設計

50、與結構抗震性能目標的符合性的符合性4.8 4.8 結構抗震性能設計結構抗震性能設計 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一結構連續(xù)倒塌結構連續(xù)倒塌 局部結構破壞失效，繼而引起與失局部結構破壞失效，繼而引起與失效破壞構件相連的構件連續(xù)破壞，最終效破壞構件相連的構件連續(xù)破壞，最終導致更大范圍的倒塌破壞。導致更大范圍的倒塌破壞。4.9 4.9 抗連續(xù)倒塌設計基本要求抗連續(xù)倒塌設計基本要求 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一4.9 4.9 抗連續(xù)倒塌設計基本要求抗連續(xù)倒塌設計基本要求n倫敦倫敦Ronan Point公寓公寓是是22層的裝配式鋼筋層的裝配式鋼筋混凝

51、土板式結構混凝土板式結構體系。體系。1968年年5月月16日，住在日，住在18層層一單元住戶在廚一單元住戶在廚房清晨點火煮水時因夜房清晨點火煮水時因夜間煤氣泄漏引起爆炸。間煤氣泄漏引起爆炸。爆炸壓力爆炸壓力破壞破壞了該單元了該單元一側的一側的外墻板和局部樓外墻板和局部樓板板，上層的墻板、樓板上層的墻板、樓板在在失去支承失去支承后也同時后也同時墜墜落落，墜落的構件，墜落的構件依次撞依次撞擊下層造成連續(xù)破壞擊下層造成連續(xù)破壞，使得使得22層高樓的一個層高樓的一個角區(qū)從上到下一直坍到角區(qū)從上到下一直坍到底層的現澆結構為止底層的現澆結構為止 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一n概

52、念設計法概念設計法n拉結強度法拉結強度法n拆除構件法拆除構件法n關鍵構件法關鍵構件法4.9 4.9 抗連續(xù)倒塌設計基本要求抗連續(xù)倒塌設計基本要求結構抗連續(xù)倒塌設計的一般方法結構抗連續(xù)倒塌設計的一般方法間接設計方法間接設計方法直接設計方法直接設計方法 高層建筑結構設計高層建筑結構設計土木系結構一土木系結構一第一步：第一步：選擇結構體系選擇結構體系第二步：第二步：選擇分析計算模型選擇分析計算模型第三步：第三步：初步設計構件尺寸初步設計構件尺寸第四步：第四步：剛重比須滿足下限要求，剛重比須滿足下限要求，彈性變形計算（可能需考慮重力彈性變形計算（可能需考慮重力二階效應二階效應變形放大系數）變形放大系數）4.2 4.2 結構計算的一般規(guī)定結構計算的一般規(guī)定 盡量采用空