高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求及荷載效應(yīng)組合

1、高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求2荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)組合1主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)組合1無地震作用無地震作用有地震作用有地震作用荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值：風(fēng)荷載、地震等效荷載。分項系數(shù)分項系數(shù)：考慮各種荷載可能出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)值的情況而確定的荷載效應(yīng)增大系數(shù)。組合系數(shù)組合系數(shù)：考慮到某些荷載同時作用的概率較小，在疊加其效應(yīng)時要乘以小于1的系數(shù)。幾個概念：幾個概念： 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)區(qū)分下列設(shè)計狀況（）： 持久設(shè)計狀況：適用于結(jié)構(gòu)使用時的正常情況； 短暫設(shè)計狀況：適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的臨時情況，包括結(jié)構(gòu)施工和維修時的情況等； 偶然設(shè)計狀況：適用于結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的異常情況，包括結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)、爆

2、炸、撞擊時的情況等； 地震設(shè)計狀況：適用于結(jié)構(gòu)遭受地震時的情況，在抗震設(shè)防地區(qū)必須考慮地震設(shè)計狀況。WKWWQKQQLGKGdSSSS dS 當(dāng)荷載與荷載效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時，按下式：、WKQKGKSSS分項系數(shù)；荷載組合的效應(yīng)設(shè)計值；永久荷載、樓面活荷載、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；、WQGL考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)，設(shè)計使用年限為50 年時取1.0，設(shè)計使用年限為100 年時取1.1；W、Q樓面活荷載和風(fēng)荷載組合系數(shù)。 SGE重力荷載代表值的效應(yīng)，1.0自重+0.5雪荷載+（）活荷載當(dāng)作用與作用效應(yīng)按線性關(guān)系考慮時，荷載效應(yīng)組合按下式確定：WkWWEVkEVEhkEhGEGdSSSSS SEh

3、k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)、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)、調(diào)整系數(shù)；分項系數(shù)；、WEvEhGW風(fēng)荷載組合系數(shù)。高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求2承載力要求承載力要求側(cè)移要求側(cè)移要求舒適度要求舒適度要求穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性和抗傾覆延性要求延性要求 高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力應(yīng)按下列公式驗算： 持久設(shè)計狀況、短暫設(shè)計狀況 （無地震作用） 0SdRd 地震設(shè)計狀況 SdRd/rRE2.1、承載力要求、承載力要求考慮地震作用的偶然性與短時性。鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù) RE型鋼（鋼管）混凝土構(gòu)件

4、的承載力抗震調(diào)整系數(shù)型鋼（鋼管）混凝土構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù) RE鋼構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)鋼構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù) RE 當(dāng)僅考慮豎向地震作用組合時，各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力抗震調(diào)整系數(shù)rRE均應(yīng)取1.0。 高層建筑應(yīng)具備必要的剛度，在正常使用條件下，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。2.2、側(cè)移限制、側(cè)移限制1、使用階段層間位移限制、使用階段層間位移限制 在風(fēng)荷載或多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下，結(jié)構(gòu)按彈性計算的樓層層間最大水平層位移與層高之比u/h應(yīng)滿足：高度150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比，不宜大于下表的限值：結(jié)構(gòu)體系框架1/550框架剪力墻、框架核心筒、板柱剪力

5、墻1/800筒中筒、剪力墻1/1000除框架結(jié)構(gòu)外的轉(zhuǎn)換層1/1000hu/樓層層間最大位移與層高之比的限值高度250m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h不宜大于1/500； 高度在150250m之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h的限值，按上述限值線性插值取用。 ： 防止主體結(jié)構(gòu)開裂、破壞； 防止填充墻和裝修開裂、破壞； 過大的變形會使電梯等無法正常工作；并使人有不舒適感； 過大的側(cè)移還會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力。2、罕遇地震作用下的彈塑性層間位移限制、罕遇地震作用下的彈塑性層間位移限制大震不倒大震不倒在罕遇地震作用下，為防止倒塌，高層建筑要限制結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間側(cè)移即

6、薄弱層的彈塑性變形驗算。 79度時樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)y0.5的框架結(jié)構(gòu)； 79度甲類建筑和9度抗震設(shè)防的乙類建筑結(jié)構(gòu)； 采用隔震和消能減震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)。 房屋高度大于150m的結(jié)構(gòu)。ykiyieiVV 樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)，為按構(gòu)件實際配筋和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計算的樓層受剪承載力，與按罕遇地震作用計算的樓層彈性地震剪力的比值。 計算結(jié)構(gòu)樓層或構(gòu)件的受剪承載力標(biāo)準(zhǔn)值，取決于實際結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制。由于地震作用的隨機(jī)性，結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的破壞機(jī)制很難預(yù)估。因此，一般只能假設(shè)在一定破壞機(jī)制條件下估計其樓層受剪承載力。較簡化的實用計算方法有“擬弱柱化法”、“節(jié)點失效法”、“節(jié)點平衡法”等。 符合下表所列范圍且豎向不規(guī)

7、則的高層建筑結(jié)構(gòu)； 7度、類場地和8度抗震設(shè)防的乙類建筑結(jié)構(gòu)； 板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。 在罕遇地震作用下，大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，變形較大，驗算結(jié)構(gòu)層間變形是否超過限值。結(jié)構(gòu)薄弱層（部位）層間彈塑性位移應(yīng)符合下式要求：huppup層間彈塑性位移； h層高； 層間彈塑性位移角限值，按下表采用：結(jié)構(gòu)類別框架結(jié)構(gòu)1/50框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架核心筒結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)1/100剪力墻結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)1/120除框架外的轉(zhuǎn)換層1/120層間彈塑性位移角限值pp對框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)軸壓比0.40時，可將表中數(shù)值提高10；當(dāng)柱子全高的箍筋構(gòu)造采用比本規(guī)程中框架柱箍筋最小配箍特征值大30時，可將表中數(shù)值提高20，但累計

8、不宜超過25。 影響高層建筑舒適度的主要兩個方面：一是結(jié)構(gòu)在風(fēng)的作用下，出現(xiàn)過于明顯的變速振動；二是樓蓋的豎向振動頻率和加速度。1、風(fēng)載下結(jié)構(gòu)頂點最大加速度限值、風(fēng)載下結(jié)構(gòu)頂點最大加速度限值 高度較大的高層建筑，在風(fēng)載下易產(chǎn)生風(fēng)振。過大的振動加速度，會使人產(chǎn)生不適甚至不能忍受。2.3、舒適度要求 舒適度與風(fēng)振加速度的關(guān)系： 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，高度超過150m的高層建筑具有良好的使用條件，滿足舒適度的要求。在建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的10年一遇的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，結(jié)構(gòu)頂點的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動最大加速度不應(yīng)超過下表限值。使用功能住宅、公寓0.15辦公、旅館0.25結(jié)構(gòu)頂點最大加速度li

9、m(/)am s22、樓蓋豎向振動加速度限值、樓蓋豎向振動加速度限值 高層規(guī)程中規(guī)定樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向振動頻率不宜小于3Hz，豎向振動加速度不應(yīng)超過下表的限值。 結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性是高層建筑設(shè)計的基本要求。研究表明，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體喪失穩(wěn)定的可能性很小。穩(wěn)定性設(shè)計主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震力作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)（P-）不致過大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。 P-效應(yīng)：在水平荷載作用下，高層建筑出現(xiàn)側(cè)移后，重力荷載會產(chǎn)生附加彎矩，附加彎矩又會增大側(cè)移，這種二階效應(yīng)稱為P-效應(yīng)。 由此可見，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性問題，實際上是結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度和重力大小的問題。結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度

10、和重力荷載之比（簡稱剛重比）是影響重力P-效應(yīng)的主要參數(shù)。2.4、穩(wěn)定性與抗傾覆1、在水平力作用下，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時，、在水平力作用下，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時，可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響?？刹豢紤]重力二階效應(yīng)的不利影響。 1）剪力墻、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu) 2）框架結(jié)構(gòu)：式中：EJd結(jié)構(gòu)在一個主軸方向的等效側(cè)向剛度。 H房屋高度 Gi,Gj分別為第i, j樓層的重力荷載設(shè)計值 Di第i樓層的彈性等效側(cè)向剛度，可取該層剪力與層間位移的比值。 n結(jié)構(gòu)總層數(shù)。 niidGHEJ127 . 2nijijihGD/202、高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合下列規(guī)定、高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合

11、下列規(guī)定 1）剪力墻、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu) 2）框架結(jié)構(gòu)： （i=1,2,n)niidGHEJ124 . 1nijijihGD/103、抗傾覆控制：、抗傾覆控制： 、控制高寬比H/B； 、控制基底零應(yīng)力區(qū)面積，15總面積。1、延性的概念、延性的概念一般是指材料的塑性變形能力一般是指材料的塑性變形能力對于構(gòu)件和構(gòu)件截面來講，延性是指保持承載力情況下的塑性變形能力。以鋼筋混凝土適筋梁為例 Mou y yMuM加載至鋼筋屈服加載至極限荷載利用延性吸收地震能延性比uy2.5、延性的要求2、延性、延性塑性變形帶來的變化塑性變形帶來的變化有利方面：出現(xiàn)塑性變形后，結(jié)構(gòu)的剛度減小、周期變長，結(jié)構(gòu)所受到的

12、地震作用明顯減小。這對抵抗地震作用、尤其是大震過后的余震是非常有利的；不利方面：出現(xiàn)塑性變形，意味著混凝土構(gòu)件要出現(xiàn)塑性鉸、較大的裂縫和永久變形。會影響到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 結(jié)構(gòu)的繼續(xù)使用需要修復(fù)。 從抗震角度來看，出現(xiàn)超過設(shè)防烈度的地震是不可避免的，結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備足夠的塑性變形能力。但是結(jié)構(gòu)過早地出現(xiàn)塑性變形也是十分不利的。結(jié)構(gòu)在小震、甚至風(fēng)荷載作用下就出現(xiàn)塑性變形，必然導(dǎo)致裂縫和變形過大，將影響到建筑物的正常使用。正是基于上述原因，建筑抗震設(shè)計規(guī)范采用了“三個水準(zhǔn)”的抗震設(shè)計原則：小震不壞結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)；中震可修結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性變形；大震不倒結(jié)構(gòu)應(yīng)保持整體穩(wěn)定。3、構(gòu)件的延性控制、構(gòu)件的延性控制抗震等級抗震等級 由此可見，延性是必須的，但延性的利用是有代價的。因此，重要性不同構(gòu)件，應(yīng)有不同的延性控制。 而且影響延性的因素是比較復(fù)雜的。以最簡單的梁端塑性鉸為例：壓區(qū)高度壓區(qū)高度材料變形能力材料變形能力塑性變形中不能剪壞塑性變形中不能剪壞計算和構(gòu)造計算和構(gòu)造我國規(guī)范依據(jù)設(shè)防分類、設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、房屋高度，劃分了結(jié)構(gòu)的抗震等級。一級要求最高，延性很好，二級、三級次之，四級要求最低。 不同抗震等級，對應(yīng)不同的延性要求。設(shè)計時采取不同的計算和構(gòu)造措施。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如下表所示：甲、乙類建筑：應(yīng)按本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度提高一