高層建筑結(jié)構(gòu)概念

1、高層建筑結(jié)構(gòu)概念第1頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四結(jié)構(gòu)工程是這樣一種藝術(shù):使用材料這些材料屬性只能估算建立真實的結(jié)構(gòu)這些真實的結(jié)構(gòu)只能近似分析 來承受外力這些外力不能準(zhǔn)確得知以滿足我們對公眾安全職責(zé)的要求第2頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四1. 荷載豎向荷載 美國規(guī)范規(guī)定混凝土容重取24kN/m3，而常用的計算軟件沒有考慮扣除梁板重疊、豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件重疊引起的重復(fù)荷載，故為了考慮剪力墻結(jié)構(gòu)的墻面裝修荷載而取混凝土容重為27kN/m3是不合理的。水平荷載 風(fēng)荷載： 10年一遇基本風(fēng)壓：舒適度驗算 50年一遇基本風(fēng)壓：剛度驗算 100年一遇

2、基本風(fēng)壓：強(qiáng)度驗算 地震作用： 小震(重現(xiàn)期50年)：彈性 中震(重現(xiàn)期475年)：基本彈性 大震(重現(xiàn)期2475年)：彈塑性第3頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的荷載組合與荷載效應(yīng)組合第4頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四3. 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傾覆與基礎(chǔ)埋深 1） 剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、 筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求：2）框架結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求： 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ32002)要求高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定符合如下規(guī)定： 第5頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四4. 結(jié)構(gòu)抗扭風(fēng)荷載作用 合力中心為建筑物投

3、影的幾何中心地震荷載作用 合力中心為質(zhì)量中心 第6頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四5. 框筒與筒中筒結(jié)構(gòu) 框筒結(jié)構(gòu): 筒中筒結(jié)構(gòu):第7頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四剪力滯后現(xiàn)象:第8頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四6. 結(jié)構(gòu)抗彎剛度與抗扭剛度的關(guān)系結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和與抗扭剛度應(yīng)相匹配，基本原則是結(jié)構(gòu)振型為平平扭。若抗彎剛度太大，抗扭剛度相對較弱，可能產(chǎn)生第一振型就是扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)第一周期與平動周期之比以及平面最大位移與平均位移不能滿足規(guī)范要求，這時可采用以下兩個方法： 1）增加抗扭剛度，有時很困難 最好采用：在不增加豎向

4、構(gòu)件的前提下，增加連梁的作用 2）在層間位移有富余的情況下，可減小抗彎剛度第9頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四7.高規(guī)建議的高層建筑結(jié)構(gòu)分析模型空間協(xié)同 空間桿系空間桿薄壁桿空間桿墻板元有限元第10頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四8. 梁板結(jié)構(gòu)、寬扁梁結(jié)構(gòu)和 無梁樓蓋的傳力路徑第11頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四9. 對規(guī)范要求鋼筋混凝土框架 結(jié)構(gòu)“大震不倒”的思考第12頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四第13頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四第14頁，共49頁，20

5、22年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四第15頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四第16頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四10. 中國高規(guī)的發(fā)展鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定(JGJ3-79) 1979高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建議(體選擇與構(gòu)造措施) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定(JGJ3-91) 中國建筑工業(yè)出版社， 1991高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ32002) 中國建筑工業(yè)出版社， 2002第17頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四11. 結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性第18頁，共49頁，202

6、2年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四12. 超高層建筑的風(fēng)洞試驗地形地貌模型試驗高頻動態(tài)天平剛體模型測力風(fēng)洞試驗剛體模型測壓風(fēng)洞試驗氣彈全模型風(fēng)致振動響應(yīng)風(fēng)洞試驗第19頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四 廣州觀光塔 效果圖 (610m):第20頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四廣州西塔效果圖(432m):第21頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四13. 結(jié)構(gòu)計算均假設(shè)結(jié)構(gòu)處于 彈性狀態(tài)，實際結(jié)構(gòu)是處于 彈塑性狀態(tài) 第22頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四14. 強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)墻弱連梁第23頁

7、，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四15. 美國規(guī)范要求無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)中，非預(yù)應(yīng)力筋必須能 抵抗100恒載及25活載 第24頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四16. 帶地下室的結(jié)構(gòu)計算假設(shè)嵌 固在0.000時，0.000應(yīng) 設(shè)計成強(qiáng)梁弱柱第25頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四17. 帶地下室的結(jié)構(gòu)計算假設(shè)嵌固 在0.000時，結(jié)構(gòu)剛度大為 增大，計算出的結(jié)構(gòu)剛度偏大， 位移偏小，地震作用偏大第26頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四18. 無地下室的結(jié)構(gòu)，計算模型 為首層嵌固，這是有條件 的，應(yīng)設(shè)計

8、成強(qiáng)梁弱柱。第27頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四19. 性能的設(shè)計方法：強(qiáng)度 + 延性第28頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四20. 彈性與彈塑性時程分析的選波及其概率性定義1)現(xiàn)行規(guī)范的彈性反應(yīng)譜的來由 體現(xiàn)了概率的統(tǒng)計意義2)彈塑性反應(yīng)譜 可變參數(shù)多，無法用 單一譜反應(yīng) 第29頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四3)用大量的涵蓋各種情況的地震波進(jìn)行彈塑性時程分析，符合概率統(tǒng)計的思想，是“ 可 靠”的，是解決問題的一個正確方法。4)如何選波，如何進(jìn)行概率統(tǒng)計是下一步需要解決的問題。第30頁，共49頁，2022年，5月2

9、0日，17點(diǎn)22分，星期四21. 振動臺試驗介紹1)地震實測數(shù)據(jù)和振動臺試驗數(shù)據(jù) 是檢驗彈塑性分析軟件的重要標(biāo)準(zhǔn)。 2)振動臺試驗的模型設(shè)計及其重力相似比。第31頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四3)存在的幾點(diǎn)問題：附加重量的滑動阻尼、臺面加速度與電腦輸入加速度的差異等4)振動臺試驗實例 a、華標(biāo)三期 b、日本阪神地震之一 之二 c、框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu) d、美國PEER振動臺試驗第32頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四5)從振動臺試驗及彈塑性分析得到的啟示： 320層的較為剛性的結(jié)構(gòu)是比較敏感的，高柔結(jié)構(gòu)、超高層結(jié)構(gòu)反應(yīng)不敏感。第33頁，共49

10、頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四22. 重要結(jié)構(gòu)的抗震加固方法1)強(qiáng)度+構(gòu)造（延性）抗震性能 如果抗震性能的目標(biāo)是正確的，則強(qiáng)度與構(gòu)造間是可以互相補(bǔ)充的。第34頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四2)以上思想為不符合現(xiàn)行規(guī)范構(gòu)造的結(jié)構(gòu)抗震加固提供了出路：不是不符合構(gòu)造要求的結(jié)構(gòu)都需要加固。第35頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四3)選用符合概率統(tǒng)計意義的一批地震波，對反映結(jié)構(gòu)真實幾何尺寸、真實材料性能和真實截面配筋的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行彈塑性時程分析，對其性能作出評價。第36頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四4)增加

11、耗能支撐阻尼是框架結(jié)構(gòu)加固的一個有效的方法第37頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四23. 基于能力的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介第38頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四24. 建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則簡介90%的內(nèi)容以美國FEMA規(guī)范條文為藍(lán)本第39頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四25. 關(guān)于最小配筋率的討論對于懸挑長度小于500， 厚度大于100 的裝飾性線條，若其僅承受自重和表面裝修荷載，可不按最小配筋率設(shè)置，僅需滿足強(qiáng)度和使用性要求。第40頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四ACI318-2002關(guān)于最

12、小配筋率的補(bǔ)充規(guī)定：The requirements of 10.5.1 and10.5.2 need not be applied if at every sectionAS provided is at least one-third greater than that required by analysis.第41頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四 26. 關(guān)于彈塑性分析的若干討論第42頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四精確從理論上考慮各種因素，從 微觀出發(fā)，數(shù)值處理困難， 不易收斂。粗糙以試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，從宏觀 出發(fā)，數(shù)值處理較為簡單，

13、 較易收斂。第43頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四1) 在目前(或可見的未來38年) “精確”的彈塑性分析的精度與“粗 糙”的結(jié)果的可靠性對比2) 兩者結(jié)果應(yīng)相互校核，如果 “精 確”算法與“粗糙”算法有本質(zhì)的偏 離，則“精確”的方法的結(jié)果是不 可靠的。第44頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四3)美國、日本的研究、工程應(yīng)用現(xiàn)狀 美國單片剪力墻模型通過試驗數(shù)據(jù)得 出，復(fù)雜的剪力墻等效為桿件。 （OPENSEES,DRAIN 2D,IDARC 2D， SAP2000） 日本高層建筑基本不采用剪力墻 結(jié)構(gòu)，均為桿系。 （CANNY）第45頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四4)地震實測數(shù)據(jù)及實驗室試驗數(shù)據(jù) 是檢驗彈塑性分析是否合理的重 要標(biāo)準(zhǔn)。5)可靠的符合統(tǒng)計意義的彈塑性分 析是判別結(jié)構(gòu) “大震不倒”的重要 標(biāo)準(zhǔn)。第46頁，共49頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)22分，星期四27. 結(jié)束語 國際結(jié)構(gòu)設(shè)計名人的忠告：混凝土并非彈性均質(zhì)材料，其受力理論并不十分明確。試圖尋求“百分之百的計算精確度”，無疑是在浪費(fèi)時間和金錢。 美國應(yīng)用現(xiàn)代高效能計算機(jī)，是能對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)做出可靠的分析，但更需要運(yùn)用正確的判斷力。尤其是當(dāng)我們把結(jié)構(gòu)開拓成綜合型、新材料和更大跨度的時候。 美國林同炎結(jié)構(gòu)設(shè)計是一門藝術(shù)，沒