工學(xué)高層建筑設(shè)計第4章-設(shè)計要求及荷載效應(yīng)組合說課材料

第4章

設(shè)計要求及荷載效應(yīng)組合4.1荷載效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力4.2承載力驗算4.3側(cè)移限值4.4舒適度要求4.5穩(wěn)定和抗傾覆4.6抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級4.1荷載效應(yīng)組合及最不利內(nèi)力1、無地震作用組合：4.1.1荷載效應(yīng)組合S=γGSGK+γLψQγQSQK+ψWγWSWk

γL——考慮結(jié)構(gòu)使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)。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(shè)計時，應(yīng)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(nèi)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(shù).在貯藏、書庫或其他有很重使用荷載(q>4kN／m2)的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)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(jié)構(gòu)上。4.1.4控制截面及最不利內(nèi)力1、梁(1)兩端支座截面最大負(fù)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(yīng)經(jīng)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(shè)計成對稱配筋。要考慮下述四種可能組合：|M|max及相應(yīng)的N；Nmax及相應(yīng)的M；Nmin及相應(yīng)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(nèi)力調(diào)整1、豎向荷載下框架梁彎矩塑性調(diào)幅(1)降低支座負(fù)彎矩，以減少配筋面積。(2)

跨中彎矩乘以1.1～1.2增大系數(shù)。(3)

調(diào)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(nèi)力需要先進(jìn)行局部調(diào)整，然后進(jìn)行內(nèi)力組合2、水平力作用下框一剪結(jié)構(gòu)中框架內(nèi)力調(diào)整(1)框架內(nèi)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(nèi)力一般按下列方法調(diào)整(pp129)：VFi≥0.2V0的樓層，不調(diào)整。VFi

＜0.2V0的樓層，按下兩式中的較小值調(diào)整Vfi。見圖4-64.2承載力計算(1)按極限狀態(tài)設(shè)計要求，構(gòu)件承載力計算表達(dá)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(gòu)件承受反復(fù)作用力及變形，承載力RE要降低(見表4-1)；(3)抗震設(shè)計中，不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)。(4.2-1)(4.2-2)注：抗震設(shè)計時，應(yīng)同時按式(4.2-1)、(4.2-2)進(jìn)行承載力計算。4.3側(cè)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(jié)構(gòu)水平位移，考慮風(fēng)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(yuǎn)之比作為限制條件，即：(3)為什么限制結(jié)構(gòu)側(cè)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(shè)防的、樓層屈服強度系數(shù)ξy小于0.5的框架結(jié)構(gòu)；采用隔震和消能減震技術(shù)的建筑結(jié)構(gòu)；7～9度時的甲類建筑和9度時的乙類建筑結(jié)構(gòu)；房屋高度大于150m的結(jié)構(gòu)。(2)要求：

up

≤[θp]h[θp]=[δ/h]見表4-3(3)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、填充墻框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的薄弱層；③樓層屈服強度系數(shù)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(jié)構(gòu)，可采用靜力彈塑性或動力彈塑性分析方法計算結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)應(yīng)滿足風(fēng)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(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算，或通過風(fēng)洞試驗確定。(3)順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點最大加速度amax不應(yīng)超過下表的限值。過大的側(cè)向位移會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力。1、水平向風(fēng)振舒適度2、樓蓋舒適度樓蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的舒適度；樓蓋結(jié)構(gòu)的豎向振動頻率不宜小于3Hz；豎向振動加速度峰值不應(yīng)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(gòu)件的P-效應(yīng)要保證(1)高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算——計算柱的承載力時考慮偏心距增大系數(shù)，可不再計算P-效應(yīng)。(2)高層鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗算(pp77)各樓層柱子平均長細(xì)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(yīng)。4.5.2抗傾覆問題(1)控制高寬比(2)基底零應(yīng)力區(qū)滿足一定要求時不需要進(jìn)行抗傾覆驗算(pp77)

。4.6抗震結(jié)構(gòu)延性要求和抗震等級(1)延性的概念延性——結(jié)構(gòu)(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(gòu)件的塑性變形能力常常用構(gòu)件延性比來衡量：構(gòu)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(jié)構(gòu)的概念延性比越大，延性越好。(2)延性結(jié)構(gòu)設(shè)計基本措施鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系；合理布置結(jié)構(gòu)；對構(gòu)件及其連接采取各種構(gòu)造措施；控制施工質(zhì)量。(見圖4-3)4.6.2抗震等級抗震等級是結(jié)構(gòu)抗震計算(指內(nèi)力調(diào)整)和采取抗震措施的依據(jù)，與設(shè)防烈度、房屋高度、建筑類別、結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)件的重要性等有關(guān)。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(shù)要求和經(jīng)濟條件及科技和經(jīng)濟水平的提高。房屋結(jié)構(gòu)的建筑類別按其重要性分為甲、乙、丙三類，其抗震等級與設(shè)防烈度有關(guān)。決定抗震等級時考慮的設(shè)防烈度可以不同于計算地震作用時的設(shè)防烈度,見表4-4。在同等的設(shè)防烈度和房屋高度的情況下，重要性不同的構(gòu)件，抗震要求可不相同。本章結(jié)束，謝謝聽講！表4-1承載力抗震調(diào)整系數(shù)γRE構(gòu)件類別梁柱

剪力墻

各類構(gòu)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(fēng)荷載引起的側(cè)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(jié)構(gòu)類型[δ/h]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)≤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(jié)構(gòu)1／500鋼結(jié)構(gòu)各類結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型[δ/h]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)外的轉(zhuǎn)換層1／120鋼結(jié)構(gòu)各類結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)均勻?qū)ΨQ；基本抗側(cè)力的系統(tǒng)為四個L形的筒體，對稱地