第2章-29-10抗侧力结构及布置

钢筋凝土结构设计过程概要结构方案－初步设计结构选型－《高层建筑》(要结合建筑和结构考虑)结构布置－《高层建筑》的重点内容(概念设计)抗震等级－（重要性等级、高度等级、场地类别)《高层建筑》《抗震结构》初选结构尺寸和材料－《混凝土结构设计》结构布置图－平面图和剖面图注：要通过适用、技术、经济等各方面的比较和计算最终确定方案。结构设计和计算－手工和程序计算确定荷载－各种荷载的标准值和设计值－《建筑荷载》结构计算－计算恒、活、风、震的荷载效应S。《混凝土结构设计》变形验算－整体变形、层间变形《高层建筑》与《抗震结构》结构构件设计－配筋与截面承载力SR/γRE荷载效应组合与调幅－荷载效应组合设计值《建筑荷载》，《高层建筑》与《抗震结构》S配筋计算(SR)－直线类构件《混凝土原理》；楼盖《混凝土结构设计》抗震验算(SR)－《抗震结构》讲框架。《高层建筑》讲剪力墙构造措施(SR)－《混凝土结构设计》＋《抗震结构》中讲解结构施工图(配筋图)其它承重构件设计－楼梯、阳台、雨蓬等《混凝土结构设计》地基和基础设计－《土力学与地基基础》与《抗震结构》抗侧力结构布置-本节重点内容对建筑平面和立面的几何限制建筑物高度等级建筑物高宽比(H/B)+刚重比限值(整体稳定)建筑物外挑内收的限制(刚度突变)建筑物长宽比(L/B)限值(水平方向)不规则结构平面不规则立面不规则2.9.1各种体系的适用高度例如一框-剪结构，高度为150m则该房屋为B级目前全国属于A级高度的建筑占98%以上。在上表之内的为A级高度否则为B级。分类取决于设防烈度和结构型式。上表中为乙类和丙类建筑的适用高度。对甲类的规定见教材P.32B级高度的钢筋混凝土结构B级高度的建筑物要遵守更严格的计算和构造要求超过B级高度的特殊工程，要经过更严格的审查、论证，补充计算甚至试验各种结构体系的适用层数。不要混淆适用高度和高度等级的限制2.9.2高宽比限值保证结构抗倾覆稳定的两个主要指标：高宽比：几何要求刚重比：变形要求汶川地震中的整体倾覆对建筑物高宽比(H/B)限值(整体稳定)高宽比越大，说明结构越“苗条”－细长抗侧刚度大的体系，可以苗条些设防烈度大，地震力大，就应该矮些。绝大多数建筑均容易满足高宽比限值，一般不需专门验算。例如：60m高的剪力墙结构，6度设防，宽度不得低于10m。结构体系有效宽度对侧移的影响注意结构的宽度是按有效宽度进行计算的。结构在水平荷载作用下的破坏高宽比对于变形和倾覆的影响限制建筑物的高宽比的原因1.高宽比大，侧向变形大(结构抗侧向变形能力减弱)。2.高宽比大，结构易倾覆(使结构倾覆的力矩会减小)。3.高宽比大，结构容易丧失整体稳定P-Δ效应刚重比(整体稳定验算)刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌在WMASS.out中有提示：该结构刚重比Di*Hi/Gi大于20,可以不考虑重力二阶效应。亦即P-Δ效应(重力)。则不需要考虑，否则在重新计算时就需要考虑了。uqHEJd1201144.14.11212niidniidGHEJGHEJ按照高规5.4.1计算结构的等效侧向刚度由此计算结构刚重比。SATWE刚重比输出(MASS.OUT)================================结构整体稳定验算结果================================X向刚重比EJd/GH**2=5.82Y向刚重比EJd/GH**2=7.71该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应高规对抗倾覆稳定的要求PKPM整体稳定性的验算(WMASS.OUT)结构整体稳定验算结果=================================================层号X向刚度Y向刚度层高上部重量X刚重比Y刚重比10.294E+070.274E+073.0090570.97.3090.9220.151E+070.150E+073.0082730.54.9154.3930.121E+070.126E+073.0075156.48.4250.2240.107E+070.114E+073.0067582.47.4650.5250.985E+060.106E+073.0060008.49.2352.8960.931E+060.999E+063.0052435.53.2457.1470.896E+060.954E+063.0044861.59.9063.8280.871E+060.917E+063.0037287.70.0673.7990.844E+060.878E+063.0029713.85.2088.61100.798E+060.821E+063.0022140.108.10111.24110.697E+060.710E+063.0014503.144.21146.96120.485E+060.486E+063.006884.211.42211.92130.918E+050.938E+053.301130.268.27274.18结构刚重比Di*Hi/Gi大于10,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算结构整体稳定验算输出实例(毕业设计)(WMASS.out)X向刚重比EJd/GH**2=9.53Y向刚重比EJd/GH**2=20.34该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应========================================抗倾覆验算结果========================================抗倾覆弯矩Mr倾覆弯矩Mov比值Mr/Mov零应力区(%)X风荷载1114245.136848.530.240.00Y风荷载904865.044142.620.500.00X地震1114245.121555.451.690.00Y地震904865.031108.129.090.00注意：以上抗倾覆弯矩Mr与倾覆弯矩Mov之比均大于20。结构安全。2.10.3建筑物外挑内收的规定）、图且、图时dcmaBBbaBBHH332(4,9.0)332(75.0,2.011110%，4m1/4,(1/8)侧向刚度不规则：…除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。对内挑外收过大破坏实例2.10.2限制建筑平面的长宽比(表2-10)避免楼板平面内弯曲避免楼板竖向(平面外)高阶弯曲振动避免建筑物两端振动不一致(大跨度)限值(6度)L/B≤6l/b≤2抗震规范强制性条文：建筑设计应符合抗震概念设计的要求抗震设计：对地震区的工程结构进行的一种专业设计，一般包括三个方面1.抗震概念设计2.抗震构造措施3.结构抗震计算(抗震)概念设计：综合运用力学概念、结构破坏机理的概念、地震对建筑物造成破坏的经验教训、结构试验结论和对计算结果的分析判断等进行的设计。概念设计的范围：结构方案、结构布置、结构计算(模型)、构件设计、构造措施等每一个设计步骤。设计概念的来源：震害调查＋理论研究2.10.1震害及(抗震)概念设计1和2统称为抗震措施马那瓜中央银行大厦马那瓜美洲银行大厦4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。结构存在十分严重扭转效应4层以上的楼板仅为5cm厚.共64根柱；4层以下10根柱，竖向严重不连续三个设计阶段对结构安全的影响混凝土结构理论发展及规范修订的建议(徐有邻等《建筑结构学报》2007.2)结构方案的影响可为数倍内力分析的影响可达几成截面设计的偏差不过百分之几目前规范中最根本性的前两项内容相对薄弱,而第三层次则比较繁琐。恶性工程事故分析表明,结构倒塌多因方案缺陷而非截面设计错误。设计规范中应增加有关“结构方案”的内容,必须向设计人员强调概念设计的重要性。结构整体性(Robustness)的研究成果,应以可操作的形式反映于结构方案的设计原则中。高规中强调概念设计1.0.5高层建筑结构设计中应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性。结构布置的概念设计原则－汇总(1)基本原则：简单、规则、均匀、对称简单：结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符。规则：选择对抗震有利的平面/立面布置，采用规则结构，避免严重不规则结构(2.10.4专题讲解)。平面布置避免凸凹；立面布置避免错落。均匀：竖向布置应使刚度、强度、质量变化均匀，避免出现薄弱层对称：结构平面布置应力求对称。(2)结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力(延性)。(3)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。(4)设置多道抗震防线结构材料与结构体系选择应符合抗震结构体系的要求，房屋的体形要有利抗震，竖向布置应尽可能降低房屋重心。必要时要设置防震缝:注意三缝合一，宽度合理规范规定：结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。受力明确、传力合理、传力路线不间断、抗震分析与实际表现相符合。搭接柱转换大梁搭接柱实例深圳－福建兴业银行大厦转换层结构体系应具备必要的承载能力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。足够的承载力和变形能力需要同时满足有较大的变形能力而缺少较高的抗侧力的能力：如钢或钢筋混凝土纯框架，由于在不大的地震作用下会产生较大的变形，导致非结构构件的破坏或结构本身的失稳。有较高的承载能力而缺少较大变形能力:如不加约束的砌体结构，很容易引起脆性破坏而倒塌。必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具有的耗能能力。足够的承载力和变形能力需要同时满足应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。由于柱子的数量较少或承载能力较弱，部分柱子退出工作后，整个结构系统丧失了对竖向荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应有必要的赘余度和内力重分配的功能。多道抗震防线结构中至少应考虑两道抗震防线。多道防线的目的希望从稳定体系过渡到另一个稳定体系，不至于从稳定体系直接倒塌(裂而不倒)。满足第三水准要求。多道防线的工作原理1.强风和小震时第一道防线作为主要抗侧力结构工作，由于第一道防线通常刚度较大，有利于满足正常使用变形要求。2.第一道防线进入塑性后，由于刚度降低，使得内力转移到第二道防线。3.第一道防线进入塑性后，起到耗能的作用。4.第一道防线进入塑性后,结构的基本周期发生变化。如果结构因共振效应而破坏，则可以得到改善。实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应要求：应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件，作为第一道抗震防线的抗侧力构件。注1：一般情况，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。注2：单一的框架体系，框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件，此时应采用“强柱弱梁”型延性框架。（即梁为第一道，柱为第二道）对第一道防线构件的其它要求(阅读材料)多道抗震防线中的耗能构件的选定原则(阅读材料)耗能构件最好为水平构件。不是主要承受竖向荷载的构件；它们屈服后，仍受到处于弹性阶段构件的约束；有较好的延性和饱满稳定的滞回环；它们应占有总刚度的相当明显的一部分，也就是应该具有相当的刚度以保证其足够的耗能能力(只有变形，而内力小不能起到耗能的作用)。主要耗能构件的耗能部位的破坏形态应该是弯曲破坏(延性)而不