高层结构抗震控制与中震设计分析1

1高层结构抗震控制与中震设计分析鑫中建建筑设计顾问有限公司075583201728E-mail：[e-mail]黄警顽(声明:本讲义引用大量文献资料.若引用错误是本人理解错误,与原文献作者无关)2007.102高层结构抗震控制与中震设计分析一．超限控制[10]1．高度超限,超过表1-1规定高度(m)，表1-1：结构类型6度7度（含0.15g）8度（含0.30g）9度钢筋混凝土结构框架60554525框架-抗震墙13012010050抗震墙14012010060部分框支抗震墙12010080不应采用框架-核心筒15013010070筒中筒18015012080板柱-抗震墙403530不应采用较多短肢墙1006035错层抗震墙和框架-抗震墙8060不应采用混合结构钢框架-钢筋混凝土筒20016012070型钢砼框架-钢筋混凝土筒22019015070钢结构框架1101109050框架-支撑(抗震墙板)220220200140各类筒体和巨型结构300300260180注平面和竖向均不规则,或IV类场地,按降低20%控制;6度的短肢墙、错层结构高度较7度适当提高2．三项及三项以上不规则超限，表1-2序不规则类型涵义依据的规范条文1扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2GB50011-3.4.22偏心布置偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大JGJ99-3.2.23凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30%GB50011-3.4.24组合平面细腰形或角部重叠JGJ3-4.3.35楼板不连续有效宽小于50%,开洞面积大于30%;错层高梁高GB50011-3.4.26刚度突变相邻层刚度变化大于70%;连续三层变化大于80%GB50011-3.4.27尺寸突变缩进大于25%,外挑大于10%或4mJGJ3-4.4.58构件间断上下墙、柱、支撑不连续，含加强层GB50011-3.4.29承载力突变相邻层受剪承载力比80%GB50011-3.4.23．单项不规则超限，表1-3：序简称涵义1扭转偏大不含裙房的楼层扭转位移比1.42抗扭刚度弱扭转周期比0.9,混合结构扭转周期比0.853层刚度偏小本层侧向刚度小于相邻上层的50%4高位转换框支转换构件位置:7度5层;8度3层5厚板转换7～9度设防的厚板转换结构6塔楼偏置单塔或多塔与大底盘的质心偏心距底盘相应边长的20%7复杂连接各部分层数、刚度、布置不同的错层或连体结构8多重复杂结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔楼类型的2种以上34．其它超限建筑4.1高度超过28m的单跨框架结构；4.2抗震规范、混凝土和钢结构高层规程暂未列入的高层建筑结构；特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑连筑；特大跨度的连体结构；4.3超限大跨度空间结构：跨度120m、悬挑长度40m、单向长度300m的屋盖;非常用空间结构的大型场馆、一级客运站、大型候机楼、特大型机库。5．关于超限计算问题5.1计算程序问题1.SATWE的计算结果,大部分指标介于ETABS和MIDAS之间,结果偏安全.2.目前国内外结构分析软件,在单元模型及解题方法上没有太大区别,但在图形处理上国内外还有差距,国内图形处理速度和精度较差;3.总体分析的整体指标规律国内外软件一致,无大差别;细部由于单元接触边界的处理方法不同,其弹性计算的局部应力有较大差别;4.EPDA/EPSA采用弹塑性纤维束单元模型,理论上比弹塑性铰一维杆件模型先进;5.检查国外软件是否采用中国规范?查软件介面菜单是否能人工指定某一构件的抗震等级.6.国内外软件计算结果比较表计算软件SATWEETABSMIDAS楼层自由度每个楼层为3个自由度每个楼层为6个自由度每个楼层为3个自由度（两个平动，一个转动）（三个平动，三个转动）（两个平动，一个转动）周期调整系数0.90.90.9风荷载总剪力Vx=19350kNVx=15702kNVx=17136kNVy=19265kNVy=16878kNVy=17068kN最大层位移角X向：1/1057（31层）X向：1/1297（32层）X向：1/1006（31层）Y向：1/1072（31层）Y向：1/1253（32层）Y向：1/1029（32层）结构总重力Gz=877529kNGz=884187kNGz=857427kN地震作用地震作用总地震VxE=13778kNVxE=14141kNVxE=12241kN剪力VyE=13680kNVyE=14073kNVyE=12409kN底部剪重比1.53%1.59%1.44%最大层位移角dx/h=1/1722（31层）dx/h=1/1695（30层）dx/h=1/1626（31层）dy/h=1/1733（31层）dy/h=1/1738（30层）dy/h=1/1592（30层）扭转位移比1.33（X-5%偶然1.25（3层）1.27（偶然偏心，3层）偏心，4层）1.21（Y-5%偶然1.29（3层）1.28（偶然偏心，3层）偏心，4层）总地震VxE=13778kNVxE=14141kNVxE=12241kN周期T1(s)3.5078(X)3.5269(X)3.8707(X)T2(s)3.4866(Y)3.5016(Y)3.8378(Y)T3(s)1.5727(T)1.6259(T)1.8258(T)5.2楼板验算要解决的问题1.验算目标是什么?应力、内力？2.工况?正应力、剪应力？平均应力、最大应力？应控制的是压应力还是拉应力?3.应满足的要求指标?应力云图能说明什么?4.弹性应力集中使问题复杂化.45.可行的办法是计算楼板传力控制断面的抗剪承载力楼板传递的剪力.即在内力层面进行控制.假定：层剪力按本层竖向构件剪切刚度分配，则控制断面传递的剪力为ΔVx，nmjxinmjixxQKkVV,,；式中:Qx,j----第j根竖向构件的下端剪力;F-------控制断面的截面积.Vx,i-----第i层在水平荷载作用下的层(X或Y向)总剪力nmjk-----分离体板块(n-m+1)根竖向构件的剪切刚度之和;iK-----i层总剪切刚度;按材料力学公式，FVx5.1max;二．“广东省实施《高规》补充规定”的理解和应用1.总则1.0.2高层定义:10层或以上;6层以上且高度28m。即≤10层且H≤28m为多层。2.荷载及地震作用2.1.2首层宜考虑施工荷载不小于10kN/m2,施工荷载分项系数1.0;即施工荷载可按活荷10/1.4=7.14kN/m2输入;当不分静活荷时可按10/1.35=7.4kN/m2输入.2.2.2计算风荷作用下结构的水平位移时,基本风压可采用50年重现期的风压值.(深圳为0.75kN/m2)2.3.1结构设计使用年限超过50年时,若无场地地震安全报告提供相应的地震动参数时,多遇地震可按下表处理(7度为例)设计使用年限5070100设防烈度777多遇地震αmax0.08(0.12)0.08(0.12)×1.150.08(0.12)×1.35弹性时程分析Amax35(55)35(55)×1.1535(55)×1.35注:(1)罕遇地震如何处理未给出;(2)按理其它荷载也因使用年限的变化而变,但《补充规定》未提及.2.3.2～2.3.6地震计算考虑因素（7度区要考虑竖向地震影响）扭转控制情况控制标准计算考虑因素质量与刚度分布明显不对称、不均匀前一个振型中某振型的扭转方向因子在0.35～0.65之间应计算双向水平地震,考虑平扭耦连影响扭转不规则不考虑偶然偏心时位移比1.2或H100m考虑平扭耦连影响质量竖向分布特别不均匀相邻层单位面积质量比1.5应采用弹性时程分进行多遇地震补充计算大跨度结构考虑竖向地震7、8、9度楼盖跨度大于24、16、12m；7、8、9度悬臀跨度大于6、4、3m结构。7、8、9度重力荷载代表值分别增大5%、10%、20%3.结构设计的基本规定3.2.2建筑高宽比计算时,非矩形平面的等效宽度B=3.5R,R为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径=(∑Firi2/∑Fi)0.5.3.2.3,3.2.5构件定义及断面限制构件类型截面高厚比h/d肢宽d限制备注矩形柱h/d≤4d≥300短肢墙4＜h/d＜8d≥层高/15,且d≥300时当一般墙剪力墙h/d≥8异形柱2≤h/d≤4d≥200方、矩、圆、Z型以外断面53.2.4短肢墙面积占剪力墙面积50%以上为短肢墙结构,其适用高度应比《高规》表4.2.2规定的剪力墙适用高度降20%.3.3.1体形不规则类型及定义不规则类型定义1.扭转不规则弹性位移比2Umax/（Umax+Umin）1.2;分I、II两类，II类比I类严重2.狭长、凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%;平面尺度不满足:L/B≤6.0;l/Bmax≤0.35;l/b≤2.03．楼板局部不连续有效板宽小于楼板开洞处板宽50%;开洞面积大于楼层面积30%;楼板任一方向最小净宽小于5m.4．侧向刚度不规则θi/θi+1≥1.3,3θi/(θi+1+θi+2+θi+3)≥1.2（θi应是单位荷载产生的位移角）5．竖向构件不连续I类:柱不连续;II类:墙、支撑不连续6．楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于上层的80%。注：1.扭转不规则分I、II两类，由地震作用的层位移角θE和相应的扭转位移比双控定义；2.特别不规则结构:(1)扭转不规则II类+2项一般不规则;(2)竖向构件不连续II类+2项一般不规则;(3)4项一般不规则.3.严重不规则结构:(1)扭转不规则II类或竖向构件不连续II类+5项一般不规则;(2)6项一般不规则;(3)同时采用4种及以上的复杂结构型式;(4)扭转不规则程度属不允许值.3.4现浇楼盖结构楼盖位置一般楼盖首层及顶层楼盖地下室顶板作嵌固层梁式转换层楼盖箱梁或桁架转换顶底板I类竖向不连续转换层预应力楼盖多塔楼底盘屋面加强层及上下层楼面楼板最小厚度(mm)100120梁板结构1601801501201501501503.5.1对于高度小于150m剪力墙、筒中筒结构等弯曲变形明显的结构,当有害层间位移值ΔU’i小于层位移值ΔUi的50%时,层间位移角可放宽至1/800.ΔU’i=ΔUi-θi-1hi,ΔU’i/ΔUi＜0.5时,θi≤1/8003.6抗震等级3.6.1框支层及其下一层按框支结构定义抗震等级,其它部位可不按框支结构定义;3.6.28度区高度80m建筑,可用框支剪力墙结构;底部加强区特一级,非加强区一级;3.6.30.15g和0.3g设防的结构,宜用0.15g和0.3g计算,采用8和9度抗震构造加强;3.6.4与主楼连成整体的裙房:当主楼为框支剪力墙结构,裙房为框架剪力墙结构时,裙房按框架剪力墙结构定义抗震等级;当主楼为框-剪或框-筒结构,裙房为框架结构,且裙房柱高与柱截面长边之比不小于6时,裙房按本身高度定义抗震等级,但与主楼的抗震等级相差不应超过一等级;5.1.9剪力墙承担的倾覆力矩≤总倾覆力矩20%的少剪力墙框剪结构,结构分析按框架剪力墙体系计算,框架抗震等级按框架定义,剪力墙抗震等级按框架剪力墙定义.4.结构分析4.1.5当连梁跨高比不大于2时,宜用壳元模拟;即当连梁跨高比不大于2时宜按门洞输入,当2＜连梁跨高比≤4时,可根据情况按梁或门洞输入.当连梁跨高比≥5时,按梁输入并可调幅.4.2.1连梁刚度折减系数,抗风设计控制时不宜小于0.8;抗震设计控制时不宜小于0.5.4.2.4,4.2.5竖向荷载作用下梁的两种调幅(1)考虑梁塑性内力重分布的梁端弯矩调幅,调幅系数可取0.7～0.9.(2)因竖向构件变形差造成的框架梁端负加弯矩可调幅,调幅系数宜为0.7～1.3,并按静力平衡条件计算梁的内力及相连竖向构件的轴力.这是考虑竖向构件蠕变会使竖向荷载作用均匀化的影响,与考虑梁塑性内力重分布的梁端弯矩调幅不同.此项调幅目前程序不能处理,要手工处理.(3)理论上两种调幅的物理力学概念不同,可迭加.5.框架结构设计5.1一般框架结构5.1