高层结构第四章

高层建筑结构设计方鄂华钱稼茹叶列平编注主讲教师：刘美景第4章设计要求及荷载效应组合4.1承载力验算4.3舒适度要求4.2侧移限制4.5抗震结构延性要求和抗震等级4.4稳定和抗倾覆4.6荷载效应组合及最不利内力第4章设计要求及荷载效应组合结构分析基本步骤分析方法计算模型结构计算内力调整计算内容承载能力极限状态计算正常使用极限状态计算承载力(强度、稳定）倾覆滑移漂浮变形抗裂和裂缝宽度耐久性疲劳第4章设计要求及荷载效应组合4.1承载力验算第4章4.1承载力验算0SR无地震作用组合时:/EERESR有地震作用组合时:《建筑抗震设计规范》GB50011-2001给出了的取值如下表：承载力抗震调整系数表4—1RE第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.2.1使用阶段层间位移限制结构的刚度要求用限制侧向变形的形式表达，我国现行规范主要限制层间位移：max(/)/uhuh式中:—为考虑荷载效应组合时结构层间位移；—为结构层高。h第4章4.1承载力验算4.2侧移限制第4章4.1承载力验算4.2侧移限制材料结构高度结构类型限制值钢筋混凝土结构不大于150m框架1/550框剪、框－筒1/800剪力墙、筒中筒1/1000框支层1/1000不小于150m各种结构类型1/500钢结构各种结构类型1/3004.2.2防止倒塌的层间位移限制罕遇地震作用下，为防止结构倒塌，要限制结构的最大弹塑性层间位移。罕遇地震作用下的限值按教材P76页表4—3选用。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求高度超过150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度αmax，（必要时，可通过专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度αmax）αmax应满足下列要求：住宅、公寓αmax不大于0.15m/s2办公、旅馆αmax不大于0.25m/s2第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆《高规》对高层建筑的稳定和倾覆验算提出了要求，但由于高层建筑的刚度一般较大，又有许多楼板作为横向隔板，整体稳定一般都可以满足要求，很少进行验算。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.4.1高层钢筋混凝土结构的稳定验算高层钢筋混凝土结构的等效抗侧刚度足够大，效应较小，只需在钢筋混凝土柱承载力验算时考虑挠曲影响的偏心距增大系数。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆P-P-4.4.2高层钢结构的稳定验算（1）各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足，可不进行整体稳定验算；（2）有钢支撑、剪力墙或筒体的钢结构，可不计算效应，只按有效长度法计算柱的承载力；（3）无钢支撑的钢结构和的有支撑钢结构，应考虑效应。/1/1000uh/1/1000uhP-第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.4.3高层建筑抗倾覆当高层建筑高宽比(H/B)满足要求时，抗倾覆一般都可满足要求。抗倾覆验算：M≤［M］式中：M—倾覆力矩值，由风荷载或地震作用的基础顶面处的最大倾覆力矩，需考虑二者的组合；［M］—稳定力矩值，由竖向荷载对房屋基础边缘取矩所得的总力矩。计算时楼层活荷载取50%，恒载取90%。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算1.延性是指构件或结构具有承载能力不降低或基本不降低的塑性变形能力的一种性能，一般用延性比指标表示延性的大小。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算vvfyyyf构件延性比—对于一个构件，当受拉钢筋屈服以后即进入塑性变形阶段，构件承载力略有增大，而变形迅速增加；当构件破坏，承载力降低时，达到承载力极限状态，构件极限变形一般定义为承载力降低10%~20%时的变形。延性比是指极限变形(曲率、转角或挠度)与屈服变形(、或)的比值。4.5.1延性结构的概念结构延性比—对于一个结构，当某个杆件出现塑性铰时，开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当出现塑性铰的杆件增多以后，塑性变形加大，刚度降低愈来愈大；当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现“屈服”现象，此后出现塑性变形迅速增加而承载力略有增大的现象，即认为达到屈服位移直到整个结构不能维持其承载能力，当承载能力下降到最大承载力的80%－90%时，达到极限位移，结构延性比通常是指达到极限时顶点位移与屈服位移的比值。y第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算F屈服变形和最大允许变形upΔΔΔΔΔFmFγ结构的变形延性结构脆性结构破坏破坏FPyPuPmax结构的变形屈服变形和最大允许变形第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算在“小震不坏、中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许构件出现塑性铰，当合理控制塑性铰部位、构件又具有足够的延性时，可在大震作用下结构不倒塌。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算当设计成延性结构时由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用(惯性力)不会直线上升。在这种情况下可降低结构的承载力要求，而结构的塑性变形能力，即延性，应当足够好。也可说，当延性结构达到其承载力后，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震。然而后者会多用材料，也是不经济的。要设计延性好的构件，与很多因素有关。材料：钢是延性很好的材料，砖石砌体的延性很差，钢筋混凝土则介于二者之间。如果设计合理，钢筋混凝土构件可以有较好的延性。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算2、影响构件延性的因素构件的受力状态；受弯构件梁的延性较大，而压弯构件柱的延性较小，桁架中的压杆延性也较差。构件形式：同样是压弯构件细长杆件(如长柱)延性较好，而粗短杆(短柱)延性较差，薄片构件，如剪力墙延性也稍差。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算构件的破坏状态：钢筋混凝土构件的破坏状态对延性影响很大。适筋梁及大偏压柱的受弯破坏时延性较好(钢筋先屈服，混凝土后压坏)，超筋梁及小偏压柱破坏时，延性较差(钢筋不屈服而混凝土先被坏)，剪切破坏延性更小，其中剪拉破坏是突然发生的脆性破坏，没有延性。抗震高层建筑的延性是通过合理选择结构体系、合理布置结构、对构件及其连接采取各种构造措施等多方面努力才能实现的，施工质量好坏对结构延性也有很大影响。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算3、影响结构延性的因素通过设立抗震结构的抗震等级要求、加强构造措施的方法来保证结构的延性。要设计延性结构，与很多因素有关：（1）选择延性材料（2）进行结构概念设计（3）设计延性结构（4）钢筋砼结构的抗震构造措施及抗震等级第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.5.2概念设计及抗震等级4.6荷载效应组合及最不利内力第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力1.无地震作用时的效应组合GGkQQQkQ—分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数。（1）当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；（2）当可变荷载效应起控制作用时：非风载起控制：应分别取1.0和0.6风载起控制：应分别取0.7和1.0。第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6.1荷载效应组合4.6荷载效应组合及最不利内力（1）恒载＋活载1.2x恒载效应＋1.4x活载效应1.35x恒载效应＋1.4x0.7x活载效应第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力高层建筑的无地震作用组合基本的荷载工况有以下两种：（2）恒载＋活载＋风荷载1.2x恒载效应＋1.4x活载效应＋1.4x0.6x风载效应1.2x恒载效应＋1.4x0.7x活载效应＋1.4x风载效应2.有地震作用GGEEhEhkEvEvk取0.2所考虑的组合说明重力荷载及水平地震作用1.21.3——重力荷载及竖向地震作用1.2—1.3—9度抗震设计时考虑；水平长悬臂结构8度、9度抗震设计时考虑重力荷载、水平地震及竖向地震作用1.21.30.5—9度抗震设计时考虑；水平长悬臂结构8度、9度抗震设计时考虑重力荷载、水平地震作用及风荷载1.21.3—1.460m以上的高层建筑考虑重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载1.21.30.51.460以上的高层建筑，9度抗震设计时考虑；水平长悬臂结构8度、9度抗震设计时考虑第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力GEhEvw高层建筑的有地震作用组合的、常用的基本工况有以下几种：（1）对所有高层建筑1.2x重力荷载效应＋1.3x水平地震作用效应（2）对60m以上的高层建筑，增加一项1.2x重力荷载效应＋1.3x水平地震作用效应＋1.4x0.2x风载效应第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力4.6.2竖向活荷载的布置第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力高层建筑结构计算时，竖向活荷载一般不考虑不利布置。但当结构竖向活荷载很大时，仍应考虑活荷载的不利布置。4.6.3水平荷载的方向实际中风荷载和水平地震的方向是任意的。水平构件（梁）竖向构件（柱、墙）最大弯矩（扭矩）及相应的剪力最大剪力及相应的弯矩（扭矩）最大轴力及相应的弯矩和剪力（最小轴力及相应的弯矩和剪力）最大弯矩及相应的剪力和轴力最大剪力第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力4.6.4控制截面及最不利内力对现浇框架，调幅系数为0.8~0.9;对装配整体式框架，调幅系数为0.7~0.8;—————弹性计算结果（M）－－－－－调幅后结果（M'）第4章4.1承载力验算4.2侧移限制4.3舒适度要求4.4稳定和抗倾覆4.5抗震结构延性要求和抗震验算4.6荷载效应组合及最不利内力4.6.5钢筋混凝土框架梁弯距塑性调幅第四章作业1.作业题目Page89题4.4、4.5、4.8、4.10；2.独立完成，杜绝抄袭3.上交时间：下周的同一时间上交。作业迟交者，作业成绩降一级。4.作业成绩计入平时成绩内。