1、1,第六章 高層建筑結構荷載作用與結構設計原則,廣東工業(yè)大學建設學院 韋愛鳳,2,3.1基本假定,彈性變形假定 只對某些構件（框架梁及連梁）考慮局部塑性變形（內力調幅） 剛性樓板假設 各層水平位移相等 平面抗側力假設 任何一片抗側力結構只能承受其平面內的側向力，其平面外的剛度為零,3,3.2荷載效應及地震作用效應組合,1. 無地震作用效應組合時，荷載效應組合的設計值應按下式確定： （3.1),4,荷載分項系數(shù)應按下列規(guī)定采用：,5,2. 有地震作用效應組合時，荷載效應和地震作用效應組合的設計值應按下式確定： （3.2),6,(1)承載力計算時: （）位移計算時，各分項系數(shù)均應取1.0,7,3.

2、3構件承載力計算、結構穩(wěn)定驗算和抗傾覆驗算,3.3.1構件承載力計算 無地震作用組合： （3.3) 有地震作用組合： （3.4) 0結構重要性系數(shù)， RE構件承載力抗震調整系數(shù)。,8,RE構件承載力抗震調整系數(shù),當僅考慮豎向地震作用組合時，各類結構構件的承載力抗震調整系數(shù)均應取為1.0,9,3.3.2結構穩(wěn)定驗算 （剛重比）,1 剪力墻結構、框架-剪力墻結構、簡體結構應符合下式要求： （3.5) 2 框架結構應符合下式要求： （3.6),10,結構抗傾覆驗算,（3.7) 穩(wěn)定力矩，計算時，恒載取90%，樓面活荷載取50； 傾覆力矩，按風荷載或水平地震作用計算其設計值,11,3.4高層建筑結構水

3、平位移限值,1. 高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h不宜大于表3.5的限值 表3.5 樓層層間最大位移與層高之比的限值,12,2. 高度等于或大于250m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h不宜大于1500; 3. 高度在150250m之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h的限值按本條第1款和第2款的限值線性插入取用。,13,3.5罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算,1 下列結構應進行彈塑性變形驗算： 1) 8度、類場地和9度時，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架； 2) 79度時樓層屈服強度系數(shù)小于0.5的鋼筋混凝土框架結構； 3)高度大

4、于150m的鋼結構； 4)甲類建筑和9度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構； 5)采用隔震和消能減震設計的結構。,14,樓層屈服強度系數(shù),15,2 下列結構宜進行彈塑性變形驗算： 1)采用時程分析的房屋和豎向不規(guī)則類型的高層建筑結構； 2) 7度、類場地和8度時乙類建筑中的鋼筋混凝土結構和鋼結構； 3)板柱-抗震墻結構和底部框架磚房； 4)高度不大于150m的其它高層鋼結構。,16,結構薄弱層(部位)的位置：,1) 樓層屈服強度系數(shù)沿高度分布均勻的結構，可取底層； 2) 樓層屈服強度系數(shù)沿高度分布不均勻的結構，可取該系數(shù)最小的樓層(部位) 和相對較小的樓層，一般不超過23處；,17,結構薄弱

5、層(部位) 彈塑性層間位移應符合：,18,罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑性變形計算,1 不超過12層且層側向剛度無突變的鋼筋混凝土框架結構可采用簡化計算法； 2 除1款以外的建筑結構，可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法等。 3 規(guī)則結構可采用彎剪層模型或平面桿系模型，不規(guī)則結構應采用空間結構模型。,19,彈塑性變形計算的簡化計算法：,或,20,采用彈塑性時程分析法應符合：,應按建筑場地類別、所處地震動參數(shù)區(qū)劃的特征周期選用不少于兩條實際地震波和一組人工模擬的地震波的加速度時程曲線； 地震波延續(xù)時間不少于12，時間間距取0.01或0.02s； 輸入地震波的最大加速度，按表3.9采用；,

6、21,3.7設計要點及程序框圖,3.7.1結構設計方案的選取 總原則：受力體系明確，傳力簡捷，力求平面和立面規(guī)則，并協(xié)調建筑、水、電、暖等相關專業(yè)的要求 具體有：結構形式的選用； 材料的選用； 結構單元體的劃分； “三縫”的設置和處理； 抗側力結構的不同布置方式和位置； 主樓和群樓的關系； 轉換層的布置及采用的形式,22,3.7.2結構計算,1. 計算模型的采用 真實、簡化 可選擇平面結構空間協(xié)同、空間桿系、空間桿-薄壁桿系、空間桿-墻板元及其他組合有限元等計算模型； 進行高層建筑內力與位移計算時，可假定樓板在其自身平面內為無限剛性，相應地設計時應采取必要措施保證樓板平面內的整體剛度； 體型復

7、雜、結構布置復雜的結構應采用至少兩個不同力學模型的結構分析軟件進行整體計算； 計算模型還應有相應的構造措施來保證；,23,2.荷載的取值,一般按建筑結構荷載規(guī)范取用； 按樓面、屋面的實際做法計算取用； 高層建筑結構內力計算中，當樓面活荷載大于4kN/m2時，應考慮樓面活荷載不利布置引起的梁彎矩的增大。,24,3.計算軟件的選取,注意軟件的適用范圍及通用性，輸入數(shù)據(jù)間的相互協(xié)調； 大多數(shù)程序忽略梁的軸向變形，某些梁實際受到的軸向拉力很大，不能忽略，如框支剪力墻的托梁； 進行結構時程分析時，地震波的選用非常關鍵，盡量取與場地性能一致的地震波； 對結構分析軟件的計算結果，應進行分析判斷，確認其合理、

8、有效后方可作為工程設計的依據(jù)；,25,4.特殊構件的計算,特殊構件：中庭中的柱、框支剪力墻的托梁、大跨度梁的撓度和裂縫的寬度、不規(guī)則開洞的剪力墻等； 單獨取出，模擬邊界受力后用適當?shù)某绦蛴嬎悖?26,5.協(xié)同工作性能,框架剪力墻結構應按協(xié)同工作進行內力、位移計算； 抗震設計的框架結構中，當僅布置少量鋼筋混凝土剪力墻時，結構分析計算應考慮該剪力墻與框架的協(xié)同工作；*,27,3.7.3抗震措施,1.抗震等級的劃分,28,表3.11 A級高度的高層建筑結構抗震等級,29,表3.12 級高度的高層建筑結構抗震等級,30,地下室的抗震等級,當?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結

9、構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級； 地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積除應符合計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍； 地下室中超出上部主樓范圍且無上部結構的部分，其抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。 9度抗震設計時，地下室結構的抗震等級不應低于二級。,31,裙樓的抗震等級,抗震設計時，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級； 主樓結構在裙房頂部上、下各一層應適當加強抗震構造措施。,32,2.多道抗震防線,設多道防線的意義： 一個抗震結構體系，應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作； 抗震結構體系

10、應有最大可能數(shù)量的內部、外部贅余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，吸收和消耗大量的地震能量； 盡量使承重構件與耗能構件分開；,33,3.7.4 延性,延性是結構屈服后變形能力大小的一種性質，是結構吸收能量能力的一種體現(xiàn)。用延性系數(shù)來表示： （3.17) 延性系數(shù)； 結構最大變形； 結構屈服變形； 延性結構結構在中震或大震作用下，能形成一定數(shù)量的塑性鉸，結構能發(fā)生較大的變形而不倒塌。,34,改善結構延性的措施,截面尺寸滿足剪壓比要求； 控制柱子的軸壓比、剪跨比； 構件的縱向配筋在合理范圍內，適當提高配箍率，采用高效配箍型式； 設置多道防線； 調整梁、柱、節(jié)點強度的相互關系： 強柱弱梁 強剪弱彎

11、 強節(jié)弱桿 強壓弱拉,35,3.7.5基礎方案,基礎設計應綜合考慮建筑場地的地質狀況、上部結構的類型、施工條件、使用要求，確保建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求。 注意與相鄰建筑的相互影響，了解鄰近地下構筑物及各項地下設施的位置和標高，確保施工安全。,36,應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節(jié)不均勻沉降的基礎形式。如筏形基礎、箱形基礎 當?shù)刭|條件好、荷載較小，且能滿足地基承載力和變形要求時，也可采用交叉梁基礎或其他基礎形式； 當?shù)鼗休d力或變形不能滿足設計要求時，可采用樁基或復合地基。,37,基礎平面形心宜與上部結構豎向荷載重心重合：,在地基土比較均

12、勻的條件下，箱形基礎、及筏形基礎的基礎平面形心宜與上部結構豎向永久荷載重心重合。 當不能重合時，偏心距e宜符合下式要求： e0.1W/A 式中e 基底平面形心與上部結構在永久荷載與樓（屋）面可變荷載準永久組合下的重心的偏心距（m）； w與偏心方向一致的基礎底面邊緣抵抗矩（m3）； A基礎底面的面積（m2）。 對低壓縮性地基或端承樁基的基礎，可適當放寬偏心距的限制。按上式計算時，裙房與主樓可分開考慮。,38,基礎底面零應力區(qū)的規(guī)定：,高寬比大于4的高層建筑，基礎底面不宜出現(xiàn)零應力區(qū)； 高寬比不大于4的高層建筑，基礎底面與地基之間零應力區(qū)面積不應超過基礎底面面積的15，計算時，質量偏心較大的裙樓與主樓可分開考慮。,39,關于基礎埋置深度的規(guī)定：,基礎應有一定的埋置深度； 埋置深度取決于建筑物的高度、體型、地基土質、抗震設防烈度等因素； 埋置深度可從室外地坪算至基礎底面，并宜符合下列要求： 1 天然地基或復合地基，可取房屋高度的1/15； 2 樁基礎，可取房屋高度的1/18（樁長不計在內）。 3 當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性要求及基礎底面零應力區(qū)規(guī)定的前提下，基礎埋深可不受本條第1、2兩款的限制。 當?shù)鼗赡墚a(chǎn)生滑移時，應采取有效的抗滑移措施；,40,關于主體基礎與裙房基礎的規(guī)定：,同一結構單元不宜采用兩種不同類型的基礎；