高层建筑结构设计》之一：七个比的控制定义、目标与意义ppt课件

1、之一之一“七个比值的控制定义、目的与意义七个比值的控制定义、目的与意义研讨生： 唐 荣学 号： 2240918510导 师： 周 云 教授授课教师：邓雪松 副教授专 业： 构造工程 2021年5月“七个比值七个比值轴压比轴压比剪重比剪重比刚度比刚度比位移比位移比周期比周期比刚重比刚重比层间受剪承载力比层间受剪承载力比总结总结AfNucc一、轴压比一、轴压比 1.定义：重力荷载代表值作用下，轴力设定义：重力荷载代表值作用下，轴力设计值与抗压强度设计值和截面面积乘积的比值。计值与抗压强度设计值和截面面积乘积的比值。 2.公式：公式：式中：uc柱轴压比； N柱思索地震作用组合的轴压力设计值； fc混

2、凝土轴心抗压强度设计值； A柱的全截面面积。 轴压比轴压比 轴压比是针对于以接受重力荷载为代表值的剪力墙、柱等构件提出的概念，新规范也明确规定：接受的轴力按思索地震作用组合的轴压力设计。因此轴压比是影响墙、柱的破坏形状和延性的主要要素之一。 为了使柱墙具有很好的延性和耗能才干，为了使柱墙具有很好的延性和耗能才干，规范采取的措施之一就是限制轴压比！规范采取的措施之一就是限制轴压比！3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的轴压比轴压比.11.4.1611.4.16条、条、 6.3.76.3.7条同时条同时规定规定: :框架柱轴压比不宜超越表框架柱轴压比不宜超越表1 1中限值：中限值：表1 框架柱轴

3、压比限值表2 剪力墙轴压比限值轴压比轴压比.11.7.1311.7.13条、条、 7.2.147.2.14条同时条同时规定规定: :抗震设计时，一二级抗震等级的剪力墙底部抗震设计时，一二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超越表比不宜超越表2 2中的极限值。中的极限值。 . .上述的规范对于普遍性构造构件具上述的规范对于普遍性构造构件具有适用性。特别地：当在柱的截面中部加设有适用性。特别地：当在柱的截面中部加设附加纵筋约束构成芯柱时，由于附加纵筋可附加纵筋约束构成芯柱时，由于附加纵筋可以承当一部分轴压力。此时，当另加的

4、纵向以承当一部分轴压力。此时，当另加的纵向钢筋总面积不小于柱截面面积的钢筋总面积不小于柱截面面积的0.8%0.8%时，轴时，轴压比限值可以添加压比限值可以添加0.050.05。方式如下：。方式如下：图1 箍筋约束构成芯柱轴压比轴压比 普通柱以对称配筋柱为例：普通柱以对称配筋柱为例： 短柱短柱4.控制的意义：控制的意义：轴压比轴压比 随着uc，截面相对受压高度，截面破坏方式： 大偏压受压破坏延性小偏压受压破坏脆性 随着uc，剪切受压破坏剪切受拉破坏总之：在抗震设计中，必需对柱和剪力墙的轴压比进展限制，以保证其有足够的延性，历次地震也予以了证明：这是一种相当行之有效的方法。“七个比值七个比值 轴压

5、比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc二、剪重比二、剪重比 1.定义：楼层最小地震剪力与上部构造总定义：楼层最小地震剪力与上部构造总分量的比值。分量的比值。 2.公式：公式：VEkiGj式中：VEki第i层对应于程度地震作用规范值的楼层剪力； 剪力系数可以了解为剪重比查阅相关规定以确定； Gj第j层的重力荷载代表值。 剪重比剪重比 规范规定剪重比计算,主要是由于构造在长周期自振周期作用下,地震影响系数下降较快,对于根本周期大于3.5S 的构造,由此计算出来的程度地震作用下的构造效应有能够太小。而对于长周期构造,地震动态作用下的地面运动速度和位移能够对构造

6、具有更大的破坏作用。程度地震作用程度地震作用底部剪力法底部剪力法振型分解反响谱法振型分解反响谱法3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的剪重比剪重比 .5.2.5条、3.3.13条规定:抗震验算时,构造任一楼层的程度地震剪力应符合表3要求：表3 楼层最小地震剪力系数值注：1.根本周期介于3.5s和5s之间的构造，可插入取值； 2.括号内数值分别用于设计根本地震加速度为0.15g和0.30g的地域。剪重比剪重比.六度区剪重比要求放宽，可在六度区剪重比要求放宽，可在0. 7% 1%取。取。假设剪重比过小假设剪重比过小,均为构造配筋均为构造配筋,阐明底部剪力过小阐明底部剪力过小，要对构件截面大小、周

7、期折减等进展检查；，要对构件截面大小、周期折减等进展检查；假设剪重比过大假设剪重比过大,阐明底部剪力很大阐明底部剪力很大,也应检查构造也应检查构造模型，参数设置能否正确或构造布置能否太刚。模型，参数设置能否正确或构造布置能否太刚。即是按刚度分配的即是按刚度分配的“能者多劳原那么！能者多劳原那么！4.相关概念区分相关概念区分剪重比剪重比 抗风计算不存在剪重比，风载不同于地展作用，它是直接作用在建筑物的，而且可较准确测定(如风洞实验)。 倘假设从受力机理和截面破坏方式来看，剪重比与剪压比是同一概念，它们都是指程度作用与竖向作用的比值。剪重比讨论的是程度剪力和竖向重力荷载的比值，如框架柱的剪重比；剪

8、压比讨论的是横向剪力和轴向压力的比值，如框架梁的剪压比。“七个比值七个比值 轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc三、刚度比三、刚度比 1.定义：指构造竖向不同楼层的侧向刚度定义：指构造竖向不同楼层的侧向刚度的比值，也称层间刚度比。的比值，也称层间刚度比。 2.公式：公式：=Ki+1 /Ki式中：上、下层构造侧向刚度比； Ki+1上层构造侧向刚度； Ki下层构造侧向刚度。 按剪切刚度计算： Ki=GiAi/hi 按剪弯刚度计算： Ki=Vi/i 按地震剪力与地震层间位移的比值计算： Ki=Qi/ui 刚度比刚度比. 与与 都提供有三种方法计算层刚度，

9、都提供有三种方法计算层刚度，即：即：3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的刚度比刚度比.附录E2.1规定：筒体构造转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。4.4.2条规定：抗震设计的高层建筑构造，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%，或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。刚度比刚度比 刚度比主要为了控制高层构造的竖向规那么性，以免竖向刚度突变，构成薄弱层。地下室构造顶板能否作为嵌固端，转换层上、下构造刚度能否满足要求，及薄弱层的判别，均以层刚度比作为根据。4.控制的意义：控制的意义： 例如地下室顶板：5. 3. 7条规定:高层建筑构造计算中,当地下室的顶板作为上部构造嵌固端时,地下

10、室构造的楼层侧向刚度不应小于相邻上部构造楼层侧向刚度的2倍。图片：框支构造上下层刚度比图片：框支构造上下层刚度比过大，构成的薄弱层垮塌过大，构成的薄弱层垮塌刚度比刚度比刚度比刚度比图片：框支构造上下层刚度比过图片：框支构造上下层刚度比过大，构成的薄弱层构件发生剪切大，构成的薄弱层构件发生剪切破坏破坏 /max“七个比值七个比值 轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc四、位移比四、位移比 1.定义：定义：位移比包含两项内容位移比包含两项内容:楼层竖向构件的最大程度位移与平均程楼层竖向构件的最大程度位移与平均程度位移的比值；度位移的比值；楼层竖向构件的最

11、大层间位移与平均层楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值。间位移的比值。 2.公式：公式： 或者或者/max位移比位移比3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的.抗规抗规3. 4. 23. 4. 2条规定条规定: :建筑及其抗侧力构造的平建筑及其抗侧力构造的平面布置宜规那么、对称面布置宜规那么、对称, ,并应具有良好的整体性并应具有良好的整体性; ;当当存在构造平面改动不规那么时存在构造平面改动不规那么时, ,楼层的最大弹性程度楼层的最大弹性程度位移位移( (或层间位移或层间位移),),不宜大于该楼层两端弹性程度位不宜大于该楼层两端弹性程度位移移( (或层间位移或层间位移) )平均值的

12、平均值的1.21.2倍。倍。.高规高规4. 3. 54. 3. 5条规定条规定: :楼层竖向构件的最大程度楼层竖向构件的最大程度位移和层间位移位移和层间位移,A,A、B B级高度高层建筑均不宜大于该级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的楼层平均值的1.21.2倍倍; ;且且A A级高度高层建筑不应大于该级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的楼层平均值的1.51.5倍倍,B,B级高度高层建筑、混合构造高级高度高层建筑、混合构造高层建筑及复杂高层建筑层建筑及复杂高层建筑, ,不应大于该楼层平均值的不应大于该楼层平均值的1.41.4倍。倍。位移比位移比 计算位移比仅思索墙顶、柱顶等竖向构件上节点的最大

13、位移,不思索其他节点的位移。高层建筑层数多、高度大,为保证高层建筑构造具有必要的刚度,应对其位移比加以控制,主要目的有以下几点:4.控制的意义：控制的意义：(1)、保证主体构造根本处于弹性受力形状,防止混凝土墙或柱出现裂痕,同时将楼面梁板的裂痕数量、宽度和高度控制在规范允许范围之内。位移比位移比(2)、保证填充墙、隔墙和幕墙等非构造构件的完好,防止产生明显损坏。(3)、限制构造平面布置的不规那么性,防止构造产生较大的改动效应。然而，实践工程中，改动是难免的，构造不利影响然而，实践工程中，改动是难免的，构造不利影响那是一定存在的，这不是控制位移比就能满足的，那是一定存在的，这不是控制位移比就能满

14、足的，所以更准确的说，控制位移比，是为了防止产生过所以更准确的说，控制位移比，是为了防止产生过大的偏心而导致构造产生较大的改动效应。大的偏心而导致构造产生较大的改动效应。“七个比值七个比值 轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc五、周期比五、周期比 1.定义：构造改动为主的第一自振周期定义：构造改动为主的第一自振周期 第一扭振周期第一扭振周期Tt与平动为主的第一自振周与平动为主的第一自振周期第一侧振周期期第一侧振周期T1之比。之比。 2.公式：公式：Tt /T1式中：Tt周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期； T1周期最长的侧振振型对应的就是第一

15、侧振周期。 周期比周期比3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的 周期比主要控制构造改动效应，减小改动对构造产生的不利影响，使构造的抗扭刚度不能太弱。由于当两者接近时,由于振动藕连的影响,构造的改动效应将明显增大。 .4.3.5条规定：构造改动为主的第一自振条规定：构造改动为主的第一自振周期周期Tt与平动为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期T1之比即周期比之比即周期比，A级高度高层建筑不应大于级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建级高度高层建筑、混合构造高层建筑及复杂高层建筑不应大于筑、混合构造高层建筑及复杂高层建筑不应大于 0.85。周期比周期比-1.计算实例分析按计算实例分析按

16、etabs建模分析建模分析构造平面图周期比周期比Etabs模型抗震体系ABCD构造方式原构造普通腋撑金属阻尼腋撑粘滞阻尼腋撑周期比周期比构造类型振型周期UXUYRZ振型描画Tt/T1原构造11.243000.820Y向平动0.9221.19240.8200X向平动31.1470000.82改动普通腋撑11.053600.830Y向平动0.8121.02290.8300X向平动30.8564000.84改动金属阻尼11.124500.830Y向平动0.8521.08620.8300X向平动30.9498000.83改动粘滞阻尼11.243200.820Y向平动0.9221.19250.8200X

17、向平动31.1473000.82改动周期比周期比 .5.1.13条规定：高层建筑构造计算振型条规定：高层建筑构造计算振型数不应小于数不应小于9；抗震计算时；抗震计算时,宜思索平扭藕连计算构宜思索平扭藕连计算构造的改动效应造的改动效应,振型数不小于振型数不小于15；对于多塔楼构造；对于多塔楼构造的振型数不应小于塔楼数的的振型数不应小于塔楼数的9倍倍,且计算振型数应使且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的振型参与质量不小于总质量的90%。周期比周期比4.控制的意义：控制的意义： 好像位移比的控制一样，周期比偏重控制的好像位移比的控制一样，周期比偏重控制的是侧向刚度与改动刚度之间的一种相对关系，

18、而是侧向刚度与改动刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使构造不致于出现过大布置更有效、更合理，使构造不致于出现过大相对于侧移的改动效应。相对于侧移的改动效应。 周期比控制不是在要求构造足够结实，而是周期比控制不是在要求构造足够结实，而是在要求构造承载规划的合理性。在要求构造承载规划的合理性。 周期比不满足要求，阐明构造的改动刚度相周期比不满足要求，阐明构造的改动刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原那么是要加强构对于侧移刚度较小，总的调整原那么是要加强构造外圈，或者减弱内筒。造外圈，或者减弱内筒。“七个比

19、值七个比值 轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc六、刚重比六、刚重比 1.定义：构造侧向刚度与重力荷载的比值。定义：构造侧向刚度与重力荷载的比值。 2.设计限值：设计限值： 由于P-效应对于框架构造、剪力墙构造、框架-剪力墙构造以及筒体构的影响程度不同，各种构造体系有不同设计要求限值。 P-效应图刚重比刚重比该两项为该两项为中的强迫性条文！中的强迫性条文！5.4.4 刚重比刚重比3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的 对于剪切型的框架构造,当刚重比大于10时,那么构造重力二阶效应可控制在20%以内,构造的稳定曾经具有一定的平安贮藏;当刚重比大于2

20、0时,重力二阶效应对构造的影响曾经很小,故规范规定此时可以不思索重力二阶效应； 对于弯曲型、弯剪型的剪力墙构造、框剪构造、筒体构造,刚重比大于1.4时,构造可以坚持整体稳定;当刚重比大于2.7时,重力二阶效应导致的内力和位移增量仅在5%左右,故规范规定此时可以不思索重力二阶效应。 刚重比刚重比4.控制的意义：控制的意义： 研讨阐明：高层建筑混凝土构造仅在竖向重力作用下产生整体失稳的能够性是很小。高层建筑构造的稳定设计主要是控制在风荷载或程度地震作用下，重力荷载产生的二阶效应(重力P效应)不致过大，以致引起构造的失稳倒塌。构件的刚度和重力荷载之比(刚重比)是影响重力P效应的主要参数。 因此，在高

21、层建筑构造的稳定性设计中，涉及到刚重比的两项规定是按强迫性条文执行的。假设刚重比不满足规范要求假设刚重比不满足规范要求,通常应调整构造的高宽通常应调整构造的高宽比！比！“七个比值七个比值 轴压比 剪重比 刚度比 位移比 周期比 刚重比 层间受剪承载力比 总结AfNucc七、层间受剪承载力比七、层间受剪承载力比 1.定义：指在所思索的程度地震作用方向上，定义：指在所思索的程度地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和与其上该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和与其上一层一层受剪承载力之比。受剪承载力之比。 2.公式：公式：Vi/Vi+1式中：Vi本层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和； Vi+1上一层层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。 层间受剪承载力比层间受剪承载力比3.规范条文的控制目的规范条文的控制目的 .4.4.3条规定：条规定： A级高度高层建筑的楼层层级高度高层建筑的楼层层间抗侧力构造的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承间抗侧力构造的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的，不应小于其上一