[工学]高层设计第4章 设计要求及荷载效应组合

1、第第4章章设计要求及荷载效应组合设计要求及荷载效应组合4.1 4.1 荷载效应组合及最不利内力荷载效应组合及最不利内力4.2 4.2 承载力验算承载力验算4.3 4.3 侧移限值侧移限值4.4 4.4 舒适度要求舒适度要求4.5 4.5 稳定和抗倾覆稳定和抗倾覆4.6 4.6 抗震结构延性要求和抗震等级抗震结构延性要求和抗震等级4.1 4.1 荷载效应组合及最不利内力荷载效应组合及最不利内力1、无地震作用组合：、无地震作用组合：4.1.1 4.1.1 荷载效应组合荷载效应组合s=gsgk + lqqsqk + wwswk l考虑结构使用年限的荷载调整系数。考虑结构使用年限的荷载调整系数。50年

2、时取年时取1.0；100年时取年时取1.12、有地震作用组合：、有地震作用组合：se= gsgege+ +ehehs sehkehk+ +evevs sevkevk+ +wwwws swkwk注：抗震设计时，应同时考虑无地震作用组合和有地震作用注：抗震设计时，应同时考虑无地震作用组合和有地震作用组合。组合。4.1.2 4.1.2 竖向活荷载的布置竖向活荷载的布置2 2、活载布置活载布置v高层民用建筑一般满布计算内力高层民用建筑一般满布计算内力(图图4-4(d)，为了安，为了安全起见，可以把框架梁的弯矩乘以全起见，可以把框架梁的弯矩乘以1.11.2的放大系数的放大系数.v在贮藏、书库或其他有很重

3、使用荷载在贮藏、书库或其他有很重使用荷载(q4knm2)的的结构中，应考虑最不利荷载布置结构中，应考虑最不利荷载布置(图图4-4(a)、(b)、 (c) 。1 1、恒载布置恒载布置全部作用在结构上全部作用在结构上。4.1.3 4.1.3 水平荷载的作用方向水平荷载的作用方向2 2、在结构计算中常在结构计算中常假设水平力作用于结构平面的假设水平力作用于结构平面的主轴方向主轴方向, ,且沿正且沿正( (左左) )、反、反( (右右) )两个方向两个方向。3 3、水平荷载作用下的内力计算见教材。水平荷载作用下的内力计算见教材。1 1、风荷载及水平地震作用的方向是随意的、风荷载及水平地震作用的方向是随

4、意的、不定的。不定的。4.1.4 4.1.4 控制截面及最不利内力控制截面及最不利内力1、梁、梁(1)(1)两端支座截面两端支座截面v最大负弯矩及最大剪力；最大负弯矩及最大剪力；v在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩；在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩；v组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力。组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力。(2)(2)跨中截面跨中截面最大正弯矩。最大正弯矩。2、柱、柱v控制截面为上、下两个端截面控制截面为上、下两个端截面，柱子多设计成，柱子多设计成对称配筋。要考虑下述四种可能组合：对称配筋。要考虑下述四种可能组合：|m|max及相应的及相应的n；nmax及相应的及

5、相应的m；nmin及相应的及相应的m。|m|比较大（不是绝对最大），但比较大（不是绝对最大），但n比较小或比较小或n比较大比较大（不是绝对最小或绝对最大）。（不是绝对最小或绝对最大）。柱子还要组合最大剪力柱子还要组合最大剪力vmax。4.1.5 4.1.5 内力调整内力调整1、竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅、竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅(1)(1)降低支座负弯矩，以减少配筋面积。降低支座负弯矩，以减少配筋面积。 (2)(2)跨中弯矩乘以跨中弯矩乘以1.2增大系数。增大系数。(3)(3) 调幅后各弯矩满足以下要求：调幅后各弯矩满足以下要求：m 00.5m 及及 0.5(m 1+m

6、 2)+m 0m见图见图4-54-5v由弹性静力计算得到的内力需要由弹性静力计算得到的内力需要先进行局部调整，先进行局部调整，然后进行内力组合然后进行内力组合2、水平力作用下框一剪结构中框架内力调整、水平力作用下框一剪结构中框架内力调整(1)(1)框架内力一般要比弹性计算值大，在于：框架内力一般要比弹性计算值大，在于：v楼板在水平力作用下会有变形；楼板在水平力作用下会有变形；v在地震作用下，剪力墙会出现塑性变形而刚度降低。在地震作用下，剪力墙会出现塑性变形而刚度降低。(2)(2)框架内力一般按下列方法调整框架内力一般按下列方法调整(pp129)：vvfi0.2v0的楼层，不调整。的楼层，不调整

7、。vvfi 0.2v0的楼层，的楼层，按下两式按下两式中的较小值调整中的较小值调整vfi。0max2 . 05 . 1vvvvfiffi见图见图4-64-64.2 4.2 承载力计算承载力计算(1)(1)按极限状态设计要求，构件承载力计算表达式为：按极限状态设计要求，构件承载力计算表达式为：v不考虑地震作用的组合时：不考虑地震作用的组合时：0 0srsrv不考虑地震作用的组合时：不考虑地震作用的组合时： sere/ re或：或： resere(2)(2)地震作用下，构件承受反复作用力及变形，承载地震作用下，构件承受反复作用力及变形，承载力力r re e要降低要降低( (见表见表4-1)4-1)

8、；(3)(3)抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。(4.2-1)(4.2-2)注：抗震设计时，应同时按式注：抗震设计时，应同时按式(4.2-1)、(4.2-2)进行承载力计算。进行承载力计算。4.3 4.3 侧移限值侧移限值4.3.1 4.3.1 使用阶段层间位移限制使用阶段层间位移限制(1)(1)正常使用条件下的结构水平位移，考虑风荷载和地震作正常使用条件下的结构水平位移，考虑风荷载和地震作用用( (见图见图4-1)4-1)，用弹性方法计算。，用弹性方法计算。(2)(2)以楼层层间最大位移以楼层层间最大位移与层高与层高h之比作为限制条件，即：之比作

9、为限制条件，即：(3)(3)为什么限制结构侧向位移？为什么限制结构侧向位移？/h/h / h/ h见表见表4-24-24.3.2 4.3.2 防止倒塌的层间位移限制防止倒塌的层间位移限制(1)(1)验算范围：验算范围：v 7 79 9度设防的、楼层屈服强度系数度设防的、楼层屈服强度系数y y小于小于0.50.5的框架结构；的框架结构；v 采用隔震和消能减震技术的建筑结构；采用隔震和消能减震技术的建筑结构；v 7 79 9度时的甲类建筑和度时的甲类建筑和9 9度时的乙类建筑结构；度时的乙类建筑结构；v 房屋高度大于房屋高度大于150m的结构。的结构。(2)(2)要求要求： up p hp = /

10、 h 见表见表4-3(3)(3)结构层间弹塑性变形的计算结构层间弹塑性变形的计算v不超过不超过1212层且刚度无突变的框架结构、填充墙框架结构层且刚度无突变的框架结构、填充墙框架结构可以采用下述简化方法验算：可以采用下述简化方法验算：计算罕遇地震时楼层的层剪力计算罕遇地震时楼层的层剪力ve；确定结构的薄弱层；确定结构的薄弱层；楼层屈服强度系数楼层屈服强度系数y y定义为定义为：y y=v=vyaya/v/ve e计算薄弱层的层间弹塑性位移：计算薄弱层的层间弹塑性位移： up =p p ue 或或 up =uy = uyp p/y yv除除上述情况以外的上述情况以外的高层建筑结构，可采用静力弹塑

11、性或动高层建筑结构，可采用静力弹塑性或动力弹塑性分析方法计算结构的层间位移，力弹塑性分析方法计算结构的层间位移，时程分析方法时程分析方法是一是一种直接动力法。种直接动力法。4.4 4.4 舒适度要求舒适度要求使用功能使用功能amaxmax(m(ms s2 2) ) 住宅、公寓住宅、公寓 0.150.15 办公、旅馆办公、旅馆 0.250.25(1)(1)高度超过高度超过150m150m的高层建筑结构应满足风振舒适度的要求。的高层建筑结构应满足风振舒适度的要求。(2)(2)顶点最大加速度顶点最大加速度amaxmax，可按，可按荷载规范荷载规范规定的规定的1010年一遇年一遇的风荷载标准值计算，或

12、通过风洞试验确定。的风荷载标准值计算，或通过风洞试验确定。(3)(3)顺风向与横风向结构顶点最大加速度顺风向与横风向结构顶点最大加速度amaxmax不应超过下表的不应超过下表的限值。过大的侧向位移会使结构产生附加内力。限值。过大的侧向位移会使结构产生附加内力。n1、水平向风振舒适度、水平向风振舒适度n 2、楼盖舒适度、楼盖舒适度楼盖结构应具有适宜的舒适度；楼盖结构应具有适宜的舒适度；楼盖结构的竖向振动频率不宜小于楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3hz；竖向振动加速度峰值不应超过下表的限值。竖向振动加速度峰值不应超过下表的限值。4.5 4.5 稳定和抗倾覆稳定和抗倾覆4.5.1 4.5.1 稳定验

13、算稳定验算整体稳定一般易满足；整体稳定一般易满足；构件的构件的p- 效应要保证效应要保证(1)(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稳定验算计算柱的承载计算柱的承载力时考虑偏心距增大系数力时考虑偏心距增大系数 ，可不再计算，可不再计算p-p- 效应。效应。(2)(2)高层钢结构的稳定验算高层钢结构的稳定验算(pp77)(pp77)各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；/ h满足一定要求时可不考虑满足一定要求时可不考虑p- 效应。效应。4.5.2 4.5.2 抗倾覆问题抗倾覆问题(1)(1)控制高宽比控制高宽比(2)(2)基底

14、零应力区满足一定要求时不需要进行抗倾基底零应力区满足一定要求时不需要进行抗倾覆验算覆验算(pp77) 。4.6 4.6 抗震结构延性要求和抗震等级抗震结构延性要求和抗震等级(1)(1)延性的概念延性的概念v延性延性结构结构( (截面截面) )能维持承载能力而又具有较大的能维持承载能力而又具有较大的塑性变形的能力。塑性变形的能力。如图如图4- -2：截面开始屈服截面开始屈服my、 y、fy、 y截面破坏截面破坏mu、 u、fu、 u v截面和构件的塑性变形能力常常用构件延性比截面和构件的塑性变形能力常常用构件延性比来衡量：来衡量：构件位移延性比：构件位移延性比： f=fu / fy截面曲率延性比

15、：截面曲率延性比： = u/ y顶点位移延性比顶点位移延性比: = u/ y4.6.1 4.6.1 延性结构的概念延性结构的概念v延性延性比越大，延性越好。比越大，延性越好。(2)(2)延性结构设计基本措施延性结构设计基本措施v钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的“塑性铰控制塑性铰控制”理论基本要点理论基本要点：允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量；允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量；控制塑性铰出现部位控制塑性铰出现部位选择合理截面形式及配筋构造；选择合理截面形式及配筋构造；塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力；塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力；塑性铰

16、能使结构具有较大的延性。塑性铰能使结构具有较大的延性。v实现抗震高层建筑延性的措施：实现抗震高层建筑延性的措施：合理选择结构体系合理选择结构体系；合理布置结构合理布置结构；对构件及其连接采取各种构造措施；对构件及其连接采取各种构造措施；控制施工质量。控制施工质量。( (见图见图4- -3) )4.6.2 4.6.2 抗震等级抗震等级v抗震等级抗震等级是结构是结构抗震计算抗震计算( (指内力调整指内力调整) )和和采取抗震措施采取抗震措施的依据的依据，与设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及与设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件的重要性等有关。构件的重要性等有关。v抗震等级共分为特一及

17、一、二、三、四级抗震等级共分为特一及一、二、三、四级(pp80(pp80表表4-54-5表表4-4-6)6)，其划分考虑了技术要求和经济条件及科技和经济水平的，其划分考虑了技术要求和经济条件及科技和经济水平的提高。提高。v房屋结构的建筑类别按其重要性分为甲、乙、丙三类，房屋结构的建筑类别按其重要性分为甲、乙、丙三类，其其抗震等级与设防烈度有关抗震等级与设防烈度有关。v决定抗震等级时考虑的设防烈度可以不同于计算地震作用决定抗震等级时考虑的设防烈度可以不同于计算地震作用时的设防烈度时的设防烈度, ,见表见表4-44-4。在同等的设防烈度和房屋高度的情。在同等的设防烈度和房屋高度的情况下，重要性不同

18、的构件，抗震要求可不相同。况下，重要性不同的构件，抗震要求可不相同。本章结束，谢谢听讲！本章结束，谢谢听讲！表表4-1 4-1 承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数rere构件构件类别类别梁梁柱柱剪力墙剪力墙各类构各类构件件节节点点轴压比小轴压比小于于0.150.15轴压比不轴压比不小于小于0.150.15受力受力状态状态受受弯弯 偏偏 压压 偏偏 压压偏压偏压局部承局部承压压受剪偏受剪偏拉拉受受剪剪rere0.750.750.750.750.800.800.850.851.01.00.850.850.850.85图图4-1风荷载引起的侧移与摆动风荷载引起的侧移与摆动地震作用下的振动地震作用下

19、的振动表表4-2 4-2 使用阶段层间位移限制值使用阶段层间位移限制值材材料料高高度度结构类结构类型型/h钢筋混钢筋混凝土结凝土结构构150m框框架架1550框架一剪力墙、框架一剪力墙、框架框架核心筒、核心筒、板柱板柱剪力墙剪力墙1800筒中筒、剪力墙筒中筒、剪力墙11000框支层框支层11000250m各类结构各类结构1500钢结构钢结构各类结构各类结构1300高度在高度在150m250m之间的钢筋混凝土高层建筑，其楼层层间最大位移之间的钢筋混凝土高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比与层高之比u/h的限值按线性插入取用的限值按线性插入取用 表表4-3 4-3 罕遇地震作用下薄弱层弹塑性罕遇地震作用下薄弱层弹塑性层间位移限制值层