同济大学高层建筑第二章2.5

1、第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求侧向侧向(水平）位移限制和舒适度要求水平）位移限制和舒适度要求结构稳定验算和抗倾覆验算结构稳定验算和抗倾覆验算结构的延性和抗震等级结构的延性和抗震等级 2.72.7 结构设计要求结构设计要求 承载能力的验算承载能力的验算第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求1) 承载能力的验算承载能力的验算 不考虑地震作用组合：不考虑地震作用组合： 考虑地震作用组合：考虑地震作用组合： 结构重要性系数，分别取结构重要性系数，分别取1.11.1、1.01.0、0.90.9 承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数R RS S0 0R RE

2、 EE EE E/ /R RS S0 0RERE第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求2) 侧向侧向(水平）位移限制和舒适度要求水平）位移限制和舒适度要求 弹性方法计算：弹性方法计算： 弹性方法计算的楼层层间最大位移与弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比层高之比 ue h ue 多遇地震作用标准值产生的多遇地震作用标准值产生的层间侧移层间侧移第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 层间位移限值层间位移限值结构类型结构类型框架框架框框- -剪、框架剪、框架- -筒体、板筒体、板柱柱- -墙墙筒中筒、剪力墙筒中筒、剪力墙高度高度不大于不大于150m150

3、m的高层建筑，的高层建筑， 不宜大于表限值。不宜大于表限值。 高度高度等于或大于等于或大于250 m250 m的高层建筑，不宜大于的高层建筑，不宜大于1/5001/500。 高度在高度在150m150m- -250m250m之间的高层建筑，按上述限值插值。之间的高层建筑，按上述限值插值。 uh1550180011000第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求（2）舒适度要求）舒适度要求高度超过高度超过150m150m，结构顶点最大加速度值满足：，结构顶点最大加速度值满足：maxmaxaa最大加速度限值最大加速度限值房屋用途房屋用途顶点组大加速度顶点组大加速度（m/sm/s2

4、2）住宅、公寓住宅、公寓0.150.15办公办公0.250.25第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求3)3)弹塑性方法计算（罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形弹塑性方法计算（罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算）验算）（1 1）什么情况下要验算）什么情况下要验算 （a a）7 7- -9 9度设防、楼层屈服系数度设防、楼层屈服系数0.50.5的框架结构的框架结构 （b b）7 7- -9 9度设防、高度较大且沿高度的刚度和质量分度设防、高度较大且沿高度的刚度和质量分布很不均匀的高层建筑布很不均匀的高层建筑 （c c）特别重要的建筑（甲类建筑）特别重要的建筑（甲类建筑）（2 2）

5、薄弱层的位置）薄弱层的位置 （a a）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层底层 （b b）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过过2 23 3处处第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求4) 4) 屈服强度系数屈服强度系数： 按构件实际配筋和材料标准强度计算的楼层受剪承载力按构件实际配筋和材料标准强度计算的楼层受剪承载力 和罕遇大震作用（标准值）下由弹性计算得到的楼层剪和罕遇大震作用

6、（标准值）下由弹性计算得到的楼层剪力之比。力之比。V Vy y按实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力；按实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力；V Ve e为按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。为按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力。y ye e/v/vy yv vy y第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 结构薄弱层（部位）弹塑性层间位移要求：结构薄弱层（部位）弹塑性层间位移要求： 式中：式中： 薄弱层层高薄弱层层高 大震下薄弱层层间弹塑性位移大震下薄弱层层间弹塑性位移 大震下薄弱层的层间弹性位移大震下薄弱层的层间弹性位移 P PP Pu u h h e

7、 eP PP Pu uu u e e大大震震u uV V/ / D DP Pu ue eu uh h第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求弹塑性位移增大系数。当薄弱层弹塑性位移增大系数。当薄弱层 不小于相邻层平均的不小于相邻层平均的8080时，按照表时，按照表2 21919采用，当薄弱层采用，当薄弱层 小于相邻层平均小于相邻层平均 的的5050时，取表中数值的时，取表中数值的1.51.5倍，其余情况可用内插法倍，其余情况可用内插法说明：薄弱层弹塑性侧移验算应在截面设计完成之后进行说明：薄弱层弹塑性侧移验算应在截面设计完成之后进行层间弹塑性位移角限值层间弹塑性位移角限值P P

8、y yy yy y第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求1.1.结构稳定验算指水平荷载作用下的稳定问题结构稳定验算指水平荷载作用下的稳定问题 注意：两阶效应注意：两阶效应2.2.抗倾覆验算抗倾覆验算5) 结构稳定验算和抗倾覆验算结构稳定验算和抗倾覆验算第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求重力二阶效应一般包括两部分重力二阶效应一般包括两部分 ：（1 1）一是由于构件自身挠曲引起的附加重力效应，）一是由于构件自身挠曲引起的附加重力效应，即即 效应，二阶内力与构件挠曲形态有关，效应，二阶内力与构件挠曲形态有关，一般是构件的中间大，两端为零一般是构件的中间大，

9、两端为零 ；（2 2）二是在水平荷载作用下结构产生侧移后，重力）二是在水平荷载作用下结构产生侧移后，重力荷载由于该侧移荷载由于该侧移 而引起的附加效应，即而引起的附加效应，即 效应效应 。 分析表明，分析表明， 二阶效应的影响二阶效应的影响相对较小相对较小，而重，而重力荷载因结构侧移产生的力荷载因结构侧移产生的 二阶效应二阶效应相对相对较大较大，可使结构的内力和位移增加，甚至导致结，可使结构的内力和位移增加，甚至导致结构失稳。因此，高层建筑结构构件的稳定设计，构失稳。因此，高层建筑结构构件的稳定设计，主要主要是控制和验算结构在风或地震作用下，重力是控制和验算结构在风或地震作用下，重力的的 效应

10、。效应。1.结构稳定验算的两阶效应结构稳定验算的两阶效应第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求结构整体稳定分析结构整体稳定分析 分析表明，分析表明，P P效应效应( (位移增量或附加位移位移增量或附加位移) )随结构刚随结构刚重比的减小而呈双曲线关系增加重比的减小而呈双曲线关系增加。如控制结构刚重比，。如控制结构刚重比，使位移使位移( (或内力或内力) )增幅小增幅小 于于10%10%或或15%15%，则在其限值内，则在其限值内P P效应随结构刚重比降低而引起的增加比较缓慢；如效应随结构刚重比降低而引起的增加比较缓慢；如超过上述限值超过上述限值, ,结构刚重比继续降低，则会

11、使结构刚重比继续降低，则会使P P效应效应增幅加快，甚至引起结构失稳。因此，增幅加快，甚至引起结构失稳。因此，控制结构刚重比控制结构刚重比是结构稳定设计的关键是结构稳定设计的关键 。第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求因此，因此，高规高规规定，结构整体稳定应符合下列规定：规定，结构整体稳定应符合下列规定：（1）剪力墙结构、框架）剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构应剪力墙结构、筒体结构应 符合下式要求：符合下式要求：（2）框架结构应符合下式要求：）框架结构应符合下式要求：n2dii1E J1.4 HG nijijiD10G/ h ( i1,2,n ) 第二章第二章 结构

12、荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求3. 可以不考虑可以不考虑P-效应的刚重比要求效应的刚重比要求 刚重比要求在水平荷载作用下，当高层建筑结构刚重比要求在水平荷载作用下，当高层建筑结构满足下列规定时，可不考虑重力二阶效应的不利影满足下列规定时，可不考虑重力二阶效应的不利影响。响。（1 1）对剪力墙结构、框架）对剪力墙结构、框架- -剪力墙结构、筒体结构：剪力墙结构、筒体结构：（2 2）对框架结构：）对框架结构：n2dii1EJ2.7 HG nijijiD2 0G/ h ( i1 , 2 ,n ) 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 当高层、超高层建筑高宽比较大，水平

13、风荷载或当高层、超高层建筑高宽比较大，水平风荷载或地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算十分重要，直接关系到整体结构安全度的控制。算十分重要，直接关系到整体结构安全度的控制。 高规高规规定：对高宽比大于规定：对高宽比大于4的高层建筑，基础的高层建筑，基础底面底面不宜出现零应力区不宜出现零应力区，对高宽比不大于，对高宽比不大于4的高层的高层建筑，基础底面零应力区面积建筑，基础底面零应力区面积不应不应超过基础底面面超过基础底面面积的积的15%。 4.整体倾覆验算整体倾覆验算第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求（1）倾覆力矩与

14、抗倾覆力矩的计算（见图）倾覆力矩与抗倾覆力矩的计算（见图）第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求假定倾覆力矩计算作用面为基础底面，倾覆力矩计算的作用力为假定倾覆力矩计算作用面为基础底面，倾覆力矩计算的作用力为水平地震作用或水平风荷载标准值，则倾覆力矩可近似表示为：水平地震作用或水平风荷载标准值，则倾覆力矩可近似表示为：5.倾覆验算倾覆验算第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 延性：结构构件吸收能量的能力延性：结构构件吸收能量的能力( (力位移曲线包围力位移曲线包围的面积，主要反应塑性变形能力的面积，主要反应塑性变形能力) ) 延性比：构件破坏时的变形与

15、屈服时的变形的比值延性比：构件破坏时的变形与屈服时的变形的比值vy 6) 结构的延性和抗震等级结构的延性和抗震等级抗震等级：由结构类型、设防烈度、抗震等级：由结构类型、设防烈度、 建筑高度等因素确定建筑高度等因素确定第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 根据设防烈度、结构类型和房屋高度区分为不同的抗根据设防烈度、结构类型和房屋高度区分为不同的抗震等级，采用相应的计算和构造措施，抗震等级的高低，震等级，采用相应的计算和构造措施，抗震等级的高低，体现了对结构抗震性能要求的严格程度。体现了对结构抗震性能要求的严格程度。 抗震等级分：特一级、一级、二级、三级、四级。抗震等级分：特

16、一级、一级、二级、三级、四级。抗震等级抗震等级第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求建筑类别建筑类别甲、乙类甲、乙类丙类丙类设防烈度设防烈度6 67 78 89 96 67 78 89 9决定抗震构决定抗震构造措施等级造措施等级时应考虑的时应考虑的烈度烈度场场地地土土6 67 78 89 96 66 67 78 87 78 89 96 67 78 89 9乙类超高建筑乙类超高建筑, ,按特一级按特一级 考虑抗震措施考虑抗震措施甲类建筑甲类建筑, , 采取更有效的抗震措施采取更有效的抗震措施决定抗震构造措施等级时应考虑的烈度决定抗震构造措施等级时应考虑的烈度第二章第二章 结构

17、荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求A级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求B级高度的高层建筑结构抗震等级级高度的高层建筑结构抗震等级 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 下列结构下列结构 应应 进行弹塑性变形验算：进行弹塑性变形验算：1 1）8 8度度、类场地和类场地和9 9度时，高大的单层钢筋混凝度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；土柱厂房的横向排架； 2) 72) 7- -9 9度时楼层屈服强度系数小于度时楼层屈服强度系数小于0.50.5的钢筋混凝的钢筋混凝土框架结构；土框架

18、结构；3) 3) 高度大于高度大于150m150m的钢结构；的钢结构；4) 4) 甲类建筑和甲类建筑和9 9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；和钢结构；5) 5) 采用隔震和消能减震设计的结构。采用隔震和消能减震设计的结构。7) 罕遇地震作用下的变形验算罕遇地震作用下的变形验算 第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求 下列结构下列结构 宜宜 进行弹塑性变形验算：进行弹塑性变形验算： 1 1）高度属于应采用时程分析方法范围并且属于竖向）高度属于应采用时程分析方法范围并且属于竖向不规则类型的高层建筑结构不规则类型的高层建筑结构; ; 2) 7

19、2) 7度度、类场地和类场地和8 8度时乙类建筑中的钢筋混度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构凝土结构和钢结构; ; 3) 3) 板柱板柱- -抗震墙结构和底部框架砖房；抗震墙结构和底部框架砖房； 4) 4) 高度不大于高度不大于150m150m的高层钢结构。的高层钢结构。罕遇地震作用下的变形验算罕遇地震作用下的变形验算第二章第二章 结构荷载计算及设计要求结构荷载计算及设计要求结构设计要求小结结构设计要求小结 1 1 强度问题强度问题构件截面承载力验算构件截面承载力验算2 2 刚度问题刚度问题正常使用条件下结构水平位移验算正常使用条件下结构水平位移验算3 3 稳定问题稳定问题结构稳定与抗倾覆