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《高高层层建建筑筑结结构构设设计计》》之之一一———““七个个比比值值””的的控控制制定定义义、、目目标标与与意意义义研究究生生::唐荣荣学号号::2240918510导师师::周云云教教授授授课课老老师师::邓邓雪雪松松副副教教授授专业业::结结构构工工程程2010年5月1“七七个个比比值值””轴压压比比剪重重比比刚度度比比位移移比比周期期比比刚重重比比层间间受受剪剪承承载载力力比比总结结2一、、轴压压比比1.定定义义::重力力荷荷载载代代表表值值作作用用下下,,轴轴力力设设计计值值与与抗抗压压强强度度设设计计值值和和截截面面面面积积乘积积的比比值值。。2.公公式式::式中:uc—柱轴压比比;N—柱考虑地地震作用用组合的的轴压力力设计值值;fc—混凝土轴轴心抗压压强度设设计值;;A—柱的全截截面面积积。3轴压比轴压比是是针对于于以承受受重力荷载载为代表值值的剪力力墙、为了使使柱墙墙具有有很好好的延性和和耗能能能力,规范范采取取的措措施之之一就就是限限制轴轴压比比!43.规范条条文的的控制制目标轴压比比①.《混凝凝土规规》11.4.16条、《抗规规》6.3.7条同时规规定:框架柱轴压压比不不宜超超过表表1中限值值:表1框框架柱柱轴压压比限限值5表2剪剪力墙墙轴压压比限限值轴压比比②.《混凝凝土规规》11.7.13条、《高规规》7.2.14条条同时规规定:抗震设设计时时,一一二级级抗震震等级级的剪剪力墙墙底部部加强强部位位,其其重力力荷载载代表表值作作用下下墙肢肢的轴轴压比比不宜宜超过过表2中的极极限值值。6③.上述的的规范范对于于普遍遍性结结构构构件具具有适适用性性。特特别地地:当当在柱柱的截截面中中部加加设附附加纵纵筋约约束形形成芯芯柱时时,由由于附附加纵纵筋可可以承承担一一部分分轴压压力。。此时时,当当另加加的纵纵向钢钢筋总总面积积不小小于柱柱截面面面积积的0.8%时,轴轴压比比限值值可以以增加加0.05。形式式如下下:图1箍箍筋筋约束束形成成芯柱柱轴压比比7普通柱柱(以以对称称配筋筋柱为为例)):短柱4.控控制的的意义义:轴压比比随着uc↑,截截面相相对受受压高高度↑↑,截截面破破坏形形式:大偏压压受压压破坏坏(延延性))→小小偏压压受压压破坏坏(脆脆性))随着uc↑,剪剪切受受压破破坏→→剪切切受拉拉破坏坏总之::在抗震震设计计中,,必须须对柱柱和剪剪力墙墙的轴轴压比比进行行限制制,以以保证证其有有足够够的延延性,,历次次地震震也予予以了了证明明:这这是一一种相相当行行之有有效的的方法法。8“七个个比值值”轴压比比剪重比比刚度比比位移比比周期比比刚重比比层间受受剪承承载力力比总结9二、剪剪重比比1.定义:楼层最小地震剪力力与上部结构总总重量的比值值。2.公式:VEki>λ∑Gj式中:VEki—第i层对应于于水平地震作作用标准值的的楼层剪力;;λ—剪力系数(可可以理解为剪剪重比)查阅阅相关规定以以确定;Gj—第j层的重力力荷载代表值值。10剪重比规范规定剪重比计算,主要是是因为结构在长周期自振周期作用下,地震震影响系数下下降较快,对对于基本周期期大于3.5S的结构,由此此计算出来的的水平地震作作用下的结构构效应有可能能太小。而对于长周期期结构,地震震动态作用下下的地面运动动速度和位移移可能对结构构具有更大的的破坏作用。水平地震作用用底部剪力法振型分解反应应谱法113.规范条文的控控制目标剪重比①.《抗规》5.2.5条条、《高规》3.3.13条规定:抗震验验算时,结构构任一楼层的的水平地震剪剪力应符合表3要求:表3楼层层最小地震剪剪力系数值注:1.基本周周期介于3.5s和5s之间的结构构,可插入取取值;2.括号内数值值分别用于设设计基本地震震加速度为0.15g和和0.30g的地区。12剪重比②.六度区剪重比比要求放宽,可在0.7%~1%取。若剪重比过小小,均为构造造配筋,说明明底部剪力过过小,要对构件截面面大小、周期期折减等进行行检查;若剪重比过大大,说明底部部剪力很大,也应检查结结构模型,参数设置是否否正确或结构构布置是否太太刚。即是按刚度分分配的“能者者多劳”原则则!!!134.相关概念念区分剪重比抗风计算不存存在剪重比,,风载不同于于地展作用,,它是直接作作用在建筑物物的,而且可较准确确测定(如风洞试验)。倘若从受力机机理和截面破破坏形式来看看,剪重比与剪压比是同一概念,它们都是指水平作用用与竖向作用用的比值。剪重比讨论论的是水平剪剪力和竖向重重力荷载的比比值,如框架架柱的剪重比比;剪压比讨讨论的是横向向剪力和轴向向压力的比值值,如框架梁梁的剪压比。。14“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载力比总结15三、刚度比1.定义:指结构竖向不不同楼层的侧侧向刚度的比比值,也称层间刚度度比。2.公式:γγ=Ki+1/Ki式中:γ—上、下层结构构侧向刚度比比;Ki+1—上层结构侧向向刚度;Ki—下层结构侧向向刚度。16按剪切刚度计算:Ki=GiAi/hi按剪弯刚度计算:Ki=Vi/Δi按地震剪力与地地震层间位移移的比值计算:Ki=Qi/Δui刚度比①.《抗规》与《高规》都提供有三种方法法计算层刚度度,即:3.规范条文的控控制目标17刚度比②.《抗规》附录E2.1规定:筒体结构转换换层上下层的的侧向刚度比比不宜大于2。《高规》4.4.2条规定:抗震设设计的的高层层建筑筑结构构,其楼层层侧向向刚度度不宜小小于相临上上部楼楼层侧侧向刚刚度的的70%,或其上上相临临三层层侧向向刚度度平均均值的的80%。18刚度比比刚度比比主要要为了了控制制高层层结构构的竖竖向规规则性性,以以免竖竖向刚刚度突突变,,形成成薄弱弱层。地下室室结构构顶板板能否作作为嵌嵌固端,转换层层上、下下结构构刚度度能否否满足足要求求,及及薄弱层的判断,,均以层层刚度比比作为依依据。4.控制制的意义义:例如地下下室顶板板:《高规》5.3.7条规定:高高层建筑筑结构计计算中,当地下下室的顶顶板作为为上部结结构嵌固固端时,地下室室结构的楼层侧侧向刚度度不应小小于相邻邻上部结结构楼层层侧向刚刚度的2倍。19图片:框框支结构构上下层层刚度比比过大,,形成的的薄弱层层垮塌刚度比20刚度比图片:框框支结构构上下层层刚度比比过大,,形成的的薄弱层层构件发发生剪切切破坏21“七个比比值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪剪承载力力比总结22四、位移移比1.定义义:位移比包包含两项项内容:①楼层竖向向构件的的最大水水平位移移与平均均水平位位移的比比值;②楼层竖竖向构件件的最大大层间位位移与平平均层间间位移的的比值。。2.公式式:或或者23位移比3.规范条文文的控制制目标①.[抗规]3.4.2条规定:建筑及其其抗侧力力结构的的平面布布置宜规规则、对对称,并并应具有有良好的的整体性性;当存存在结构构平面扭扭转不规规则时,楼层的的最大弹弹性水平平位移(或层间间位移),不宜大于该楼楼层两端端弹性水水平位移移(或层层间位移移)平均均值的1.2倍倍。②.[高规]4.3.5条规定:楼层竖向向构件的的最大水水平位移移和层间间位移,A、B级高度度高层建建筑均不不宜大于于该楼层层平均值值的1.2倍;且A级级高度高高层建筑筑不应大于该楼楼层平均均值的1.5倍倍,B级高高度高层层建筑、、混合结结构高层层建筑及及复杂高高层建筑筑,不应大于该楼楼层平均均值的1.4倍倍。24位移比计算位移移比仅考考虑墙顶顶、柱顶顶等竖向向构件上上节点的的最大位位移,不不考虑其其他节点点的位移移。高层层建筑层层数多、、高度大大,为保保证高层层建筑结结构具有有必要的的刚度,应对其其位移比比加以控控制,主主要目的的有以下下几点:4.控制制的意义义:(1)、保证主体体结构基基本处于于弹性受受力状态态,避免免混凝土土墙或柱柱出现裂裂缝,同同时将楼楼面梁板板的裂缝缝数量、、宽度和和高度控控制在规规范允许许范围之之内。25位移比(2)、保证填充充墙、隔隔墙和幕幕墙等非非结构构构件的完完好,避避免产生生明显损损坏。(3)、限制结构构平面布布置的不不规则性性,避免免结构产产生较大大的扭转转效应。。然而,实实际工程程中,扭转是难难免的,,结构不不利影响响那是肯肯定存在在的,这这不是控控制位移移比就能能满足的的,所以以更准确确的说,,控制位位移比,,是为了了避免产产生过大大的偏心心而导致致结构产产生较大大的扭转转效应。。26“七个比比值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪剪承载力力比总结27五、周期期比1.定义义:结构扭转转为主的的第一自自振周期期(第一一扭振周周期)Tt与平动为为主的第第一自振振周期(第一侧侧振周期期)T1之比。2.公式式:Tt/T1式中:Tt—周期最长长的扭振振振型对对应的就就是第一一扭振周周期;T1—周期最长长的侧振振振型对对应的就就是第一一侧振周周期。28周期比3.规范条文的的控制目标周期比主要要控制结构构扭转效应应,减小扭扭转对结构构产生的不不利影响,,使结构的的抗扭刚度度不能太弱弱。因为当当两者接近近时,由于于振动藕连连的影响,结构的扭扭转效应将将明显增大大。①.《高规》4.3.5条规定:结构扭转为为主的第一一自振周期期Tt与平动为主主的第一自自振周期T1之比(即周周期比),,A级高度度高层建筑筑不应大于于0.9;;B级高度度高层建筑筑、混合结结构高层建建筑及复杂杂高层建筑筑不应大于于0.85。。29周期比①-1.计计算实例分分析(按etabs建模分析析)结构平面图图30周期比Etabs模型31周期比32周期比②.《高规》5.1.13条规定:高层建筑结结构计算振振型数不应应小于9;抗震计算时时,宜考虑虑平扭藕连连计算结构构的扭转效效应,振型型数不小于于15;对于多塔楼楼结构的振振型数不应应小于塔楼楼数的9倍,且计算算振型数应应使振型参参与质量不不小于总质质量的90%。33周期比4.控制的的意义:如同位移比比的控制一一样,周期期比侧重控控制的是侧侧向刚度与扭转转刚度之间间的一种相相对关系,,而非其绝绝对大小,,它的目的的是使抗侧侧力构件的的平面布置置更有效、、更合理,,使结构不不致于出现现过大(相相对于侧移移)的扭转转效应。周期比控制制不是在要要求结构足足够结实,,而是在要要求结构承承载布局的的合理性。。周期比不满满足要求,,说明结构构的扭转刚刚度相对于于侧移刚度度较小,总总的调整原原则是要加强结构外外圈,或者者削弱内筒筒。34“七个比值值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承承载力比总结35六、刚重比比1.定义::结构侧向刚度与重力力荷载的比值。2.设计限限值:由于P-△△效应对于于框架结构构、剪力墙墙结构、框框架-剪力力墙结构以以及筒体构构的影响程程度不同,,各种结构构体系有不不同设计要要求限值。。P-△效应应图36刚重比该两项为《《髙规》中中的强制性性条文!!!!(《髙髙规》5.4.4))37刚重比3.规范条文的的控制目标对于剪切型型的框架结结构,当刚刚重比大于于10时,则结构重重力二阶效效应可控制制在20%以内,结结构的稳定定已经具有有一定的安安全储备;当刚重比比大于20时,重力力二阶效应应对结构的的影响已经经很小,故故规范规定定此时可以以不考虑重重力二阶效效应;对于弯曲型、弯剪型的剪剪力墙结构构、框剪结结构、筒体体结构,刚刚重比大于于1.4时时,结构能能够保持整整体稳定;当刚重比比大于2.7时,重重力二阶效效应导致的的内力和位位移增量仅仅在5%左左右,故规规范规定此此时可以不不考虑重力力二阶效应应。38刚重比4.控制的的意义:研究表明:高层建筑混混凝土结构构仅在竖向向重力作用用下产生整整体失稳的的可能性是是很小。高高层建筑结结构的稳定定设计主要要是控制在在风荷载或或水平地震作用下,重重力荷载产产生的二阶阶效应(重重力P—△效应)不不致过大,,以致引起起结构的失失稳倒塌。。构件的刚度和重重力荷载之之比(刚重重比)是影影响重力P—△效应的主主要参数。。因此,在高高层建筑结结构的稳定定性设计中中,涉及到到刚重比的的两项规定定是按强制制性条文执执行的。若刚重比不满满足规范要要求,通常常应调整结结构的高宽宽比!39“七个比值值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承承载力比总结40七、层间受剪承承载力比1.定义::指在所考虑虑的水平地地震作用方方向上,该该层全部柱柱及剪力墙墙的受剪承承载力之和和与其上一层受剪承载力之之比。2.公式:Vi/Vi+1式中:Vi—本层全部柱及剪剪力墙的受剪剪承载力之和和;Vi+1—上一层层全部柱及剪剪力墙的受剪剪承载力之和和。41层间受剪承载载力比3.规范条文的控控制目标①.《高规》4.4.3条规定:A级高度高层层建筑的楼层层层间抗侧力力结构的受剪剪承载力
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