建筑概念设计课件之抗震设计内容

建筑概念设计课件之抗震设计内容第一页，共92页。讲授内容建筑抗震设防目标；

抗震概念设计主要内容：

汶川地震震害分析与启示；

第二页，共92页。三抗震概念设计主要内容（一）工程结构的场地选择（二）建筑物的平立面布置（三）结构选型与结构布置（四）设置多道抗震防线（五）保证结构的整体性等第三页，共92页。1工程结构场地选择场地是指工程群体所在地，具有相似的反应谱特征。不同场地对应不同的场地条件，场地条件一般指局部地质条件，如近地表几十米至几百米内的地基土壤、地下水位等工程地质情况、微地形以及有无断层破碎带通过等。地震时场地中的地基破坏和建筑物的损坏是导致地震灾害的直接原因，工程震害不仅在于结构本身的静力和动力特性，而且与场地震动密切相关。任何结构都与地基相联系。

地震动通过地基传到上部结构，引起结构振动，从而导致结构反应甚至破损;

同时地震动也可能直接导致场地破坏,而间接引起上部结构的破坏。因此，场地选择是结构抗震设计的基础。第四页，共92页。地基的地震性状地震引起的地基破坏主要有土壤液化、软土沉降、地基不均匀变形、填土地基变形以及其他地面破坏等。

对1962~1971年间发生在山区或丘陵地带的8次地震和发生在平原地区的1975年海城地震及1976年唐山地震统计：

对于地基抗震来说，应当把土壤液化影响放在首位，土壤液化会引起滑波侧向扩展和大的沉降，从而造成房屋和结构物破坏。地质情况土壤液化软土沉降填土变形地基不均匀变形其他地面破坏平原地区45.4%20.4%11.4%6.8%16%山区或丘陵地带28%11.6%7%44.2%9.2%第五页，共92页。场地对震害影响国内外震害经验几乎一致表明，场地条件是引起地表震害的主要因素。几乎在每一次大地震的现象中都可以看到这种影响的事例。

例如1906年美国旧金山大地震经过现场详细调查发现，不同场地条件上的建筑物的震害十分明显,1932年日本关东大地震，1966年中国邢台地震，1976年中国唐山地震以及1996年印度尼西亚地震和1999年台湾集集地震等的震害都表现出类似。

尤其本次汶川地震，大量的事实表明，场地条件对结构抗震性能的影响更是十分巨大。位于震中的北川县城在地震中遭到了毁灭性的破坏，其中一个最重要的原因就是北川县城的选址。北川县位于印度板块和亚洲板块积压断裂带，是典型的地震多发区，县城正好处在龙门山发震断裂带上，且周边是易滑的滑坡体。第六页，共92页。北川县城破坏原因中国地震局地质研究所所长、国家汶川地震专家委员会南北带地震构造研究组指出了县城在地震中遭到毁灭性破坏的原因：(1)发震断裂带从整个县城通过。(2)县城附近的地震破裂位移量大，地震在这里释放的能量也大。(3)县城坐落在河滩松散堆积物之上，场地效应和地基失效使破坏加剧。(4)大量的山体滑坡和岩石崩塌使得灾害雪上加霜。除了地震导致场地破坏而直接造成结构的失效以外，建筑场地的选址不当还可能会引起某些次生灾害。县城坐落在一个大峡谷中，大部分建筑物都以峡谷中的河流为界，依托两边山体修建。第七页，共92页。北川县城第八页，共92页。彭州市白鹿镇中学5·12”汶川地震的另外一些事实也告诉我们，只要进行了科学合理的抗震设防，按照概念设计的基本原则选择对抗震有利的场地，还是能够在很大程度上减轻人员伤亡和经济损失。例如，四川彭州市白鹿镇中学的两栋教学楼分别位于发震断裂带两侧，地震时断裂错动达2.1m，但由于教学楼避开了断裂带，并且建筑质量较好，楼房没有倒塌。第九页，共92页。白鹿镇中学第十页，共92页。场地选址的原则选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，作出综合评价，对无法充分评价的场地或地震作用所产生的后果不能在结构设计中予以考虑的场地应避开。

选择对抗震有利地段，例如，位于开阔地带的坚硬场地土或密实均匀的中硬场地土，避开不利地段。

不应在发震断裂带等危险地段建造甲、乙、丙类建筑。场地中存在软粘土、液化土时，应估计地震时地基不均匀沉降或其它不利影响，并采取相应措施。

高发地震区的建设项目，应以地震区划为基础选址，并考虑活动断裂、土层剖面、大应变下的土层性质、地形以及它们之间的相互作用。第十一页，共92页。2建筑物的平立面布置平面不规则综合为三种平面不规则:扭转不规则平面轮廓不规则楼盖平面不连续竖向不规则综合为三种竖向不规则:刚度突变构件间断承载力突变第十二页，共92页。(1)扭转不规则扭转不规则:在规定的水平力作用下,楼层的最大弹性水平位移或(层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍。第十三页，共92页。位移比对扭转不规则对于扭转不规则的控制主要可概括为对位移比、周期比两个宏观比值的控制。对楼层最大位移与平均位移比值的下限和上限分别是1.2和1.5：当最大层间位移与平均值的比值为1.2，则一端为1.0，一端为1.4；当最大层间位移与平均值的比值为1.5，则一端为1.0，一端为3.0。震害表明：扭转破坏主要表现在变形受力较大而又薄弱的边缘部位竖向构件，率先受到冲击损坏，地震作用效应随之不断积聚，造成边缘部位竖向构件较快进入破坏状态，严重者造成结构局部倒塌，甚至引起整体结构破坏倒塌。第十四页，共92页。判断扭转不规则需要注意问题1.楼盖周边两端位移不超过平均位移两倍的情况称为“刚性楼盖”，超过2倍则属于“柔性楼盖”。计算扭转位移按照实际情况确定。2.高层建筑结构按单向水平地震作用计算位移比时，需考虑质量偶然偏心的影响，比《抗震规范》的规定严格(多层建筑可不考虑)，这主要是考虑高层建筑结构的需要。当质量与刚度分布明显不对称、不均匀时，应按双向水平地震作用计算扭转影响，此时可不考虑质量偶然偏心的影响。在实际工程设计中,应取二者计算结果不利者进行扭转位移比不规则判别。一般情况下，楼层位移比上限是不应超过的。但对于层数不多的多层建筑和高层建筑的裙房，因为这类建筑绝对侧移值很小。3.还可以依据楼层质心和刚度中心的偏心率进行考虑。第十五页，共92页。周期比对扭转不规则当扭转振型成为结构第一振型肘。结构抗扭刚度小，扭转振动成为主振型，对结构抗震非常不利。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0．9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0．85。当两者接近时，由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。对特殊工程(如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构)，当两个主轴的侧向刚度相差过大时，可对T1与T3的比值加以限制，一般不宜大于1．0第十六页，共92页。扭转不规则优化方法在实际工作中．若计算分析表明结构扭转不理想，可根据需要对结构体系进行调整使方案优化：

(1)抗侧力构件在平面布置中宜对称、均匀，避免过大偏心；

(2)加强外围构件的抗侧刚度和强度对减少扭转效应比较有利。这要求在方案阶段就有意识地调整结构的刚度中心及外围构件的布置。如增加对位移较大侧竖向结构构件柱的尺寸、剪力墙的厚度或调整剪力墙的布置；

(3)设置防震缝，可以解决地震作用下的扭转问题，但易产生许多新的问题，如建筑立面处理困难，缝的两侧均需设独立的抗侧力构件，形成双梁、双柱和双墙，建筑、结构问题较多，特别是地震时缝两侧结构进入弹塑性状态。位移急剧增大而发生相互碰撞，会产生严重震害。如在1976年的唐山大地震中许多按规范防震缝宽度设计的建筑物，地震时防震缝处碰坏的很多。第十七页，共92页。（2）平面轮廓不规则《高规》5．1．5条规定：进行高层建筑内力与位移计算时。可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。这对于大多数工程来说是可以接受的。但当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，楼板可能产生显著的面内变形和应力集中效应，且平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引发凹口处破坏。从实际设计情况来看。高层住宅建筑常采用井字形、凹形等平面以有利于通风采光，而将楼电梯间集中配置于中央位置从而出现此类情况(图3)。可采用的应对措施主要有：第十八页，共92页。凹凸不规则

第十九页，共92页。从计算角度看这时宜采用考虑楼板变形影响的计算方法，使受力、变形计算模型更符合实际情况．减少计算误差，具体可根据情况采用不同的处理方法：对于平面尺寸较小的建筑(如点式建筑)，可将整个楼面都考虑为弹性楼板，使建模和计算比较简单，并且计算精确，但计算工作量较大；其他情况可采用分块刚性模型加弹性楼板连接的计算模型，可将凹口周围两开间或局部突出部位的根部开间的楼板考虑为弹性楼板。而其余楼板考虑为刚性楼板。这样处理可以得到凹口周围或局部突出部位根部的楼板内力，也可以减少建模和计算工作量；第二十页，共92页。从构造措施看从构造措施看，由于楼电梯间无楼板而使楼面产生较大削弱，对楼板应力集中部位(凹入部位、局部突出楼板的根部及洞口的四角)和弱连接的楼板截面的配筋予以加强，剩余板厚加厚，改善这些楼板关键部位的强度和延性；当凹口深度接近超限上限时，宜在凹口部位设计拉粱或拉板。当开口尺寸接近最大限值时宜在洞口周围设置钢筋混凝土梁增加整体性，拉梁和拉板宜每层均匀设置。第二十一页，共92页。（3）楼板不连续关于楼板不连续，“较大的错层”可按大于楼面大梁的一般高度控制；楼梯间，管井和电梯井一般不计入楼板的洞口面积。第二十二页，共92页。结构立面布置中的规则性历次地震震害表明：结构刚度延竖向突变、体形外挑或内收等，都会产生某些楼层的变形过分集中，出现严重震害甚至倒塌。所以设计中应力求使结构的刚度自下而上逐渐均匀减小，体形均匀、不突变。然而实际工程中，常由于以下几个方面原因产生竖向不规则体系：(1)建筑立面造型导致立面体型复杂，如立面收进、外挑结构、立面大开洞、连体建筑、大底盘多塔楼，(2)建筑平面布置变化导致竖向结构不连续(如带转换层的高层结构)、错层结构及有薄弱层的结构形式。第二十三页，共92页。竖向不规则第二十四页，共92页。竖向不规则(3)沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。

《高规》4．4．2条规定：抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。在实际工程中，往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，这种改变使刚度发生变化。从施工的角度讲，改变次数不宜太多；但从结构受力角度讲，改变次数太少，每次变化太大易产生刚度突变。所以一般沿竖向变化不超过4次。每次改变，梁、柱尺寸减少100～150mm，墙厚减少50mm，混凝土强度降低一个等级为宜。最好尺寸减少与强度等级降低错开楼层，避免同时改变。第二十五页，共92页。底层或若干层抽柱刚度发生变化的另一种情况是底层或若干层由于取消一部分剪力墙或柱子产生的刚度突变(图5)，常出现在底部大空间框支剪力墙结构。设计时应该尽量加大落地剪力墙和下部柱的截面尺寸，并提高这些楼层混凝土强度等级，尽量减少刚度削弱的程度。若中部楼层部分剪力墙中断或顶部楼层设置空旷大空间而取消部分剪力墙，则取消的墙体不宜多于1／3，不得超过半数，且其余墙体应加强尺度和配筋。第二十六页，共92页。顶部内收和立面收进由于顶部内收受高振型影响会使地震作用放大。且塔楼质量和刚度越小，放大作用越明显，容易出现震害。立面收进和外挑在《高规》4．4．5条也有明确的规定，设计时应与建筑协调采用台阶式多次内收的立面．对于立面收进层，宜加厚楼板厚度。加强配筋；收进部位竖向构件也宜加强配筋，增加延性；对于突出屋面房屋(如楼梯间、电梯间及水箱间等)在结构计算时宜作为一个质点参与计算。计算得到的水平地震作用应按《高规》表B．0．3增大。连体建筑也是容易出现竖向规则性关于楼板不连续，“较大的错层”可按大于楼面大梁的一般高度控制；楼梯间，管井和电梯井一般不计入楼板的洞口面积。第二十七页，共92页。连体建筑连体建筑也是容易出现竖向规则性超限．如图4(b)所示。连体建筑顶部重量大，不利于抗震，要尽量减轻连体的质量(如采用轻质隔墙等)，一般情况下连体部位的层数不宜超过建筑总层数的20％。由于连体以下部位在同一平面上完全脱开，因此结构分析中应采用局部弹性楼板、多个刚性块弹性连接等计算模型，在连接体部分至少取5层楼板为弹性楼板模型，连接体以下的各个塔楼楼板可以采用刚性楼板模型。连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面和刚度，宜采用双轴对称的平面形式，否则在地震中将出现复杂的X、Y、z在相互耦联的振动。扭转影响大，对抗震不利。第二十八页，共92页。大底盘多塔建筑大底盘多塔建筑近些年在商业与民用建筑中得到大量应用，计算分析的重点是裙房的整体性和裙房协调上部多塔楼变形的能力。计算时可根据裙房工作条件采用不同的计算模型。(1)只有一层裙房且裙房的抗侧刚度大于上部塔。楼抗侧刚度的2倍，屋面板厚度不小于200mmlj,J，裙房的屋面板可取为刚性楼板进行计算：(2)当裙房削弱较多(如常见的主楼中间大开间形成中庭等)，此时主楼不能协调多塔共同工作，塔楼相对独立，可按单个塔楼分割加以简化计算；第二十九页，共92页。大底盘多塔建筑(3)其余情况下，裙房楼板在计算模型中可简化为弹性楼板，而塔楼楼板可简化为刚性楼板。大底盘多塔建筑结构振型复杂，并会产生复杂的扭转运动，结构布置时应尽量注意减少塔楼与底盘的偏心，不宜大于底盘相应边长的20％，同时各塔楼的层数、平面和刚度宜接近。在抗震等级上，与主楼连为整体的裙房的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；主楼结构在裙房顶部上、下各一层应适当加强抗震构造措施。第三十页，共92页。规则性《建筑抗震设计规范》第3．4．1条：

建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。

第三十一页，共92页。平面不规则的主要类型扭转不规则在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移或（层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。凹凸不规则平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该楼面面积的30%，或较大的楼层错层第三十二页，共92页。竖向不规则的主要类型侧向刚度不规该层的侧向刚度小于相邻上一层的70％，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80％；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25％竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80％第三十三页，共92页。特别不规则项目举例第三十四页，共92页。三种不规则的划分三种不规则程度的主要划分方法如下：不规则，指的是超过表3．4．3—1和表3．4．3—2中一项及以上的不规则指标；特别不规则，指具有较明显的抗震薄弱部位，可能引起不良后果者，其参考界限可参见《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，通常有三类：

其一，同时具有本规范表3．4．3所列六个主要不规则类型的三个或三个以上；

其二，具有表1所列的一项不规则；

其三，具有本规范表3．4．3所列两个方面的基本不规则且其中有一项接近表1的不规则指标。严重不规则，指的是形体复杂，多项不规则指标超过本规范3．4．4条上限值或某一项大大超过规定值，具有现有技术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节，可能导致地震破坏的严重后果者。第三十五页，共92页。不规则处理不规则的建筑形体及其构件布置不时，应按第3．4．4条进行地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。特别不规则的建筑方案，只要不属于严重不规则，结构设计应采取比本规范第3．4．4条等的要求更加有效的措施。一般要组织专家论证方式进行技术咨询。严重不规则，严重不规则的建筑不应采用。

第三十六页，共92页。超限高层建筑工程

(建质[2010]109号)(一)房屋高度超过规定，包括超过《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗震规范》)第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度、超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高层混凝土结构规程》)第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程。(二)房屋高度不超过规定，但建筑结构布置属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程(三)房屋高度大于24米且屋盖结构超出《网架结构设计与施工规程》和《网壳结构技术规程》规定的常用形式的大型公共建筑工程(暂不含轻型的膜结构)。第三十七页，共92页。房屋高度超过下列规定的高层建筑工程注：当平面和竖向均不规则(部分框支结构指框支层以上的楼层不规则)时，其高度应比表内数值降低至少10%；结构类型6度7度(含)8度()8度()9度混凝土结构框架6050403524框架-抗震墙1301201008050抗震墙1401201008060部分框支抗震墙1201008050不应采用框架-核心筒1501301009070筒中筒18015012010080板柱-抗震墙80705540不应采用较多短肢墙1006060不应采用错层的抗震墙和框架-抗震墙806060不应采用混合结构钢外框-钢筋混凝土筒20016012012070型钢混凝土外框-钢筋混凝土筒22019015015070钢结构框架110110907050框架-支撑

(抗震墙板)220220200180140各类筒体和巨型结构300300260240180第三十八页，共92页。同时具有下列三项及以上不规则的高层建筑工程(不论高度是否大于表一)注:深凹进平面在凹口设置连梁，其两侧的变形不同时仍视为凹凸不规则，不按楼板不连续中的开洞对待；序号a、b不重复计算不规则项；局部的不规则，视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项。序号不规则类型简要涵义备注扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2参见GB50011-1b偏心布置偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%参见JGJ99-凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30%等参见GB50011-2b组合平面细腰形或角部重叠形参见JGJ3-3楼板不连续有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高参见GB50011-刚度突变相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%参见GB50011-4b尺寸突变竖向构件位置缩进大于25%,或外挑大于10%和,多塔参见JGJ3-5构件间断上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类参见GB50011-6承载力突变相邻层受剪承载力变化大于80%参见GB50011-7其它不规则如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换已计入1~6项者除外第三十九页，共92页。具有下列某一项不规则的高层建筑工程

(不论高度是否大于表一)注：仅前后错层或左右错层属于表二中的一项不规则，多数楼层同时前后、左右错层属于本表的复杂连接；序号不规则类型简要涵义1扭转偏大裙房以上的较多楼层，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.42抗扭刚度弱扭转周期比大于0.9,混合结构扭转周期比大于0.853层刚度偏小本层侧向刚度小于相邻上层的50%4高位转换框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层5厚板转换7~9度设防的厚板转换结构6塔楼偏置单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%7复杂连接各部分层数、刚度、布置不同的错层连体两端塔楼高度、体型或者沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构8多重复杂结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的3种第四十页，共92页。其他高层建筑注：表中大型建筑工程的范围，参见《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223

序号简称简要涵义1特殊类型高层建筑抗震规范、高层混凝土结构规程和高层钢结构规程暂未列入的其他高层建筑结构，特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑结构，特大跨度的连体结构等2超限大跨空间结构屋盖的跨度大于或悬挑长度大于或单向长度大于，屋盖结构形式超出常用空间结构形式的大型列车客运候车室、一级汽车客运候车楼、一级港口客运站、大型航站楼、大型体育场馆、大型影剧院、大型商场、大型博物馆、大型展览馆、大型会展中心，以及特大型机库等第四十一页，共92页。特别不规则的

超限高层建筑工程的界定《四川省抗震设防超限高层建筑工程界定标准》

（DB51/T5058—2008）：

在第4.1.2条所列1～11各项中同时具有三项或三项以上不规则的高层建筑（6度时，当钢筋混凝土框架结构的房屋高度不大于40m，其它钢筋混凝土结构的房屋高度不大于表3.0.1所列高度1/3的高层建筑，为同时具有下列四项不规则程度的高层建筑——但当三项均系复杂高层建筑结构的情况时仍为三项）应界定为抗震设防超限高层建筑工程。

第四十二页，共92页。结构不规则1扭转不规则

当结构中有下列一种或一种以上情况时，为扭转不规则：1）扭转位移比大于1.2；2）任一层的偏心率大于0.15或相邻层质心相差较大。2凹凸不规则或平面长宽比较大

当结构中有下列一种或一种以上情况时，为凹凸不规则或平面长宽比较大：第四十三页，共92页。结构平面凹凸不规则示意图

第四十四页，共92页。凹凸不规则1）平面凹进或凸出一侧的尺寸l大于相应投影方向总尺寸Bmax的35%（6、7度时）或30%（8、9度时）（图4.1.1-1a、b、c、d、e、f）；

2）细腰形平面的凹进或凸出一侧的尺寸l虽不大于相应投影方向总尺寸Bmax的35%（6、7度时）或30%（8、9度时），但细腰部分的宽度B1小于Bmax的50%（6、7度时）或60%（8、9度时）（图4.1.1-1c、d）；3）平面突出部分的长度l与连接宽度b之比超过2.0（6、7度时）或1.5（8、9度时）图（4.1.1-1a、b、c、d、e、f）；4）矩形平面的长度L与宽度B之比大于6.0（6、7度时）或5.0（8、9度时）（图4.1.1-1g）；5）角部重叠形平面的角部重叠面积小于较小一个平面面积的35％（图4.1.1-1h）；第四十五页，共92页。楼板局部不连续3楼板局部不连续结构中有下列一种或一种以上情况时，为楼板局部不连续：1）有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%；2）在任一方向的有效楼板宽度小于5m；3）楼板开洞面积大于该层楼面面积的30%；4）除错层结构外，楼板相错高度大于梁高或大于600mm且错层面积大于该层楼板总面积的30％。第四十六页，共92页。竖向不规则4侧向刚度不规则

楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。5竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递。6沿竖向尺寸突变

当具有下列一种或一种以上情况时，为沿竖向尺寸突变：第四十七页，共92页。竖向不规则1）上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1小于下部楼层水平尺寸B的0.75倍(图4.1.1-2)；

结构竖向收进结构外挑

2）下部楼层的水平尺寸B小于上部楼层水平尺寸B1的0.9倍或楼层整体外挑尺寸a大于4m(图4.1.1-3)。第四十八页，共92页。竖向不规则7楼层承载力突变

抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。8带加强层结构；9错层结构；10连体结构；

11多塔楼结构。第四十九页，共92页。特别不规则（一抵三）某一项超过不规则指标较多的超限高层建筑工程的界定：1扭转位移比大于1.4；2扭转周期比：A级高度高层建筑大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑结构建筑大于0.85；3单塔或多塔楼结构与大底盘的质心距离大于底盘相应边长的20%；4结构平面凹进或凸出的一侧尺寸l大于相应投影方向总尺寸Bmax的55%（6、7度时）或45%（8、9度时）(图4.1.1-1a、b、c、d、e、f)；5当结构平面为细腰形时，细腰部分的宽度B1小于Bmax的35%（6、7度时）或45%（8、9度时）（图4.1.1-1c、d)；第五十页，共92页。特别不规则（一抵三）6当结构平面有局部突出时，突出部分长度l与连接部位宽度b之比超过3（6、7度时）或2.5（8、9度时）（图4.1.1-1a、b、c、d、e、f）；7角部重叠形平面的重叠面积小于较小一个平面面积的20%（6、7度时）或25%（8、9度时）(图4.1.1-1h)；8有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的35%，或楼板在任一方向的有效楼板宽度小于4m，或开洞面积大于该层楼面面积的55%（6、7度时）或50%（8、9度时）；第五十一页，共92页。特别不规则（一抵三）9除转换层外，楼层侧向刚度小于相邻上一层的50%，或小于其上相邻三个楼层平均值的60%（6、7度时）或65%（8、9度时）；

对于带转换层的结构，当底部大空间为一层时，转换层上、下层结构等效剪切刚度比大于2；当底部大空间层数大于一层时，转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比大于1.3；当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。10钢筋混凝土部分框支剪力墙结构高层建筑，在地面以上的底部大空间层数：7度时超过5层，8度时超过3层；

117～9度时，采用厚板转换结构；第五十二页，共92页。特别不规则（一抵三）12竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力有两次或两次以上由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递的结构；13上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1小于下部楼层水平尺寸B的0.6倍（图4.1.1-2）；14下部楼层的水平尺寸B小于上部楼层水平尺寸B1的0.8倍；或楼层整体外挑尺寸a大于6m（图4.1.1-3）；15各部分层数、刚度和结构布置有较大不同的错层或连体结构。第五十三页，共92页。3结构选型与结构布置结构体系框架结构剪力墙结构框架-剪力墙结构

结构选型

竖向承重结构

水平承重结构

下部结构

第五十四页，共92页。结构体系结构体系是指结构抵抗竖向荷载和水平荷载时的传力途径以及构件组成方式，竖向荷载通过水平构件(楼盖)和竖向构件(柱、墙、斜撑等)传递到基础，是任何结构最基本的传力体系；而在高层建筑中，抗侧力体系要将房屋承受的水平荷载传到基础，侧力体系的选择和组成成为高层建筑结构设计的首要考虑及决策重点，多数情况下，它与竖向荷载传力途径是统一的。高层建筑的结构体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着建筑高度和功能的发展需要而不断发展变化。由最初的框架体系，发展到剪力墙体系，再发展为框架一剪力墙体系、框架一简体体系、框简体系、筒中简体系、巨型框架体系、脊骨体系，继而又发展了带转换层体系，连体体系、悬挑体系、带加强层体系、平面不规则体系等等。随着建筑功能及形式的不断发展，抗侧力结构体系也需要不断发展，不断改进、创新，在积累经验和深入研究的基础上逐渐形成各种新的、高效而合理的抗侧力体系。第五十五页，共92页。框架结构体系由梁、柱组成的结构成为框架。整栋结构都有梁、柱组成，就称为框架结构体系。它是高层抗侧力体系最基本的组成部分。框架结构体系具有平面布置灵活、房屋自重轻、施工方便、节省材料等优点。

框架结构的抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性矩小，侧向变形较大，这是框架的主要缺点，也因此限制了框架结构的使用高度。按照抗震要求设计的钢筋混凝土框架结构都可以成为延性大，耗能能力强的延性框架结构，具有较好的抗震性能。因此，在地震区高度不大的高层建筑中、框架是一种较好的结构体系第五十六页，共92页。剪力墙结构体系用钢筋混凝土剪力墙抵抗竖向荷载和抵抗水平力的结构称为剪力墙结构体系。剪力墙结构是指一个完全由剪力墙抵抗水平荷载的结构，剪力墙构件可作为设备井的墙体，也可作为电梯井、楼梯间的墙体或房间的内隔墙。

剪力墙通常贯通到基底并与基础刚性连接，形成竖向悬臂梁。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，抗侧刚度大，承载力大，在水平力作用下的侧移小，经过合理设计，能设计成抗震性能好的延性剪力墙，具有令人满意的抗震性能。剪力墙结构施工方便，适用高度较大的高层建筑。然而，由于剪力墙的间距一般很小，平面布置不灵活、建筑空间受到限制就成为它的主要缺点。此外，剪力墙结构的自重往往也较大。第五十七页，共92页。框架一剪力墙(简体)在结构中同时布置框架和剪力墙，就形成框架一剪力墙结构；两个方向的剪力墙围成简体，就形成框架一简体结构，二者可以统称为框一剪力墙结构。它可以将两种结构互相取长补短，即能提供较大较灵活的布置空间，又具有良好的抗震性能，因此这种体系在高层建筑中获得了广泛应用闭。由于框架、剪力墙的协同受力，结构的层间变形沿建筑高度比较均匀．地震时，一般情况下，剪力墙为第一道防线，框架为第二道防线，形成了多道抗震设防结构。框架一剪力墙结构适用建筑高度范围较大。特别是，当剪力墙布置成简体时，适用高度范围将进一步提高，同时提高了材料的利用率，使得建筑布置更加合理。第五十八页，共92页。框筒和桁架筒结构体系由密柱深梁框架组成的空间结构，称为框筒。由梁、柱、斜支撑形成桁架，并由数片桁架围成“筒”状，一般布置在建筑物的外围，就形成了桁架筒。框筒结构中，由于结构构件都布置在建筑物周边，因此内部空旷，布置比较灵活。框筒的空间作用比较明显，抗侧刚度和抗扭刚度都很大。桁架筒结构受力合理，材料利用率高，结构的整体抗侧刚度很大。桁架筒主要用于钢结构。这两种结构体系都非常适合建造较高的高层建筑。当框筒和桁架筒采用钢筋混凝土结构时，延性可能不好，因此，在高烈度地震区，要慎重设计框筒或桁架筒结构。第五十九页，共92页。筒中筒结构体系筒中筒结构由外筒和内筒组成，外筒为框筒或桁架筒，内筒可以采用剪力墙围成的实腹筒，或采用内钢桁架筒或内框筒。筒中筒结构侧移曲线呈弯剪型，具有结构刚度大，层问变形均匀等优点。但是它的平面形状比较呆板。与框筒结构一样，钢筋混凝土的筒中筒结构，延性比较差。第六十页，共92页。结构选型房屋结构可分成竖向结构、水平结构和底部结构。根据房屋高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术等因素考虑适宜的房屋各部分结构的体系称为结构选型。

结构选型既关系到高层建筑使用功能的实现又影响着高层结构安全和正常适用，是高层建筑结构设计极其重要的环节。结构选型包括以下主要内容：(1)选择合适的竖向承重结构；(2)选择合适的水平承重结构；(3)选择合适的基础结构。第六十一页，共92页。结构选型的主要内容高层建筑的竖向承重结构有框架、剪力墙、框架一剪力墙、简体等多种形式；水平承重结构有单向板肋形楼盖、双向板肋形楼盖、井式楼盖、密肋楼盖、无梁楼盖等多种形式；基础结构有独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础、桩基础等多种形式。为了要选择合适的结构形式，要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求：(1)满足使用要求；(2)尽可能地与建筑型式相一致；(3)平面和立面型式规则，受力好，有足够的承载力、刚度和延性；(4)施工简便；(5)经济合理。第六十二页，共92页。竖向承重结构的选型在对竖向承重结构进行选型时，首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的，因而它们适应的高度也不同。一般说来，框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况；框架．剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求；层数很多或设防烈度较高时，可用简体结构。各种体系适宜应用的高度见表。假定截面面积为1的构件，分别采用方形柱(1000×1000)和剪力墙(160×6250)，则截面惯性矩分别为O．083、3．255，后者的截面刚度是前者的39．2倍，故在同等材料用量情况下，采用剪力墙结构可以获得更大的抗侧刚度。第六十三页，共92页。各种结构适合高度第六十四页，共92页。算例1某20层高层建筑，层高4m，共80m。设计使用年限50年，设防烈度7，Ⅱ类场地士，设计地震分组为第一组。楼板厚120衄，楼面活载取2．5kn／m2，楼梯间活载取3．5kN／In2。柱子截面尺寸：1～10层为1000×1000，10～20层800×800主梁截面尺寸为250×800mm，次梁截面尺寸为250×600mm。墙、柱采用c40混凝土，梁、板采用c30混凝土；受力钢筋采用HRB400，箍筋、分布筋采用HBP235。现选取两种结构体系进行比较：一种是框架结构，一种是框架一剪力墙结构第六十五页，共92页。T3/T1第六十六页，共92页。剪重比第六十七页，共92页。轴压比第六十八页，共92页。水平承重结构的选型水平承重结构对保证建筑物的整体稳定和传递水平力有重要作用。水平承重结构选型通常有以下几种，平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系：平板体系采用单向板或双向板，常用于剪力墙结构或筒体结构。其优点是板底平整，可以不加吊顶，结构高度低，可以降低层高。但当跨度大时，采用平板较困难，一般非预应力平板不宜成过6m，预应力平板不宜超过9m，否则平板厚度过大，楼面重量太大。采用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖：在层高受限制情况下，公用建筑常采用无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽，以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是：普通钢筋混凝土楼面6m以内；预应力混凝土楼面可达9m。第六十九页，共92页。楼盖体系密肋楼盖：密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。肋形楼盖：梁板式肋形楼盖应用最广泛，现浇梁板一般用定型模板施工。当采用装配式楼板时，框架一剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足：房屋高度超过50m时，框架一剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构；剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时，8、9度抗震设计的框架一剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构；6、7度抗震设计的框架一剪力墙结构可采用装配整体式楼盖：框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖，混凝土强度等级不宜低于c20，也不宜高于C40。第七十页，共92页。下部结构的选型高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏，不但关系到结构的安全，而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。因此，在确定基础形式时，应对上部结构和地质勘探资料进行认真研究，选用多个基础方案进行比较后作出决定。高层建筑基础形式通常有以下几种：柱下独立基础：适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时，可采用地锚将基础锚固在岩石上，锚入长度≥40交叉梁基础：即双向为条形基础。适用：层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架一剪力墙结构。第七十一页，共92页。基础选型片筏基础：适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。当基岩埋置深度很深，水下水位又很高，但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时，选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱，应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时，还要进行抗浮验算。箱形基础：适用于层数较多、土质较弱的高层建筑。桩基础：适用于地基持力层较深时采用。复合基础：适用于层数较多或土质较弱时采用。第七十二页，共92页。基础选型第七十三页，共92页。基础选型第七十四页，共92页。复合地基加载试验第七十五页，共92页。结构布置结构布置的原则：

(1)满足使用要求，并尽可能地与建筑平、立、剖面划分相一致；

(2)满足人防、消防要求，使水、暖、电各专业的工作能有效进行；

(3)结构上受力可靠，变形小：

(4)妥善处理温度、地基不均匀沉降以及地震影响；

(5)施工简便；

(6)经济合理。第七十六页，共92页。结构布置内容结构布置包括：(1)平面布置；(2)竖向布置；(3)变形缝设置其中平面布置的要点为：

（1）简单、规则、均匀、对称；

（2）承重结构应双向布置，偏心小，构件类型小；（3）平面长度和突出部分应满足有关要求，凹角处宜采用加强措施。同时，在相同的面积条件下，剪力墙沿周边分散布置有利于结构抗扭能力的提高。第七十七页，共92页。算例2第七十八页，共92页。计算结果第七十九页，共92页。算例3第八十页，共92页。结构扭转效应减少方法为减小高层建筑结构的扭转效应，从根本上是要从减小结构所受的外扭矩与提高结构的抗扭刚度入手，具体途径有：(1)抗侧力构件平面尽量做到简单、规则、均匀、对称布置，减少外合作用点与结构刚心的偏心距离，以减小结构所受的外扭矩。(2)增大抗侧力构件的断面尺寸，且尽量采用规整的截面形式(如方形、圆形)，以提高结构的抗扭结构。(3)有条件的情况下，可以减小结构的层高来获得较大的结构抗扭刚度。(4)主要抗侧力构件宜分散、均匀，沿结构周边布置，以获得较大的结构抗扭刚度。根据概念设计知识，剪力墙的布置宜简单、规则、均匀、对称；在相同的面积条件下，剪力墙沿周边分散布置有利于结构抗扭能力的提高。第八十一页，共92页。算例4第八十二页，共92页。结构竖向布置高层建筑应选择有利的竖向布置。沿竖向高层建筑结构的强度与刚度宜均匀、连续、无突然变化。在地震区尤其要避免刚度过大突变，以防治严重震害。同时，为了保证建筑物在水平力作用下不发生倾覆，并保证建筑物的整体稳定性，高层建筑高宽比不宜过大第八十三页，共92页。竖向布置一般要求(1)竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。(2)抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。(3)A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宣小于其上一层受剪承载力的65％；B级高度高层建筑不宜小于75％。(4)抗震设计时，结构竖向抗侧力结构宜上下连续贯通。竖向抗侧力结构上下