多层及高层建筑结构设计课件

2.1作用及其分类2.2竖向荷载2.3风荷载2.4

地震作用2.5变形作用第二章高层建筑结构上的作用2.1作用及其分类直接作用（荷载）——施加在结构上的集中或分布荷载自重、活载间接作用（作用）——引起结构外加变形或约束变形的原因（温度变化、焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等）back时间变异位置变异结构反应永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震偶然作用地震、爆炸、撞击固定作用自重、固定设备荷载可动作用吊车荷载、人员荷载静态作用自重、楼面活荷载动态作用地震、吊车荷载、设备振动、风荷载按荷载作用的方向水平荷载：风荷载、地震作用竖向荷载：结构自重、楼面活荷载

2.2竖向荷载1.永久荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）2.可变荷载（活荷载）

《建筑结构荷载规范》楼面、屋面活荷载、雪荷载标准值

高层民用建筑楼面活荷载及其准永久值系数的补充项目 活荷载标准值（kN/m2）准永久值系数Ψq酒巴间、舞厅、展销厅 3.0～4.0 0.5屋面花园 4.0～5.00.8贮藏室 5.0～8.0 0.8 饭店厨房、洗衣房 4.0～5.0 0.5 健身房、娱乐室 3.0～4.50.5

楼面活荷载补充（见结构技术措施P13页）序号 楼面用途 均布活荷载标准值(KN/m2) 准永久值系数Ψq组合值系数ΨC1 阶梯教室 3 0.60.72 微机电子计算机房3 0.50.73 大中型电子计算机房≥5，或按实际 0.70.74 银行金庫及票据仓库10 0.9 0.95 制冷机房 8 0.9 0.76 水泵房 10 0.90.77 变配电房 10 0.90.78 发电机房 10 0.9 0.79 设浴缸、坐厕的卫生间4 0.50.710有分隔的蹲厕公共卫生间（包括填料、隔墙） 8 0.6 0.711 管道转换层 4 0.6 0.7目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量(恒载与活载)大约如下：框架、框架-剪力墙结构体系12～14kN/m2剪力墙、筒体结构体系13～16kN/m2短肢剪力墙结构体系1０～1２kN/m2

其中活荷载平均约2～3kN/m2，仅占全部竖向荷载的15%～20%。因此，活载不利布置所产生的影响较小，可不考虑活载的不利布置。2.3风荷载垂直于建筑物表面的风荷载标准值式中：——基本风压back

——风压高度变化系数

——风荷载体型系数

——风振系数考虑范围房屋结构H>30m&H/B>1.5

建筑抗震设防目标与标准抗震设防及其思想设防依据设防目标及其实现两阶段设计三水准地震作用的标定建筑类别与设防标准2.4地震作用2.4.1抗震设计的概念1、抗震设防及其思想抗震设防对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施指导思想预防为主减轻结构震害避免人员伤亡减少经济损失使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行趋势使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力back2、设防依据——抗震设防烈度定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防设防范围6-9度back3、抗震设防目标：

小震不坏、中震可修、大震不倒

抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。

大于9度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑，抗震设计有专门规定。4、两阶段设计back阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，即作用分项系数均取1.0说明：第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。

5、三水准地震作用的标定基本假定地震强度呈极值分布烈度符合极值III型back地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%约2000年计算

F(I)=exp[-(12-I)k/(12-Im)k]，RT=-T/ln(1-F(I)))If(I)ImI0Is一般关系烈度：Im=I0-1.55,Is<=I0+1

加速度：PGAm=PGA0*1/3,PGAs=PGAm*(4-6)6、建筑类别与设防标准建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算特殊设防类（甲类）使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发上严重次生灾害等特特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑提高一度（9度适当提高）特殊考虑重点设防类（乙类）指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需提高设防标准的建筑提高一度（9度适当提高）原设防烈度标准设防类（丙类）甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度适度设防类（丁类）指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许一定条件下适度降低要求的建筑降低一度（6度不降）原设防烈度back《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-20082.4.2地震作用计算一般说明和计算原则基本计算数据水平地震作用的计算竖向地震作用的计算back1、一般说明和计算原则影响设计地震作用的因素设计地震作用的方向地震作用的计算范围和原则地震作用的计算方法及其适用范围计算模型back2、影响设计地震作用的因素地震动特性方面抗震设防烈度场地类别结构特性方面结构自振周期建筑质量（重力荷载）结构阻尼比（材料）back设计地震作用的方向水平（两个）竖向（一个）结构效应的方向平动（两个水平、一个竖向）扭转（竖轴）3、设计地震作用的方向back4、地震作用的计算范围和原则计算范围-水平地震作用

6度区（除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外）可不算

7-9度区（除可不进行上部结构抗震验算的房屋外）均算8、9度大跨度结构和长悬臂结构9度的高层建筑水平地震作用的计算原则

竖向地震作用

一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响back地震作用的计算方法及其适用范围地震作用结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过40m，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑H>80m，7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H>60m，8度III、IV类场地和9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）竖向弹性底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构back基本计算数据重力荷载代表值结构自振周期设计反应谱结构自振周期

对于质量与刚度沿高度分布均匀的框架、框剪结构周期折减系数

填充砖墙《高规》：

框架结构0.6～0.7

框剪结构0.7～0.8剪力墙结构0.9～1.0《全国民用建筑工程设计技术措施结构》：结构类型填充墙较多填充墙较少框架结构框剪结构剪力墙结构0.6～0.70.7～0.80.9～1.00.7～0.80.8～0.91.0

【例题】某多层实验楼，建设地点：西安；层数6层，局部7层，底层层高4.5m，其他各层层高3.6m；柱截面尺寸700x700；三层平面图如图所示。

地震设防烈度8度（0.20g），场地土类别3类；设计地震分组第一组，特征周期0.45。采用TAT三维空间分析程序进行分析。TAT计算假定：楼板在平面内为无限刚性；采用空间杆系、薄壁柱计算模型。考虑藕联地震力，计算振型数：18。计算时，基本风压。计算变化参数为框架柱截面尺寸及周期折减系数，框架柱截面尺寸分别取600x600、700x700、800x800，周期折减系数分别取0.6、0.7及0.8。计算结果见下表。周期折减系数的取值对地震剪力、层间弹性位移角、层间弹塑性位移角都有很大的影响，周期折减系数越小，地震力、层间位移角及层间弹塑性位移角则越大，两者关系基本呈线性关系。当周期折减系数分别取0.6及0.8时，地震剪力可减少30%。back计算模型——集中质量模型多高层房屋无扭转有扭转单层厂房横向纵向重力荷载代表值重力荷载代表值永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值back永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值设计反应谱水平地震影响系数

水平地震影响系数曲线水平地震影响系数曲线水平地震影响系数最大值T(s)ααmax0.45αmax00.1Tg（特征周期）3.0α=(Tg/T)0.9αmax

>=0.2αmax场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震0.250.400.550.85烈度6789多遇地震183672144罕遇地震----225405630烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40back设计近远震场地类别5、场地类别的划分back场地覆盖层厚度(m)场地土类型03980坚硬中硬中软软弱IIIIIIIVback6、水平地震作用的计算振型分解反应谱法底部剪力法时程分析法楼层水平地震剪力的分配扭转问题地基—结构动力相互作用振型分解反应谱法back计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合xg(t)xi(t)a1iajiani两点注意：计算步骤塔楼底部剪力法计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkΔFn

顶部附加地震作用

突出屋面小建筑物

适用条件backGeq——结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85楼层水平地震剪力的分配现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等