高层建筑结构设计要求及荷载效应组合

第四章

荷载效应组合及设计要求高层构造的设计要求2荷载效应组合1主要内容荷载效应组合1无地震作用有地震作用竖向荷载：构造、填充墙、装修等自重和楼面运用荷载、雪荷载；程度荷载：风荷载和地震作用。按照概率统计和可靠度实际把各种荷载效应按一定规律组合。荷载规范值：风荷载、地震等效荷载。分项系数：思索各种荷载能够出现超越规范值的情况而确定的荷载效应增大系数。组合系数：思索到某些荷载同时作用的概率较小，在叠加其效应时要乘以小于1的系数。几个概念：

工程构造设计时应区分以下设计情况〔工程构造可靠性设计一致规范GB50153-2021第4.2.1条〕：①耐久设计情况：适用于构造运用时的正常情况；②短暂设计情况：适用于构造出现的暂时情况，包括构造施工和维修时的情况等；③偶尔设计情况：适用于构造出现的异常情况，包括构造蒙受火灾、爆炸、撞击时的情况等；④地震设计情况：适用于构造蒙受地震时的情况，在抗震设防地域必需思索地震设计情况。1.1、耐久设计情况和短暂设计情况下〔无地震作用组合〕当荷载与荷载效应按线性关系思索时，按下式：分项系数；荷载组合的效应设计值；永久荷载、楼面活荷载、风荷载规范值；思索构造设计运用年限的荷载调整系数，设计运用年限为50年时取1.0，设计运用年限为100年时取1.1；楼面活荷载和风荷载组合系数。SGE——重力荷载代表值的效应，1.0自重+0.5雪荷载+〔0.5-0.8〕活荷载1.2、地震设计情况下当作用与作用效应按线性关系思索时，荷载效应组合按下式确定：SEhk——程度地震作用规范值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数；SEvk——竖向地震作用规范值的效应，尚应乘以相应的增大系数、调整系数；分项系数；风荷载组合系数。高层构造的设计要求2承载力要求侧移要求温馨度要求稳定性和抗倾覆延性要求高层建筑构造构件的承载力应按以下公式验算：①耐久设计情况、短暂设计情况〔无地震作用〕0Sd≤Rd②地震设计情况Sd≤Rd/rRE 2.1、承载力要求思索地震作用的偶尔性与短时性。钢筋混凝土构件的承载力抗震调整系数gRE型钢〔钢管〕混凝土构件的承载力抗震调整系数gRE钢构件承载力抗震调整系数gRE当仅思索竖向地震作用组合时，各类构造构件承载力抗震调整系数rRE均应取1.0。高层建筑应具备必要的刚度，在正常运用条件下，防止产生过大的位移而影响构造的承载力、稳定性和运用要求。2.2、侧移限制1、运用阶段层间位移限制在风荷载或多遇地震规范值作用下，构造按弹性计算的楼层层间最大程度层位移与层高之比△u/h应满足：⑴高度≤150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比，不宜大于下表的限值：结构体系框架1/550框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙1/800筒中筒、剪力墙1/1000除框架结构外的转换层1/1000楼层层间最大位移与层高之比的限值⑵高度≥250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u/h不宜大于1/500；⑶高度在150～250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u/h的限值，按上述限值线性插值取用。限制侧移的缘由：防止主体构造开裂、破坏；防止填充墙和装修开裂、破坏；过大的变形会使电梯等无法正常任务；并使人有不温馨感；过大的侧移还会使构造产生附加应力。2、罕遇地震作用下的弹塑性层间位移限制——大震不倒在罕遇地震作用下，为防止倒塌，高层建筑要限制构造的最大弹塑性层间侧移——即薄弱层的弹塑性变形验算。⑴以下构造应进展弹塑性变形验算：①7～9度时楼层屈服强度系数ξy＜0.5的框架构造；②7～9度甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑构造；③采用隔震和消能减震技术的建筑构造。④房屋高度大于150m的构造。楼层屈服强度系数，为按构件实践配筋和资料强度规范值计算的楼层受剪承载力，与按罕遇地震作用计算的楼层弹性地震剪力的比值。计算构造楼层或构件的受剪承载力规范值，取决于实践构造的破坏机制。由于地震作用的随机性，构造在强震下的破坏机制很难预估。因此，普通只能假设在一定破坏机制条件下估计其楼层受剪承载力。较简化的适用计算方法有“拟弱柱化法〞、“节点失效法〞、“节点平衡法〞等。⑵以下构造宜进展弹塑性变形验算：①符合下表所列范围且竖向不规那么的高层建筑构造；②7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度抗震设防的乙类建筑构造；③板柱—剪力墙构造。在罕遇地震作用下，大多数构造进入弹塑性形状，变形较大，验算构造层间变形能否超越限值。构造薄弱层〔部位〕层间弹塑性位移应符合下式要求：△up——层间弹塑性位移；h——层高；——层间弹塑性位移角限值，按下表采用：结构类别框架结构1/50框架—剪力墙结构、框架—核心筒结构、板柱—剪力墙结构1/100剪力墙结构和筒中筒结构1/120除框架外的转换层1/120层间弹塑性位移角限值对框架构造，当轴压比＜0.40时，可将表中数值提高10％；当柱子全高的箍筋构造采用比本规程中框架柱箍筋最小配箍特征值大30％时，可将表中数值提高20％，但累计不宜超越25％。影响高层建筑温馨度的主要两个方面：一是构造在风的作用下，出现过于明显的变速振动；二是楼盖的竖向振动频率和加速度。1、风载下构造顶点最大加速度限值高度较大的高层建筑，在风载下易产生风振。过大的振动加速度，会使人产生不适甚至不能忍受。2.3、温馨度要求温馨度与风振加速度的关系：<高层建筑混凝土构造技术规程>规定，高度超越150m的高层建筑具有良好的运用条件，满足温馨度的要求。在<建筑构造荷载规范>规定的10年一遇的风荷载规范值作用下，构造顶点的顺风向和横风向振动最大加速度不应超越下表限值。使用功能住宅、公寓0.15办公、旅馆0.25构造顶点最大加速度2、楼盖竖向振动加速度限值<高层规程>中规定楼盖构造的竖向振动频率不宜小于3Hz，竖向振动加速度不应超越下表的限值。构造整体稳定性是高层建筑设计的根本要求。研讨阐明，高层建筑混凝土构造仅在竖向重力荷载作用下产生整体丧失稳定的能够性很小。稳定性设计主要是控制在风荷载或程度地震力作用下，重力荷载产生的二阶效应〔P-Δ〕不致过大，以免引起构造的失稳、倒塌。P-Δ效应：在程度荷载作用下，高层建筑出现侧移后，重力荷载会产生附加弯矩，附加弯矩又会增大侧移，这种二阶效应称为P-Δ效应。由此可见，构造整体稳定性问题，实践上是构造抗侧移刚度和重力大小的问题。构造抗侧移刚度和重力荷载之比〔简称刚重比〕是影响重力P-Δ效应的主要参数。2.4、稳定性与抗倾覆1、在程度力作用下，当高层建筑构造满足以下规定时，可不思索重力二阶效应的不利影响。1〕剪力墙、框架—剪力墙构造、筒体构造

2〕框架构造：式中：EJd—构造在一个主轴方向的等效侧向刚度。H—房屋高度Gi,Gj—分别为第i,j楼层的重力荷载设计值Di—第i楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力与层间位移的比值。n—构造总层数。2、高层建筑构造的稳定应符合以下规定1〕剪力墙、框架—剪力墙构造、筒体构造

2〕框架构造：

〔i=1,2,…,n)3、抗倾覆控制：⑴、控制高宽比H/B；⑵、控制基底零应力区面积，<15％总面积。1、延性的概念—普通是指资料的塑性变形才干对于构件和构件截面来讲，延性是指坚持承载力情况下的塑性变形才干。以钢筋混凝土适筋梁为例加载至钢筋屈服加载至极限荷载利用延性吸收地震能延性比＝2.5、延性的要求2、延性——塑性变形带来的变化⑴有利方面：出现塑性变形后，构造的刚度减小、周期变长，构造所遭到的地震作用明显减小。这对抵抗地震作用、尤其是大震过后的余震是非常有利的；⑵不利方面：出现塑性变形，意味着混凝土构件要出现塑性铰、较大的裂痕和永久变形。会影响到构造的稳定。构造的继续运用需求修复。从抗震角度来看，出现超越设防烈度的地震是不可防止的，构造应该具备足够的塑性变形才干。但是构造过早地出现塑性变形也是非常不利的。构造在小震、甚至风荷载作用下就出现塑性变形，必然导致裂痕和变形过大，将影响到建筑物的正常运用。正是基于上述缘由，<建筑抗震设计规范>采用了“三个水准〞的抗震设计原那么：小震不坏——构造处于弹性形状；中震可修——构造出现塑性变形；大震不倒——构造应坚持整体稳定。3、构件的延性控制——抗震等级由此可见，延性是必需的，但延性的利用是有代价的。因此，重要性不同构件，应有不同的延性控制。而且影响延性的要素是比较复杂的。以最简单的梁端塑性铰为例：压区高度资料变形才干塑性变形中不能剪坏计算和构造我国<规范>根据设防分类、设防烈度、构造类型、房屋高度，划分了构造的抗震等级。一级要求最高，延性很好，二级、三级次之，四级要求最低。不同抗震等级，对应不同的延性要求。设计时采取不同的计算和构造措施。对钢筋混凝土构造，如下表所示：⑴甲、乙类建筑：应按本地域的抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；当建筑场地为I类时，应允许仍按本地域抗震设防