工学高层建筑设计第4章-设计要求及荷载效应组合说课材料

第4章

设计要求及荷载效应组合4.1荷载效应组合及最不利内力4.2承载力验算4.3侧移限值4.4舒适度要求4.5稳定和抗倾覆4.6抗震结构延性要求和抗震等级4.1荷载效应组合及最不利内力1、无地震作用组合：4.1.1荷载效应组合S=γGSGK+γLψQγQSQK+ψWγWSWk

γL——考虑结构使用年限的荷载调整系数。50年时取1.0；100年时取1.12、有地震作用组合：SE=γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk注：抗震设计时，应同时考虑无地震作用组合和有地震作用组合。4.1.2竖向活荷载的布置2、活载布置高层民用建筑一般满布计算内力(图4-4(d))，为了安全起见，可以把框架梁的弯矩乘以1.1~1.2的放大系数.在贮藏、书库或其他有很重使用荷载(q>4kN／m2)的结构中，应考虑最不利荷载布置(图4-4(a)、(b)、(c))

。1、恒载布置——全部作用在结构上。4.1.4控制截面及最不利内力1、梁(1)两端支座截面最大负弯矩及最大剪力；在水平荷载作用下，端截面还有正弯矩；组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力。(2)跨中截面——最大正弯矩。2、柱控制截面为上、下两个端截面，柱子多设计成对称配筋。要考虑下述四种可能组合：|M|max及相应的N；Nmax及相应的M；Nmin及相应的M。|M|比较大（不是绝对最大），但N比较小或N比较大（不是绝对最小或绝对最大）。柱子还要组合最大剪力Vmax。4.1.5内力调整1、竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅(1)降低支座负弯矩，以减少配筋面积。(2)

跨中弯矩乘以1.1～1.2增大系数。(3)

调幅后各弯矩满足以下要求：M

0≥0.5M及0.5(M

1+M

2)+M

0≥M见图4-5由弹性静力计算得到的内力需要先进行局部调整，然后进行内力组合2、水平力作用下框一剪结构中框架内力调整(1)框架内力一般要比弹性计算值大，在于：楼板在水平力作用下会有变形；在地震作用下，剪力墙会出现塑性变形而刚度降低。(2)框架内力一般按下列方法调整(pp129)：VFi≥0.2V0的楼层，不调整。VFi

＜0.2V0的楼层，按下两式中的较小值调整Vfi。见图4-64.2承载力计算(1)按极限状态设计要求，构件承载力计算表达式为：不考虑地震作用的组合时：γ0S≤R不考虑地震作用的组合时：SE≤RE/

RE或：

RESE≤RE(2)地震作用下，构件承受反复作用力及变形，承载力RE要降低(见表4-1)；(3)抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。(4.2-1)(4.2-2)注：抗震设计时，应同时按式(4.2-1)、(4.2-2)进行承载力计算。4.3侧移限值4.3.1使用阶段层间位移限制(1)正常使用条件下的结构水平位移，考虑风荷载和地震作用(见图4-1)，用弹性方法计算。(2)以楼层层间最大位移δ与层高h之比作为限制条件，即：(3)为什么限制结构侧向位移？δ/h

≤[δ/h]见表4-24.3.2防止倒塌的层间位移限制(1)验算范围：7～9度设防的、楼层屈服强度系数ξy小于0.5的框架结构；采用隔震和消能减震技术的建筑结构；7～9度时的甲类建筑和9度时的乙类建筑结构；房屋高度大于150m的结构。(2)要求：

up

≤[θp]h[θp]=[δ/h]见表4-3(3)结构层间弹塑性变形的计算不超过12层且刚度无突变的框架结构、填充墙框架结构可以采用下述简化方法验算：①计算罕遇地震时楼层的层剪力Ve；②确定结构的薄弱层；③楼层屈服强度系数ξy定义为：ξy=Vya/Ve④计算薄弱层的层间弹塑性位移：

up

=ηpue或

up=μuy

=uyηp/ξy除上述情况以外的高层建筑结构，可采用静力弹塑性或动力弹塑性分析方法计算结构的层间位移，时程分析方法是一种直接动力法。4.4舒适度要求使用功能amax(m／s2)住宅、公寓0.15办公、旅馆0.25(1)高度超过150m的高层建筑结构应满足风振舒适度的要求。(2)顶点最大加速度amax，可按《荷载规范》规定的10年一遇的风荷载标准值计算，或通过风洞试验确定。(3)顺风向与横风向结构顶点最大加速度amax不应超过下表的限值。过大的侧向位移会使结构产生附加内力。1、水平向风振舒适度2、楼盖舒适度楼盖结构应具有适宜的舒适度；楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz；竖向振动加速度峰值不应超过下表的限值。4.5稳定和抗倾覆4.5.1稳定验算整体稳定一般易满足；构件的P-效应要保证(1)高层钢筋混凝土结构的稳定验算——计算柱的承载力时考虑偏心距增大系数，可不再计算P-效应。(2)高层钢结构的稳定验算(pp77)各楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足一定要求；δ/h满足一定要求时可不考虑P-效应。4.5.2抗倾覆问题(1)控制高宽比(2)基底零应力区满足一定要求时不需要进行抗倾覆验算(pp77)

。4.6抗震结构延性要求和抗震等级(1)延性的概念延性——结构(截面)能维持承载能力而又具有较大的塑性变形的能力。如图4-2：截面开始屈服——My、

y、fy、

y截面破坏——Mu、

u、fu、

u

截面和构件的塑性变形能力常常用构件延性比来衡量：构件位移延性比：

f=fu/fy

截面曲率延性比：

=

u/

y顶点位移延性比:

=

u/

y4.6.1延性结构的概念延性比越大，延性越好。(2)延性结构设计基本措施钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论基本要点：允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量；控制塑性铰出现部位——选择合理截面形式及配筋构造；塑性铰本身有较好的塑性变形能力和吸收耗散能量的能力；塑性铰能使结构具有较大的延性。实现抗震高层建筑延性的措施：合理选择结构体系；合理布置结构；对构件及其连接采取各种构造措施；控制施工质量。(见图4-3)4.6.2抗震等级抗震等级是结构抗震计算(指内力调整)和采取抗震措施的依据，与设防烈度、房屋高度、建筑类别、结构类型及构件的重要性等有关。抗震等级共分为特一及一、二、三、四级(PP80表4-5~表4-6)，其划分考虑了技术要求和经济条件及科技和经济水平的提高。房屋结构的建筑类别按其重要性分为甲、乙、丙三类，其抗震等级与设防烈度有关。决定抗震等级时考虑的设防烈度可以不同于计算地震作用时的设防烈度,见表4-4。在同等的设防烈度和房屋高度的情况下，重要性不同的构件，抗震要求可不相同。本章结束，谢谢听讲！表4-1承载力抗震调整系数γRE构件类别梁柱

剪力墙

各类构件

节点轴压比小于0.15轴压比不小于0.15受力状态受弯

偏压

偏压偏压局部承压受剪偏拉受剪γRE0.750.750.800.851.00.850.85图4-1风荷载引起的侧移与摆动地震作用下的振动表4-2使用阶段层间位移限制值材料高度结构类型[δ/h]钢筋混凝土结构≤150m框架1／550框架一剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙1／800筒中筒、剪力墙1／1000框支层1／1000≥250m各类结构1／500钢结构各类结构1／300高度在150m～250m之间的钢筋混凝土高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u/h的限值按线性插入取用表4-3罕遇地震作用下薄弱层弹塑性层间位移限制值材料结构类型[δ/h]钢筋混凝土结构框架1／50框架一剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙1／100筒中筒、剪力墙1／120除框架结构外的转换层1／120钢结构各类结构1／50图4-2图4-3马那瓜美洲银行大楼在1972年12月23日南美洲马那瓜地震震后情况马那瓜美洲银行大楼平面图、立面图18层，结构系统均匀对称；基本抗侧力的系统为四个L形的筒体，对称地