高层设计专题.ppt

1、建筑结构设计计算软件应用 专题讨论,内容,1、上部结构与地下室共同工作分析及地下室设计 2、楼板刚度的各种假定及在特殊结构中的应用 3、多塔、错层及设缩缝结构的设计计算 4、温度应力与支座位移分析,1、上部结构与地下室共同工作,1.1 规范有关规定 1.2 分析模型 1.3 风、地震、恒活荷载作用计算 1.4 地下室抗震设计 1.5 地下室外墙平面外设计 1.6 地下室人防设计,1.1 有地下室结构的特点,上部结构与地下室组成一个承力体系，具有共同的位移场，相互协调变形； 地下室外的回填土对结构有一定的约束作用。,规范有关规定,抗震规范第6.1.14条、高规第5.3.7条都规定，当地下室顶板作

2、为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。 高规的“宣贯培训材料”（P5-12）建议：当刚度比不满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件可增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位。,地下室侧向刚度比计算,高规的“宣贯培训材料”（P5-12）建议： 方法1：按抗震规范的楼层剪力与层间位 移比计算 方法1：按高规附录E的剪切刚度比计算 抗震规范第6.1.14条文说明中建议： 当进行方案设计时，侧向刚度比可采用剪切刚度比估算。,1.2 分析模型,简化的分离模型： 将上部结构与地下室分裂开，分别设计计算 共同工作分析 将上部结

3、构与地下室作为一个整体，考虑共同作用，采用如下两种方式之一来考虑地下室外回填土对结构的约束作用。 方法1：嵌固地下室的水平位移 方法2：对地下室部分施加弹簧约束,分析模型,共同工作分析 通过对地下室部分施加弹簧约束，考虑地下室外的回填土对结构有一定的约束作用。,1.3 风、地震、恒活荷载作用计算,风荷载计算 地下室部分的基本风压为零； 在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点； 结构在风荷载作用下的反应（位移、内力）受地下室外的回填土约束。,地震作用计算,结构在地震作用下的反应（周期、振型、位移、内力）受地下室外的回填土约束； 由地下室质量产生

4、的地震力，主要被室外的回填土吸收； 在计算结构的“最小剪重比”时，不考虑地下室部分。,恒活荷载作用计算,地下室部分竖向构件的轴向变形和转动会导致上部结构恒活作用内力的重分布。 对于一般规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用影响很小。 对于不规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响，在计算中由程序自动反映这一特点。,1.4 地下室抗震设计,地下室的抗震等级（抗震规范第6.1.3条） 当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层一下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室无上部结构的部分，可可根据具体情况采用三级或更低等级。,地下

5、室抗震设计,构造要求（抗震规范第6.1.14条） 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。 地上一层框架结构柱和抗震墙墙底截面的设计弯矩值应符合6.2.3、 6.2.6、 6.2.7条规定。 位于地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和。,地下室抗震设计,有关调整 底层柱墙内力的调整（在.标高处） 框支柱的地震力调整 剪力墙底部加强区,1.5 地下室外墙平面外设计,恒活荷载作用 结构整体分析得到的恒活荷载的轴力、弯矩 面外土、水侧作用 按简化方法计算面外土水侧压力作用的弯矩 配筋设计 按压

6、弯构件进行配筋计算,1.6 地下室人防设计,人防荷载计算的输入参数 地下室层数与人防地下室层数 考虑了哪些构件的人防设计 人防作用效应分析模型 人防作用效应组合 地下室外墙的平面外设计 地下室构件的人防设计,部分地下室人防设计； 门框墙； 地下室顶板的配筋计算在SLABCAD中； 地下室底板配筋计算； 传给基础的设计荷载中不包括人防设计荷载。,暂未考虑的因素,2、楼板在结构整体分析中的考虑,2.1 楼板刚度的特点 2.2 刚性楼板假定 2.3 弹性楼板6 2.4 弹性楼板3 2.5 弹性膜 2.6 板柱结构 2.7 空旷结构 2.8 楼板开大洞,2.1 有关规定,抗震规范第3.4.3条第1款的

7、第2项规定，凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，尚应计及扭转影响。 高规第4.3.6条规定，当楼板平面比较长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。,有关规定,高规第5.1.5条也规定：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，相应地应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚地。当楼板会产生明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整。,楼板刚度的特点,楼板刚度由面内刚度和面外刚度两部分组成 面内刚度膜剪切单元 面外刚度板弯曲

8、单元 对楼板的假定 刚性楼板假定 弹性楼板6 弹性楼板3 弹性膜,2.2 刚性楼板假定,刚性楼板假定 面内刚度无限大，面外刚度为零 适用范围 楼板不特殊的绝大多数工程 梁刚度放大 变相地考虑楼板的面外刚度,2.3 弹性楼板6,弹性楼板6 考虑楼板的面内刚度和面外刚度 采用壳单元 适用范围 所有工程 缺点 计算量大，影响梁配筋结果,2.4 弹性楼板3,弹性楼板3 面内刚度无限大，考虑楼板的面外刚度 采用板弯曲单元 适用范围 面内刚度很大，不可忽略面外刚度的结构,2.5 弹性膜,弹性膜 考虑楼板的面内刚度，面外刚度为零 采用膜剪切单元 适用情况 要考虑面内刚度，可以忽略面外刚度的结构,2.6 板柱

9、结构,等代梁法 等代梁截面定义：等代框架方向板跨3/4，及垂直方向板跨1/2 弹性楼板 虚梁布置 楼板假定,2.7 工业厂房、体育馆所等空旷结构,不与楼板相连的构件特性的考虑 楼板刚度的合理考虑,2.8 楼板开大洞,G35,弹性楼板或板带定义,3、多塔、有缝结构及错层,3.1 多塔结构 3.2 有“缝”结构 3.3 错层结构 3.4 顶部小塔楼,3.1 多塔结构,多塔建筑的特点 多塔结构抗震设计 多塔结构的计算模型 多塔结构定义 应注意的问题,3.1.1 多塔结构的特点,“塔”和“刚性楼板”的区别 对于多塔建筑，其每个塔都有独立的迎风面和独立的变形； 每块“刚性楼板”有独立的变形，但不一定有独

10、立的迎风面。 “塔”和“刚性板”之间不存在一一对应关系，一个塔中可以有多块刚性板，也可以没有刚性板（没有楼板或定义成弹性楼板）。,3.1.2 多塔结构抗震设计,多塔楼结构的平立面布置 底盘屋面楼板抗震设计构造 多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙的抗震设计构造 裙房的抗震等级,3.1.3 多塔结构的计算模型,周期比控制计算模型 位移比控制计算模型 构件内力计算模型 抗震规范第3.4.3条第1款的第2项规定，凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，尚应计及扭转影响。 高规第4.3.6条规定，当楼板平面比较长、有较大

11、的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。,3.1.4 多塔结构定义,多塔结构需用户以围区方式定义； 刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作； 建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。,3.1.5 采用整体模型应注意的问题,如果没给出多塔定义会怎样？ 定义了多塔又会怎样？,3.2 有“缝”结构,结构缝的定义 有缝结构的特点 有缝结构的计算模型,3.2.1 考虑的缝的范围,伸缩缝：混凝土结构设计规范9.1.1条，规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的伸缩缝的最大间距。 沉降缝：地基基础设计规范规定了沉降缝的设置要求。 防震缝：抗震设计规范 6.1.4条，

12、规定了防震缝设置要求。,3.2.2 有缝结构的特点,仅就上部结构而言，“缝”将结构划分成几个较为规则的抗侧力结构单元，各结构单元之间完全分开。所以，各结构单元有独立的变形，若忽略基础变形的影响，各单元之间相对独立。这一点与多塔楼结构不同，多塔楼结构的各塔通过底盘相互发生影响。 由于缝的宽度不是很大，在风荷载作用下，各结构单元的迎风面与多塔楼的迎风面不同，缝隙面不是迎风面。,3.2.3 有缝结构的计算模型,离散模型 除与风荷载有关的计算结果外，其它所有结果都是对的。需要注意的是在计算风荷载作用时，程序把缝所在的面也作为迎风面，该方向的风荷载计算值偏大。 整体模型 在采用整体模型时，要把每个结构单

13、元定义成多塔楼，程序采用多塔楼结构计算模型进行设计计算。此时，要注意的有两点：一是计算振型数要取得足够多，使整个结构系统的有效质量系数在90%以上，二是风荷载略偏大，,3.3 错层结构,错层结构的特点 计算模型 模型输入 错层信息生成 越层柱的计算长度系数 错层结构的层刚度比计算 抗震设计的有关规定,3.3.1 错层结构的特点,错层结构的突出特点是在同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域没楼板，在没有楼板的区域内，有些竖向构件（柱、墙）可能与梁连接，也可能是越层构件。在该区域内构件的内力和位移与楼板无关。,3.3.2 计算模型,当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可以近似地忽略错层因素影

14、响，可以归并为同一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值； 当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼层。,3.3.3 模型输入,框架错层结构 剪力墙错层结构 多塔错层,3.3.4 错层信息生成,软件自动将错层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地反应结构的实际受力状态。 对于错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按上述原则搜索出越层信息，无需用户交互操作。,3.3.5 越层柱的计算长度系数,在错层结构设计计算中

15、，越层柱的计算长度系数计算应受到足够重视。 有些柱两个方向的计算长度不同，而且程序应有越层柱搜索功能，计算结果应确保在越层范围内越层柱每个截面的计算长度相同。,3.3.6 错层结构的层刚度比计算,因为在PM中输入的计算层与真实结构的层不一定一致,软件输出的层刚度不参考价值不大,需设计人员注意.,3.3.7 错层结构抗震设计的有关规定,第10.4.4条规定，错层处框加柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。 第10.4.5条规定，错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于205mm，并均

16、应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应低于0.3%，抗震设计时不应低于0.5%。,3.4 顶部小塔楼,抗震设计规范 5.2.4条， 采用基底剪力法时，突出屋面部分的地震作用效应宜乘以增大系数3； 采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为一个质点，并取足够的计算振型。,4、温度、支座位移和弹簧刚度,4.1 温度作用的特点 4.2 有关规定 4.3 程序实现 4.4 最不利温差的确定 4.5 计算温差的确定 4.6 温度作用效应组合 4.7 支座位移 4.8 弹簧刚度,4.1 温度作用的特点,高层建筑结构

17、不仅平面尺寸大，而且竖向的高度也很大，其竖向构件截面尺寸较大，温度变化和混凝土收缩不仅会产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的变形和内力。 根据有关资料统计，工程实践中结构物的裂缝原因属于由变形作用（温度、收缩、不均匀沉降）引起的约占80%以上，属于由荷载引起的约占20%左右，可见高层建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽视。 高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重视。,4.2 有关规定,高规宣讲培训材料（P4-17）：高层钢筋混凝土结构一般不计算由于温度、收缩而产生的内力。因为一方面高层建筑的温度场分布和收缩参数等都难以准确确定；另一方面混凝土又不是弹性材料

18、，它既有塑性变形，还有徐变和应力松弛，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值。 广州白云宾馆（33层、高112m、长70m）的温度应力计算结果表明，温度-收缩应力计算值过大，难以作为设计依据。 曾经计算过温度-收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。,有关规定,但由于种种原因，诸如高层建筑各处的温度场、混凝土收缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数值准确量化，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处理复杂，所以一般很难准确地计算结构的温度收缩应力，并且作为设计的依据。因此，高规不要求直接计算非荷载作用，而强调由构造措施来解决。 高规宣讲培训材料（P4-17）： 钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩

19、问题，主要由构造措施来解决。,4.3 程序实现,程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座的功能。 设计人员可以通过给定温差或基础支座沉降值来计算结构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采取相应对策与措施。,温度应力计算情况,高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况： 施工阶段 当主体结构完成后，未作内外装修和围护结构，结构处于通透状态时的温差造成的内力。 正常使用阶段1 外墙围护结构已施工，室内处于自然通风状态时的温差造成的内力。 正常使用阶段2 外墙围护结构已施工，室内空调恒温状态时的温差造成的内力。,对温度作用的简化,温度变作用表现为： （1）构件内外表面温差造成的弯曲； （2）构件内外表面温差的平均值比构件初始温度高（低）时造成的伸长（缩短）。 程序仅考虑了平均温差造成的伸缩作用，而忽略了内外表面温差造成的弯曲作用。,4.4 最不利温差的确定,樊小卿在温度作用与结构设计一书中建议：室外空气温度夏季取30年一遇最高日平均温度，冬季取30年一遇最低日平均温度。 使用阶段室内空气温度夏