[工学]高层建筑设计第4章 设计要求及荷载效应组合

马那瓜美洲银行大楼动力分析
表4-4 结构确定抗震等级时的烈度表
建筑类别
丙类
甲、乙类
设防烈度
6度 7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度
确定抗震等级 Ⅰ类场地 6 6 7 8 6 7 8 9 时考虑的烈度 Ⅱ～Ⅳ类场地 6 7 8 9 7 8 9 9*
图4-4
（d）
图4-5
图4-5
图4-6
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
4.6.1 延性结构的概念
(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
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1.1
2、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
1、恒载布置——全部作用在结构上。
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)) 。
(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
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。
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。
(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。
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆
amax(m／s2) 0.15 0.25
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。
δ/h ≤[δ/ h]
(3)为什么限制结构侧向位移？
4.3.2 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
各类构 件
节 点
局部承 受剪偏 受
偏压
压
拉
剪
0.85 1.0
0.85 0.85
风荷载引起的侧移与摆动
图4-1
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
钢筋混 ≤150m 凝土结
构
≥250m
钢结构
结构类 型 框架
框架一剪力墙、 框架—核心筒、
板柱—剪力墙 筒中筒、剪力墙
框支层
各类结构
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。
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
1、水平向风振舒适度
(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。
•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： (见图4-3)
•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。
1.5VF 0.2V0
max

4.2 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
(4.2-1)
不考虑地震作用的组合时： SE≤RE/RE 或：RESE≤RE
(4.2-2)
(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)；
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
1、竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅 见图4-5
(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：
M0≥0.5M 及 0.5(M1+M2)+M0≥M
2、水平力作用下框一剪结构中框架内力调整
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
4.1.1 荷载效应组合
1、无地震作用组合：
S=γGSGK + γLψQγQSQK + ψWγWSWk
板柱—剪力墙
筒中筒、剪力墙
除框架结构外的转 换层
钢结构
各类结构
[δ/h] 1／50
1／100
1／120 1／120 1／50
图4-2
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
图4-3
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，对称地由连梁连结起来； 由于管道口在连梁中心，连梁的抗剪能力只有抗弯能力的35%，
4.1.3 水平荷载的作用方向
1、风荷载及水平地震作用的方向是随意的、 不定的。
2、在结构计算中常假设水平力作用于结构平面的 主轴方向,且沿正(左)、反(右)两个方向。
3、水平荷载作用下的内力计算见教材。
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。
[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/Ve ④计算薄弱层的层间弹塑性位移：
up =ηp ue 或 up =μuy = uyηp/ξy
抗震等级共分为特一及一、二、三、四级(PP80表4-5~表46)，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。
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
受力 状态
γRE
柱
梁 轴压比小 轴压比不 于0.15 小于0.15
受
弯偏压偏压Fra bibliotek0.75
0.75
0.80
剪力墙
(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) 见图4-6 ：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。
VFi VFi

各类结构
[δ/h] 1／550
1／800
1／1000 1／1000 1／500 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
框架
钢筋混 凝土结
构
框架一剪力墙、 框架—核心筒、
(3)抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。
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 见表4-2
(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：
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/y
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；