高层建筑结构设计(第四章)

③采用隔震和消能减震设计的建筑结构；
④房屋高度大于150m的结构。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求
4.3.2
水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算 结构薄弱层（部位）层间弹塑性位移应符合下式规定：
u p h p
式中： u p ---层间弹塑性位移；
p ---层间弹塑性位移角限值，按表3.7.5采用；
2、分析模型与方法
平面结构平面协同分析模型（不考虑扭转）
平面分析模型
高层 建筑 结构 分析 模型 平面结构空间协同分析模型（考虑扭转）
空间杆---薄壁杆系
空间三维结构分析模型
空间杆---墙板元
其他组合有限元
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
2、分析方法与方法
高层 建筑 结构 分析 方法
对框架结构，当轴压比小于0.4时，可提高10％。
当柱全高的箍筋构造比规定的最小体积配箍率大30％时，可提高20％，
但累计不超过25％。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算
表3.7.5 层间弹塑性位移角限值 结构体系 框架
p
风荷载、多遇地震作用下，楼层层间最大位移与层高之比 ue h 应符合 下式要求： u h
e e
①高度不大于150m的高层建筑，其 ue h 不宜大于表3.7.3的限值； ②高度不小于250m的高层建筑，其 ue h不宜大于1/500； ③高度在150m~250m之间的高层建筑，其 ue h 的限值按线性内插取用。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
④ 楼板平面内无限刚性假定
多数情况下，楼板平面内为无限刚性（水平方向上的楼板不变形，竖 直方向上变形，在竖向荷载作用下发生变形） 不考虑扭转效应：平面协同计算（正交方向抗侧力单元不参加工作） 考虑扭转效应：空间协同计算（正交方向抗侧力单元参与抵抗扭矩）
p
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算
（2）弹塑性变形计算的弹塑性分析法 常用的有：静力弹塑性分析方法（如Push-over方法） 弹塑性动力时程分析方法
必须输入地震波，地震波的选择应符合规范4.3.5条规定
由于水平地震作用模式和本构关系较为复杂，且现有的分析软件还不够完 善，因此弹塑性分析方法的普遍应用还受到较大的限制。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求
4.3.1
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承载力要求
1）非抗震设计时，结构构件截面承载力设计表达式为：
0S R
0 对安全等级为一级、二级和三级结构，分别取1.1、1.0、0.9。 式中，
2）抗震设计时，其设计表达式为：
S R RE
RE 为承载力抗震调整系数，对钢筋混凝土构件，按《高规》表3.8.2 式中，
各类构 件
受剪 偏拉 0.85
节点
受剪 0.85
受力 受弯 状态
RE
0.75
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
1.弹性位移验算
弹性层间位移验算，实际上是对构件截面大小、刚度大小进行控制的一 个相对指标；
弹性层间位移验算，可保证结构在多遇地震作用下基本处于弹性状态， 以及非结构构件的基本完好（填充墙、隔墙和幕墙等）；
变 形 要 求
砼 裂 缝 宽 度 要 求
其他要 求，如 抗震要 求
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
① 弹性假定 竖向荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移计算均基于 弹性假定，但允许考虑结构的塑性内力重分布。 弹性内力与实际内力不符；有意识地减少和增大某些部位配筋， 以利于合理破坏机构和施工。 考虑方法：内力调幅（调整） 弹性计算的内力值乘以某系数（调幅系数）； 弹性内力计算时，降低构件刚度。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
1.弹性位移验算
表3.7.3 楼层层间最大位移与层高之比的限值 结构体系
ue h 限值
1/550
1/800
框架
框架-剪力墙、框架-核心筒 板柱-剪力墙
筒中筒、剪力墙 除框架结构外的转换层
1/1000 1/1000
《抗规》表5.5.1 弹性层间位移角限值也进行了相应的规定。
1/50
框架-剪力墙、框架-核心筒 板柱-剪力墙
筒中筒、剪力墙 除框架结构外的转换层
1/100
1/120 1/120
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算
在预估的罕遇地震作用下，高层建筑结构薄弱层（部位）弹塑性变形计
算可采用方法： （1）弹塑性变形计算的简化计算方法
若楼板不满足假定要求，楼板发生变形则应进行： 楼板有限刚度计算 楼板刚性计算，适当调整内力
空间计算
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定 ⑤ 构件刚度----弹性刚度（刚度与变形的考虑）
轴向刚度---EA 弯曲刚度---EI 剪切刚度---GA
高层建筑中不纯粹考虑杆件的弯曲变形EI，经常还涉及到EA、GA， 高层结构中轴向变形影响不可忽视，而对于跨高比较大时，剪切变形不明
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
3.舒适度的要求
高层建筑在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高层建 筑内居住的人们感觉不舒服，甚至不能忍受。 表4.3.6 舒适度与风振加速度关系
不舒适的程度 无感觉 有感觉 建筑物的加速度 ＜0.005g 0.005g~0.015g
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
② 弹塑性假定
理论不成熟，现有的计算无法普及，目前使用的较少； 主要用于罕遇地震作用下的位移验算。（罕遇地震作用下，
结构已经发生破坏，若再采用弹性假定，误差太大） ③ 平面结构假定、空间结构假定 基于结构计算精度要求、计算复杂、麻烦程度，权衡后选 择某种假定进行相应的结构计算。
部由该方向抗侧力构件承担；
（2）对有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别 计
算各抗侧力构件方向的水平地震作用。（斜向剪力墙）
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定
① 弹性假定 ② 弹塑性假定 ④ 楼板平面内无限刚性假定 ⑤ 构件刚度----弹性刚度（刚度与变形的考虑） ⑥水平力作用方向假定
适应于不超过12层且层侧移刚度无突变的框架结构；
结构薄弱层（部位）的为位置可按下列情况确定： ①楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层； ②楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小的楼层
（部位）和相对较小的楼层，一般不超过2~3处。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.2 水平位移限值和舒适度要求
③ 平面结构假定、空间结构假定
上述六个假定中，现行结构设计使用较多的是： 弹性假定、楼板平面内无限刚性假定、平面结构假定、正交方向 （纵向、横向）水平作用方向假定。
目前，结构设计是程序来进行计算，要注意选择计算假定（方便建
立力学模型、满足工程精度要求）
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
4.5 超限高层建筑工程抗震设计（简介）
主要内容
第4章 计算分析和设计要求
第4章 高层建筑结构计算分析和设计要求
结构设计程序
选择某个结构体系 根据计算结 果，对结构进 行配筋设计， 然后满足相应 的构造要求 结构布置 计算荷载（竖向、水平）效应组合
满足设计要求
简化为某个力学模型进行内力计算
承 载 力 要 求
②当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分平面抗侧力单元的结构，
或为筒体结构时，应采用空间结构计算模型； ③多、高层建筑钢结构的计算模型，可采用平面抗侧力结构的空间协同计算 模型。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
3、计算要求
（1）对体型、结构布置复杂（如平面不规则、竖向不规则）的结构应至少 采 用两个不同的力学模型分别进行计算分析，相互比较和校核，确保计算结果的可 靠性； （2）带加强层或转换层、错层结构、连体和立面开洞结构、多塔楼结构等 属于复杂高层建筑结构，其竖向刚度变化大，受力复杂，易形成薄弱部位，计算 分析应从严要求，应符合下列要求： ①应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行计算； ②抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算扭转效应，振型数不少于15，对多塔楼结 构的振型数不应小于塔楼数的9倍； ③应采用弹性时程分析法进行补充计算； ④宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。
2.弹塑性位移验算 （1）弹塑性变形计算的简化计算方法
弹塑性层间位移可按下式计算：
u p p ue
式： ue--- 罕遇地震作用下按弹性分析的层间位移（mm）
p --- 弹塑性位移增大系数，按表5.5.3采用。
表5.5.3 结构的弹塑性位移增大系数
y
0.5 1.8 0.4 2.0 0.3 2.2
判断。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.2 荷载效应和地震作用效应的组合（略）
4.3 高层建筑结构的设计要求
①强度问题---构件截面承载力验算 ②刚度问题---正常使用条件下结构水平位移验算
高层 结构 设计 主要 解决 问题
③倒塌问题---弹塑性位移验算
④稳定问题---结构稳定与抗倾覆验算 ⑤延性问题---抗震结构延性要求 ⑥经验问题---抗震结构的概念设计要求
或《抗规》表5.4.2规定采用，当仅计算竖向地震作用时，各类结构构件承 载力抗震调整系数均应采用1.0。
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求 4.3.1 承载力要求
表3.8.2 承载力抗震调整系数
构件 类别
梁
轴压比小 于0.15的柱
偏压 0.75
轴压比不小 于0.15的柱
偏压 0.8
剪力墙
偏压（局 部承压） 0.85 （1.0）
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
3、计算要求
（3）对受力复杂的结构构件，如复杂的剪力墙、加强层构件、转换层构件、
错层构件、连接体及相关构件等，除整体分析外，尚应按有限元方法进行局部
应力分析，并据此进行截面配筋设计校核； （4）除选用可靠的结构分析软件外，还应对软件的计算结果从力学概念和 工程经验等方面加以分析判断，确认其合理、有效后方可采用，如对结构整体位 移、楼层剪力、振型和位移形态、自振周期、超筋情况等计算结果进行工程经验
第4章 计算分析和设计要求
高层建筑结构设计
第 4 章 高层建筑结构计算分析和设计要求
安徽工业大学建工学院土木工程系
标 题
第4章 计算分析和设计要求 本章主要内容：
4.1 高层建筑结构的计算分析（简介）
4.2 荷载效应和地震作用组合（重点） 4.3 高层建筑结构的设计要求（重点）
4.4 高层建筑结构的概念设计（简介）
显，但若跨高比较小时，则必须进行考虑。 构件变形的考虑： 忽略梁的轴向变形；
结构高度H＞50m及H/B＞4时，考虑柱、墙的轴向变形；
跨高比＞4时，忽略剪切变形的影响。
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
1、计算假定 ⑥水平力作用方向假定
风荷载与地震作用的方向具有随机性，但进行结构计算时必须规定 其 作用方向，一般结构计算考虑纵向、横向两个方向。 （1）只考虑结构两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全
4.3 设计要求
第4章 计算分析和设计要求
4.3.2
水平位移限值和舒适度要求
2.弹塑性位移验算 高层建筑结构在罕遇地震作用下，结构防倒塌，特别是对存在薄弱层的
结构楼层应进行弹塑性位移验算；
《高规》规定：下列结构应进行弹塑性变形验算： ①7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构； ②甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；
简化方法---平面结构协同分析（手算）
空间协同分析方法 杆件有限元方法 程序计算方法 三维杆件---薄壁杆件空间分析方法
有限元或有限条法
4.1 计算分析
第4章 计算分析和设计要求 4.1 高层结构计算分析
2、分析方法与方法
计算模型的选取： ①当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀，不计扭转效应时，可采用 平面结构计算模型；