第4章 设计要求及荷载效应组合

4.2 侧移限值
4.2.1 使用阶段层间位移限制
见表4-2 见表4
(1)正常使用条件下的结构水平位移，考虑风荷载和地震作 正常使用条件下的结构水平位移， 见图4 用弹性方法计算。 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 之比作为限制条件 之比作为限制条件， (2)以楼层层间最大位移δ与层高h之比作为限制条件，即： 以楼层层间最大位移
实现抗震高层建筑延性的措施： 实现抗震高层建筑延性的措施：
合 理 选 择 结 构 体 系 合 合 理 布 置 结 构 合 ； ； 对构件及其连接采取各种构造措施； 对构件及其连接采取各种构造措施； 对构件及其连接采取各种构造措施 控制施工质量。 控制施工质量。 控制施工质量
4.5.2 抗震等级
抗震等级是结构 抗震计算 指内力调整) 抗震等级 是结构抗震计算 ( 指内力调整 ) 和 采取抗震措施 是结构 抗震计算( 的依据， 与设防烈度、房屋高度、建筑类别、 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。 构件的重要性等有关。 抗震等级共分为特一及一、 四级， 抗震等级共分为特一及一、二、三、四级，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。 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， 房屋结构的建筑类别按其重要性分为甲 、 丙三类 ， 抗震等级与设防烈度有关。 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 时的设防烈度,见表4-3。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。 况下，重要性不同的构件，抗震要求可不相同。
4.6.3 水平荷载的作用方向
风荷载及水平地震作用的方向是随意的、 1 、 风荷载及水平地震作用的方向是随意的 、 不定的。 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。 面的主轴方向。
3、水平荷载作用下的内力见教材。 水平荷载作用下的内力见教材。
4.6.4 控制截面及最不利内力 1、梁 、
4.4 稳定和抗倾覆 4.4.1 稳定验算
(1)高层钢筋混凝土结构的稳定验算 (2)高层钢结构的稳定验算
4.4.2 抗倾覆问题
(1)控制高宽比 (2)不需要进行抗倾覆验算的条件 (2)不需要进行抗倾覆验算的条件
4.5 抗震结构延性要求和抗震等级
4.5.1 延性结构的概念 (1)延性的概念 (1)延性的概念
δ/h ≤[δ/ h]
(3)为什么限制结构侧向位移？ (3)为什么限制结构侧向位移？ 为什么限制结构侧向位移
4.2.2 防止倒塌的层间位移限制
(1)验算范围： 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； 度设防的、楼层屈服强度系数ξ 小于0 的框架结构； 采用隔震和消能减震技术的建筑结构； 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。 度时的甲类建筑和9度时的乙类建筑结构。
构件 类别 受力 状态 梁
承载力抗震调整系数γ 承载力抗震调整系数γRE
柱 各类 构件 受剪 偏拉 0.85 节 点 受 剪
0.85
轴压比小 于0.15 偏 压
轴压比不 小于0.15 小于0.15 偏 压
剪力墙 局部 承压 1.0
受 弯
0.75
偏压 0.85
γRE
0.75
0.80
风荷载引起的侧移与摆动
种直接动力法。 种直接动力法。
4.3 舒适度要求
(1)高度超过150m的高层建筑结构应满足舒适度的要求。 高度超过150m的高层建筑结构应满足舒适度的要求。 150 顶点最大加速度a 荷载规范》规定的10 10年一遇的风 (2)顶点最大加速度 max按《荷载规范》规定的10年一遇的风 荷载取值和专门风洞试验计算确定。 荷载取值和专门风洞试验计算确定。 (3)顺风向与横风向结构顶点最大加速度 max不应超过下表的 顺风向与横风向结构顶点最大加速度a 限值。过大的侧向位移会使结构产生附加内力。 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 住宅、 办公、 办公、旅馆 amax(m／s2) (m／ 0.15 0.25
(2)延性结构设计基本措施 (2)延性结构设计基本措施 (见图4-3) - ) 钢筋混凝土结构的“塑性铰控制”理论基本要点 钢筋混凝土结构的“ 塑性铰控制” ： 允许某些截面出现塑性铰，吸收、耗散地震能量； 允许某些截面出现塑性铰， 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 控制塑性铰出现部位——选择合理截面形式及配筋构造； 选择合理截面形式及配筋构造； 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。 塑性铰能使结构具有较大的延性。 塑性铰能使结构具有较大的延性
马那瓜美洲银行大楼பைடு நூலகம்面图
马那瓜美洲银行大楼动力分析
表4-3 结构确定抗震等级时的烈度表
建筑类别 设防烈度
确定抗震等级 时考虑的烈度 Ⅰ类场地 Ⅱ～Ⅳ类场地
丙类
乙类
6度 7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度 6 6 7 7 8 8 9 9 6 7 7 8 8 9 9 9
图4 - 4
图4 - 5
第4章 设计要求及荷载效应组合 章 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 承载力验算 侧移限值 舒适度要求 稳定和抗倾覆 抗震结构延性要求和抗震等级 荷载效应组合及最不利内力
4.1 承载力验算
(1)按极限状态设计要求，构件承载力验算表达式为： 按极限状态设计要求，构件承载力验算表达式为：
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
结
构 框
类 架
型
[δ/h] 1／550 1／800 1／1000 1／1000
框架一剪力墙、框架—核心筒 框架一剪力墙、框架 核心筒 板柱—剪力墙 、板柱 剪力墙
筒中筒、 筒中筒、剪力墙 框支层
图4-2 -
马那瓜美洲银行大楼震后情况
图4-3 -
(2)框架内力一般按下列方法调整： 见图4-6 框架内力一般按下列方法调整： 见图4
VFi≥0.2V0的楼层，不调整。 的楼层，不调整。 VFi ＜0.2V0的楼层，按下两式 的楼层， 中的较小值调整V 中的较小值调整 fi。
VFi = 1.5VF max VFi = 0.2V0
表4 - 1
见图4 见图4-5
M′0≥0.5M 及 0.5(M′1+M′2)+M′0≥M ′ ′ ′ ′
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： 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； 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。 在地震作用下，剪力墙会出现塑性变形而刚度降低。
不考虑地震作用的组合时： 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/γRE 不考虑地震作用的组合时：
地震作用下， 构件承受反复作用力及变形， (2) 地震作用下 ， 构件承受反复作用力及变形 ， 承载 要降低(见表4 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。 抗震设计中，不考虑结构构件的重要性系数。
控制截面为上、 下两个端截面， 柱子多设计成 控制截面为上 、 下两个端截面 ， 对称配筋。要考虑下述四种可能组合： 对称配筋。要考虑下述四种可能组合：
|M|max及相应的 ； 及相应的N； Nmax及相应的 ； 及相应的M； Nmin及相应的 。 及相应的M。 |M|比较大 （ 不是绝对最大 ） ， 但 N比较小或 比较大 比较大（ 比较小或N比较大 比较大 不是绝对最大） 比较小或 （不是绝对最小或绝对最大）。 不是绝对最小或绝对最大） 柱子还要组合最大剪力V 柱子还要组合最大剪力 max。
(2)要求： 要求：
up ≤[θp] h
(3)结构层间弹塑性变形的计算 (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 不超过12层且刚度无突变的框架结构、 12层且刚度无突变的框架结构 可以采用下述简化方法验算： 可以采用下述简化方法验算： ①计算楼层的层剪力 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 楼层屈服强度系数ξ 定义为： ④计算薄弱层的层间弹塑性位移： 计算薄弱层的层间弹塑性位移： up =ηp ue 或 up =μuy = uyηp/ξy μ ξ 除上述情况以外的高层建筑结构，可采用静力弹塑性或动 上述情况以外的高层建筑结构， 高层建筑结构 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 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
高层民用建筑一般满布计算内力，为了安全起见， 高层民用建筑一般满布计算内力，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 的放大系数。 可以把框架梁的弯矩乘以 的放大系数 书库或其他有很重使用荷载的结构中， 藏 、 书库或其他有很重使用荷载的结构中 ， 应考虑 最不利荷载布置。 最不利荷载布置。
(1)两端支座截面
最大负弯矩及最大剪力； 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； 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。 组合前应经过换算求得柱边截面的弯矩和剪力。
最大正弯矩。 (2)跨中截面——最大正弯矩。 跨中截面 最大正弯矩
2、柱 、
4.6 荷载效应组合及最不利内力 4.6.1 荷载效应组合
1、无地震作用组合： 、无地震作用组合： S=γGSGK + ψQγQSQK + ψWγWSWk γ
2、有地震作用组合： 、有地震作用组合：
SE= γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk
4.6.2 竖向活荷载的布置
全部作用在结构上。 1、恒载布置——全部作用在结构上。 恒载布置 全部作用在结构上 2、活载布置 见图4-4 见图4
图4 - 5
图4 - 6
结
束
4.6.5 内力调整
由弹性静力计算得到的内力需要先进行局部调整， 由弹性静力计算得到的内力需要先进行局部调整， 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 、
(1)降低支座负弯矩，以减少配筋面积。 降低支座负弯矩，以减少配筋面积。 跨中弯矩乘以1 增大系数。 (2) 跨中弯矩乘以1.1～1.2增大系数。 调幅后各弯矩满足以下要求： (3) 调幅后各弯矩满足以下要求：
延性——结构( 截面) 能维持承载能力而又具有较大的 结构(截面) 延性 结构 塑性变形的能力。如图4- ： 塑性变形的能力。如图 -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, 截面和构件的塑性变形能力常常用构件延性比来衡量, 来衡量 延性比越大 延性越好。 比越大， 延性比越大，延性越好。 构件位移延性比： 构件位移延性比：f=fu / fy 截面曲率延性比： 截面曲率延性比：=u/ y 顶点位移延性比: 顶点位移延性比 =u/y