中国石油大学高层课件779784
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限制结构水平变形主要原因有： 1．过大的侧向变形会使人不舒服，影响正常使用； 2．过大的侧向变形，特别是过大的层间变形会使填充墙以及一些建筑 整修出现裂缝或损坏，同时也会使电梯轨道变形或玻璃破损； 3．过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝甚至破损。限制结构裂缝宽 度就要限制结构的侧向变形及层间变形； 4．过大的侧向变形会使结构产生附加内力，严重时会加速倒塌。这是 因为侧移后，建筑物上的垂直荷载会造成附加弯矩。侧移越大，附加 弯矩就越大。 上述各种因素对不同的结构体系，不同材料的结构的作用不尽相同。 下表给出高层建筑结构设计规程上规定的限制值，它是通过总结过去 的设计经验及综合各种要求得到的。
多层与高层建筑结构设计
第七章 荷载效应组合及设计要求
2020/5/20
中国石油大学建筑工程系 高福聚 博士 副教授
第七章 荷载效应组合及设计要求
通过本章学习，了解荷载效应组合的方法。掌握承载力验算和侧向变形验算的方法。了解抗震等级的 影响因素。掌握罕遇地震作用下的变形验算的原则、方法。了解框架梁、柱的控制截面位置以及最不 利内力类型。了解竖向活荷载的布置原则。了解塑性调幅的方法和需要满足的条件。掌握内力组合的 方法，并能进行内力组合的计算。
注意：内力组合计算，各分项系数用表中的值，位移效应组合，各分项系数取为1.0 高层建筑：2、3、4项是基本组合情况，5、6、7中考虑了竖向地震作用，只有在9度设防区才需要考虑。在6度设防区 ，除了IV类场地以外，可以不进行抗震计算，此时不需要与地震作用效应组合，即1、2项。 当选定可能出现的几种可能的组合情况后，要选最不利的S值作为构件设计值。
的抗震承载力调整系数见下表。
2020/5/20
二、侧移变形限制
结构的刚度要求用限制侧向变形的形式表达，即：
Δ/H≤[Δ/H]； δ/h≤[δ/h]
其中： Δ、δ——结构的顶点水平位移及层间变形； H、h——结构总高度及层高。
上面公式均是在使用状态下的设计要求，因此， Δ、δ都是荷载标准值 产生的位移组合效应，即组合时取分项系数为1.0，上述公式右端为限 制值。
• 荷载效应组合
• 结构设计要求
• 内力组合及最不利内力
2020/5/20
荷载效应组合
结构设计时，要考虑可能发生的各种荷载的最大值以及它们同时作用在结构上产生的综合效应，荷载 不同，其发生的概率和对结构的作用也不同，荷载规范规定必须采用荷载效应组合的方法来考虑结构 的荷载的作用。 荷载效应：在某种荷载作用下结构的内力和位移。
S ——采用第一节中的公式，通过荷载效应组合后的构件内力；
R ——无地震作用组合时构件的承载能力。不同的构件，要采用不同的承载能力计算公式，如：抗
弯承载力、抗剪承载力等。可以参考有关钢筋混凝土基本构件计算以及钢结构构件计算的有关教材。
2020/5/20
有地震作用组合时： 其中：
SE ≤ RE/γRE
第一阶段：采用相应设防烈度小震参数进行设计，除了要满足承载力及侧向位移限制要求外，还要通过 采取一系列抗震措施来满足延性要求。 第二阶段：采用相应设防烈度大震参数进行设计，要求结构满足弹塑性层间变形的限制要求。
一、承载力计算
按极限状态设计的要求，承载力验算的一般表达式为：
无地震作用组合时：
S≤R
其中：
通常，对各种不同的荷载作用分别进行结构分析，得到内力和位移后，再用分项系数与组合系数加以 组合。
例如：不考虑地震作用组合时： S＝γGSGk＋ΨQγQSQk＋Ψห้องสมุดไป่ตู้γwSwk
其中：
考虑地震作用组合时： S＝γGSGE＋γEhSEhk＋γEvSEvk＋ΨwγwSwk
——重要性系数。根据建筑物重要性相应取为1.1，1.0或0.9； ——永久荷载、使用荷载、雪荷载等标准值产生的荷载效应；
SE ——采用第一节中的公式，考虑地震作用通过荷载效应组合后的构件内力； RE——地震作用下构件的承载能力。由于在地震作用下，构件要受到反复作用力及变形，构件的 承载力要降低，其计算公式将在第八、九章中给出；
γRE——抗震承载力调整系数。主要是考虑到地震作用是一种偶然作用，而且作用时间很短，材料 性能也与静力作用下不同，因此，根据可靠度理论，对抗震设计的承载能力作相应的调整。规范给出
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结构设计要求
设计要求
1、与一般结构设计相同，多、高层建筑结构设计应保证在荷载作用下结构具有足够的承载能力和刚度， 保证结构的安全与正常使用； 2、在使用荷载及风荷载作用下，多、高层建筑结构应处于弹性阶段或仅有微小的裂缝出现，结构应满 足承载能力及限制侧向位移的要求； 3、地震作用下，用两阶段设计方法进行设计，要求要达到三水准目标（第二章第2节）。
2020/5/20
顶点变形及层间变形
2020/5/20
三、抗震措施 在中等地震烈度下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，此时结构进入弹塑性阶段，结构 变形加大。但在这个阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，但是必须保证结构的承载能力，结构 不能破坏，这种性能被称为延性。 延性越好，抗震能力越强。 延性影响因素：截面的应力性质、构件材料及截面配筋量、配筋构造等。 延性在设计中的体现：对结构或构件采取一系列抗震措施，可分为四个等级，称为抗震等级。一级最高 ，延性要求也最高，二、三、四级要求依次减少。一般而言，抗震设防烈度高，建筑物高度高，抗震等 级也高。可能出现较大变形的结构，抗震等级也相应提高，比较重要的建筑，抗震等级也相应提高。 下表为在各设防烈度下，选择抗震措施等级时应考虑的烈度：
——风荷载标准值产生的荷载效应； ——抗震计算时重力荷载标准值产生的荷载效应，重力荷载包括全部自重、50％雪荷载、50 ％～80％使用荷载；
——水平荷载作用以及竖向地震作用产生的荷载效应； ——与上述各种荷载相应的荷载分项系数；
——风荷载与其他荷载组合时的组合系数；
2020/5/20
上表给出了多层以及高层建筑需要考虑的各种组合情况及相应的系数取值。
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下表为根据抗震措施烈度规定的抗震措施等级 ：
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四、罕遇地震作用下的变形验算
一般情况下，经过小震地震作用计算后，采用若干抗震措施即可满足“大震不倒”这个第三水准设计 目标。 需要进行罕遇地震作用下的变形计算的情况： 1. 7～9度设防的、楼层屈服强度系数 ξy 小于0.5的框架；
多层与高层建筑结构设计
第七章 荷载效应组合及设计要求
2020/5/20
中国石油大学建筑工程系 高福聚 博士 副教授
第七章 荷载效应组合及设计要求
通过本章学习，了解荷载效应组合的方法。掌握承载力验算和侧向变形验算的方法。了解抗震等级的 影响因素。掌握罕遇地震作用下的变形验算的原则、方法。了解框架梁、柱的控制截面位置以及最不 利内力类型。了解竖向活荷载的布置原则。了解塑性调幅的方法和需要满足的条件。掌握内力组合的 方法，并能进行内力组合的计算。
注意：内力组合计算，各分项系数用表中的值，位移效应组合，各分项系数取为1.0 高层建筑：2、3、4项是基本组合情况，5、6、7中考虑了竖向地震作用，只有在9度设防区才需要考虑。在6度设防区 ，除了IV类场地以外，可以不进行抗震计算，此时不需要与地震作用效应组合，即1、2项。 当选定可能出现的几种可能的组合情况后，要选最不利的S值作为构件设计值。
的抗震承载力调整系数见下表。
2020/5/20
二、侧移变形限制
结构的刚度要求用限制侧向变形的形式表达，即：
Δ/H≤[Δ/H]； δ/h≤[δ/h]
其中： Δ、δ——结构的顶点水平位移及层间变形； H、h——结构总高度及层高。
上面公式均是在使用状态下的设计要求，因此， Δ、δ都是荷载标准值 产生的位移组合效应，即组合时取分项系数为1.0，上述公式右端为限 制值。
• 荷载效应组合
• 结构设计要求
• 内力组合及最不利内力
2020/5/20
荷载效应组合
结构设计时，要考虑可能发生的各种荷载的最大值以及它们同时作用在结构上产生的综合效应，荷载 不同，其发生的概率和对结构的作用也不同，荷载规范规定必须采用荷载效应组合的方法来考虑结构 的荷载的作用。 荷载效应：在某种荷载作用下结构的内力和位移。
S ——采用第一节中的公式，通过荷载效应组合后的构件内力；
R ——无地震作用组合时构件的承载能力。不同的构件，要采用不同的承载能力计算公式，如：抗
弯承载力、抗剪承载力等。可以参考有关钢筋混凝土基本构件计算以及钢结构构件计算的有关教材。
2020/5/20
有地震作用组合时： 其中：
SE ≤ RE/γRE
第一阶段：采用相应设防烈度小震参数进行设计，除了要满足承载力及侧向位移限制要求外，还要通过 采取一系列抗震措施来满足延性要求。 第二阶段：采用相应设防烈度大震参数进行设计，要求结构满足弹塑性层间变形的限制要求。
一、承载力计算
按极限状态设计的要求，承载力验算的一般表达式为：
无地震作用组合时：
S≤R
其中：
通常，对各种不同的荷载作用分别进行结构分析，得到内力和位移后，再用分项系数与组合系数加以 组合。
例如：不考虑地震作用组合时： S＝γGSGk＋ΨQγQSQk＋Ψห้องสมุดไป่ตู้γwSwk
其中：
考虑地震作用组合时： S＝γGSGE＋γEhSEhk＋γEvSEvk＋ΨwγwSwk
——重要性系数。根据建筑物重要性相应取为1.1，1.0或0.9； ——永久荷载、使用荷载、雪荷载等标准值产生的荷载效应；
SE ——采用第一节中的公式，考虑地震作用通过荷载效应组合后的构件内力； RE——地震作用下构件的承载能力。由于在地震作用下，构件要受到反复作用力及变形，构件的 承载力要降低，其计算公式将在第八、九章中给出；
γRE——抗震承载力调整系数。主要是考虑到地震作用是一种偶然作用，而且作用时间很短，材料 性能也与静力作用下不同，因此，根据可靠度理论，对抗震设计的承载能力作相应的调整。规范给出
2020/5/20
结构设计要求
设计要求
1、与一般结构设计相同，多、高层建筑结构设计应保证在荷载作用下结构具有足够的承载能力和刚度， 保证结构的安全与正常使用； 2、在使用荷载及风荷载作用下，多、高层建筑结构应处于弹性阶段或仅有微小的裂缝出现，结构应满 足承载能力及限制侧向位移的要求； 3、地震作用下，用两阶段设计方法进行设计，要求要达到三水准目标（第二章第2节）。
2020/5/20
顶点变形及层间变形
2020/5/20
三、抗震措施 在中等地震烈度下，允许结构的某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，此时结构进入弹塑性阶段，结构 变形加大。但在这个阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，但是必须保证结构的承载能力，结构 不能破坏，这种性能被称为延性。 延性越好，抗震能力越强。 延性影响因素：截面的应力性质、构件材料及截面配筋量、配筋构造等。 延性在设计中的体现：对结构或构件采取一系列抗震措施，可分为四个等级，称为抗震等级。一级最高 ，延性要求也最高，二、三、四级要求依次减少。一般而言，抗震设防烈度高，建筑物高度高，抗震等 级也高。可能出现较大变形的结构，抗震等级也相应提高，比较重要的建筑，抗震等级也相应提高。 下表为在各设防烈度下，选择抗震措施等级时应考虑的烈度：
——风荷载标准值产生的荷载效应； ——抗震计算时重力荷载标准值产生的荷载效应，重力荷载包括全部自重、50％雪荷载、50 ％～80％使用荷载；
——水平荷载作用以及竖向地震作用产生的荷载效应； ——与上述各种荷载相应的荷载分项系数；
——风荷载与其他荷载组合时的组合系数；
2020/5/20
上表给出了多层以及高层建筑需要考虑的各种组合情况及相应的系数取值。
2020/5/20
下表为根据抗震措施烈度规定的抗震措施等级 ：
2020/5/20
四、罕遇地震作用下的变形验算
一般情况下，经过小震地震作用计算后，采用若干抗震措施即可满足“大震不倒”这个第三水准设计 目标。 需要进行罕遇地震作用下的变形计算的情况： 1. 7～9度设防的、楼层屈服强度系数 ξy 小于0.5的框架；