设计要求及荷载效应组合模板
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4.3楼层最小地震剪力系数及楼层地震剪力调整
4.3.1楼层最小地震剪力系数
❖楼层水平地震剪力系数——多遇地震时,高层建筑任一楼层 的水平地震剪力标准值与该层及以上各层重力荷载代表值之和 的比值(也称为剪重比)。 ❖抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:
n
VEki G j ji
分布,避免因刚度和承载力局部突变或结构扭转效应而形 成薄弱部位; ❖ 抗震设计时宜具有多道防线。
4.1.2 结构平面布置要求
(1)平面布置简单、规则、对称对抗震有利。 (2)要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合,以减少扭转, 通常偏心距e不宜超过垂直于外力作用线边长的5%。
(3)刚度要均匀对称,要注意钢筋混凝土剪力墙的位置,也要 注意砖填充墙的位置。
❖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
1.5VF 0.2V0
m
ax
钢框架—支撑结构的框架地震层剪力调整(pp101):
❖VFi≥0.25V0的楼层,不调整。 ❖VFi <0.25V0的楼层,按下两 式中的较小值调整Vfi。
M0≥0.5M 及 0.5(M1+M2)+M0≥M M——按简支梁计算的跨中弯矩。
2、水平力作用下框-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:
❖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(pp101): 见图4-6
—楼层水平地震剪力系数,不应小于表4.3.1(pp100表4-2)规定 的值。
4.3.2 楼层地震剪力调整
钢筋混凝土框架—剪力墙中框架剪力调整: (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)框架地震层剪力调整方法(pp101): 见图4-6
大多数高层建筑结构计算程序都假定楼板在平面内刚度 无限大,因此楼盖设计应采用现浇形式,尽量避免平面狭长、 跨度或外伸长度较大,平面不规则,楼盖开大洞等情况。 ➢ (2) 高层建筑应满足强节点弱构件的要求,确保在地震作用 下,节点承载力大于相连接构件的承载力。
高层建筑结构最好采取加强连接而不是分离的方法,尽 量避免似分不分,似连不连的结构方案,防止因振动不同步 产生震害。 ➢ (3) 基础不仅要有足够的整体性,而且与上部结构也要有可 靠的连接,同时还必须有足够的埋置深度。
4.2.2 刚柔适度、延性好
❖ 对高层建筑结构来说,通常是地震或风等水平作用控制着结 构构件截面尺寸和配筋大小;
❖ 高层建筑结构的结构性能主要指其抗震抗风能力;
❖ 要求承载力足够、刚柔适度和延性好三个方面。
➢ (1) 高层建筑结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度、 结构承载力和结构延性。
➢ (2) 结构刚柔适度指结构刚度选择既要考虑场地特征、错开 结构自振周期和地震动卓越周期,减少地震作用效应;又 要考虑p一△效应,控制结构变形;同时更要注重结构刚度 的合理配置,以保证高层建筑结构有足够的抗扭转振动的 能力——需要限制结构扭转为主的第一振型周期与平动为 主的第一周期之比值,。
➢严重不规则——指的是形体复杂,多项不规则指标 超过上限值或某一项大大超过规定值,具有现有技 术和经济条件不能克服的严重的抗震薄弱环节,可 能导致地震破坏的严重后果者。
❖4 不规则结构的设计要求
不规则的建筑应采用空间结构计算模型;
平面不规则而竖向规则的建筑,应计入扭转影响, 或计入楼板局部变形的影响等;
(7)上下层结构轴线布置或者结构形式发生变化时,要设置结构 转换层。
4.2 高层建筑结构的概念设计
❖高层建筑结构的概念设计是指结构设计人员运用所掌握的理 论知识和工程经验,在方案阶段及初步设计阶段,从宏观上、 总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最 基本、最本质也是最关键的问题:
➢ 结构方ຫໍສະໝຸດ Baidu的选定和布置;
❖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
1.5VF 0.2V0
m
ax
4.5 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: γ0Sd≤Rd
❖考虑地震作用的组合时:
Sd≤Rd/RE
➢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。
4.4.2 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)) 。
➢特别不规则——指具有较明显的抗震薄弱部位,可 能引起不良后果者。通常有三类:
✓其一,同时具有表4.2.4-1和表4.2.4-2所列六个主要不规 则类型的三个或三个以上;
✓其二,具有表4.2.4-3所列的一项不规则;
✓其三,具有表4.2.4-1和表4.2.4-2所列两个方面的基本不 规则且其中有一项接近表4.2.4-3的不规则指标。
➢ (3) 结构的延性是指保证结构承载力条件下的结构变形性能, 反映结构吸收地震能量后的变形能力。延性好的结构能吸 收较多的地震能量并能经受住较大的变形。
4.2.3 加强连接,整体稳定性强
❖ 高层建筑结构的整体稳定性,主要取决于楼盖、结构节点、 结构与基础连接的可靠性等。
➢ (1) 楼板是保证高层建筑结构整体性最重要的构件——提供 足够的平面内刚度和抗力,协同各抗侧力子结构共同工作。
(4)凸出部分的尺寸不宜太大(pp94~95 图4-4、表4-1)。
(5)应避免在拐角、端部等处布置楼电梯间。
4.1.3 结构竖向布置要求
(1)结构竖向布置应注意刚度均匀而连续,无突变。
(2)抗震设计时,结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。
(3)抗震设防的高层建筑,竖向体型应力求规则、均匀,避免 有过大的外挑和内收(pp95图4-5) 。
第4章 高层建筑结构设计要求
4.1 建筑体型和结构总体布置 4.2 高层建筑结构的概念设计 4.3楼层最小地震剪力系数及楼层地震剪力调整 4.4 荷载效应组合及最不利内力 4.5 承载力验算 4.6 侧移限值 4.7 舒适度要求 4.8 稳定和抗倾覆 4.9 抗震结构延性要求和抗震等级 4.10 结构抗震性能设计** 4.11 抗连续倒塌设计基本要求**
直接、明确;
➢ 3:结构受力、薄弱环节及抗震性能估计把握容易,精细 分析程序可靠。
❖ 结构规则、均匀要求含平面和立面两部分,包括刚 度、承载力和传力途径三个方面。
➢ 1:在竖向建筑造型和结构布置上均匀,刚度、承载力和 传力途径均无突变,从而限制应力集中、过大变形和敏感 薄弱部位的出现。
➢ 2:建筑平面布置须考虑有利于抵抗水平荷载和竖向荷载, 做到受力明确,传力集中,尽可能减少扭转影响。宜选择 简单、规则、对称、长宽比不大、平面外伸长度小的平面 形式;
(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。
(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。
❖ 高层建筑结构的概念设计是非常重要的。
❖ 高层建筑结构的概念设计的要点: ➢(1)结构简单、规则、均匀; ➢(2)刚柔适度、延性好; ➢(3)加强连接,整体稳定性强; ➢(4)轻质高强、多道设防。
4.2.1 结构简单、规则、均匀
❖ 结构简单包含有三方面的要求:
➢ 1:结构的类别划分、计算模型清楚; ➢ 2:各结构构件力学功能分工,在荷载和作用下传力路径
4.1 建筑体型和结构总体布置
4.1.1 结构总体布置原则
(1)满足使用要求,便于施工 (2)控制结构高宽比H/B (3)选择合理的结构平面形状 (4)在地震区,尽可能采用对抗震有利的结构布置形式 (5)合理设缝 (6)高层建筑的结构体系尚宜符合下列规定: ❖ 结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力
4.2.4 建筑结构的规则性
❖1 规则结构——
➢体型(平面和立面)规则; ➢结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度;
➢结构竖向布置均匀,结构的刚度、承载力和质量分布均匀、 无突变。
实际工程设计中,要使结构方案规则往往比较困难,有时会 出现平面不规则或竖向不规则的情况。
❖2 不规则结构——混凝土房屋、钢结构房屋和钢-混凝土
(4)结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化(框架结构当某 楼层侧向刚度小于上层时,不宜小于相邻上部楼层的70%,不 宜小于相邻上部三层平均值的80%)。 (5) A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜 小于其相邻上一层受剪承载力的80%,不应小于其相邻上一层 受剪承载力的65%;B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层 间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。 (6)高层建筑结构宜设置地下室。
或:RESd≤Rd
(4.5-1) (4.5-2)
(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,用承载力抗震调整系数考虑(pp103表 4-3)(见表4-1);
(3)抗震设计中,不考虑结构构件的重要性系数。
VFi 1.8VF max
VFi 0.25V0
4.4 荷载效应组合及最不利内力
4.4.1 荷载效应组合
1、无地震作用组合:
Sd=GSGK + LψQQSQK + ψWWSWk
L——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: Sd=GSGE+EhSEhk+EvSEvk+ψWWSWk
4.4.3 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。
➢体型复杂的高层建筑,应考虑风向角的不利影响。
3、不同结构体系水平荷载作用下的内力和侧移计 算见教材。
4.4.4 控制截面及最不利内力 1、梁
4.4.5 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, 然后进行内力组合
1、竖向荷载下框架梁弯矩塑性调幅(pp121) 见图4-5
(1)降低支座负弯矩,以减少配筋面积。 ➢装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7~0.8; ➢现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8~0.9;
(2)框架梁端负弯矩调幅后,梁跨中弯矩应相应增大; ➢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:
平面规则而竖向不规则的建筑,刚度小的楼层的 水平地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数,提 高构件的承载能力;
平面不规则且竖向不规则的建筑,应根据不规则 类型的数量和程度,有针对性地采取不低于前两 条要求的各项抗震措施。
特别不规则的建筑,应经专门研究,采取更有效 的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化 设计方法。
➢ 荷载和作用传递路径的设置; ➢ 关键部位和薄弱环节的判定和加强;
➢ 结构整体稳定性保证和耗能作用的发挥; ➢ 承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配;
➢ 结构分析理论的基本假定(如楼板平面内刚度无限大时的 工程实现,主体结构与连接结构的可靠连接,在地震作 用下整体结构能够发挥耗散能量作用,不会因极少数薄 弱部位提早破坏而倒塌)等。
混合结构房屋存在表4.2.4-1所列举的某项平面不规则类型或 表4.2.4-2所列举的某项竖向不规则类型以及类似的不规则类 型,应属于不规则的建筑。
对不规则建筑,应按不规则的类型和程度,采取不同的抗震 措施。
❖3 不规则程度的三种划分方法:
➢不规则——指的是超过表4.2.4-1和表4.2.4-2中不多 于两项的不规则指标;