高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)韓小雷

1、高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)(廣東省注冊(cè)工程師培訓(xùn)講座廣東省注冊(cè)工程師培訓(xùn)講座)主講主講: 英聯(lián)邦結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會(huì)會(huì)員、特許注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師英聯(lián)邦結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會(huì)會(huì)員、特許注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師 香港工程師學(xué)會(huì)會(huì)員香港工程師學(xué)會(huì)會(huì)員結(jié)構(gòu)工程是這樣一種藝術(shù):使用材料這些材料屬性只能估算建立真實(shí)的結(jié)構(gòu)這些真實(shí)的結(jié)構(gòu)只能近似分析 來(lái)承受外力這些外力不能準(zhǔn)確得知以滿足我們對(duì)公眾安全職責(zé)的要求1. 荷載荷載 豎向荷載豎向荷載 美國(guó)規(guī)范規(guī)定混凝土容重取24kn/m3，而常用的計(jì)算軟件沒(méi)有考慮扣除梁板重疊、豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件重疊引起的重復(fù)荷載，故為了考慮剪力墻結(jié)構(gòu)的墻面裝修荷載而取混凝土容重為27kn/m3是

2、不合理的。 水平荷載水平荷載 風(fēng)荷載： 10年一遇基本風(fēng)壓：舒適度驗(yàn)算 50年一遇基本風(fēng)壓：剛度驗(yàn)算 100年一遇基本風(fēng)壓：強(qiáng)度驗(yàn)算 地震作用： 小震(重現(xiàn)期50年)：彈性 中震(重現(xiàn)期475年)：基本彈性 大震(重現(xiàn)期2475年)：彈塑性2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合與荷載效應(yīng)組合荷載效應(yīng)組合3. 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傾覆與基礎(chǔ)埋深結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傾覆與基礎(chǔ)埋深 1） 剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、 筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求： 2）框架結(jié)構(gòu)應(yīng)符合下式要求： 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(jgj32002)要求高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定符合如下規(guī)定： 211.4ndiie jhg 10/1,2,njij id

3、igh in4. 結(jié)構(gòu)抗扭結(jié)構(gòu)抗扭 風(fēng)荷載作用風(fēng)荷載作用 合力中心為建筑物投影的幾何中心 地震荷載作用地震荷載作用 合力中心為質(zhì)量中心 5. 框筒與筒中筒結(jié)構(gòu)框筒與筒中筒結(jié)構(gòu) 框筒結(jié)構(gòu)框筒結(jié)構(gòu): 筒中筒結(jié)構(gòu)筒中筒結(jié)構(gòu):剪力滯后現(xiàn)象:6. 結(jié)構(gòu)抗彎剛度與抗扭剛度的關(guān)系結(jié)構(gòu)抗彎剛度與抗扭剛度的關(guān)系 結(jié)構(gòu)的抗彎剛度和與抗扭剛度應(yīng)相匹配，基本原則是結(jié)構(gòu)振型為平平扭。若抗彎剛度太大，抗扭剛度相對(duì)較弱，可能產(chǎn)生第一振型就是扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)第一周期與平動(dòng)周期之比以及平面最大位移與平均位移不能滿足規(guī)范要求，這時(shí)可采用以下兩個(gè)方法： 1）增加抗扭剛度，有時(shí)很困難 最好采用：在不增加豎向構(gòu)件的前提下，增加連梁的作用 2

4、）在層間位移有富余的情況下，可減小抗彎剛度7.高規(guī)高規(guī)建議的高層建筑建議的高層建筑結(jié)構(gòu)分析模型結(jié)構(gòu)分析模型 空間協(xié)同 空間桿系 空間桿薄壁桿 空間桿墻板元 有限元8. 梁板結(jié)構(gòu)、寬扁梁結(jié)構(gòu)和梁板結(jié)構(gòu)、寬扁梁結(jié)構(gòu)和 無(wú)梁樓蓋的傳力路徑無(wú)梁樓蓋的傳力路徑9. 對(duì)規(guī)范要求鋼筋混凝土框架對(duì)規(guī)范要求鋼筋混凝土框架 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)“大震不倒大震不倒”的思考的思考10. 中國(guó)高規(guī)的發(fā)展中國(guó)高規(guī)的發(fā)展 鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定(jgj3-79) 1979 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議(體選擇與構(gòu)造措施) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984 鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定(jgj3-91) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，

5、1991 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(jgj32002) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 200211. 結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性12. 超高層建筑的風(fēng)洞試驗(yàn)超高層建筑的風(fēng)洞試驗(yàn) 地形地貌模型試驗(yàn) 高頻動(dòng)態(tài)天平剛體模型測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn) 剛體模型測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn) 氣彈全模型風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)風(fēng)洞試驗(yàn) (610m):(432m):13. 結(jié)構(gòu)計(jì)算均假設(shè)結(jié)構(gòu)處于結(jié)構(gòu)計(jì)算均假設(shè)結(jié)構(gòu)處于 彈性狀態(tài)，實(shí)際結(jié)構(gòu)是處于彈性狀態(tài)，實(shí)際結(jié)構(gòu)是處于 彈塑性狀態(tài)彈塑性狀態(tài) 14. 強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)墻弱連梁強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)墻弱連梁15. 美國(guó)規(guī)范要求無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力美國(guó)規(guī)范要求無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)中，非預(yù)應(yīng)力筋必須能結(jié)構(gòu)中，非預(yù)應(yīng)力

6、筋必須能 抵抗抵抗100恒載及恒載及25活載活載 16. 帶地下室的結(jié)構(gòu)計(jì)算假設(shè)嵌帶地下室的結(jié)構(gòu)計(jì)算假設(shè)嵌 固在固在0.000時(shí)，時(shí)，0.000應(yīng)應(yīng) 設(shè)計(jì)成強(qiáng)梁弱柱設(shè)計(jì)成強(qiáng)梁弱柱17. 帶地下室的結(jié)構(gòu)計(jì)算假設(shè)嵌固帶地下室的結(jié)構(gòu)計(jì)算假設(shè)嵌固 在在0.000時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度大為大為 增大增大，計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剛度偏大，計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剛度偏大， 位移偏小，地震作用偏大位移偏小，地震作用偏大18. 無(wú)地下室的結(jié)構(gòu)，計(jì)算模型無(wú)地下室的結(jié)構(gòu)，計(jì)算模型 為首層嵌固，這是有條件為首層嵌固，這是有條件 的，應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)梁弱柱。的，應(yīng)設(shè)計(jì)成強(qiáng)梁弱柱。19. 性能的設(shè)計(jì)方法：強(qiáng)度性能的設(shè)計(jì)方法：強(qiáng)度 + 延性延性2

7、0. 彈性與彈塑性時(shí)程分析的選波彈性與彈塑性時(shí)程分析的選波及其概率性定義及其概率性定義1)現(xiàn)行規(guī)范的彈性反應(yīng)譜的來(lái)由 體現(xiàn)了概率的統(tǒng)計(jì)意義2)彈塑性反應(yīng)譜 可變參數(shù)多，無(wú)法用 單一譜反應(yīng) 3)用大量的涵蓋各種情況的地震波進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，符合概率統(tǒng)計(jì)的思想，是“ 可 靠”的，是解決問(wèn)題的一個(gè)正確方法。4)如何選波，如何進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)是下一步需要解決的問(wèn)題。21. 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)介紹振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)介紹1)地震實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 是檢驗(yàn)彈塑性分析軟件的重要標(biāo)準(zhǔn)。 2)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)及其重力相似比。3)存在的幾點(diǎn)問(wèn)題：附加重量的滑動(dòng)阻尼、臺(tái)面加速度與電腦輸入加速度的差異等4)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)例 a、

8、華標(biāo)三期 b、日本阪神地震之一 之二 c、框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu) d、美國(guó)peer振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)5)從振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)及彈塑性分析得到的啟示： 320層的較為剛性的結(jié)構(gòu)是比較敏感的，高柔結(jié)構(gòu)、超高層結(jié)構(gòu)反應(yīng)不敏感。22. 重要結(jié)構(gòu)的抗震加固方法重要結(jié)構(gòu)的抗震加固方法1)強(qiáng)度+構(gòu)造（延性）抗震性能 如果抗震性能的目標(biāo)是正確的，則強(qiáng)度與構(gòu)造間是可以互相補(bǔ)充的。2)以上思想為不符合現(xiàn)行規(guī)范構(gòu)造的結(jié)構(gòu)抗震加固提供了出路：不是不符合構(gòu)造要求的結(jié)構(gòu)都需要加固。3)選用符合概率統(tǒng)計(jì)意義的一批地震波，對(duì)反映結(jié)構(gòu)真實(shí)幾何尺寸、真實(shí)材料性能和真實(shí)截面配筋的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析，對(duì)其性能作出評(píng)價(jià)。4)增加耗能支撐阻尼是框

9、架結(jié)構(gòu)加固的一個(gè)有效的方法23. 基于能力的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介基于能力的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介24. 建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介90%的內(nèi)容以美國(guó)的內(nèi)容以美國(guó)fema規(guī)范條文規(guī)范條文為藍(lán)本為藍(lán)本25. 關(guān)于最小配筋率的討論關(guān)于最小配筋率的討論 對(duì)于懸挑長(zhǎng)度小于500， 厚度大于100 的裝飾性線條，若其僅承受自重和表面裝修荷載，可不按最小配筋率設(shè)置，僅需滿足強(qiáng)度和使用性要求。aci318-2002關(guān)于最小配筋率的補(bǔ)充規(guī)定：10.5.3the requirements of 10.5.1 and10.5.2 need not be applied if at every

10、 sectionas provided is at least one-third greater than that required by analysis. 26. 關(guān)于彈塑性分析的若干討論關(guān)于彈塑性分析的若干討論 精確從理論上考慮各種因素，從 微觀出發(fā)，數(shù)值處理困難， 不易收斂。 粗糙以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，從宏觀 出發(fā)，數(shù)值處理較為簡(jiǎn)單， 較易收斂。1) 在目前(或可見(jiàn)的未來(lái)38年) “精確”的彈塑性分析的精度與“粗 糙”的結(jié)果的可靠性對(duì)比2) 兩者結(jié)果應(yīng)相互校核，如果 “精 確”算法與“粗糙”算法有本質(zhì)的偏 離，則“精確”的方法的結(jié)果是不 可靠的。3)美國(guó)、日本的研究、工程應(yīng)用現(xiàn)狀 美國(guó)

11、單片剪力墻模型通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得 出，復(fù)雜的剪力墻等效為桿件。 （opensees,drain 2d,idarc 2d， sap2000） 日本高層建筑基本不采用剪力墻 結(jié)構(gòu)，均為桿系。 （canny）4)地震實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù) 是檢驗(yàn)彈塑性分析是否合理的重 要標(biāo)準(zhǔn)。5)可靠的符合統(tǒng)計(jì)意義的彈塑性分 析是判別結(jié)構(gòu) “大震不倒”的重要 標(biāo)準(zhǔn)。27. 結(jié)束語(yǔ)結(jié)束語(yǔ) 國(guó)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)名人的國(guó)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)名人的忠告忠告： 混凝土并非彈性均質(zhì)材料，其受力理論并不十分明確。試圖尋求“百分之百的計(jì)算精確度”，無(wú)疑是在浪費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)。 美國(guó)g.p.manning 應(yīng)用現(xiàn)代高效能計(jì)算機(jī)，是能對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)做出可靠的分析，但更需要運(yùn)用正確的判斷力。尤其是當(dāng)我們把結(jié)構(gòu)開(kāi)拓成綜合型、新材料和更大跨度的時(shí)候。 美國(guó)林同炎 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門(mén)藝術(shù)，沒(méi)有唯一解。只有不斷地探索去尋求相對(duì)的最佳，