方鄂華結構規(guī)程與概念設計

1、高層建筑鋼筋混凝土結構設計規(guī)程和概念設計清華大學 方鄂華主要參考資料1 高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計 2 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程3 北京市建筑設計技術細則結構專業(yè) 4高層建筑混凝土結構技術規(guī)程若干問題解說（JGJ3-2002）第1部分 體系和結構布置1. 偏心距和扭轉不規(guī)則（參考14.35、5.2節(jié)）規(guī)程條規(guī)定1. 地震作用考慮(5L)附加偏心距，最大層位移和平均層位移之比（假定剛性樓板計算）：2. 結構周期比T扭/T13. 考慮(5L)附加偏心距，計算的內(nèi)力參加組合(設計構件)，抗震規(guī)范條與高規(guī)不同地震作用存在雙向平動和扭轉分量，規(guī)范規(guī)定單向計算是一種簡化，扭轉分量無法確定，規(guī)程將扭轉

2、規(guī)則性定量化，有利于設計操作。措施：1. 防止地震作用下扭轉過大：剛心、質(zhì)心偏離，抗扭剛度小，2 提高抗扭承載力：存在問題和建議： 1 考慮附加偏心距以后，難以考察結構平面剛度是否均勻；有時較難調(diào)整到上述要求。2 當調(diào)整實在有困難時怎么辦？首先要弄清楚是什么原因造成扭轉不規(guī)則。美國IBC規(guī)范要求將外荷載產(chǎn)生扭矩及附加偏心距的扭矩之和放大，乘以放大系數(shù)外荷載扭矩 附加偏心距的扭矩放大系數(shù)由以下公式計算，但不大于3在超過位移比不太大時(1020)，結合我國規(guī)程要求，可以將附加偏心距加大后計算內(nèi)力。歸納如下：1. 不附加偏心距：校核最大層間位移，檢查位移比，檢查周期比，注意：所有計算應采用耦聯(lián)計算；

3、2. 沿高度剛度均勻要求4.4.2 條樓層側向剛度不宜小于上部樓層側向剛度的70，或其上相鄰三層側向剛度平均值的80側向剛度V/層間側移整體分析得到的層剛度結果（V，u，）較精確3. 高寬比和平面形狀限制高寬比限制值是經(jīng)驗性的規(guī)定，在一般情況下, 符合高寬比限制值要求的建筑，結構比較容易滿足位移限制而層間位移限制才是最根本的要求。如果各方面都能滿足規(guī)范要求, 突破高寬比限值是可能的。高寬比限值可以作為初步設計的參考，規(guī)程上規(guī)定是“不宜超過”, 已不作為“超限審查的要求。凸出部分過長造成的高振型影響，端部加大剛度剪力墻長條形建筑造成的高振型影響，無法計算，高度大時不允許1 高寬比H/B max2

4、 凸出部分的長寬比l / b4. 雙重抗側力體系（參考1 5.6節(jié)）框架-剪力墻（筒體）結構框架-核心筒結構筒中筒結構變形性能不同的抗側力單元協(xié)同抵抗水平力，要求每個部分分擔一定比例的層剪力，一定比例的傾覆力矩，充分進行內(nèi)力重分配，實現(xiàn)二道設防目標?？蚣?剪力墻結構雙重抗側力體系1. 剪力分配比例規(guī)范要求2. 傾覆力矩大于總屈服力矩的50剪力墻傾覆力矩小于50弱剪力墻,框架的抗震等級按（純）框架結構確定?？蚣芙Y構（純）非雙重抗側力體系少量剪力墻，按框架設計（條）結構以框架為主，有少量剪力墻，按框架-剪力墻計算，框架、剪力墻一起輸入（也可以分兩次計算，分別取內(nèi)力）抗震等級按框架結構取。少量框架柱

5、或短肢剪力墻、小墻肢，裙房有框架等，按剪力墻結構設計。鋼筋混凝土筒中筒結構與框架核心筒結構雙重抗側力體系（參考1 8.2節(jié)）筒中筒結構與框架-核心筒結構比較框架-核心筒結構側向周期長, 剛度小框架-核心筒受力以核心筒為主，筒中筒結構內(nèi)筒承擔剪力多，框筒承擔傾覆力矩多框架-核心筒結構設計要點（參考節(jié)）1. 框架-核心筒結構平面形狀可以隨意（筒中筒結構平面形狀局限），可以不設角柱；2. 框架承受的剪力較?。▋A覆力矩也小），必須調(diào)整增大到規(guī)程要求3. 鋼筋混凝土實腹筒是框架-核心筒結構中的主要抗側力構件，承載力和延性都要求很高，對高寬比、內(nèi)力、配筋構造有許多要求；4. 內(nèi)筒配置鋼骨，可以改善內(nèi)筒的抗

6、震性能；配置方法：墻端部或轉角處，大面墻的中間；可以配置部分樓層（下部若干層為SRC柱，上部為RC柱）抗震等級問題：外鋼框架-內(nèi)混凝土核心筒（混合結構）特點：Ø 外鋼框架的剛度更小，剪力分配的比例更低；Ø 外框架鋼基本不改變核心筒的彎曲型變形，協(xié)同工作性能差；Ø 外鋼框架與混凝土核心筒的徐變、收縮、溫度變形等后期變形性能不一致；是不是雙重抗側力體系？遠遠小于0.25V0，達不到雙重抗側力體系要求。大連遠洋大廈51層，外鋼框架-混凝土核心筒結構，6層以下為鋼筋混凝土框架，7層及以上外鋼框架-混凝土核心筒 （參考節(jié)）彈性計算：6層以下核心筒承擔剪力60807層以上核心

7、筒承擔剪力9088彈塑性計算：7層以上框架分擔<10%, 無屈服7層以下鋼筋混凝土框架有塑性鉸核心筒連梁塑性鉸較多采取措施：Ø 按底部剪力0.25V0調(diào)整不合理，上部放大太多，按總層剪力的比例調(diào)整較合理，即層剪力的250.25V （鋼框架）（混凝土框架按0.2V0或1.5f max調(diào)整也存在這個問題，新規(guī)程中已有改進）Ø 如果調(diào)整較少（0.10.15V），則按非雙重抗側力體系設計（內(nèi)筒100層剪力）, 抗震性能不好（6度地區(qū)及非抗震結構較合適）；Ø 采用鋼骨混凝土核心筒，加強內(nèi)筒延性樓板處配置鋼骨形成的鋼骨混凝土內(nèi)筒延性好采用鋼管或鋼骨混凝土柱、鋼梁外框架；

8、“高層混合結構規(guī)程”可能做出一些規(guī)定板柱-剪力墻結構非雙重抗側力結構板柱結構為很弱的框架，分擔的剪力和傾覆力矩度很?。话逯Y構在高層建筑中限高使用，設計有特殊要求；規(guī)程要求（每層）剪力墻承擔100層剪力，板柱部分不少于20地震層剪力要求周邊柱之間設置邊梁（框架梁）。與框架-核心筒結構如何區(qū)分？框架-核心筒結構中設置樓板大梁：增加翼緣框架柱的軸力，提高外框架抵抗的傾覆力矩，減小核心筒傾覆力矩外框架抵抗的剪力不增加，還可能減少提高結構抗側剛度設置樓板大梁時，層高可能增加，大梁高度不宜太大。層高加大使總高度加大，造價增加，不經(jīng)濟兩種樓板體系平板體系。梁板體系平板與有梁樓板框架-核心筒結構的比較第2部

9、分 加強層伸臂與樓板中大梁的作用相似，作用更加明顯伸臂構件作用是提高翼緣框架柱內(nèi)力的有效措施，可以增大結構剛度，減小側移設置伸臂的數(shù)量和位置優(yōu)化設計時綜合考慮，與設備層、避難層統(tǒng)一布置當只設置一道伸臂時，最佳位置大約在結構的2/3高度處；設置兩道伸臂時，效果優(yōu)于一道；其中一道設在頂部（或0.7H以上），另一道設在0.5H處較好；設置多道伸臂，可進一步減小側移，但道數(shù)與效果不成正比，設置4道以上效果基本穩(wěn)定；一般可沿高度均勻布置；框架-核心筒結構設置伸臂方案比較框架-核心筒設置伸臂效果好（減小側移達到2050）筒中筒結構設置伸臂效果不大一般不采用。框架-核心筒結構中必須做方案比較2. 環(huán)向構件（

10、參考節(jié)）沿周邊框架的少數(shù)層中設置環(huán)向桁架（混凝土或鋼）,環(huán)向?qū)嵏沽簶O少采用（因設置窗洞）作用是：1. 加強結構整體性，相當于“圈梁”；2. 協(xié)調(diào)框架各柱的軸向變形，使豎向構件受力均勻。在框筒結構中相當于加大窗裙梁，減少剪力滯后；在框架-核心筒結構中，也可減小剪力滯后，使翼緣框架柱承受軸力，或者使伸臂傳來的軸力均攤給其他柱子3. 腰桁架與帽桁架（參考節(jié)）形式與伸臂相同，但作用不同：主要是減少內(nèi)、外構件由于重力荷載、溫度、徐變等產(chǎn)生的豎向變形差大約3040層設一道帽桁架，很高的結構可設腰桁架伸臂與帽桁架、腰桁架常常結合使用第3部分 框架結構若干問題a) 關于軸壓比限制（參考1 6.2節(jié)）(2) 兩

11、條基本措施：a) 軸壓比限值實際上是大小偏壓的界線。軸壓比計算未考慮柱子的形狀和配筋的影響b) 配置箍筋可以改善柱的延性，因為柱箍筋約束混凝土，提高了混凝土受壓的極限變形內(nèi)力。但是對于軸壓比限制的爭論一直存在，有人認為沒有必要限制軸壓比，有人認為限制太嚴，也有人把規(guī)范中的要求視為絕對不可更動。（3）軸壓比限制可能造成的矛盾：柱子截面較大，豎向鋼筋多為構造配筋。大尺寸截面好，還是多配鋼筋好？（素混凝土面積大）柱子截面較大，形成短柱。究竟限制軸壓比好，還是出現(xiàn)短柱好？(4) 柱的配筋與軸壓比：柱的配筋在邊緣，抗彎的效率最高，一般沿周邊配置。中部不配筋可能使軸壓應力不均勻。素混凝土面積太大時，中部加

12、配筋芯柱可以放松軸壓比限制值。如果配筋較大，可考慮在軸壓比計算的分母中加入鋼筋面積（類似鋼骨混凝土柱）。如果受彎鋼筋較多，可以使柱子鋼筋在大震下不屈服（處于彈性狀態(tài)），軸壓比限制可以放松。2. 關于短柱（參考節(jié)）3.框架節(jié)點區(qū)混凝土強度設計（參考節(jié)和3 ）原規(guī)范限制柱與核心區(qū)混凝土強度相差不得超過5Mpa，新規(guī)范上取消這個限制；新規(guī)范上取消這個限制，不等于節(jié)點區(qū)混凝土強度可以隨意設置，必須進行抗剪強度計算。我國自己的研究較少，美國、加拿大研究較多，可以借鑒。用核心區(qū)混凝土折合強度計算公式。核心區(qū)混凝土強度不足時采取的措施加大核心區(qū)面積插鋼筋或鋼管采用施工方法提高柱核心區(qū)混凝土等級4.關于剪力、

13、彎矩的增大系數(shù) 規(guī)程方法和存在的問題（參考1 6.1節(jié)）規(guī)程簡化方法的問題多數(shù)可能造成多配鋼筋，也可能不安全按配筋反算和簡化計算的剪力值相比, 那一個大？不一定反算結果反映相對關系，可保證V剪切特別是特一級的梁，抗剪箍筋多配。這樣可以節(jié)省鋼筋用量，但是麻煩，多一道反算，建議自編小程序。第4部分 剪力墻結構1. 剪力墻軸壓比限制及約束邊緣構件（參考節(jié)）高軸壓比下剪力墻容易破壞, 邊緣壓應力超過混凝土受壓極限破壞形式：混凝土壓碎先于鋼筋屈服(見1圖7.6)混凝土壓酥，剪力墻平面外錯斷(見1圖7.29)設置約束邊緣構件的要求（參考節(jié)）高規(guī)規(guī)定（條）：一、二級抗震等級底部加強部位及其上一層墻肢端部設置

14、約束邊緣構件（V0.2)；抗震規(guī)范規(guī)定（條）：軸壓比小于表的規(guī)定值，可設置構造邊緣構件；二者不一致，高規(guī)要求嚴，如果軸壓比較?。拐鸨?.4.6 ），結構高度不高，可按高規(guī)的構造邊緣構件設計，取V0.10.2，縱筋1.0%多層建筑結構可以按照抗震規(guī)范執(zhí)行約束邊緣構件的箍筋約束邊緣構件可以采用拉筋，陰影部分不能全部采用拉筋；壓應力較小部分的外部分布鋼筋必須有可靠錨固，才能計入配箍率。洞口邊的邊緣構件（參考節(jié)）洞口邊緣不一定配置約束邊緣構件，取決于洞口邊緣的壓應力大小，與軸向壓力以及連梁約束程度有關。2. 連梁設計（參考1 7.4節(jié)）連梁是剪力墻結構中的重要構件，對剪力墻的剛度、承載力、破壞形態(tài)、

15、延性都有很大影響。連梁剪跨比比較小，容易出現(xiàn)剪切破壞。按照強剪弱彎設計的連梁還是容易出現(xiàn)鋼筋屈服后的剪切破壞。連梁承受反彎作用，剪應力較大，容易出現(xiàn)斜裂縫，容易剪切破壞，而且容易出現(xiàn)屈服后的剪切破壞。連梁對剪力墻的影響（參考1 4.3、7.2節(jié)）a)懸臂墻剛度大，承載力大，靜定結構，抗震不利；b)連梁很強時(剛度和承載力），連梁不破壞，接近靜定的懸臂墻，抗震不利；c)連梁彎曲屈服，維持剛度和承載力，有延性，抗震好；d)連梁剪壞，退化為靜定的懸臂墻，可利用為二道設防構件。連梁屈服后的破壞形態(tài)（參考節(jié)）連梁屈服后破壞形態(tài)的影響因素：名義剪應力剪箍比箍筋配置量連梁設計措施（條）（參考節(jié)）跨高比不宜小

16、；抗震結構不宜用增加連梁高度來增加結構剛度；連梁調(diào)幅連梁可能剪切破壞（超限），則宜考慮二道設防設計。在二道設防計算時（連梁部分或全部不存在，無約束彎矩，有鉸接連桿，是樓板或梁），位移不必限制，二道設防的目的是保證墻肢的承載力。連梁調(diào)幅（參考節(jié)）減小彎矩，控制連梁受彎配筋；控制截面名義剪壓比兩種方法：1）直接降低連梁彎矩2）在內(nèi)力分析時降低連梁剛度降低幅度原則在使用階段連梁不能出現(xiàn)裂縫；直接乘以彎矩折減系數(shù)8度或9度設防，風荷載不大時，連梁調(diào)幅可大，建議折減系數(shù)不小于0.6；7度設防或風荷載較大時，連梁調(diào)幅要小，建議折減系數(shù)不小于0.8；內(nèi)力分析時連梁剛度折減連梁剛度折減系數(shù)不小于0.5，否則連

17、梁彎矩折減將小于0.8；如果需要，8、9度時還可以略小。注意：兩種方法最好不連用；如果連用，需掌握總的調(diào)幅幅度。3大梁與剪力墻平面外相交（參考節(jié)）產(chǎn)生平面外彎矩，剪力墻容易產(chǎn)生裂縫，甚至平面外產(chǎn)生撓曲或失穩(wěn)和大梁剛度有關大約梁高/墻厚大于2宜盡量避免平面外相交的大梁加強墻平面外剛度與承載力驗算平面外承載力減弱大梁剛度或彎矩（塑性調(diào)幅，產(chǎn)生裂縫）4.短肢剪力墻較多的剪力墻結構（參考1 5.7節(jié)）連接短肢剪力墻的樓板梁跨度較大（弱連梁），接近異形柱，但屬于剪力墻，不是指聯(lián)肢剪力墻中的墻肢；短肢剪力墻“較多”規(guī)程上沒有定義短肢剪力墻較多的剪力墻結構設計要求（條、條）規(guī)程條應用范圍限制；筒體和一般剪力

18、墻承受地震傾覆力矩M總M 的50%是必要條件，不是充分條件，短肢愈弱，愈容滿足，短肢太弱并不好，缺乏對短柱剪力承擔率要求，可增加全部短肢剪力墻剪力V 層剪力的20%加強短肢剪力墻的措施，見規(guī)程條：主要目的加強承載力，避免過早裂縫和破壞其中，提高縱向鋼筋配筋率：底部1.2%、其他1.0是全截面配筋率，約束邊緣構件豎向鋼筋可相對集中此外，一字形的措施應從嚴如有平面外彎矩應驗算。第5部分轉換層（參考1 9.2節(jié)）1. 間距小的上層柱轉換到間距大的下層柱（參考節(jié)）框筒和束筒結構中底部往往需要大柱距，以便布置出入口或通道框架結構中局部樓層需要拔個別柱子，以擴大使用空間轉換特點上、下柱在同一平面內(nèi)，受力簡

19、單、明確，轉換構件上有大的集中荷載形式多樣，一般對結構沿高度剛度均勻影響不大，當轉換跨度大時也有影響多層框架結構中需要大空間，中間拔掉柱子，用大梁、斜撐或桁架轉換，跨度大時用斜撐或桁架較好，經(jīng)濟，考慮對使用的影響。2. 上層柱和下層柱不在同一平面內(nèi)（參考節(jié)）可以采用與上述轉換相同的桁架、實腹梁等構件，但往往跨度很大，支承在周邊柱子上，很不經(jīng)濟，有時很困難；常常采用斜撐式轉換，方便而經(jīng)濟；斜撐產(chǎn)生的推力（拉力）必須得到平衡。轉換層本身對沿高度剛度均勻影響不大，但平面縮進使剛度變化。上層柱與下層柱軸線不對齊，或下層取消柱子，用斜撐轉換簡潔、經(jīng)濟。斜撐的推力由樓板承受，相互平衡。3. 上部剪力墻轉換

20、到下部柱子框支剪力墻（參考節(jié)）部分框支剪力墻結構屬于復雜結構，在我國應用十分普遍。框支剪力墻的主要問題是上下剛度突變必須與落地剪力墻共同抵抗側向力一般采用實腹梁轉換，做一層設備層，設備層層高就是轉換梁高度，往往剛度比要求不能滿足。注意層剛度的計算方法，可考慮優(yōu)化尺寸和材料，可改變轉換梁的形式。規(guī)程規(guī)定了適用高度和框支層高度。高位轉換是否可以？框支剪力墻轉換梁形式轉換層高度改變的比較（參考1 9.3節(jié)）建議設計可行，但影響因素多，對剛度、質(zhì)量分布、構件配筋強弱等的影響敏感，類似結構的研究尚不夠。轉換層升高后，調(diào)整上下等效剛度比是重要的，可以通過空間結構較精確分析，檢查沿高度的層間轉角是否均勻；盡量選用剛度和質(zhì)