高層建筑結構受力基本的特點與結構概念設計

1、高層建筑結構受力基本的特點與結構概念設計 高層建筑結構上的荷載和作用2.2 高層建筑結構的受力特點和工作特點2.3 高層建筑結構的結構體系和結構布置2.4 高層建筑結構的概念設計建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2001）建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2001）高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ3-2002）.1 豎向荷載2.1.2 風荷載2.1.3 地震作用2.1.4 溫度和其他作用 高層建筑結構上的荷載和作用.1 豎向荷載back恒荷載樓面和屋面活荷載活荷載的不利布置豎向荷載包括恒荷載和活荷載，特殊情況下還有豎向地震作用水平向荷載或作用風荷載、地震作用其它荷載或作用施工荷載、地基不均勻

2、沉降、溫度變化在地震區(qū)，往往是地震荷載與垂直荷載的組合起控制作用；在非地震區(qū)，則是風荷載和垂直荷載的組合起控制作用?？癸L設計和抗震設計對高層建筑結構來說是十分重要的。back概述back.1 豎向荷載1.恒荷載 結構自重是永久荷載，又稱為恒荷載(恒載)，是由于結構自身重力產(chǎn)生的豎向荷載。 恒載可由構件和裝修的尺寸和材料的重力密度直接計算。 材料的自重一般可按建筑結構荷載規(guī)范 GB50009-2001的規(guī)定采用 鋼筋混凝土自重：25kN/m3； 鋼材自重：3； 玻璃：32.樓面和屋面活荷載樓面活荷載高層建筑樓面均布活荷載標準值及其組合值、頻遇值和準永久值系數(shù)，應按荷載規(guī)范取值。設計樓面梁、墻、柱

3、及基礎時，樓面活荷載標準值應乘以規(guī)定的折減系數(shù)。屋面活荷載房屋建筑的屋面，其水平投影面上的屋面均布活荷載應按下表中的數(shù)值采用。屋面均布活荷載不應與雪荷載同時組合。back同時有以下情況發(fā)生時，給與特別處理：施工中采用附墻塔、爬塔等對結構受力有影響的起重機械或其他施工設備時，根據(jù)具體情況驗算施工荷載對結構的影響。旋轉(zhuǎn)餐廳軌道和驅(qū)動設備的自重應按實際情況確定。擦窗機等清洗設備應按實際情況確定其自重的大小和作用位置。當有直升機平臺時，直升機的活荷載按JGJ3-2002高層建筑混凝土結構技術規(guī)程第條采用。 3.活荷載的不利布置 大量工程設計結果：鋼筋混凝土高層建筑結構豎向荷載(恒荷載或活荷載)平均值約

4、為15kN/m2 框架、框架剪力墻結構：1214kN/m2 剪力墻、筒中筒結構：1416kN/m2這些豎向荷載估算的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在方案階段非常有用，它成為估算地基承載力、估算結構底部剪力和初定結構截面的依據(jù)。 在計算高層建筑豎向荷載下產(chǎn)生的內(nèi)力時，一般可以不考慮活荷載的不利布置，按滿布活荷載計算。 back.2 風荷載定義空氣流動形成的風遇到建筑物時，就在建筑物表面產(chǎn)生壓力或吸力，這種風力作用稱為風荷載。影響因素近地區(qū)性質(zhì)、風速、風向有關，同時與建筑物的高度、形狀、表面狀況有關。風載的摩擦力建筑物表面與空氣之間還有摩擦力，然而在一般情況下，它是風力的(12)左右，設計中不予考慮。風作用的特點不規(guī)

5、則；波動性。back風荷載風荷載標準值基本風壓0風壓高度變化系數(shù)z風載體型系數(shù)s風振系數(shù)z陣風系數(shù)gz總風荷載和局部風荷載計算總風荷載局部風荷載當計算主要承重結構時計算圍護結構時垂直作用在建筑物表面上的單位面積風荷載按下述公式計算：式中 k風荷載標準值（kN/m2 ） 0基本風壓（kN/m2）z z高度處風振系數(shù)； gz z高度處陣風系數(shù)； z風壓高度變化系數(shù)； s風荷載體型系數(shù)。(2-1-1)(2-1-2)back （1）基本風壓0(2-1-3)式中0基本風壓(kN/m2)； 空氣的密度，取3；0 平均風速(m/s)。上海：重現(xiàn)期50年:0 ；重現(xiàn)期100年:0 back 基本風壓值系以當?shù)?/p>

6、比較空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速0為標準，確定的風壓值?；撅L壓計算公式如下： 定義某類地區(qū)上空z高度處的風壓與基本風壓的比值。通常認為在離地面高度為300500m時，風速不再受地面粗糙度的影響。地面粗糙度分類A類：近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類：田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類：有密集建筑群的城市市區(qū)；D類：有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。山區(qū)高層建筑高度變化系數(shù)的修正位于山區(qū)的高層建筑，高度變化系數(shù)按荷載規(guī)范相應的規(guī)定進行修正。 back（2）風壓高度變化系數(shù)z概述風荷載體型系數(shù)是指風作用在建筑物表面上所引起

7、的實際壓力(或吸力)與來流風的速度壓的比值，它描述了建筑物表面在穩(wěn)定風壓作用下靜態(tài)壓力的分布規(guī)律。相關因素：建筑物的體型、尺度、表面位置及表面狀況、也與周圍環(huán)境和底面粗糙度有關。風載體型系數(shù)的標注正值為壓力，負值為吸力。作用方向：與建筑物表面垂直。back（3）風載體型系數(shù)s概述各種體型風荷載體型系數(shù) 群體效應 維護結構的風荷載體型系數(shù)各種體型風荷載體型系數(shù)荷載規(guī)范列出了38項不同類型建筑物和各類結構體型及其體型系數(shù)。與規(guī)范中給定的體型類同時，按規(guī)范采用；與規(guī)范中給定的體型不同時，可參考有關資料采用；與規(guī)范中給定的體型不同且無參考資料可以借鑒時，宜由風洞試驗確定；對于重要且體型復雜的結構，應由

8、風洞試驗確定。群體效應多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互之間距離較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應。一般將單獨建筑物的體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出。back維護結構的風荷載體型系數(shù)驗算維護構件及其連接的強度時，可按下列規(guī)定采用局部風壓體型系數(shù)：外表面正壓區(qū)：按規(guī)范采用負壓區(qū)：對墻面，??；對墻角邊，取；對檐口、雨蓬、遮陽板、等突出構件，取-2.0.；對屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于10的屋脊部位)，取。內(nèi)表面對封閉式建筑物，按外表面風壓的正負情況取或。back 對于基本自振周期大于的工程結構,如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及對

9、于高度大于30m且高寬比大于的高柔房屋，應考慮風壓脈動對結構發(fā)生順風向風振的影響。(2-1-4)式中振型系數(shù)，一般由結構動力學計算確定；對于質(zhì)量和剛度沿高度分布均勻的彎剪型結構，也可近似采用振型計算點高度與房屋高度的比值； 脈動增大系數(shù)； 脈動影響系數(shù)；zj（5）陣風系數(shù)gz計算維護結構風荷載的陣風系數(shù)可按荷載規(guī)范取值。back（4）風振系數(shù)z(2-1-5)式中 Bi 第個面寬度；i第個面法線與風作用方向的夾角。當建筑物的某個表面與風作用方向垂直時i =0，這個表面的風壓全部計入總風荷載；當建筑物某個表面與風作用方向平行時i =90 ，這個表面的風壓不計入總風荷載；其它情況都應計入該表面上風力

10、在作用方向的投影值。各表面風荷載的合力作用點即為總風荷載的作用點?？傦L荷載局部風荷載風荷載對建筑物表面各部分產(chǎn)生的風壓是不均勻的，在某些風壓較大的部位，要考慮局部風荷載對某些構件的不利作用。此時，采用局部增大體型系數(shù)。back2.總風荷載和局部風荷載計算抗震設防要求抗震設防及其思想設防依據(jù)設防目標及其實現(xiàn)建筑類別與設防標準抗震計算地震作用計算結構抗震驗算2.1.3 地震作用抗震設防對建筑物進行抗震設計并采取抗震措施。指導思想預防為主減輕結構震害避免人員傷亡減少經(jīng)濟損失使地震時不可缺少的緊急活動得以維持和進行基本設計原則“小震不壞，中震可修，大震不倒”趨勢使用壽命期內(nèi)對不同頻度和強度的地震具有不

11、同的抵抗能力。back（1）抗震設防及其思想定義按國家規(guī)定的權限批準作為一個地區(qū)抗震設防依據(jù)的地震烈度確定必須按國家規(guī)定的權限審批、頒發(fā)的文件（圖件）確定一般情況下，可采用中國地震烈度區(qū)劃圖的地震基本烈度（或與本規(guī)范設計基本地震加速度值對應的烈度值）對做過抗震防災規(guī)劃的城市，可按批準的抗震設防區(qū)劃（抗震設防烈度或設計地震動參數(shù)）進行抗震設防設防范圍6-9度back（2）設防依據(jù)抗震設防烈度（3）設防目標及其實現(xiàn)三水準要求水準涵義要 求第一水準小震不壞當遭受低于本地區(qū)設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用第二水準中震可修當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞，

12、經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用第三水準大震不倒當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的預估的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞兩階段設計階 段目 標烈 度地震作用性質(zhì)受力狀態(tài)作用效應組合第一階段小震不壞（隱含中震可修）多遇地震作用對應的烈度（小震）可變作用彈性（部分彈塑性）承載力驗算采用基本組合(多層、高層鋼筋混凝土房屋層間彈性位移計算，采用短期效應組合，即作用分項系數(shù)均取1.0)第二階段大震不倒罕遇地震作用對應的烈度（大震）偶然作用彈塑性部分建筑物的層間彈塑性位移驗算，采剛短期效應組合，即怍用分項系數(shù)均取1.0說明：第一階段為彈性分析，包括截面設計和變形計算；大部分建筑的第二階段設計主

13、要由概念設計和構造措施來保證。建筑類別建筑的重要性抗震措施地震作用計算甲類特殊要求的建筑特殊考慮特殊考慮乙類國家重點抗震城市生命線工程的建筑提高一度（9度適當提高）原設防烈度丙類甲、乙、丁類以外的一般建筑原設防烈度原設防烈度丁類次要的建筑降低一度（6度不降）原設防烈度（4）建筑類別與設防標準一般說明和計算原則影響設計地震作用的因素設計地震作用的方向地震作用的計算范圍和原則地震作用的計算方法及其適用范圍計算模型-集中質(zhì)量模型基本計算數(shù)據(jù)水平地震作用的計算豎向地震作用的計算地震作用計算地震作用及地震反應地震作用影響因素設計地震作用的方向地震作用的計算范圍和原則地震作用的計算方法及其適用范圍計算模型

14、影響設計地震作用的因素一般說明和計算原則地震作用及地震反應地震作用地震時，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運動，并通過房屋基礎影響上部結構，使原來靜止的建筑物受到動力作用，使整個結構產(chǎn)生振動，這就是地震作用。地震反應定義：地震作用使房屋產(chǎn)生的運動稱該房屋的地震反應。地震反應包括：加速度、速度、位移。我們把不同周期下建筑物反應值的大小畫成曲線，這些曲線稱為反應譜。振動水平振動主要破壞因素；豎向振動8、9度時大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑，應計算豎向地震作用。 地震作用影響因素設計地震作用的方向水平（兩個）豎向（一個）結構效應的方向平動（兩個水平、一個豎向）扭轉(zhuǎn)（豎軸）地震動特性方面結構特性方面結構

15、自振周期建筑質(zhì)量（重力荷載）結構阻尼比（材料）設計地震作用的方向地震作用的計算范圍和原則計算范圍水平地震作用豎向地震作用 水平地震作用的計算原則 一般情況下，應允許在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔。有斜交抗側力構件的結構，當相交角度15時，應分別計算各抗側力構件反方向的水平地震作用。 質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響6度區(qū)（除甲類建筑和IV類場地上的較高房屋外）可不算豎向地震作用7-9度區(qū)（除可不進行上部結構抗震驗算的房屋外）均算8、9度大跨度結構和長懸臂結構9度的高層建筑地震作用結構方法使用范圍水平

16、彈性底部剪力法高度不超過40m，以剪切變形為主，質(zhì)量和剛度分布較均勻振型分解反應譜法除上款以外的建筑結構，宜采用此方法時程分析法（補充計算）甲類建筑、特別不規(guī)則的建筑H100m，8度I、II類場地、 7度乙、丙類建筑H80m， 8度III、IV場地乙、丙類建筑H60m，9度乙、丙類建筑彈塑性簡化方法（略）時程分析法（略）豎向彈性底部軸力法需考慮豎向地震作用的結構地震作用的計算方法及其適用范圍基本計算數(shù)據(jù)結構自振周期重力荷載代表值設計反應譜結構自振周期-近似計算對于質(zhì)量和剛度沿高度較均勻的框架結構，框架-剪力墻結構和剪力墻結構(2-1-5)結構自振周期，s假定把樓層重力荷載代表值作為樓層作用的水

17、平力，然后按彈性方法計算結構頂點的水平位移。重力荷載代表值重力荷載代表值永久荷載（建筑結構和構配件自重）標準值+可變荷載（雪、積灰、樓面活荷載）組合值永久荷載標準值組合值系數(shù):按建筑抗震設計規(guī)范可變荷載標準值(2-1-6)設計反應譜水平地震影響系數(shù)水平地震影響系數(shù)最大值T(s)maxmax0Tg（特征周期）=(Tg/T)2max =0.2 max烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震-0.500.901.40圖2.1 水平地震影響系數(shù)曲線表2.1 水平地震影響系數(shù)最大值設計地震分組場地類別IIIIIIIV第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.55

18、0.75第三組0.350.450.650.90表2.2 特征周期 Tg水平地震作用的計算底部剪力法振型分解反應譜法時程分析法樓層水平地震剪力的分配扭轉(zhuǎn)問題地基結構動力相互作用底部剪力法計算方法底部剪力的計算地震作用沿高度的分配mHiHiFiFEkFn 頂部附加地震作用 突出屋面小建筑物 適用條件Geq結構等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF： Geq=Sum(Gi 水平地震影響系數(shù)振型分解反應譜法計算振型計算地震影響系數(shù)和振型參與系數(shù)計算振型地震作用計算振型地震效應振型組合xg(t)xi(t)a1iajiani兩點注意：計算步驟塔樓對于不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的結構，結構第 j 振型

19、 i 質(zhì)點的水平地震作用標準值：第1振型第2振型第j振型豎向地震作用的計算高層房屋（9度）地震作用標準值FviHiFviFEvk 樓屋蓋的豎向地震作用效應分配 按各構件承受的重力荷載代表值的比例分配 平板型網(wǎng)架屋蓋和跨度大于24m的屋架（8、9度） 長懸臂和其它大跨結構（8、9度）2.1.4 溫度和其他作用溫差，材料收縮，不均勻沉降結構的變形及內(nèi)力。工程上，對于處理樓板在溫度作用下產(chǎn)生的應力有兩種思路，即抗與放。多層建筑的溫差作用可以忽略不計。9-30層的建筑物，只要設計、施工及材料等方面綜合技術措施適當，內(nèi)力計算時，溫差影響可忽略。控制溫度變形的措施采取合理的平面和立面設計，避免截面的突變。

20、合理選擇結構型式，降低結構約束程度，從而減小約束應力。合理布置分布鋼筋，重視構造鋼筋作用，加強構造配筋。在頂層、 屋頂、 山墻及縱墻兩端開間等溫度變化影響較大的提高配筋率。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級配，減少坍塌度，對于超長結構采用后澆帶方法施工或結構劃分為長度較短的區(qū)段。避免沉降的措施采取利用壓縮性小的地基，減少總沉降量及沉降差。對于不同高度及基礎設計成整體的結構，在施工時將他們暫時斷開，待主體結構施工完畢，已完成大部分沉降量以后再澆灌連接部分的混凝土。將裙房做在高層建筑的懸挑基礎上，達到裙房與高層部分沉降一致。綜合采用上述方法處理。設置防震縫防震縫寬度必須符合JGJ3-2002高層建筑混凝

21、土級結構技術規(guī)程的規(guī)定。防震縫兩側結構體系不同時其寬度應按不利的結構類型確定；防震縫兩側的房屋高度不同時，其寬度應按較低的房屋高度確定；防震縫宜沿房屋全高設置；地下室，基礎不可設防震縫，但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接；當結構單元之間或主樓與裙房之間無可靠措施，不應采用牛腿托梁的做法設置防震縫。高層建筑結構的受力特點和工作特點結構設計時，應考慮高層建筑結構的整體工作性能水平作用對高層建筑結構的影響占主導地位高層建筑結構具有剛度大、延性差易損的特點在進行結構設計時，應考慮結構的薄弱層。高層建筑結構的結構體系和結構布置 結構總體布置原則結構體系確定后，結構總體布置應密切結合建筑設計進行，使建筑物具有良好的造型和合理的傳力路徑。因此，結構體系受力性能和技術經(jīng)濟指標能否作到先進合理，與結構布置密切相關。 控制房屋適用高度和高寬比限值H/B鋼筋混凝土高層建筑結構的最大適用高度和高寬比分為A級和B級。A級高度和B級高度鋼筋混凝土結構最大適宜高度應符合如下表規(guī)定。 2.3.3 結構平面布置原則(