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文檔簡介
高層結構設計中要控制的“六種比值”高層結構設計中經(jīng)常要控制軸壓比、剪重比、剛度比、周期比、位移比和剛重比“六種比值”:☆軸壓比:主要為控制結構的延性,規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求?!窘忉尅枯S壓比N/(fcA)指考慮地震作用組合的框架柱和框支柱軸向壓力設計值N與柱全截面面積A和混凝土軸心抗壓強度設計值fc乘積之比值。國內(nèi)外的試驗表明,受壓構件的位移延性隨軸壓比的增大而減小。增加柱的配箍率、采用復合箍筋、螺旋箍筋、連續(xù)復合矩形螺旋箍筋以及在截面中設置矩形核心柱都能增加柱的位移延性。這是因為配置復合箍筋、螺旋箍筋、連續(xù)復合矩形螺旋箍筋加強了箍筋對混凝土的約束作用,提高了柱核心混凝土的抗壓強度,增大了其極限壓應變,從而改善了柱的延性和耗能能力。而柱截面中設置矩形核心柱不僅增加了柱的受壓承載力,也可以提高柱的變形能力,且有利于在大變形情況下防止倒塌。實驗表明,剪力墻在周期反復荷載作用下的塑性變形能力,與截面縱向鋼筋的配筋、端部邊緣構件范圍、端部邊緣構件內(nèi)縱向鋼筋及箍筋的配置,以及截面形狀、截面軸壓比大小等因素有關,而墻肢的軸壓比是更重要的影響因素。當軸壓比較小時,即使在墻端部不設約束邊緣構件,剪力墻也具有較好的延性和耗能能力;而當軸壓比超過一定值時,不設約束邊緣構件的剪力墻,其延性和耗能能力降低。因此,對一、二級抗震等級的各類結構體系中的剪力墻,在塑性鉸可能出現(xiàn)的底部加強部位,規(guī)定了在重力荷載代表值作用下的墻肢的軸壓比限值?!疽?guī)范】《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-20016.3.7柱軸壓比不宜超過表6.3.7的規(guī)定;建造于W類場地且較高的高層建筑,柱軸壓比限值應適當減小。表6.3.7 柱軸壓比限值結構類型一抗震等級三框架結構0.70.80.9框架-抗震墻,板柱-抗震墻及筒體0.750.850.95部分框支剪力墻0.60.7注:1軸壓比指柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比值;可不進行地震作用計算的結構,取無地震作用組合的軸力設計值;2表內(nèi)限值適用于剪跨比大于2、混凝土強度等級不高于C60的柱;剪跨比不大于2的柱軸壓比限值應降低0.05;剪跨比小于1.5的柱,軸壓比限值應專門研究并采取特殊構造措施;3沿柱全高采用井字復合箍且箍筋肢距不大于200mm、間距不大于100mm、直徑不小于12mm,或沿柱全高采用復合螺旋箍、螺旋間距不大于100mm、箍筋肢距不大于200mm、直徑不小于12mm,或沿柱全高采用連續(xù)復合矩形螺旋箍、螺旋凈距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直徑不小于10mm、軸壓比限值均可增加0.10;上述三種箍筋的配箍特征值均應按增大的軸壓比由本節(jié)表6.3.12確定;4在柱的截面中部附加芯柱,其中另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%,軸壓比限值可增加0.05;此項措施與注3的措施共同采用時,軸壓比限值可增加0.15,但箍筋的配箍特征值仍可按抽壓比增加0.10的要求確定;5柱軸壓比不應大于1.05。6.4.6抗震墻兩端和洞口兩側(cè)應設置邊緣構件,并應符合下列要求:1抗震墻結構,一、二級抗震墻底部加強部位及相鄰的上一層應按本章第6.4.7條設置約束邊緣構件,但墻肢底截面在重力荷載代表值作用下的軸壓比小于表6.4.6的規(guī)定值時可按本章第6.4.8條設置構造邊緣構件。表6.4.6 抗震墻設置構造邊緣構件的最大軸壓比等級或烈度一級(9度)一級(8度)二級軸壓比0.10.20.32部分框支抗震墻結構,一、二級落地抗震墻底部加強部位及相鄰的上一層的兩端應設置符合約束邊緣構件要求的翼墻或端柱,洞口兩側(cè)應設置約束邊緣構件;不落地抗震墻應在底部加強部位及相鄰的上一層的墻肢兩端設置約束邊緣構件。3一、二級抗震墻的其他部位和三、四級抗震墻,均應按本章6.4.8條設置構造邊緣構件。另外,《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010—200111.4.1311.7.1311.7.1411.7.13一、二級抗震等級的剪力墻底部加強部位在重力荷載代表值作用下,墻肢的軸壓比N/(fcA)不宜超過表11.7.13的限值。 °表11.7.13 墻肢軸壓比限值抗震等級(設防烈度)一級(9度)一級(8度)二級軸壓比限值0.40.50.6注:剪力墻墻肢軸壓比N/(fcA)中的A為墻肢截面面枳?!韭?lián)系】延性是指材料、構件、結構在初始強度沒有明顯退化的情況下的非彈性變形能力。延性比:延性比即為彈塑性位移增大系數(shù)。延性比主要分為三個層面,即截面的延性比、構件的延性比和結構的延性比。結構的延性比多指框架或者剪力墻等結構的水平荷載-頂層水平位移(P-delta)、水平荷載-層間位移等曲線。結構的屈服位移有等能量方法、幾何做圖法等?!罴糁乇龋褐饕獮榭刂聘鳂菍幼钚〉卣鸺袅Γ_保結構安全性。【解釋】剪重比VEki/£G.。剪重比是指水平作用與豎向作用的比值。在78規(guī)范的時候,人們用重力乘以系數(shù)(我國78規(guī)范把這個系數(shù)稱之為結構系數(shù))來反映地震作用,因為在那時安全度設計的概念里,只是用這樣一種方法來反映地震實質(zhì)上是慣性力這樣一個客觀道理。最小值的確定實際上可以根據(jù)反應譜曲線上計算的最小值來確定,當然,超出了反應譜估計的自震周期的部分可以專門論證,但是,一般工程超出了反應譜規(guī)定的最小值是不應該的。如果在6度區(qū)II類場地,最小剪壓比應是0.6%(2001規(guī)范),按89規(guī)范應為0.5%。如果計算的結果不滿足最小值的限定,計算肯定是存在明顯的錯誤,如輸入有誤、設置有誤,模型不合理,甚至于結構不合理,希望慎重,當然,6度區(qū)只要按抗震構造即可,無需計算驗算。剪重比也就是地震剪力系數(shù),由《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2001對5.2.5條的條文說明知,“對于扭轉(zhuǎn)效應時顯或基本周期小于3.5S的結構,剪力系數(shù)取0.2amax(水平地震影響系數(shù))”,由此可據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》表5.1.4-1推算出各地震列度下的剪力系數(shù):9度為0.2*0.32=0.064,8度為0.2*0.16(0.24)=0.032(0.048),7度為0.2*0.08(0.12)=0.016(0.024),6度為0.2*0.04=0.008。對豎向不規(guī)則結構的薄弱層的水平剪力應增大1.15倍,即樓層最小剪力系數(shù)不小于《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3--2002表3.3.13中相應數(shù)值的1.15倍。在抗震規(guī)范的抗震截面驗算的條文說明中明確指出,剪重比是一個調(diào)整系數(shù),即這不是一個指標,計算結果出來后,若剪重比大于規(guī)定的最小值,計算結果不作調(diào)整,若小于,將地震剪力調(diào)大,使剪重比達到規(guī)定的最小值。類似框剪結構的0.2Qo?!疽?guī)范】《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-20015.1.4建筑結構的地震影響系數(shù)應根據(jù)烈度、場地類別、設計地震分組和結構自振周期以及阻尼比確定。其水平地震影響系數(shù)最大值應按表5.1.4-1采用;特征周期應根據(jù)場地類別和設計地震分組按表5.1.4-2采用,計算8、9度罕遇地震作用時,特征周期應增加0.05s。注:1周期大于6.0s的建筑結構所采用的地震影響系數(shù)應專門研究;2已編制抗震設防區(qū)劃的城市,應允許按批準的設計地震動參數(shù)采用相應的地震影響系數(shù)。*5.1.4-1 N 水平地需影餉系數(shù)最大值地震影響 ,6度7度*度多遇地霸OJU早遇地蔑L4I)注:括號中數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)。5.2.5抗震驗算時,結構任一樓層的水平地震剪力應符合下式要求:VEkX£Gj(5.2.5)式中:VEki—第i層對應于水平地震作用標準值的樓層剪力;入一剪力系數(shù),不應小于表5.2.5規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值,對豎向不規(guī)則結構的薄弱層,尚應乘以1.15的增大系數(shù);G.——第j層的重力荷載代表值。表5.2.5 樓層最小地震剪力系數(shù)值類別7度8度9度扭轉(zhuǎn)效應明顯或基本周期小于0.35s的結構0.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s的結構0.012(0.018)0.024(0.032)0.040注:1基本周期介于3.5s和5s之間的結構,可插入取值;2括號內(nèi)數(shù)值分別用于設計基本地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)?!韭?lián)系】剪重比是對整個結構體系一個宏觀概念,而剪壓比是針對單個構件的一個控制指標(類似于剪跨比)。一般的轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸是由剪壓比計算確定,以避免脆性破壞和具有合適的配箍率。剪壓比計算公式:pv=Vmax/fcbho。其中Vmax為轉(zhuǎn)換梁支座截面處最大組合剪力設計值,fc為轉(zhuǎn)換梁混凝土抗壓強度設計值,b為轉(zhuǎn)換梁的寬度,ho為轉(zhuǎn)換梁截面的有效高度。剪壓比(梁柱截面上的名義剪應力V/bh0與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值):梁塑性鉸區(qū)的截面剪壓比對梁的延性、耗能能力及保持梁的強度、剛度有明顯的影響,當剪壓比大于0.15的時候,梁的強度和剛度有明顯的退化現(xiàn)象,此時再增加箍筋用量,也不能發(fā)揮作用,因此對梁柱的截面尺寸有所要求。剪跨比:梁的剪跨比,剪力的位置a與h0的比值。剪跨比影響了剪應力和正應力之間的相對關系,因此也決定了主應力的大小和方向,也影響著梁的斜截面受剪承載力和破壞的方式;同時也反映在受剪承載力的公式上。柱的剪跨比,若反彎點在柱子層高范圍內(nèi),可取柱子的剪跨比小于2時,需要全長加密,見混凝土規(guī)范11.4.12、11.4.17??绺弑龋毫旱目绺弑龋旱膬艨缗c梁截面高度的比值)對梁的抗震性能有明顯的影響。梁(非剪力墻的連梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受彎構件進行計算的。☆剛度比:主要為控制結構豎向規(guī)則性,以免豎向剛度突變,形成薄弱層?!窘忉尅坎捎谩督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》3.4.23.4.3的方法計算層剛度和剛度比要采用“剛性樓板假定”條件下計算層剛度并找出薄弱層。對于有彈性板或0厚板應分開計算,在真實條件下計算,找出薄弱層,再比較確認之。轉(zhuǎn)換層是樓層豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)的薄弱層。【規(guī)范】《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3--2002附錄E.0.1E.0.2E.0.1底部大空間為1層時,可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結構等效剪切剛度比Y表示轉(zhuǎn)換層上、下層結構剛度的變化,Y宜接近1,非抗震設計時Y不應大于3,抗震設計時y不應大于2。y可按下列公式計算:當?shù)趇層各柱沿計算方向的截面高度不相等時,可分別計算各柱的折算抗剪截面面積。E.0.2底部大空間層數(shù)大于1層時,其轉(zhuǎn)換層上部與下部結構的等效側(cè)向剛度比ye可采用圖E所示的計算模型按公式(E.0.2)計算。ye宜接近1,非抗震設計時ye不應大于2,抗震設計時ye不應大于1.3。當轉(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時,其樓層側(cè)向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》GB50011-20013.4.2建筑及其抗側(cè)力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱,并應具有良好的整體性;建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則,結構的側(cè)向剛度宜均勻變化,豎向抗側(cè)力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小,避免抗側(cè)力結構的側(cè)向剛度和承載力突變。當存在表3.4.2-1所列舉的平面不規(guī)則類型或表3.4.2-2所列舉的豎向不規(guī)則類型時,應符合本章第3.4.3條的有關規(guī)定。表3.4.2-1 平面不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移),大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍凹凸不規(guī)則結構平面凹進一側(cè)的尺寸,大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續(xù)樓板的尺寸和平面剛度急劇變化,例如有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%,或開洞面枳大于該層樓面面枳的30%,或較大的樓層錯層表3.4.2-2 豎向不規(guī)則的類型不規(guī)則類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%,或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%,除頂層外,局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構件(梁、桁架等)向下傳遞樓層承載力突變抗側(cè)力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%3.4.3不規(guī)則的建筑結構,應按下列要求進行水平地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施:1平面不規(guī)則而豎向規(guī)則的建筑結構,應采用空間結構計算模型,并應符合下列要求:1) 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時,應計及扭轉(zhuǎn)影響,且樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍;2) 凹凸不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時,應采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型,當平面不對稱時尚應計及扭轉(zhuǎn)影響。2平面規(guī)則而豎向不規(guī)則的建筑結構,應采用空間結構計算模型,其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù),應按本規(guī)范有關規(guī)定進行彈塑性變形分析,并應符合下列要求:1) 豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)時,該構件傳遞給水平轉(zhuǎn)換構件的地震內(nèi)力應乘以1.25?1.5的增大系數(shù);2) 樓層承載力突變時,薄弱層抗側(cè)力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%。3平面不規(guī)則且豎向不規(guī)則的建筑結構,應同時符合本條1、2款的要求?!钗灰票龋褐饕獮榭刂平Y構平面規(guī)則性,以免形成扭轉(zhuǎn),對結構產(chǎn)生不利影響?!窘忉尅靠刂票壤秊?.5?!疽?guī)范】《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-20013.4.2☆周期比:主要為控制結構扭轉(zhuǎn)效應,減小扭轉(zhuǎn)對結構產(chǎn)生的不利影響。要求見高規(guī)?!窘忉尅恐芷诒葹榻Y構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比。當兩者接近時由于振動耦連的影響,結構扭轉(zhuǎn)效應明顯增大。若周期比Tt/T1小于0.5,則相對扭轉(zhuǎn)振動效應。r/u一般較?。?。,r分別為扭轉(zhuǎn)角和結構回轉(zhuǎn)半徑,0r表示由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離質(zhì)心距離為回轉(zhuǎn)半徑處的位移,u為質(zhì)心位移),即使結構的剛度偏心很大,偏心距。達到0.7r,起相對扭轉(zhuǎn)變形0r/u值也僅為0.2。而當周期比Tt/T1大于0.85以后,相對扭轉(zhuǎn)振動效應0r/u值急劇增加。即使剛度偏心很小,偏心距e僅為0.1r,當周期比Tt/T1等于0.85時,相對扭轉(zhuǎn)變形0r/u值可達0.25;當周期比Tt/T1接近1時,相對扭轉(zhuǎn)變形0r/u值可達0.5。所以,設計中應
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