高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點昆明理工大學

第4章設(shè)計要求

強度問題—構(gòu)件截面承載力驗算剛度問題—正常使用條件下結(jié)構(gòu)水平位移驗算和風振舒適度驗算延性和耗能問題—抗震結(jié)構(gòu)的延性和耗能要求穩(wěn)定問題—結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與抗傾覆驗算高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

建筑形體包括建筑的平面形狀和立面、豎向剖面的變化；結(jié)構(gòu)布置包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面布置和豎向布置。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對結(jié)構(gòu)的抗震能力有決定性的作用。4.1建筑形體及結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性

1972年尼加拉瓜的馬拉瓜市發(fā)生地震，6.5級，烈度約為8度4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計馬那瓜中央銀行大廈馬那瓜美洲銀行大廈十五層高的中央銀行大廈，18層高的美洲銀行大廈，震害截然不同。一幢破壞嚴重，震后拆除；另一幢輕微損壞，稍加修理便恢復使用。4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計平面不規(guī)則4個樓梯間偏置塔樓西端，導致了西端剛度小，東端剛度大。中央銀行大廈4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計平面不規(guī)則平面剛度分布不均導致嚴重的扭轉(zhuǎn)效應中央銀行大廈4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計美洲銀行結(jié)構(gòu)是均勻?qū)ΨQ的，基本的抗側(cè)力體系包括4個L形的筒體，對稱的由連梁連接起來。4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計美洲銀行對稱的結(jié)構(gòu)布置及相對剛強的聯(lián)肢墻，有效地限制了側(cè)向位移，并防止了明顯的扭轉(zhuǎn)效應；4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計美洲銀行連梁剪切破壞是主要震害：

當連梁剪切破壞后，結(jié)構(gòu)體系的位移雖有明顯增加，但由于抗震墻提供了較大的側(cè)向剛度，位移量得到控制。連梁的開裂耗散了能量，降低了地震作用。4.1.1地震震害及抗震概念設(shè)計美國加州奧奧立弗醫(yī)療療中心主樓樓豎向布置不不合理：底底層薄弱4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計1971年美國圣費費南多地震震中，該建建筑破壞嚴嚴重，首層層非彈性殘殘余位移達達600mm。地震后該建建筑拆除。。4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計首層側(cè)向剛剛度小，承承載力低，，成為軟弱層和薄弱層，地震時塑性變形集集中，以致嚴重重破壞4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計豎向布置不不合理：頂頂部薄弱、、鞭梢效應應天津南開大大學主樓，，1976年唐山地震震破壞4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計結(jié)構(gòu)的規(guī)則則性對結(jié)構(gòu)的抗抗震能力有有決定性的的作用。4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的抗震震計算設(shè)計計：結(jié)構(gòu)的分析析計算、構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計計計算結(jié)構(gòu)的材料性能，，質(zhì)量、剛剛度的實際際分布不確確定，即結(jié)構(gòu)的動力力特性無法法精確描述述地震動地震反應及及作用效應應地震動的不確定和不可預知計算的簡化導致與真實反應應的誤差4.1.1地震震害及及抗震概念念設(shè)計抗震概念設(shè)設(shè)計：基于震害經(jīng)驗和工程抗震基基本理論建立的抗震基本原則則和思想。強調(diào)從工程設(shè)設(shè)計一開始就就把握好“場地條件、房房屋體型、結(jié)結(jié)構(gòu)體系、剛剛度分布、構(gòu)構(gòu)件延性”等幾個主要要方面，控制制地震能量的的輸入，從根根本上消除結(jié)結(jié)構(gòu)中的抗震震薄弱環(huán)節(jié)。。再結(jié)合必要的的計算（計算設(shè)計）和構(gòu)造措施（構(gòu)造設(shè)計），就有可能能設(shè)計出具有有良好的抗震震性能和足夠夠的抗震可靠靠度的結(jié)構(gòu)。。4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計抗震概念設(shè)計計的基本原則則采用規(guī)則建筑筑，不應采用用嚴重不規(guī)則的建筑筑。建筑形體：平面對稱、立立面簡單結(jié)構(gòu)布置（抗抗側(cè)力構(gòu)件的的布置）：平面質(zhì)量、剛剛度分布對稱稱、均勻豎向質(zhì)量、剛剛度、承載力力下大上小，，均勻變化4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計抗震概念設(shè)計計的基本原則則具有明確的計計算簡圖，具具有合理的、不間斷的的傳力路線。。4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計抗震概念設(shè)計計的基本原則則具備足夠大的剛度度和承載力，良好的彈塑性性變形能力和和消耗地震能能量的能力，且剛度、承載力力與延性之間需匹配。4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計具有整體牢固固性和盡量多多的冗余度，超靜定次數(shù)數(shù)越多越好，，使其具備部部分構(gòu)件屈服服或破壞后，，結(jié)構(gòu)具備內(nèi)內(nèi)力重分布的的功能，避免免因部分結(jié)構(gòu)構(gòu)或構(gòu)件破壞壞而導致整個個結(jié)構(gòu)倒塌。。牢固連接或徹徹底分離抗震概念設(shè)計計的基本原則則4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計設(shè)置多道抗震震防線?？拐鸶拍钤O(shè)計計的基本原則則（1）一抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)體系，應有有若干個延性性較好的分體體系組成，并并由延性較好好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件件連接起來協(xié)協(xié)同工作?？颍瓑?、框－－撐體系、框框—筒、筒中筒結(jié)結(jié)構(gòu)第一道防線的的破壞不能對對結(jié)構(gòu)的豎向向承載力有很很大的影響，最后一道防線線要能提供一一定的強度和和大變形的可可能。4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計設(shè)置多道抗震震防線?？拐鸶拍钤O(shè)計計的基本原則則（2）抗震結(jié)構(gòu)體體系應有最大大可能數(shù)量的的內(nèi)部、外部部贅余度，有有意識地建立立一系列分布布的屈服區(qū)，，以使結(jié)構(gòu)能能夠吸收和耗耗散大量的地地震能量，一一旦破壞也易易于修復4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計利用贅余桿件件增多抗震防防線一方面利用贅贅余桿件的屈屈服和變形，，來耗散地震能量量；另一方面利用用贅余桿件的的破壞和退出出，使整個結(jié)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)穩(wěn)定體系過渡渡到另一種穩(wěn)穩(wěn)定體系，實實現(xiàn)周期的變化，以避免地震動持續(xù)作作用引起的共振效應。4.1.1地震震害及抗抗震概念設(shè)計計建筑平面形狀狀對抗風有利的建筑平面形形狀：凸平面—圓形、正多邊邊形、橢圓形形等。對抗風不利的建筑平面形形狀：有較多凹凸的的復雜形狀平平面—V形、Y形、H形等。4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置對抗震有利的平面形狀：：簡單，規(guī)則，，對稱。建筑平面形狀狀4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置對抗震不利的平面形狀：：長寬比過大，，過于狹長，，突出部分的的長度過大、、寬度過小，，角部重疊，，細腰形。建筑平面形狀狀4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置設(shè)防烈度L/B

l/Bmax

l/b

6度,7度≤6.0≤0.35≤2.08度,9度≤5.0≤0.3≤1.54.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置長度過長可能引起兩端地震波輸輸入相位差，，引起不規(guī)則震動4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置平面突出部分分的長度l不宜過大，寬寬度b不宜過小4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置設(shè)防烈度L/B

l/Bmax

l/b

6度,7度≤6.0≤0.35≤2.08度,9度≤5.0≤0.3≤1.54.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置較長的突出部部分，凹角處處應力集中，，容易發(fā)生震震害4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置角部重疊和細腰形在重疊部分和和細腰部分平面變窄，形成薄弱部位，凹角應力集中引起樓板開裂細腰形4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平平面布置原則：減小扭扭轉(zhuǎn)，增大抗抗扭剛度。承載力、剛度度、質(zhì)量分布布對稱、均勻勻，使剛度中中心和質(zhì)量中中心盡可能重重合—減小扭轉(zhuǎn)；墻（筒）布置置—增大抗扭剛度度。4.1.2建筑平面和結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置建筑立面形狀狀對抗震有利的建筑立面形形狀：規(guī)則、均勻，，從上到下外外形不變或變變化不大，沒沒有過大的內(nèi)內(nèi)收或外挑。4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置內(nèi)收：H1/H>0.2，B1≮0.75B外挑：B1≯1.1B，a≯4m4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置對抗震不利的的建筑立面（a）高寬比大(b)高位懸挑（c）上部收進（e）大底盤多塔塔樓連體（d）連體4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置立面形狀的突突然變化，會引起質(zhì)量和抗側(cè)移移剛度突變，地震時容易應力集中（質(zhì)量大、剛剛度大）或塑性變形集中中（剛度小）而而加重破壞。。建筑立面形狀狀4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置結(jié)構(gòu)沿高度布布置連續(xù)、均勻，，使結(jié)構(gòu)的側(cè)側(cè)向剛度和承承載力上下相相同，或下大大上小，自下下而上連續(xù)、、逐漸減小，，避免有剛度度或承載力突突然變小的樓樓層，避免造造成薄弱層或或柔軟層。4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置對抗震不利的的結(jié)構(gòu)沿高度度布置（a）傳力路徑中中斷(b)錯層(c)設(shè)置加強層(d)連廊兩端固接接4.1.3建筑立面和結(jié)結(jié)構(gòu)沿高度布布置《抗震規(guī)范》3.4.3規(guī)定了三種平面不規(guī)則類類型1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：樓層的最大大彈性水平位位移（或?qū)娱g間位移）大于于該樓層兩端端彈性水平位位移（或?qū)娱g間位移）平均均值的1.2倍。4.1.4不規(guī)則建筑結(jié)結(jié)構(gòu)即扭轉(zhuǎn)嚴重不規(guī)規(guī)則B級高度高層建建筑、混合結(jié)結(jié)構(gòu)高層建筑筑及復雜高層層建筑，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位移比不應應大于1.4。當樓層的最大大層間位移角角不大于規(guī)定定限值的40%時，可放寬至至1.6。扭轉(zhuǎn)特別不規(guī)規(guī)則由于結(jié)構(gòu)抗扭扭剛度過小，，導致結(jié)構(gòu)扭扭轉(zhuǎn)周期比（（以扭轉(zhuǎn)為主主的第一自振振周期與以平平動為主的第第一自振周期期之比）A級高度高層建建筑大于0.9，B級高度建筑、、超過A級高度的混合合結(jié)構(gòu)及復雜雜高層建筑大大于0.85?！犊拐鹨?guī)范》3.4.3規(guī)定了三種平面不規(guī)則類類型2）凹凸不規(guī)則：結(jié)構(gòu)平面凹凹進的一側(cè)尺尺寸，大于相相應投影方向向總尺寸的30%?！犊拐鹨?guī)范》3.4.3規(guī)定了三種平面不規(guī)則類類型3）樓板局部不連連續(xù)：樓板的尺寸寸和平面剛度度急劇變化局部不連續(xù)大開洞錯層建筑平面的局局部不連續(xù)示示例《抗震規(guī)范》3.4.3規(guī)定了三種平面不規(guī)則類類型3）樓板局部不連連續(xù)：樓板的尺寸寸和平面剛度度急劇變化開洞面積大于于該樓層面積積的30%有效樓板寬度度小于該層樓樓板典型寬度度的50%較大的樓層錯錯層扣除凹入和開開洞后，樓板板任一方向的的最小凈寬不不宜小于5m，且開洞后每每一邊的凈寬寬不應小于2m?！犊拐鹨?guī)范》3.4.3規(guī)定了三種豎向不規(guī)則類類型1）側(cè)向剛度不不規(guī)則：該層的側(cè)向剛剛度小于相鄰鄰上一層的70%，或小于其上上相鄰三個樓樓層側(cè)向剛度度平均值的80%；除頂層外，局局部收進的水水平向尺寸大大于相鄰下一一層的25%。僅適用框架結(jié)結(jié)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)形式式考慮本層與相鄰上層層的剛度比時，需引入層高的影響，即采采用剛度層高乘積積之比。比值不宜小于于0.9；當本層層高高大于相鄰上上層層高1.5倍時，不宜小小于1.1；對底部嵌固固層，不宜小小于1.5《抗震規(guī)范》3.4.3規(guī)定了三種豎向不規(guī)則類類型2）豎向抗側(cè)力力構(gòu)件不連續(xù)續(xù)：豎向抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件（柱、抗抗震墻、抗震震支撐）的內(nèi)內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換構(gòu)件（梁梁、桁架）向向下傳遞。豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)抗剪承載力不均勻（有薄弱層）《抗震規(guī)范》3.4.3規(guī)定了三種豎向不規(guī)則類類型3）樓層承載力力突變：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的的層間受剪承承載力小于相相鄰上一樓層層的80%。豎向抗側(cè)力結(jié)結(jié)構(gòu)抗剪承載載力不均勻（有薄弱層））3）樓層承載力力突變：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的的層間受剪承承載力小于相相鄰上一樓層層的65%，為嚴重不規(guī)規(guī)則。B級高度建筑限限值為75%?！犊拐鹨?guī)范范》3.4.1建筑設(shè)計計應根據(jù)據(jù)抗震概概念設(shè)計計的要求求明確建建筑形體體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應應按規(guī)定定采取加加強措施施。特別不規(guī)規(guī)則的建筑應應進行專專門研究究和論證證，采取取特別的的加強措措施。嚴重不規(guī)規(guī)則的建筑不不應采用用。不規(guī)則結(jié)結(jié)構(gòu)：個別項目目超過不不規(guī)則類類型的指指標。特別不規(guī)規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)：有多項超超過不規(guī)規(guī)則類型型的指標標，或某一項項超過不不規(guī)則指指標較多多。嚴重不規(guī)規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)：多個項目目超過不不規(guī)則的的指標比比較多，，或某一一項超過過了嚴重重不規(guī)則則指標的的上限。。按承載力極極限狀態(tài)態(tài)驗算結(jié)構(gòu)構(gòu)件件截面—足夠大的的承載能能力4.3截面承載載力驗算算無地震作作用效應應組合時時r0S≦Rr0：結(jié)構(gòu)重要要性系數(shù)數(shù)安全等級級為二級級或設(shè)計計使用年年限50年，不小小于1.0安全等級級為一級級或設(shè)計計使用年年限100年及以上上，不小小于1.14.3截面承載載力驗算算Sd：無地震震作用效效應組合合時，構(gòu)構(gòu)件截面面內(nèi)力（效效應）組組合的設(shè)設(shè)計值（與荷載載標準值值和荷載載效應分分項系數(shù)數(shù)的大小小有關(guān)））Rd：無地震震作用組組合時，，構(gòu)件截截面承載力設(shè)設(shè)計值（與材料料分項系系數(shù)的大大小有關(guān)關(guān)）r0Sd≦Rd4.3截面承載載力驗算算有地震作作用效應應組合時時Sd：有地震震作用效效應組合合時，構(gòu)構(gòu)件截面面內(nèi)力（效效應）組組合的設(shè)設(shè)計值Rd：有地震震作用組組合時，，構(gòu)件截截面承載力設(shè)設(shè)計值：承載力抗抗震調(diào)整整系數(shù)4.3截面承載載力驗算算4.4.1彈性層間間位移角角限值目的：防止風、、小震作作用下非非結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件破壞壞方法：足夠大的的剛度剛度：單單位變形形（位移移、轉(zhuǎn)角角等）所所需的力力，包括括：側(cè)向向剛度和和扭轉(zhuǎn)剛剛度。4.4變形驗算算Δu：荷載標準準值效應應組合（風，地地震，風風+地震）所所得結(jié)構(gòu)構(gòu)最大層層間位移移；h：層高；；u/h:最大層間間位移角角；[u/h]：彈性層間位移移角限值。。Δu/h≯[Δu/h][u/h]：彈性層間位移移角限值材料

結(jié)構(gòu)高度

結(jié)構(gòu)類型

限值

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不大于150m

框架

1/550

框架-剪力墻框架-核心筒

1/800

剪力墻筒中筒

1/1000

框支層

1/1000不小于250m各種類型結(jié)構(gòu)

1/500鋼結(jié)構(gòu)

各種類型結(jié)構(gòu)

1/300

4.4.2彈塑性層層間位移移角限值值目的：防防止罕遇遇地震時時結(jié)構(gòu)倒倒塌。通過延性性實現(xiàn)彈彈塑性變變形，滿滿足彈塑性層層間位移移角限值值的要求求。彈塑性層間位移移角限值材料結(jié)構(gòu)類型

限值

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架

1/50

框架-剪力墻框架-核心筒

1/100

剪力墻筒中筒

1/120

框支層

1/120鋼結(jié)構(gòu)各種類型結(jié)構(gòu)1/504.5荷載效應應組合及及最不利利內(nèi)力荷載效應應包括：：構(gòu)件截面面的內(nèi)力力（控制制截面））水平荷載載作用下下結(jié)構(gòu)層層間位移移無地震作作用效應應組合S—荷載效應應組合的的設(shè)計值值；—分別為永永久荷載載、活荷載和和風荷載載效應標標準值；；4.5.1荷載效應應組合—分別為永永久荷載載、活荷載和和風荷載載分項系系數(shù)；—可變荷載載效應控控制時取取1.2，永久荷荷載效應應控制時時取1.35，對結(jié)構(gòu)構(gòu)有利時時取1.0；—一般取1.4；—一般取1.4。—分別為樓樓面活荷載組組合值系數(shù)和和風荷載載的組合合值系數(shù)數(shù)，當永久荷荷載效應應控制時時，應分分別取0.7和0.0；當可變荷荷載效應應控制時時，應分分別取1.0和0.6或0.7和1.0?；竞奢d載工況有有兩種①永久（恒）荷載+活荷載1.2×永久荷載效應應+1.4×活荷載效效應1.35×永久荷載效應應+1.4××0.7×活荷載效效應②永久荷載+活荷載+風荷載1.2×永久荷載效應應+1.4××0.7×活荷載效效應+1.4××1.0×風荷載效效應（高層建筑）1.2×永久荷載載效應+1.4×活荷載效效應+1.4××0.6×風荷載效效應（多層建筑筑）有地震作用用效應組組合時S—荷載效應應和地震震作用效效應組合合的設(shè)計計值；—分別為重重力荷載載代表值值、水平平地震作作用標準準值、豎豎向地震震作用標標準值、、風荷載載標準值值的效應應；—分別為上上述各種種荷載和和地震作作用分項系數(shù)數(shù)；—風荷載的的組合值值系數(shù)，，一般取取0.0，60m以上的高高層建筑筑取0.2。高層建筑筑的基本本工況