多層與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計2

多層與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計2第一頁，共43頁。2.1作用及其分類直接作用（荷載）——施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載自重、活載間接作用（作用）——引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（溫度變化、焊接、基礎(chǔ)沉降、地震、混凝土收縮等）back時間變異位置變異結(jié)構(gòu)反應(yīng)永久作用自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降、焊接可變作用安裝荷載、樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、吊車荷載、溫度變化、地震偶然作用地震、爆炸、撞擊固定作用自重、固定設(shè)備荷載可動作用吊車荷載、人員荷載靜態(tài)作用自重、樓面活荷載動態(tài)作用地震、吊車荷載、設(shè)備振動、風(fēng)荷載第二頁，共43頁。按荷載作用的方向水平荷載：風(fēng)荷載、地震作用豎向荷載：結(jié)構(gòu)自重、樓面活荷載第三頁，共43頁。

2.2豎向荷載1.永久荷載《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001（2006年版）2.可變荷載（活荷載）

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》樓面、屋面活荷載、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值

高層民用建筑樓面活荷載及其準(zhǔn)永久值系數(shù)的補充項目 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）準(zhǔn)永久值系數(shù)Ψq酒巴間、舞廳、展銷廳 3.0～4.0 0.5屋面花園 4.0～5.00.8貯藏室 5.0～8.0 0.8 飯店廚房、洗衣房 4.0～5.0 0.5 健身房、娛樂室 3.0～4.50.5

第四頁，共43頁。第五頁，共43頁。

樓面活荷載補充（見結(jié)構(gòu)技術(shù)措施P13頁）序號 樓面用途 均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值(KN/m2) 準(zhǔn)永久值系數(shù)Ψq組合值系數(shù)ΨC1 階梯教室 3 0.60.72 微機電子計算機房3 0.50.73 大中型電子計算機房≥5，或按實際 0.70.74 銀行金庫及票據(jù)倉庫10 0.9 0.95 制冷機房 8 0.9 0.76 水泵房 10 0.90.77 變配電房 10 0.90.78 發(fā)電機房 10 0.9 0.79 設(shè)浴缸、坐廁的衛(wèi)生間4 0.50.710有分隔的蹲廁公共衛(wèi)生間（包括填料、隔墻） 8 0.6 0.711 管道轉(zhuǎn)換層 4 0.6 0.7第六頁，共43頁。目前我國鋼筋混凝土高層建筑單位面積的重量(恒載與活載)大約如下：框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系12～14kN/m2剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)體系13～16kN/m2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系1０～1２kN/m2

其中活荷載平均約2～3kN/m2，僅占全部豎向荷載的15%～20%。因此，活載不利布置所產(chǎn)生的影響較小，可不考慮活載的不利布置。第七頁，共43頁。2.3風(fēng)荷載垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值式中：——基本風(fēng)壓back

——風(fēng)壓高度變化系數(shù)

——風(fēng)荷載體型系數(shù)

——風(fēng)振系數(shù)考慮范圍房屋結(jié)構(gòu)H>30m&H/B>1.5第八頁，共43頁。第九頁，共43頁。

建筑抗震設(shè)防目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防及其思想設(shè)防依據(jù)設(shè)防目標(biāo)及其實現(xiàn)兩階段設(shè)計三水準(zhǔn)地震作用的標(biāo)定建筑類別與設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)2.4地震作用2.4.1抗震設(shè)計的概念第十頁，共43頁。1、抗震設(shè)防及其思想抗震設(shè)防對建筑物進行抗震設(shè)計并采取抗震措施指導(dǎo)思想預(yù)防為主減輕結(jié)構(gòu)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趨勢使用壽命期內(nèi)對不同頻度和強度的地震具有不同的抵抗能力back第十一頁，共43頁。2、設(shè)防依據(jù)——抗震設(shè)防烈度定義：按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度確定：必須按國家規(guī)定的權(quán)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度對做過抗震防災(zāi)規(guī)劃的城市，可按批準(zhǔn)的抗震設(shè)防區(qū)劃（抗震設(shè)防烈度或設(shè)計地震動參數(shù)）進行抗震設(shè)防設(shè)防范圍6-9度back第十二頁，共43頁。3、抗震設(shè)防目標(biāo)：

小震不壞、中震可修、大震不倒

抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的建筑，必須進行抗震設(shè)計。

大于9度地區(qū)的建筑和行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑，抗震設(shè)計有專門規(guī)定。第十三頁，共43頁。4、兩階段設(shè)計back階段目標(biāo)烈度地震作用性質(zhì)受力狀態(tài)作用效應(yīng)組合第一階段小震不壞（隱含中震可修）多遇地震作用對應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)組合，即作用分項系數(shù)均取1.0說明：第一階段為彈性分析，包括截面設(shè)計和變形計算；大部分建筑的第二階段設(shè)計主要由概念設(shè)計和構(gòu)造措施來保證。

第十四頁，共43頁。5、三水準(zhǔn)地震作用的標(biāo)定基本假定地震強度呈極值分布烈度符合極值III型back地震影響50年超越概率地震重現(xiàn)期多遇地震對應(yīng)的烈度——眾值烈度小震63.2%50年設(shè)防烈度中震10%475年罕遇地震對應(yīng)的烈度大震2-3%約2000年計算

F(I)=exp[-(12-I)k/(12-Im)k]，RT=-T/ln(1-F(I)))If(I)ImI0Is一般關(guān)系烈度：Im=I0-1.55,Is<=I0+1

加速度：PGAm=PGA0*1/3,PGAs=PGAm*(4-6)第十五頁，共43頁。6、建筑類別與設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)建筑類別建筑的重要性抗震措施地震作用計算特殊設(shè)防類（甲類）使用上有特殊設(shè)施，涉及國家公共安全的重大建筑工程和地震時可能發(fā)上嚴(yán)重次生災(zāi)害等特特別重大災(zāi)害后果，需要進行特殊設(shè)防的建筑提高一度（9度適當(dāng)提高）特殊考慮重點設(shè)防類（乙類）指地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的的生命線相關(guān)建筑，以及地震時可能導(dǎo)致大量人員傷亡等重大災(zāi)害后果，需提高設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑提高一度（9度適當(dāng)提高）原設(shè)防烈度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）甲、乙、丁類以外的一般建筑原設(shè)防烈度原設(shè)防烈度適度設(shè)防類（丁類）指使用上人員稀少且震損不致產(chǎn)生次生災(zāi)害，允許一定條件下適度降低要求的建筑降低一度（6度不降）原設(shè)防烈度back《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223-2008第十六頁，共43頁。2.4.2地震作用計算一般說明和計算原則基本計算數(shù)據(jù)水平地震作用的計算豎向地震作用的計算back第十七頁，共43頁。1、一般說明和計算原則影響設(shè)計地震作用的因素設(shè)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back第十八頁，共43頁。2、影響設(shè)計地震作用的因素地震動特性方面抗震設(shè)防烈度場地類別結(jié)構(gòu)特性方面結(jié)構(gòu)自振周期建筑質(zhì)量（重力荷載）結(jié)構(gòu)阻尼比（材料）back第十九頁，共43頁。設(shè)計地震作用的方向水平（兩個）豎向（一個）結(jié)構(gòu)效應(yīng)的方向平動（兩個水平、一個豎向）扭轉(zhuǎn)（豎軸）3、設(shè)計地震作用的方向back第二十頁，共43頁。4、地震作用的計算范圍和原則計算范圍-水平地震作用

6度區(qū)（除甲類建筑和IV類場地上的較高房屋外）可不算

7-9度區(qū)（除可不進行上部結(jié)構(gòu)抗震驗算的房屋外）均算8、9度大跨度結(jié)構(gòu)和長懸臂結(jié)構(gòu)9度的高層建筑水平地震作用的計算原則

豎向地震作用

一般正交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，可沿縱橫主軸方向分別計算斜交布置抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，宜按平行于抗側(cè)力構(gòu)件方向計算質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響back第二十一頁，共43頁。地震作用的計算方法及其適用范圍地震作用結(jié)構(gòu)方法使用范圍水平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(yīng)譜法不滿足底部剪力法應(yīng)用條件的結(jié)構(gòu)時程分析法（補充計算）甲類建筑、特別不規(guī)則的建筑H>80m，7、8度I、II類場地乙、丙類建筑H>60m，8度III、IV類場地和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(jié)構(gòu)第二十二頁，共43頁。back基本計算數(shù)據(jù)重力荷載代表值結(jié)構(gòu)自振周期設(shè)計反應(yīng)譜第二十三頁，共43頁。結(jié)構(gòu)自振周期

對于質(zhì)量與剛度沿高度分布均勻的框架、框剪結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

填充磚墻《高規(guī)》：

框架結(jié)構(gòu)0.6～0.7

框剪結(jié)構(gòu)0.7～0.8剪力墻結(jié)構(gòu)0.9～1.0《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施結(jié)構(gòu)》：結(jié)構(gòu)類型填充墻較多填充墻較少框架結(jié)構(gòu)框剪結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)0.6～0.70.7～0.80.9～1.00.7～0.80.8～0.91.0第二十四頁，共43頁。

【例題】某多層實驗樓，建設(shè)地點：西安；層數(shù)6層，局部7層，底層層高4.5m，其他各層層高3.6m；柱截面尺寸700x700；三層平面圖如圖所示。

第二十五頁，共43頁。

地震設(shè)防烈度8度（0.20g），場地土類別3類；設(shè)計地震分組第一組，特征周期0.45。采用TAT三維空間分析程序進行分析。TAT計算假定：樓板在平面內(nèi)為無限剛性；采用空間桿系、薄壁柱計算模型?？紤]藕聯(lián)地震力，計算振型數(shù)：18。計算時，基本風(fēng)壓。計算變化參數(shù)為框架柱截面尺寸及周期折減系數(shù)，框架柱截面尺寸分別取600x600、700x700、800x800，周期折減系數(shù)分別取0.6、0.7及0.8。計算結(jié)果見下表。第二十六頁，共43頁。第二十七頁，共43頁。周期折減系數(shù)的取值對地震剪力、層間彈性位移角、層間彈塑性位移角都有很大的影響，周期折減系數(shù)越小，地震力、層間位移角及層間彈塑性位移角則越大，兩者關(guān)系基本呈線性關(guān)系。當(dāng)周期折減系數(shù)分別取0.6及0.8時，地震剪力可減少30%。第二十八頁，共43頁。back計算模型——集中質(zhì)量模型多高層房屋無扭轉(zhuǎn)有扭轉(zhuǎn)單層廠房橫向縱向第二十九頁，共43頁。重力荷載代表值重力荷載代表值永久荷載（建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)配件自重）標(biāo)準(zhǔn)值+可變荷載（雪、灰、樓面活荷載）組合值back永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合值系數(shù)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值第三十頁，共43頁。設(shè)計反應(yīng)譜水平地震影響系數(shù)

水平地震影響系數(shù)曲線水平地震影響系數(shù)曲線水平地震影響系數(shù)最大值T(s)ααmax0.45αmax00.1Tg（特征周期）3.0α=(Tg/T)0.9αmax

>=0.2αmax場地類別IIIIIIIV近震0.200.300.400.65遠震0.250.400.550.85烈度6789多遇地震183672144罕遇地震----225405630烈度6789多遇地震0.040.080.160.32罕遇地震----0.500.901.40back設(shè)計近遠震場地類別第三十一頁，共43頁。5、場地類別的劃分back場地覆蓋層厚度(m)場地土類型03980堅硬中硬中軟軟弱IIIIIIIV第三十二頁，共43頁。back6、水平地震作用的計算振型分解反應(yīng)譜法底部剪力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(jié)構(gòu)動力相互作用第三十三頁，共43頁。振型分解反應(yīng)譜法back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(yīng)振型組合xg(t)xi(t)a1iajiani兩點注意：計算步驟塔樓第三十四頁，共43頁。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mHiHiFiFEkΔFn

頂部附加地震作用

突出屋面小建筑物

適用條件backGeq——結(jié)構(gòu)等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85第三十五頁，共43頁。樓層水平地震剪力的分配現(xiàn)澆和裝配整體式混凝土樓屋蓋等剛性樓蓋建筑，宜按抗側(cè)力構(gòu)件等效剛度的比例分配木樓屋