高层结构设计第4章 高层建筑结构计算的一般原则及有关规定

第4章高层建筑结构计算的一般原则及有关规定§4.1高层建筑结构计算的基本假定高层建筑结构分析解决问题：（1）总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配——按刚度和变形分配（2）计算每片平面抗侧力结构分到的水平作用下的内力和位移弹性工作状态的假定刚性楼板假定平面结构假定水平荷载作用方向基本假定可以抵抗在本身平面内的侧向力平面外的刚度很小，可忽略，在自身平面内的刚度很大平面外刚度很小，可以忽略一片框架或剪力墙在自身平面内刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可忽略，即垂直该平面的方向不能抵抗侧向力整个结构可分不同方向的平面抗侧力结构，共同抵抗结构承受的水平荷载水平放置的楼板，在自身平面内的刚度很大，可以视为刚度无限大，平面外刚度很小，可以忽略；刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受水平荷载一、结构分析的弹性假定1、非抗震设计时（竖向和风）2、抗震设计，多遇地震计算计算的基本假定：高层建筑结构的内力和位移均按照弹性方法计算，一般构件均采用弹性刚度，不必折减；一般不考虑塑性变形影响。非抗震设计：在竖向荷载和风荷载作用下，结构构件处于弹性工作阶段抗震设计：针对多遇地震作用，结构处于不裂的弹性阶段注明：对于弹性计算内力较大的构件，截面配筋困难时，可以考虑塑性重分布，大震不倒的要求主要靠构造措施保证二、楼板在自身平面内的刚性假定水平放置的楼板，在自身平面内的刚度很大，可以视为刚度无限大；平面外刚度很小，可以忽略刚性楼板将各平面抗侧力结构连接在一起共同承受水平荷载高层楼板平面内刚度很大，几乎不变形，同层各构件水平位移相同，框架结构的各片框架的水平力可以按照抗侧刚度分配，剪力墙结构中各片剪力墙的水平力大致按照等效刚度分配。楼板平面外刚度不考虑，要满足楼板刚度无限大的计算假定，楼面构造要保证楼板刚度无限大——现浇楼盖三、平面抗侧力结构假定一片框架或简力墙在自身平面内刚度很大，可以抵抗在本身平面内的侧向力；而在平面外的刚度很小，可忽略，即垂直该平面的方向不能抵抗侧向力——整个结构可分不同方向的平面抗侧力结构，共同抵抗结构承受的水平荷载2020/2/811计算图形的简化简化计算方法或手算：高层建筑可以划分为若干平面结构（1）总水平荷载在各片平面抗侧力结构间的分配按刚度和变形分配（2）计算每片平面抗侧力结构分到的水平作用下的内力和位移§4.2荷载效应和地震作用效应的组合荷载效应：指结构或构件在某种荷载作用下的结构的内力和位移。荷载效应组合：指在所有可能同时出现的诸荷载组合下，确定结构或构件内产生的效应。其中最不利组合是指所有可能产生的荷载组合中，对结构构件产生总效应为最不利的一组满足：承载能力极限状态正常使用极限状态2020/2/813一、无地震作用效应组合时：wkwwQKQQGKGSSSS——楼面活荷载组合值系数、风荷载组合值系数永久荷载效应起控制作用时分别取值：0.7、0.0可变荷载效应起控制作用时分别取值：1.0、0.60.7、(0.9)1.0对书库、档案库、储藏室、通风机房、电梯机房wQ.2020/2/814荷载分项系数的取值：承载力计算(1)永久荷载分项系数：对结构不利：可变荷载效应控制的组合：＝1.2永久荷载效应控制的组合：＝1.35对结构有利：＝1.0(2)楼面活荷载分项系数＝1.4(3)风荷载分项系数＝1.4位移计算以上各分项系数取值为1.0GGGGQQ2020/2/815（恒荷载起控制，无风）（活荷载起控制，有风）（风荷载起控制，有风）QKGKSSS4.17.035.1WKQKGKSSSS4.16.04.10.12.1QKWKGKSSSS4.17.04.10.12.12020/2/816二、有地震作用效应组合时wkwwEvkEvEhKEhGEGSSSSS——风荷载的组合值系数＝0.2w.荷载分项系数的取值（位移计算取1.0）GEhEvW组合说明重力荷载及水平地震作用1.21.3——重力荷载及竖向地震作用1.2—1.3—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震及竖向地震作用1.21.30.5—9度；水平长悬臂8、9度重力荷载、水平地震作用及风荷载1.21.3—1.460m以上的高层建筑重力荷载、水平地震作用、竖向地震作用及风荷载1.21.30.51.460m以上的高层建筑；9度；水平长悬臂8度、9度2020/2/817§4.3构件承载力计算高层建筑结构构件承载力按下式计算不考虑地震作用组合：考虑地震作用组合：结构重要性系数，分别取1.1、1.0、0.9承载力抗震调整系数RS0REEERS/0RE§4.4重力二阶效应和结构稳定一、重力二阶效应（即重力P–△效应）二、结构稳定验算§4.4整体倾覆验算《高规》规定：高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。§4.4高层建筑水平位移限值及舒适度要求一、水平位移限值——层间侧移hh//弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比二、舒适度的验算：高度超过150m的高层建筑，规范规定按10年一遇的风荷载取值计算顺风向和横风向结构顶点最大加速度结构顶点最大加速度值满足：maxmax§4.7罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算一、弹塑性变形验算范围1、下列结构应进行弹塑性变形验算：（1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；（2）7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；（3）高度大于150m的钢结构；（4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；（5）采用隔震和消能减震设计的结构。2、下列结构宜进行弹塑性变形验算：（1）高度属于应采用时程分析方法范围并且属于竖向不规则类型的高层建筑结构：（2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；（3）板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；（4）高度不大于150m的高层钢结构。2020/2/824二、弹塑性变形计算方法（罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算）1、简化计算方法（1）薄弱层的位置（a）楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层（b）楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取屈服系数最小的楼层及相对较小的楼层，一般不超过2～3处屈服系数：按构件实际配筋和材料标准强度计算的楼层受剪承载力大震作用下由弹性计算得到的楼层剪力y2020/2/825（2）层间弹塑性变形可按下列公式计算式中——大震下薄弱层层间弹塑性位移——大震下薄弱层的层间弹性位移——弹塑性位移增大系数。当薄弱层y不小于相邻层平均的80％时，按照表4.8采用，当薄弱层y小于相邻层平均y的50％时，取表中数值的1.5倍，其余情况可用内插法说明：薄弱层弹塑性侧移验算应在截面设计完成之后进行hUPP][ePPUUDVUe/大震PUeUP2、弹塑性分析方法3、重力二阶效应2020/2/827三、弹塑性变形验算式中h——薄弱层层高——大震下薄弱层层间弹塑性位移——大震下薄弱层的层间弹性位移——弹塑性位移增大系数。当薄弱层y不小于相邻层平均的80％时，按照表4.8采用，当薄弱层y小于相邻层平均y的50％时，取表中数值的1.5倍，其余情况可用内插法说明：薄弱层弹塑性侧移验算应在截面设计完成之后进行hUPP][ePPUUDVUe/大震PUeUP