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高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试李英民博士、教授65121430liyingmin@cta.cq.cn高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试•考试大纲、题量及分值•内容复习•例题解析考试大纲、题量及分值•考试大纲了解熟悉掌握内容结构极限状态设计原理竖向荷载、风荷载和地震作用对高层建筑结构和高耸结构的影响概念设计的内容及原则,并能运用于高层建筑结构的设计高层建筑结构内力与位移计算原理高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造荷载分类和组合风荷载和地震作用的取值标准和计算方法荷载效应组合方法常用高层建筑结构的受力性能及适用范围常用钢筋混凝土高层建筑结构的近似计算方法、截面设计方法和构造措施•题量及分值back二级一级一级注册结构工程师考试大纲了解熟悉掌握内容•结构极限状态设计基本概念•竖向荷载、风荷载和地震作用对高层建筑结构和高耸结构的影响概念设计的内容及原则,并能运用于高层建筑结构的体系选择、结构布置和抗风抗震设计高层建筑结构内力与位移计算原理钢结构高层民用建筑设计方法高耸结构选型要求、荷载计算、设计原理及主要构造荷载分类和组合风荷载和地震作用的取值标准和计算方法荷载效应组合方法常用高层建筑结构的受力性能及适用范围常用钢筋混凝土高层建筑结构的近似计算方法、截面设计方法和构造措施back注册结构工程师考试题量及分值科目一级二级钢筋混凝土结构15题/15分20题/20分钢结构14题/14分8题/8分砌体结构与木结构14题/14分20题/20分地基与基础14题/14分16题/16分高层建筑、高耸结构与横向作用15题/15分16题/16分桥梁结构8题/8分back内容复习•结构极限状态、荷载及地震作用•高层建筑结构•高耸结构back结构极限状态、荷载及地震作用《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)•结构极限状态设计的基本原理•作用及其分类•荷载(效应)组合•风荷载•地震作用back结构极限状态设计的基本原理•结构功能要求–能承受正常施工和正常使用是可能出现的各种作用–在正常使用时具有良好的工作性能–在正常维护下具有足够的耐久性能–在偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性•结构可靠度在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率–在规定的时间内——设计基准期(50年)–在规定的条件下——正常设计、正常施工、正常使用–预定功能——四项结构功能•极限状态设计•可靠指标•失效概率•可靠指标backZ=ZZZfZ(Z)0Z=R-S≥0=Z/ZZ=R-SZ2=R2+S2极限状态设计•定义–整个(或部分)结构超过某特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求•两类极限状态–承载能力极限状态——结构或构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形(如倾覆、疲劳、机构、失稳等)–正常使用极限状态——结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值(如影响正常使用或外观的变形、局部损坏、振动或其它特定状态)•极限状态方程–g(X1,X2,,Xn)=0•极限状态设计表达式–g(X1,X2,,Xn)≥0–Z=R-S≥0back作用及其分类–直接作用(荷载)——施加在结构上的集中或分布荷载——GBJ68-84–间接作用(作用)——引起结构外加变形或约束变形的原因(温度变化、焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等)back时间变异位置变异结构反应永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接可变作用安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震偶然作用地震、爆炸、撞击固定作用自重、固定设备荷载可动作用吊车荷载、人员荷载静态作用自重、楼面活荷载动态作用地震、吊车荷载、设备振动、风荷载荷载(效应)组合•承载能力极限状态backRS0niikCQQkQQkGGQCQCGCSiii2111–基本组合–偶然组合niikQQkGGQCGCSii1•正常使用极限状态niikCQkQkGSQCQCGCSii211niikqQkGlQCGCSii1–短期效应组合–长期效应组合风荷载•基本风压–定义:当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的30年一遇10min平均最大风速v0为标准,按v02/1600确定的风压值–按全国基本风压分布图采用,=0.25kN/m2–调整系数(略)back0zszk•风压高度变化系数•风荷载体型系数•风振系数•考虑范围•房屋结构H30m&H/B1.5•高耸结构T10.25s•考虑方法zzz1脉动增大系数),,(210ZoneTypeTf脉动影响系数),,/,(ZoneTypeBHHf振型系数HHTypeHHfiiz/),,(地震作用•建筑抗震设防目标与标准–抗震设防及其思想–设防依据–设防目标及其实现–建筑类别与设防标准•建筑结构抗震验算–地震作用计算–结构抗震验算back抗震设防及其思想•抗震设防–对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施•指导思想–预防为主–减轻结构震害–避免人员伤亡–减少经济损失–使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行•趋势–使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力back设防依据——抗震设防烈度•定义:按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度•确定:必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定–一般情况下,可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度(或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值)–对做过抗震防灾规划的城市,可按批准的抗震设防区划(抗震设防烈度或设计地震动参数)进行抗震设防•设防范围–6-9度back设防目标及其实现•三水准要求水准涵义要求第一水准小震不坏当遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理仍可继续使用第二水准中震可修当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用第三水准大震不倒当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏•两阶段设计back三水准地震作用的标定•基本假定–地震强度呈极值分布–烈度符合极值III型back地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度——众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年•计算–F(I)=exp[-(12-I)k/(12-Im)k],RT=-T/ln(1-F(I)))If(I)ImI0Is•一般关系–烈度:Im=I0-1.55,Is=I0+1–加速度:PGAm=PGA0*1/3,PGAs=PGAm*(4-6)两阶段设计back阶段目标烈度地震作用性质受力状态作用效应组合第一阶段小震不坏(隐含中震可修)多遇地震作用对应的烈度(小震)可变作用弹性(部分弹塑性)承载力验算采用基本组合(多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算,采用短期效应组合,即作用分项系数均取1.0)第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度(大震)偶然作用弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位移验算,采刚短期效应组合,即怍用分项系数均取1.0说明:•第一阶段为弹性分析,包括截面设计和变形计算;•大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。建筑类别与设防标准建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算甲类特殊要求的建筑特殊考虑特殊考虑乙类国家重点抗震城市生命线工程的建筑提高一度(9度适当提高)原设防烈度丙类甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度丁类次要的建筑降低一度(6度不降)原设防烈度back地震作用计算•一般说明和计算原则•基本计算数据•水平地震作用的计算•竖向地震作用的计算back一般说明和计算原则•影响设计地震作用的因素•设计地震作用的方向•地震作用的计算范围和原则•地震作用的计算方法及其适用范围•计算模型back影响设计地震作用的因素•地震动特性方面–抗震设防烈度–设计近远震–场地类别•结构特性方面–结构自振周期–建筑质量(重力荷载)–结构阻尼比(材料)back•设计地震作用的方向–水平(两个)–竖向(一个)•结构效应的方向–平动(两个水平、一个竖向)–扭转(竖轴)设计地震作用的方向back地震作用的计算范围和原则•计算范围–水平地震作用•6度区–(除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外)可不算•7-9度区–(除可不进行上部结构抗震验算的房屋外)均算•8、9度大跨度结构和长悬臂结构•9度的高层建筑•水平地震作用的计算原则–竖向地震作用–一般正交布置抗侧力构件的结构,可沿纵横主轴方向分别计算–斜交布置抗侧力构件的结构,宜按平行于抗侧力构件方向计算–质量和刚度明显不均匀、不对称的结构,应考虑水平地震作用的扭转影响back地震作用的计算方法及其适用范围back地震作用结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过40m,以剪切变形为主,质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法(补充计算)甲类建筑、特别不规则的建筑H80m,7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H60m,8度III、IV类场地和9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法(略)时程分析法(略)竖向弹性底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构back计算模型——集中质量模型•多高层房屋–无扭转–有扭转•单层厂房–横向–纵向back基本计算数据•重力荷载代表值•结构自振周期•设计反应谱重力荷载代表值•重力荷载代表值–永久荷载(建筑结构构配件自重)标准值+可变荷载(雪、灰、楼面活荷载)组合值backniikQikEQGG1永久荷载标准值组合值系数可变荷载标准值设计反应谱•水平地震影响系数•水平地震影响系数曲线–水平地震影响系数曲线GkGgPGAPGASgmmSFaa–水平地震影响系数最大值T(s)ααmax0.45αmax00.1Tg(特征周期)3.0α=(Tg/T)0.9αmax=0.2αmax场地类别IIIIIIIV近震0.200.300.400.65远震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设计近远震场地类别场地类别的划分back场地覆盖层厚度(m)场地土类型03980坚硬中硬中软软弱IIIIIIIVback水平地震作用的计算•振型分解反应谱法•底部剪力法•时程分析法•楼层水平地震剪力的分配•扭转问题•地基—结构动力相互作用振型分解反应谱法backgxIMxKxCxMijijjjiGaF2jSS计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震效应振型组合xg(t)xi(t)njijinniijiiiiyayayayayax12211a1iajianinijiinijiijTjTjjamamaMaIMa121两点注意:计算步骤塔楼底部剪力法•计算方法–底部剪力的计算–地震作用沿高度的分配eqniiiniiiniiniiEkGGmHGaFFF11111111111EkniiiiiiFHGHGF1mHiHiFiFEkΔFnn1EknnFFniminiFFV–顶部附加地震作用–突出屋面小建筑物•适用条件backGeq——结构等效重力荷载代表值SDOF:Geq=G1MDOF:Geq=Sum(Gi)*0.85楼层水平地震剪力的分配•现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑,宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配•木楼屋盖等柔性楼盖建筑,宜按抗侧力构件从属面积上重力荷
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