高层建筑计算分析和设计要求.ppt

5.15.1 计算分析计算分析5.25.2 荷载效应和地震作用组合荷载效应和地震作用组合5.35.3 设计要求设计要求5.45.4 概念设计概念设计5.55.5 超限高层建筑工程设计超限高层建筑工程设计backback5.计算分析和设计要求4.1 计算分析5.1 计算分析（一）计算分析方法•弹性与弹塑性假定•平面结构假定与空间结构•楼板平面内无穷刚性假定与协同计算•构件刚度与变形back弹性与弹塑性假定Ø弹性假定——竖向荷载、风荷载及多遇地震作用下的内力和位移计算Ø弹塑性假定——罕遇地震作用下的位移验算Ø塑性内力重分布back塑性内力重分布•考虑原因Ø弹性内力与实际不符（构件内力与刚度有关，开裂后则产生重分布）；Ø有意识地减少或增大某些部位配筋，以利于合理破坏机构和施工•考虑方法——内力调幅（调整）Ø弹性计算内力乘以系数•框架梁（连续梁）在竖向荷载下的调幅•框架-剪力墙结构中框架的内力调整•联肢剪力墙中连梁的调幅Ø弹性内力计算时降低构件刚度•框架-剪力墙结构中框架与剪力墙间的连系梁的调幅•联肢剪力墙中连梁的调幅back平面结构假定与空间结构Ø平面结构假定A——结构面外刚度为零（二维，每个节点3自由度）——平面框架、剪力墙Ø空间结构——结构面外有相互传力关系（三维，每个节点6自由度）——框筒角柱、空间框架、空间桁架back楼板平面内无穷刚性假定与协同计算Ø楼板平面内无穷刚性假定B——多数情况下，楼板平面内无穷刚性•水平位移协调（竖向位移独立）•A+B：不考虑扭转——平面协同计算（正交方向抗侧力单元不参加工作）考虑扭转——空间协同计算（正交方向抗侧力单元参加抵抗扭矩）•楼板满足一定要求——楼板不满足要求，楼板有变形•楼板有限刚性计算•楼板刚性计算，适当调整内力•空间计算Ø空间计算back构件刚度与变形Ø构件刚度——弹性刚度Ø构件变形Ø构件的变形与刚度轴向——EA弯曲——EI剪切——GAØ构件变形的考虑忽略梁的轴向变形高度>50m及H/B>4：考虑柱、墙的轴向变形长细比>4：忽略剪切变形back5.2 水平力作用方向•只考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全部由该方向抗侧力构件承担•新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方向的水平力同时作用back5.3 分析方法•简化方法–平面结构协同分析•程序方法–杆件有限元方法•空间协同分析方法–广泛用于框架、框剪、剪力墙结构等由平面抗侧力结构组成、布置较为规则的结构•三维杆件—薄壁杆件空间分析方法–应用广泛，特别是平面不规则、体型复杂的结构–有限元或有限条方法back5 高层建筑结构设计的基本要求5.1 强度问题——构件截面承载力验算☞5.2 刚度问题——正常使用条件下结构水平 位移验算☞5.3 稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算☞5.4 延性问题——抗震结构的延性要求☞5.5 经验问题——抗震结构的概念设计要求☞backback5.1 强度问题——构件截面承载力验算•要求Ø荷载效应组合⇒构件最不利内力⇒承载力极限状态设计•表达式Ø无地震作用组合 γ0S≤RØ有地震作用组合 S≤R/γRE•关于SØ抗震结构与有无地震作用组合Ø高层建筑结构荷载组合表达式•关于RØ抗震结构抗弯承载能力 = 非抗震结构抗弯承载能力Ø抗震结构抗剪承载能力 = 非抗震结构抗剪承载能力*80%back多高层建筑结构承载能力极限状态设计荷载组合表达式注：1 ⑥、⑦仅8、9度时的大跨和长悬臂结构及9度抗震结构考虑； 2 ⑧仅60m以上的高层结构考虑； 3 ⑨仅60m以上的9度抗震结构和60m以上8、9度时的长悬臂结构考虑。

back组合类别多层（8层以下）高层（8层及其以上）非抗震抗震结构非抗震抗震结构重力荷载① S=γ γGGCGGk+γ γCk γ γGG= =效应对结构有利时 1.01.0；；；；不利时 1.21.2 γ γ= =一般 1.41.4；；；；Q≥4.0kN/m2时 1.31.3重力荷载+风荷载② S=γGCGGk+ψ ψ(γQCk +γ γWWCWWk ) ψ=0.85 ψ=0.85，，，， γ γWW=1=1.4.4③ S=γGCGGk+γQCk +ψ ψWWγWCWWk ) ψ ψW W =1.0 =1.0 ，，，， γ γWW=1=1.4.4重力荷载+地震作用④ S=γGCGGGE E+γ γEhEhCEhEhkGGE E= =GGk k+ψ+ψk k ，，，，ψ ψ= =0.50.5 γ γEhEh=1=1.3.3S=γGCGGE+γ γEhEhCEhEhk +γ γEvEvCEvEvk⑤ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk ⑥ S=γGCGGE+1.31.3CEvEvk⑦ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk +0.50.5CEvEvk重力荷载+地震作用+风荷载S=γGCGGE+γEhCEhEhk +γEvCEvEvk +ψ ψWWγWCWWk ⑧ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk+0.20.2γWCWWk ⑨ S=γGCGGE+1.31.3CEhEhk+0.50.5CEvEvk+0.20.2γWCWWk5.2 刚度问题——正常使用条件下结构水平位移验算•目的Ø防止主要结构开裂、损坏Ø防止填充、装修开裂、损坏Ø防止过大侧移，以引发人的不适、影响正常使用、产生附加内力•表达式——双控（弹性位移）Ø层间位移 Δu/h≤[Δu/h]Ø顶点位移 u/H≤[ u/H]•荷载组合Ø不考虑重力荷载引起的侧移Ø各水平荷载单独作用Ø荷载分项系数取1.0•位移限值Ø地震作用下的位移限值略宽松Ø新规范的两点修正取消与“装修标准”有关的提法限值略偏严格back5.3 稳定问题——结构稳定与抗倾覆验算•一般不需验算•H/B>5时宜验算Ø抗倾覆验算表达式 M≤[M][M]——稳定力矩=竖向荷载（ 50%楼面活载+90%恒载）对基础边缘取矩M——倾覆力矩=由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的基础顶面 处的最大倾覆力矩Ø整体稳定性验算表达式 Gte≤ΣEIeq/(8H2)Gte——顶端等效重力荷载设计值= ΣGiHi2 /H2ΣEIeq——验算方向的抗侧力构件等效刚度和Gi——第i层重力荷载设计值 Gte HGi ΣEIeqHiback5.4 延性问题——抗震结构的延性要求•结构抗震等级Ø确定方法根据确定抗震等级的设防烈度、结构类型、结构高度确定•延性结构设计原则Ø四项措施提高构件延性强柱（墙）弱梁强剪弱弯强节点（锚固）弱构件•罕遇地震作用下的弹塑性变形验算Ø一般不验算，但须采取构造措施Ø验算需验算结构的界定（范围）表达式——单控（弹塑性）Δup/h≤[Δup/h] 验算方法——简化方法或时程分析法back5.5 经验问题——抗震结构的概念设计要求•概念设计•要点Ø选择有利场地和地基Ø选择延性好结构体系与材料Ø规则结构Ø延性结构Ø减轻自重Ø避开地震动反应谱特征周期Ø避免薄弱层Ø减少扭转Ø协调承载能力与延性的关系Ø设置多道抗震防线Ø实现合理屈服耗能机制Ø提高整体性back概念设计•意义–“计算设计”很难有效控制结构的薄弱环节，不能完全解决问题•地震作用的不确定性•结构计算假定与实际情况的差异（计算模型、材料、阻尼变化等）–经验总结、定性判断•含义–在进行结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力；有时需要运用工程判断解决或处理具体问题。