高层建筑结构、高耸结构及横向作用.ppt

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q 结构极限状态设计 原理 q 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 q 概念设计的内容及原则，并能 运用于高层建筑结构的设计 q 高层建筑结构内力与位移计算原 理 q 高耸结构选型要求、荷载计算、 设计原理及主要构造q荷载分类和组合 q风荷载和地震作用的取值标 准和计算方法 q荷载效应组合方法 q常用高层建筑结构的受力性 能及适用范围 q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 backback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q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 q高层建筑结构内力与位移计 算原理 q钢结构高层民用建筑设计方 法 q高耸结构选型要求、荷载计 算、设计原理及主要构造q荷载分类和组合 q风荷载和地震作用的取值 标准和计算方法 q荷载效应组合方法 q常用高层建筑结构的受力 性能及适用范围 q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backback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backback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backback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backZ=ZZZfZ(Z)0Z=R-S≥0=  Z/ Z Z=  R- S  Z2=  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 q永久作用自重、土压力、预应力、基础沉降、 焊接 q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 q偶然作用地震、爆炸、撞击q固定作用自重、固定 设备荷载 q可动作用吊车荷载、 人员荷载q静态作用自重、楼面 活荷载 q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back–基本组合–偶然组合• 正常使用极限状态–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）back• 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 H>30m 0.9 ） • 弯矩传递系数（ 1/2;1/3） • 步骤back分层法梁固端弯矩节点分配弯矩传递弯矩叠加节点平衡构件平衡梁柱剪力节点平衡柱轴力平面框架水平荷载作用下的内力分析方法• 定性分析back• 反弯点法• 修正反弯点法——D值法反弯点法• 基本假定 – 梁柱线刚度比无穷大(>=3)• 不考虑梁轴向变形，同层柱顶位移相等 – 柱上下端转角相等(底层除外)• 中间层：反弯点居中 • 底 层：反弯点2/3h – 梁端弯矩由节点平衡确定且按刚度分配back• 方法及步骤水平力平衡刚度分配柱剪力柱平衡求柱端弯矩节点平衡求梁端弯矩节点平衡柱轴力梁平衡求梁剪力• 例子Vi1 Vi2 Vi3u=1K=12i/h2Sum(Fi-n)=Sum(Vij) Vi1/Ki1=Vi2/Ki2 =…Vij=Sum(Fi-n) Kij / Sum(Kij)修正反弯点法——D值法• D值back• 反弯点高度与梁柱刚度比有关的系数标准反弯点高度（梁柱线 刚度比、总层数、层次 、侧向荷载形式）上、下层梁柱线刚度不同 时的反弯点高度修正值上层层高与本层不同时的 反弯点高度修正值下层层高与本层不同时的 反弯点高度修正值框架结构构件截面设计back• 设计表达式 • 荷载效应组合 • 组合前竖向荷载调幅 • 内力组合 • 控制截面（梁、柱 ） • 最不利内力组合• 截面设计 • 柱计算高度 • 控制内力确定 • 内力调整（抗震框架） • 节点抗剪验算（约束梁问题）抗震框架构件内力调整back强柱弱梁梁柱弯剪弯剪强 剪 弱 弯1.11.05底层调整1.5/1.25角柱调整1.3剪1.051.1强节点 弱构件节点框架结构构造要求back• 延性问题 • 截面延性• 构件延性 • 结构延性 • 提高构件延性 • 梁：与截面延性有关与构件延性有关剪压比、跨高比、配箍率• 柱：剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、配箍率 • 节点：轴压比、梁筋粘结、配箍率6.2 剪力墙结构• 剪力墙结构的布置 • 剪力墙结构内力和位移的简化计算方法 • 剪力墙截面设计 • 剪力墙构造要求backback剪力墙结构的布置• 平面布置 – 正交 – 刚度不宜过大（？） • 间距 6-8m • 长度 H/L>=2, L2.5 Vb2.5 VbC20），钢筋（分布筋、箍筋一级，其它二级） – 截面尺寸（厚度）： • 稳定要求——一级(>=max(h/20，160);其它(>=max(h/25，140) • 抗剪要求（剪压比）——V=50%总倾覆力矩 – 不宜过多 – Lamda=（1-2.4） • 楼板 – 剪力墙间距 – 框架外伸长度backback框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法• 基本假定 • 基本思路——协同工作分析 – 集成平面化连续化分配 – 几个问题： • 框架-剪力墙协同工作体系（刚接、铰接）• 方程 • 刚度特征值 • 计算步骤 – 确定计算简图计算刚度特征值（查表）计算总 剪力墙的弯矩、层剪力总框架层剪力=总层剪力- 总剪力墙层剪力(广义剪力再分配)内力计算backback刚度特征值• 抗推刚度与抗侧刚度 • 综合框架抗推刚度 – Cf=hD • 综合剪力墙抗弯刚度 – EIw= EIw • 综合连梁抗弯刚度 – Cb=m/h= 6ci/h • 刚度特征值backback框架-剪力墙结构构件截面设计• 内力调整 – 连梁塑性内力重分布——降低刚度(0.55) – VF=20%总层剪力– 局部平面有限元计算 • 构件截面设计backback6.4 筒体结构• 筒体结构的受力与变形特点 • 筒体结构的布置 • 筒体结构内力和位移的计算方法 • 筒体结构构件截面设计 • 筒体结构构造要求backback筒体结构的受力与变形特点• 框筒的受力特点（空间整体受力）——剪力滞后 – 剪力——腹板框架（通常内筒承担大部分） – 弯矩——翼缘框架（外筒大） • 变形特点——剪弯型backback剪力滞后影响因素及规律• 窗裙梁剪切刚度与柱轴向刚度比 – 比值越大，剪力滞后越小 • 框筒平面形状 – 翼缘框架越长，剪力滞后越大 • 所处高度 – 底部大，顶部小（负）backback筒体结构的布置• 平面、构件及楼盖 – 原则：规则、对称；尽量减小剪力滞后 – 框筒： • 密柱（1-3m）深梁（l/h=3-4,窗洞面积3 – 内筒：面积不宜过小（H/B=10，内外筒边长比=1/2-1/3 ） – 楼盖： • （作用）尽量减少其弯矩传递（铰接、平板式、密肋） • 宜使角柱承受较大竖向荷载以平衡角柱中较大拉力（斜梁） • 转换层backback筒体结构内力和位移的计算方法• 空间杆系-薄壁柱矩阵位移法• 等效槽形截面估算法 • 等代角柱法 • 图表法 • 平面展开矩阵位移法（翼缘展开法） • 等效弹性连续体能量法 • 有限条法backback筒体结构构件截面设计• 外框筒 – 柱： • 角柱和弯矩较大柱——双向偏压 • 其它柱——框架平面单向偏压 – 窗裙梁 • 按连梁计算 • l/h1/16-1/18基础长度；>3m • 埋深（满足地基强度要求、稳定性要求） – >1/12-1/15建筑高度 • 墙体布置 – 外墙：沿建筑四周布置 – 内墙：沿上部结构柱网或剪力墙布置纵横向均匀布置 • 墙体长度/m2>0.4m，墙体截面积>1/10A • 墙体开洞：尽量少开洞（=0 – 有地震作用组合 • 平均压力 p=(F+G)/A<=fsE• 最大压力 pmax=(F+G)/A+M/W<=1.2fsE • 地基变形验算 – 地基沉降量——按分层法计算——（<350mm） – 基础倾斜——按角点法计算——（<1/100-1/200B/H ）backback箱形基础结构计算• 基底反力计算 – 基底反力分布 – 基底反力计算 • 链杆法 • 基床系数法 • 基底反力系数法（5*8）backback• 箱形基础内力计算 –基础—上部结构共同工作–分析方法（取决于上部结构的整体刚度 ） •框架结构：箱基内力=整体弯曲+局部弯曲 •剪力墙结构：箱基内力=局部弯曲 •框剪结构：箱基内力=局部弯曲箱形基础构件设计• 顶板和底板 – 正截面 • 框架结构：偏压、偏拉 • 剪力墙结构、框剪结构：双向受弯 – 斜截面抗剪 – 抗冲切验算• 墙体 – 上下对齐者：不算 – 其它： • 内墙：抗剪 • 外墙：抗剪、平面外抗弯 backback箱形基础构造要求• 混凝土 • 内外墙 • 顶板、底板 • 连接部位（节点）backback7.2 桩基础• 桩的类型 • 桩基础布置 • 桩基础结构计算与构件设计 • 桩基础构造要求backback桩的类型• 按受力状态分 – 端承桩 – 摩擦桩 • 按材料分 – 木桩、灰土桩、碎石桩 – 混凝土桩 • 预制桩 – 方桩、预应力管桩 • 灌注桩 – 钻孔、冲孔、沉管、挖孔、大直径扩底 – 钢桩backback桩基础布置• 两种方式 – 群桩 – 单桩backback桩基础结构计算与构件设计• 单桩竖向承载力设计值 • 桩基沉降计算——分层法• 承台内力计算 – 承台类型 – 计。