多层及高层结构极限状态设计的基本原理.pdf

多层及高层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 backbackback z=z z z fz(z) 0 z=r-s0 = z/z z= r-s z2= r2+ s2 1.1 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-s0 backbackback 1.2 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） backbackback 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 1.3 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） backbackback 0 zszk = 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 z z z += 1 脉动增大系数=),( 2 10 zonetypetf 脉动影响系数=),/,(zonetypebhhf 振型系数=hhtypehhf iiz /),( 1.4 抗震设计 规范以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严 格执行。 术语术语 抗震设防烈度抗震设防烈度seismic fortification intensityseismic fortification intensity 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。 1.4.1 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? backbackback 1、抗震设防及其思想 抗震设防抗震设防 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 backback 2、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 backback 3、抗震设防目标：、抗震设防目标： 小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒 抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设 计。 大于9度地区的建筑和行业有特殊要求的工业建筑，抗震 设计有专门规定 。 4、两阶段设计 backback 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。 5、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 backback 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% 10% 2-3% 50年 设防烈度 中震 475年 罕遇地震对应的烈度 大震 1642- 2475年 计算 f(i)=exp-(12-i)k/(12-im)k，rt=-t/ln(1-f(i) i f(i) imi0is 一般关系 烈度：im=i0-1.55, is80m，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 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 水平 backback 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 backback 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 backback = += n i ikqike qgg 1 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 gkg g pga pga s gmmsf a a = 水平地震影响系数最大值 t(s) max 0.45ma x 0 0.1tg（特征周期）3.0 =(tg/t)0.9 max =0.2 max 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-0.500.901.40 backback 设计近远震场地类别 5、场地类别的划分 backback 场地覆盖 层厚度(m) 场地土类型 0 3 9 80 坚硬 中硬 中软 软弱 iii iii iv backback 6、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 backback g ximxkxcxm& & &=+ ijijjji gaf= = 2 j ss 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) = =+= n j ijinniijiiii yayayayayax 1 2211 ll a1iajiani = = n i jii n i jii j t j t j j amam ama ima 1 2 1 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 eq n i ii n i ii n i i n i iek ggmhgafff 1 1 11 1 111 1 1 1 = = ekn i ii ii i f hg hg f = = 1 mhi hi fi fek fn () n 1 eknn ff= = += n im ini ffv 顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物 适用条件 backback geq结构等效重力荷载代表值 sdof：geq=g1 mdof： 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 属面积上重力荷载代表值的比例分配 普通预制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼 盖建筑，可取上述两种分配结果的平均值 考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和 扭转的影响时，可按各有关规定对上述分配结 果作适当调整 backback 7、竖向地震作用的计算 高层房屋（9度） 地震作用标准值 fvi hi fvi fevk 楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8、9度） eqeqveqvevk gggf maxmax1 65. 0= evkn i ii ii vi f hg hg f = = 1 = = n i ieq gg 1 75. 0 长悬臂和其它大跨结构（8、9度） ivi gf= )2.0,1.0(= ivi gfbackback backback 结构抗震验算 一般规定 地震作用下的作用效应组合 截面抗震验算 抗震变形验算 结构抗震验算的一般规定 验算范围 除6度建筑（iv类场地上的较高层除外）和规定可不 进行验算的结构外，均应验算 验算内容 截面抗震验算 抗震变形验算 多遇地震作用下的弹性变形验算非结构构件的破坏 罕遇地震作用下的弹塑性变形验算抗倒塌 backb