多层及高层建筑结构设计2

1、2.1 作用及其分类作用及其分类2.2 竖向荷载竖向荷载2.3 风荷载风荷载2.4 地震作用地震作用2.5 变形作用变形作用第二章第二章 高层建筑结构上的作用高层建筑结构上的作用2.1 作用及其分类作用及其分类直接作用（荷载）直接作用（荷载）施加在结构上的集中或分布荷载施加在结构上的集中或分布荷载 自重、活载自重、活载间接作用（作用）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、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）焊接、基础沉降、地震、混凝土收缩等）backbackback时间变异时间变异位置变异位置变异结构反应结构反应永久作用永久作用

2、 自重、土压力、预应力、基础沉降、焊自重、土压力、预应力、基础沉降、焊接接可变作用可变作用 安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷安装荷载、楼面活荷载、风荷载、雪荷载、吊车荷载、温度变化、地震载、吊车荷载、温度变化、地震偶然作用偶然作用 地震、爆炸、撞击地震、爆炸、撞击固定作用固定作用 自重、固定自重、固定设备荷载设备荷载可可动作用动作用 吊车荷载、吊车荷载、人员荷载人员荷载静态作用静态作用 自重、楼面自重、楼面活荷载活荷载 动态作用动态作用 地震、吊车地震、吊车荷载、设备振荷载、设备振动、风荷载动、风荷载按荷载作用的方向按荷载作用的方向水平荷载：风荷载、地震作用水平荷载：风荷载、地震作用竖向荷载

3、：结构自重、楼面活荷载竖向荷载：结构自重、楼面活荷载2.2 竖向荷载竖向荷载1. 永久荷载永久荷载 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）年版）2. 可变荷载（活荷载）可变荷载（活荷载） 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 楼面、屋面活荷载、雪荷载标准值楼面、屋面活荷载、雪荷载标准值 高层民用建筑楼面活荷载及其准永久值系数的补充高层民用建筑楼面活荷载及其准永久值系数的补充 项目项目 活荷载标准值（活荷载标准值（kN/m2kN/m2） 准永久值系数准永久值系数qq酒巴间、舞厅、展销厅酒巴间、舞厅、展销厅 3.0 3.04.04.0 0.5 0.5屋面花园屋面花园

4、4.0 4.05.0 5.0 0.80.8贮藏室贮藏室 5.0 5.08.08.0 0.8 0.8饭店厨房、洗衣房饭店厨房、洗衣房 4.0 4.05.05.0 0.5 0.5健身房、娱乐室健身房、娱乐室 3.0 3.04.5 0.54.5 0.5 楼面活荷载补充（见结构技术措施楼面活荷载补充（见结构技术措施P13P13页）页）序号序号 楼面用途楼面用途均布活荷载标准值均布活荷载标准值(KN/m2) 准永久值系数准永久值系数q 组合值系数组合值系数C 1阶梯教室阶梯教室 3 0.6 0.72微机电子计算机房微机电子计算机房 3 0.5 0.73大中型电子计算机房大中型电子计算机房 5，或按实际，

5、或按实际 0.7 0.74银行金庫及票据仓库银行金庫及票据仓库 10 0.9 0.95制冷机房制冷机房 8 0.9 0.76水泵房水泵房 10 0.9 0.77变配电房变配电房 10 0.9 0.78发电机房发电机房 10 0.9 0.79设浴缸、坐厕的卫生间设浴缸、坐厕的卫生间 4 0.5 0.710 有分隔的蹲厕公共卫生间有分隔的蹲厕公共卫生间 （ 包括填料、隔墙）包括填料、隔墙） 8 0.6 0.711管道转换层管道转换层 4 0.6 0.7 目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量目前我国钢筋混凝土高层建筑单位面积的重量( (恒载与活载恒载与活载) )大约如下：大约如下：框架、框架框架

6、、框架- -剪力墙结构体系剪力墙结构体系 12 1214 14 kN/m2kN/m2剪力墙、筒体结构体系剪力墙、筒体结构体系 13 131616kN/m2kN/m2短肢剪力墙结构体系短肢剪力墙结构体系 1 11 1kN/m2kN/m2 其中活荷载平均约其中活荷载平均约2 23 3 kN/m2kN/m2，仅占全部竖向荷载的仅占全部竖向荷载的15%15%20%20%。因此，活载不利布置所产生的影响较小，可不。因此，活载不利布置所产生的影响较小，可不考虑活载的不利布置。考虑活载的不利布置。 2.3 2.3 风荷载风荷载垂直于建筑物表面的风荷载标准值垂直于建筑物表面的风荷载标准值式中：式中： 基本风压

7、基本风压0wbackbackback0wwzszk 风压高度变化系数风压高度变化系数 风荷载体型系数风荷载体型系数 风振系数风振系数 考虑范围房屋结构 H30m & H/B1.5zzz 1脉脉动动增增大大系系数数 脉脉动动影影响响系系数数 振振型型系系数数 z z z s 建筑抗震设防目标与标准建筑抗震设防目标与标准1.1.抗震设防及其思想抗震设防及其思想2.2.设防依据设防依据3.3.设防目标及其实现设防目标及其实现4.4.两阶段设计两阶段设计5.5.三水准地震作用的标定三水准地震作用的标定6.6.建筑类别与设防标准建筑类别与设防标准2.4 2.4 地震作用地震作用2.4.1 2.4

8、.1 抗震设计的概念抗震设计的概念1、抗震设防及其思想、抗震设防及其思想v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对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施v指导思想指导思想预防为主预防为主减轻结构震害减轻结构震害避免人员伤亡避免人员伤亡减少经济损失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使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行v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力2、设防依据抗震设防烈度v定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设定义：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防依据的地震

9、烈度v确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定（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度对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划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（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防v设防范围设防范围6-9度度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。度及以上地

10、区的建筑，必须进行抗震设计。大于大于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有专门规定 。4、两阶段设计两阶段设计阶阶 段段目目 标标烈烈 度度地震地震作用作用性质性质受力状态受力状态作用效应组合作用效应组合第一第一阶段阶段小震不小震不坏（隐坏（隐含中震含中震可修）可修）多遇地震多遇地震作用对应作用对应的烈度的烈度（小震）（小震）可变可变作用作用弹性（部弹性（部分弹塑性）分弹塑性）承载力验算采用基本组合承载力验算采用基本组合(多多层、高层钢筋混凝土房屋层层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计算，采用短期间弹性位移计算，采用短期效

11、应组合，即作用分项系数效应组合，即作用分项系数均取均取1.0)第二第二阶段阶段大震不大震不倒倒罕遇地震罕遇地震作用对应作用对应的烈度的烈度（大震）（大震）偶然偶然作用作用弹塑性弹塑性部分建筑物的层间弹塑性位部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期效应组合，移验算，采刚短期效应组合，即作用分项系数均取即作用分项系数均取1.0说明：说明： 第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；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证。5、三水准地震作用的标、三水准地震作用的标定定v基本假定基本假定

12、地震强度呈极值分布地震强度呈极值分布烈度符合极值烈度符合极值III型型地震影响地震影响50年超年超越概率越概率地震重现地震重现期期多遇地震对应的烈度多遇地震对应的烈度众值众值烈度烈度 小震小震63.2%50年年设防烈度设防烈度 中震中震10%475年年罕遇地震对应的烈度罕遇地震对应的烈度 大震大震2-3%约约2000年年 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, Is80m，7、8度度I、II类场地乙、丙类建筑类场地乙、丙类建筑H60m，8度度III、IV类场地和类场地和9度乙、丙类

13、建筑度乙、丙类建筑弹塑弹塑性性简化方法简化方法（略）（略）时程分析法时程分析法（略）（略）竖向竖向弹性弹性底部轴力法底部轴力法需需考虑竖向地震作用的结构考虑竖向地震作用的结构基本计算数据v重力荷载代表值v结构自振周期结构自振周期v设计反应谱结构自振周期结构自振周期 对于质量与刚度沿高度分布均匀的框架、框剪结构对于质量与刚度沿高度分布均匀的框架、框剪结构周期折减系数周期折减系数 填充砖墙填充砖墙 高规高规： 框架结构框架结构 0.60.60.7 0.7 框剪结构框剪结构 0.70.70.8 0.8 剪力墙结构剪力墙结构 0.90.91.01.0全国民用建筑工程设计技术措施全国民用建筑工程设计技术

14、措施 结构结构： TTuT 7 . 11 T 结构类型结构类型填充墙较多填充墙较多填充墙较少填充墙较少框架结构框架结构框剪结构框剪结构剪力墙结构剪力墙结构0.60.60.70.70.70.70.80.80.90.91.01.00.70.70.80.80.80.80.90.9 1.0 1.0【例题例题】 某多层实验楼，建设地点：西安；层数某多层实验楼，建设地点：西安；层数6 6层，局部层，局部7 7层，底层层，底层层高层高4.5m4.5m，其他各层层高，其他各层层高3.6m3.6m；柱截面尺寸；柱截面尺寸700 x700700 x700；三层平面图如图；三层平面图如图所示。所示。 地震设防烈度地

15、震设防烈度8 8度（度（0.20g0.20g），场地土类别），场地土类别3 3类；设计地震类；设计地震分组第一组，特征周期分组第一组，特征周期0.450.45。采用。采用TATTAT三维空间分析程序进三维空间分析程序进行分析。行分析。 TAT TAT计算假定：楼板在平面内为无限刚性；采用空间杆计算假定：楼板在平面内为无限刚性；采用空间杆系、薄壁柱计算模型。考虑藕联地震力，计算振型数：系、薄壁柱计算模型。考虑藕联地震力，计算振型数：1818。计算时，基本风压计算时，基本风压 。 计算变化参数为框架柱截面尺寸及周期折减系数，框架计算变化参数为框架柱截面尺寸及周期折减系数，框架柱截面尺寸分别取柱截面

16、尺寸分别取600 x600600 x600、700 x700700 x700、800 x800800 x800，周期折减，周期折减系数分别取系数分别取0.60.6、0.70.7及及0.80.8。计算结果见下表。计算结果见下表。20/35. 0mkNw 周期折减系数的取值对地震剪力、层间弹性位移角、层间弹塑性位周期折减系数的取值对地震剪力、层间弹性位移角、层间弹塑性位移角都有很大的影响，周期折减系数越小，地震力、层间位移角及层间移角都有很大的影响，周期折减系数越小，地震力、层间位移角及层间弹塑性位移角则越大，两者关系基本呈线性关系。当周期折减系数分别弹塑性位移角则越大，两者关系基本呈线性关系。当

17、周期折减系数分别取取0.60.6及及0.80.8时，地震剪力可减少时，地震剪力可减少30%30%。计算模型计算模型集中质量模型集中质量模型v多高层房屋多高层房屋无扭转无扭转有扭转有扭转v单层厂房单层厂房横向横向纵向纵向重力荷载代表值重力荷载代表值v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）标准值永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载可变荷载（雪、灰、楼面活荷载）组合值（雪、灰、楼面活荷载）组合值niikQikEQGG1永久荷载标准值永久荷载标准值组合值系数组合值系数可变荷载标准值可变荷载标准值设计反应谱v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

18、gPGAPGASgmmSFaa 水平地震影响系数最大值T(s)max0.45max0 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设计近远震场地类别5、场地类别的划分场地覆盖层厚度(m)场地土类型0 3 9 80坚硬中硬中软软弱IIIIIIIV6、水平地震作用的计算v振型分解反应谱法v底部剪力法v时程分析法v楼层水平地震

19、剪力的分配v扭转问题v地基结构动力相互作用振型分解反应谱法 gxIMxKxCxM ijijjjiGaF2jSS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)njijinniijiiiiyayayayayax12211a1iajiani nijiinijiijTjTjjamamaMaIMa121两点注意：计算步骤塔楼底部剪力法底部剪力法v计算方法计算方法底部剪力的计算底部剪力的计算地震作用沿高度的分配地震作用沿高度的分配eqniiiniiiniiniiEkGGmHGaFFF11111111111EkniiiiiiFHGHGF1mHiHiFiFE

20、kFnn1EknnFFniminiFFV 顶部附加地震作用顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物突出屋面小建筑物 适用条件适用条件Geq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v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v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v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v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7、竖向地震作用的计算v高层房屋（9度）地震作用标准值FviHiFviFEvk 楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按