高层建筑结构04课件

高层建筑混凝土结构设计第4章结构计算一般原则及规定4.1基本假定一、弹性假定高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析。一般情况,刚度不必折减，仅对框架-剪力墙或剪力墙结构中的连梁刚度可予以折减，折减系数不宜小于0.5。二、楼板在自身平面内的刚性假定进行高层建筑内力及位移计算时，可将现浇楼板视为水平放置的深梁，近似认为在其自身平面内为无限刚性。为保证假定成立，要求设计中采取必要的措施，保证楼板在自身平面内的刚度足够大，例如：平面布置宜符合规程的有关要求；楼板尽量采用现浇钢筋混凝土结构，或采用有现浇面层的装配整体式楼板，对局部有削弱的情况，可采用设置边梁加大楼板配筋等措施来加强。当楼板有较大开洞时，应考虑楼板在自身平面内弹性变形的影响。采用这一假定后，结构分析的自由度数目大大减少，使计算分析大为简化。计算分析和工程实践证明，这一假定满足大多数高层建筑的结构分析精度要求。24.2荷载组合和地震作用组合的效应一、持久设计状况和短暂设计状况下，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定：（注：持久设计状况，适用于结构使用时的正常情况；短暂设计状况，适用于结构出现的临时情况，包括结构施工和维修时的情况等）式中：——荷载组合的效应设计值；——永久荷载分项系数；——楼面活荷载分项系数；——风荷载的分项系数；——考虑结构设计使用年限的荷载调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使用年限为100年时取1.1；——永久荷载效应标准值；——楼面活荷载效应标准值；——风荷载效应标准值；——分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载组合值系数，当永久荷载效应起控制作用时应分别取0.7和0.0；当可变荷载效应起控制作用时应分别取1.0和0.6或0.7和1.0。注：对书库、档案库、储藏室、通风机房和电梯机房，本条楼面活荷载组合值系数取0.7的场合应取为0.9。3地震设计状况时荷载和作用的分项系数注：“—”表示组合中不考虑该项荷载或作用效应。5一、构件承载力设计持久设计状况、短暂设计状况地震设计状况式中：——结构重要性系数，对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1；对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0；——作用组合的效应设计值；——构件承载力设计值；——构件承载力抗震调整系数。承载力抗震调整系数4.3结构设计基本规定6二、结构抗震性能设计结构抗震性能目标及水准结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级。结构抗震性能分为1、2、3、4、5五个水准（见下表）。

抗震设计的高层建筑混凝土结构，当其房屋高度、规则性、结构类型等超过《高规》的有关规定或抗震设防标准有特殊要求时，可采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证。7结构抗震性能目标的选定：应综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素选定适宜的结构抗震性能目标。

A级性能目标是最高等级，中震作用下要求结构达到第1抗震性能水准（完好、无损坏），大震作用下要求结构达到第2抗震性能水准（基本完好、轻微损坏），即结构仍处于基本弹性状态；B级性能目标，要求结构在中震作用下满足第2抗震性能水准（基本完好、轻微损坏），大震作用下满足第3抗震性能水准(轻度损坏)，结构仅有轻度损坏；C级性能目标，要求结构在中震作用下满足第3抗震性能水准(轻度损坏)，大震作用下满足第4抗震性能水准(中度损坏)，结构中度损坏；D级性能目标是最低等级，要求结构在中震作用下满足第4抗震性能水准(中度损坏)，大震作用下满足第5性能水准(比较严重损坏)，结构有比较严重的损坏，但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。

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特别不规则的超限高层建筑或处于不利地段场地的特别不规则结构，可考虑选用A级性能目标；房屋高度或不规则性超过《高规》适用范围很多时，可考虑选用B级或C级性能目标；房屋高度或不规则性超过适用范围较多时，可考虑选用C级性能目标；房屋高度或不规则性超过适用范围较少时，可考虑选用C级或D级性能目标。以上仅仅是举些例子，实际工程情况很多，需综合考虑各项因素，所选用的性能目标需征得业主的认可。10不同抗震性能水准的结构设计可按下列规定进行：

第1性能水准的结构，应满足弹性设计要求。在多遇震作用下，其承载力和变形应符合《高规》的有关规定；在设防烈度地震作用下，结构构件的抗震承载力应符合（1）式要求：（1）——水平地震作用标准值的构件内力，不需乘以与抗震等级有关的增大系数；——竖向地震作用标准值的构件内力，不需乘以与抗震等级有关的增大系数。

第2性能水准的结构，在设防烈度地震或预估的罕遇地震作用下，关键构件及普通竖向构件的抗震承载力宜符合（1）式的要求；耗能构件的受剪承载力宜符合（1）式的要求，耗能构件的正截面承载力应符合（2）式要求：（2）其余符号物理意义同前。——截面承载力标准值，按材料强度标准值计算。其余符号物理意义同前。关于何时采用设防烈度地震何时采用预估的罕遇地震：见《高规》表3.11.1或本节第7页的表。例如，当选用B级目标时，第2性能水准的关键构件及普通竖向构件的抗震承载力按（1）式验算时，就应采用设防烈度地震;当选用A级目标时，第2性能水准的关键构件及普通竖向构件的抗震承载力按（1）式验算时，就应采用预估的罕遇地震.11

第5性能水准的结构应进行弹塑性计算分析。在预估的罕遇地震作用下，关键构件的抗震承载力宜符合（2）式的要求；较多的竖向构件进入屈服阶段，但同一楼层的竖向构件不宜全部屈服；竖向构件的受剪截面应符合（3）式的要求；允许部分耗能构件发生比较严重的破坏；结构薄弱部位的层间位移角应符合《高规》关于薄弱层（部位）层间弹塑性位移的规定。13三、抗连续倒塌设计基本要求

结构连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。

安全等级为一级的高层建筑结构应满足抗连续倒塌概念设计的要求；有特殊要求时，可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。

抗连续倒塌概念设计应符合下列要求：

1应采取必要的结构连接措施，增强结构的整体性；2主体结构宜采用多跨规则的超静定结构；3结构构件应具有适宜的延性，避免剪切破坏、压溃破坏、锚固破坏、节点先于构件破坏；4结构构件应具有一定的反向承载能力；5周边及边跨框架的柱距不宜过大；6转换结构应具有整体多重传递重力荷载途径；7钢筋混凝土结构梁柱宜刚接，梁板顶、底钢筋在支座处宜按受拉要求连续贯通；8独立基础之间宜采用拉梁连接。14抗连续倒塌的拆除构件方法应符合下列规定：

1逐个分别拆除结构周边的竖向构件、底层内部柱以及转换桁架腹杆等重要构件；2可采用弹性静力方法分析剩余结构的内力与变形；3剩余结构构件承载力应满足下式要求：

——剩余结构构件内力设计值；——剩余结构构件承载力设计值；——效应折减系数。对中部水平构件取0.67，其他构件取1.0。（注：本条拆除构件方法主要内容引自美国、英国有关规范。其中关于效应折减系数β，主要是考虑偶然作用发生后，结构进入弹塑性内力重分布，对中部水平构件有一定的卸载效应。）

15当拆除某构件不能满足结构抗连续倒塌要求时，在该构件表面附加80kN/m2

侧向偶然作用设计值，此时其承载力应满足下式的要求。式中:——构件承载力设计值，算法同（不拆除构件的）正常情况；——作用组合的效应设计值；——永久荷载标准值的效应；——活荷载标准值的效应；——侧向偶然作用设计值的效应。四、高层建筑的二阶效应及结构稳定1、二阶效应（即P～Δ效应）

计算分析表明，对混凝土结构，随着结构刚度的降低，重力二阶效应的不利影响呈非线性增长。因此，对结构的弹性刚度和重力荷载作用的关系应加以限制。17

当高层建筑结构满足下列规定（称为“刚重比”）时，可使结构按弹性分析的二阶效应对结构内力、位移的增量控制在5％左右，则弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响。1）剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体结构：2）框架结构：式中：——结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度；——房屋高度；——分别为第i、j楼层重力荷载设计值，取1.2倍的永久荷载标准值与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值；——第i楼层层高；——第i楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力与层间位移的比值；n——结构计算总层数。详见02《高规》理解与应用18EJd为结构宏观等效刚度，而u是分别按各抗侧构件的具体刚度计算所得的结构顶点位移，u是已知的。192、结构稳定验算高层建筑结构的整体稳定性要求：1）剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构要求：2）框架结构要求：

高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应（重力P～△效应）不致过大，以此避免结构的失稳倒塌。影响重力P～△效应的主要参数是结构的刚度和重力荷载之比（刚重比）。若结构的刚重比进一步减小，则重力P～△效应将会呈非线性关系急剧增长，直至引起结构的整体失稳。如不满足上式的要求，应调整并增大结构的侧向刚度。如结构的刚重比满足上式要求，则重力P～△效应可控制在20％之内，结构的稳定则具有适宜的安全储备。21五、抗整体倾覆按上述规定，倾覆安全系数达到2.3，不需再验算结构的整体倾覆。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分别计算基底应力。

高层建筑在竖向和水平荷载或地震作用共同下，如果基底压应力过于集中且地基刚度不大，有可能发生整体倾斜甚至整体倒塌（即整体倾覆）。因此，要求在重力荷载与水平荷载标准值或重力荷载代表值与多遇水平地震标准值共同作用下：当房屋的高宽比H/B＞4时，基底不宜出现零应力区；当房屋的高宽比H/B≤4时，零应力区面积不应超过基础底面积的15%。221.保证结构基本处于弹性受力状态，对钢筋混凝土结构来说，要避免混凝土墙或柱出现裂缝；同时，将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。在正常使用条件下，限制高层建筑结构层间水平位移的主要目的有两点：

2.保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损伤。4.4高层建筑水平位移限值及舒适度要求一、水平位移限值总之，是为了避免在风、小震作用下位移过大，导致结构开裂或非结构构件破损。23二、罕遇地震作用下的薄弱层弹塑性变形验算

在罕遇地震(即大震)作用下，结构进入弹塑性大位移状态，结构产生较显著的破坏，为防止建筑物倒塌，应对结构塑性变形集中发展的楼层(称薄弱层)的变形加以控制，以实现“大震不倒”的设防目标，也就是第二阶段抗震设计。但是，要确切地找出结构的薄弱层以及准确计算出薄弱层部位的弹塑性变形，目前还有许多困难。《高规》仅对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，要求做第二阶段抗震设计，即除了第一阶段的弹性承载力及变形计算外，还要进行薄弱层弹塑性层间变形验算，并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的抗震设防要求。1．应进行弹塑性变形验算的高层建筑结构1)7～9度时楼层屈服强度系数ξy小于0．5的框架结构；2)甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；3)采用隔震和消能减震技术的建筑结构；4)房屋高度大于150m的结构。25这里所说的楼层屈服强度系数ξy，是指按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力与按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值。2．宜进行弹塑性变形验算的高层建筑结构1)下表所列高度范围且竖向不规则的高层建筑结构；2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度抗震设防的乙类建筑结构；3)板柱-剪力墙结构。采用时程分析法的高层建筑结构注：场地类别应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定采用。26

不舒服的程度

无感觉有感扰人十分扰人不能忍受建筑物的加速度三、舒适度要求高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高楼内居住的人们感觉不舒适，甚至不能忍受，两者的关系如下。1.风振舒适度要求29住宅、公寓