装配式结构设计 课件 第三章 装配式多高层钢结构

第3章装配式多高层钢结构设计与分析

1.多高层钢结构材料选择2.多高层钢结构设计基本规定3.荷载与作用4.结构计算分析

第三章装配式多高层钢结构设计与分析3结构设计常用规范：《工程结构通用规范》（GB55001-2021）《建筑与市政工程抗震通用规范》（GB55002-2021）《钢结构通用规范》（GB55006-2021）《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)（2015年版）《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)（2016年版）《钢结构设计标准》(GB50017-2017)《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB50068-2018)《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)《装配式钢结构建筑技术标准》(GB/T51232-2016)《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-2015)《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)4《高层民用建筑钢结构技术规程》图示（16G108-7）《钢结构设计标准》图示（20G108-3）《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》（16SG519）《工程做法建筑构造通用图集》（19BJ1-1）《模块化钢结构房屋建筑构造》（20J910-3）《钢板剪力墙结构设计》（20G122）《建筑物抗震构造详图》(单层工业厂房)（20G329-3）《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》（16G101-1、2、3）结构设计常用参考图集：5结构设计常用参考图集：6结构设计常用参考图集：7结构设计常用参考图集：81.钢材结构的重要性荷载特征结构形式连接方法钢材厚度环境温度构件所处部位考虑选择合适的牌号和材质保证钢材的抗拉强度屈服点伸长率冷弯试验冲击韧性硫、磷含量91.钢材10钢板的牌号:Q235GJ、Q345GJ、Q235GJZ、Q345GJZ每一牌号有C、D、E三个质量等级综合表示法：Q235GJ-C(D、E)Q345GJ-C(D、E)Q235GJZ-15(25、35)-C(D、E)Q345GJZ-15(25、35)-C(D、E)

GJ

高层建筑GJZ高层建筑结构用钢板有Z向断面收缩率的要求1.钢材111.钢材121.钢材13

质量等级与冲击韧性的关系质量等级冲击试验温度及要求结构工作温度（T）备注A不保证冲击韧性设计中不使用B具有常温冲击韧性的合格保证T>0℃用于室内环境及热带环境C具有0℃冲击韧性的合格保证0℃≥T>-20℃用于寒冷环境D具有-20℃冲击韧性的合格保证-20℃≥T>-40℃用于严寒环境E具有-40℃冲击韧性的合格保证T≤-40℃用于极端低温环境注：《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99规定，抗震等级为一、二级高层钢结构抗侧力构件钢材的质量等级不宜低于C级。1.钢材14严格来说，结构工作温度的取值与可靠度相关。为便于使用，在室外工作的构件结构工作温度可按国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）附录的最低日平均气温采用，见下表。

最低日平均气温（℃）对于室内工作的构件，如能确保始终在某一温度以上，可将其作为工作温度，如采暖房间的工作温度可视为0℃以上；否则可按表最低日气温增加5℃采用。1.钢材152.焊接材料焊接结构尚应保证碳的含量不高于限值高层钢结构在梁柱连接处和箱形柱角部焊缝附近，由于局部构造，形成高约束，焊接时容易引起层状撕裂。所以，高层钢结构梁柱节点等局部部位的厚板(≥40mm)，均采用Z向钢，Z向钢应该满足《厚度方向性能钢板》(GB／T5313－2010)标准中的相关要求Z向钢的特点是以低硫含量为显著标志来保证Z向性能。然而，Z向钢的价格昂贵（一般增加20％左右），除了梁柱节点等关键部位使用外，其他部分一般不宜采用Z向钢该国标适用于造船、海上平台、锅炉、压力容器等重要焊接结构。它将厚度方向的断面收缩率分为Z15，Z25，Z35三个等级，并规定了试件取材方法和试件尺寸16厚度方向性能级别硫含量(质量分数)%Z15≤0.010Z25≤0.007Z35≤0.005厚度方向性能级别断面收缩率Z/%三个试样的最小平均值单个试样最小值Z151510Z252515Z353525表1硫含量(熔炼分析)表2厚度方向性能级别及断面收缩率值《厚度方向性能钢板》(GB／T5313－2010)标准中对Z15级的规定要求2.焊接材料173.1多高层钢结构材料选择2.螺栓紧固件材料一、高强度螺栓

​类型与标准

​大六角头螺栓：GB/T1228-2006（螺栓）GB/T1229-2006（螺母）GB/T1230-2006（垫圈）GB/T1231-2006（技术条件）​扭剪型螺栓：GB/T3632-2008（连接副）

​性能要求：材质：20MnTiB/35VB（10.9级）预拉力、扭矩系数需复验

材质：20MnTiB/35VB（10.9级）预拉力、扭矩系数需复验二、组合结构连接件

​圆柱头焊钉（栓钉）​

标准：GB/T10433-2002性能：屈服强度≥​320MPa抗拉强度≥​400MPa伸长率≥​14%​

​锚栓钢材

可选材料：Q235钢（GB/T700-2006）Q355/Q390钢（GB/T1591-2018）高强锚栓：Q460及以上184.抗震结构的附加要求注：抗震设防的高层建筑中，仅承受重力荷载的钢构件，上述各项要求可适当放宽钢材的伸长率不应小于20％，以保证构件具有足够的塑性变形能力。

钢材的强屈比（钢材的抗拉极限强度实测值与屈服强度实测值的比值）不低于1.2，按8度和8度以上抗震设防的高层建筑钢结构，则不应低于1.5，以确保结构具有足够的安全储备。钢材具有明显的屈服平台。抗震类别为甲类或乙类的高层建筑钢结构，钢材的屈服点不宜超过其标准值的10％，以避免结构中预定的杆件塑性铰位置，发生不符合“强柱弱梁”等设计要求的转移。在保持较大延性的条件下具有良好的可焊性。2.1一般规定

1.安全等级与结构重要性系数19安全等级​破坏后果​抗震建筑类型​一级很严重：人员群死/巨大经济损失甲类、乙类​二级严重：人员伤亡/较大经济损失丙类​三级不严重：局部影响/损失可控丁类安全等级划分结构重要性系数（γ₀）安全等级​持久/短暂设计​偶然/地震设计一级1.11.0二级1.01.0三级0.91.0设计原则：构件安全等级≥三级，允许局部调整但需综合评估抗震设计按规范匹配安全等级（甲类→一级，乙类→一级，类推）

2.抗震设防要求20一、三水准设防目标设防水准​地震作用​设计要求​保证措施​小震不坏多遇地震（低于设防烈度）主体结构无损坏，可继续使用第一阶段承载力验算（弹性分析）​中震可修设防地震（相当于设防烈度）允许损坏，经一般修理可恢复抗震构造措施（延性设计、节点加强等）​大震不倒罕遇地震（高于设防烈度）防止倒塌或危及生命的破坏第二阶段弹塑性变形验算（薄弱层分析）二、两阶段设计方法​第一阶段：承载力验算适用范围：所有建筑内容：多遇地震作用下的弹性地震力计算结构构件承载力验算弹性变形控制（层间位移角限值）第二阶段：弹塑性变形验算适用范围：易倒塌结构（如框架-剪力墙结构）不规则结构（薄弱层显著）特殊功能建筑（医院、应急中心等）内容：罕遇地震下弹塑性层间位移验算构造措施强化（如增设耗能支撑）《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）3.0.2条与《建筑与市政工程抗震通用规范》（GB5002-2021)2.3.1条规定一致：建筑工程应分为以下四个抗震设防类别：

3.抗震设防分类1.特殊设防类：

指使用上有特殊设施，涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。2.重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。3.标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。4.适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。211.抗震设防分类某教学楼案例(8度0.2g）北侧模型南侧模型《建筑抗震设防分类标准》6.0.8条:教育建筑中，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂，抗震设防类别应不低于重点设防类。22《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）3.0.3条与《建筑与市政工程抗震通用规范》（GB550022021）2.3.2条一致规定：各抗震设防类别建筑的抗震设防标准，应符合下列要求：4.抗震措施和地震作用调整1.标准设防类(丙类)：

应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施和地震作用，达到在遭遇高于当地抗震设防烈度的预估罕遇地震影响时不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏的抗震设防目标。

2.重点设防类(乙类)：应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用。

3.特殊设防类(甲类)：应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施；但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施。同时，应按批准的地震安全性评价的结果且高于本地区抗震设防烈度的要求确定其地震作用。4.适度设防类(丁类)：允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。一般情况下，仍应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用23某教学楼案例(8度0.2g）北侧模型南侧模型改教学楼属于重点设防类（乙类）建筑：地震作用：8度建筑抗震措施：提高一度为9度244.抗震措施和地震作用调整25示范工程现场安装《建筑与市政工程抗震通用规范》5.3.1条规定规定：

钢结构房屋应根据设防分类、烈度和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应由下表确定。5.钢结构房屋的抗震等级房屋高度烈度6789四三二四三二一1高度接近或等于高度分界时，应允许结合房屋不规则程度和场地、地基条件确定抗震等级；

2一般情况，构件的抗震等级应与结构相同；当某个部位各构件的承载力均满足2倍地震作用组合下的内力要求时，7～9度的构件抗震等级应允许按降低一度确定。注：26《高层民用建筑钢结构技术规程》3.7.3条规定：3.7.3抗震设计时，高层民用建筑钢结构应根据抗震设防分类、烈度和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的有关规定确定。对甲类建筑和房屋高度超过50m，抗震设防烈度9度时的乙类建筑应采取更有效的抗震措施。5.钢结构房屋的抗震等级某教学楼案例(8度0.2g）该教学楼属于重点设防类（乙类）建筑，抗震构造措施的抗震等级由三级提高一级，为二级。272.2.钢结构体系和选型1.结构体系选用原则28结构体系支撑、墙体和筒形式框架支撑结构中心支撑普通钢支撑，屈曲约束支撑框架-支撑中心支撑普通钢支撑，屈曲约束支撑偏心支撑普通钢支撑框架-剪力墙板钢板墙，延性墙板筒体结构筒体普通桁架筒密柱深梁筒斜交网格筒剪力墙板筒框架-筒体筒中筒束筒表A.2.1  多高层钢结构常用体系巨型结构巨型框架——巨型框架-支撑29A.2.2  结构布置应符合下列原则1  建筑平面宜简单、规则，结构平面布置宜对称，水平荷载的合力作用线宜接近抗侧力结构的刚度中心；高层钢结构两个主轴方向动力特性宜相近；2  结构竖向体型宜规则、均匀，竖向布置宜使侧向刚度和受剪承载力沿竖向均匀变化；3  高层建筑不应采用单跨框架结构，多层建筑不宜采用单跨框架结构；4  高层钢结构宜选用风压和横风向振动效应较小的建筑体型，并应考虑相邻高层建筑对风荷载的影响；5  支撑布置平面上宜均匀、分散，沿竖向宜连续布置，设置地下室时，支撑应延伸至基础或在地下室相应位置设置剪力墙；支撑无法连续时应适当增加错开支撑并加强错开支撑之间的上下楼层水平刚度。1.结构体系选用原则一、二级钢结构房屋，宜设置偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板、屈曲约束支撑等消能支撑或筒体。(抗规8.1.5)三、四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。(抗规8.1.6)30中心支撑-交叉支撑中心支撑-人字形支撑1.结构体系选用原则不超过50m的钢结构房屋可采用框架结构、框架-中心支撑结构或其它体系的结构；超过50m的钢结构房屋，8、9度时宜采用框架-偏心支撑、框架-延性墙板或屈曲约束支撑等结构。高层民用建筑钢结构不应采用单跨框架结构。(高钢规3.2.4)支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3。(抗规8.1.6)31偏心支撑消能梁段偏心支撑-门架式中心支撑-跨层交叉支撑1.结构体系选用原则中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑；支撑的轴线宜交汇于梁柱构件轴线的交点，偏离交点时的偏心距不应超过支撑杆件宽度，并应计入由此产生的附加弯矩。当中心支撑采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设置不同倾斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不应大于10%。(抗规8.1.6)32中心支撑框架1.结构体系选用原则偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间形成消能梁段·。(抗规8.1.6)采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不应采用K形或X形，支撑与柱的夹角宜在35º~55º之间。屈曲约束支撑受压时，其设计参数、性能检验和作为一种消能部件的计算方法可按相关要求设计。

(抗规8.1.6)33偏心支撑框架1.结构体系选用原则342.最大适用高度《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)8.1.1条规定：钢结构民用房屋的结构类型和最大高度应符合下表的规定。平面和竖向均不规则的钢结构，适用的最大高度宜适当降低。钢结构房屋适用的最大高度（m）结构类型6、7度(0.1g)7度(0.15g)8度9度(0.40g)(0.20g)(0.30g)框架11090907050框架-中心支撑220200180150120框架-偏心支撑（延性墙板）240220200180160筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架3002802602401801房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)；2超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施；3表内的筒体不包括混凝土筒。注：高层钢结构建筑10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑352.最大适用高度《高层民用建筑钢结构技术规程》3.2.2条规定：非抗震设计和抗震设防烈度为6度至9度的乙类和丙类高层民用建筑钢结构适用的最大高度应符合下表的规定。高层民用建筑钢结构适用的最大高度（m）结构类型6、7度(0.1g)7度(0.15g)8度9度(0.40g)非抗震设计(0.20g)(0.30g)框架11090907050110框架-中心支撑220200180150120240框架-偏心支撑（延性墙板）240220200180160260筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架3002802602401803601房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)；

2超过表内高度的房屋，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施；

3表内筒体不包括混凝土筒；

4框架柱包括全钢柱和钢管混凝土柱；5甲类建筑，6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高1度后符合本表要求，9度时应专门研究。注：36钢结构房屋适用的最大高度（m）《抗规》结构类型6、7度(0.1g)7度(0.15g)8度9度(0.40g)(0.20g)(0.30g)框架11090907050框架-中心支撑220200180150120框架-偏心支撑（延性墙板）240220200180160筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架300280260240180高层民用建筑钢结构适用的最大高度（m）（高规钢）结构类型6、7度(0.1g)7度(0.15g)8度9度(0.40g)非抗震设计(0.20g)(0.30g)框架11090907050110框架-中心支撑220200180150120240框架-偏心支撑（延性墙板）240220200180160260筒体（框筒，筒中筒，桁架筒，束筒）和巨型框架300280260240180360372.最大适用高度《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-201011.1.2条规定：

混合结构高层建筑适用的最大高度应符合下表的规定。混合结构高层建筑适用的最大高度（m）结构体系非抗震设计6度7度8度9度0.2g0.3g框架-核心筒钢框架-钢筋混凝土核心筒21011090907050型钢（钢管）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒240220200180150120筒中筒钢外筒-钢筋混凝土核心筒280240220200180160型钢（钢管）混凝土外筒-钢筋混凝土核心筒300300280260240180注：平面和竖向均不规则的结构，最大适用高度应适当降低。某教学楼案例(8度0.2g）2.最大适用高度层号高度(m)立面(m)54.520.443.915.933.91223.98.114.24.2结构类型6、7度(0.1g)7度(0.15g)8度(0.20g)(0.30g)框架110909070结构高度：20.4m，小于地区框架结构限高90m38《建筑抗震设计规范》8.1.2条与《高层民用建筑钢结构技术规程》3.2.3条

规定一致：3.最大高宽比烈度6、789最大高宽比6.56.05.5高层民用建筑钢结构适用的最大高宽比1计算高宽比的高度从室外地面算起；

2当塔形建筑底部有大底盘时，计算高宽比的高度从大底盘顶部算起。注：39北侧模型南侧模型3.最大高宽比某教学楼案例(8度0.2g）北侧部分：138.5m×16.4m最大高宽比：20.4/16.4=1.24南侧部分：147.5m×50.5m最小宽度：15.8m(东侧)最大高宽比：20.4/15.8=1.29烈度6、789最大高宽比6.56.05.5均小于地区最大高宽比限值6.040《高层民用建筑钢结构技术规程》3.3.1、3.3.2条规定：2.3建筑形体及结构布置规则性1.建筑形体要求高层民用建筑钢结构的建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采用特别的加强措施；严重不规则的建筑方案不应采用。3.3.1高层民用建筑钢结构及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度沿高度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，应避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。3.3.24142不规则类型定义和参考指标扭转不规则在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与其平均值的比值大于1.2凹凸不规则平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或有较大的楼层错层《建筑抗震设计规范》3.4.3条规定：2.结构平面不规则判断432.结构平面不规则判断不规则类型定义和参考指标扭转不规则在规定的水平力及偶然偏心作用下，楼层两端弹性水平位移（或层间位移）的最大值与其平均值的比值大于1.2偏心布置任一层的偏心率大于0.15（偏心率按本规程附录A的规定计算）或相邻层质心相差大于相应边长的15%凹凸不规则结构平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或有较大的楼层错层《高层民用建筑钢结构技术规程》3.3.2条：2.结构平面不规则判断考虑抗震设防的钢结构高层建筑，在结构平面布置上具有下列情况之一者，则属于平面不规则结构：无法避免时，应计算结构的扭转影响

水平地震作用44

无法避免时，应采用相应的计算模型，对结构进行精细的作用效应计算，合理确定薄弱部位以及复杂传力途径中各构件的内力，并采取针对性的构造措施2.结构平面不规则判断(2)存在楼板尺寸或水平刚度突变，例如，局部楼板有效宽度小于该层楼板典型宽度的50％，或者楼板开洞面积超过该层楼面总面积的30％，或有较大的楼层错层，均属于“楼板局部不连续”结构。楼盖错层复式框架

大中庭

楼板大开洞

452.结构平面不规则判断(3)结构平面形状带有缺口，缺口在两个方向凹进的深度和长度，分别超过楼层平面相应方向总边长的30％。无法避免时,应采用相应的构造措施。

46该教学楼南侧模型2.结构平面不规则判断147.5m50.5m15.8m21.4m南侧部分：147.5m×50.5m最小宽度：东侧15.8m，北侧21.4m属平面凹凸不规则结构计算得出的最大层间位移比为1.31＞1.2

水平地震作用

属平面扭转不规则结构47

48不规则类型定义和参考指标侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递楼板承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%《建筑抗震设计规范》3.4.3条与《高层民用建筑钢结构技术规程》3.3.2条对结构竖向不规则的规定相同：3.结构竖向不规则判断3.结构竖向不规则判断(1)某一楼层的侧向刚度，小于其相邻上一楼层侧向刚度的70％或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80％；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。有柔弱层的竖向不规则结构

(柔弱层)结构层间刚度曲线

(柔弱层)结构层间刚度曲线

493.结构竖向不规则判断(2)某任一楼层全部抗侧力构件按实际截面和材料强度标准值计算所得的总受剪承载力小于相邻上一层受剪承载力的80％。(3)结构中的主要抗侧力构件在某一楼层（转换层）中断或转换为其他类型的抗侧力构件，导致抗侧力构件（柱、抗震墙、支撑等）的内力经由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递的竖向不连续。楼层序号楼层受剪承载力12ii+1n

(薄弱层)

不落地柱托柱梁不规则框架5051层间位移比最大值为1.31，大于限值1.2，属平面扭转不规则结构楼层刚度比最小值为1.48，大于限值0.7，满足竖向规则要求楼层受剪承载力比值最小值为0.94，大于限值0.8，满足竖向规则要求马那瓜美洲银行大厦马那瓜中央银行大厦52工程案例：ProjectReference有两幢相隔不远的高层建筑：中央银行大厦(15层)美洲银行大厦(18层)1972年12月23日南美洲尼加拉瓜(Nicaragua)首都马那瓜(Managua)发生6.3级(矩震级)地震，震源深度10千米。(1972Nicaraguaearthquake)地震中破坏严重地震中损害轻微,震后稍加修理便恢复使用美洲银行大厦至今仍在继续使用中央银行大厦震后已拆除马那瓜中央银行大厦(a)平面图；(b)立面图53工程案例：ProjectReference马那瓜中央银行大厦中央银行大厦的震害如此严重，主要是它的结构系统和布置对抗震很不利在四层以上塔楼的北、东、南三面布置了密集的柱子共64根，支承在四层楼面的过渡梁上，该梁又支承在10根间距达9.4m截面为1.0m×1.55m的柱子上建筑的电梯井和楼梯间偏置塔楼西端，且西端还设有填充墙结构刚心和质心不重合，地震时产生了极大的扭转效应塔楼和裙楼两部分结构不连续、刚度严重突变1平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并应符合下列要求：4.不规则建筑结构措施《建筑抗震设计规范》3.4.4条规定：建筑形体及其构件布置不规则时，应按下列要求进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施：扭转不规则时，应计入扭转影响，且在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值与平均值的比值不宜大于1.5，当最大层间位移远小于规范限值时，可适当放宽；凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型；高烈度或不规则程度较大时，宜计入楼板局部变形的影响；平面不对称且凹凸不规则或局部不连续，可根据实际情况分块计算扭转位移比，扭转较大的部位应考虑局部的内力增大系数。542平面规则而竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数，其薄弱层应按本规范有关规定进行弹塑性变形分析，并应符合下列要求：

4.不规则建筑结构措施竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以1.25～2.0的增大系数；侧向刚度不规则时，相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合本规范相关章节的规定;楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。3

平面不规则且竖向不规则的建筑，应根据不规则类型的数量和程度，有针对性地采取不低于本条1、2款要求的各项抗震措施。特别不规则的建筑，应经专门研究，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采用相应的抗震性能化设计方法。55由于结构平面凹凸和扭转不规则，层间位移比上限值为1.54.不规则建筑结构措施某教学楼模型5657建筑平面宜简单规则，结构平面布置宜对称；水平荷载的合力作用线宜接近抗侧力结构的刚度中心；高层钢结构两个主轴方向动力特性宜相近。柱网布置应与建筑布置相协调，一般将柱子设在纵横墙交义点上;柱网的尺寸还受到梁跨度的限制，一般梁跨度在6~9m之间。总体布置5.具体布置原则柱网布置583.次梁布置多跨次梁情况下，每跨次梁都应为简支梁;悬挑次梁在主梁支撑点处设置为刚接;交替布置次梁可以使两个方向的框架梁受力均衡，提高房间净高;长向布置次梁，可使KL2的梁高减小以提高房间净高。常规布置交替布置长向布置次梁布置5.具体布置原则高层建筑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到不舒适，甚至不能忍受，直接影响工作和生活，不舒适程度与建筑物的加速度关系如右表所示。《高钢规》第3.5.5条规定，高度不小于150m的高层民用建筑钢结构应满足风振舒适度要求。在现行国家标准规定的10年一遇的风荷载标准值作用下，结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应大于右表取值。计算时钢结构阻尼比宜取0.01～0.015。2.4水平位移限制和舒适度要求不舒适的程度建筑物的加速度无感觉<0.005g有感0.005g~0.015g扰人0.015g~0.05g十分扰人0.05g~0.15g不能忍受>0.15g使用功能αmax(m/s2)住宅、公寓0.20办公、旅馆0.28592.多高层钢结构设计基本规定《建筑抗震设计规范》5.5.1规定弹性层间位移角限值：3.5.2

在风荷载或多遇地震标准值作用下，按弹性方法计算的楼层层间最大水平位移与层高之比不宜大于1/250。《高层民用建筑钢结构技术规程》3.5.2条层间位移角限值结构类型钢筋混凝土框架1/550钢筋混凝土框架—抗震墙、板柱—抗震墙、框架—核心筒1/800钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000钢筋混凝土框支层1/1000多高层钢结构1/250弹性层间位移角限值602.多高层钢结构设计基本规定楼层地震作用XY51/5041/55641/3941/43931/3351/38421/3231/38111/5321/688层间位移角1/3231/250层间位移角限值61PKPM计算X向最大层间位移角出现在地上2层，为1/323；Y向最大层间位移角出现在地上2层，为1/381，均满足弹性层间位移角限值1/250的限值要求。1/3811/250X向层间位移角Y向层间位移角2.多高层钢结构设计基本规定结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条《建筑抗震设计规范》3.4.3条在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与平均值的比值不应大于1.2，否则属于平面不规则。《建筑抗震设计规范》3.4.4条平面不规则而竖向规则的建筑，应符合：在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值与平均值的比值不宜大于1.5，当最大层间位移小于规范限值时，可适当放宽。层间位移比622.多高层钢结构设计基本规定各层层位移比均满足《建筑抗震设计规范》第3.4.4条限值的要求即不宜大于1.2，不应大于1.5。层间位移比各层层间位移比63楼层地震作用XY51.041.3141.031.3031.031.2721.031.2511.031.212.多高层钢结构设计基本规定64位移比不满足时一般调整方法:1）改变结构平面布置，减小刚心与形心的偏心距；2）找到位移最大的节点加强其刚度，位移小的削弱刚度。位移比指采用刚性楼板假定下，端部最大位移（层间位移）与两端位移（层间位移）平均值的比，位移比的大小反映了结构的扭转效应。层间位移角不满足时一般调整方法:一般通过增加整楼的刚度，加大梁柱的截面进行调整。位移角位移比层间位移角指楼层层间水平位移与层高之比，主要为限制结构在正常使用状态，水平荷载作用下水平位移过大，使人产生不舒适感。2.多高层钢结构设计基本规定1、竖向荷载高层建筑的自重荷载、楼（屋）面活荷载及屋面雪荷载等应按现行国家标准《工程结构通用规范》GB55001-2021的有关规定采用。项次类别1(1)住宅、宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园2.00.70.50.4(2)办公楼、教室、医院门诊室2.50.70.60.52食堂、餐厅、试验室、阅览室、会议室、一般资料档案室3.00.70.60.53礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台、公共洗衣房3.50.70.50.3………………………………民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值、频遇值和准永久值系数注：仅列出了前三项《工程结构通用规范》GB55001-2021第4.2.2条一般使用条件下的民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数的取值，不应小于表4.2.2的规定。当使用荷载较大、情况特殊或有专门要求时，应按实际情况采用。653.荷载与作用民用建筑楼面均布活荷载标准值及其组合值系数、频遇值系数和准永久值系数（《工程结构通用规范》GB55001-2021）663.荷载与作用1、竖向荷载《工程结构通用规范》GB55001-2021第4.2.4条共同规定：

设计楼面梁、墙、柱及基础时，本规范表5.1.1中楼面活荷载标准值的折减系数取值不应小于下列规定：1设计楼面梁时：1）第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9；2）第1(2)~7项当楼面梁从属面积超过50m2时，应取0.9；3）第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8，对单向板楼盖的主梁应取0.6，对双向板楼盖的梁应取0.8；4）第9~13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。67作用在楼面上的活荷载，不可能以标准值的大小同时布满在所有的楼面上，因此，在确定梁、墙、柱和基础的荷载标准时，应按楼面活荷载标准值乘以折减系数后取用。为什么设计楼面梁、墙、柱及基础时楼面活荷载应乘以规定的折减系数？3.荷载与作用表5.1.2活荷载按楼层的折减系数墙、柱、基础计算截面以上的层数12~34~56~89~20>20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数1.0(0.90)0.850.700.650.600.55注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应当采用括号内的系数。1、竖向荷载2设计墙、柱和基础时：1）第1(1)项应按表5.1.2规定采用；2）第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；3）第8项停车库的客车，对单向板楼盖应取0.5，对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；4）第9～13项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。《工程结构通用规范》GB55001-2021第4.2.5条注：楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。683.荷载与作用计算主要承重结构和抗侧力构件时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值为：2、风荷载

式中：

693.荷载与作用某教学楼荷载取值703.荷载与作用活荷载折减可按荷载属性确定构件折减系数。某教学楼活荷载折减713.荷载与作用1.多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。3、地震作用底部剪力法振型分解法时程分析法地震作用计算方法2.当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。3.在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。8.2.2钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：《建筑抗震设计规范》8.2.2条723.荷载与作用73多遇地震下钢结构设计时，高度不大于50m时可取0.04，该教学楼高度为20.4m，故取0.04，定义地震信息时，如图输入阻尼比0.04。3、地震作用3.荷载与作用3、地震作用5.1.1各类建筑结构的地震作用，应符合下列规定：1一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。2

质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。38、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。《建筑抗震设计规范》5.1.1条与《工程结构通用规范》4.1.2条规定743.荷载与作用3、地震作用单向地震作用《高层民用建筑钢结构技术规程》5.3.7条规定，计算单向水平地震作用效应时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下列公式计算：式中：

方形及矩形平面其他形式平面753.荷载与作用高层建筑结构计算单向地震作用时为什么要考虑偶然偏心的影响？3、地震作用考虑偶然偏心的影响主要是考虑结构地震动力反应过程中可能由于地面扭转运动，结构实际的刚度和质量分布相对于计算假定值的偏差，以及在弹塑性反应过程中各抗侧力结构刚度退化程度不同等原因引起的扭转反应增大，特别是目前对地面运动扭转分量的强震实测记录很少，地震作用计算中还不能考虑输入地面运动扭转分量。采用附加偶然偏心作用计算是一种实用方法。763.荷载与作用偶然偏心：在地震信息窗口中可以定义偏心率为0.05。3、地震作用773.荷载与作用3、地震作用《高层民用建筑钢结构技术规程》5.3.1条规定，扭转特别不规则的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响。《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.2条规定，质量与刚度分布明显不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应计算单向水平地震作用下的扭转影响。双向地震作用《建筑与市政工程抗震通用规范》4.1.2条规定，一般情况下，应至少沿结构两个主轴方向分别计算水平地震作用；计算各抗侧力构件的水平地震作用效应时，应计入扭转效应的影响。783.荷载与作用3、地震作用《建筑抗震设计规范》5.1.1条条文说明解释，不对称不均匀的结构是“不规则结构”的一种，同一建筑单元同一平面内质量、刚度分布不对称，或虽在本层平面内对称，但沿高度分布不对称的结构。关于“质量和刚度分布明显不对称的结构”，规范并未对此概念有明确量化的定义。主要看结构刚度和质量的分布情况以及结构扭转效应的大小,总体上是一种宏观判断，不同设计者的认识有一些差异是正常的，但不应产生质的差别。一般而言,可根据楼层最大位移与平均位移之比值（位移比）判断,若该值超过扭转位移比下限1.2较多(如位移比在1.3以上),则可认为扭转明显,需考虑双向地震作用下的扭转效应计算。如何定义“质量和刚度分布明显不对称的结构”？793.荷载与作用扭转耦联指的是同一质点的不同振型之间相互耦联影响，比如同一质点的平动和扭转振型之间的耦联作用。5.2.3水平地震作用下，建筑结构的扭转耦联地震效应应符合下列要求：

（1）

规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀各构件，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，周边各构件宜按不小于1.3采用。角部构件宜同时乘以两个方向各自的增大系数。

（2）

按扭转耦联振型分解法计算时，各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度，并应按下列公式计算结构的地震作用和作用效应。确有依据时，尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。3、地震作用《建筑抗震设计规范》5.2.3条注：对于《建筑抗震设计规范》5.2.3条第一款，规则结构不进行扭转耦联计算时，《高钢规》与《高规》中针对高层结构，均已采用考虑偶然偏心的算法更为严格的考虑扭转效应，而不使用增大系数的方法。803.荷载与作用按扭转耦联振型分解法计算时，结构的地震作用效应计算：3、地震作用式中：——地震作用标准值的扭转效应；——分别为j、k振型地震作用标准值的效应，可取前9~15个振型；——分别为j、k振型的阻尼比；——j振型与k振型的耦联系数；——k振型与j振型的自振周期比。

CQC法：X向地震楼层位移曲线

1.单向水平地震作用下的扭转耦联效应，可按下列公式确定：

813.荷载与作用按扭转耦联振型分解法计算时，结构的地震作用效应计算：3、地震作用CQC法：

X向地震楼层位移曲线

2.双向水平地震作用下的扭转耦联效应，可按下列公式中的较大值确定：

或82为使高柔结构的分析精度有所改进，其组合的振型个数适当增加，一般要求振型参与质量不小于总质量的90%。3.荷载与作用3、地震作用833.荷载与作用3、地震作用在右图地震信息窗口中定义计算参与的振型数，计算分析结果中可以查看振型质量参与系数是否满足90%限值要求。振型参与质量系数：843.荷载与作用85振型参与质量系数则分别有x、y、z、rx、ry、rz六个方向的振型参与质量系数。

3、地震作用振型参与质量系数：式中：——i层质点重力荷载代表值；——i层质量；——j振型i层质点x向位移。

j振型参与系数

j振型质量参与系数

3.荷载与作用3、地震作用双向地震作用与偶然偏心是否同时考虑？86偶然偏心和双向地震作用都是客观存在的事实,是两个完全不同的概念。在地震作用计算时,无论考虑单向地震作用还是双向地震作用,都有结构质量偶然偏心的问题；反之，不论是否考虑质量偶然偏心的影响,地震作用的多维性本来都应考虑。显然，同时考虑二者的影响计算地震作用原则上是合理的。但是,鉴于目前考虑二者影响的计算方法并不能完全反映实际地震作用情况,而是近似的计算方法,因此，根据现行规范要求二者一般不同时考虑。3.荷载与作用突出屋面的塔楼水平地震作用怎样计算？塔楼放在屋面上，受到的是经过建筑放大后的地震加速度，因而受到强化的激励，水平地震作用远远大于在地面时的作用。所以，屋上塔楼产生显著的鞭梢效应，地震中屋面上塔楼震害严重表明了这一点。《抗规》5.2.4采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3，此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应予计入；采用振型分解法时，突出屋面部分可作为一个质点。《高钢规》5.4.4高层民用建筑钢结构采用底部剪力法计算水平地震作用时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应，宜乘以增大系数3。此增大部分不应往下传递，但与该突出部分相连的构件应予计入；采用振型分解法反应谱时，突出屋面部分可作为一个质点。3、地震作用873.荷载与作用最小地震剪力（剪重比）《建筑与市政工程抗震通用规范》第4.2.3条5.2.5

抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：

式中：

——剪力系数，不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；

类别6度7度8度9度扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构0.0080.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s的结构0.0060.012(0.018)0.024(0.036)0.048楼层最小地震剪力系数值注：1基本周期介于3.5s和5s之间的结构，按插入法取值；2括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。883.荷载与作用根据《建筑抗震设计规范》5.2.5条规定，8度(0.2g)设防地区，本结构基本周期小于3.5s，楼层剪重比不应小于3.20%，X向和Y向地震剪重比均满足要求。最小地震剪力（剪重比）剪重比λ89楼层楼层剪力剪重比XYXY59202867713.17%12.42%4126701205611.82%11.23%3153811466610.62%10.12%217363165009.52%9.04%118477175068.25%7.82%3.荷载与作用为什么水平地震作用计算时，结构各楼层要规定最小地震剪力？类别6度7度8度9度扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构0.0080.016(0.024)0.032(0.048)0.064基本周期大于5.0s的结构0.0060.012(0.018)0.024(0.036)0.048楼层最小地震剪力系数值90由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3s的结构，由此计算所得的水平地震作用下结构效应可能偏小。而对于长周期结构，地震地面运动加速度和位移可能对结构的破坏具有更大的影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。出于结构安全的考虑，增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求，规定了不同烈度下的楼层地震剪力系数（即剪重比），结构水平地震作用效应应据此进行相应调整。对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力应按《抗规》第5.2.5乘以1.15的增大系数，并应符合本条的规定，即楼层最小剪力系数不应小于1.15λ。3.荷载与作用最小地震剪力（剪重比）91剪重比要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。前提是当“有效质量系数”大于90%时，再考察结构的剪重比是否合适，有效质量系数与振型数有关，如果有效质