高层建筑结构概念设计

高层建筑结构概念设计第1页，共48页。高层建筑结构概念设计韩小雷第2页，共48页。结构工程是这样一种艺术:使用材料这些材料属性只能估算建立真实的结构这些真实的结构只能近似分析来承受外力这些外力不能准确得知以满足我们对公众安全职责的要求第3页，共48页。1.荷载竖向荷载

美国规范规定混凝土容重取24kN/m3，而常用的计算软件没有考虑扣除梁板重叠、竖向构件和水平构件重叠引起的重复荷载，故为了考虑剪力墙结构的墙面装修荷载而取混凝土容重为27kN/m3是不合理的。水平荷载

风荷载：10年一遇基本风压：舒适度验算50年一遇基本风压：刚度验算100年一遇基本风压：强度验算

地震作用：

小震(重现期50年)：弹性

中震(重现期475年)：基本弹性

大震(重现期2475年)：弹塑性第4页，共48页。2.结构设计的荷载组合与

荷载效应组合第5页，共48页。3.结构稳定、倾覆与基础埋深

1）剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构应符合下式要求：2）框架结构应符合下式要求：

高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)要求高层建筑结构的稳定符合如下规定：

第6页，共48页。4.结构抗扭风荷载作用

合力中心为建筑物投影的几何中心地震荷载作用

合力中心为质量中心

第7页，共48页。5.框筒与筒中筒结构框筒结构:筒中筒结构:第8页，共48页。剪力滞后现象:第9页，共48页。6.结构抗弯刚度与抗扭刚度的关系结构的抗弯刚度和与抗扭刚度应相匹配，基本原则是结构振型为平平扭。若抗弯刚度太大，抗扭刚度相对较弱，可能产生第一振型就是扭转，扭转第一周期与平动周期之比以及平面最大位移与平均位移不能满足规范要求，这时可采用以下两个方法：1）增加抗扭刚度，有时很困难最好采用：在不增加竖向构件的前提下，增加连梁的作用2）在层间位移有富余的情况下，可减小抗弯刚度第10页，共48页。7.《高规》建议的高层建筑

结构分析模型空间协同空间杆系空间杆—薄壁杆空间杆—墙板元有限元第11页，共48页。8.梁板结构、宽扁梁结构和

无梁楼盖的传力路径第12页，共48页。9.对规范要求钢筋混凝土框架

结构“大震不倒”的思考第13页，共48页。第14页，共48页。第15页，共48页。第16页，共48页。第17页，共48页。10.中国高规的发展钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JGJ3-79)1979高层建筑结构设计建议(体选择与构造措施)上海科学技术出版社，1984钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JGJ3-91)中国建筑工业出版社，1991高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)中国建筑工业出版社，2002第18页，共48页。11.结构竖向规则性第19页，共48页。12.超高层建筑的风洞试验地形地貌模型试验高频动态天平刚体模型测力风洞试验刚体模型测压风洞试验气弹全模型风致振动响应风洞试验第20页，共48页。

广州观光塔效果图(610m):第21页，共48页。广州西塔效果图(432m):第22页，共48页。13.结构计算均假设结构处于

弹性状态，实际结构是处于

弹塑性状态

第23页，共48页。14.强柱弱梁、强剪弱弯、强墙弱连梁第24页，共48页。15.美国规范要求无粘结预应力

结构中，非预应力筋必须能

抵抗100﹪恒载及25﹪活载

第25页，共48页。16.带地下室的结构计算假设嵌

固在±0.000时，±0.000应

设计成强梁弱柱第26页，共48页。17.带地下室的结构计算假设嵌固

在±0.000时，结构刚度大为

增大，计算出的结构刚度偏大，

位移偏小，地震作用偏大第27页，共48页。18.无地下室的结构，计算模型

为首层嵌固，这是有条件

的，应设计成强梁弱柱。

第28页，共48页。19.性能的设计方法：强度+延性第29页，共48页。20.弹性与弹塑性时程分析的选波

及其概率性定义1)现行规范的弹性反应谱的来由——体现了概率的统计意义2)弹塑性反应谱——可变参数多，无法用单一谱反应第30页，共48页。3)用大量的涵盖各种情况的地震波进行弹塑性时程分析，符合概率统计的思想，是“可靠”的，是解决问题的一个正确方法。4)如何选波，如何进行概率统计是下一步需要解决的问题。第31页，共48页。21.振动台试验介绍1)地震实测数据和振动台试验数据是检验弹塑性分析软件的重要标准。2)振动台试验的模型设计及其重力相似比。第32页，共48页。3)存在的几点问题：附加重量的滑动阻尼、台面加速度与电脑输入加速度的差异等4)振动台试验实例

a、华标三期

b、日本阪神地震之一

之二

c、框架结构与剪力墙结构

d、美国PEER振动台试验第33页，共48页。5)从振动台试验及弹塑性分析得到的启示：

3～20层的较为刚性的结构是比较敏感的，高柔结构、超高层结构反应不敏感。第34页，共48页。22.重要结构的抗震加固方法1)强度+构造（延性）→抗震性能

如果抗震性能的目标是正确的，则强度与构造间是可以互相补充的。第35页，共48页。2)以上思想为不符合现行规范构造的结构抗震加固提供了出路：不是不符合构造要求的结构都需要加固。第36页，共48页。3)选用符合概率统计意义的一批地震波，对反映结构真实几何尺寸、真实材料性能和真实截面配筋的结构模型进行弹塑性时程分析，对其性能作出评价。第37页，共48页。4)增加耗能支撑阻尼是框架结构加固的一个有效的方法第38页，共48页。23.

基于能力的转换层结构设计简介第39页，共48页。24.《建筑工程抗震性态设计通则》简介

90%的内容以美国FEMA规范条文为蓝本第40页，共48页。25.

关于最小配筋率的讨论对于悬挑长度小于500，厚度大于100的装饰性线条，若其仅承受自重和表面装修荷载，可不按最小配筋率设置，仅需满足强度和使用性要求。第41页，共48页。ACI318-2002关于最小配筋率的补充规定：10.5.3——Therequirementsof10.5.1and10.5.2neednotbeappliedifateverysectionASprovidedisatleastone-thirdgreaterthanthatrequiredbyanalysis.第42页，共48页。

26.关于弹塑性分析的若干讨论第43页，共48页。精确——从理论上考虑各种因素，从微观出发，数值处理困难，不易收敛。粗糙——以试验数据为依据，从宏观出发，数值处理较为简单，较易收敛。第44页，共48页。1)在目前(或可见的未来3～8年)“精确”的弹塑性分析的精度与“粗糙”的结果的可靠性对比2)两者结果应相互校核，如果“精确”算法与“粗糙”算法有本质的偏离，则“精确”的方法的结果是不可靠的。第45页，共48页。3)美国、日本的研究、工程应用现状美国——单片剪力墙模型通过试验数据得出，复杂的剪力墙等效为杆件。（OPENSEES,DRAIN2D,IDARC2D，SAP2000）

日本——高层