注册结构工程师——高层建筑结构、高耸结构及横向作用.ppt

1、高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试,李英民 博士、教授 65121430 ,高层建筑结构、高耸结构及横向作用注册结构工程师专业考试,考试大纲、题量及分值 内容复习 例题解析,考试大纲、题量及分值,考试大纲,题量及分值,back,二级,一级,一级注册结构工程师考试大纲,back,注册结构工程师考试题量及分值,back,内容复习,结构极限状态、荷载及地震作用 高层建筑结构 高耸结构,back,结构极限状态、荷载及地震作用建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）建筑结构荷载规范（GBJ9-87）建筑抗震设计规范（GBJ11-89）,结构极限状态设计的基本原理 作用及其分类 荷载（

2、效应）组合 风荷载 地震作用,back,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,back,Z,=Z,Z,Z,fZ(Z),0,Z=R-S0 = Z/ Z Z= R- S Z2= R2+ S2,极限状态设计,定义 整个（或部分）结构

3、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,back,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）,back,荷载（效应）组合,承载

4、能力极限状态,back,基本组合,偶然组合,正常使用极限状态,短期效应组合,长期效应组合,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）,back,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 0.9） 弯矩传递系数（1/2;1/3） 步骤,back,分层法,梁固端弯矩,节点分配,弯矩传递,弯矩叠加,节点平衡,构件平衡,梁柱剪力,节点平衡柱轴力,平面框架水平荷载作用下的内力分析方法,定性分析,back,反弯点

5、法 修正反弯点法D值法,反弯点法,基本假定 梁柱线刚度比无穷大(=3) 不考虑梁轴向变形，同层柱顶位移相等 柱上下端转角相等(底层除外) 中间层：反弯点居中 底 层：反弯点2/3h 梁端弯矩由节点平衡确定且按刚度分配,back,方法及步骤,水平力平衡,刚度分配柱剪力,柱平衡求柱端弯矩,节点平衡求梁端弯矩,节点平衡柱轴力,梁平衡求梁剪力,例子,Vi1 Vi2 Vi3,u=1,K=12i/h2,Sum(Fi-n)=Sum(Vij),Vi1/Ki1=Vi2/Ki2 =,Vij=Sum(Fi-n) Kij / Sum(Kij),修正反弯点法D值法,D值,back,反弯点高度,与梁柱刚度比有关的系数,标

6、准反弯点高度（梁柱线刚度比、总层数、层次、侧向荷载形式）,上、下层梁柱线刚度不同时的反弯点高度修正值,上层层高与本层不同时的反弯点高度修正值,下层层高与本层不同时的反弯点高度修正值,框架结构构件截面设计,back,设计表达式,荷载效应组合 组合前竖向荷载调幅,内力组合 控制截面（梁、柱） 最不利内力组合,截面设计 柱计算高度 控制内力确定 内力调整（抗震框架） 节点抗剪验算（约束梁问题）,抗震框架构件内力调整,back,强柱弱梁,梁,柱,弯,剪,弯,剪,强剪弱弯,1.1,1.05,底层调整1.5/1.25,角柱调整1.3,剪,1.05,1.1,强节点 弱构件,节点,框架结构构造要求,back,

7、延性问题 截面延性,构件延性 结构延性,提高构件延性 梁：与截面延性有关,与构件延性有关,剪压比、跨高比、配箍率,柱：剪跨比、轴压比、纵筋配筋率、配箍率 节点：轴压比、梁筋粘结、配箍率,6.2 剪力墙结构,剪力墙结构的布置 剪力墙结构内力和位移的简化计算方法 剪力墙截面设计 剪力墙构造要求,back,剪力墙结构的布置,平面布置 正交 刚度不宜过大（？） 间距 6-8m 长度 H/L=2, L=8m 立面布置 门窗洞口宜上下对齐，成列布置 刚度避免突变，上下连续 楼板与墙连接,back,剪力墙结构内力和位移的简化计算方法,剪力墙的类型 计算原则与假定 各类剪力墙的简化计算方法 剪力墙内力及变形规

8、律,back,剪力墙的类型,剪力墙的受力特点 剪力墙的类型 分类原则（指标） 整体性系数连梁总抗弯线刚度与墙肢总抗弯线刚度比 净惯性矩/总惯性矩墙肢截面与洞口宽窄的关系 洞口面积、位置 分类 整截面剪力墙 整体小开口剪力墙 联肢剪力墙 壁式框架 不规则开洞剪力墙,back,计算原则与假定,假定 楼板刚度 墙刚度 翼缘宽度min6*厚度，墙间距/2，总高度/20 总原则 荷载在各片剪力墙之间的分配 竖向荷载按受荷面积 水平荷载按等效抗弯刚度 各片剪力墙在分配得的荷载作用下的内力和位移计算,back,各类剪力墙的简化计算方法,整截面墙和整体小开口墙材料力学方法 联肢墙（双肢墙）连续化方法 壁式框架

9、带刚域D值法,back,整截面墙和整体小开口墙材料力学方法,内力计算 弯矩 Mj=0.85MpIj/I+0.15MpIj/(sumIj) 轴力 Nj=0.85MpAjyj/I 剪力 Vj=VpAj/(sumAj)+Ij/(sumIj)/2 侧移计算 总侧移=弯曲部分+剪切部分=弯曲部分(1+a) 不同荷载： 均布 V0H3/(8EIW)+ uV0H/(GAW) 倒三角 11V0H3/(60EIW)+ uV0H/(2GAW) 顶点集中力 V0H3/(3EIW) + 2uV0H/(3GAW),Mp,Nj,V0,=uV0H/GAW,back,联肢墙（双肢墙）连续化方法,基本假定 楼盖平面内刚度无穷大

10、 连梁连续化假定 连梁反弯点位于跨中 构件沿竖向分布均匀 方法概要 基本思路位移协调 连梁跨中位移=墙肢弯曲变形部分+墙肢轴向变形部分+连梁弯曲和剪切变形部分=0 二阶常系数微分方程 内力计算 位移计算,back,壁式框架带刚域D值法,刚域及其长度 原因 刚臂长度 带刚域D值法 带刚域杆件的抗侧刚度 转角位移方程 梁：k12=ci，k21=ci，i=EIe/l 柱：kc= (c+c)i/2 柱抗侧刚度 D值 D=(Alpha*12i/h2)= Alpha*12i/h2*(c+c)/2 带刚域杆件的反弯点高度 y=a+sy0+y1+y2+y3,back,剪力墙内力及变形规律,整截面墙 整体小开口

11、墙 联肢墙 壁式框架,back,弯矩沿高度分布、水平截面正应力分布、连梁反弯点,剪力墙截面设计,墙肢截面设计 连梁截面设计 延性问题,back,墙肢截面设计,墙肢正截面（受弯）承载力计算 平面外承载力验算（小偏压情况） N=phi*(fcbwhw+fyAs) 墙肢斜截面（受剪）承载力计算,back,墙肢正截面（受弯）承载力计算,墙肢的配筋特点、计算假定 分布钢筋 计算假定 大偏压情况 小偏压情况 大偏拉情况,back,大偏压情况,判定 基本公式 N= Ne= e=e0+hw/2-as 设计表达式 无地震作用组合 有地震作用组合,As Asw As,N,e,e,fywAsw(hw0-1.5x)/

12、hw0 fcmbwx,fyAs,fyAs,x,1.5x,back,小偏压情况,判定 基本公式 N= Ne= e=e0+hw/2-as fs=(ksi-0.8)fy/(ksib-0.8) 设计表达式 无地震作用组合 有地震作用组合,As Asw As,N,e,e,fcmbwx,fsAs,fyAs,x,back,大偏拉情况,As Asw As,N,e,e,fcmbwx fywAsw(hw0-1.5x)/hw0,fyAs,fyAs,x,1.5x,判定 基本公式 N= Ne= e=e0-hw/2+as 设计表达式 无地震作用组合 有地震作用组合,back,墙肢斜截面（受剪）承载力计算,墙肢的剪切破坏形

13、式 剪力设计值的确定强剪弱弯 偏压情况 偏拉情况,back,连梁截面设计,连梁正截面（受弯）计算 对称配筋受压区小 连梁斜截面（受剪）计算（剪切破坏严重） 剪力设计值的确定强剪弱弯（同一般框架梁） 设计表达式增大配箍 无地震作用组合 跨高比2.5 Vb2.5 Vb=0.20fcbbhb0/GamaRE 跨高比=2.5 Vb= 0.15fcbbhb0/GamaRE,back,延性问题,剪力墙 剪力墙的破坏形态与剪跨比有关（中）高墙 强墙弱梁（破坏机制） 尽可能大偏压 连梁 强剪弱弯 抗剪配筋 配筋形式交叉斜筋 大配筋量 连梁尺寸,back,剪力墙构造要求,剪力墙 材料：混凝土（C20），钢筋（分

14、布筋、箍筋一级，其它二级） 截面尺寸（厚度）： 稳定要求一级(=max(h/20，160);其它(=max(h/25，140) 抗剪要求（剪压比）V=a*fcbwhw0/GamaRE, a=0.25(0.20),0.20(0.15) 配筋： 竖向钢筋：端部筋（明柱、暗柱、翼柱）、分布筋 水平钢筋：端部附加筋、分布筋 洞口加强筋 连梁 截面尺寸： 抗剪要求（剪压比）V=a*fcbbhb0/GamaRE, a=0.25,0.20(0.15) 配筋： 纵筋：锚固 抗剪钢筋：,back,6.3 框架-剪力墙结构,框架-剪力墙结构的受力与变形特点 框架-剪力墙结构的布置 框架-剪力墙结构内力和位移的简化

15、计算方法 框架-剪力墙结构构件截面设计 框架-剪力墙结构构造要求 底部大空间剪力墙结构,back,框架-剪力墙结构的受力与变形特点,back,框架,剪力墙,框架-剪力墙,变形特点,荷载分配,剪力分布,back,框架-剪力墙结构的剪力分布,Vp,Vw,Vf,框架-剪力墙结构的布置,剪力墙形状与布置 剪力墙数量 足够数量 刚度要求 剪力墙抵抗矩=50%总倾覆力矩 不宜过多 Lamda=（1-2.4） 楼板 剪力墙间距 框架外伸长度,back,框架-剪力墙结构内力和位移的简化计算方法,基本假定 基本思路协同工作分析 集成平面化连续化分配 几个问题： 框架-剪力墙协同工作体系（刚接、铰接） 方程 刚度

16、特征值 计算步骤 确定计算简图计算刚度特征值（查表）计算总剪力墙的弯矩、层剪力总框架层剪力=总层剪力-总剪力墙层剪力(广义剪力再分配)内力计算,back,刚度特征值,抗推刚度与抗侧刚度 综合框架抗推刚度 Cf=hD 综合剪力墙抗弯刚度 EIw= EIw 综合连梁抗弯刚度 Cb=m/h= 6ci/h 刚度特征值,back,框架-剪力墙结构构件截面设计,内力调整 连梁塑性内力重分布降低刚度(0.55) VF=0.2V0 时，VF=min0.2V0,1.5VF,max V0底部总地震剪力 VF,max框架各层楼层剪力中的最大值 屋面突出部分为框剪结构， VF取计算层剪力1.5 框架 结构侧移小延性要

17、求略低 剪力墙 带边框剪力墙,back,底部大空间剪力墙结构,底层和底部多层 结构布置 落地剪力墙数量（30%，50%）、净距和位置 上下层刚度比 过渡层楼板 内力计算及调整 转换层以上：总剪力按等效刚度分配 转换层以下：落地墙承受总层剪力并按等效刚度分配 框支柱：=20%总层剪力 局部平面有限元计算 构件截面设计,back,6.4 筒体结构,筒体结构的受力与变形特点 筒体结构的布置 筒体结构内力和位移的计算方法 筒体结构构件截面设计 筒体结构构造要求,back,筒体结构的受力与变形特点,框筒的受力特点（空间整体受力）剪力滞后 剪力腹板框架（通常内筒承担大部分） 弯矩翼缘框架（外筒大） 变形特

18、点剪弯型,back,剪力滞后影响因素及规律,窗裙梁剪切刚度与柱轴向刚度比 比值越大，剪力滞后越小 框筒平面形状 翼缘框架越长，剪力滞后越大 所处高度 底部大，顶部小（负）,back,筒体结构的布置,平面、构件及楼盖 原则：规则、对称；尽量减小剪力滞后 框筒： 密柱（1-3m）深梁（l/h=3-4,窗洞面积3 内筒：面积不宜过小（H/B=10，内外筒边长比=1/2-1/3） 楼盖： （作用）尽量减少其弯矩传递（铰接、平板式、密肋） 宜使角柱承受较大竖向荷载以平衡角柱中较大拉力（斜梁） 转换层,back,筒体结构内力和位移的计算方法,空间杆系-薄壁柱矩阵位移法 等效槽形截面估算法 等代角柱法 图表

19、法 平面展开矩阵位移法（翼缘展开法） 等效弹性连续体能量法 有限条法,back,筒体结构构件截面设计,外框筒 柱： 角柱和弯矩较大柱双向偏压 其它柱框架平面单向偏压 窗裙梁 按连梁计算 l/h1时，可交叉斜筋、水平开缝 核心筒 剪力墙墙肢（同剪力墙结构） 正截面：宜考虑翼缘 斜截面：不考虑翼缘 连梁（同剪力墙结构）,back,7 高层建筑结构基础设计概要,7.1 箱形基础 7.2 桩基础,back,7.1 箱形基础,箱形基础布置 地基验算 箱形基础结构计算 箱形基础构件设计 箱形基础构造要求,back,箱形基础布置,平面尺寸（涉及地基土承载力、上部结构布置、荷载分布等） 偏心距控制：基底形心宜

20、与结构长期竖向荷载重心重合 恒载+活载：e1/16-1/18基础长度；3m 埋深（满足地基强度要求、稳定性要求） 1/12-1/15建筑高度 墙体布置 外墙：沿建筑四周布置 内墙：沿上部结构柱网或剪力墙布置纵横向均匀布置 墙体长度/m20.4m，墙体截面积1/10A 墙体开洞：尽量少开洞（40%）,居跨中,边距1.2m,back,地基验算,地基承载力验算 无地震作用组合（同一般浅基础） 平均压力 p=(F+G)/A=0 有地震作用组合 平均压力 p=(F+G)/A=fsE 最大压力 pmax=(F+G)/A+M/W=1.2fsE 地基变形验算 地基沉降量按分层法计算（350mm） 基础倾斜按角

21、点法计算（1/100-1/200B/H）,back,箱形基础结构计算,基底反力计算 基底反力分布 基底反力计算 链杆法 基床系数法 基底反力系数法（5*8）,back,箱形基础内力计算 基础上部结构共同工作 分析方法（取决于上部结构的整体刚度） 框架结构：箱基内力=整体弯曲+局部弯曲 剪力墙结构：箱基内力=局部弯曲 框剪结构：箱基内力=局部弯曲,箱形基础构件设计,顶板和底板 正截面 框架结构：偏压、偏拉 剪力墙结构、框剪结构：双向受弯 斜截面抗剪 抗冲切验算 墙体 上下对齐者：不算 其它： 内墙：抗剪 外墙：抗剪、平面外抗弯,back,箱形基础构造要求,混凝土 内外墙 顶板、底板 连接部位（节点）,back,7.2 桩基础,桩的类型 桩基础布置 桩基础结构计算与构件设计 桩基础构造要求,back,桩的类型,按受力状态分 端承桩 摩擦桩 按材料分 木桩、灰土桩、碎石桩 混凝土桩 预制桩 方桩、预应力管桩 灌注桩 钻孔、冲孔、沉管、挖孔、大直径扩底 钢桩,back,桩基础布置,两种方式 群桩 单桩,back,桩基础结构计算与构件设计,单桩竖向承载力设计值 桩基沉降计算分层法 承台内力计