多高层建筑结构第四章讲解

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1、第第4 4章章 设计计算的基本规定设计计算的基本规定 宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋；构 件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜 采用型钢混凝土柱和钢管混凝土柱。 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于 C20。 按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜 撑构件，其纵向受力钢筋应采用专用抗震 钢筋。 2 4.1 结构材料 3 抗震设计时混合结构中钢材的实测屈、强 比不应大于 0.85；伸长率不应小于 20； 钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。 混合结构中的型钢混凝土竖向构件的型钢 及钢管混凝土的钢管宜采用 Q345 和 Q235 钢材，也可采用Q390、Q420 或 其他符合结构性能要求的其他钢

2、材；型钢 梁宜采用 Q235 和 Q345 钢材。 4.2 结构计算的一般规定 1、计算原则 （1）内力与变形可按弹性方法计算，截面设计 则应考虑弹塑性性质。 （2）对于比较柔的结构，要考虑重力二阶效应 的不利影响。 （3）对于复杂结构和高层混合结构除应符合本 章要求外，尚应符合第9、10章的有关规 定。 （4）框架梁及连梁等构件可考虑局部塑性变形 引起的内力重分布。 2、计算模型 高层建筑的常用模型有： 平面结构空间协同模型； 空间杆系模型； 空间杆-薄壁杆系模型； 其他组合有限元模型。 3、结构构件刚度 （1）楼盖和屋盖结构刚度 1）不开洞楼面自身平面内的刚度可视为无限大。 2）开洞楼面应

3、考虑楼面内变形影响。 3）无梁楼盖楼板较厚，应考虑其平面外刚度。 （2）连梁刚度 可考虑其开裂后刚度折减。抗震设防烈度为6、7 度时，折减系数可取0.7；8、9度时可取0.5。 （3）楼盖梁的抗扭效应 楼板对梁有约束作用，楼面梁的扭转效应较小。 （4）地下室顶板刚度 地下室顶板刚度较大，当满足以下条件时，可作 为上部结构的嵌固端： 1）采用现浇梁板结构； 2）抗侧刚度不小于相邻上部楼层的2倍； 3）厚度不小于180mm，混凝土强度等级不低 于C30，采用双层双向配筋。 4、计算简图 结构计算简图既要符合工程实际，又要弃 繁就简，满足工程精度要求，保证结构安 全。 5、各类构件应考虑的变形 梁：

4、考虑弯曲、剪切、扭转变形，必要时 考虑轴向变形。 柱：考虑弯曲、剪切、轴向、扭转变形。 墙：考虑弯曲、剪切、轴向、扭转变形。 6、B类高层建筑和复杂高层建筑 1）应采用两个或两个以上不同三维力学 模型的软件计算； 2）宜考虑平扭偶联计算，振型数不小于 15，多塔结构的振型数不小于塔楼数 的9倍，振型参与质量不小于总质量 的90%； 3）应采用静力弹塑性分析方法或动力弹 塑性分析方法补充计算。 7、风荷载效应分析 对称结构应按两个方向风效应的较大值采用，体 型复杂结构应按多个方向风效应的较大值采用。 8、重力荷载下的施工过程模拟 房屋高度大于150m时应考虑重力荷载下的施工 过程模拟计算内力。

5、9、多塔结构 宜按整体模型和各塔楼模型分别计算，并采用较 不利的结果进行配筋。 二阶效应 P-效应：由于构件自身挠曲引起 的附加重力效应。 P-效应：重力荷载由于结构的水平 侧移而引起的附加效应。 4.34.3 结构稳定与抗倾覆验算结构稳定与抗倾覆验算 如图所示两端铰支且两端偏心距相等的”标准偏压柱” P P- - 效效应应应应 P P- - 效效应应应应 高层建筑重力二阶效应可采用有限元计算，也可采用对 未考虑重力二阶效应的计算结果乘以增大系数的方法近 似考虑。只对水平荷载产生的内力与位移乘增大系数。 14 4.3.1 重力二阶效应与结构稳定 15 （1）框架结构 框架柱二阶效应图 柱的抗侧

6、刚度为： (11) 由此可得: (12) 16 由图(c)的静力平衡条件可以求得： (13) (14) 由式(14)可得 ： 如果框架失稳,则应趋于无穷大,即(15)中分母应趋于零,由 此得： (15) (16) 由式(17)可见，第 i层的临界荷载等于该层柱 的抗侧刚度与该层层高的乘积。 （17） 17 由式(15)可得 将式(19)代入(18)得： 式中, 为为框架结结构考虑虑重力二阶阶效应应的位移放大系数。 (18) (20) (5.4.3-1） （19） 弯矩和剪力可以仿照位移相似的方法乘放大系数 。但是在位移计算时不考虑刚度折减；而在内力 计算时要考虑刚度折减，同时还要使结构内力增

7、量控制在20%以内。则 式中 为框架结构考虑重力二阶效应的内力放大系数 。 (21) (22) (5.4.3-2) 19 为便于分析讨论，将式(20)写成如下形式： (23) 20 （2）当框架结构刚重比不小于20，即 重力二阶效应的影响已经很小，可以忽略不计。 (5.4.1-2) (5.4.4-2) （1）框架结构的刚重必应满足以下规定： 21 结 论： （3）当框架结构的刚重比在1020之间时，要考虑 重力二阶效应，变形和内力应分别乘放大系数 和 。 F1 i F2i 22 （2）剪力墙、框架-剪力墙、筒体结构 竖向弯曲型悬臂杆的顶点欧拉临界荷载为： 重力荷载沿竖向均匀分布时的等效顶点临

8、界荷载为： （24） （25） (5.4.3-3) (5.4.3-4) 仿照公式（18）可求得： （26） （27） 将公式（25）和（27）代入公式（26）可得： 23 为便于分析讨论，将式(5.4.3-3)写成如下形式： (28) 24 （1）因此为了保持剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体 结构的整体稳定，要求： (5.4.4-1) （2）在水平力作用下，当满足下列规定时，可不考虑 重力二阶效应的不利影响： （5.4.1-1） 25 结 论： （3）当结构的刚重比在1.42.7之间时，要考虑重力 二阶效应的影响，位移和内力要分别乘放大系 数F1和F2 。 26 4.3.24.3.2 抗倾覆

9、验算抗倾覆验算 高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出 现零应力区。高宽比不大于4时零应力区面 积不应超过基础底面积的15%。 27 底部应力的三种分布 28 MR/MOV3.02.31.51.31.0 (B-X)/B 零应应力区比 例 0（全截面受压压）15%50%65.4%100% 29 增加抗倾覆的措施： （a）增加基础的埋置深度； （b）做刚性大底盘； （c）加锚杆； （d）综合运用上述方法。 无地震作用组合且荷载与荷载效应按线性关系考 虑时，荷载组合的效应设计值应按下式确定： 增加了结构设计使用年限的荷载调整系数L，设 计使用年限为50年时取1.0，100年时取1.1。 （5.6.1

10、） 4.4 作用效应组合 1、持久设计状况和短暂设计状况 2、地震设计状况 Sd = GSGEEhSEvkEvSEvkwwSwk 式中：Sd 荷载和地震作用组合的效应设计值； SGE 重力荷载代表值的效应； SEhk 水平地震作用标准值的效应； SEvk 竖向地震作用标准值的效应； w 风荷载的组合值系数，应取0.2。 4.5 构件承载力计算 1、计算公式 持久设计状况和短暂设计状况 0Sd Rd 地震设计状况 Sd Rd/RE 构件类别梁 轴压比小于 0.15的柱 轴压比不小于 0.15的柱 剪力墙各类构件节点 受力状态受弯偏压偏压偏压局部受压受剪、偏拉受剪 RE0.750.750.800.

11、851.00.850.85 钢筋混凝土构件承载力抗震调整系数 RE 2、结构抗震等级 结结构类类型 烈 度 6 度7 度8 度9 度 框架三二一一 框架- 剪力墙墙 结结构 高度（m）60606060606050 框架四三三二二一一 剪力墙墙三二一一 剪力墙墙 结结构 高度（m）80808080808060 剪力墙墙四三三二二一一 部分框 支剪力 墙结墙结 构 非底部加强部 位的剪力墙墙 四三三二二 底部加强部位 的剪力墙墙 三二二一一 框支框架二二一一 筒体结结 构 框架- 核心筒 框架三二一一 核心 筒 二二一一 筒中筒内筒三二一一 外筒 板柱- 剪力墙墙 结结构 高度（m）3535353

12、53535 框架、板柱及 柱上板带带 三二二二一一 剪力墙墙二二二一二一 A级高度高层建筑 结结 构 类类 型 烈 度 6 度7 度8 度 框架-剪力墙墙 框架二一一 剪力墙墙二一特一 剪力墙墙剪力墙墙二一 部分框支剪力墙墙 非底部加强部位 剪力墙墙 二一一 底部加强部位剪 力墙墙 一一特一 框支框架一特一特一 框架-核心筒 框架二一一 筒体二一特一 筒中筒 外筒二一特一 内筒二一特一 B级高度高层建筑 4.6 正常使用条件下水平位移验算 和舒适度要求 4.6.1 水平位移验算 x/h /h y/h /h 结结构体系u/h限值值 框架1/550 框架-剪力墙墙、框架-核心筒、板柱-剪力墙墙1/

13、800 筒中筒、剪力墙墙1/1000 除框架结结构外的转换层转换层1/1000 楼层层间最大位移与层高之比的限值 式中， x和y为同时考虑横风向和顺风向影响 的层间位移。 /h见见下表。 房屋高度不小于 150m 的高层混凝土建筑结 构应满足风振舒适度要求。 在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 应超过下表 的限值。计算时，混凝土结构的 阻尼比取0.02，混合结构的阻尼比取 0.01 0.02。 使用功能alim (m/s2) 住宅、公寓0.15 办办公、旅店0.25 结构顶点风振加速度限值 alim 4.6.2 风振舒适度 1、结构顶点舒适度

14、2、楼盖竖向振动舒适度要求 钢筋混凝土楼盖结构竖向频率不宜小于 3Hz，竖向振动加速度不应超过下表： 人员员活动环动环 境 峰值值加速度限值值（m/s2） 竖竖向自振频频率不 大于2Hz 竖竖向自振频频率不 小于4Hz 住宅、办办公0.070.05 商场场及室内连连廊0.220.15 楼盖竖向振动加速度限值 楼盖结构自振频率为2Hz 4Hz时，峰值 系数限值可按线性插值法选取。 2）层间弹塑性位移计算： 式中： 层间弹塑性位移（mm) ； 层间屈服位移(mm)； 楼层延性系数； 罕遇地震作用下按弹性分析的层间位移(mm)； 楼层屈服强度系数。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

15、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。 4.8 4.8 结构抗震性能设计结构抗震性能设计 （1）什么是结构抗震性能设计? 结构抗震性能设计是指以结构抗震性能 目标为基准的结构抗震设计。 39 “小震不裂、中震可修、大震不倒”是一 个宏观要求。结构的重要性不同，对抗 震性能的要求也不同。抗震性能设计是 抗震设计的深化。 为此，新规范设定了四个抗震性能目标 和五个抗震性能水准。 (2) 什么是结构抗震性能目标? 分为 A, B, C, D四个等级。这四个等级与 抗震规范中提出的抗震性能1、2、 3、4 是一致的。A级要求最高，B级要求次之， C级要求再次之，D级要求最低。 结

16、构抗震性能目标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。 40 41 级 别 结 构 特 征 A 级 特别不规则的、房屋高度超过B级高度 较很多的高层建筑或处于不利地段场地 的特别不规则结 构，可选用A级。 B 级 房屋高度超过B级高度较多或不规则性 超过规程适用范围很多的结构，可选用 B级。 C 级 房屋高度超过B级高度或不规则性超过 适用范围较多的结构，可选用C级。 D 级 房屋高度超过A级高度或不规则性超 过 适用范围较少的结构，可选用C级或D 级。 （3）如何选择抗震性能目标？ (4) 什么是结构的抗震性能水准? 结构