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1、高层建筑混凝土结构设计新规程简介,湖南大学 沈蒲生,2011年11月,2, 高规的发展过程 主要内容介绍,介绍内容：,1、 总则 2、 术语、符号和计量单位 3、 结构设计基本规定 4、 荷载和地震作用 5、 结构计算分析 6、 地下室和基础设计,3,一、 高规的发展过程,1、我国高层建筑混凝土结构设计规程发展概况,钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定 JZ 102-79 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 JGJ 3-91 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3- 2002 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3- 2010,4,2、本次规程修订的特点, 总结了2002版规程发行以来的发展
2、变化； 补充了新的设计内容； 考虑的问题更加全面合理； 许多问题如何处理更加明确； 结构的可靠度有进一步提高。,目前还是一本行业标准，不是国家标准。,5,第1章 总 则,1、高层建筑的定义,高层建筑是层数较多、高度较高的建筑。但是，世界各国目前并无统一的划分标准。,二、主要介绍内容,6,表1 一部分国家和组织对高层建筑起始高度的规定,国 外：,7,1991规程：8层和8层以上的民用建筑。 2002规程：10 层及 10 层以上或房屋高度超 过 28m的民用建筑。 2010规程：10 层及 10 层以上或房屋高度大 于 28m 的住宅建筑以及高度大于 24m的其他民用建筑。 民用建筑设计通则（G
3、B50352-2005）和高层民用建筑设 计防火规范GB50045-95（2005 版）：10层及10层以上的居住建筑和高度大于24m的公共建筑（不含单层建筑）。,我 国：,8,为什么高层建筑的界限定得这样低？,出于消防方面的考虑：高层建筑要立足于自救。 出于使用方面的考虑：高层建筑要有电梯等设施。 出于受力方面的考虑：高层建筑由水平荷载控制，变形 的验算不可忽视。,9,2、高层建筑结构的设计原则,高层建筑结构应注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选择抗震、抗风性能好且经济合理的结构体系。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、
4、刚度和延性。,10,结构概念设计： 结构概念设计是一些结构设计理念、是设计思想和设计原则。如： “简单、规则、均匀、对称” “小震不裂，中震可修，大震不倒” “强柱、弱梁、节点更强” 要满足概念设计要求以后才计算，不是算了以后再说。,例1 某高层建筑结构高100m，平面布置如下图。,例2 某高层建筑结构高100m，平面布置如下图。,高层建筑选型是否合理和结构布置是否规整，对结构受力、施工及经济性起决定作用。 结构体系必须明确，结构布置尽可能规整。,14,第2章 术语、符号和计量单位,1、符号,符号体系采用主体符号或带上、下标的主体符号构成。 主体符号用一个字母表示，上、下标用字母、缩写词、数字
5、或其他标记表示。 主体符号用斜体，上、下标除 i , j, l 外，一律用正体。如： ftk ， ei 。,15,2、计量单位,力：N（牛顿），kN（千牛）； 应力： N/mm2 或 MPa (兆帕）； 长度：mm, cm, m。,常见的错误写法： N(牛）误写为 N（轴力） kN 误写为 KN MPa 误写为 Mpa,16,1、增加了对混凝土和钢筋的材料要求, 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
6、钢筋。,第3章 结构设计基本规定,17, 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材；型钢 梁宜采用 Q235 和 Q345 钢材。,18,2、调整了房屋最大适用高度要求,增加了8度0.3g设防区的房屋适用高度内容，框架结构的适用高度适当降低，板柱剪力墙结构的适用高度增加较多。,19,2002规程规定：框架结构最大适用高度7度为55m，8度为45m，9度为25
7、m。板柱-剪力墙结构最大适用高度非抗震为70m，6度为40m，7度为35m，8度为30m，9度时不得采用。,A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m） 表3.3.1-1,20,B 级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度（m) 表3.3.1-2,8度分为0.2g和0.3g。,21,3、调整了房屋使用的最大高宽比要求,不再区分 A级高度和B级高度，最大高宽比有所放松。,钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比 表3.3.2,考虑抗震时，2002规程规定：A级高度最大高宽比为6，B级高度最大高宽比为7。,22,4、修改了楼层位移比的计算要求及 可以适当放松的条件和限值, A 级高度高层建筑不宜大于
8、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 高层建筑及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。,23, 结构扭转为主的第一自振周期 Tt与平动 为主的第一自振周期 T1之比，A级高度 高层建筑不应大于 0.9，B 级高度高层建 筑、超过A级高度的混合结构高层建筑及 复杂高层建筑不应大于 0.85。,当楼层最大层间位移角和层间位移不大 于限值的40%时，上述数值可适当放松， 但不应大1.6。,5、调整了楼层刚度变化的计算和限 制条件,房屋刚度沿高度方向变化图,25,对框架结构，楼层侧向刚
9、度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%。,（1）框架结构,（3.5.2-1）,26,对框架-剪力墙和板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 90，楼层层高大于相邻上部楼层层高 1.5 倍时，该楼层 侧向刚度与相邻上部楼层侧向刚度的比值不宜小于 1.1 ，对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。,（2）除框架以外的其他结构,（3.5.2-2）,27, A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构 的层间受剪承载力不宜小于上一层受 剪承载力的80%，不应小于其相邻上 一层受剪承载力的65%； B级高度高层建
10、筑的楼层抗侧力结构 的层间受剪承载力不应小于上一层受 剪承载力的75%。,28,6、修改了不规则建筑的判别方法,平面不规则：,29,竖向不规则：,30,抗震规范将结构不规则分为一般不规则、特别不规则和严重不规则三类。,（1）一般不规则建筑,平面不规则的类型,表 1,31,竖向不规则的类型,表 2,32,（2）特别不规则,表 3,结构特别不规则类型,33,特别不规则的定义： 同时具有表1、2中三项或三项以上； 具有表3中一项； 具有表1、2中两项、且其中一项接近 表3的不规则指标。 特别不规则的建筑应进行抗震专项审查。,34,（3）严重不规则,两项不规则指标超过表1、2定义的扭转不规则和楼层承载
11、力突变上限值或一项超过较多，以及超过不同类型结构所规定的刚度比突变的上限，均属严重不规则。 原则上不允许采用严重不规则的建筑方案，要对其布置进行调整后才能采用。,35,7、增加了房屋高度大于150m结构 的弹塑性变形验算要求,下列结构应进行弹塑性变形验算： 1）79 度时楼层屈服强度系数小于 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设计的建筑结构； 4）房屋高度大于 150m 的结构。,36,结构顶点风振加速度限值 alim,8、增加了风振舒适度计算时结构阻尼比 取值要求,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。
12、 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 0.010.02。,表3.7.6,37,9、增加了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：, 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。,楼盖竖向振动加速度限值 表3.7.7,38,39,A级高度的高层建筑结构抗震等级 表3.9.3,10、调整了结构构件的抗震等级的划分,40,B级高度的高层建筑结构抗震等级 表3.9.4,41,修订了抗震等级：, 框
13、架结构的抗震等级与高度无关，6度为三 级，7度为二级，8度和9度为一级。 框架-核心筒结构的高度不超过60m按框架- 抗震墙结构设计时，按框架-抗震墙确定其 抗震等级； 框-剪结构，当底层框架承担的地震倾覆力 矩大于结构 总倾覆力矩的50%时为少墙框 架结构，其抗震等级按框架结构确定；,42, 甲、乙类建筑按提高一度查表确定抗震等级； 主楼与裙房相连时，裙房的抗震等级除按裙 房本身确定外，裙房与主楼的相关范围不应 低于主楼的抗震等级。相关范围一般可取从 主楼周边向外延伸3跨且不小于20m，当裙 房偏置时，应适当扩大相关范围，并采取加 强措施。,43, 抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为 上部
14、结构的嵌固端时，地下一层的抗震等 级应按上部结构采用，地下一层以下抗震 构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但 不应低于四级；地下室中超出上部主楼范 围且无上部结构的部分，其抗震等级可根 据具体情况采用三级或四级。 主楼结构在裙房顶板上、下各一层应适当 加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时， 应按裙房本身确定抗震等级。相关范围指 主楼周边外扩不少于3跨的裙房结构。,44,11、引入了结构抗震性能设计的要求 和方法,（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。,“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。
15、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。,45,(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。,46,（3）如何选择抗震性能目标？,47,(4) 什么是结构的抗震性能水准? 结构的抗震性能水准是指对结构震后损坏状况及继续使用可能性等抗震性能的界定。结构抗震性能分为1、2、3、4、 5
16、五个水准。,48,(5) 各性能水准结构预期的震后性能状况 如何?,表3.11.2,49,(6) 各性能目标与各性能水准如何对应?,每个性能目标均与一组抗震性能水准相对应，见下表。,结构抗震性能目标 表3.11.1,50,(7) 什么结构要进行抗震性能设计? 特别不规则的结构，高度超过A级和B级的结构以及处于不利地段上的不规则结构等，宜采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。,51,(8) 怎样进行结构抗震性能设计?,1、第1性能水准的结构：应满足弹性设计要求。在设防烈度下，结构构件承载力应符合下式规定： GSGEEhS*EhkEvS*Evk Rd / RE (1) 2、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，关键构件和普通竖向构件的抗震承载力以及耗能构件的受剪承载力宜符合公式（1）的规
