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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
2、类 荷载（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
3、部分）结构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）
4、组合,承载能力极限状态,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 & H/B1.5 高耸结构 T10.25s 考虑方法,地震作用,建筑抗震设防目标与标准 抗震设防及其思想 设防依据 设防目标及其实现 建筑类别与设防标准 建筑结构抗震验算 地震作用计算 结构抗震验算,back
5、,抗震设防及其思想,抗震设防 对建筑物进行抗震设计并采取抗震措施 指导思想 预防为主 减轻结构震害 避免人员伤亡 减少经济损失 使地震时不可缺少的紧急活动得以维持和进行 趋势 使用寿命期内对不同频度和强度的地震具有不同的抵抗能力,back,设防依据抗震设防烈度,定义：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 确定：必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定 一般情况下，可采用中国地震烈度区划图的地震基本烈度度（或与本规范设计地震基本加速度值对应的烈度值） 对做过抗震防灾规划的城市，可按批准的抗震设防区划（抗震设防烈度或设计地震动参数）进行抗震设防 设防范围 6-9度,bac
6、k,设防目标及其实现,三水准要求,两阶段设计,back,三水准地震作用的标定,基本假定 地震强度呈极值分布 烈度符合极值III型,back,计算 F(I)=exp-(12-I)k/(12-Im)k，RT=-T/ln(1-F(I),I,f(I),Im,I0,Is,一般关系 烈度：Im=I0-1.55, Is=I0+1 加速度：PGAm=PGA0*1/3, PGAs=PGAm*(4-6),两阶段设计,back,说明： 第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算； 大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。,建筑类别与设防标准,back,地震作用计算,一般说明和计算原则 基本计算数据
7、水平地震作用的计算 竖向地震作用的计算,back,一般说明和计算原则,影响设计地震作用的因素 设计地震作用的方向 地震作用的计算范围和原则 地震作用的计算方法及其适用范围 计算模型,back,影响设计地震作用的因素,地震动特性方面 抗震设防烈度 设计近远震 场地类别 结构特性方面 结构自振周期 建筑质量（重力荷载） 结构阻尼比（材料）,back,设计地震作用的方向 水平（两个） 竖向（一个） 结构效应的方向 平动（两个水平、一个竖向） 扭转（竖轴）,设计地震作用的方向,back,地震作用的计算范围和原则,计算范围 水平地震作用,6度区 （除甲类建筑和IV类场地上的较高房屋外）可不算 7-9度区
8、 （除可不进行上部结构抗震验算的房屋外）均算,8、9度大跨度结构和长悬臂结构 9度的高层建筑,水平地震作用的计算原则,竖向地震作用,一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算 斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算 质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响,back,地震作用的计算方法及其适用范围,back,back,计算模型集中质量模型,多高层房屋 无扭转 有扭转 单层厂房 横向 纵向,back,基本计算数据,重力荷载代表值 结构自振周期 设计反应谱,重力荷载代表值,重力荷载代表值 永久荷载（建筑结构构配件自重）标准值+可变荷载（雪、灰、楼
9、面活荷载）组合值,back,永久荷载标准值,组合值系数,可变荷载标准值,设计反应谱,水平地震影响系数,水平地震影响系数曲线 水平地震影响系数曲线,水平地震影响系数最大值,T(s),max,0.45max,0,0.1,Tg（特征周期）,3.0,=(Tg/T)0.9 max =0.2 max,back,设计近远震,场地类别,场地类别的划分,back,场地覆盖 层厚度(m),场地土类型,0 3 9 80,坚硬 中硬 中软 软弱,III,III,IV,back,水平地震作用的计算,振型分解反应谱法 底部剪力法 时程分析法 楼层水平地震剪力的分配 扭转问题 地基结构动力相互作用,振型分解反应谱法,bac
10、k,计算振型,计算地震影响系数和振型参与系数,计算振型地震作用,计算振型地震效应,振型组合,xg(t),xi(t),a1i,aji,ani,两点注意： 计算步骤 塔楼,底部剪力法,计算方法 底部剪力的计算 地震作用沿高度的分配,mHi,Hi,Fi,FEk,Fn,顶部附加地震作用,突出屋面小建筑物 适用条件,back,Geq结构等效重力荷载代表值 SDOF：Geq=G1 MDOF： Geq=Sum(Gi)*0.85,楼层水平地震剪力的分配,现浇和装配整体式混凝土楼屋盖等刚性楼盖建筑，宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配 木楼屋盖等柔性楼盖建筑，宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配 普通预
11、制板的装配式混凝土楼屋盖等半刚性楼盖建筑，可取上述两种分配结果的平均值 考虑空间作用、楼盖变形、墙体弹塑性变形和扭转的影响时，可按各有关规定对上述分配结果作适当调整,back,竖向地震作用的计算,高层房屋（9度） 地震作用标准值,Fvi,Hi,Fvi,FEvk,楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配 平板型网架屋盖和跨度大于24m的屋架（8、9度）,长悬臂和其它大跨结构（8、9度）,back,back,结构抗震验算,一般规定 地震作用下的作用效应组合 截面抗震验算 抗震变形验算,结构抗震验算的一般规定,验算范围 除6度建筑（IV类场地上的较高层除外）和规定可不进行
12、验算的结构外，均应验算 验算内容 截面抗震验算 抗震变形验算 多遇地震作用下的弹性变形验算非结构构件的破坏 罕遇地震作用下的弹塑性变形验算抗倒塌,back,back,地震作用下的作用效应组合,back,截面抗震验算,内力基本组合设计值,抗震承载力设计值,承载力调整系数,抗震变形验算,弹性变形验算 目的：防止非结构构件出现过重破坏 范围：框架、框架抗震墙、框支抗震墙多高层钢筋砼房屋 表达式：,弹性层间位移,弹性层间位移角限值,层高,薄弱层弹塑性变形验算 目的：防止倒塌或严重破坏 范围： 薄弱层弹塑性变形计算方法 薄弱层位置的确定： 表达式：,弹塑性层间位移,弹塑性层间位移角限值,back,高层建
13、筑结构设计,1 高层建筑结构的受力与变形特点 2 高层建筑结构体系及其选择 3 高层建筑结构的布置原则与要求 4 高层建筑结构设计的基本要求 5 高层建筑结构计算原则与一般规定 6 各类高层建筑结构设计 7 高层建筑结构基础设计概要,back,1 高层建筑结构的受力与变形特点,虽则多层和高层建筑所受的荷载和作用无差别，但所产生的结构效应却有明显差别。,back,q u V M H,u=f(H4) M=f(H2) V=f(H),2 高层建筑结构体系及其选择,2.1 常用的结构体系 2.2 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择 2.3 水平承重体系（楼盖体系）及其选择,back,2.1 常用的结构体系
14、,back,2.2 竖向结构体系（抗侧力体系）的选择,建筑使用功能 建筑平面 建筑高度 抗震等级 地质条件 施工技术 ,back,适用的房屋最大高度（m）,注： （表内数据分别引自高规JGJ3-91和建筑抗震设计规范（修订） 1 房屋高度指室外地面至檐口获屋面顶板的高度（不计局部突出）； 2 框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构； 3 部分框支抗震墙结构指底层获底部两层框支抗震墙结构； 4 超过表内高度的房屋，应进行专门研究，采取必要的加强措施。,back,2.3 水平承重体系（楼盖体系）及其选择,楼（屋）盖体系的作用 承受竖向荷载 连接抗侧力构件，承受其传来的剪力和轴力 选择原则
15、 结构整体性、面内刚度 结构高度小、质量轻 建筑使用功能、装饰要求、设备安装、施工技术等 常用楼盖体系及其适用性 现浇楼盖 预制板楼盖 预应力叠合板楼盖 组合楼盖,back,常用楼盖体系及其适用性,现浇楼盖 肋梁楼盖 普通、技术经济指标好；结构高度大、不便管线安装 宽扁梁（用于层高受限时） 密肋楼盖省材料、自重轻、高度大、适用于大跨且梁高受限时、当使用 荷载较大时可有较好技术经济指标好；不美观、吊顶处理 无梁楼盖适用于大跨且梁高受限、或升层法施工时；冲切问题 非预应力平板楼盖广泛用于剪力墙、筒体结构、可降低层高、平整； 跨度大时自重大、不经济现浇非预应力空心板楼盖 无粘结预应力平板楼盖适用于大跨且梁高受限时、平面布置灵活 预制板楼盖 预应力空心板楼盖适用于高度50m以下时，但要求严格（缝内设钢筋、 设现浇 面层、加强板端连接） 预应力大楼板楼盖与房间同尺寸，双向先张法预应力筋，板边齿槽；吊装问题 预应力叠合板楼盖 预制RC薄板（50-60mm），上现浇RC。省模板、刚度大、整体性好 组合楼盖 压型钢板
