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1、第 3 讲 设计要求及荷载效应组合与一般结构相同，设计高层建筑结构时，分别计算各种荷载作用 下的内力和位移，然后从不同工况的荷载组合中找到最不利内力及位 移，进行结构设计。应当保证在荷裁作用下结构有足够的承裁力及刚度，以保证结构 的安全和正常使用。结构抗风及抗震对承载力及位移有不同的要求， 较高的结构抗风还要考虑舒适度要求，抗震结构还要满足延性要求 等。下面将分别进行介绍。1、承载力验算高层建筑结构设计应保证结构在可能同时出现的各种外荷载作 用下，各个构件及其连接均有足够的承载力。我国建筑结构设计统 一标准规定构件按极限状态设计，承载力极限状态要求采用由荷载 效应组合得到的构件最不利内力进行构
2、件截面承裁力验算。结构构件 承载力验算的一般表达式为：无地震作用组合时：S - R S R / y有地震作用组合时： E E RE承载力抗震调整系数材料结构构件RE钢筋混凝土梁0.75轴压比小于0.15的柱0.75轴压比不小于0.15的柱0.80剪力墙0.85各类受剪、偏拉构件0.85钢梁、柱0.75支撑0.80梁节点、螺栓0.85连接焊缝0.902、侧移限制1）使用阶段层间位移限制结构的刚度可以用限制侧向变形的形式表达，我国现行规范主要 限制层间位移：（AU / h ）2彳好牙q(5.4.1-1)2框架结构：-?220鸟/岛 (=1, 2, f n)(5.4.1-2)式中 叭结构一个主轴方向
3、的弹性等效侧向刚度，可按倒 饨三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则， 将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等 效侧向刚度珏房屋高度叽帚G)分别为第 j楼层重力荷载设计值事民第$楼层层高,?Q第楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力与层间位移的比值,饨结枪计算总匚汀九5.4.2 高层建筑结构如果不满足本规程第5.4.1 条的规定时，应考虑 重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。5.4.3 高层建筑结构重力二阶效应，可采用弹性方法进行计算，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。结构位移增大系数F、F以及结构构件弯矩和剪力增大系数F、1 1i 2
4、F 可分别按下列规定近似计算，位移计算结果仍应满足本规程第2i4.6.3 条的规定。1对框架结构，可按个列公式计算：Fu= (i=l, 2,，n) (5.4.务1)1-S/ 如)%=J (i=lt 2, n) (5.432)1一2帶/ (AAJ2对剪力墙结申棊框架-剪力墙结构、筒体结构，可按卜一 列公式计算：珥= (5.4.33)1-0.142/ (矶)為= (5.4 备 4)l-0.28rfgG;/ (阿)5.4.4 高层建筑结构的稳定应符合下列规定：1剪力墙结构.框架-剪力墙结构.筒体结构应符合下式要 求：(5.44)2框架结构应符合下式要求:n(i=b 2f “，n) (544)2) 高
5、层钢结构的稳定验算此处所说的稳定验算是指结构整体稳定，也就是重力作用下的二 阶效应P-A效应。高钢规规定了可以不进行整体稳定验算的两个条件，一是各 楼层柱子平均长细比和平均轴压比满足定要求，二是按不考虑P-A效应的弹性计算所得层间相对位移小于某个值。具体要求如下:(1) 对于有钢支撑、剪力墙或简体的钢结构， 且Au / h 1/1000的有支撑钢结构， 府按考虑P-A效应的方法计算钢构内力及侧移，侧移应满足表4一2 的要求。实际上大部分钢结构需要计算P-A效应。3) 高层建筑抗倾覆问题如果高层建筑的侧移很大，其重力作用合力点移至基底平面范围 以外则建筑可能发生倾覆问题。事实上，正常设计的高层建
6、筑不会 出现倾覆问题。在设计高层建筑时，一般都要控制高宽比(H / B )，而且，在基础 设计时高宽比大于 4的高层建筑，在地震作用下基础底面不允许出 现零应力区，其他建筑，基础底面零应力区面积不应超过基础底面积 的 15。符合这些条件时。一般都不可能出现倾覆问题，因此通常 不需要进行特殊的抗倾覆验算；5、抗震结构延性要求和抗震等级位于设防烈度6度及6度以上地区的建筑都要按规定进行抗震设 计，除了满足抗震承载力及侧移限制要求外，都要满足延性要求和具 有良好的耗能性能，这是实现“中震可修、大震不倒”的基本措施。 钢结构的材料本身就具有良好的延性，而钢筋混凝土结构要通过延性 设计，才能实现延性结构
7、。1）延性结构的概念延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降 低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性，即 塑性变形能力的大小。塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震结构 在中震作用下都进入塑性状态而耗能。构件延性比 对于钢筋混凝土构件，当受拉钢筋屈服以后，即进 入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增 大，当承载力开始降低，就达到极限状态。构件延性比是指构件极限变形（曲率o、转角0、，或挠度f ）与u u u屈服变形G、0或f ）的比值，见下图。屈服变形定义是钢筋屈服时 yyy的变形，极限变形一般定义为承载力降低 1020时的变形。Af几 A
8、/A结构延性比 对于一个钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑件铰 时，结构开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当出现塑性铰 的杆件增多以后，塑性变形加大，结构刚度继续降低：当塑性铰达到 一定数量以后，结构也会出现“屈服”现象，即结构进入塑性变形迅 速增大而承载力略微增大的阶段，是“屈服”后的弹塑性阶段。“屈 服”时的位移定为屈服位移A。当整个结构不能维持其承载能力，y即承载能力下降到最大承载力的80%90%时，达到极限位移a ,u结构延性比卩通常是指达到极限时顶点位移A与屈服时顶点位移Auy的比值卩二丄，见下图。Ay在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，钢筋 混凝土结构都应该设计
9、成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许 部分构件出现塑性铰，这种状态是中震“可修”状态：当合理控制塑 性铰部位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下结构不倒 塌。高层建筑各种体系都是由梁、柱框架和剪力墙组成，作为抗震结 构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变 形虽然会加大，但结构承受的地震作用（惯性力）不会很快上升内力 也不会再加大，因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求也 可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗罕遇地震作 用：反之如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震。 然而后者会多用材料，对于地震发
10、生概率极小的抗震结构，延性结构 是种经济的设计对策。抗震高层建筑的延性是通过合理选择结构体系、合理布置结构、 对构件及其连接采取各种构造措施等多方面努力才能实现的，施工质 量好坏对结构延性也有很大影响。结构延性不能、也不是通过计算能 够达到的。因此，通过设立抗震结构的抗震等级要求、加强构造措施 的方法保证结构的延性。2)概念设计及抗震等级要设计延性结构，与很多因素有关；(1) 选择延性材料。钢是一种延性很好的材料，钢结构是一种延 性很好的结构。砖石砌体的延性很差，高层建筑不采用砌体结构。钢 筋泥凝土则介于二者之间如果设计合理，钢筋混凝土结构可以有较 好的延性。(2) 进行结构概念设计。结构概念设计是保证结构具有优良抗震 性能的一种方法，概念设计包含极为广泛的内容，选择对抗震有利的 结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结 构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应措施，避免薄弱 层过早破坏。防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取 二道防线措施等等。应该说，从方案、布置、计算到构件设计、构造 措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计的内容。(3) 设计延性结构。要保证钢筋混凝土结构有一定的延性，就必 须保证梁、柱、墙构件均具有足够的延性，要设计延性框架及延性剪 力墙。具体设计方法将在
