【正文】 多層及高 層 建 筑 結(jié) 構(gòu)設(shè)計 合肥工業(yè)大學土木建筑與工程學院 202304 參考資料 : 1. 高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程 (JGJ 32023) 2. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 (GB 500112023) 3. 高層建筑結(jié)構(gòu) （ 呂西林 主編 ） 0、緒論 高層建筑結(jié)構(gòu)體系及布置 常用的結(jié)構(gòu)體系 ? 豎向結(jié)構(gòu)體系（抗側(cè)力體系）的選擇 ? 水平承重體系（樓蓋體系）及其選擇 ? back 始用年代 結(jié)構(gòu)體系和特點 1885 1889 1903 20世紀初 二次大戰(zhàn)后 20世紀 50年代 20世紀六七十年代 20世紀 80年代 20世紀 80年代中期 磚墻、鑄鐵柱、鋼梁 鋼框柱 鋼筋混凝土框架 鋼框架＋支撐 鋼筋混凝土框架＋剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻、預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼框架＋鋼筋混凝土核芯筒、鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 框筒、筒中筒、束筒、懸掛結(jié)構(gòu)、偏心支撐和帶縫剪力墻板框架 巨型結(jié)構(gòu)、應(yīng)力蒙皮結(jié)構(gòu)、隔震結(jié)構(gòu) 被動耗能結(jié)構(gòu)、主動控制結(jié)構(gòu)、混合控制結(jié)構(gòu) back 框架結(jié)構(gòu) 剪力墻結(jié)構(gòu) 框架 剪力墻結(jié)構(gòu)框架 筒體結(jié)構(gòu) 筒中筒結(jié)構(gòu) 成束筒結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu) 懸掛結(jié)構(gòu) 巨型框架結(jié)構(gòu) 應(yīng)力蒙皮結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架筒體結(jié)構(gòu) 組合筒體結(jié)構(gòu) 剪力桁架與框橋架結(jié)構(gòu) 交錯鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 豎向結(jié)構(gòu)體系（抗側(cè)力體系）的選擇 ?建筑使用功能 ?建筑平面 ?建筑高度 ?抗震等級 ?地質(zhì)條件 ?施工技術(shù) …… 用途 ≤50m ≥50m 住宅 剪力墻、框架 剪力墻 剪力墻、框架 剪力墻 旅館 剪力墻、框架 剪力墻、框架 剪力墻、框架 剪力墻、筒體 公共 框架 剪力墻、框架 框架 剪力墻、筒體 back 水平承重體系（樓蓋體系）及其選擇 樓（屋）蓋體系的作用 ? 承受豎向荷載 ? 連接抗側(cè)力構(gòu)件，承受其傳來的剪力和軸力 選擇原則 ? 結(jié)構(gòu)整體性、面內(nèi)剛度 ? 結(jié)構(gòu)高度小、質(zhì)量輕 ? 建筑使用功能、裝飾要求、設(shè)備安裝、施工技術(shù)等 常用樓蓋體系及其適用性 ? 現(xiàn)澆樓蓋 ? 預制板樓蓋 ? 預應(yīng)力疊合板樓蓋 ? 組合樓蓋 back 常用樓蓋體系及其適用性 ? 現(xiàn)澆樓蓋 ? 肋梁樓蓋 —— 普通、技術(shù)經(jīng)濟指標好；結(jié)構(gòu)高度大、不便管線安裝 ?寬扁梁 （用于層高受限時） ? 密肋樓蓋 ——省材料、自重輕、高度大、適用于大跨且梁高受限時、當使用 荷載較大時可有較好技術(shù)經(jīng)濟指標好；不美觀、吊頂處理 ? 無梁樓蓋 ——適用于大跨且梁高受限、或升層法施工時；沖切問題 ? 非預應(yīng)力平板樓蓋 ——廣泛用于剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)、可降低層高、平整； 跨度大時自重大、不經(jīng)濟 ?現(xiàn)澆非預應(yīng)力空心板樓蓋 ? 無粘結(jié)預應(yīng)力平板樓蓋 ——適用于大跨且梁高受限時、平面布置靈活 ? 預制板樓蓋 ? 預應(yīng)力空心板樓蓋 ——適用于高度 50m以下時，但要求嚴格（縫內(nèi)設(shè)鋼筋、 設(shè)現(xiàn)澆 面層、加強板端連接） ? 預應(yīng)力大樓板樓蓋 ——與房間同尺寸，雙向先張法預應(yīng)力筋，板邊齒槽；吊裝問題 ? 預應(yīng)力疊合板樓蓋 預制 RC薄板（ 5060mm），上現(xiàn)澆 RC。省模板、剛度大、整體性好 ? 組合樓蓋 壓型鋼板上現(xiàn)澆 RC。省模板、自重小、厚度小；用鋼量大 back 1 抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)布置原則 （ 1）選擇有利的場地 （ 2）保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度 （ 3）合理設(shè)置抗震縫 （ 4）應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑 （ 5）多道抗震設(shè)防能力 （ 6）合理選擇結(jié)構(gòu)體系 （ 7）結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛度 （ 8）結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的結(jié)構(gòu)承載力 （ 9）節(jié)點的承載力應(yīng)大于構(gòu)件的承載力 （ 10）結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的變形能力及耗能能力 2 房屋適用高度和高寬比 結(jié)構(gòu)類型 非抗震 6度 7度 8度 9度 框架 70 60 55 45 25 框架 剪力墻 140 130 120 100 50 剪力墻 全部落地剪力墻 150 140 120 100 60 部分框支剪力墻 130 120 100 80 不應(yīng)采用 筒體 框架 核芯筒 160 150 130 100 70 筒中筒 200 180 150 120 80 板柱 抗震墻 70 40 35 30 不應(yīng)采用 適用的房屋最大高度（ m） 注： 1 房屋高度指室外地面至主要屋面高度（不包括局部突出屋面的電梯機房等高度）； 2 框架 核心筒結(jié)構(gòu)指周邊稀柱框架與核心筒組成的結(jié)構(gòu)； 3 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)指地面以上有部分框支剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)； ? 4 9度抗震設(shè)防、超過表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進行專門研究，采取必要的加強措施。 back 3 結(jié)構(gòu)平面布置原則 高層建筑結(jié)構(gòu)平面形狀宜簡單、規(guī)則、對稱，剛度和承載力分布均勻，不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的平面形狀。 4 結(jié)構(gòu)豎向布置原則 第一章 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計的基本原理 結(jié)構(gòu)功能要求 –能承受正常施工和正常使用是可能出現(xiàn)的各種作用 –在正常使用時具有良好的工作性能 –在正常維護下具有足夠的耐久性能 –在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性 ? 結(jié)構(gòu)可靠度 在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率 在規(guī)定的時間內(nèi) ——設(shè)計基準期（ 50年） 在規(guī)定的條件下 ——正常設(shè)計、正常施工、正常使用 預定功能 ——四項結(jié)構(gòu)功能 ? 極限狀態(tài)設(shè)計 ? 可靠指標 ?失效概率 ?可靠指標 back ?Z =??Z Z ?Z fZ(Z) 0 Z=RS≥0 ?= ? Z/? Z ? Z= ? R? S ? Z2= ? R2+ ? S2 極限狀態(tài)設(shè)計 定義 整個（或部分）結(jié)構(gòu)超過某特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計規(guī)定的某一功能要求 兩類極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài) ——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形（如傾覆、疲勞、機構(gòu)、失穩(wěn)等） 正常使用極限狀態(tài) ——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值（如影響正常使用或外觀的變形、局部損壞、振動或其它特定狀態(tài)） 極限狀態(tài)方程 g(X1,X2,?,Xn)=0 極限狀態(tài)設(shè)計表達式 g(X1,X2,?,Xn)≥0 Z=RS≥0 back 作用及其分類 –直接作用（荷載） ——施加在結(jié)構(gòu)上的集中或分布荷載 ——GBJ6884 –間接作用（作用） ——引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（溫度變化、焊接、基礎(chǔ)沉降、地震、混凝土收縮等） back 時間變異 位置變異 結(jié)構(gòu)反應(yīng) ? 永久作用 自重、土壓力、預應(yīng)力、基礎(chǔ)沉降、焊接 ? 可變作用 安裝荷載、樓面活荷載、風荷載、雪荷載、吊車荷載、溫度變化、地震 ? 偶然作用 地震、爆炸、撞擊 ? 固定作用 自重、固定設(shè)備荷載 ? 可動作用 吊車荷載、人員荷載 ? 靜態(tài)作用 自重、樓面活荷載 ? 動態(tài)作用 地震、吊車荷載、設(shè)備振動、風荷載 風荷載 基本風壓 定義：當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地 10m高統(tǒng)計所得的 30年一遇 10min平均最大風速 v0為標準，按 v02/1600確定的風壓值 按全國基本風壓分布圖采用， =調(diào)整系數(shù)（略） back 0????? zszk ?? 風壓高度變化系數(shù) ? 風荷載體型系數(shù) ? 風振系數(shù) ? 考慮范圍 ? 房屋結(jié)構(gòu) H30m H/B ? 高聳結(jié)構(gòu) T1 ? 考慮方法 zzz ????? ?? 1脈動增大系數(shù)??? ),( 210 ZoneTy peTf ?? 脈動影響系數(shù)??),/,( ZoneTypeBHHf? 振型系數(shù)???? HHTy peHHf iiz /),(? 抗震設(shè)計 規(guī)范以 黑體字 標志的條文為 強制性條文 ，必須嚴格執(zhí)行。 術(shù)語 抗震設(shè)防烈度 seismic fortification intensity 按國家規(guī)定的權(quán)限批準作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度。 地震作用 建筑抗震設(shè)防目標與標準 抗震設(shè)防及其思想 ? 設(shè)防依據(jù) ? 設(shè)防目標及其實現(xiàn) ? 建筑類別與設(shè)防標準 ? 建筑結(jié)構(gòu)抗震驗算 地震作用計算 ? 結(jié)構(gòu)抗震驗算 ? back 抗震設(shè)防及其思想 抗震設(shè)防 對建筑物進行抗震設(shè)計并采取抗震措施 指導思想 預防為主 減輕結(jié)構(gòu)震害 避免人員傷亡 減少經(jīng)濟損失 使地震時不可缺少的緊急活動得以維持和進行 趨勢 使用壽命期內(nèi)對不同頻度和強度的地震具有不同的抵抗能力 back 設(shè)防依據(jù) ——抗震設(shè)防烈度 定義：按國家規(guī)定的權(quán)限批準作為一個地區(qū)抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度 確定：必須按國家規(guī)定的權(quán)限審批、頒發(fā)的文件（圖件）確定 一般情況下，可采用中國地震烈度區(qū)劃圖的地震基本烈度度（或與本規(guī)范設(shè)計地震基本加速度值對應(yīng)的烈度值） 對做過抗震防災規(guī)劃的城市，可按批準的抗震設(shè)防區(qū)劃（抗震設(shè)防烈度或設(shè)計地震動參數(shù)）進行抗震設(shè)防 設(shè)防范圍 69度 back 抗震設(shè)防目標： 小震不壞、中震可修、大震不倒 抗震設(shè)防烈度為 6度及以上地區(qū)的建筑，必須進行抗震設(shè)計。 大于 9度地區(qū)的建筑和行業(yè)有特殊要求的工業(yè)建筑，抗震設(shè)計有專門規(guī)定 。 兩階段設(shè)計 back 階 段 目 標 烈 度 地震作用性質(zhì) 受力狀態(tài) 作用效應(yīng)組合 第一階段 小震不壞（隱含中震可修） 多遇地震作用對應(yīng)的烈度（小震） 可變作用 彈性（部分彈塑性） 承載力驗算采用基本組合 (多層、高層鋼筋混凝土房屋層間彈性位移計算，采用短期效應(yīng)組合，即作用分項系數(shù)均取 ) 第二階段 大震不倒 罕遇地震作用對應(yīng)的烈度（大震） 偶然作用 彈塑性 部分建筑物的層間彈塑性位移驗算，采剛短期效應(yīng)組合，即怍用分項系數(shù)均取 說明： ? 第一階段為彈性分析，包括截面設(shè)計和變形計算； ?大部分建筑的第二階段設(shè)計主要由概念設(shè)計和構(gòu)造措施來保證。 三水準地震作用的標定 基本假定 地震強度呈極值分布 烈度符合極值 III型 back 地震影響 50年超越概率 地震重現(xiàn)期 多遇地震對應(yīng)的烈度 ——眾值烈度 小震 % 50年 設(shè)防烈度 中震 10% 475年 罕遇地震對應(yīng)的烈度 大震 23% 16422475年 ? 計算 – F(I)=exp[(12I)k/(12Im)k]， RT=T/ln(1F(I))) I f(I) Im I0 Is ? 一般關(guān)系 – 烈度： Im=, Is=I0+1 – 加速度： PGAm=PGA0*1/3, PGAs=PGAm*(46) 建筑類別與設(shè)防標準 建筑類別 建筑的重要性 抗震措施 地震作用計算 甲類 特殊要求的建筑 特殊考慮 特殊考慮 乙類 國家重點抗震城市生命線 工程的建筑 提高一度（ 9度適當提高） 原設(shè)防烈度 丙類 甲、乙、丁類以外的一般 建筑 原設(shè)防烈度 原設(shè)防烈度 丁類 次要的建筑 降低一度（ 6度不降） 原設(shè)防烈度 back 地震作用計算 一般說明和計算原則 基本計算數(shù)據(jù) 水平地震作用的計算 豎向地震作用的計算 back 一般說明和計算原則 影響設(shè)計地震作用的因素 設(shè)計地震作用的方向 地震作用的計算范圍和原則 地震作用的計算方法及其適用范圍 計算模型 back 影響設(shè)計地震作用的因素 地震動特性方面 抗震設(shè)防烈度 設(shè)計近遠震