1、 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 第第4 4章章 设计计算的基本规定设计计算的基本规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 强度问题强度问题构件截面承载力验算构件截面承载力验算 刚度问题刚度问题正常使用条件下结构水平正常使用条件下结构水平位移验算和风振舒适度验算位移验算和风振舒适度验算 稳定问题稳定问题结构稳定与抗倾覆验算结构稳定与抗倾覆验算 延性和耗能问题延性和耗能问题抗震结构的延性和抗震结构的延性和耗能要求耗能要求高层建筑结构设计要点高层建筑结构设计要点 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一高层混凝土结构宜采用高层混凝土结
2、构宜采用高强高高强高性能混凝土性能混凝土和和高强钢筋高强钢筋4.1 4.1 结构材料结构材料 混凝土强度不宜混凝土强度不宜过低过低，也，也不宜不宜过高过高 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.1 4.1 结构材料结构材料强度过低强度过低：轴压比轴压比大，延性差大，延性差柱柱(墙墙)的轴压力设计值与柱的轴压力设计值与柱(墙墙)的的全截面面积和混凝土轴心抗压强全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值度设计值乘积之比值强度过高强度过高：需要更严地控制：需要更严地控制剪剪压比压比，以保证延性，以保证延性梁、柱截面上平均剪应力与混凝梁、柱截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度
3、设计值的比值土轴心抗压强度设计值的比值 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一高层混凝土结构宜采用高层混凝土结构宜采用高强高高强高性能混凝土性能混凝土和和高强钢筋高强钢筋4.1 4.1 结构材料结构材料 混凝土强度不宜混凝土强度不宜过低过低，也，也不宜不宜过高过高 钢筋采用钢筋采用抗震钢筋抗震钢筋 （延性好）（延性好）高层混凝土结构宜采用高层混凝土结构宜采用高型钢高型钢混凝土、钢管混凝土构件混凝土、钢管混凝土构件 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一第一步：第一步：选择结构体系选择结构体系第二步：第二步：选择分析计算模型选择分析计算模型第三步：第三步：初步
4、设计构件尺寸初步设计构件尺寸第四步：第四步：刚重比须满足下限要求，刚重比须满足下限要求，弹性变形计算（可能需考虑重力弹性变形计算（可能需考虑重力二阶效应二阶效应变形放大系数）变形放大系数）4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 尽量采用空间分析模型尽量采用空间分析模型 复杂高层和不规则结构应至少采用复杂高层和不规则结构应至少采用两个不同力学模型的结构分析软件两个不同力学模型的结构分析软件 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一第五步：第五步：根据验算结果决定是否根据验算结果决定是否修正构件尺寸修正构件尺寸第六步：第六步：分别计算水平荷载和竖分别计算水平荷载和竖向
5、荷载作用下结构的内力并组合向荷载作用下结构的内力并组合4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定竖向荷载作用下竖向荷载作用下RC框架梁需考虑局框架梁需考虑局部塑形变形引起的内力重分布部塑形变形引起的内力重分布 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弯矩调幅弯矩调幅 由于由于钢筋混凝土结构具有钢筋混凝土结构具有塑性塑性内力重分布内力重分布性质性质，在，在竖向荷载下竖向荷载下可可以考虑以考虑适当降低梁端弯矩适当降低梁端弯矩，进行调，进行调幅，以幅，以减少负弯矩钢筋减少负弯矩钢筋的拥挤现象。的拥挤现象。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定? ? 塑性铰塑性
6、铰 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一塑性铰塑性铰在钢筋屈服截面，在钢筋屈服截面，从从钢筋屈服钢筋屈服到达到达到到极限承载力极限承载力，截面在外弯矩增加很小，截面在外弯矩增加很小的情况下产生的情况下产生很大转动很大转动，表现得犹如一，表现得犹如一个个能够转动的铰能够转动的铰，称为，称为“塑性铰塑性铰”。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一塑性内力重分布的受力过程：塑性内力重分布的受力过程：第一阶段第一阶段：首先荷载较小，跨中、支座弯：首先荷载较小，跨中、支座弯矩线形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支矩线
7、形增加，支座弯矩大于跨中弯矩（支座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷座弯矩始终是大于跨中弯矩的）。随着荷载增大，载增大，支座支座达到承载能力极限，达到承载能力极限，形成塑形成塑性铰性铰。第二阶段第二阶段：此时支座弯矩不变（事实上还：此时支座弯矩不变（事实上还有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后有小许增加），跨中弯矩继续增加，最后跨中也出现塑性铰跨中也出现塑性铰，结构成为机动体系，结构成为机动体系，结构破坏。结构破坏。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅弯矩调幅通过通过调低支座弯矩调低支座弯矩，增加跨增加跨中弯矩
8、中弯矩来实现来实现内力重分布内力重分布的目的。的目的。 弯矩调幅弯矩调幅：4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅弯矩调幅： 对于现浇框架，调幅系数对于现浇框架，调幅系数可取可取0.80.80.90.9；装配整体式框架由于节点的附加变；装配整体式框架由于节点的附加变形，可取形，可取 =0.7=0.70.80.8。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅弯矩调幅： 将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯将调幅后的梁端弯矩叠加简支梁的弯矩，则可得
9、到梁的跨中弯矩矩，则可得到梁的跨中弯矩: : 调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况调幅后的跨中弯矩不应小于简支情况下跨中弯矩的下跨中弯矩的5050。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯矩调幅：弯矩调幅： 只有只有竖向荷载竖向荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩可可以调幅以调幅，水平荷载水平荷载作用下的梁端弯矩作用下的梁端弯矩不不能能考虑考虑调幅调幅。 因此，必须因此，必须先将竖向荷载先将竖向荷载作用下的作用下的梁端弯矩调幅后梁端弯矩调幅后，再与水平荷载再与水平荷载产生的产生的梁端弯矩梁端弯矩进行进行组合组合。4.2 4.
10、2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一第五步：第五步：根据验算结果决定是否根据验算结果决定是否修正构件尺寸修正构件尺寸第六步：第六步：分别计算水平荷载和竖分别计算水平荷载和竖向荷载作用下结构的内力并组合向荷载作用下结构的内力并组合4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定竖向荷载作用下竖向荷载作用下RC框架梁需考虑局框架梁需考虑局部塑形变形引起的内力重分布部塑形变形引起的内力重分布 根据刚重比，可能需考虑根据刚重比，可能需考虑重力二阶重力二阶效应效应内力放大系数内力放大系数 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系
11、结构一第七步：第七步：根据内力进行截面设计，根据内力进行截面设计，应考虑材料弹塑性性质应考虑材料弹塑性性质第八步：第八步：根据结构抗震等级采取根据结构抗震等级采取相应的抗震措施，以保证结构的相应的抗震措施，以保证结构的延性延性 除此以外，高层建筑结构还除此以外，高层建筑结构还须进行须进行风振舒适度验算风振舒适度验算，部分情，部分情况下还需进行况下还需进行抗倾覆验算抗倾覆验算和和罕遇罕遇地震下的弹塑性变形验算地震下的弹塑性变形验算。4.2 4.2 结构计算的一般规定结构计算的一般规定 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.3.1 4.3.1 结构整体稳定验算结构整体稳定验算
12、4.3.2 4.3.2 结构抗倾覆验算结构抗倾覆验算4.3 4.3 稳定问题稳定问题 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一重力二阶效应重力二阶效应P-效应效应：构件构件自身挠曲引起的附加重自身挠曲引起的附加重力效应力效应P-效应效应：结构结构在水平风荷载或水平地在水平风荷载或水平地震作用下产生侧移后，重力荷载由于震作用下产生侧移后，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应该侧移而引起的附加效应高层建筑结构稳定设计，主要控制高层建筑结构稳定设计，主要控制P-效应对结构性能降低的影响以及由此效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳可能引起的结构失稳4.3.1 P-效应稳定验
13、算效应稳定验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一P-效应效应的考虑方法：的考虑方法：1、简化的有限元法、简化的有限元法2、内力和位移增大系数方法内力和位移增大系数方法 （JGJ3-2010采用方法采用方法）4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一剪切型（框架结构）剪切型（框架结构）高层建筑结构的变形特点：高层建筑结构的变形特点：4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算弯曲型（筒体结构、剪力墙结构）弯曲型（筒体结构、剪力墙结构）弯剪型（框架弯剪型（框架- -剪力墙结构）剪力墙结构） 高层建筑结构设计高层建筑结构设计
14、土木系结构一土木系结构一iiiVD柱的侧向刚度柱的侧向刚度iiiVD*iiiiiiiPVVVVh*iiiVD*11iiiiiiPVhiiV*iiiiPVh4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一*11iiiiiiPVh,101i crii criiiiiPPVhVh失稳*1111iiinijiij iiiPGDhDh,ni crjj icrPG1iiF111injiij iFGDh重力二阶效应的位移放大系数重力二阶效应的位移放大系数,niiji criij iicrVhGPDh4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 高层建筑结构设计高
15、层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一211 2injiij iFGDh考虑结构构件弹性刚度的折减（考虑结构构件弹性刚度的折减（0.5）（弹塑形）（弹塑形）重力二阶效应的内力放大系数重力二阶效应的内力放大系数*1111 1iiinnjiiiijj ij iGDhDhGniijj iDhG剪切型结构刚重比剪切型结构刚重比4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线 剪切型结构（框剪切型结构（框架结构）架结构） 可保证可保证P-效应效应影响在影响在20%之内之内njij
16、ihGD1104.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线剪切型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线 剪切型结构（框剪切型结构（框架结构）架结构） 可忽略可忽略P-效应效应4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算njijihGD120 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙）剪力墙） 弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构） 位移放大系数位移放大系数: F1= 内力放大系数：内力放大系数：F2= 4.3.1 P-效应稳定验算效应
17、稳定验算 等效侧向刚度：等效侧向刚度： EJd 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 等效侧向刚度：等效侧向刚度： EJd（代替悬臂杆的弯曲刚度（代替悬臂杆的弯曲刚度EJ） 近似按倒三角形分布荷载作用下结近似按倒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抗刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效抗侧刚度侧刚度uqHEJd120114 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弯剪型结构（框架弯剪型结构（框架-剪力墙）剪力墙） 弯曲型结构（筒体、剪力
18、墙结构）弯曲型结构（筒体、剪力墙结构） 位移放大系数位移放大系数: F1= 内力放大系数：内力放大系数：F2= 4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 等效抗侧刚度：等效抗侧刚度： EJd 刚重比：刚重比： EJd/GH2 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 弯剪型结构（框弯剪型结构（框架架-剪力墙），剪力墙），弯曲型结构（筒弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）体、剪力墙结构） 可保证可保证P-效应效应影响在影响在20%之内之内niidGHEJ124 . 1 高
19、层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线弯曲型结构刚重比与侧向位移增幅关系曲线4.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算 弯剪型结构（框弯剪型结构（框架架-剪力墙），剪力墙），弯曲型结构（筒弯曲型结构（筒体、剪力墙结构）体、剪力墙结构） 可忽略可忽略P-效应效应niidGHEJ127 . 2 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一小结小结 弯剪（曲）型结构弯剪（曲）型结构（剪力墙结构、框（剪力墙结构、框架架剪力墙结构、筒体结构）剪力墙结构、筒体结构） 刚重比刚重比EJd/GH2 0.14, 1.4, 2.7 剪切型结构剪切型结
20、构（框架结构）（框架结构） 刚重比刚重比 1， 10， 204.3.1 P-效应稳定验算效应稳定验算niijj iDhG 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一高层建筑抗倾覆问题高层建筑抗倾覆问题 在设计高层建筑时在设计高层建筑时, ,一般都要控一般都要控制高宽比制高宽比(H/B),(H/B),而且而且, ,在基础设计时在基础设计时, , 高宽比大于高宽比大于4 4的高层建筑的高层建筑, ,在地震作在地震作用下用下基础底面不允许出现零应力区基础底面不允许出现零应力区, ,高宽比不大于高宽比不大于4 4的高层建筑的高层建筑, ,基础底基础底面零应力区面积不应超过基础底面面零应力
21、区面积不应超过基础底面积的积的15%15%。符合这些条件时。符合这些条件时, ,一般都一般都不可能出现倾覆问题不可能出现倾覆问题, ,因此通常不需因此通常不需要进行特殊的抗倾覆验算。要进行特殊的抗倾覆验算。 4.3.2 抗倾覆验算抗倾覆验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 一般不需验算，一般不需验算，H/B5时宜进行抗时宜进行抗倾覆验算。倾覆验算。 抗倾覆验算：抗倾覆验算： MMM稳定力矩稳定力矩=竖向荷载（竖向荷载（ 50%楼面活载楼面活载+90%恒载）对基础边缘恒载）对基础边缘取矩；取矩；M倾覆力矩倾覆力矩=由风荷载或地震作由风荷载或地震作用（或二者组合）计算的基
22、础顶面用（或二者组合）计算的基础顶面处的最大倾覆力矩。处的最大倾覆力矩。4.3.2 抗倾覆验算抗倾覆验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一作用效应作用效应包括：包括： 构件截面的构件截面的内力内力 （截面配筋设计）（截面配筋设计） 水平荷载作用下结构层间水平荷载作用下结构层间位移位移 （控制截面尺寸）（控制截面尺寸）4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一无地震作用效应组合无地震作用效应组合G GkQ Qkw wwkQSSSS SS荷载效应组合的设计值；荷载效应组合的设计值； GkQkwkSSS，分别为永久荷载、
23、分别为永久荷载、活荷载和风荷载效应标准值；活荷载和风荷载效应标准值；4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一GQ，w分别为永久荷载、分别为永久荷载、活荷载和风荷载分项系数；活荷载和风荷载分项系数；GQw可变荷载效应控制时取可变荷载效应控制时取1.21.2，永，永久荷载效应控制时取久荷载效应控制时取1.351.35，对结构，对结构有利时取有利时取1.01.0；一般取一般取1.41.4；一般取一般取1.41.4。G GkQ Qkw wwkQSSSS 4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系
24、结构一QwG GkQ Qkw w wkQSSSS 分别为楼面活荷载组合值系数和分别为楼面活荷载组合值系数和风荷载的组合值系数，风荷载的组合值系数，当永久荷载效应控制时，应分别取当永久荷载效应控制时，应分别取0.70.7和和0.00.0；当可变荷载效应控制时，应分别取当可变荷载效应控制时，应分别取1.01.0和和0.60.6或或0.70.7和和1.01.0。4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一G GkQ Qkw wwkQSSSS 基本荷载工况有两种基本荷载工况有两种永久（永久（恒恒）荷载荷载+活荷载活荷载 1.2永久永久荷载效应荷载效
25、应+1.4活荷载效应活荷载效应 1.35永久永久荷载效应荷载效应+1.40.7活荷活荷载效应载效应4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一G GkQ Qkw wwkQSSSS 永久永久荷载荷载+活荷载活荷载+风荷载风荷载 1.2永久永久荷载效应荷载效应+1.40.7活荷载活荷载效应效应+1.41.0风荷载效应风荷载效应（高层高层建建筑筑）1.2永久荷载效应永久荷载效应+1.4活荷载效应活荷载效应+1.40.6风荷载效应（风荷载效应（多层建筑多层建筑） 4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一
26、土木系结构一有有地震作用效应组合时地震作用效应组合时G GEEh EhkEv Evkw wwkSSSSS S S荷载效应和地震作用效应组合的设计值；荷载效应和地震作用效应组合的设计值； 分别为重力荷载代表值、水平地震作用标分别为重力荷载代表值、水平地震作用标准值、竖向地震作用标准值、风荷载标准值准值、竖向地震作用标准值、风荷载标准值的效应的效应； wkEvkEhkGESSSS，4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一分别为上述各种荷载和地震作用分别为上述各种荷载和地震作用 分项系数；分项系数； GEhEvw，风荷载的组合值系数，一般取风
27、荷载的组合值系数，一般取0.00.0，60m60m以上的高层建筑取以上的高层建筑取0.20.2。 wG GEEh EhkEv Evkw w wkSSSSS 4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一高层建筑的基本工况高层建筑的基本工况所有高层建筑所有高层建筑 1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+ +1.31.3水平地震作用效应水平地震作用效应60m60m以上高层建筑（以上高层建筑（9 9度以外）度以外）1.21.2 重力荷载效应重力荷载效应+ +1.31.3水平地震作用效应水平地震作用效应+ +1.41.40.20.2风荷载效应风荷载效
28、应4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一、 9 9度高层建筑度高层建筑1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+ +1.31.3水平地震作用效应水平地震作用效应+ +0.50.5竖向地震作用效应竖向地震作用效应 1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+ +1.31.3竖向地震作用效应竖向地震作用效应 9 9度且度且60m60m以上高层建筑以上高层建筑1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+ +1.31.3水平地震作用效应水平地震作用效应+ +0.50.5 竖向地震作用效应竖向地震作用效应+ + 1.41.40.20.2风荷风荷载效应载效应 4
29、.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 可不考虑竖向活荷载的不利可不考虑竖向活荷载的不利布置布置, , 用满布活荷载计算内力用满布活荷载计算内力 4.4 4.4 作用效应组合作用效应组合 位移计算时，所有分项系数位移计算时，所有分项系数取取1.01.0 只考虑两个正交（主轴）方向的水只考虑两个正交（主轴）方向的水平力，各方向水平力全部由该方向平力，各方向水平力全部由该方向抗侧力构件承担抗侧力构件承担 新修订：某些结构须考虑两个正交新修订：某些结构须考虑两个正交（主轴）方向的水平力同时作用（主轴）方向的水平力同时作用 高层建筑结构设计高层
30、建筑结构设计土木系结构一土木系结构一无地震作用效应组合时无地震作用效应组合时 r0SR r r0 0 ：结构重要性系数结构重要性系数 安全等级为二级或设计使用年安全等级为二级或设计使用年限限5050年，不小于年，不小于1.01.0 安全等级为一级或设计使用年安全等级为一级或设计使用年限限100100年及以上，不小于年及以上，不小于1.11.14.5 4.5 构件承载力计算构件承载力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一S S ：无地震作用效应组合时，构件截：无地震作用效应组合时，构件截面面内力（效应）组合的设计值内力（效应）组合的设计值（与荷（与荷载标准值和荷载效应分项
31、系数的大小载标准值和荷载效应分项系数的大小有关）有关） R R：无地震作用组合时，构件截面：无地震作用组合时，构件截面承承载力设计值载力设计值（与材料分项系数的大小（与材料分项系数的大小有关）有关）r r0 0SRSR4.5 4.5 构件承载力计算构件承载力计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一有地震作用效应组合时有地震作用效应组合时 REEERS/S SE E ：有地震作用效应组合时，构件截：有地震作用效应组合时，构件截面面内力（效应）组合的设计值内力（效应）组合的设计值R RE E ：有地震作用组合时，构件截面：有地震作用组合时，构件截面承承载力设计值载力设计值4.
32、5 4.5 构件承载力计算构件承载力计算：承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数 RE 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一：承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数 RE材料材料 结构构件结构构件 钢筋混凝土钢筋混凝土 梁梁 0.75轴压比小于轴压比小于0.150.15的柱的柱 0.75轴压比大于轴压比大于0.150.15的柱的柱0.80剪力墙剪力墙 0.85各类受剪、偏拉构件各类受剪、偏拉构件 0.85钢钢梁、柱梁、柱 0.75支撑支撑 0.80节点板件、连接螺栓节点板件、连接螺栓 0.85连接焊缝连接焊缝 0.90RE4.5 4.5 构件承载力计算构件承载力计算 高层建筑结
33、构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 延性：延性：屈服（峰值）后强度或承载屈服（峰值）后强度或承载力没有显著降低时的塑性变形能力。力没有显著降低时的塑性变形能力。 材料、截面、构件或结构保持一定材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力时的非弹性（塑性）的强度或承载力时的非弹性（塑性）变形能力。变形能力。延性的作用：延性的作用：减少地震作用，消耗地减少地震作用，消耗地震能量震能量延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一延性的延性的度量：延性系数（延性比）度量：延性系数（延性比）ypp最大允许变形，最大允许变形， 屈服变形屈服变形y对于实测荷载变
34、对于实测荷载变形曲线，如何确定形曲线，如何确定其屈服变形和最大其屈服变形和最大允许变形，国内外允许变形，国内外尚无统一标准。尚无统一标准。 延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一一般倾向于：对应取理想弹塑性结构一般倾向于：对应取理想弹塑性结构开始屈服时的变形开始屈服时的变形 ，作为，作为屈服变屈服变形形，取实际结构极限荷载下降，取实际结构极限荷载下降10时时的变形（的变形（ 或或 ）作为）作为最大允许变形最大允许变形。ypp延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 地震对结构输入能量，结构通过弹地震对结构输入能量，结
35、构通过弹塑性变形耗散能量。塑性变形耗散能量。 可以用截面、构件或结构的力可以用截面、构件或结构的力变变形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一钢构件钢构件延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 地震对结构输入能量，结构通过弹地震对结构输入能量，结构通过弹塑性变形耗散能量。塑性变形耗散能量。 可以用截面、构件或结构的力可以用截面、构件或结构的力变变形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。形滞回曲线的面积来度量耗能的大小。 滞回环饱满，耗能能力好；滞回
36、环滞回环饱满，耗能能力好；滞回环狭窄，耗能能力差。狭窄，耗能能力差。耗能耗能延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一SH1-3-35-25-15-55152535-25-20-15-10-50510152025顶 点 位 移 (mm)水平力(T)钢构件钢构件钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一延性是通过延性是通过抗震构造措施抗震构造措施来保证的，而具体的抗震构来保证的，而具体的抗震构造措施由造措施由结构抗震等级结构抗震等级确定。确定。延性与耗能延性与耗能 高层建筑结构设计高层建筑结构设计
37、土木系结构一土木系结构一抗震等级抗震等级 不同高度、不同烈度、不同体系不同高度、不同烈度、不同体系的钢筋混凝土房屋建筑结构，的钢筋混凝土房屋建筑结构，延性与延性与耗能耗能要求不同，通过抗震等级，区分要求不同，通过抗震等级，区分对结构的延性与耗能的不同要求。对结构的延性与耗能的不同要求。不同抗震等级，采取不同抗震措施。不同抗震等级，采取不同抗震措施。结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一A A级高度：一、二、三、四级级高度：一、二、三、四级 （一级要求最高）（一级要求最高）B B级高度：特一、一、二级级高度：特一、一、二级 （特一级要求最高）（特一级要
38、求最高）抗震等级划分抗震等级划分 结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低次要的抗侧力结构单元的抗震要求可以低于主要的抗侧力结构单元。于主要的抗侧力结构单元。 当框架当框架- -抗震墙结构有足够的抗震墙时抗震墙结构有足够的抗震墙时, ,其其框架部分是次要抗侧力构件框架部分是次要抗侧力构件, ,可按框架可按框架- -抗抗震墙结构中的框架确定抗震等级，否则按
39、震墙结构中的框架确定抗震等级，否则按框架结构确定等级。框架结构确定等级。 区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力区分标准是看框架部分承受的地震倾覆力矩是否大于结构总地震倾覆力矩的矩是否大于结构总地震倾覆力矩的50%50%。结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一表中的烈度：表中的烈度： 确定抗震等级的烈度，不一定是设防确定抗震等级的烈度，不一定是设防烈度烈度，需要调整，需要调整 与下列因素有关与下列因素有关: : 建筑类别（甲，乙，丙）建筑类别（甲，乙，丙） 设防烈度设防烈度 场地类别场地类别结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木
40、系结构一土木系结构一建筑抗震设防分类建筑抗震设防分类 抗震设计的高层建筑应根据建筑使抗震设计的高层建筑应根据建筑使用功能的重要性分类用功能的重要性分类: :甲类建筑甲类建筑：重大建筑工程和地震时可：重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；能发生严重次生灾害的建筑；乙类建筑：乙类建筑：地震时使用功能不能中断地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，如医院、通信或需尽快恢复的建筑，如医院、通信枢纽等；枢纽等； 丙类建筑丙类建筑：除甲、乙类以外的一般建：除甲、乙类以外的一般建筑。大部分高层建筑属于丙类。筑。大部分高层建筑属于丙类。结构抗震等级结构抗震等级 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木
41、系结构一土木系结构一确定抗震等级的烈度确定抗震等级的烈度抗震构造措施调整烈度抗震构造措施调整烈度建筑类别，设防烈建筑类别，设防烈度，场地度，场地结构抗震等级结构抗震等级建筑建筑类别类别场地类场地类别别设防烈度设防烈度67(0.1g)7(0.15g)8(0.2g)8(0.3g)9甲、甲、乙类乙类I677889 788999*丙类丙类I666778677889 678899 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.6.1 4.6.1 弹性变形计算弹性变形计算4.6.2 4.6.2 风振舒适度风振舒适度 4.6 4.6 正常使用条件下的水平位移验正常使用条件下的水平位移验算和舒适
42、度要求算和舒适度要求 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弹性变形计算弹性变形计算 目的：目的：保证主体结构基本处于弹性受保证主体结构基本处于弹性受力状态；防止风、小震作用下非结构力状态；防止风、小震作用下非结构构件破坏构件破坏方法：方法：足够大的足够大的刚度刚度刚度：刚度：单位变形（位移、转角等）所单位变形（位移、转角等）所需的力，包括：侧向刚度和扭转刚度。需的力，包括：侧向刚度和扭转刚度。 4.6.1 4.6.1 弹性变形计算弹性变形计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弹性变形计算弹性变形计算 huee作用标准值效应组合产生的楼层作用标准值效应
43、组合产生的楼层最大弹性层间位移（风、地震）最大弹性层间位移（风、地震） 弹性层间位移角限值弹性层间位移角限值 计算楼层层高计算楼层层高4.6.14.6.1 弹性变形计算弹性变形计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一弹性层间位移角限值弹性层间位移角限值 材料材料 结构类型结构类型 限值限值 钢筋钢筋混凝土混凝土 结构结构 框架框架 1/5501/550 框架框架- -剪力墙剪力墙框架框架- -核心筒核心筒 1/8001/800 剪力墙剪力墙筒中筒筒中筒 1/10001/1000 框支层框支层 1/10001/1000钢结构钢结构 各种类型结构各种类型结构 1/2501/2
44、50 4.6.14.6.1 弹性变形计算弹性变形计算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一舒适度要求舒适度要求 在风荷载作用下，高度超过在风荷载作用下，高度超过150m150m的的高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。高层建筑，应满足人使用的舒适度要求。 此时，按照此时，按照重现期为重现期为1010年年的风荷载的风荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度定顺风向与横风向结构顶点最大加速度maxmax应满足下列要求：应满足下列要求：住宅、公寓住宅、公寓 maxmax不大于不大于0.15m/s0.15m/s2 2办
45、公、旅馆办公、旅馆 maxmax不大于不大于0.25m/s0.25m/s2 24.6.24.6.2 风振舒适度风振舒适度 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一目的：目的：防止罕遇地震时结构倒塌。防止罕遇地震时结构倒塌。方法：方法：通过延性实现弹塑性变形，通过延性实现弹塑性变形，满足满足弹塑性层间位移角弹塑性层间位移角限值的要求。限值的要求。4.7 4.7 罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 高规高规规定，下列高层建筑结构规定，下列高层建筑结构应应进进行弹塑性变形验算：行弹塑性变形验算： 7 79 9
46、度时度时楼层屈服强度系数小于楼层屈服强度系数小于0.50.5的的钢筋钢筋混凝土框架和框排架结构混凝土框架和框排架结构； 高度大于高度大于150m150m的结构；的结构； 甲类建筑甲类建筑和和9 9度时乙类建筑度时乙类建筑中的中的钢筋混凝土结钢筋混凝土结构构和和钢结构钢结构； 采用采用隔震隔震和和消能减震消能减震设计的结构。设计的结构。罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算4.7 4.7 罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算p结构弹塑性层间位移的简化计算方法
47、结构弹塑性层间位移的简化计算方法:结构薄弱层的确定结构薄弱层的确定结构薄弱层弹塑性结构薄弱层弹塑性层间位移简化计算层间位移简化计算结构薄弱层的结构薄弱层的抗震变形验算抗震变形验算 yyeViiVippeuuppuh 楼层实际抗剪承载力楼层实际抗剪承载力 罕遇地震作用下的层间剪力罕遇地震作用下的层间剪力4.7 4.7 罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一 弹塑性层间位移角限值弹塑性层间位移角限值 材料材料结构类型结构类型 限值限值 钢筋混凝钢筋混凝 土土结构结构 框架框架 1/501/50 框架框架- -剪力墙剪力墙框架框
48、架- -核心筒核心筒 1/1001/100 剪力墙剪力墙 筒中筒筒中筒 1/1201/120 框支层框支层 1/1201/120钢结构钢结构 各种类型结构各种类型结构1/501/504.7 4.7 罕遇地震下的弹塑性变形验算罕遇地震下的弹塑性变形验算 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构抗震性能设计的主要工作结构抗震性能设计的主要工作分析结构方案中不符合分析结构方案中不符合抗震概念设计抗震概念设计的的情况与程度情况与程度选用抗震性能目标选用抗震性能目标4.8 4.8 结构抗震性能设计结构抗震性能设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.8 4.8
49、 结构抗震性能设计结构抗震性能设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构抗震性能设计的主要工作结构抗震性能设计的主要工作分析结构方案中不符合抗震概念设计的分析结构方案中不符合抗震概念设计的情况与程度情况与程度选用抗震性能目标选用抗震性能目标4.8 4.8 结构抗震性能设计结构抗震性能设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构抗震性能设计的主要工作结构抗震性能设计的主要工作分析结构方案中不符合抗震概念设计的分析结构方案中不符合抗震概念设计的情况与程度情况与程度选用抗震性能目标选用抗震性能目标分析论证结构设计与结构抗震性能目标分析论证结构设计与结构抗
50、震性能目标的符合性的符合性4.8 4.8 结构抗震性能设计结构抗震性能设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一结构连续倒塌结构连续倒塌 局部结构破坏失效，继而引起与失局部结构破坏失效，继而引起与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致更大范围的倒塌破坏。导致更大范围的倒塌破坏。4.9 4.9 抗连续倒塌设计基本要求抗连续倒塌设计基本要求 高层建筑结构设计高层建筑结构设计土木系结构一土木系结构一4.9 4.9 抗连续倒塌设计基本要求抗连续倒塌设计基本要求n伦敦伦敦Ronan Point公寓公寓是是22层的装配式钢筋层的装配式钢筋混凝土板式结
